UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESINA
DISEÑO DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA UNA SALA DE CINE EN LA CIUDAD DE TRUJILLO INTEGRANTES: VALENCIA PACHECO JORGE LUIS (DINAMICA DE FLUIDOS) RÍOS JARA CARLOS (DINAMICA DE FLUIDOS – TERMODINAMICA II) FLORES GUILLEN PAULO (TERMODINAMICA II) AGÜERO VALENCIA STEEV (TERMODINAMICA (TERMODINAMICA II)
BELLAVISTA – CALLAO 2014 1
DEDICATORIA El presente trabajo va dedicado a nuestros padres por su incondicional apoyo y a los docentes en general que tuvieron la gentileza de orientarnos en el desarrollo del trabajo.
2
DEDICATORIA El presente trabajo va dedicado a nuestros padres por su incondicional apoyo y a los docentes en general que tuvieron la gentileza de orientarnos en el desarrollo del trabajo.
2
INDICE
INTRODUCCION................................................................................................................................... 4 RESUMEN.............................................................................................................................................. 5
CAPITULO I ......................................................................................................................................... 6 1.1. 1.2. 1.3.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... ........................................ 7 OBJETIVOS INVESTIGACION ........................................................................................................ 8 JUSTIFICACIÓN .................................................................................... ........................................ 8
CAPITULO II ........................................................................................................................................ 9 2.1. ANTECEDENTES .............................................................................. ................................................. 10 2.2. BASES TEORICAS ................................................................................................... ........................... 13
CAPITULO III ..................................................................................................................................... 24 3.
METODOLOGIA APLICADA ........................................................................................................... 25 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.
T IPODEINVESTIGACIÓN I PODEINVESTIGACIÓN ............................................................. ................................................ 25 D ISEÑODELAINVESTIGACIÓN ................................................................................................... 25 D EFINICIÓNDELASVARIABLESEINDICADORES .................................................................. ........ 25 E NFOQUEDELTRABAJO N FOQUEDELTRABAJO : M ODELODEMÉTODOSAPLICADOS ...................................................... 25 M ÉTODODE C AL AL CU LO ................................................................ ................................................ 27
CAPITULO IV .................................................................................................................................... 35 4.
ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS ............................................................................ 36
5.
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 39
6.
RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 39
7.
REFERENCIAS ............................................................................................................................... 40
3
INTRODUCCION El propósito de este trabajo es el de diseñar un sistema eficiente de climatización del aire en la sala de un cine localizado en Trujillo, con la finalidad de brindarle
a este espacio todos los requerimientos
en cuanto a
las
condiciones se requiera para que el ambiente que ocupa sea confortable y cómodo para poder disfrutar el tiempo allí, por ello ello se toman muchos muchos criterios por las empresas y estas a la ves capacitan a sus empleados para cumplir con las exigencias requeridas en el servicio. Cabe mencionar que el proceso de ventilación ventilación y acondicionamiento acondicionamiento del aire en un espacio público resuelve una gran problemática presente en lugares de gran concurrencia como en un cine cuya arquitectura ha sido diseñada con aislamientos acústicos que impiden una disipación efectiva del calor, lo cual crea incomodidad en los espectadores y también puede producir causar daños a los equipos de proyección. proyección. Por ello este espacio público debe de contar contar con una temperatura, humedad, presión y pureza en el aire adecuada. La climatización en cines ubicados en la ciudad de Trujillo, se convierten en una prioridad, debido a las condiciones climatológicas que tiene la ciudad de Trujillo ya que se caracteriza por tener una temperatura promedio anual de 22.7 °C para que la temperatura en estas salas no produzca una variación abrupta con el medio, debido a la luminaria y los asistentes, se recurre a la instalación de sistemas de ventilación. Para ello se requiere hacer evaluaciones de la carga térmica en las salas y de esta manera estimar los parámetros que se han de usar en dichas instalaciones para posteriormente emplear el equipo adecuado, por lo tanto a continuación se muestran los estudios realizados de carga térmica y selección de equipos. Además de todo esto en el Perú la falta de normas y fundamentos para la implementación de sistemas por climatización, nos hace recurrir a normas internacionales tales como ASHRAE (Asociación Americana de Aire Acondicionado y Refrigeración), SMACNA (Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association) y RITE (reglamento de instalaciones térmicas en los edificios).
4
RESUMEN El presente trabajo profundiza en el campo del cálculo de cargas térmica y en el diseño se sistemas de climatización en cines en la ciudad de Trujillo, 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 22.7ºC en verano y 15.8 ºC en temporada de invierno ya que posee un clima tipo semiárido. Para ello se trabajara con un diseño no experimental ya que en esencia el trabajo es de carácter descriptivo y correlacional, obteniéndose los resultados deseados mediante magnitudes numéricas que posteriormente serán usadas para una contrastación. En primer lugar teniendo como fuente una base teórica con relación a los aspectos más relevantes de los caculos de cargas térmicas, se llevara a cabo el diseño del sistema HVAC de una sala de cine teniendo como base de estudio a la ciudad de Trujillo con los conocimientos expuestos en la primera parte. Finalmente de los cálculos realizados se procederá a seleccionar los equipos más viables para realizar dicho trabajo. Teniendo como base los productos en el mercado nacional (haciéndose selección en nuestro caso de los productos de la corporación CARRIER), se seleccionaron 6 equipos evaporadores iguales los cuales según las condiciones descritas satisfacen los cálculos. Con el estudio realizado se llegó a determinar que el sistema de climatización planteado fue
el más óptimo debido a su costo económico, consumo
energético y mantenimiento en las instalaciones. Y eso en la sala de un cine es necesario debido a que las temperaturas en sus interiores deben oscilar entre los 25 y 28°C, viéndose beneficiados tales lugares ya que se entregaran a sus clientes confort humano y calidad de servicio.
