Climatizacion_IosebaApilanez_02

MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

ÍNDICE ●

Parámetros fundamentales y operaciones básicas en aire acondicionado

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Condiciones de bienestar o confort

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Cálculo de la carga térmica de refrigeración

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Cálculo de la máquina

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Distribución de aire. diseño de conductos

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Tipos de sistemas

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Normativa

II. CONDICIONES DE BIENESTAR O CONFORT


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT

• La finalidad de las instalaciones de A.A. es mantener las condiciones ambientales interiores más satisfactorias para la permanencia de las personas en los locales. Para ello un buen sistema de climatización debe ser capaz de controlar las variables que intervienen en el confort: • Temperatura • Humedad relativa • Velocidad de aire • Pureza del aire • Ruido • El control de la T, HR, v y ruido se realizan mediante los equipos o unidades de tratamiento y distribución de aire de los sistemas de climatización • La pureza del aire depende de las renovaciones del aire nuevo del sistema de ventilación. No es posible lograr una buena climatización sin una buena ventilación. MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT • Al diseñar los sistemas de aire acondicionado se debe ser consciente que resulta imposible lograr la satisfacción de todos los ocupantes de los locales, por lo que dichos sistemas deben realizarse de modo que se tenga el menor porcentaje de quejas posible. • Habitualmente el diseño de la climatización está basado en cumplir los mínimos legales establecidos por la normativa; en este sentido la tendencia actual en las normas europeas es establecer niveles o categorías de bienestar (térmico, acústico, calidad de aire, etc), usualmente denominadas A, B y C, de mayor a menor nivel de exigencia respectivamente. • Para efectuar esta clasificación se suele emplear el índice PPI (Porcentaje de Personas Insatisfechas) que establece una predicción cuantitativa del número de personas que no van a estar conformes con el funcionamiento de las instalaciones. Categoría PPI

A

B

C

< 6%

< 10%

< 15%


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. • El cuerpo humano reacciona a los estímulos térmicos tratando de mantener constante la temperatura media del organismo (tc = 37°C), esta temperatura depende del equilibrio dinámico que se establece entre el calor producido por el cuerpo (metabolismo) y el que intercambia con el medio que le rodea. • Las tres variables que mayor importancia tienen en el equilibrio térmico del cuerpo humano son: – Metabolismo – Vestimenta – Superficie del cuerpo • La relación entre Temperatura–Sensación Térmica-Estado de Salud se da en la tabla siguiente


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. • El equilibrio térmico se representa por la siguiente ecuación (desarrollada por FANGER) y que corresponde al modelo de régimen permanente entre el cuerpo y el ambiente: M – W = Qr +QT M: Energía asociada al metabolismo W: Trabajo mecánico desarrollado por el cuerpo Qr: Intercambio de calor por respiración QT: Intercambio de calor por transmisión a través de la piel


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. Metabolismo • La producción de calor metabólico por parte del ser humano crece en proporción a la intensidad de la actividad que desarrolla y cuando el cuerpo se encuentra en completo reposo, se produce el mínimo metabolismo que se denomina metabolismo basal, que es de aproximadamente 40 kcal/hm 2. • La producción de calor del cuerpo humano aumenta con el nivel de actividad. • La unidad de medida es el MET (metabolic energy termal). • 1 met = 58 W/m2, que corresponde a una persona sentada inactiva • Niveles normales: 0,7-1,4 met • Actividades físicas muy pesadas: >8 met En la página siguiente se muestran valores representativos de esta unidad para algunas actividades concretas MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. Metabolismo


