MEMORIA TECNICA Diseño de Sistemas de Climatización
Realizado por: Jorge A. González González Manuel De Oliveira Christian Guerrero José Chang-Leung Chang-Leung Ricardo Gutiérrez
Cédula: 4-762-1799 Cédula: 4-754-1739 Cédula: 4-767-748 Cédula: 8-848-2398 Cédula: 3-726-2132
Tabla de contenido I.
Memoria Descriptiva ..................................................................................... 2 Objetivos Características del Local Justificación del sistema sistema de climatización climatización Normas Consideradas
II.
Cálculo de la carga térmica y Acondicionamiento de Aire requerido ............... .......................... ....................... ....................... ...................... ............. ..3 Parámetros de Diseño Datos Constructivos
III.
Dimensionamiento de los Conductos ........... ...................... ....................... ...................... ..................... ................... ........5 Parámetros de Diseño Calculo de las dimensione dimensioness de los l os ductos
IV.
Especificaciones técnicas ........................................................................... 6 Descripción de Equipos Sistema de Control Detalles de instalación i nstalación
Memoria Descriptiva Objetivos La presente memoria define y detalla las prescripciones y elementos que contiene la instalación de a ire acondicionado acondicionado de una residencia para que ésta se adapte dando solución de la manera más conveniente a los problemas energéticos, económicos y de confort. Se sustentará teórica y técnicamente el cálculo de la carga térmica de las secciones para así poder calcular la capacidad de toneladas de refrigeración de los equipos y proponer un equipo para que disipe la carga térmica resultante. Requeridas.
Características del Local El local, es una residencia localizada en la ciudad de Panamá de un área de 1748 m 2. El edificio objeto del proyecto es una edificación desarrollada en una sola planta con forma cuadrada y la orientación de su fachada principal se encuentra hacia el Sur. Las áreas requeridas para acondicionar con equipos de aire son; sala común, cocina, cuarto de servicio y las recamaras. La altura media medida desde el piso terminado al plafón es de 2.74 metros, con una altura al plafón falso de 2.4 m.
Justificación del sistema de climatización Las distintas zonas se climatizaran climatizaran de manera independiente independiente por una máquina El sistema escogido es el solo aire con sistemas de zona única, es decir condensando condensando los gases provenientes de la descarga de los compresores mediante mediante aire y distribución del aire enfriado en la unidad evaporadora, y posteriormente conducido mediante conductos o mediante descarga directa desde la unidad evaporadora. El ventilador de retorno de aire toma aire de los recintos y lo distribuye través de ductos de retorno de aire de regreso a la unidad de acondicionamiento de aire Las unidades condensadoras irán alojadas en la parte exterior de la residencia, las unidades interiores irán colocadas en los techos en los casos de máquinas de conductos según queda indicado en los planos. Con el fin de racionalizar el consumo energético, se controlará la temperatura interior de cada una de las zonas con un termostato ambiente bimetálico, con regulación para frío y para calor con el fin de seleccionar la temperatura y las distintas maniobras maniobra s de la máquina. Dicho termostato estará colocado sobre paramento vertical. El sistema ha sido elegido basándonos fundamentalmente fundamentalmente en e n los siguientes aspectos:
Ser económico, considerando los factores determinantes de utilizar un solo sistema para la climatización de todo edificio, con maquinaria de la misma marca y modelos parecidos para la reposición de piezas. Posee un mantenimiento muy sencillo y económico.
Normas Consideradas
ASHRAE (American (American Society Society of Heating, Refrigeration Refrigeration and and Air Conditioning Conditioning Enginners) Enginners) SMACNA (Sheet metal and Air Conditioning Contractors National Association, Inc)
AMCA (Air Moving and Conditioning Association Association). ).
ARI (American Refrigeration Refrigeration Institute). Institute).
Los códigos y regulaciones dadas por entidades regionales, como el municipio.