5
CAPITULO I
6
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Hoy en día los locales comerciales; tales como restaurantes, centros comerciales y lugares de esparcimiento; buscan darles a sus clientes un ambiente cómodo confortable para su permanencia allí. En el caso particular de una sala de cine la temperatura dentro de la sala es muy importante; la cual según Norma ISO 7730 nos recomienda ente 23-25 °C en verano y 20-23°C en invierno; por ello es que las salas de cine necesitan de un sistema de acondicionamiento de aire ya que la temperatura dentro de ella aumenta por factores como su iluminación, equipos de proyección, arquitectura acústica, personas, etc. Es en este contexto que planteamos la siguiente pregunta de investigación: Pregunta de investigación: ¿C óm o d is eñam o s u n s is tem a d e climatización y aire acon dicion ado en un a sala de cine?
Para dar solución a nuestra pregunta de investigación, planteamos las siguientes hipótesis:
a. Hipótesisgeneral:
Exis te
la
factib ilid ad
de
dis eñ ar
un
s istem a
de
acond icionam iento y c limatización del aire en la sala de un c i n e p a r a el m e j o r am i e n t o d e l c o n f o r t d e l o s p e r s o n a d e n t r o de é l.
b. Hipótesisespecíficas: Enco ntran do la carg a té rm ica y selecc ion and o los eq uip os a d ec u a d o s p o d r e m o s o b t e n e r l a t e m p e r at u r a r e c o m e n d a d a
7
1.2. OBJETIVOS INVESTIGACION
Diseñar un sistema de climatización del aire en la sala de un cine.
Determinar la carga térmica dentro de la sala para poder elegir un tipo de equipo adecuado.
Diseña la disposición de como irán colocados los equipos y sus tuberías dentro de la arquitectura de la sala.
1.3. JUSTIFICACIÓN El condicionamiento del aire en un espacio de gran concurrencia; una sala de cine en este caso es importante ya que de lo contrario; según estudios, el efecto de la temperatura sobre la conducta del trabajador es negativo, ralentiza el trabajo, afecta a la calidad del ambiente, el que una persona se sienta cómoda en un ambiente y s e puede desenvolver sin ningún inconveniente es debido a un eficiente diseño de ventilación como en el caso de nuestro trabajo familias, parejas, niños, padres podrán disfrutar de un ambiente grato a ellos. Además de ello, este trabajo servirá como muestra de la aplicación y demostración de la implementación de pasos a seguir en el diseño de un sistema de acondicionamiento y climatización del aire en la sala de un cine, siguiéndose pasos teóricos, prácticos y por último de constatación con la realidad actual buscándose la solución más viable
8
CAPITULO II
9
2.1. ANTECEDENTES Ante con un sinfín de estudios relacionados se usó como trabajos previos que tienen como eje central el acondicionamiento del aire, trabajos como:
a) Diseño del sistema de ventilación y climatización del edificio eléctrico de una central de ciclo combinado – Proyecto de Fin de Carrera Autor: Diego Pilas Hernández Universidad: Carlos III de Madrid
Tema Central: Explicar cómo llevar a cabo adecuadamente el diseño de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) en edificios.
Propósito: Profundizar en el campo del cálculo de cargas térmicas en edificios y en el diseño de sistemas de calor y frío industrial, tratando de aproximar lo más posible a la realidad en el edificio.
Metodología aplicada: En este proyecto de Tesis el método para la solución de este problema aplicado consistió en implementar una serie de fases, las cuales son descritas a continuación:
Fase de documentación teórica:
Recopilación
de
la
documentación diversa acerca de los aspectos que se necesitan conocer 10
Fase de estudio de las herramientas informáticas disponibles: En
esta fase se estudió los programas informáticos más empleados para el diseño de sistemas de calefacción y aire acondicionado.
Fase de definición del problema concreto a resolver: En esta fase se
estudian y definen claramente cuáles son las características del problema que se pretende resolver.
Fase de resolución del problema y selección del sistema HVAC : Se
resuelve definiendo los requerimientos de potencia de refrigeración o calefacción del edificio, así como el nivel de ventilación que se debe mantener en las diferentes salas.
Resultados Obtenidos:
Los equipos a instalar y la confección del presupuesto de ejecución del proyecto.
Las características arquitectónicas juegan un gran papel en el diseño del sistema de climatización.
El empleo de herramientas informáticas para un mejor cálculo del diseño se vuelve algo imprescindible.
Recomendaciones sugeridas:
Se pueden desarrollar un mejoramiento en proyecto de la instalación, en otras palabras trazado de conductos y equipos.
