calculos aire acondicionado cargas habitacion de clinica
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Aire Acondicionado (Habitacin de Clnica) Es necesario realizar un anlisis desde el marco terico hasta los clculos, dependiendo de varios factores para mantener un ambiente de confort en los usuarios que sern vistos a continuacin.
05/12/2013
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Introduccin.
A continuacin se presenta el procedimiento que se debe realizar para mantener un ambiente de
confort en una habitacin de una Clnica, primeramente con la ayuda de marco terico
intentaremos llevar el procedimiento necesario para mediante clculos encontrar el sistema de
aire acondicionado cuyas capacidades cumplan con lo que requerimos para mantener esa
temperatura estndar de confort, para esto se vern necesarios analizar varios parmetros que
influyen a la final en los clculos, como por ejemplo el aporte de calor de una persona, o de un
sistema de iluminacin, etc.; todo esto a continuacin en el desarrollo del informe.
Objetivo.
Realizar un marco terico correspondiente al tema correspondiente.
Escoger algn establecimiento o bien inmueble para realizar el anlisis de sistema de aire
acondicionado.
Con los parmetros necesarios y realizar los respectivos clculos.
Encontrar un Sistema de Aire Acondicionado con la capacidad mayor a los datos
calculados.
Marco Terico.
Aire Acondicionado
Introduccin
[1] Entendemos por aire acondicionado al sistema de refrigeracin del aire que se utiliza de modo
domstico para refrescar los ambientes cuando las temperaturas del ambiente son muy altas y
calurosas.
Aire Atmosfrico
[2] Mezcla ideal de diferentes componentes qumicos. Puede considerarse como una mezcla de
aire seco (mezcla de nitrgeno, oxgeno, argn etc.) ms vapor de agua (que tambin puede
considerarse como un gas ideal).
Aire Seco [3] Es el aire que no contiene humedad.
El cambio de entalpa del aire seco durante un proceso puede encontrarse a partir de:
-
(
) [
]
[4] Volumen Especfico de aire seco es igual a:
Donde,
VeVolumen Especfico
RaConstante de los Gases Ideales
TaTemperatura absoluta
PaPresin parcial del aire seco
[2] La presin del aire hmedo es la sumatoria entre la presin parcial del aire seco y la presin de
vapor.
Vapor de Agua [3] El vapor de agua es el gas formado cuando el agua pasa de un estado lquido
a uno gaseoso, y est en suspensin en el aire.
Ley de Dalton
-
Cada componente de una mezcla gaseosa ejerce una presin parcial igual a la que ejercera si
estuviera solo en el mismo volumen, y la presin total de la mezcla es la suma de las presiones
parciales de todos los componentes.
El clculo de las presiones parciales se puede calcular aplicando la ley de gases ideales.
Donde,
PpPresin Parcial
ncNmero de moles
TTemperatura
RConstante de Gases Ideales
VVolumen
Humedad Absoluta
[5] Es la cantidad de vapor de agua que se encuentra por unidad de volumen en el aire de un
ambiente. Normalmente, el vapor es medido en gramo y volumen de aire se mide en metros
cbicos. Midiendo la humedad absoluta, lo que hacemos es determinar la cantidad de vapor que
contiene el aire y si adems conocemos la temperatura podemos estimar si el ambiente es capaz
de alojar ms vapor an.
La humedad relativa se encuentra mediante la siguiente frmula:
Donde,
PaPresin Parcial del aire seco
PPresin Sistema
0.62518moles de v H2O/28.9 moles de aire
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Aire Saturado: [2] Es el aire que ya no puede contener ms humedad. La adicin de agua ocasiona
su precipitacin. Es lo contrario a aire seco.
Humedad Especfica
[6] Es la cantidad de vapor de agua que se haya contenido en el aire, pero a diferencia de la
humedad absoluta, en esta el vapor se mide en gramo y el aire en kilogramos.
Humedad Relativa
[6] Es la humedad que posee una masa de aire en relacin a la mayor cantidad de humedad
absoluta que podra llegar a contener sin que se produzca ninguna condensacin, es decir
conservando la misma temperatura y presin atmosfrica. Esta humedad es expresada en
porcentajes.