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. Vestimenta • La ropa cumple la función de aislar térmicamente al cuerpo del exterior. • La resistencia térmica de la ropa se mide en CLO. 1 clo = 0,18 m2·ºC·h/Kcal = 0,155 m²×ºC/W • Para el interior de los edificios suele tomarse: – 0,15 clo para ropa utilizadas en verano – 1 clo para ropas utilizadas en invierno.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EQUILIBRIO TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO. Superficie del cuerpo • Para poder analizar la cantidad de energía neta generada por el metabolismo del cuerpo humano, se define el concepto de ser humano típico standard de la siguiente manera • Hombre adulto: peso 70 kg y altura 1,73m • Mujer adulta: peso 60 kg y altura 1,60 m • El hombre estándar promedio presenta un área superficial de aproximadamente 1,80 m2 y la mujer de 1,60 m2. • Los factores de medida para los diversos componentes de la ecuación del balance térmico del cuerpo, están expresados en unidades de potencia por metro cuadrado de superficie corporal, por lo que se hace necesario estimar la superficie del mismo: A = 0,202· m0,425·h0,725 Siendo m la masa corporal en Kg y h la altura en m.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura • La temperatura que “siente” una persona en el medio que le rodea no es directamente la temperatura del aire, sino que también está influenciada por las temperaturas de las superficies que conforman el local. • El cuerpo intercambia calor con el ambiente por los mecanismos de convección, pero al mismo tiempo intercambia calor con todos los cerramientos a través de los procesos de radiación. • Por este motivo se define como Temperatura Resultante o Temperatura Operativa (to) de un recinto a aquella temperatura que debieran tener, tanto el aire como las paredes, para que el cuerpo humano intercambie por convección y radiación, igual cantidad total de energía que en la situación real; está definida por la siguiente expresión:


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura

to =

hr ·t rmp + hc ·t a hr + hc

• Donde: to : temperatura resultante (ºC) hr: Coeficiente de radiación (W/ºC·m2). trmp: temperatura radiante media ponderada de las superficies del local hc: coeficiente de trasmisión de calor por convección (W/ºC·m 2) ta: temperatura del aire (ºC) •


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura • La expresión anterior se simplifica a: t o siguientes hipótesis: – – – –

=

t rmp + t a 2

, si se cumplen las

Aire prácticamente en reposo (v = 0,1 m/s). Temperatura seca del aire comprendida entre 15 y 25 °C. Humedad relativa comprendida entre 30 y 70 %. Reparto de temperaturas en el local relativamente uniforme.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura • Las hipótesis anteriores se cumplen en los locales climatizados, con excepción de las zonas próximas a puntos de fuerte radiación o influencia de los equipos emisores, por este motivo, en la ITE-02.2.1 del RITE, se define la Zona Ocupada (figuras siguientes) en la que se deben alcanzar las condiciones de confort y de la cual excluye las zonas próximas a ventanas y equipos (tabla página siguiente).


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Temperatura • En el mismo apartado del RITE se indica que no pueden ser consideradas como zonas ocupadas los lugares en los que puedan darse importantes variaciones de temperatura con respecto a la media y pueda haber presencia de corrientes de aire, como son las siguientes: 1) Zonas de tránsito. 2) Zonas próximas a puertas de uso frecuente. 3) Zonas próximas a cualquier tipo de unidad terminal que impulse aire. 4) Zonas próximas a aparatos con fuerte producción de calor.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Humedad relativa • Afecta poco al confort de las personas. • Ambientes con altas humedades y con altas temperaturas pueden resultar molestos porque dificultan la sudoración. • Entre 30-70% se considera correcto. • Entre 45-60% para verano y 40-50 invierno estamos dentro de norma. • Estos valores están basados en condiciones sanitarias (sequedad de la piel, irritación de las mucosas, crecimiento de microorganismos,...)


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Humedad relativa


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Velocidad del aire • En general, el aire moviéndose produce una sensación molesta. • Cuando se trata del aire impulsado a un local, aire frío en verano y caliente en invierno, debe hacerse con la velocidad adecuada, para que el aire se mezcle convenientemente con el de la habitación, pero sin que ocasione molestias a los usuarios. • Se acostumbra a establecer un valor que no sea superior a los 0,25 m/s en lugares de ocupación sedentaria y a una altura del suelo inferior a los 2m. • Si la velocidad es inferior a 0,1m/s puede dar una sensación molesta, como de falta de aire. • En una habitación cerrada podemos tener movimiento de aire debido a las corrientes de convección, o bien, cuando se trata de instalaciones de aire acondicionado, al chorro de aire frío o aire caliente que se introduce en el local por las rejillas o los difusores.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Velocidad del aire • Las corrientes de convección son producidas por las diferencias de temperatura que ocasionan diferencias de densidad. Las corrientes de convección producen un movimiento típico del aire que sube y baja continuamente.

• Las corrientes de aire mantienen el polvo y los microorganismos en movimiento, siendo más fácil el contagio cuando estén presentes elementos patógenos. MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Condiciones de proyecto

• El nivel de ventilación estará relacionado con el nivel de actividad del local, y será capaz de eliminar los contaminantes interiores.