Cálculo de la carga térmica y Acondicionamiento de Aire requerido Parámetros de Diseño Ciudad de Panamá
Ciudad Locación Latitud Longitud Elevación Temperatura Bulbo Bulbo seco en Verano Verano Temperatura Bulbo Bulbo húmedo en Verano Rango Diario Temperatura Bulbo Bulbo seco en Invierno Invierno Temperatura Bulbo Bulbo húmedo en invierno Mes para diseñar Temperatura del del recinto
Panamá 8.9 79.6 52.0 92.0 75.0 15.8 73.0 60.9
Deg. Deg. ft °F °F °F °F °F
Marzo 3:00 P.M. 75
°F
Datos Constructivos
Las paredes exteriores están construidas con láminas de madera, láminas de papel y aislamiento R5:
= 0.1 .13379 ⁄ ∗ ℉ ∗ ℎ
Paredes interiores láminas de yeso(particiones):
= 0.21 ⁄ ∗ ℉ ∗ ℎ
Ventanas sin entoldado entoldado ni sombreado sombreado exterior: exterior:
: = 24 ⁄ ∗ ℎ : = 38 ⁄ ∗ ℎ : = 73 ⁄ ∗ ℎ : = 73 ⁄ ∗ ℎ
Puertas de madera de 1 ½ pulg
= 0.1 .1006 ⁄ ∗ ℉ ∗ ℎ
Techo: tejas yuxtapuestas yuxtapuestas con asfalto, papel papel de construcción, construcción, recubrimi recubrimiento ento de madera, aislamiento aislamiento R8, R8, cielos de tableros enyesados y tapanco:
= 0.0 .0665 ⁄ ∗ ℉ ∗ ℎ
Carga de refrigeración
Dimensionamiento de los Conductos Parámetros de Diseño CFM -Sala CFM-Cocina CFM-Cuarto de Servicio CFM-Recamara 1 CFM-Recamara 2 CFM-Recamara 3 CFM en la descarga del ventila ventilador dor Velocidad recomendada recomendada a la descarga del del evaporador evaporador
368.73 CFM 374.15 CFM 194.33 CFM 163.35 CFM 235.84 CFM 296.4 CFM 1630 CFM 1400 ft/min
Calculo de las dimensiones de los ductos de aire acondicionado SECCIÓ CCIÓN N AB BC BD DY YE YF DG GH GI IK IJ
CFM CFM V, ft/ ft/min Perdidas 1629.85401 1400 368.730438 900 1261.12357 1200 568.494002 1000 374.156504 900 194.337498 800 692.629571 1100 163.350552 800 529.279019 1000 296.430678 900 232.84827 900
0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
Nota: Y es el punto de bifurcación entre el punto F y E
D, equivale alente 16 9 14 10 9 7 12 7 10 8 8
Dimension del ducto cto rectan ctanggular, ar, in 10x22 10x7 10x16 10x8 10x7 10x4.5 10x13 10x4.5 10x8 10x5.5 10x5.5
Calculo de las dimensiones de los ductos de retorno SECCIÓN AB BC CD DE EF FG
CFM V, ft/m ft/min in Per Perdid didas D, equi equivvalent lentee 1629.85394 700 0.3 14 1435.51644 900 0.3 12 1061.35994 1200 0.3 12 764.929259 1000 0.3 10 532.080989 900 0.3 9 368.730438 700 0.3 8
Dimen imenssion ion del del duc ducto rect ectangula ular, in 10x16 10x13 10x13 10x8 10x7 10x5.5
Especificaciones técnicas Descripción de Equipos
Difusores: Los difusores de aire que se utilizaran deben ser escogidos con los cálculos de CFM por sección
hechos para este proyecto. Nos basaremos en los CFM más grandes calculados para seleccionar el tipo de difusor del sistema. Los CFMs más grandes se encuentran en la cocina y son 374.15 CFM o 635.68 m 3/h. Se utilizarán difusores de rejillas de aletas orientables marca AIRFLOW SERIE 1, en acabado estándar aluminio anodizado o blanco Ral-9016, con tres tipos de fijación: tornillos, pestillos o clips. Las dimensiones nominales van desde 100mm a 1.500mm en longitud y de 75mm a 600mm en e n altura, con un rango de caudales c audales de 100m³⁄h a 10.000m³⁄h. 10 .000m³⁄h. haciendo uso del catálogo del difusor, determinamos las dimensiones para el difusor según la cantidad de caudal de aire que puede manejar.