Prestar importancia a situar adecuadamente separados los equipos que se dedican a impulsar el aire con los que se encargan de extraerlo.
b)
Ventilación de bodega de almacenamiento de producto terminado en una Fábrica de Balanceo – Proyecto de Tesis Autor: Jamil Roberto Sanga Chavarria Universidad: Escuela superior de Guayaquil
Tema Central: Implementación de sistema de ventilación mecánico para una bodega en la cual se almacena el producto terminado de una fábrica de balanceado
Propósito:
11
Diseñar un sistema de control automático que se adopte al sistema de ventilación, calculándose la ventilación necesaria basándonos en el incremento de calor.
Metodología aplicada:
Descripción y Ubicación de nuestro lugar de estudio, en este caso la Bodega de Almacenamiento.
Condiciones para el diseño del sistema de ventilación y control automático de la bodega.
Tipos de ventilación a usar basándose en datos experimentales.
Diseño del sistema de ventilación.
Selección del equipo de ventilación.
Resultados Obtenidos:
Con el análisis último del proyecto se obtuvo datos como los costos directos (detalles de los costos del equipo) y costos indirectos (consumo eléctrico, mantenimiento, utilidad, etc.)
La ganancia de calor solar, especificando las horas en que nuestro equipo trabaja más ya que se produce un aumento de calor en ciertas horas picos variando por la estación del año.
Recomendaciones sugeridas:
Gran importancia de softwares como Caps de la compañía estadounidense Greenheck Fan Corporation.
Los sistemas de extracción tienen la desventaja que permiten la entrada de polvo del exterior, razón por la cual se seleccionaron filtros de aire
c)
DISEÑO DE UN SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN PARA EL HOTEL ZEUS – Tesis de Grado
Autor: Irma Cristina López Pérez Universidad: Escuela Superior de Chimborazo - Ecuador
Tema Central: Diseño de un Sistema de Climatización aplicado en un hotel para el confort humano.
Propósito:
12
Este análisis busca optimizar el funcionamiento del Hotel “Zeus”, con la finalidad de mejorar la calidad de servicio, así como el de brindar un mejor ambiente tanto a huéspedes nacionales como extranjeros.
Metodología aplicada: a) Etapa de documentación teórica b) Etapa de definición del problema concreto a resolver : c) Etapa de comparación económica y selección del sistema HVAC :
Resultados Obtenidos:
Los sistemas de climatización llegaron a cumplir la normativa indicada de tal forma se cubrió el porcentaje de necesidades futuras de los propietarios.
Se ´pudo diseñar un sistema agua-aire controlado mediante llaves de relaje permitiendo su utilización solo en dormitorios ocupados.
Recomendaciones sugeridas:
Se recomienda asegurar que la ubicación de los equipos tenga una sala de máquinas amplia que facilite el mantenimiento.
Para un control de temperatura adecuado se recomendó usar el sistema de reglaje secundario.
Estas investigaciones dan luces y guían nuestro proyecto de tesis, ya que apoyándonos en estos trabajos previos podemos plantear de una manera adecuada una propuesta factible para la optimización del sistema de acondicionamiento de aire en un espacio cerrado como es las salas de cine.
2.2. BASES TEORICAS 2.2.1.ACONDICIONAMIENTODELAIRE
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 13
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. Para que un sistema de acondicionamiento lleve a cabo su función en forma adecuada debe operar en forma simultánea y continua sobre las magnitudes siguientes: Temperatura:
Calefacción, Refrigeración.
Humedad:
Humidificación, Des humidificación.
Velocidad: Pureza:
Ventilación mecánica; Extracción del aire. Filtrado, Esterilizado.
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. Uno de los tipos más empleados de filtros para el aire en los sistemas de acondicionamiento está hecho con lana de vidrio revestida con una delgada película de aceite. Estos filtros son muy eficaces y pueden quitar al aire el 99% del polvo y muchos de los microbios que contiene normalmente. 2.2.2.APLICACIONESDELAIREACONDICIONADO
El uso del aire acondicionado tiene dos motivos:
Mantener la comodidad del ser humano.
Controlar un proceso industrial.
14
Las condiciones que deben mantenerse en un proceso industrial dependen de la naturaleza del mismo o de los materiales que se manejan, mientras que en un sistema para la comodidad humana, las condiciones son dictadas por las demandas del cuerpo y por tanto, es necesario conocer las funciones esenciales de esta para saber lo que es requerido de un sistema para el acondicionamiento del aire.
2.2.3CLASIFICACIONDELASINSTALACIONESDEAIREACONDICIONADO
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 f iltro 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.
15
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 serpentin 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.
