Cálculo de cargas térmicas

Escuela de Ingeniería MecánicaRefrigeración y Aire Acondicionado

“Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la conmemoración de las Heroicas Batallas de Junín y Ayacucho”

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

EVALUACIÓN Y CÁLCULO DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

Curso:

Refrigeración y Aire Acondicionado

Docente:

Autores:

2024

INDICE

1.        SITUACIÓN PROBLEMÁTICA        3

2.        DIMENSIONAMIENTO Y PLANOS        3

3.        CÁLCULOS        4

3.1.        Componentes de una carga de enfriamiento        4

3.2.        Ganancia de calor solar (sensible) a través de paredes y techos exteriores        4

3.3.        Temperatura del aire solar o exterior        7

3.4.        Ganancia de calor sensible a través de la estructura del edificio por conducción        8

3.5.        Ganancia de calor solar a través de áreas de vidrio        9

3.6.        Ganancia de calor solar debido a la infiltración        10

3.7.        Ganancia de calor solar debido a la ventilación        12

3.8.        Ganancia de calor debido a ocupantes        13

3.9.        Ganancia de calor debido equipos eléctricos        17

3.10.        Ganancia de calor debido a electrodomésticos        19

3.11.        Ganancia de calor debido a equipos de iluminación        22

3.12.        Ganancia de calor debido a conductos        23

4.        MODELAMIENTO.        27

5.        REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS        35

6.        WEBGRAFIA:        35

1. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA

Se busca acondicionar un gran auditorio diseñado para conferencias internacionales, con una capacidad de aforo que varía entre 140 y 280 personas. Este auditorio debe garantizar condiciones óptimas de confort térmico y funcionalidad para los asistentes, considerando que en su interior se utilizarán equipos electrónicos como 12 computadoras, 12 impresoras, 6 cafeteras y 12 televisores, entre otros dispositivos que generan calor adicional.

Para cumplir con este objetivo, es fundamental realizar el cálculo de las cargas térmicas totales dentro del recinto, lo que incluye la ganancia de calor sensible y latente por diferentes fuentes: radiación solar a través de ventanas y paredes, calor generado por los ocupantes, equipos electrónicos, iluminación y posibles infiltraciones de aire exterior. Asimismo, es necesario determinar el sistema de aire acondicionado más adecuado para manejar estas cargas, asegurando una distribución uniforme de aire y una operación eficiente.

Adicionalmente, se deben considerar aspectos clave del diseño, como:

• Las dimensiones exactas del recinto (largo, ancho y alto) y las características constructivas de paredes, piso y techo.
• La ubicación de las ventanas, puertas y ductos de aire acondicionado.
• Los accesos para la entrada y salida del público, así como las salidas de emergencia, garantizando un flujo adecuado en situaciones normales y de evacuación.

1. DIMENSIONAMIENTO Y PLANOS

1. CÁLCULOS

Para una estimación realista de las cargas de refrigeración es requisito fundamental el estudio de los componentes de carga en el espacio que va a ser acondicionado.

Las cargas térmicas pueden ser exteriores e interiores. A continuación, detallaremos el cálculo de cada una de ellas.

1. Componentes de una carga de enfriamiento

Para empezar, describiremos brevemente a que se refiere con carga de enfriamiento o carga térmica. Esta se refiere a toda aquella energía ya sea atmosférica o mecánica que tenga algún impacto sobre un espacio o elemento arquitectónico y que a su vez afecta a quien vaya a habitar el espacio.

Los componentes de una carga de enfriamiento están referida a los elementos de los sistemas que afectan de forma significativa la temperatura de un espacio, para lograr un estado de confort térmico idóneo en el desarrollo de actividades y que serán los cuerpos donde se den los flujos de calor de mayor importancia:

• Elementos opacos.
• Elementos translucidos.
• Calor generado por radiación de objetos.
• Calor generado por el hombre.

En los incisos posteriores, describiremos el cálculo de cada uno de estos componentes y cómo es que estos afectan al calor sensible del auditorio.

1. Ganancia de calor solar (sensible) a través de paredes y techos exteriores

Realizamos el cálculo en primer lugar para la pared y posteriormente para los techos exteriores.

Para la pared.

Usamos la Tabla 1, con las siguientes consideraciones:

• Orientación: N
• Hora solar: mediodía – horario mañana 12 pm en la tabla.
• Peso del muro: [pic 1]

Tabla 1. Diferencia Equivalente de Temperaturas – Muro soleado o en sombra

[pic 2]

Fuente: Carrier Air Conditioning Company. (1980). Manual de aire acondicionado (Handbook of air conditioning system design). Marcombo Boixareu Editores.

[pic 3]

Ahora hacemos uso de las tablas para los Coeficientes de Transmisión Global. Usaremos muros de albañilería con paramento correspondiente a la Tabla 2.

Tabla 2. Coeficiente de Transmisión Global K – Muros de Albañilería con Paramento

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