Facultad de Ingeniería Industrial y...

Facultad de Ingeniería Industrial y

Mecánica

Carrera profesional de Ingeniería Mecánica

Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero

Mecánico

“Diseño de sistema de aire

acondicionado por agua helada para el

edificio de oficinas SOHO 3”

Bachiller:

Soto Julca, Víctor André

Lima – Perú

2015

http://www.utp.edu.pe/

DEDICATORIA

A mis padres Erasmo y María; y a mis

hermanos; pues en ellos encuentro un motivo

para esforzarme y ser mejor cada día.

AGRADECIMIENTO

Al ingeniero Jorge Rojas Rojas, pues gracias a

su apoyo este trabajo pudo realizarse.

A Fernando Zapata, pues gracias a su apoyo

se inició este trabajo de investigación.

Universidad Tecnológica del Perú Página 2

ÍNDICE

RESUMEN ....................................................................................................................................... 21

SUMMARY ...................................................................................................................................... 23

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 24

CAPITULO I ..................................................................................................................................... 26

ASPECTOS GENERALES............................................................................................................ 26

1. Aspectos generales ................................................................................................................ 27

1.1. Planteamiento del problema ............................................................................................ 27

1.2. Formulación del problema ................................................................................................ 27

1.2.1. Problema General ............................................................................................................. 27

1.2.2. Problemas Específicos ....................................................................................................... 27

1.3. Objetivos ........................................................................................................................... 28

1.3.1. Objetivo general ................................................................................................................ 28

1.3.2. Objetivos específicos ......................................................................................................... 28

1.4. Justificación e importancia ................................................................................................ 28

1.5. Limitaciones ...................................................................................................................... 29

CAPITULO II ................................................................................................................................... 30

MARCO TEÓRICO ......................................................................................................................... 30

2. Marco Teórico ......................................................................................................................... 31

2.1. Acondicionamiento de aire ............................................................................................... 31

2.2. Propiedades del aire .......................................................................................................... 31

2.2.1. Aire .................................................................................................................................... 31

2.2.2. Temperatura...................................................................................................................... 31

2.2.2.1. Escalas de temperatura ............................................................................................. 31

2.2.3. Presión ............................................................................................................................... 32

2.3. Ciclo de refrigeración por compresión de vapor ............................................................... 33

2.4. Coeficiente de performance ............................................................................................. 36


2.5. Refrigerante....................................................................................................................... 36

2.6. Equipos de aire acondicionado ......................................................................................... 37

2.6.1. Compresor ......................................................................................................................... 38

2.6.1.1. Compresor alternativo .............................................................................................. 39

2.6.1.2. Compresor rotativo ................................................................................................... 39

2.6.1.3. Compresor centrífugo ............................................................................................... 40

2.6.1.4. Compresor axihelicoidal ............................................................................................ 41

2.6.1.5. Compresor a espiral .................................................................................................. 41

2.6.2. Condensador ..................................................................................................................... 42

2.6.2.1. Condensadores enfriados por aire ............................................................................ 42

2.6.2.2. Condensadores enfriados por agua .......................................................................... 43

2.6.3. Dispositivo de Expansión ................................................................................................... 43

2.6.3.1. Válvulas de expansión ............................................................................................... 43

2.6.3.2. Tubo capilar ............................................................................................................... 44

2.6.4. Evaporador ........................................................................................................................ 44

2.7. Condiciones de comodidad ............................................................................................... 44

2.7.1. Condiciones interiores de confort ..................................................................................... 44

2.7.2. Condiciones exteriores ...................................................................................................... 45

2.8. Calor y transferencia de calor ........................................................................................... 45

2.8.1. Calor .................................................................................................................................. 45

2.8.2. Frío..................................................................................................................................... 46

2.8.3. Transferencia de calor ....................................................................................................... 46

2.8.3.1. Conducción ................................................................................................................ 46

2.8.3.2. Convección ................................................................................................................ 47

2.8.3.3. Radiación ................................................................................................................... 47

2.8.4. Resistencia térmica ........................................................................................................... 48

2.8.5. Coeficiente de transmisión global ..................................................................................... 51

2.9. Carga térmica .................................................................................................................... 51


2.9.1. Calor sensible .................................................................................................................... 52