2.2.4.CONCEPTOSDEAIREACONDICIONADO
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. 16
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. 2.2.5 ACONDICIONAMIENTO
DE
AIRE
EN
VERANO:
El aire del local a acondicionar, supuesto a 25 C, es aspirado por el ventilador del evaporador, enfriado y deshumidificado en éste, y finalmente impulsado al local, a unos 15 °C aproximadamente. Por la parte opuesta del equipo, es decir la situada en el exterior, circula el aire de condensación. Este aire se toma del exterior (por ejemplo a 32 °C), se calienta a su paso por el condensador y finalmente se expulsa a una temperatura más alta (por ejemplo a 45 °C). El enfriamiento del aire del local se hace a costa del calentamiento del aire exterior. Mejor dicho, el calor que se extrae del local, que equivale al frío producido, se transfiere al ambiente exterior. 2.2.6
ACONDICIONAMIENTO
DE
AIRE
EN
INVIERNO:
Los acondicionadores de aire pueden impulsar aire caliente y trasladarlo al local, produciendo el calor mediante baterías de resistencias eléctricas o bien mediante el propio ciclo frigorífico. Este último método es el más aconsejable por su alto rendimiento y es el que se utiliza en los equipos que se denominan bomba de calor. Si invertimos el “equipo de ventana” resulta que, el evaporador
que estaba en el interior, pasa al exterior, y el condensador, ahora estará dentro del local, asi es como funciona una bomba de calor. El aire exterior que 17
está a una temperatura de 8 ºC atraviesa el evaporador, se enfría y finalmente se expulsa a una temperatura más baja, por ejemplo a 2 ºC. Por su parte, el condensador aspira el aire del local (por ejemplo a 20 °C) y lo retorna al mismo una vez calentado (por ejemplo a 32 °C). De esta manera el recinto se mantendrá a la temperatura requerida de 20 °C. Podemos ver que al invertir el emplazamiento físico del equipo de ventana la situación es la siguiente: El evaporador sigue enfriando, pero ahora enfría el aire exterior y, absorbe o recupera energía de dicho ambiente exterior. Por la parte exterior del equipo se notará una corriente de aire, pero no caliente como en verano sino fría. El condensador sigue calentando, pero en régimen de invierno el aire que aspira es el del local y a éste le devuelve el aire calentado. No es necesario invertir la posición del equipo para pasar del funcionamiento de verano al de invierno, sino que la bomba de calor tiene unos dispositivos internos que le permiten trabajar de un modo u otro, sin manipular el aparato. De un modo automático se acciona el régimen de frío o calor deseado. 2.2.7TIPOSDEEQUIPOS:
Existen equipos acondicionadores condensados por aire y condensados por agua. Además, los equipos pueden ser compactos y partidos. Los compactos constan de una sola unidad, y los partidos están formados por dos o más unidades. Los equipos se denominan unitarios, si se trata de equipos independientes en cada habitación, o individuales, cuando un solo equipo atiende al conjunto de la vivienda o local.
ACONDICIONADOR DE VENTANA:
18
Es un equipo unitario, compacto y de descarga directa. Generalmente se coloca uno por habitación o, si el local es de gran superficie, se colocan varios según las necesidades. La instalación se realiza en ventana o muro. La sección exterior requiere toma de aire y expulsión a través del hueco practicado. La dimensión del hueco se tiene que ajustar a las dimensiones del aparato.
EQUIPOS PARTIDOS (SPLIT O MULTI-SPLIT):
Son equipos unitarios de descarga directa. Se diferencian de los compactos en que la unidad formada por el compresor y el condensador va al exterior, mientras que la unidad evaporadora se instala en el interior. Ambas unidades se conectan mediante las líneas de refrigerante. Con una sola unidad exterior, se puede instalar una unidad interior (sistema Split) o varias unidades interiores (sistema multi-split). Las unidades disponen de control independiente. El hueco necesario para unir la unidad interior y la exterior es muy chico, de 10 x 10 cm es suficiente para pasar los dos tubos del refrigerante, el tubo de condensación de la unidad evaporadora y el cable de conexión eléctrica.
EQUIPO COMPACTO INDIVIDUAL:
Es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión de 19
aire a través de rejillas en pared o difusores en techo. Se instala un equipo para todo el conjunto de una vivienda o local. El control es individual por equipo, y se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la habitación más representativa, como por ejemplo el Living de una casa. El equipo necesita una toma de aire exterior. Se puede colocar en el cielorraso o en un armario, existiendo modelos horizontales y verticales.
ACONDICIONADOR PORTÁTIL:
Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de una habitación a otra. Para su instalación, solo se necesita una abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcón. Resuelve de forma adecuada las necesidades mínimas de acondicionamiento en habitaciones de viviendas y en pequeños locales. 2.2.8INSTALACIÓNDELOSEQUIPOSPARAAIREACONDICIONADOCENTRAL:
Una instalación centralizada difiere mucho de la individual, su nombre lo dice, se encuentra centrada con el objetivo de abastecer a varias habitaciones dentro de una misma dependencia. Una instalación de aire acondicionado central consta de un generador que puede ser de calor o de frío y a su vez de un sistema de distribución capaz de refrigerar o climatizar varias habitaciones 20
de
una
misma
dependencia.
