Sistema de Aire Acondicionado Para Un Taller de Costura

Refrigeración y Aire Acondicionado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOEscuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica

INDICE

INTRODUCCION.............................................................................................................2

FUNDAMENTO TEORICO..............................................................................................3

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE............................................................................3

CONCEPTOS DE AIRE ACONDICIONADO...............................................................3

INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO:........................................................4

a. Instalaciones Centrales e Individuales..............................................................4

b. Instalaciones Directas e Indirectas...................................................................5

CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS..............................................................................6

1. Condiciones y Esquema del Recinto....................................................................6

2. Cálculo del Calor Sensible:...................................................................................8

3. Calculo del Calor Latente:..................................................................................10

4. Cargas Totales:..................................................................................................11

DISEÑO DE CONDUCTOS...........................................................................................12

1. Datos y Supuestos para en análisis:..................................................................12

2. Determinación de Caudales:..............................................................................13

3. Longitudes Equivalentes:....................................................................................13

4. Cálculo del tramo inicial:.....................................................................................13

5. Cálculo en los demás tramos del conducto principal:.........................................14

6. Cálculo de las Recuperaciones Estáticas:..........................................................14

7. Caída Total de Presión en el conducto Principal:...............................................14

8. Caídas de Presión y Dimensiones en las derivaciones:.....................................15

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..............................................................................16

ANEXOS........................................................................................................................17

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INTRODUCCION

El propósito de este trabajo es el de diseñar un sistema aire acondicionado para un

taller de costura en el distrito de La Esperanza - Trujillo, con la finalidad de brindarle a

este espacio todos los requerimientos en cuanto a las condiciones necesarias para

que el ambiente que ocupa sea confortable y cómodo para poder disfrutar el tiempo

allí, por ello se toman muchos criterios por las empresas y estas a la ves capacitan a

sus empleados para cumplir con las exigencias requeridas en el servicio. Para ello se

requiere hacer evaluaciones de la carga térmica en el recinto y de esta manera estimar

los parámetros que se han de usar en dicha instalación para posteriormente emplear

el equipo adecuado, por lo tanto a continuación se muestran los estudios realizados de

carga térmica y diseño de conductos. Estos se convierten en una prioridad, debido a

las condiciones climatológicas que tiene la ciudad de Trujillo, llegando a una

temperatura promedio anual promedio de 32 ºC en verano y 15.8 ºC en temporada de

invierno ya que posee un clima tipo semiárido.

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FUNDAMENTO TEORICO

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE

Muchos consideran el acondicionamiento del aire como una de nuestras industrias

nuevas más importantes, que se desarrolla con una rapidez extraordinaria. Oímos

hablar de teatros, restaurantes, hoteles, almacenes, oficinas y cines con aire

acondicionado. Pero son muy pocas las personas que saben exactamente que es el

acondicionamiento del aire. El termino acondicionamiento del aire significa controlar la

temperatura, la circulación, la humedad y la pureza del aire que respiramos y en el que

vivimos o hablando en términos más generales, el acondicionamiento completo del

aire significa calentar el aire en invierno, enfriarlo en verano, circular el aire y renovarlo

en esas dos estaciones del año, secarlo(quitarle humedad) cuando el aire está

demasiado húmedo, humedecerlo (añadirle humedad) cuando es demasiado seco y

filtrar o lavar el aire para privarle del polvo y los posibles microbios que contengan

tanto en el verano como en el invierno.

Las instalaciones de calefacción y refrigeración modernas tienen la temperatura

controlada automáticamente por medio de interruptores termostáticos eléctricos que

abren o cierran el circuito eléctrico de los motores.

Al plantear un sistema de calefacción o refrigeración hay que tener en cuenta el

tamaño del edificio, la superficie total de las paredes y las ventanas, el aislamiento, la

diferencia máxima de temperatura entre el exterior y el interior, la importancia de la

pérdidas y ganancias de calor, para así calcular la carga total de calor o enfriamiento y

el tamaño de la unidad de calefacción o refrigeración que se necesita.

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CONCEPTOS DE AIRE ACONDICIONADO

Es posible calcular en determinadas condiciones, valores promedio de las propiedades

psicométricas del aire en las que el ser humano goza de máximo bienestar, las cuales

son:

- La temperatura del aire.

- La humedad del aire.

- El movimiento del aire.

- La pureza del aire.