2.9.2. Calor latente ...................................................................................................................... 53

2.9.3. Cargas exteriores ............................................................................................................... 53

2.9.3.1. Carga por vidrios exteriores por radiación solar ....................................................... 53

2.9.3.2. Carga por vidrios exteriores por conducción ............................................................ 64

2.9.3.3. Carga por paredes exteriores .................................................................................... 65

2.9.3.4. Carga por techos exteriores ...................................................................................... 70

2.9.3.5. Determinación de la hora de mayor aportación solar .............................................. 71

2.9.4. Cargas interiores ............................................................................................................... 71

2.9.4.1. Carga por paredes interiores ..................................................................................... 71

2.9.4.2. Carga por personas ................................................................................................... 72

2.9.4.3. Carga por iluminación ............................................................................................... 74

2.9.4.4. Carga por equipos eléctricos ..................................................................................... 76

2.10. Psicrometría ...................................................................................................................... 77

2.10.1. Propiedades de la carta psicrométrica .............................................................................. 79

2.10.1.1. Temperatura de bulbo seco ...................................................................................... 79

2.10.1.2. Temperatura de bulbo húmedo ................................................................................ 79

2.10.1.3. Punto de rocío ........................................................................................................... 80

2.10.1.4. Humedad relativa ...................................................................................................... 80

2.10.1.5. Humedad específica .................................................................................................. 80

2.10.1.6. Entalpía ...................................................................................................................... 80

2.10.1.7. Volumen específico ................................................................................................... 80

2.10.1.8. Factor de calor sensible ............................................................................................. 81

2.10.1.9. Punto de referencia ................................................................................................... 81

2.10.2. Procesos del aire en la carta psicrométrica ...................................................................... 81

2.10.2.1. Punto de Sala ............................................................................................................. 82

2.10.2.2. Punto de aire exterior ............................................................................................... 83

2.10.2.3. Aire fresco ................................................................................................................. 84


2.10.2.4. Punto de Mezcla ........................................................................................................ 86

2.10.2.5. Punto de insuflamiento ............................................................................................. 88

2.10.3. Cálculo de la capacidad total del equipo........................................................................... 89

2.11. Distribución del aire .......................................................................................................... 93

2.11.1. Conductos de aire ............................................................................................................. 93

2.11.1.1. Pérdidas debidas a la fricción .................................................................................... 94

2.11.1.2. Cálculo de un sistemas de ductos para aire acondicionado ..................................... 97

2.11.2. Ductos flexibles ................................................................................................................. 99

2.11.3. Difusores y rejillas de retorno ......................................................................................... 100

2.12. Sistemas de aire acondicionado ...................................................................................... 101

2.12.1. Sistema de expansión directa ......................................................................................... 101

2.12.2. Sistema de agua helada ................................................................................................... 102

2.13. Tubería de agua helada ................................................................................................... 104

2.13.1. Sistemas de tuberías ....................................................................................................... 104

2.13.1.1. Sistema de retorno inverso ..................................................................................... 104

2.13.1.2. Sistema de retorno directo ..................................................................................... 105

2.13.2. Pérdidas debido a la fricción en tuberías ........................................................................ 106

2.13.3. Caudal de agua helada .................................................................................................... 107

2.13.4. Tratamiento de aguas ..................................................................................................... 109

2.14. Chiller .............................................................................................................................. 109

2.15. Bomba Centrífuga ........................................................................................................... 111

2.15.1. Caudales de las bombas centrífugas ............................................................................... 112

2.15.2. Caída de presión de la bomba centrífuga ....................................................................... 113

2.15.3. Presión neta positiva en aspiración requerida(NPSHr) ................................................... 113

2.15.4. Presión neta positiva disponible (NPSHd) ........................................................................ 114

2.15.5. Potencia de la bomba centrífuga .................................................................................... 114

2.15.6. Selección de la bomba centrífuga ................................................................................... 115

2.16. Accesorios del sistema de agua helada ........................................................................... 115


2.16.1. Unión victaulic ................................................................................................................. 116

2.16.2. Unión flexible .................................................................................................................. 116

2.16.3. Termómetro .................................................................................................................... 116

2.16.4. Manómetro ..................................................................................................................... 117

