CALEFACCION

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN

MATERIA: REFRIGERACIÓN Y AIRE

ACONDICIONADO

PRESENTA: PEYREFITTE FLORES ANA LAURACABRERA CAMACHO EDGAR

FACTORES QUE INFLUYEN LA COMODIDAD

A)Temperatura del aire

B)Humedad del aire

C)Movimiento del aire

D)Pureza del aire

Carta de “Temperatura efectiva en esta cartase intenta encontrar una relación entre latemperatura, humedad y movimiento delaire.

TEMPERATURA EFECTIVA

Es un índice empírico del grado de calorque percibe un individuo cuando seexpone a varias combinaciones detemperatura, humedad y movimiento deaire

Correspondea unavelocidad delaire de 15 a25 pies/min.

CONSIDERACIONES BASICAS

En invierno, el problema consiste en calentar y humidificar un espacio.

Se determina la cantidad de BTU/h que se suministra, es decir, el volumen d aire requerido.

Se debe calcular las perdidas o ganancias de calor que son:

1.-Transmision de calor sensible a través de paredes, techos y pisos.

2.-Perdidas de calor sensible o latente debidas al aire que entra al espacio, ya sea por infiltración o por ventilación positiva.

3.-Ganancias o pérdidas debidas a otros factores, como personas, motores,etc.

CONDICIONES DE DISEÑO EN INVIERNO.

A.- Para las condiciones interiores de

diseño se utiliza la carta de comodidad y las tablas VII-1,VII-2 ,VII-3 y VIII-1.

Temperatura de diseño interior:

o Altura de respiración de un individuo debe ser de 5 ft.

o Altura del techo no es mayor a 20 ft. la temperatura aumenta un 2% por cada pie arriba de la línea de respiración.

PROBLEMA VIII-1

Suponga un cuarto con 15 pies de altura cuyatemperatura en la línea de respiración es de80°F. Calcule:

A)La temperatura en el techo.

B) La temperatura en el piso.

C) La temperatura promedio

*Respuestas:a) t1=80+(0.002*10*80)= 96°F

b) t2=80-(0.002*5*80)= 72°F

c) tp=(96+72)/2=84°F

Para calcular la temperatura promedio de un espacio, conociendo la temperatura de la línea de respiración, también se puede usar la siguiente fórmula:

Donde:tp- temperatura promedio en °Ftb- temperatura a 5 pies en °FH- altura en pies de piso a techo.

Problema VIII-2:

Encuentre la temperatura promedio delproblema anterior usando la formulamencionada.

Estos cálculos sólo seaplican a espacioscalentados porradiación.

Cuando se hace a base de aire caliente oconvección forzada , la distribución del aire esmejor.Para este caso en los lugares donde la altura esmayo a 15 pies, la temperatura aumentaaproximadamente 1% por cada pie arriba de lalínea de respiración. Cuando el techo está amás de 15 pies, se supone 0.1°F por cada pieque exceda los primeros 15 pies.

Problema VIII-3

Calcule la temperatura del techo, del piso y la temperatura promedio en un cuarto de 25 pies de altura, si en la línea de respiración hay 85°F y se calienta por medio de ductos que llevan aire caliente.

t1= (85+0.01*10*85)+0.1*10=94.5°F

t2 = (85-0.01*5*85)=80.75°F

tp= (94.5+80.75)/2= 87.6°F

B) Las condiciones exteriores depende de:

Ubicación del edificio a acondicionar

Temperaturas mínimas

Ondas de frio

Temperatura exterior de diseño para invierno: Es la temperatura que se toma como datos para realizar los cálculos. No es la mínima que se registra si no un promedio de las temperaturas mínimas.

Cuando se tiene un espacio adyacente que no tiene calefacción, la temperatura de diseño se considera:

ta=0.5(ti + te) ; donde

ta= temperatura del curto adyacente

ti=temperatura del diseño interior

te= temperatura del diseño exterior

Problema VIII-4

Si la temperatura interior de diseño es 80°F y la exterior 10°F, ¿qué temperatura debe considerarse aproximadamente en un cuarto adyacente sin calefacción?

Respuesta:

ta= 0.5(80-10)

ta=45°F

Datos:ti=80°Fte=10°F

C) Temperatura de la superficie de la pared interna:

Depende de las condiciones de convección de la película y de las condiciones exteriores.

Para evitar el condensado en las paredes, techos y ventanas se baja la humedad relativa del interior o se puede aumentar la resistencia térmica de la pared.

Para tomar en cuenta la temperatura de lasuperficie de una pared, de un techo o de unpiso, se toma en cuenta la relación entre laresistencia de la película interior con laresistencia del resto de la pared.

Problema VIII-5Una pared tiene 6 pulgadas de concreto y ¾ de pulgada de yeso con metal desplegado.