El acondicionamiento del aire como proceso consiste en tratar de modo que queden

reguladas simultáneamente su temperatura, su humedad, su pureza y su distribución,

a fin de que se cumplan las condiciones exigidas por el espacio acondicionado en

cualquier época del año. El aire acondicionado comprende calefacción, refrigeración,

humidificación, deshumidificacion, ventilación, limpieza y circulación del aire.

Impurezas: humos de sulfuros, ácidos, polvos, cenizas, minerales, microorganismos,

etc. La cantidad de vapor de agua en el aire varia de lugar a lugar y de acuerdo a las

condiciones atmosféricas locales, siendo normalmente de 1% a 3% de la masa de la

mezcla.

INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO:

a. Instalaciones Centrales e Individuales

Las instalaciones para el acondicionamiento del aire son de dos tipos

generales, a saber: instalaciones de acondicionamiento del aire centrales y

refrigeradores individuales de habitaciones.

Las centrales de acondicionamiento del aire en las casas, oficinas, teatros,

cines, etc., tienen las unidades calentadoras, refrigerantes, filtrantes, el

humidificador y el ventilador para la circulación en un grupo compacto en el

sótano o en una habitación apropiada de la que parten conductores que llevan

el aire acondicionado a las diferentes habitaciones o a los distintos

departamentos.

Los refrigeradores individuales para las distintas habitaciones tienen, por lo

general, la forma de una refrigeradora compacta, un humidificador, un filtro y un

ventilador, contenidos todos ellos en un armario de buen aspecto que se coloca

en la sala o cuarto de esta, el comedor, el dormitorio o la oficina que se quiere

enfriar.

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b. Instalaciones Directas e Indirectas.

Los sistemas de acondicionamiento del aire se clasifican también en “directas e

indirectas”. El sistema directo el evaporador del refrigerante o el serpentín

encargado del enfriamiento está colocado en la corriente de aire y está en

contacto directo con el aire que hay que emplear en el enfriamiento. En el

sistema indirecto se emplea agua que se enfría haciéndola pasar alrededor del

evaporador del refrigerante y después se la hace pasar por un serpentín

refrigerador o bien, por el contrario se le da salida por boquillas para que estas

la pulvericen sobre la corriente del aire.

El sistema indirecto es más seguro en las instalaciones grandes, porque el

evaporador que contiene en refrigerante químico no está colocado en el

conducto del aire, y si se produce un escape refrigerante este no puede ser

arrastrado por la corriente de aire. Sin embargo, en las unidades pequeñas,

como las empleadas en los refrigeradores individuales de las habitaciones, es

el sistema directo el que se emplea por lo general.

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CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS

1. Condiciones y Esquema del Recinto

En esta ocasión determinaremos la carga térmica de refrigeración para un taller

de costura cuyas dimensiones son 7m de ancho por 7 metros de largo y 2.85

metros de altura.

El local está situado en el distrito de La Esperanza, provincia de Trujillo. Las

condiciones del proyecto son:

Temperatura exterior del proyecto : 32 ºC

Humedad Relativa exterior : 80 %

Variación diaria de Temperatura (ET) : 10 ºC

Temperatura interior : 18 ºC

Humedad Relativa interior : 50 %

Latitud : 8.6 º

Consideraremos la hora solar del proyecto las 12. Entonces tenemos una

temperatura exterior:

T e=Te p−3=32−3

T e=29 ºC

Por tanto el salto de temperatura es:

∆ T=29−18=11ºC

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Plano de Distribución del Local

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2. Cálculo del Calor Sensible:

2.1. Calor Sensible debido a la radiación a través de ventanas:

La única pared que tiene ventanas es la fachada (Muro Este), las ventanas

tienen un área total de 9.2625 m2 y tienen marco metálico, es así que para

el mes de julio a las 12 horas, obtenemos de la Tabla 4: Radiación Solar

(Pág. 105 Enciclopedia de Climatización) un valor:

R=44W

m2

Así el calor es:

Q̇SR=9.2625∗44∗1.7

Q̇SR=692.84 W

2.2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y

techos exteriores:

El local está ubicado en la planta baja, por lo que el techo no será exterior,

así la única para exterior que tendremos será la fachada.