2.16.5. Válvula mariposa ............................................................................................................. 117

2.16.6. Interruptor de flujo ......................................................................................................... 117

2.16.7. Válvula multipropósito .................................................................................................... 117

2.16.8. Difusor de succión ........................................................................................................... 117

2.16.9. Circuit Setter.................................................................................................................... 118

2.16.10. Colector hidráulico .................................................................................................. 118

2.16.11. Tubería de derivación .............................................................................................. 118

2.16.12. Tanque de expansión .............................................................................................. 119

2.16.13. Tanque separador de aire ....................................................................................... 119

2.17. Eficiencia en equipos de aire acondicionado .................................................................. 119

2.17.1. Ratio de eficiencia energética (EER) ................................................................................ 119

2.17.2. Ratio de eficiencia energética estacional (SEER) ............................................................. 119

2.17.3. Coeficiente de rendimiento (COP) .................................................................................. 120

2.17.4. Eficiencia para carga parcial (IPLV) .................................................................................. 120

CAPITULO III ................................................................................................................................ 122

METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN .............................................................................................. 122

3. Metodología de solución...................................................................................................... 123

3.1. Tipo de investigación ....................................................................................................... 123

3.2. Nivel de la investigación .................................................................................................. 123

3.3. Diseño de la investigación ............................................................................................... 123

3.4. Hipótesis de investigación ............................................................................................... 124

3.4.1. Hipótesis General ............................................................................................................ 124

3.4.2. Hipótesis Específicas ....................................................................................................... 124

3.5. Variables .......................................................................................................................... 125


3.5.1. Variable independiente ................................................................................................... 125

3.5.2. Variable dependiente ...................................................................................................... 125

3.6. Indicadores ...................................................................................................................... 125

3.7. Dimensión ....................................................................................................................... 126

3.8. Matriz de consistencia .................................................................................................... 126

3.9. Operacionalización de variables...................................................................................... 128

CAPÍTULO IV ................................................................................................................................ 129

ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ................................................................ 129

4. Análisis y presentación de resultados ............................................................................... 130

4.1. Determinación de los coeficientes de transmisión global .............................................. 134

4.1.1. Resistencia térmica de las paredes exteriores ................................................................ 134

4.1.2. Resistencia térmica de las paredes interiores ................................................................. 136

4.1.3. Resistencia térmica del piso interior ............................................................................... 137

4.2. Peso de la estructura ....................................................................................................... 138

4.2.1. Pesos de las paredes y piso por área de pared ............................................................... 138

4.2.2. Pesos de las paredes y piso por área de piso .................................................................. 139

4.3. Determinación del día de mayor aportación solar ......................................................... 141

4.4. Carga Radiante ................................................................................................................ 143

4.4.1. Carga radiante por vidrios exteriores .............................................................................. 143

4.4.2. Carga por vidrios exteriores por conducción .................................................................. 146

4.4.3. Paredes exteriores .......................................................................................................... 147

4.5. Determinación de la hora de mayor aportación solar .................................................... 151

4.6. Cargas en el interior del ambiente .................................................................................. 152

4.6.1. Paredes interiores ........................................................................................................... 152

4.6.2. Piso interior ..................................................................................................................... 153

4.6.3. Carga térmica por personas ............................................................................................ 153

4.6.4. Carga térmica por iluminación ........................................................................................ 154

4.6.5. Carga térmica por equipos eléctricos.............................................................................. 154


4.7. Cálculo de capacidad de equipos de aire acondicionado ............................................... 156

4.7.1. Punto de insuflamiento ................................................................................................... 158

4.7.2. Aire Fresco ....................................................................................................................... 159

4.7.3. Punto de mezcla .............................................................................................................. 160

4.7.4. Capacidad total del equipo ............................................................................................. 161

4.7.5. Capacidad sensible del equipo ........................................................................................ 162

4.7.6. Capacidad latente del equipo ......................................................................................... 163

4.7.7. Agua drenada del equipo ................................................................................................ 163

4.8. Selección de equipos de acondicionamiento de aire ...................................................... 163

4.9. Dimensionamiento de ductos rígidos ............................................................................. 166

4.10. Dimensionamiento de ductos flexibles ........................................................................... 167