Figura 1: Difusores de aletas orientables
Como puede verse en la figura 2, se selecciona un difusor con capacidad de hasta 1200 m3/h. Pero además, se debe tomar en cuenta la potencia sonora que producen estos difusores. Por ende, debe seleccionarse un difusor que produzca menos decibeles. Según el texto, los niveles adecuados de decibeles para residencias urbanas y suburbanas están entre 25 a 40 decibles. Con todas estas especificaciones de diseño, procedemos a seleccionar el difusor. Las dimensiones del difusor que cumplen con estas especificaciones pueden ser 3 según el catálogo, pero se selecciona un difusor de 600X150 mm el cual produce 35 db.
Figura 2: Especificaciones del difusor.
Unidades de refrigeración: Se utilizará un sistema Dividido Fan & Coil Daikin McQuay. Las
especificaciones de este equipo son:
Compatible R22 y R410 Gabinete de acero galvanizado con pintura electrostática Solo frio y heat pump Vence una alta caída caída estática. Funcionamiento ultra silencioso Fácil mantenimiento 1.5 hasta 5.0 TR 230 Volts.
Figura 3: Sistema dividido Fan & Coil Daikin McQuay.
El condensador para este sistema será marca Daikin McQuay con desde ½ Ton a 5 Ton/r., modelo GSX13 0361C de 36000 BTU/h o 3 ton.
Figura 4: Condensador GSX13 0361C.
Figura 5: Especificaciones del condensador.
El evaporador será también marca Daikin McQuay modelo MQFC-24036-CHF216A de 3 toneladas. Las especificaciones del equipo se muestran a continuación.
Figura 6: Especificaciones del Evaporador.
Campana Extractora para la Cocina:
A la hora de escoger la campana de extracción e xtracción para tu cocina c ocina se debe tener en cuenta numerosos aspectos como el nivel de extracción que necesitas para saber de qué potencia se necesita campana. También debe recordarse que, para las cocinas sin salida de humos, debe utilizarse campanas con filtros de carbono activo que filtran el air e y eliminan los malos olores. El nivel de ruido de las campanas requiere una especial atención, ya que muchas veces supone un problema el exceso de ruido que generan mientras cocinas. En las cocinas de mucho uso, puede optarse por una campana con motor blindado, así se protegerá el interior de grasa, polvo y suciedad. Las características técnicas generales de las campanas de extracción a las que debe atenderse son las siguientes: El tamaño: Debe tener un ancho mínimo igual al de la placa de cocción, aunque lo más recomendable es que sea un poco más grande para que tenga una mayor capacidad de absorción. Por ejemplo, si la placa es de 80 cm, la campana debería ser como mínimo de 60 cm, aunque siempre será más efectiva si su tamaño es mayor. Si se tiene espacio suficiente, puede instalarse la campana de 70, 80 o incluso 90 cm. La potencia necesaria para esta campana se calcula en función del tamaño que tenga la cocina. Los motores: Es importante fijarse en que la campana tenga motores blindados de hierro y no de plástico, para evitar que la grasa entre y se adhiera. Es especialmente relevante también que tenga varias velocidades y una válvula antirretorno que impide la vuelta a la cocina de olores y humos una vez apagada la campana. Los modelos más utilizados suelen tener una capacidad de absorción de hasta 500 m3/h como mínimo. Los decibelios: Los modelos que se fabrican cada vez son más silenciosos, incluso hay algunos que incluyen cerramientos con revestimientos