instalaciones de climatización · sistemas de acondicionamiento del aire cálculo. objeto de la...
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Instalaciones de Climatización
Climatización
La climatización es la instalación más cara de mantener por su consumo de energía. Por la misma razón, es la más contaminante
De ahí la importancia de hacerla lo mejor posible, lo que dará menores consumos y, consecuentemente, menor contaminación
Introducción a la climatización 2
introducción
Demanda energética
cálculos
Climatización
Climatización
El RITE define la climatización como: dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y, a veces, también de presión, necesarias para el bienestar de las personas y/o la conservación de las cosas
Partes que trata la climatización
En primer lugar, más importante y siempre, la ventilación.
En épocas frías, la calefacción.
En épocas cálidas, la refrigeración.
Cada una de las partes puede darse por separado, con una instalación particular, o dos de ellas, o las tres, en una instalación conjunta.
Esta última opción suele ser la mejor y más rentable desde los puntos de vista de instalación y de consumo energético.
Introducción a la climatización 3
introducción
Demanda energética
cálculos
Climatización
Se da en cualquier sistema de calefacción, tanto activo (calefacción eléctrica o por agua caliente), como pasivo (invernaderos y muros Trombe).
1 2w1=w2
h=12,5
h=51,4
a) Proceso de calentamiento: El proceso de añadir calor al aire se representa en el diagrama por una línea recta horizontal. En este proceso se mantiene constante la masa de vapor presente en el aire. Si se admiten algunas simplificaciones (como la de considerar constante el volumen específico del aire), la energía suministrada por unidad de tiempo a un caudal de aire Qa (expresado en m3/h) para elevar su temperatura de T1 a T2 se expresa:
Φ = caire ρaire Qaire (T2 - T1)
curva de saturación
2 ºC 40 ºC
w=4,25
Introducción a la climatización 4
introducción
Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
La climatización se consigue mediante una serie de procesos sobre el aire:
( )12aire hhQ −⋅⋅ρ=Φ
1 w1
w2
T1T2
h1=h2
b) Enfriamiento evaporativoEl aire, al pasar por una masa de agua experimenta un enfriamiento y un aumento de humedad. El vapor incorporado proviene del agua, y el calor necesario para la vaporización lo obtiene el agua del aire, enfriándolo.
Este proceso se da en las baterías de humectación.Existe un máximo de enfriamiento posible, el correspondiente a la saturación adiabática (temperatura húmeda). La proporción del enfriamiento logrado frente al máximo indica la eficacia de la transformación, ε
h1
21
TT
TT
−−
=ε
2
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introducción
Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
Th
El modo más sencillo de conseguirlo es colgando un recipiente poroso (de cerámica) con agua en el radiador.
Nótese que la energía empleada en la evaporación puede ser muy importante
1 2w1=w2
h1=11,5
c) Proceso de calentamiento con humectación:
calor sensible Φs = Qaire caire ρaire (T2 - T1)
curva de saturación
2 ºC 31 ºC
w3=7,9
Introducción a la climatización 6
introducción
Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
y el calor latente: ΦL = Qaire cLv ρv (w3 – w2)
w2=4,2
21 ºC
3
calor sensible
calor latente
h2=31 h3=42
El calor total extraído por unidad de tiempo ΦT puede expresarse con la expresión general
ΦT = ρaire Qa (h1 - h2)
con calor sensible, ΦsΦS = ρaire caire Qa (T1 - T2)
y calor latente, ΦLΦL = ρaire Lagua Qa (w1 - w2)
d) Proceso de enfriamiento con deshumectaciónEl proceso de extraer calor al aire puede ir acompañado, si su temperatura desciende por debajo de la de rocío, de una disminución del vapor de agua que contiene. En este caso, la transformación ya no es una línea recta horizontal.
1
3
w1
w3
T1T2
h3
h2
Introducción a la climatización 7
introducción
Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
w2
1’
3
w1
w3
T1T3
h3
h1
Desde el punto 3 hay que llevar el aire a las condiciones de impulsión al ambiente, 2, lo que puede hacerse por calentamiento:
Ello implica un gasto de energía un tanto absurdo: primero enfriar y luego calentar.