4.11. Dimensionamiento de tubería de agua helada ............................................................... 170

4.12. Capacidad total del chiller ............................................................................................... 171

4.13. Caudal de las bombas centrífugas ................................................................................... 171

4.14. Caída de presión de las bombas centrífugas ................................................................... 172

4.15. Cálculo de Potencia de Bombas centrífugas ................................................................... 172

4.16. Cálculo de Potencia eléctrica de las unidades condensadoras ....................................... 173

4.17. Cálculo de Confiabilidad del sistema de agua helada ..................................................... 173

CAPÍTULO V ................................................................................................................................. 177

EVALUACIÓN ECONÓMICA ..................................................................................................... 177

5. Análisis de costos ................................................................................................................. 178

5.1. Costos fijos ...................................................................................................................... 178

5.1.1. Costos administrativos .................................................................................................... 178

5.1.2. Costos de mantenimiento ............................................................................................... 178

5.1.3. Costos de montaje........................................................................................................... 178

5.2. Costos variables ............................................................................................................... 179

5.2.1. Costos de instalación ....................................................................................................... 179

5.2.2. Costo de equipamiento ................................................................................................... 182


5.3. Costo total del proyecto .................................................................................................. 183

5.4. Cálculo de consumo eléctrico de equipos de aire acondicionado .................................. 184

5.5. Cálculo de consumo eléctrico operativo anual ............................................................... 184

5.6. Tiempo de recuperación de la inversión ......................................................................... 185

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 187

SUGERENCIAS ............................................................................................................................ 188

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 189

ANEXOS ........................................................................................................................................ 191

PLANOS DE SISTEMA DE AGUA HELADA ........................................................................... 197

PLANOS DE SISTEMA DE EXPANSIÓN DIRECTA .............................................................. 198


LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Esquema y diagrama T-s para el ciclo de refrigeración por compresión de

vapor ............................................................................................................................................. 34

Figura 2.2. Diagrama P-h de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor ............ 35

Figura 2.3. Aparatos del ciclo refrigeración por compresión de vapor ............................... 38

Figura 2.4. Ciclo de compresión de un compresor a pistón ................................................. 39

Figura 2.5. Detalle de compresor de aletas rotativas ............................................................ 40

Figura 2.6. Unidad enfriadora de agua con compresor centrífugo ...................................... 41

Figura 2.7. Principio de funcionamiento de un compresor scroll ......................................... 42

Figura 2.8. Transferencia de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo frío ....................... 45

Figura 2.9. Tipos de transferencia de calor ............................................................................ 47

Figura 2.10. Resistencias térmicas de una pared.................................................................. 48

Figura 2.11. Carta psicrométrica .............................................................................................. 78

Figura 2.12. Propiedades de la carta psicrométrica .............................................................. 79

Figura 2.13. Proceso de enfriamiento con deshumidificación para un sistema de agua

helada ........................................................................................................................................... 82

Figura 2.14. Punto de sala graficado en la carta psicométrica ............................................ 83

Figura 2.15. Punto de aire exterior graficado en la carta psicométrica .............................. 84

Figura 2.16. Punto de mezcla graficado en la carta psicométrica ...................................... 87

Figura 2.17. Recta de referencia graficado en la carta psicométrica ................................. 88

Figura 2.18. Punto de insuflamiento graficado en la carta psicométrica ............................ 89

Figura 2.19. Capacidad total del equipo graficado en la recta i-M en la carta

psicométrica ................................................................................................................................. 91

Figura 2.20. Punto de proyección X graficado en la carta psicométrica ............................ 92

Figura 2.21. Monograma de fricción para ductos de fierro galvanizado ............................ 95

Figura 2.22. Monograma de fricción para ductos flexibles ................................................... 99

Figura 2.23. Esquema de funcionamiento de sistema de expansión directa .................. 102

Figura 2.24. Esquema de funcionamiento de sistema de agua helada ........................... 103

Figura 2.25. Esquema de funcionamiento de sistema de retorno inverso ....................... 104

Figura 2.26. Esquema de funcionamiento de sistema de retorno directo ........................ 105

Figura 2.27. Monograma de fricción para tuberías de acero cédula 40 ........................... 106

Figura 2.28. Curvas características de una bomba centrífuga .......................................... 111