Este tipo de sistemas se emplean mucho en lugares como oficinas y viviendas muy grandes en donde la necesidad de climatización es constante; una instalación de aire acondicionado central es menos costos a que realizar una instalación de aire acondicionado individual en cada una de las habitaciones. A su vez se produce un gran ahorro de energía por su menor consumo El aire acondicionado central consta con: sistemas separados, unidad condensadora y unidad evaporadora, sopladora, por medio de conductos. Estos equipos son muy eficientes, podemos alcanzar hasta 18.000 frigorías por medio de conductos de inyección y retorno, Tienen un excelente rendimiento suele ser una buena decisión para climatizar sus ambientes su instalación es más costosa, pero las maquinas suelen ser más económicas. 2.2.9CICLOBASICODEREFRIGERACION
El sistema consiste básicamente en cuatro dispositivos indispensables para conseguir un ciclo termodinámico cerrado y varios equipos auxiliares sin ser absolutamente necesarios. Vamos a explicar de la forma más sencilla y breve el recorrido que realiza el refrigerante a lo largo de un ciclo completo en una máquina de refrigeración. Cuando el refrigerante es aspirado por el compresor. En ese instante los gases son comprimidos a alta presión recibiendo una energía mecánica y pasando a la cámara de descarga. El gas recalentado pasa así al condensador donde se enfría al ceder calor al medio que lo rodea, normalmente agua y/o aire, hasta llegar a la temperatura a la cual se condensa pasando así al estado líquido. La temperatura a la cual se produce este cambio depende de la presión existente en esos momentos en el condensador y de la naturaleza del refrigerante que utilice el sistema. El refrigerante en estado líquido sale del condensador y se dirige a la válvula de expansión. Dicha válvula hace pasar el refrigerante a través de un orificio muy pequeño provocándole una fuerte pérdida de presión llevándolo de este modo al refrigerante a una presión y temperatura inferior entrando en ese estado en el evaporador. Una vez que se encuentra en el interior del 21
evaporador el refrigerante comienza a hervir debido al calor que absorbe del medio circulante, normalmente aire y/o agua, hasta pasar todo a estado gaseoso. Todo este proceso se debe a que la temperatura a la cual se evapora el refrigerante es muy baja. El gas se dirige entonces al compresor donde es aspirado de nuevo por este y dando comienzo un nuevo ciclo. El siguiente diagrama muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
D – F: Evaporador F – H: Compresor H – J: Condensador J – D: Válvula de expansión 22
Válvula de expansión: Es un dispositivo de diseño especial que dosifica y controla automáticamente el flujo del refrigerante en la línea del líquido al evaporador, haciendo que la presión del refrigerante disminuya. Evaporador: La forma y el modelo de serpentin dependen del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su interior circula el refrigerante el cual mediante la absorción del calor del medio que lo rodea se transforma del estado líquido al estado vapor. Compresor: El compresor puede ser de tipo reciprocante, centrifugo o rotatorio, el cual tiene por objetivo elevar la temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea superior a la temperatura de los medios disponibles para que se realice la condensación. La construcción y aplicación de este compresor también está en función del refrigerante manejado. Condensador: Consta de un serpentin destinado a transformar el vapor refrigerante de alta presión, que proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante en contacto con aire y/o agua del medio ambiente. Al igual que los otros dispositivos también existen diferentes tipos de condensadores.
23
CAPITULO III
24
3. METODOLOGIA APLICADA 3.1.
Tipodeinvestigación
Según el grado de estructuración es de tipo Cuantitativo ya que mediante magnitudes numéricas obtenemos resultados a la formulación de nuestros objetivos. De acuerdo a la técnica de contrastación es de tipo analítica ya que se refiere a la proposición de hipótesis que el investigador trata de probar o negar. 3.2.
Diseñodelainvestigación
Presentaremos un diseño no experimental ya que es de carácter descriptivo y correlacional. 3.3.
Definicióndelasvariableseindicadores
Variable dependiente:
Carga Térmica
Variables Independientes:
Cantidad de personas dentro de la sala
Dimensiones de la sala
Equipos que emiten calor (luminarias, equipo de sonido, proyección y pantalla)
3.4.
Enfoquedeltrabajo:Modelodemétodosaplicados
Para efectuar la climatización de un local es necesario realizar el cálculo de la carga térmica del mismo, es decir la potencia térmica que precisa para mantener las condiciones de confort. Una vez hallada la carga térmica procederemos a seleccionar el equipo climatizador adecuado para el local que en nuestro caso sería la sala de cine. Para realizar dicho cálculo es preciso obtener al máximo de los siguientes datos: 3.4.1. Localización
La carga térmica depende de la situación del local.
25
3.4.2. Característicasdellocal
Del local debemos tomar los datos siguientes: a) Plano a escala del local, o al menos las dimensiones principales de largo, ancho y alto. Orientación del norte. b) Situación y dimensiones de ventanas y puertas. c) Características constructivas de:
Paredes exteriores e interiores.
Suelo y techo. Si hay cubierta de teja, terraza, otro espacio, etc.
Ocupación de los espacios contiguos.
d) Tipo de ventanas, cristal simple o doble, persianas o toldos, si entra o no el sol. e) Potencia eléctrica de los aparatos, iluminación, motores, cafeteras, etc.
3.4.3. Ocupación
La ocupación es la cantidad de personas que puede haber como máximo en el local. Hay que tener cuidado con este dato, dado que cada persona es como una pequeña estufa, que genera calor al local (sobre 130 W).
Por ejemplo, si en el local caben 200 personas, nos generan una demanda de 200 x 130 = 26.000 W. En los locales públicos no hay que confiar en el dato de ocupación que nos suministre el cliente, sino que debemos de evaluar su capacidad en condiciones máximas (celebraciones, partidos, etc.). Si no se conoce, obtenerlo por la tabla de densidad de ocupación por m2 de local.
Tiendas exposiciones, con poca gente: 1 persona cada 10 m2.
Tiendas con mucho público: 1 persona cada 10 m2.
Restaurantes: 1 persona cada 1,5 m2.
Bares y discotecas: 1 persona cada 1 m2.
Cines y salones: contar las butacas y añadir un 10% más.