de materiales que absorben el ruido y lo amortiguan. Aunque también es cierto que el nivel de sonido aumenta en función de la potencia de absorción. Las campanas extractoras emiten de media entre 70 y 80 decibelios a potencia máxima y unos 40 decibelios con la mínima potencia. Si no se quiere que provoque demasiado ruido, se recomienda un modelo que no pase de los 60 decibelios. Capacidad de extracción: Para saber la potencia que debe tener la campana extractora, debe contarse con las medidas de la cocina y con los tubos que se instalarán para dar salida al exterior al humo. Para calcular la potencia del motor que se necesita, se puedes realizar la siguiente fórmula de forma muy sencilla: se multiplica los metros cuadrados de la cocina por la altura de la cocina y el resultado que se obtenga, se deberá multiplicar de nuevo por 12 revoluciones/ hora, lo que es igual a los metros cúbicos (m3) de motor. Por ejemplo, si la cocina mide 10 metros cuadrados, y 2.40 m de alto, el resultado sería: 10 x 2.40 x 12 = 288 m3”
Por lo tanto, para una aspiración mínima se necesitaría una campana de 288 m3 por hora de aspiración. Sin embargo, es recomendable instalar una de mayor potencia de la necesaria ya que, para aspire de forma adecuada, no se tendrá que programar para que trabaje al máximo de su velocidad y por tanto hará menos ruido. Es importante consultar consul tar el diámetro que pide el modelo de de campana que se escoja porque si el tubo de la cocina es inferior al que se elija, la campana no funcionará bien. Sería contraproducente dado que la capacidad de aire que puede aspirar la campana, no cabría por el tubo y el humo retornaría a la cocina, perdiendo así capacidad de extracción y aumentando la generación de ruido. También resta capacidad de extracción cada codo de la instalación del tubo, así como la prolongación del mismo hasta el exterior. En nuestro proyecto, el área de la cocina es de 23.7 m2 y una altura de 2.75 m. Por lo tanto:
23.7 × 2.75 × 12
= 78 782. 2.11 /ℎ ℎ
Con esta capacidad de extracción tenemos un punto de apoyo para la selección de la campana. Se seleccionara una campana extractora extrac tora tipo isla marca SIEMENS modelo iQ500 I diseño Black Box Slim con capacidad de 870 m3/h, lo cual es mayor a lo calculado para una extracción más eficaz. La iluminación mediante LEDs de bajo consumo permite una óptima visibilidad durante toda la cocción. El modo intensivo aumenta la capacidad de extracción cuando se necesita, y se desconecta automáticamente transcurridos 5 minutos. La potencia sonora de esta unidad es de 54 dB: extremadamente silenciosa. Esta posee además, un motor blindado.
Figura 7: Campana extractora SIEMENS IQ500.
Figura 4: Especificaciones técnicas de la campana.
Figura 9: Dimensiones del ducto para la campana extractora.
Rejillas de Retorno:
Las rejillas de retorno deben ser capaces de manejas el mismo caudal de aire que ingresa al recinto. Por lo tanto, para su dimensionamiento nos basaremos en el mayor caudal de aire que ingresa a las secciones del recinto. Los mayores CFM presentes en el sistema son los que ingresan a la cocina y son 374.15 CFM o 635.68 m3/h. Por lo tanto, se seleccionan las rejillas marca Koolair. Las especificaciones se muestran a continuación.
Figura 5: Características de la rejilla de retorno Koolair.
Figura 6: Especificaciones técnicas de la rejilla de retorno.