Donde,
Humedad relativa
PvPresin Parcial del vapor
PsPresin de saturacin del vapor de agua
OJO; Entalpia y cambio de entalpia, temperatura de punto de rocio,
temperatura de saturacin adiabatica y bulbo hmedo, carta
psicometrica : representacion grafica de propiedades
Acondicionamiento del Aire
El acondicionamiento del aire es el proceso que enfra, limpia y circula el aire, controlando,
adems, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultnea.
Como se controla cada uno de estas condiciones:
Temperatura: Se lo enfra o calienta; cuando hablamos de enfriamiento tcnicamente es la
eliminacin de calor y con calentamiento a la adicin de calor.
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Humedad: Es el contenido de vapor de agua en el aire, se controla agregando (humidificacin) o
eliminando (deshumidificacin) vapor de agua al aire.
Circulacin: La circulacin del aire se refiere a su velocidad y a los lugares hacia donde se
distribuye, se controla mediante el equipo adecuado para distribucin de aire.
Proyecto. Como se dijo anteriormente el anlisis se realiz en una habitacin de una Clnica, pero antes de
realizar el clculo y diseo del sistema de aire acondicionado se debern realizar un par de pautas,
como son un par de ejercicios y aplicaciones en general del acondicionamiento de aire.
Latitud Cuenca 2 53 51
2 Ejercicios.
Aplicaciones
Diseo y Clculos (Casa de Campo)
Lugar del Anlisis: Habitacin de Clnica.
A continuacin el Plano de Planta de la Habitacin de Clnica.
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Ilustracin 1 Plano de Planta Habitacin
Dimensiones Habitacin
Componentes dentro de Habitacin
De Servicio de Habitacin:
Camas Cantidad 3
Velador Cantidad 3
Armario Cantidad 1
Soporte Sueros Cantidad 3
De Servicio Higinico:
Bao Cantidad 1
Iluminacin Natural:
Ventana Cantidad 1
Iluminacin Elctrica:
Foco Fluorescente 11W Cantidad 3
Lmpara Fluorescente 20W Cantidad 3
Elctrico:
-
Televisores Cantidad 3
Electrnico:
Sistema Electrnico de la Cama (Posicionamiento) Cantidad 3
Humano:
Pacientes Cantidad 3
Visitantes Cantidad 4/c paciente
Personal Mdico Define tipo de Estados de Pacientes (3)
Material Piso, Techo y Paredes Habitacin.
Piso Italpiso
Techo Estuco
Paredes Bloque (Empastado)
Clculos de Cargas Externas
Existe Transferencia de Calor desde el los exteriores a la parte interna de la habitacin.
La frmula general para la ganancia de calor de cada uno de los componentes de la habitacin es:
Donde,
Diferencia de Temperatura de carga de Enfriamiento
Area
UCoeficiente global de transferencia de calor
Ganancia de Calor de Techos, Piso y Paredes
Para el clculo correspondiente depende de la estructura a la que estn formadas esto
componentes.
Techo: Se debe sacar primero la diferencia de temperatura de la carga de enfriamiento, es decir la
diferencia entre la temperatura al exterior de la habitacin con respecto a la temperatura al
interior, mediante la tabla 6.1 del libro de Edward Pita tomamos los datos de techo de concreto
ligero, y como temperaturas crticas podemos tomar entre 13 00 pm.
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Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD del techo para esto tenemos la siguiente
formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
Donde,
Diferencia de Temperatura de carga de Enfriamiento
LMCorreccin para Latitud
KFactor depende de color de techo
TrTemperatura del Recinto
ToTemperatura del Exterior
( )
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
rea del Techo
-
Ganancia de calor del techo ser:
Pared: Las paredes al ser de la misma estructura la nica diferencia sera el rea de cada una
dependiendo si hay ventanas o puertas, el procedimiento debe ser el mismo que en el techo sino
la diferencia es el uso de la Tabla 6.2 de Edward Pita.
El material consultado en la clnica fue de Bloque de 4 in + aislamiento.