26
3.4.4. Uso
El uso del local nos indica el nivel de actividad de sus ocupantes: sentados, de pie, bailando, etc. Cuanta más actividad hagan los ocupantes, mayor será el calor que generen. El uso también nos condiciona el caudal de ventilación necesario, si hay o no fumadores. A mayor ventilación, mayor carga para el equipo, pues estaremos tirando frigorías a la calle. Otro factor que se deduce del local es el horario de funcionamiento
Durante el día, o noche.
Continuo o intermitente.
En caso de no tener alguno de estos datos, podemos asimilarlos a otros locales parecidos. Cuantos más datos tengamos, mayor precisión tendrá el cálculo. 3.5.
MétododeCalculo
A continuación les mostramos el método de cálculo que usamos para la determinación de la carga térmica en la sala de cine estudiada. 3.5.1. Condicionesexterioreseinteriores
Las condiciones representativas del local a conocer son:
Superficie del local en m2 Se consideró una sala de cine de tamaño mediano con área de 377.4 m2
Uso Dicha sala será empleado para personas sentadas que disfrutaran de una película.
Ocupantes Consideramos un número de personas de 256 y se le adicionara 4 más, entonces 260 personas.
Ventilación Es el caudal de aire de ventilación. Según la Norma UNE 100014 se multiplica las personas por el caudal mínimo de ventilación por persona en L/s y por 3.6 para obtenerlo en m 3/h. Entonces: 27
Temperatura exterior: Situación concreta del local, el local se encuentra ubicado en la ciudad de Trujillo, lugar donde la temperatura en los últimos años toma un valor promedio de 22.7ºC en verano y 15.8 ºC en temporada de invierno
Temperatura interior Según la Norma Europea UNE EN ISO 7730 establece el siguiente cuadro:
Por lo que emplearemos T = 25ºC
Humedad relativa exterior La localidad se encuentra con una humedad relativa de: 83%
Humedad relativa interior Según la Norma Europea UNE EN ISO 7730 tomaremos el valor de 60%
28
Humedad absoluta Aire exterior Emplearemos la carta psicométrica y con los datos de Tº y Humedad relativa exteriores encontraremos la Humedad absoluta.
Humedad absoluta Aire interior Emplearemos la carta psicométrica y con los datos de Tº y Humedad relativa interior encontraremos la Humedad absoluta.
3.5.2. Gananciassensiblesporradiación
Para calcular la radiación solar que pasa a través de las ventanas y claraboyas, usaremos la fórmula siguiente: 29
Dónde: R = valor unitario de radiación [w/m2] S = Superficie de la ventana [m2] f = Factor corrector de atenuación por persiana, cortinas o toldos. Para este cálculo consideramos una sala sin ventanas por lo tanto QSR = 0 3.5.3. Sensibletransmisiónporparámetros
Se calcula con la fórmula: ( )
Dónde: ( ) = Salto térmico exterior e interior del local [ºC]
S = Superficie. [m2] K = Coeficiente de transmisión térmica del cerramiento [w/m2. ºC] Si el local contiguo es interior (esté o no climatizado), como valor de (Text – Tint) tomaremos la mitad que si es exterior. El coeficiente de transmisión de calor K depende del material con que esté construida la pared. Usaremos la tabla siguiente:
30
Tipo Paredes Tabiques interiores Techos Suelos Ventanas Puerta
k 2 3.5 2.3 1.3 0 5.8
Entonces reemplazando la información tenemos: ( )
3.5.4. Sensibleaireexterior
El aire de ventilación ocasiona la carga sensible siguiente: ( )
Siendo: Q = Potencia en Vatios. V = caudal en m 3/h 31
(Text-Tint) = Salto térmico exterior e interior del local. [ºC]
3.5.5. Calorsensibleinterno
Es el calor generado en el interior del local por aparatos, iluminación, etc. Multiplicar los Vatios de los aparatos existentes en el local; luces, motores, ordenadores, y cualquier receptor eléctrico. EQUIPOS
CANTxPOT
POT. [W]
POT.[TR]
Equipos de sonido
12x250
3000
0.85323
Iluminación (Reflectores)
6x70
420
0.119
Equipo de proyección
1x3000
3000
0.85323
TOTAL
1.83
3.5.6. Sensibleporocupantes
La carga sensible que ocasionan las personas del local depende del nivel de actividad física, según la tabla siguiente:
Se calcula con la fórmula:
Dónde: n = Número de personas. = Calor sensible por persona [w/persona]. 32
3.5.7. Resumendecalorsensible
Sumar el total de calor sensible de los puntos anteriores:
Este es el total de calor necesario para enfriar el aire. Aplicar el coeficiente de seguridad necesario, según: -
Local zona o edificios muy calurosos: Factor 1.2
-
Locales con muchas variaciones de ocupación: 1.2
-
Necesidad de gran confort: 1.3
-
Utilización por la tarde: 0.8 o noche: 0.7
3.5.8. Latenteaireexterior
El calor latente del aire exterior de ventilación lo obtenemos con la fórmula: ( )
Siendo: V = caudal de aire de ventilación en m3/h (tomar los datos del local). ( ) = diferencia de humedades absolutas en gr/kg.
3.5.9. Latenteporaparatos
Considerar los aparatos que desprendan vapor, como: 33
-
Cafeteras: factor 40
-
Planchas: 100
-
Bandejas de alimentos: 50
3.5.10.