El área de la fachada (muro este), sin contar las ventanas y la puerta es:

Ae=10.68 m2

Para una densidad por espesor del muro de:

DE=228.16kg

m2

De la Tabla 7: Diferencia de temperatura equivalente DTE (pág. 108

Enciclopedia de Climatización), obtenemos:

DTE=17.08 ºC

Con el salto de temperatura y la variación diaria de temperatura, vamos a

la Tabla 9: Corrección de la diferencia de temperatura DTE (Pág. 110

Enciclopedia de Climatización), obteniendo:

DTE=17.08+3.5

DTE=20.58 ºC

Consideramos un coeficiente de transmisión de:

K=1.5W

m2−K

Así el calor es:

Q̇STR=10.68∗1.5∗20.58

Q̇STR=329.69 W

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2.3. Calor debido a la transmisión a través de paredes y techos no

exteriores:

Tenemos las superficies:

Área del techo y suelo : 49 m2

Pared Norte : 19.95 m2

Pared Este – Oeste : 19.95 m2

Área de ventanas : 9.26 m2

Si se considera para el vidrio un coeficiente de transmisión de 5.8 W

m2−K y

para las paredes interiores 1.9 W

m2−K, además como las paredes son

colindantes con un local no refrigerado, el salto térmico disminuye en 3, así

obtenemos:

Q̇ST=9.26∗5.8∗8+157.85∗1.9∗8

Q̇ST=2828.98 W

2.4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones:

Según la Tabla 10: (Pág. 112 Enciclopedia de Climatización), para

pequeños comercios tenemos V t=13.6. De donde:

V̇ t=13.6∗1∗10=136

Luego el Calor es:

Q̇SI=0.33∗V̇ t∗∆ T

Q̇SI=0.33∗136∗11

Q̇SI=493.68 W

2.5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local:

En el local hay un promedio al día de 7 personas, de las cuales 2 están

sentadas haciendo un trabajo ligero, 3 sentadas en reposo y 2

moderadamente activo de pie. Así según la Tabla 3: Perdidas de calor del

cuerpo humano (Extraida de “Heating Ventilating Air Conditioning Guide”,

American Society of Heating and Air)

Q̇SP=2∗48+3∗45+2∗50=331kcal

h

Q̇SP=384.95 W

2.6. Calor generado por la iluminación del local:

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Determinada por:

Q̇SILU=3.4∗W∗N∗FB∗FCE

Donde:

W =Potencia del foco

N=numerode focos

FB=1.25 (alumbrado fluorescente )

FCE=1(alumbrado incandescente)

Q̇SILU=BTU /h

Entonces:

Q̇SILU=3.4∗22∗4∗1.25∗1

Q̇SILU=374BTU

h

Q̇SILU=109.61 W

2.7. Calor sensible procedente del aire de ventilación:

Consideramos una ventilación de 25 m3

h, suponiendo que f =0.3,

tendremos que el calor es:

Q̇SV =0.33∗f ∗V v∗∆ T

Q̇SV =0.33∗0.3∗25∗7∗11

Q̇SV =190.58 W

3. Calculo del Calor Latente:

3.1. Calor latente generado por las personas que ocupan el lugar:

En el local hay un promedio al día de 7 personas, de las cuales 2 están

sentadas haciendo un trabajo ligero, 3 sentadas en reposo y 2

moderadamente activo de pie. Así según la Tabla 3: Perdidas de calor del

cuerpo humano (Extraida de “Heating Ventilating Air Conditioning Guide”,

American Society of Heating and Air)

Q̇LP=2∗52+3∗38+2∗63=344kcal

h

Q̇LP=400.07 W

3.2. Procedente del aire de Ventilación:

Se determinará mediante:

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Q̇LV=0.84∗f ∗V v∗∆ W

Donde ∆ W lo obtenemos de la carta psicométrica con las condiciones:a. 29 ºC – 83 % , tenemosW =21.3 g/ Kgb. 18 ºC – 50 % , tenemosW =6.5 g / Kg

∆ W =14.8g

Kg

Entonces:

Q̇LV=0.84∗f ∗V v∗∆ W

Q̇LV=0.84∗0.3∗25∗7∗14.8

Q̇LV=652.68 W

4. Cargas Totales:

La carga total será la suma del calor latente total y el calor sensible total, pero

estás cargas están sometidas a distintos cambios, por lo que se le agrega un

10% como factor de seguridad, así:

Q̇T=1.1∗( 400.07+652.68 )+1.1∗(190.58+109.61+384.95+493.68+2828.98+329.69+692.84 )

Q̇T=6691.39 W

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DISEÑO DE CONDUCTOS

1. Datos y Supuestos para en análisis:

- El aire de ventilación calculado para nuestro taller de costura es:

V̇ v=175m3

h

- La velocidad de entrada será de c=2ms

- La longitud equivalente de cada tramo será determinada agregándole un 50%

de su valor.