1
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introducción
Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
2
T2
h2
3
2
1
- O bien mezclar el aire con el del retorno en las proporciones adecuadas.
En este proceso intervienen otros factores, que estudiaremos más adelante.
w1
w3
w2
T1T2T3
h1
h2
h3 A
B
C
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Demanda energética
cálculos
Acondicionamiento del aire
Partes de la instalación de climatización:
Producción de energía térmica (calor o frío)
Distribución de energía térmica (por agua, por aire, por refrigerante)
Entrada y salida de aire (ventilación)
Tratamiento del aire (en su caso)
Emisión de energía térmica
Precisiones
La ventilación es necesaria siempre, aunque sea por las ventanas (el CTE considera que no es fiable). Se estudia en tema aparte
y debe tenerse en cuenta que el aire (una vez calentado, enfriado, corregida su humedad) contiene energía. Devolverlo al exterior, es un consumo de energía.
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Demanda energética
cálculos
Climatización
Clasificaciones
Por el grado de centralización de la producción de energía térmica:
Local o unitaria: producción y emisión en un aparato situado en un local
Centralizada: producción en un local y emisión en otros locales
Individual
Colectiva
De edificio
De barrio, Urbana
Conforme aumenta el tamaño del sistema de generación de energía térmica (aumenta la centralización) aumenta el rendimiento y, a veces, baja el precio de la energía (precios de gran consumidor)
climatización 11
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de Climatización
Clasificaciones
Por la necesidad de contabilización:
Debe tener contabilización individualizada: sistemas colectivos (de varios usuarios)
No se necesita contabilización; sistemas individuales (un solo usuario o, mejor dicho, un solo responsable económico).
Algunas de las soluciones que vienen a continuación son difíciles de contabilizar individualmente.
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de Climatización
Clasificaciones
Por el grado de integración de las partes:
Todas por separado
Dos de ellas en una sola instalación.
Las tres en una sola instalación
Quizá lo más conveniente sea la integración de aire (ventilación) y refrigeración, por que la refrigeración es la que produce más problemas con la humedad del aire.
Con calefacción es más raro, pero puede haber problemas de humedad escasa en tiempo muy frío y muy seco.
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de Climatización
Clasificaciones
Según el RITE
xxxxxTHM-C 5
(x)xxxxTHM-C 4
(x)-xxxTHM-C 3
-x-xxTHM-C 2
---xxTHM-C 1
----xTHM-C 0
Deshumec-tación
HumectaciónRefrigeraciónCalentamientoVentilaciónCategoría
Notas:- no influido por el sistemax controlado por el sistema y garantizado en el local (x) afectado por el sistema pero no controlado en el local
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de Climatización
Clasificaciones
Según yo
Notas:- no influido por el sistemax controlado por el sistema y garantizado en el local (x) afectado por el sistema pero no controlado en el local
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de Climatización
Parece claro que a clasificación del RITE viene del norte de Europa, puesto que no contempla la posibilidad de tener solamente ventilación y refrigeración, lo que puede suceder en alguno de nuestros climas.
xxxxxTHM-C 5
(x)xxxxTHM-C 4
(x)–xxxTHM-C 3
x –x –xTHM-C XX
(x) –x –xTHM-C X
–x–xxTHM-C 2
–––xxTHM-C 1
––––xTHM-C 0
DeshumectaciónHumidificaciónRefrigeraciónCalentamientoVentilaciónCategoría
Sistemas de tratamiento por separado
Calefacción:
la que da calor es la más antigua de las instalaciones de climatización, la calefacción. (Más adelante dedicaremos unos días a esta instalación.)
THM-C 1
unitaria
centralizada
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistemas de tratamiento por separado
Refrigeración:
la más corriente (aunque no la mejor) de las instalaciones de refrigeración tiene dos variantes: local (unitaria o partida, split) y centralizada (multisplit).