Latenteocupantes
Número de ocupantes por el factor latente por ocupante, que tomaremos de la tabla anterior (calor sensible ocupantes). Se calcula con la fórmula:
Siendo: n = Número de personas. . QLP = Calor latente por persona [w/persona].
3.5.11.
ResumedecalorLatente
3.6.
LIMITACIONES
En el presente trabajo nos limitaremos a hacer el diseño y selección del equipo considerando la carga térmica que necesita el ambiente para ser climatizado y poder realizar su función con normalidad. Obviaremos el cálculo para la ductería y dimensionamiento sin quitarle im portancia pues ello complementara el diseño. Se dejara pendiente para un posterior análisis.
34
CAPITULO IV
35
4. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS 4.1.
Calculoconhojadecargacompleta CÁLCULO DE LA CARGA COMPLETA DE REFRIGERACIÓN
CLIENTE:
SALAS DE CINE
DIRECCIÓN:
TRUJILLO
REF.
-
FECHA:
jun-14
CONDICIONES DE INTERIORES Y EXTERIORES 25 ºC Temperatura de Interior TI 70%
Humedad relativa interior Hri%
22,7 ºC
Temperatura de Exterior Te Humedad relativa exterior Hre%
83%
Salto Térmico (ext-int)
2,3
Dif. Humedades gr/kg
0,0008
Superficie local m2
Humedad W gr/kg= 0,0139
377,4
Humedad W gr/kg= 0,0147 °C gr agua/kg aire
Alto m=
6
2264,4
volumen m3=
DATOS DE LA VENTILACIÓN
Renovación de aire
N° de personas
256
Ventilación I/s persona
8
Total ventilación
2048
L/s
x 3.6=
7372,8
m3/h
CALOR SENSIBLE Transmisión 1 Paredes
Sup m2
Coef.K
Dif. Temp.
TR
Exteriores
377,4
2
2,3
0,49
Interiores
377,4
3,5
2,3
0,864
Ventanas
Todas
1,354
Techo
377,4
3,3
2,3
0,815
Suelo
377,4
7,1
2,3
1,75
Total transmisión
3,92
Calor Interno
Unidades 3 Aparatos Vatios 4 Ocupantes 5 Sensible aire ext. m3/h
Factor
TR
3000
0,86
1,83
256
58
4,29
7372,8
1,64
Total calor interno
7,76
TOTAL CALOR LATENTE Kcal/h (1+3+4+5)*0.8 CALOR LATENTE:
Unidades 6
Aparatos
7
Ocupantes
8
Aire exterior m3/h 36
9.34 Factor
0 260
TR 0
44
3.25 4.33
TOTAL CALOR LATENTE (TR) 6+7+8 MAYORACIÓN/MINORACIÓN
7.58 %
CARGA TOTAL DE REFRIGERACIÓN (sensible + latente) TR
4.2.
7.58 16.92
Seleccióndelequipo
TENEMOS UNA CARGA TOTAL DE REFRIGERACIÓN DE 16.92 que equivalen a 17x12000 = 204000 BTU/. Tomaremos la decisión de emplear 6 equipos de iguales condiciones (34000BTU/H) y como el caudal de aire necesario para la sala es de 7372.8 m 3/h (4339.5 CFM) y cada equipo tendría aproximadamente 723.25 CFM. Finalmente consultaremos a los productos de la corporación CARRIER con distribuidor en el Perú. Seleccionaremos 6 equipos evaporadores con modelo de entrada FB4 con serie FE4ANF002 cuyas características principales son: -
Rango de caudal 150 - 1200 CFM Rango de capacidad de enfriamiento 18000 – 36000 BTU/H
37
EQUIPO: FE4ANF002
OTRAS CARACTERÍSTICAS GENERALES
38
Tubería de cobre estriada Aleta de aluminio lanceada en honda sinusoidal Serpentín totalmente impermeable Bandeja de condensados hecha con termoplástico de alto impacto Conexiones primarias y secundarias de drenaje con insertos de latón Diseño Multíplice de máxima versatilidad Diseño especial de gabinete que reúne los requisitos para el cumplimiento de los estrictos reglamentos nuevos para escapes de aire. Cumple requisitos de la tasa del 2% en fuga de gabinete en pruebas de 1.0 pulgadas de presión estática. Paquetes de calentadores desde 3-30 kW disponibles para instalación de campo (de fusible, de interruptor, sin fusible) Tablero de control con fusible substituible de 5 amperes automático tipo aspa incorporado Relé con temporizador [TDR, por sus siglas en ingles]
5. CONCLUSIONES Para este subcapítulo retornaremos al objetivo y llegaremos a la conclusión de que se logró hacer un diseño de un sistema de climatización tomando en cuenta diversos factores que intervienen como variables, además: -
Se llegó a determinar la carga térmica mediante métodos y basándonos en normas ya establecidas.
-
Se logró hacer un esquema donde se representa la posible ubicación de los equipos evaporadores, considerando el régimen de trabajo.
6. RECOMENDACIONES Tomando como referencia los resultados obtenidos, este aún puede ajustarse más, analizando otros detalles que obviamos por las limitaciones. Se recomienda también emplear un software de cálculo y diseño con el fin de verificar y mejorar los resultados.