Pared Sentido Este direccin al Sol
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
-
rea de Pared Este
Ganancia de calor de la pared este ser:
Pared Sentido Oeste direccin al Sol
Aunque en este caso el sol no irradie directamente ya que atrs de esta pared hay otros pasillos
cuyas temperaturas estn aclimatadas igual que en la habitacin.
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
-
rea de Pared Oeste
Ganancia de calor de la pared oeste ser:
Pared Sentido Norte direccin al Sol
Aunque en este caso el sol no irradie directamente ya que atrs de esta pared hay otras
habitaciones cuyas temperaturas estn aclimatadas igual que en la habitacin analizada.
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
-
rea de Pared Norte
El Area total seria de toda la superficie proyectada menos la superficie de la ventana.
Ganancia de calor de la pared norte ser:
Pared Sentido Sur direccin al Sol
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
-
( )
[( ) ( ) ( ]
rea de Pared Sur
El Area total seria de toda la superficie proyectada menos la superficie de la Puerta.
Ganancia de calor de la pared sur ser:
Pared que forma Parte del Bao.
Igualmente sobre estas no irradian los rayos del sol.
Pared Sur Bao
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
-
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
rea de Pared Sur de bao
Ganancia de calor de la pared sur bao ser:
Pared Este Bao
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
-
rea de Pared Este de bao
El rea ser la proyectada menos el rea de la puerta.
Ganancia de calor de la pared este bao ser:
Piso: El piso de la habitacin es de azulejo, con esto seguimos el mismo procedimiento tanto para
techos y paredes, as encontrando el aporte calorfico del piso.
( )
-
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
rea del Piso = rea del Techo
Ganancia de calor del piso ser:
-
Ganancia de Calor de Ventana
La diferencia de temperatura de carga de enfriamiento del vidrio en la hora crtica de 12 00 pm
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
[( ) ( ) ( )]
rea Ventana
Ganancia de calor de la ventana ser:
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Radiacin Solar a travs de Ventana
La energa radiante del sol pasa a travs de materiales transparentes como el vidrio y se
transforma en ganancia para el recinto, su valor vara con la hora, la orientacin, el sombreado y el
efecto de almacenamiento.
Donde,
Factor de ganancia mxima de calor solar.
Area vidrio
CS Coeficiente de sombreado
FCE Factor de carga de enfriamiento para el vidrio
( )
( )
( )
rea Ventana
-
La ganancia por radiacin solar en la ventana es:
Ganancia de Calor por conduccin e infiltracin en Puertas
Ganancia de Calor por conduccin en las puertas es:
Donde,
Diferencia de Temperatura de carga de Enfriamiento
Area
UCoeficiente global de transferencia de calor
La frmula de ganancia de calor por infiltracin de la puerta es:
Donde,
Velocidad de Infiltracin del aire
DTCambio de temperatura del exterior al interior
E Coeficiente de prdida de calor en los extremos.
Puerta ingreso a Habitacin
Conduccin de calor
-
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la puerta para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
rea de Puerta
Ganancia de calor de la puerta ser:
Infiltracin
-
( )
( )
( )
La ganancia de calor de la puerta de ingreso es:
Puerta Bao
Conduccin de calor
( )
Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la
siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:
[( ) ( ) ( ]
( )
( )
[( ) ( ) ( ]
rea de Puerta
-
Ganancia de calor de la puerta bao ser:
GANANCIA DE CALOR POR LOS OCUPANTES
GANANCIA DE CALOR POR LOS OCUPANTES
CALOR SENSIBLE
los pacientes ocuparan el espacio las 24 horas del dia, y aproximadamente cada 36 horas ingresa un paciente nuevo con este tenemos que:
asumiendo las condiciones mas extremas de diseo, con los 3 pasientes, y con 4 visitantes por cada unos mas 1 enfermera que ingresa ha hacer controles tenemos un total de 16 personas en la sala de visitas.