No trata el aire (problemas de humedad relativa alta)
THM-C X (no lo contempla el RITE)
unitaria
unitaria (split) o centralizada (multisplit)
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistemas de tratamiento por separado
Calefacción y refrigeración:
Combinación de las dos anteriores, es frecuente cuando ya existe un sistema de calefacción y se añade refrigeración. Como en el caso anterior, la refrigeración puede ser local o centralizada (el sistema de refrigeración se llama todo refrigerante y el de calefacción todo-agua).
No trata el aire (problemas de humedad relativa alta)
THM-C 3
refr. unitaria, calef. unitaria o centralizada
centralizada
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistemas de tratamiento integrados
Calefacción y refrigeración:
Igual que la anterior, pero con sistema de refrigeración centralizado por agua, utilizando para la emisión ventiloconvectores (los dos sistemas se llaman todo-agua).
No suele usarse, aunque puede que haya viejas instalaciones en funcionamiento
No trata bien el aire (problemas de humedad relativa alta)
THM-C 3
centralizada
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistema de tratamiento conjunto
Refrigeración con tratamiento de aire con recirculación: Se utiliza un aparato para tratar el aire (climatizador o UTA, ya se hablaráde él). En general se recircula una parte del aire.
Se hace de varios modos, según la manera de dar la energía térmica.
Trata adecuadamente la humedad ambiente.
Tiene el problema de que recircula el aire de unos locales por otros, lo que no es conveniente.
THM-C XX (no lo contempla el RITE)
sistema todo-aire con expansión directa
sistema todo-aire con batería de agua
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistema de tratamiento conjunto
Refrigeración y calefacción con tratamiento de aire y recirculación: Se utiliza un aparato para tratar el aire (climatizador o UTA, ya se hablará de él). Se hace de varios modos, según la manera de dar la energía térmica.
Ventajas e inconvenientes como en el caso anterior
THM-C 4 o THM-C 5
sistema todo-aire con expansión directa y batería de agua caliente
sistema todo-aire con baterías de agua
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Climatización
Sistema de tratamiento conjunto
Refrigeración y calefacción con tratamiento de aire sin recirculación: Como antes, con climatizador (UTA).
Se trata exclusivamente el aire primario, por lo que no se recircula y es el mejor desde el punto de vista sanitario y de olores.
La posible falta de energía térmica se lleva mediante agua a aparatos terminales
THM-C 5
Climatización
sistema aire-agua con inductor/es
sistema aire-agua con ventiloconvectores
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Objeto de la climatizaciónMantener los ambientes interiores en condiciones de confort durante todo el año,
controlando la temperatura, humedad, velocidad, presión y pureza del aire en la zona ocupada, y pudiendo adaptarse a situaciones de carga parcial
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
División de la instalación en subsistemas
- Producción: en caldera (calor), máquina frigorífica (frío), bomba de calor (frío/calor)- Transporte primario (lado del agua): Redes de agua caliente (45…40ºC) y fría (7…12ºC)- Acondicionamiento o tratamiento del aire- Transporte secundario (lado del aire): red de conductos y accesorios (ventilador, compuertas)- Intercambio en locales: bocas de impulsión (rejillas, difusores, toberas) o unidades terminales (unidades interiores, ventiloconvectores, inductores)
Difícil sistematización:Habitualmente los subsistemas están mezclados y hay saltos
climatización 24
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de calor
Mediante calderasSe tratará
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introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoMediante una máquina frigorífica de compresión o de absorción.Es una materialización de un ciclo de Carnot inverso, por la que en un circuito cerrado se aprovechan los cambios de fase de una sustancia para enfriar/calentar agua/aire
Consta de :- Evaporador: extrae calor Q2 de un foco frío T2- Condensador: cede calor Q1 a un foco caliente T1- Compresor, incrementa la presión a p1 mediante W- Válvula de expansión, reduce la presión a p2- Sustancia refrigerante (R-22, R-407)
21
2max TT
TE
−=
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoMediante una máquina frigorífica de compresión o de absorción.Es una materialización de un ciclo de Carnot inverso, por la que en un circuito cerrado se aprovechan los cambios de fase de una sustancia para enfriar/calentar agua/aire
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de frío
Mediante una máquina frigorífica de compresión o de absorción.Es una materialización de un ciclo de Carnot inverso, por la que en un circuito cerrado se aprovechan los cambios de fase de una sustancia para enfriar/calentar agua/aire
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de frío por compresión
Consta de :- Condensador:
- Dispositivo de cesión de calor al ambiente exterior- Válvula de expansión,- Evaporador:- Compresor,
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de frío por absorción
Consta de :- Condensador:
- Dispositivo de cesión de calor al ambiente exterior- Válvula de expansión,- Evaporador:-Absorbedor-Generador
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoElementos máquina frigorífica de compresión.