Dado el caudal de aire a manejas, se selección una rejilla para 700 m 3/h, la cual está sobredimensionado para nuestro sistema. Basándonos en la figura 7, las dimensiones de esta rejilla también deben considerar el tamaño del ducto dimensionado para el retorno. Por lo tanto, para las rejillas tendrán una dimensión de 300x300 mm la cual puede ajustarse a todos los tamaños de ductos dimensionados y el contratista deberá encargarse de su correcta instalaciòn.
Sistema de Control
Un sistema de control puede ser considerado considera do como un grupo de muchos dispositivos de control, los cuale s desempeñan en conjunto tareas como mantener las condiciones de diseño del sistema, reducir la mano de obra, reducir al mínimo el uso de energía y sus costos y mantener el funcionamiento del equipo a niveles seguros.
Figura 7: Sistema de control para el sistema de refrigeración.
El sistema de control de nuestro sistema consta de un botón de parada y uno de arranque con una memoria para dar inicio y detener el sistema. A su vez, estos activan el arrancador del evaporador el cual conste de una protección de sobrecarga. El termostato actúa como un elemento medidor el cual se encargará de dar inicio al reloj (o timer) para iniciar el relé de control. Seguidamente se activa el calentador de carter. Estando ya activado el relé de control, los sensores de alta y baja presión se encargarán de accionar el contactor del compresor el cual además posee una protección interna. Este sistema de control es de tipo cerrado y es alimentado con 24 V. Los termostatos a utilizar serán marca Johnson, los cuales son de tamaño reducido y tienen un diferencial fijo en cada etapa y regulable entre etapas (en casi todos los modelos). El elemento sensor lleno de líquido permite trabajar con todos los rangos de temperatura y no se ve afectada por la presión barométrica. Como el bulbo contiene la mayor parte del líquido sensor, el t ermostato puede considerarse del tipo “sin influencia del ambiente”, las variaciones de temperatura del capilar y la tapa afectan ligeramente el punto de c onsigna, debido a la pequeña cantidad de líquido que contienen. Bajo pedido, es posible fabricarlos con las siguientes características: sin caja ni cubierta para montaje en panel, diferencial mínimo entre etapas y un capilar de distintas longitudes. longitudes. Características:
Elemento de detección lleno de líquido Interruptor Penn estanco al polvo Modelos de protección de clase IP65 disponibles Ajuste frontal
Aplicación: Estos termostatos están diseñados para diversos tipos de aplicaciones aplicaciones de calefacción, refrigera refrigeración, ción, ventilación o aire acondicionado acondicionado.. Todos los modelos cuentan con dos interruptor interruptores es SPDT que proporcionan las siguientes posibilidades de control:
Dos etapas disponibles para calefacción Dos etapas disponibles para refrigeración
Calefacción/refrigeració Calefacción/ refrigeración n con conmutación automática.
Figura 8: Termostato para el sistema de control
Figura 9: Especificaciones de los termostatos.
Detalles de instalación
Ductos: Se fabricarán de lámina galvanizada e instalarán de acuerdo a los tamaños y recorridos mostrados en
los planos. Para la fabricación se seguirán las normas de la ASHRAE, SMACNA y los detalles adjuntos. La unión entre ducto y equipo será con juntas flexibles de neopreno de 25 cm de largo. Cuando los ductos atraviesen las juntas de dilatación del edificio se colocarán juntas flexibles de neoprene de 25 cm de largo.
Instalación eléctrica: El contratista del Aire Acondicionado ejecutará totalmente la conexión eléctrica de
los equipos desde dichas previsiones. Si el cable de alimentación está dañado, el trabajo de sustitución será realizado únicamente por personal autorizado. El trabajo de instalación debe ser realizado en conformidad con las normas nacionales de cableado por personal autorizado únicamente.
Juntas antivibratorias: antivibratorias: Serán instaladas en los empalmes de conductos a los equipos de acondicionamiento
de aire. Serán construidas con lona de primera calidad impregnada en resina sintética.