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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Condiciones de proyecto


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Ventilación • El objetivo de la ventilación de los locales es renovar el aire viciado de los mismos, con el fin de mantener las condiciones higiénicas adecuadas; el nivel de ventilación debe estar relacionado con la actividad que se mantenga en el interior de los locales y además ser suficiente para eliminar los contaminantes interiores. • Los niveles mínimos de ventilación son los fijados en la norma UNE 100.011; como orientación, en las tablas de las páginas siguientes se dan los caudales de ventilación requeridos por la ASHRAE STANDARD 62-73. • En este aspecto conviene destacar que en la ITE-02.2.2 se indica que el aire exterior será siempre filtrado y tratado térmicamente antes de su introducción en los locales.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Ventilación


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Ventilación


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT PARÁMETROS AMBIENTALES CON MAYOR INCIDENCIA EN CONFORT. Ruido • Se tomarán las medidas adecuadas para que como consecuencia del funcionamiento de las instalaciones, en las zonas de normal ocupación de locales habitables, los niveles sonoros en el ambiente interior no sean superiores a los valores máximos admisibles para cada tipo de local (ITE 02.3.3.1) los mismos se adjuntan en la tabla siguiente.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT. • Para conseguir un estado de confort y bienestar es necesario regular, por lo menos, dos variables: – la temperatura y – la humedad. • La determinación experimental de un estado de bienestar se lleva a cabo utilizando métodos estadísticos. • Temperatura efectiva es el índice que expresa el efecto compuesto de la temperatura del aire y la humedad relativa sobre el cuerpo. • Pueden emplearse ábacos o gráficos para determinar la temperatura efectiva.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT. • La temperatura seca es la que leemos en un termómetro normal. • La temperatura húmeda es la que leemos en un termómetro que tiene el bulbo cubierto con gasa o algodón humedecidos con agua. • Si el aire está saturado de vapor de agua la indicación de los dos termómetros es la misma. • A medida que el aire tenga menos vapor de agua, la lectura del termómetro húmedo irá disminuyendo. Así pues, la temperatura húmeda es un índice de la humedad.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT. Diagrama de confort • Después de realizados muchos experimentos, los resultados se recogen en unos gráficos que indican el grado de confort que se alcanza en unas condiciones determinadas. Estos gráficos se llaman diagramas de confort. • No existe un modelo único, sino varios que recogen experiencias realizadas por diversos laboratorios o países. • Uno de los más utilizados es el confeccionado por ASHRAE (American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers) que se reproduce en la siguiente figura.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT. Diagrama de confort Las líneas centrales tienen el siguiente significado: 1. Ligeramente fresco. 2. Confortable. 3. Ligeramente caluroso. 4. Caluroso. La zona comprendida entre las líneas 1 y 3 marca el área que corresponde a la llamada zona de confort.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT GRÁFICOS DE CONFORT. Diagrama de confort La figura es otro gráfico de confort procedente de ASHRAE, pero de manejo más sencillo. La zona rayada indica las condiciones de confort en verano y en invierno. Hay una pequeña franja que correspondería a las dos estaciones indistintamente. Para asegurar unas condiciones de confort no basta con situarnos permanentemente en la llamada zona de confort, sino estudiar una distribución correcta de temperaturas y una velocidad adecuada del aire. MSFC203_INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EFECTO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS TEMPERATURAS. • En una habitación acondicionada, la distribución de temperaturas no es uniforme. En general dependerá del tipo de calefacción o refrigeración empleado.

La figura representa la distribución ideal de temperatura: una distribución uniforme, es decir, la misma temperatura a cualquier altura del suelo.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EFECTO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS TEMPERATURAS. • La figura representa la distribución de temperaturas en un sistema de calefacción mediante suelo radiante. Obsérvese que la temperatura a nivel del suelo es mayor, después va disminuyendo, es bastante constante a lo largo de la habitación y disminuye cerca del techo.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EFECTO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS TEMPERATURAS. • La figura representa la variación de temperatura con el sistema de radiadores. Sobre los radiadores se originan unas corrientes de aire llamadas de convección, que producen unas variaciones de temperatura bastante acusadas.


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II. CONDICIONES DE BIENESTAR Y CONFORT EFECTO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS TEMPERATURAS. • La figura representa la variación de temperatura en el sistema de calefacción de techo radiante .

• Desde el punto de vista del confort, lo óptimo será tener un recinto a una temperatura lo más constante posible; o por lo menos, conseguir que no haya mucha diferencia de temperatura entre la cabeza y los pies.


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