Figura 2.29. Esquema de circuitos de bombeo .................................................................... 112

Figura 2.30. Accesorios del sistema de agua helada .......................................................... 116

Figura 4.1. Plano de oficina administrativa 206 ................................................................... 130

Figura 4.2. Datos de oficina administrativa 206 ................................................................... 131

Figura 4.3. Metodología de cálculo de carga térmica.......................................................... 134

Figura 4.4. Punto de rocío del aire exterior ........................................................................... 144

Figura 4.5. Propiedades del punto de Sala (S) .................................................................... 156

Figura 4.6. Propiedades del punto de aire exterior (E) ....................................................... 157

Figura 4.7. Punto de insuflamiento (i) .................................................................................... 158


Figura 4.8. Propiedades del punto de insuflamiento (i) ...................................................... 159

Figura 4.9. Propiedades del punto de mezcla (M) ............................................................... 161

Figura 4.10. Propiedades del punto X ................................................................................... 162

Figura 4.11. Distribución de equipos en la oficina administrativa 206 .............................. 164

Figura 4.12. Posición de los difusores en la oficina ............................................................ 165

Figura 4.13. Posición de los ductos en la oficina ................................................................. 166

Figura 4.14. Dimensión de ductos rígidos ............................................................................. 167

Figura 4.15. Selección de ducto flexible ................................................................................ 168

Figura 4.16. Distribución de aire en la oficina administrativa 206 ..................................... 169

Figura 4.17. Selección de diámetro de tubería .................................................................... 171

Figura 4.18. Diagrama de bloques de bombas y chillers .................................................... 175

Figura 4.19. Diagrama de bloques para los sistemas de bombas y chillers ................... 176


LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1. Resistencias térmicas de materiales de construcción y aislamiento ............... 49

Tabla 2.2. Resistencias térmicas de materiales de construcción y aislamiento ............... 50

Tabla 2.3. Máximas aportaciones solares a través de cristal sencillo ................................ 55

Tabla 2.4. Aportaciones solares a través de vidrio sencillo ................................................. 56

Tabla 2.5. Aportaciones solares a través de vidrio sencillo ................................................. 57

Tabla 2.6. Factores totales de ganancia solar a través del vidrio ....................................... 60

Tabla 2.7. Factores de almacenamiento sobre carga térmica, aportaciones solares a

través de vidrio ............................................................................................................................ 64

Tabla 2.8. Factor de Corrección de las diferencias equivalentes de temperatura ........... 67

Tabla 2.9. Diferencia equivalente de temperatura para muros soleados o en sombra ... 68

Tabla 2.10. Diferencia equivalente de temperatura para techos soleados o en sombra 70

Tabla 2.11. Ganancia debida a los ocupantes ....................................................................... 73

Tabla 2.12. Potencia nominal de iluminación ......................................................................... 75

Tabla 2.13. Calor sensible, latente y total, producido por diversos artefactos .................. 76

Tabla 2.14. Mínimas tasas de ventilación en zonas de respiración .................................... 85

Tabla 2.15. Velocidades máximas recomendadas para dimensionamiento de ductos ... 98

Tabla 2.16. Velocidades recomendadas para difusores ..................................................... 100

Tabla 2.17. Velocidades recomendadas para el agua helada ........................................... 107

Tabla 2.18. Número de chillers de acuerdo a su capacidad .............................................. 110

Tabla 2.19. Selección del tipo de chiller de acuerdo a sus toneladas de refrigeración . 110

Tabla 3.1. Matriz de consistencia ........................................................................................... 126

Tabla 3.2. Operacionalización de variables .......................................................................... 128

Tabla 4.1. Datos generales para el cálculo de carga térmica ............................................ 133

Tabla 4.2. Máximas aportaciones solar para latitud sur y 12° grados. ............................. 141

Tabla 4.3. Día de cálculo ......................................................................................................... 142

Tabla 4.4. Máxima aportaciones solares para el día de cálculo considerado ................. 142

Tabla 4.5. Datos de factores de almacenamiento para la ventana de orientación Norte

..................................................................................................................................................... 145

Tabla 4.6. Calor radiante a través de la ventana exterior de la orientación Norte .......... 146