Evaporador de haz tubular
Válvula de expansión con tubo capilar
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoClasificación de las máquinas frigoríficasa) Según el fluido enfriado:
- Enfriadoras de agua, aproximadamente a 7ºC- Enfriadoras de aire, aproximadamente a 15ºC
Enfriadora de aireEnfriadora de agua
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoClasificación de las máquinas frigoríficasb) Según el sumidero térmico utilizado- Condensadas por aire, con el condensador al exterior (las de la transparencia anterior)- Condensadas por agua, con el condensador conectado a una torre de enfriamiento
Enfriadora de agua condensada por agua
Torre de enfriamiento
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Producción de fríoEficiencia energética de la producción:En general, se define eficiencia como la relación energía útil/energía consumida. Así:- Para una máquina frigorífica, eficiencia energética de refrigeración, EER
- Para una bomba de calor, coeficiente de eficiencia energética, CEE o coefficient ofperformance, COP
1W
QEER 2 ≥=
3W
QCEE 1 ≥=
Todos los datos de potencia y eficiencia de los equipos están referidos a las condiciones de certificación EUROVENT, que se resumen:AGUA-AGUA- Agua en el evaporador: Entrada = 12ºC; salida =7ºC- Agua en el condensador (calefacción): Entrada = 40ºC; salida =45ºC- Agua en el condensador (refrigeración): Entrada = 30ºC; salida =35ºAIRE-AIRE- Refrigeración: Aire exterior: 35ºC; 50% HR; Aire tratado: 27ºC; 47% HR; Mezcla: 50%- Calefacción: Aire exterior: 7ºC; 87% HR; Aire tratado: 20ºC; 50% HR; Mezcla: 50%
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
División de la instalación en subsistemas
- - Transporte primario (lado del agua): Redes de agua caliente (45…40ºC) y fría (7…12ºC)-
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
División de la instalación en subsistemas
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
- - Transporte primario (lado del agua): Redes de agua caliente (45…40ºC) y fría (7…12ºC)-El transporte puede hacerse con redes de dos, tres y cuatro tuberías
División de la instalación en subsistemas
- - Tratamiento del aire UTA.
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire (y aire agua)
Características generales: - Acondicionamiento del aire en UTA - La regulación a cargas parciales se hace variando la temperatura o el caudal de aire impulsado
Elementos de la instalación a) Unidad de tratamiento del aire UTA (climatizador)Es un equipo modular compuesto de secciones:
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
a) Unidad de tratamiento del aireSecciones de un climatizadorBaterías: De cobre o acero inoxidable (3/8 o ½”)Aletas de cobre o aluminio
Humectadores:- Por inyección (pulverización) - Panel de celulosa- Por lanza de vapor
Filtros (clases):- Prefiltros- Gruesos (G)- Finos (F)- Absolutos (H) Filtros (tipos):- De celdas- De bolsas (flexibles y rígidas)- Rotativos- De cartuchos
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire
Sistemas todo aire (y aire agua)
Hay UTAs de todos los tamaños, según sea la zona a climatizar.