CLF 0.333 W
Np 16
qs 65
QS qs Np CLF 346.32 W
QS 1171.04BTU
h
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CALOR LATENTE
CALOR SENSIBLE EN EL PERSONAL MEDICO
El personal medico, se encuentra 8 horas en el espacio, con intervalos de ingreso a la habitacion de 2 horas, por lo que tenemos que:
CALOR LATENTE
qs/persona # personas CLF qs(w) qs(Btu/h)
sala de estar 65 16 0.33 343.2 1171.04
Qs Total 1171.04
qlp 30W
Npe 16
ql qlp Npe 480 W
ql/persona # personas ql(w) ql(Btu/h)
sala de estar 30 16 480 1637.82
Ql Total 1637.82
CLf 0.61
Qspe 70 W
Nup 1
Qsm Qspe Nup CLf 42.7 W
Qsm 145.69BTU
H
qs/persona # personas CLF qs(w) qs(Btu/h)
sala de estar 70 1 0.61 42.7 145.6984
Qs Total 145.6984
Qlm 45 W
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GANANCIA DE CALOR POR ILUMINACION
en la sala existen 6 fuentes de iluminacion, tres lamparas para toda la habitacion, y una lampara hubicada en cad cama, cuando el paciente necesite de uz sin incomodar al resto
CALCULO DE LAMPARAS GENERALES
CALCULO DE LAMPARAS INDIVIDUALES
Npm 1
qlm Qlm Npm 45 W
qlm 153.54BTU
h
ql/persona # personas ql(w) ql(Btu/h)
sala de estar 45 1 45 153.5464
Ql Total 153.5464
nl 3
pl 72 W
fu 1.06
qelel nl pl fu 228.96 W
nli 3
pli 11 W
qeli nli pli fu 34.98 W
qiltot qelel qeli 263.94 W
# LAMPARAS W Ful Fsa q(w) q(Btu/h)
sala de estar 3 72 1 1.06 228.96 781.2439483
3 11 1 1.06 34.98 119.3567143
Qs Total 263.94 900.6006626
-
( )
( )
( )
La ganancia de calor de la puerta de ingreso es:
SALA DE VISITAS
NUMERO APARATOS ELECTRICOS qs(W) QS total(W) QS total(Btu/h)
3 TELEVISORES 90 270 921.2782409
3 MOTORES DE CAMAS 8 24 81.89139919
3 CELULARES 19 57 194.4920731
Qtotal 351 1197.661713
GANANCIA DE CALOR POR APARATOS ELECTRICOS
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Componente Parte Ganancia de Calor (BTU/h)
Ganancia de Calor Total (Kw)
Techo Techo 703 0.20602894
Paredes Pared Sentido Este 1149.01 0.33674155
Pared Sentido Oeste 268.13 0.07858114
Pared Sentido Norte 98.54 0.02887922
Pared Sentido Sur 56.42 0.01653507
Pared Sur Bao 62.32 0.01826419
Pared Este Bao 56.51 0.01656144
Piso Piso 57.76 0.01692778
Ventana Ventana 157.01 0.04601508
Irradiacin Ventana 1025.07 0.30041833
Puertas Puerta Ingreso Conduccin
17.51 0.00513167
Puerta Ingreso Infiltracin
161.1 0.04721374
Puerta Bao Conduccin
11.93 0.00349634
Puerta Bao Infiltracin 142.8 0.04185054
Ocupantes Calor Sensible 1171.04 0.34319791
Calor Latente 1637.82 0.47999761
Personal Medico Calor Sensible 145.69 0.04269752
Calor Latente 153.54 0.04499813
Calor por iluminacion Lamparas Generales 228.96 0.06710155
Lamparas individuales 34.98 0.01025162
Ganancia de calor por Equipos Electricos
Televisores Motores
1197.66 0.35099946
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Celulares
Suma 2.50188884
SELECCIN DEL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO
Sistema de Filtro de Aire
Para la plicacin con sistemas que utilizan la conduccin de aire por ductos o tuberas, es
necesario por normas de higiene proteccin para el equipo de proveerle un filtro al inicio del
sistema (Sistema de filtrado es crucial para un sistema de aire), es por eso que escojemos el
siguiente sistema de filtrado.
En el catlogo Salvador Scoda Sa. fue el catlogo que se analiz.