Tabla 4.7. Interpolación de la diferencia equivalente de temperatura para las paredes

exteriores .................................................................................................................................... 148

Tabla 4.8. Calor de la pared exterior de la orientación Oeste ........................................... 150

Tabla 4.9. Calor de la pared exterior de la orientación Nor-Oeste .................................... 151

Tabla 4.10. Determinación de la hora de mayor aportación solar..................................... 152

Tabla 4.11. Memoria de cálculo de carga térmica para la oficina administrativa 206 ... 155

Tabla 5.1. Costos de mantenimiento ..................................................................................... 178

Tabla 5.2. Costos de instalación del sistema de expansión directa. ................................ 180


Tabla 5.3. Costos de instalación del sistema de agua helada. .......................................... 181

Tabla 5.4. Costo de equipamiento de sistema de expansión directa. .............................. 182

Tabla 5.5. Costo de equipamiento de sistema de agua helada. ....................................... 183

Tabla 5.6. Costo total del sistema de expansión directa y de agua helada. ................... 184

Tabla 5.7. Ahorro anual ............................................................................................................ 185

Tabla 5.8. Inversión inicial de ambos sistemas. ................................................................... 186


LISTA DE SÍMBOLOS Y UNIDADES

Aire fresco v̇E

Agua drenada de los equipos WD

Altitud Alt

Área A

Área de la pared Apared

Área de la pared exterior Ape

Área de la pared interior Api

Área del difusor o rejilla AR

Área del ducto Ad

Área del piso Apiso

Área del vidrio Avid

British termal unit por hora BTU/hr

Caída de presión total Hpt

Calor específico a presión constante Cp

Calor que absorbe el evaporador QL

Calor sensible del ambiente QS

Calor latente del ambiente QL

Calor total del ambiente QT

Capacidad del equipo Qcn

Capacidad sensible del equipo Qcse

Capacidad latente del equipo Qcle

Capacidad total del equipo Qcte

Carga sensible por persona qsen

Carga sensible total de las personas Qsen

Carga latente por persona qlat

Carga latente total de las personas Qlat


Carga por iluminación Qilum

Caudal Qv

Caudal de agua q̇H2O

Caudal de aire exterior requerido por persona Rp

Caudal de aire exterior requerido por unidad de área Ra

Caudal de salida QR

Coeficiente de color de la cara exterior de la pared b

Coeficiente de performance COP

Coeficiente de performance de refrigeración COPR

Coeficiente de transmisión global U

Coeficiente de transmisión global de la pared exterior Upe

Coeficiente de transmisión global de la pared interior Upi

Coeficiente de transmisión global del vidrio Uvid

Coeficiente Pelicular del aire exterior hext

Coeficiente Pelicular del aire interior hint

Conversión de Watts a Kcal/h Cc

Densidad del aire ρ

Diámetro del ducto D

Diferencia equivalente de temperatura ΔTequiv

Diferencia equivalente de temperatura de la pared a la sombra ΔTesom

Diferencia equivalente de temperatura de la pared soleada ΔTesol

Diferencia de temperaturas ΔT

Diferencia de entalpías Δh

Eficiencia para carga parcial IPLV

Entalpía de la mezcla hM

Entalpía del aire de insuflamiento hi

Entalpía del aire de retorno hS

Entalpía del aire exterior hE


Entalpía del punto proyectado hX

Espesor de la pared e

Factor de almacenamiento falm

Factor de altitud falt

Factor de atmósfera fatm

Factor de calor sensible FCS

Factor de corrección a

Factor de fricción f

Factor de marco metálico fmm

Factor de punto de rocío fpr

Factor de sombras fs

Flujo de calor Q

Flujo de calor de las paredes exteriores Qpe

Flujo de calor de las paredes interiores Qpi

Flujo de calor de los vidrios Qvid

Flujo de masa ṁ

Flujo de masa de la mezcla ṁM

Flujo de masa del aire de insuflamiento ṁi