En cuanto a la colocación, se encuentran desde las que pueden ponerse en el falsocielorraso de un pasillo o un aseo (se hace así porque son espacios donde es aceptable una altura libre menor) a los que requieren un local específico.
Es frecuente poner las grandes en la cubierta.
climatización 40
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
División de la instalación en subsistemas- Transporte secundario (lado del aire): red de conductos y accesorios (ventilador, compuertas)- Intercambio en locales: bocas de impulsión (rejillas, difusores, toberas) o unidades terminales (unidades interiores, ventiloconvectores, inductores)
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Elementos de la instalaciónb) Red de conductosCirculares o rectangularesImperativo el aislamiento si pasan por LNCDeben garantizar estanquidad
c) Red de agua para climatizaciónDoble red (frío y calor), similar a la de calefacción, con:Calor: Tida = 45ºC; Tret = 40ºCFrío: Tida = 7ºC; Tret = 12ºC
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire
Clasificación de los sistemas de climatizaciónDe las muchas clasificaciones posibles se sigue la establecida en Carrier y ASHRAE:Según los equipos involucrados y la relación con el espacio a acondicionar los sistemas de climatización pueden clasificarse así:
- De expansión directa: máquina frigorífica, en el local o en sus proximidades, con o sin red de conductos
- Todo aire: unidad de tratamiento de aire (UTA) fuera del local, con red de conductos.
- Todo agua: ventiloconvector(fan-coil) en el local, con o sin conductos de aire
- Aire-agua: como todo aire, pero con inductor o ventiloconvector en el local
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Refrigeración:
la más corriente (aunque no la mejor) de las instalaciones de refrigeración tiene dos variantes: local (unitaria o partida, split) y centralizada (multisplit).
No trata bien la humedad del aire (problemas de humedad relativa alta)
unitaria
unitaria (split) o centralizada (multisplit)
climatización 44
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo refrigerante (expansión directa)
Aparato unitario
2.1. Características generales: - Sólo refrigeración. - Posible calefacción si bomba de calor- No proporciona ventilación- No permiten control de humedad- No permite enfriamiento gratuito
2.2. Empleado en: - Viviendas (aparatos de ventana/split/multisplit) - Locales comerciales (unidades autónomas) - Oficinas (sistemas VRV)
climatización 45
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo refrigerante (expansión directa)
Aparato de ventana (unitario)2.3. Ejemplosa) Aparato de ventana- Máquina frigorífica enfriadora de aire
condensada por aire, situada en el local- Bajo rendimiento- Regulación de potencia por ventilador
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo refrigerante (expansión directa)
c) La versión multisplit permite acoplar varias unidades interiores por cada unidad exterior
climatización 47
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo refrigerante (expansión directa)
Sistemas partidos (split)Dividido en dos partes:
- Aparato interior:En falso techo de baño o pasilloPueda necesitar conexión a desagüe
- Aparato exterior:En tendedero o terrazaMejor en cubiertaNunca en fachada
Longitud máxima de separación entre unidades ≈ 25 m
Sistema split con expansión directa
climatización 48
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire (de expansión directa)
2.3. Ejemplose) Sistemas de volumen de refrigerante variable (VRV)Un aparato exterior (condensador) alimenta a muchos aparatos interiores (evaporadores)Regulación de potencia frigorífica mediante variación del caudal de refrigerante
Sistemas todo refrigerante (expansión directa)climatización 49
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Cálculo
Sistemas de climatización por aire
Consiste en:Unidad de tratamiento de aire (climatizador/UTA) fuera del local, con red de conductosIncorpora la ventilación (aire primario)
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
mezcla
Multizona monoconducto con caudal variable en zona (compuerta de regulación)
Ventilador de velocidad variable
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Cálculo
Sistemas todo aire. Ejemplos
UTA individual en vivienda
Una batería (calor o frío)
termostato con inversor verano-invierno
Producción de calor y frío centralizada
Medición individual de consumo
Ventilación mecánica según HS3 incorporada a UTA
Admisión y extracción conducidas
Enfriamiento gratuito (free-cooling)
Sistema que resuelve en una sola instalación
• Ventilación
• Calefacción
• Refrigeración
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire. Ejemplos
Sistemas todo aire (de expansión directa)
Ejemplosd) Aparatos autónomosSon enfriadores de aire condensados por aire de mayor tamaño (>10kW)Permite acoplar conductos
Pueden colocarse en:- Local interior - Cubierta (roof top)
También pueden ser partidos
climatización 53
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Regulación de la climatización
Los sistemas de climatización se proyectan con la potencia necesaria para neutralizar las condiciones exteriores más desfavorables (mucho frío o mucho calor).