Aislación térmica de ductos. Todos los conductos llevarán aislación térmica realizada con colchonetas de
fibra de vidrio con foil de aluminio en su cara exterior, de 25 mm de espesor, fijada con ataduras de alambre galvanizado. Las uniones y superposición de aislaciones se completarán con cinta aluminizada autoadhesiva de 7 cm de ancho.
Suspensión de ductos: El soporte de los conductos será realizado con cintas perforadas de chapa
galvanizada, tipo decra tomadas por medio de brocas a la estructura del techo y abrazando los conductos sin uso de tornillos ni otros elementos que perforen los conductos.
Montaje de equipos: Se tomarán las previsiones necesarias para evitar la transmisión de ruidos y/o
vibraciones a la estructura y ambientes. Todos los equipos, tanto unidades enfriadoras como unidades de tratamiento de aire, se montarán interponiendo entre ellas y las estructuras de soporte elementos flexibles de absorción de vibraciones seleccionados para eliminar toda posibilidad de transmisión de las mismas a las estructuras de que se trate. Las estructuras de soporte a la intemperie serán realizadas con perfilería de acero nueva, de construcción soldada, con dos manos de pintura anticorrosiva y dos manos de e smalte sintético de color a elección del contratista. Las unidades de tratamiento de aire, suspendidas de techo, se soportarán por medio de varillas roscadas soldadas a perfiles laminados “L” a su vez tomados del techo por medio de brocas. No se aceptarán soldaduras a elementos metálicos estructurales.
Cañerías de drenaje : Las cañerías de drenaje de condensado serán de polipropileno de 1" de diámetro desde
su inicio hasta el punto de conexión a la red cloacal del Edificio. Llevarán sifón a la salida de la bandeja de condensado. La cañería de drenaje de condensado no correrá por las bandejas de soporte del tendido de cañerías de refrigerante. Se deberá prever un sistema de soporte independiente, con las pendientes correspondientes y con luces entre apoyos de la cañería que no anulen por flexión la pendiente de escurrimiento. Estas luces serán las especificadas por el fabricante de la cañería para el diámetro utilizado pero, como máximo, esta luz no excederá un metro. Toda la cañería llevará aislación térmica en secciones premoldeadas de material sintético con terminación de barrera de vapor. Previo a la colocación de la aislación térmica la cañería será perfectamente desengrasada, desengrasada, cepillada y pintada con dos manos de pintura antióxido al cromato de zinc o pintura del tipo convertidor de óxido para metales ferrosos. Todas las válvulas y accesorios llevarán aislación térmica. La cañería que corra a intemperie, sobre la aislación térmica, llevará una envuelta impermeable confeccionada en membrana para techado colocada con juntas soldadas por calor. Sobre la membrana se extenderá una terminación en lámina de aluminio conformada.
Pruebas de funcionamiento: Consistirán en poner en funcionamiento las instalaciones completas por un
plazo no menor a 5 días, verificando el consumo de todos los motores, que no se produzcan sobrecargas eléctricas ni sobrecalentamientos anormales en ningún componente, y que actúen todos los elementos de comando, control, protección y seguridad del sistema. Con la instalación en funcionamien funcionamiento to y en estado de régimen se procederá a verificar las condiciones sicrométricas de todos los ambientes servidos. Para esto se medirá temperatura de bulbo seco en no menos de un punto cada 10 m 2 de cada local, en los puntos de frontera entre cada zona servida por cada elemento de inyección, determinada determinada en base al alcance seleccionado seleccionado para dichos elementos. Cada medición en cada uno de dichos puntos zona será realizada a 1,60 m sobre el nivel de piso terminado del local. Con los resultados obtenidos se realizará un documento resumen conteniendo:
Esquema de cada local medido con identificación de los puntos donde se realizaron las mediciones Planilla consignando fecha y hora del ensayo, condiciones exteriores al inicio y al fin del ensayo y todos los valores medidos medidos en cada punto. punto.