Flujo de masa del aire de retorno ṁS

Flujo de masa del aire exterior ṁE

Galones por minuto gpm

Grados Celsius °C

Grados Fahrenheit °F

Gravedad g

Hora-metro cuadrado-grados Celsius por kilocaloría hr.m2.°C/Kcal

Horse power (caballos de fuerza) HP

Humedad especifica de insuflamiento Wi

Humedad especifica de la mezcla WM

Kelvin K


Kilocaloría por hora Kcal/hr

Kilocaloría por hora-metro cuadrado Kcal/hr.m2

Kilocaloría por kilogramo Kcal/kg

Kilocaloría por kilogramo-grados Celsius Kcal/kg.°C

Kilogramo por hora kg/hr

Kilocaloría por hora-metro cuadrado-grados Celsius Kcal/hr.m2.°C

Kilogramo de vapor de agua por hora kgH2O/hr

Kilogramo de vapor de agua por kilogramo de aire kgH2O/kg

Kilogramo por metro cuadrado de pared kg/m2 pared

Kilogramo por metro cuadrado de piso kg/m2 piso

Kilogramo por metro cúbico kg/m3

Kilowatts kW

Kilowatts por tonelada de refrigeración kW/ton

Libra por pie cuadrado lb/pie2

Libra por pie cúbico lb/pie3

Longitud de tramo crítico Ltc

Longitud equivalente del ducto L

Máxima aportación solar MAS

Máxima aportación solar en Julio y 40° de latitud Norte Rm

Máxima aportación solar según mes y latitud supuestos Rs

Metro m

Metro cuadrado m2

Metro cúbico m3

Metro cúbico por hora m3/hr

Metro cúbico por kilogramo m3/kg

Metros sobre el nivel del mar m.s.n.m

Número de persona Npers

Pascal Pa

Pérdida de presión ΔP


Pérdidas de presión primarias Pp

Pérdidas de presión secundarias Ps

Pérdida de presión unitaria ΔPu

Peso de la estructura por área de piso PEst/Apiso

Peso de la pared exterior por área de pared Ppe

Peso de la pared exterior por área de piso Ppep

Peso de la pared por área de pared Pesopared/Apared

Peso de la pared por área de piso Pesopared/Apiso

Peso del enlucido exterior por área de pared Penl.ext

Peso del enlucido interior por área de pared Penl.int

Peso del muro por área de pared Pmuro

Peso específico de la pared Pe

Pie cuadrado pie2

Pie cúbico por minuto cfm

Pie cúbico por minuto por pie cuadrado cfm/pie2

Pies de columna de agua pies de c.a.

Pies por segundo pies/seg

Pies por segundo al cuadrado pies/seg2

Presión absoluta Pabs

Presión atmosférica Patm

Presión manométrica Pmanométrica

Porcentaje de aire exterior ṁE /( ṁE + ṁS)

Porcentaje de aire fresco ṁE/ṁi

Potencia de iluminación Pilum

Potencia de la bomba Pbomba

Pulgadas de columna de agua pulg. c.a.

Pulgadas de columna de agua por cada 100 pies pulg. c.a./100 pies

Punto de rocío Tpr

Rankine R


Ratio de eficiencia energética EER

Ratio de eficiencia energética estacional SEER

Rendimiento de la bomba η

Resistencia del enlucido exterior REnl.ext

Resistencia del enlucido interior REnl.int

Resistencia del muro RMuro

Resistencia total de la pared RTotal

Sumatoria de los pesos de las paredes exteriores por área de piso Pmuros ext

Sumatoria de los pesos de las paredes interiores por área de piso Pp.int y techos

Temperatura de bulbo seco de aire de retorno TS

Temperatura de bulbo seco del aire exterior TE

Temperatura de bulbo seco de la mezcla TM

Temperatura en escala Kelvin T (K)

Temperatura en escala Rankine T (R)

Temperatura en grados Celsius T (°C)

Temperatura en grados Fahrenheit T (°F)

Tonelada de refrigeración ton

Trabajo que ejerce el compresor Wneto,entrada

Velocidad del aire v

Velocidad de salida vR

Volumen específico del aire exterior vE

Watts por metro cuadrado W/m2


LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Coeficientes globales de transferencia de calor para vidrios y bloques de

vidrios .......................................................................................................................................... 191

Anexo 2. Tabla de dimensionamiento de difusores ............................................................. 191

Anexo 3. Tabla de dimensionamiento de rejillas de retorno .............................................. 192

Anexo 4. Velocidades recomendadas para rejillas de retorno .......................................... 192