Lo normal es que no se den esas condiciones exteriores punta, y entonces los sistemas deben proporcionar al ambiente menos energía térmica, es decir, potencias menores. Existen tres modos de conseguirlo:
Variando la temperatura del caloportador (fluido que trasporta el calor)
Variando la cantidad (el caudal) del caloportador
Apagando y encendiendo la fuente de energía térmica (sistema que se emplea en aparatos pequeños)
En este caso puede también parar la circulación del caloportador o no.
Climatización
climatización 54
introducción
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Clasificación según el caudal de aire impulsado •Caudal constante
•Caudal constante de aire en zona y ventilador
•Regulan potencia variando la temperatura de impulsión:
Por recalentamiento terminal
Mediante bypass en la UTA
Por variación del caudal de agua en batería con válvula de tres vías
•Caudal variable
•Caudal variable de aire en zona y ventilador
•Regulan potencia variando el caudal de impulsión:
Compuerta o caja de caudal variable por zona,
Boca de impulsión de caudal variable por zona
•Falso caudal variable
•Caudal variable de aire en zona y constante en ventilador
climatización 55
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire
Sistemas todo aire
Clasificación según su capacidad de zonificación:
•Unizona
•Mantienen las condiciones de confort en una sola zona
•Un termostato en la zona de control
•Si hay varias zonas, termostato en zona dominante
•Son siempre sistemas a caudal constante
•Multizona
•Pueden asegurar confort en varias zonas
•Un termostato por zona
•Sistemas:
•Caudal variable con regulación por compuertas en conducto o en boca de impulsión
•Caudal constante con recalentamiento terminal
•Doble conducto (prohibido en RITE 2007)
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Los sistemas todo aire se emplean en climatización integral de edificiosPara ello, se zonificará según orientaciones y horarios diferentes.Se dispondrá al menos un climatizador por zona en las siguientes:
• Salón de actos, salas de lectura, de exposiciones• Zonas comunes de edificios multiuso• Zona interior de edificios de oficinas• Acondicionamiento de aire primario (de ventilación) de otras zonas
climatización 57
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo aire
Sistemas de climatización por aire y agua
La Unidad de tratamiento de aire (climatizador/UTA) fuera del local, con red de conductos,trata solo la ventilación (aire primario)El resto de la energía térmica necesaria, lo proporcionan ventiloconvectores o inductores
climatización 58
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
4.4. Sistemas con ventiloconvectores- El aire que se introduce es el estricto de ventilación.-Este aire trata en una UTA y, para regular la energía que no es capaz de transportar el aire, se añade en el propio ambiente, mediante ventiloconvector/es.
-No hay mezcla de aire de distintos locales
climatización 59
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de climatización por agua-aire
4.3. Elementos de la instalación a) Ventilo-convector (fancoil)Montaje en falso techo
climatización 60
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de climatización por agua-aire
4.4. Sistemas con inductores- El aire que se introduce es el estricto de ventilación (aire primario).-Este aire enfría en una UTA y, para que la lanza de aire no sea excesivamente fría, se mezcla con el aire ambiente en un inductor.