A) Con un viento de 15 mph a 0°F, ¿Cuál es latemperatura de la superficie interior, si elambiente está a 70°F(BS) y 60°F(BH)?

B) Habrá condensación en las paredes?

La resistencia al paso del calor a través de lapared queda expresada en la sig. Fórmula:

Donde:fe=coeficiente de la película exterior en BTU/h-pie3-°F

fi= coeficiente de la película interior en BTU/h-pie2-°F

X1= espesor del material(concreto)

K1= factor de conductividad térmica BTU-plg/h-pie2-°F(concreto)

C= factor de conductividad térmica BTU/h-pie2-°F(3/4 plg. De yeso)

Para el caso de aire acondicionado se considera:

fe=6.0 BTU/h-pie2-°Ffi= 1.65 BTU/h-pie2-°F

De tablas se encuentra que:

K=12 BTU-plg/h-pie2-°F (concreto)

C=4.4 BTU/h-pie2-°F ( ¾ plg. Yeso)

Luego:

Ahora:

Por lo tanto:

Temperatura de pared = 70-28.28= 41.72°F

b) Para t_BS= 70°F y t_bh= 60°F

t_w=53.7°F (carta psicometrica)

Por lo tanto, sé se formarácondensado.

Problema VIII-6

En el problema anterior, ¿cuántas capas deaislamiento de 3/4de pulgada con una k=0.33se deben instalar para eliminar lacondensación?

El punto de rocío es 53.7°F; por lo tanto, lacaída en la película no de3be exceder :

70-53.7= 16.3°F

La resistencia de la película no se puede variarde R=1/1.65, pero si la resistencia total.

Calculando la resistencia adicional requerida

Por lo tanto, con ¾ de pulgada, R´=2.27 h-pie2-°F/BTU. Luego una placa de ¾ de pulgada,basta para evitar la condensacion

VIII.3 CARGA DE CALOR

Transmisión de calor a través de muros ,techos y pisos

Estas pérdidas se pueden determinar a travésde la sig. Expresión:

Donde:Q= pérdida de calor en BTU/hA=área neta en pies2

U= coeficiente de transmisión de calor enBTU/h-pie2-°F

ti= temperatura de diseño interior en °F

te= temperatura de diseño exterior en °F. Estatemperatura se obtiene por tablas, en caso deno disponer de ellas, se calcula aumentando10 o 15°f a la temperatura mínima.

Coeficiente combinado de transmisión de calor U

Se define como el flujo de calor por hora a través de1 pie2 de barrera, cuando la diferencia detemperatura entre el aire interior y el exterior es 1°F

Conducción de calor a través de los diferentes materiales de una barrera

Basándose en la teoría de Fourier

•A- área de la sección donde el calor fluye, en pies2•K- factor proporcional llamado conductividad

térmica, expresado en BTU-pie/h-pie2-°F

SI Por lo tanto

El valor de K, varía con la temperatura, pero para materiales de uso común y temperaturas atmosféricas, estos valores se han determinado experimentalmente y se encuentran tabulados en un manual de aire acondicionado.

Para una pared de sección plana, integrando la ecuación de Fourier, se tiene:

La resistencia termica R vale:

Sacando el inverso de R

Sustituyendo en la ecuación

Transmisión de calor por conveccion entre la superficie y el aire

Ecuación de Newton:

En donde:q-Calor transmitido por unidad de tiempo (BTU/h)f-Coeficiente de conveccion termica i de la película (BTU/h-pie2-ºF)A- Superficie de transmisión de calor (pies2)t_s - Temperatura de la superficie (ºF)

Temperatura del fluido (ºF)

En este caso la resistencia termica será:

El valor del coeficiente f se incrementa al aumentar la rugosidad de las paredes y crece también con la velocidad del viento, cuando se trata de aire acondicionado.

Suponiendo los sig. Valores:Para interiores:1.65 BTU/h-pie2-ºFPara exteriores: 6.0 BTU/h-pie2-ºF

Sin embargo ,existen las siguientes formulas de “Houghten y McDemortt” donde se corrige por velocidad del viento, tomando en cuenta la rugosidad del viento:

Observando la figura anterior en donde se considera una barrera de tres materiales diferentes, se concluye que la cantidad de calor que fluye por cada material es la misma y se utiliza la siguiente ecuación:

O bien;

Problema VIII-7

Suponga que la pared de la figura se compone de un muro de una pulgada de ladrillo, cinco pulgadas de concreto y media pulgada de aplanado de cemento.

El aire esta a 66ºF y el exterior a 15ºF, con un viento de 15mph. Calcule:

a) La resistencia termica de la pared

b) B) La conductividad de la pared

c) C) El calor transferido por hora y por pie2

d) D) El calor transferido no tomando en cuenta la resistencia fílmica.

Respuestas:a) De tablas

Tambien :f_ e =6.00 (15 mph)f_i= 1.65 (aire quieto)