- A las salidas se le han colocado difusores de 0.1 Pa/m

- Diseñaremos una red de conductos rectangulares que siga el siguiente

esquema:

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Esquema de Conductos para el Taller

2. Determinación de Caudales:

Según el esquema anterior, los caudales serán:

˙V CG=175m3

h

˙V CF=175m3

h

˙V BC=350m3

h

˙V BE=175m3

h

˙V AB=525m3

h

3. Longitudes Equivalentes:

TRAMO Longitud equivalente (m) Caudal (L/s)

AB 2.7 145.83

BE 1.5 48.61

BC 2.4 97.22

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CF 1.2 48.61

CG 1.5 48.61

4. Cálculo del tramo inicial:

Determinamos la sección que debería tener, sabiendo que:

S=V̇ AB

3600∗c

S= 5253600∗2

S=0.0729 m2

Si suponemos una sección cuadrada, tendremos:

W =0.27 m

H=0.27 m

De donde el diámetro equivalente es:

De=1.3∗(W∗H )0.625

(W +H )0.250

De=1.3∗(0.27∗0.27 )0.625

(0.27+0.27 )0.250

De=0.295 m

Con el valor de los caudales y el diámetro equivalente podemos obtener de la

gráfica 02: Perdida por rozamiento en conducto redondo (Pág. II39 Carrier) la

caída de presión unitaria:

∆ pL

=0.18Pam

5. Cálculo en los demás tramos del conducto principal:

Con el valor de la caída de presión podemos determinar mediante la gráfica 02 los

diámetros equivalentes, dimensiones y velocidades:

- Tramo BC

De=0.2 60 m

W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.2 60=0.2 38 m

c= 350

3600∗0.2382=1. 71

ms

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- Tramo CG

De=0.19 m

W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.195=0.178 m

c= 175

3600∗0.1742=1.52

ms

6. Cálculo de las Recuperaciones Estáticas:

a. Paso de 2 a 1.54

∆ p 1=0.75∗1.2 ( 22−1.712 )

2

∆ p=0. 48 Pa

b. Paso de 1.54 a 1.52

∆ p=0.75∗1.2 (1.712−1.522 )

2

∆ p 2=0.276 Pa

7. Caída Total de Presión en el conducto Principal:

∆ pTotal=(2.7+1.5+2.4+1.2+1.5 )∗0.18−0.48−0.276+0.1

∆ pTotal=1.018 Pa

Las caídas de presión se reparten de la siguiente manera:

- Tramo AB: 2.7∗0.18=0.486 Pa

- Tramo BC: 2.4∗0.18=0.432 Pa

- Tramo CG: 1.5∗0.18=0.27 Pa

Con esto podemos calcular las presiones a la entada de las derivaciones:

- Presión en B: PB=1.012 Pa

- Presión en C: PC=0.856 Pa

8. Caídas de Presión y Dimensiones en las derivaciones:

- Derivación BE:

∆ pL

=1.012−0.11.5

=0.608Pam

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- Derivación CF:

∆ pL

=0.856−0.11.2

=0.63Pam

Con la caída de presión unitaria y el caudal, nos vamos a la gráfica 2 y

determinamos los diámetros equivalentes y sus dimensiones:

- Derivación BE:

De=0. 082 m

W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.082=0.075 m

c= 175

3600∗0. 0752=8.64

ms

- Derivación CF:

De=0. 08 8m

W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.08 8=0.0 8 m

c= 175

3600∗0. 0 82=7.5

ms

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Miranda Barreras, Ángel L., “AIRE ACONDICIONADO”, Ediciones CEAC.

España.

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2. Carrier. “MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO”. Editorial Marcombo.

Barcelona. 2009.

3. Valencia P. “DISEÑO DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO”.

Universidad Nacional del Callao. 2014.

ANEXOS

Grafica 02: Perdida por rozamiento en conducto redondo (Carrier)

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Sistema de Aire Acondicionado Para Un Taller de Costura

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