-No hay mezcla de aire de distintos locales
climatización 61
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de climatización por agua-aire
Empleado en:- Hoteles, habitaciones de hospital - Zonas perimetrales de edificios de oficinas, como complemento de climatización por aire
Su principal ventaja es que no tienen ventilador(silenciosos, bajo mantenimiento)
Sistemas de climatización por agua-aire
climatización 62
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Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Elementos de la instalaciónb) Red de agua para climatización
Lleva a los fan-coils agua:- Fría (7ºC) de máquina enfriadora de agua- Caliente (45º) de caldera, BdC o intercambiador
Atendiendo al número de tuberías que llegan a los fancoils, puede ser:- De dos tuberías- De cuatro tuberías
Los elementos auxiliares de la red son los mismos que los descritos en calefacción:Bombas de recirculación, vaso de expansión, dilatadores, purgadores, aislamiento, etc.
La regulación se hace por caudal variable de agua en válvula de tres vías a la entrada de los fancoils
climatización 63
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas todo agua
Sistemas todo agua
Características generales- El tratamiento del aire con fancoils en el local- No permite ventilación (precisa aire primario)- Escaso control de la humedad
4.2. Se emplea: -Si hay locales iguales y repetidos (habitaciones de hotel, despachos, clases)- Si predominan cargas de fachada (ext. oficinas)- En rehabilitación, con escasez de espacio
Elementos de la instalación a) Ventiloconvector (fancoil)
climatización 64
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Regulación de la climatización por agua-aire
Como antes, hay tres modos de conseguirlo:
Variando la temperatura del agua en los emisores
Variando la cantidad (el caudal) del agua
En este caso puede también parar la circulación del caloportador o no.
Variando la velocidad de los ventiladores de los ventiloconvectores(ventiladores de corriente continua, variando la tensión; los de corriente alterna, variando la frecuencia de la corriente)
climatización 65
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Sistemas de climatización por agua-aire
- Subsistema de ahorro de energía
climatización 66
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Ahorro de energía
Medios de ahorro energéticoa) Recuperación de calor: si QI > 0,5 m3/s
- Estático (de flujo cruzado)- Rotativo
climatización 67
introducción
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Ahorro de energía
Deben ponerse cercanos los conductos de admisión de aire exterior y de expulsión de aire usado
Medios de ahorro energético
b) Enfriamiento gratuito (free cooling)
En refrigeración, si Te < Trettodo aire exterior sin tratar.
climatización 68
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Cálculo
Ahorro de energía
División de la instalación en subsistemas
- Subsistema de emisión en los locales
climatización 69
introducción
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Criterios generales:Para conseguir una adecuada distribución de aire en los locales se cumplirá, al menos:- En la zona ocupada no deben quedar zonas a las que no llegue el aire tratado.- La temperatura y humedad resultarán uniformes, sin estratificaciones.- No existirá cortocircuito entre la impulsión y el retorno.- En ningún lugar de la zona ocupada se darán corrientes de aire a velocidades molestas (óptimo 0,25 a 0,50 m/s)
Estratificación y cortocircuitoZonas muertas sin acondicionar
climatización 70
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Difusión del aire en los locales
climatización 71
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Criterios generales:Según el RITE 2007, se entiende por zona ocupada:
Dentro de ella se cumplirá la exigencia de calidad térmica del RITE 2007, manteniéndose dentro de los límites aceptados los parámetros de confort higrotérmico, sin existir incomodidades locales debidas a velocidades del aire excesivas.
Criterios generales:- Los niveles sonoros de los ambientes no superarán los valores máximos admisibles siguientes:
climatización 72
introducción
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Habitualmente se emplea la difusión por mezcla
Mecanismos de difusión de aire:
- Difusión por mezclaSe impulsa a una velocidad relativamente elevada (2 … 4 m/s) con una diferencia de temperaturas respecto del local de 6 a 10 ºC.Se busca una rápida mezcla del aire impulsado con el del local antes de la zona ocupada.
- Difusión por flujo laminarPara evitar turbulencias se induce de forma artificial el movimiento del aire del local disminuyendo rápidamente la velocidad de la vena de aire. La temperatura de impulsión puede superar una diferencia de 10 ºC respecto a la del local.