39
7. REFERENCIAS (s.f.). Obtenido de http://www.trujilloperu.com/datos-generales/geografia-clima.php Cálculos Psicrométricos. (s.f.). Obtenido de http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/CartaPsy.htm
Ch.J.R., S. (s.f.). Tesis de Grado Ventilacion de Bodega de Almacenamiento de Producto Terminado en una fabrica de Balanceado. Obtenido de http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/21708/1/TESIS%20JAMIL%20S ANGA%20-%20VENTILACI%C3%93N.pdf Construmatica. (s.f.). Instalaciones de Aire Acondicionado. Obtenido de http://www.construmatica.com/construpedia/Instalaciones_de_Aire_Acondicionado Equipo de proyeccion para sala de cine. (s.f.). Obtenido de
http://www.barco.com/es/Productos-y-soluciones/Proyectores/Proyectores-de-cinedigital/Proyector-cinematogr%C3%A1fico-DLP-compacto-de-Barco-Alchemy-parapantallas-de-hasta-15-m-49-ft.aspx?tab=specs H.D., P. (s.f.). Diseño del sistema de ventilacion y climatizacion del edificio electri co de una central de ciclo combinado. Obtenido de http://es.youscribe.com/catalogue/informesy-tesis/conocimientos/tecnicas/diseno-del-sistema-de-ventilacion-y-climatizacion-deledificio-1906468 Hernández, D. P. (Enero de 2011). Diseño del sistema de ventilación y climatización del edificio eléctrico de una central de ciclo combinado. Obtenido de http://es.youscribe.com/catalogue/informes-y-tesis/conocimientos/tecnicas/disenodel-sistema-de-ventilacion-y-climatizacion-del-edificio-1906468 Ingemecanica. (s.f.). Sistemas de climatización. Obtenido de http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn255.html López, P. I. (27 de Febrero de 2009). Diseño de un sistema de climatización para el Hotel Zeus. Obtenido de http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/261/1/15T00411.pdf Normas de Ventilación. (s.f.). Obtenido de http://es.scribd.com/doc/104782434/UNE-100-011-
91-Ventilacion P.I.C., L., & Orejuela T.M.G. (s.f.). Diseño de un sistema de Climatizacion para el Hotel Zeus. Obtenido de http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/261/1/15T00411.pdf Reflectores para iluminar sala de cine. (s.f.). Obtenido de
http://www.casadelled.com.ar/wreflec2010.html Sanga, C. J., & Andrade, S. J. F. (s.f.). ventilación de bodega de almacenamiento de producto terminado en una fábrica de balanceado. Obtenido de http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/24802/1/Ventilacion%20de% 20bodega%20de%20almacenamiento_fimcp.pdf 40
SENAMHI. (s.f.). CLIMA DE TRUJILLO. Obtenido de http://www.senamhi.gob.pe/?p=0113 V.C., G., & Ferrando, P. (s.f.). Instalaciones de Climatizacion y Ventilación. Obtenido de Módulo 6.
8. ANEXOS 8.1.
DEFINICIONESDETÉRMINOSBÁSICOSUOTROSCONTENIDOS
En el presente trabajo usa una cantidad considerable de términos termodinámicos, además de términos en inglés o abreviaciones que en esta sección serán detalladas para evitar confusión en el lector y posibles errores de interpretación.
TÉRMINOS BÁSICOS
Temperatura de saturación: La temperatura a la cual cambia un líquido a vapor, se llama temperatura de saturación. Algunas veces se le llamo también “punto de ebullición” o “temperatura de ebullición”. Un líquido
cuya temperatura ha sido elevada a la temperatura de saturación, se le llama líquido saturado. Temperatura de roció: Es la temperatura a la cual la humedad del aire se condensa, manteniendo constante la presión del mismo. La temperatura del bulbo Temperatura del bu lbo húmedo (TBH): húmedo del aire es la temperatura medida por un termómetro cuyo bulbo se encuentra encerrado en una mecha o saco de tela húmeda.
41
Es la temperatura medida por un Temperatura de Bu lbo Seco (TBS): termómetro ordinario de bulbo seco y es la medida del calor sensible del aire expresado en °C o °F.
Hum edad relativa (HR): Expresado en porcentaje, es la relación de la
masa de vapor de agua pie cúbico de aire, con relación a la masa de vapor de agua contenido en un pie cúbico de aire saturado a la misma temperatura.
Hum edad ab so luta o hu m edad es pec ífica (W): Se llama humedad
absoluta o específica del aire a la cantidad de vapor de agua que contiene un aire seco en suspensión y se expresa en libras de vapor de agua por cada libra de aire seco ( ⁄ ) o en gramos de vapor de 42
agua por cada libra de aire seco o en kilogramos de vapor de agua por cada kilogramo de aire seco ( ⁄ ). 1
8.2.
AB RE VI ACIONE SE MPLEADAS
HVAC: Heating
Ventilation
and
Air
Conditioning
(Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado)
RITE: Reglamento sobre Instalaciones Térmicas en Edificios
ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros
de
Calefacción,
Refrigeración
y
Aire
Acondicionado)
TFM: Trnasfer Function Method (Método de las funciones de transferencia)
TBS: Temperatura de Bulbo Seco
TBH: Temperatura de Bulbo Húmedo
HR: Humedad relativa
43