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Sistema de Aire Acondicionado Split
Este sistema sera el idoneo para una habitacin y en este caso para cada paciente en su apartado,
para esto ya calculado la ganancia de calor total de la habitacin se tomara como dato para en el
catalogo encontrar la capacidad de la mquina, esta tiene que ser mayor (inmediato superior) al
calculado.
Seleccin de Aire acondicionado Split
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Catalogo Toshiba Leading Innovation
Aire Acondicionado Unidad Exterior Daiseikai Classic Unidad Interior RAS-B10N3KVP-E
La Capacidad es de 2.51 KW, suficiente para alimentar a el sistema de Splits en la habitacin, ya
que con los datos calculados anteriormente no es necesario poner un factor de garanta ya que se
calcularon en las peores condiciones.
Ilustracin 2 Unidad Interior (Condensador) y Unidad Exterior (Evaporador)
Sistema de Aire Acondicionado por Ductos
Este sistema no sera el idoneo para una habitacin ya que este se usa para aplicaciones en lugares
mucho mas grandes como en centros comerciales, Instituciones publicas o privadas, etc.
En el sistema exterior cuenta con un condensador y evaporador en el mismos sitema, de aqu sale
al sistema de ductos.
Primero Debemos encontrar en este caso un Condensador Vaporador cuyas capacidades sean
mayores a la ganancia de calor encontrado.
Seleccin de Condensador Evaporador
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Catalogo Mebrafe
Condensador Evaporativo 60 Hz CETF 0470
La Capacidad es de 4 CV equivalente a 2.9 KW, suficiente para alimentar a el sistema de ductos en
la habitacin y aclimatrala a un ambiente confort.
Con la capacidad del Condensador Vaporador si abstece al amibiente, como vemos nos ofrece un
caudal de 75 m3/h, on esto mediante la mecnica de fluidos podemos sacar el diametro de los
ductos.
CALCULO DE DUCTOS
Para el dimensionamiento de los dimetros de los ductos, se realiza el siguiente procedimiento.
Con la siguiente deduccin, tenemos que:
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Despejando tenemos que:
La velocidad en un ducto principal, para impulsin de aire, est en el rango de 6 a 10 m/s.
El ducto principal debe tener una posibilidad de dimetro mayor, esto para futuras posibles
ampliaciones en el sistema, por ende la velocidad ser de 6m/s.
Para el clculo de las prdidas de presin en los ductos, se realiza con el siguiente procedimiento.
Calculo del Nmero de Reynolds.
Donde:
(
)
(
)
(
) ( ) ( )
-
PERDIDAS DE PRESION POR CARGA.
ACCESORIOS VALORES DE K CANTIDAD K TOTAL
ENTRADA 1 1 1
T FLUJO DIRECTO 0.4 6 2.4
CODOS 90 0.7 4 2.8
Clculo de Longitudes Equivales
Entrada
Codos 90
Tee Fujo Directo
..
-
.
Esta longitud se utilizara para calcular el factor de coleebrok, y con iteraciones encontrar el
diametro y aproximarlo a uno comercial.
D (m) V (m/s) Q (m^3/s) Re f Dnom
0.0665 6 0.0208 25902.29 0.0363149 0.0659
0.0659 6.09 0.0208 26088.75 0.0363802 0.0649
CATALOGOS
Condensador Vaporador
http://www.salvadorescoda.com/tecnico/Cfil/Catalogo_Tecnico_Filtros_Aire_Julio2009.pdf
Sistema de Aire Acondicionado Split
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http://www.toshibizate.com/Descargas/CATALOGO_2013.pdf
Sistema de Filtraje
http://www.logismarket.ind.br/ip/mebrafe-condensador-evaporativo-condensador-evaporativo-
catalogo-564333.pdf
Catalogo Tuberas Acero Galvanizado
http://www.tecnoval.com/Portals/3/pdfs/tb_hnsc.pdf
Maqueta y Simulacin
[1] http://www.definicionabc.com/tecnologia/aire-acondicionado.php
[2] http://termodinamica.us.es/termica/transparencias/Leccion7.pdf
[3] http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/what-is-steam.html
[4] http://www.slideshare.net/leo100/mezcla-aire-vapor-de-agua
[5] http://www.ecologiahoy.com/humedad-absoluta-especifica-y-relativa