Anexo 5. Memoria de cálculo del edificio SOHO 3 .............................................................. 193

Anexo 6. Continúa Memoria de cálculo del edificio SOHO 3 ............................................. 193

Anexo 7. Resumen de cálculo de caída de presión de sistema de bombeo primario ... 194

Anexo 8. Resumen de cálculo de caída de presión de sistema de bombeo secundario

..................................................................................................................................................... 194

Anexo 9. Continúa resumen de cálculo de caída de presión de sistema de bombeo

secundario .................................................................................................................................. 195

Anexo 10. Número de las orientaciones ............................................................................... 195

Anexo 11. Consumo eléctrico de sistema de expansión directa. ...................................... 196

Anexo 12. Consumo eléctrico de sistema de agua helada. ............................................... 196

Anexo 13. Árbol de falla de componentes del sistema de agua helada. ......................... 196


RESUMEN

En la presente tesis se realiza el cálculo y diseño de un sistema de Aire Acondicionado

por agua helada para el edificio de oficinas SOHO 3 a ser construido en la ciudad de

Lima, en el distrito de Magdalena; que cuenta con doce pisos, una planta de azotea y

una planta de techo. Con un área construida de 25,446.73 metros cuadrados.

Para realizar el diseño de un sistema de aire acondicionado por agua helada se

empieza por determinar la carga térmica requerida para los usos de las oficinas, para

este cálculo se emplea la psicrometría, seguidamente por la cantidad de toneladas

requeridas se elige un sistema de aire acondicionado centralizado.

Una vez determinado el sistema se procede a seleccionar las unidades evaporadoras

(Fan Coils) de acuerdo a la carga térmica de cada ambiente a climatizar; seguidamente

se dimensionan los ductos y su recorrido considerando la distribución de caudal más

adecuada para cada ambiente, finalmente se procede a distribuir los difusores, rejillas

de retorno y termostatos.

Una vez seleccionado el total de unidades evaporadoras se procede a seleccionar el

chiller, que es una unidad centralizada para todo el sistema, para completar el sistema

se procede a calcular el diámetro de las tuberías que transporta el agua helada con la

ayuda de bombas primarias y secundarias, que también se selecciona con la ayuda del

caudal y la caída de presión total del sistema de tuberías.

Terminado los cálculos ilustramos el diseño de este sistema en la arquitectura del

edificio gracias al software AUTOCAD. El trabajo incluye un presupuesto, que considera

el suministro de los equipos descritos y los costos de instalación del sistema propuesto.


Finalmente, se realiza un cálculo de consumo energético del sistema propuesto y del

sistema de expansión directa, es en este capítulo donde analizaremos cuál de estos dos

sistemas genera menor gasto y la recuperación de la inversión en menor tiempo.


SUMMARY

In the present thesis is performed the calculation and design of a system of Air

Conditioning for cool water for the office building SOHO 3 to being constructed in the city

of Lima, in Magdalena's district; that possesses twelve floors, a plant of roof and a plant

of ceiling. With an area constructed of 25,446.73 square meters.

To make the design of an air conditioning system for cool water starts by determining the

thermal load required for applications offices, for this calculation is used psychometry,

then the amount of required tonnes are chosen an air conditioner system centralized.

Once it determined the system proceeds to select the evaporator units (Fan Coils)

according to the heat load of each room to be air conditioned; then the pipeline and its

route is dimensioned considering the most appropriate distribution flow for each room,

finally we proceed to distribute the diffusers, return grilles and thermostats.

After selecting the total evaporator units proceed to select the chiller, which is a

centralized unit for the entire system, to complete the system proceeds to calculate the

diameter of the pipe that carries cool water with the help of primary pumps and

secondary, which also selected with the help of the flow rate and total pressure drop of

the piping system.

Finished calculations illustrate the design of the system architecture of the building

thanks to the AUTOCAD software. The work includes a budget that considers the supply

of equipment described and installation costs of the proposed system.

Finally, a calculation of energy consumption of the proposed system and direct

expansion system is in this chapter that discuss which of these two systems generates

less spending and investment recovery is done in less time.

Facultad de Ingeniería Industrial y...

Documents

Transcript of Facultad de Ingeniería Industrial y...