- Difusión por desplazamiento.
climatización 73
introducción
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
Difusión del aire en los locales
Factores que influyena) Posición de las bocas de impulsión y
extracciónb) Tipo de bocas de impulsión. El tipo de
boca de extracción tiene menos trascendencia por la baja velocidad del aire a su paso.
c) Velocidad de salida en las bocas de impulsión.
d) Diferencia de temperatura entre el aire impulsado y el del local
e) Existencia de fuentes internas de calor (personas, iluminación y equipos), asícomo paredes a diferente temperatura que el aire (fachadas acristaladas), causantes de movimientos convectivoslocales, de carácter puntual y variable en el tiempo.
climatización 74
introducción
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Definición de la vena de aireLa masa de aire en movimiento se caracteriza mediante la expresión funcional de
su velocidad en el espacio v (x,y,z). La representación gráfica de las superficies de igual velocidad (superficies isovel)
permite visualizar con facilidad la forma, dirección, alcance y caída de la masa de aire impulsado.
De todas las familias de superficies posibles, se emplea la correspondiente a una velocidad v=0,25 m/s, que se aproxima mucho a las condiciones de velocidad buscadas en la zona ocupada.
A la masa de aire (impulsado e inducido) encerrada por esta superficiese le llama vena de aire
climatización 75
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsióna) Existen los siguientes tipos:-Difusores
Lineales, circulares, cuadrados, rotacionales- Toberas- Rejillas
b) Los parámetros característicos de las bocas son:- Alcance x, en m- Caída o desviación de la vena, en m- Caudal impulsado, Q, en m3/h- Caudal inducido, QI, en m3/h- Factor de inducción, f = Q/QI- Velocidad efectiva - Velocidad de salida- Velocidad residual (a la distancia x)- Diferencial de temperatura a distancia x- Pérdida de presión, en Pa- Nivel sonoro, L, en dBA
climatización 76
introducción
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsiónb) Parámetros característicos- Alcance y desviación
El aire impulsado, al ir chocando y arrastrando aire del local, va perdiendo velocidadSe denomina alcance a la distancia desde la boca al punto en el que la velocidad en el centro de la vena ha alcanzado su velocidad residual, a la que no produce molestias
En la práctica, las bocas se deben elegir para que proporcionen un alcance entre el 75% y el 100% de la distancia a cubrir, con una caída que garantice para el alcance una altura de 2 m sobre el suelo
El alcance es proporcional a la velocidad de salidaSi el alcance es insuficiente: estancamiento del aireSi el alcance es excesivo: choques de venas y caída a la zona ocupada (velocidad excesiva)
Se denomina desviación a la diferencia de alturas entre el punto de impulsión y cualquier punto de la trayectoria
climatización 77
introducción
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsión b) Parámetros característicos- Alcance y desviación
Si se impulsa junto al techo se produce un efecto de adherencia (efecto Coanda o techo) que retrasa la caída de la vena y aumenta el alcance.El efecto techo no se produce si la impulsión se hace a más de 30 cm del techoEl efecto techo se mantiene mientras la velocidad del aire es superior a 0,35 m/s (punto crítico)
Con aire frío, a cierta distancia comienza una caída de la vena.Con aire caliente se produce elevación de la vena.En ambos casos se reduce el alcanceEl mayor alcance se produce con aire a la temperatura del local
climatización 78
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsión b) Parámetros característicos- Alcance y desviación
Si se impulsa junto al techo se produce un efecto de adherencia (efecto Coanda o techo) que retrasa la caída de la vena y aumenta el alcance.El efecto techo no se produce si la impulsión se hace a más de 30 cm del techoEl efecto techo se mantiene mientras la velocidad del aire es superior a 0,35 m/s (punto crítico)
climatización 79
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsiónb) Parámetros característicos- Velocidades efectiva, de salida y residual
La velocidad efectiva y de salida aumentan proporcionalmente con el caudal de aire, afectando al alcance y al ruido producido. Están limitadas (ver tabla), por lo que cada difusor tiene un caudal máximo.
La velocidad residual (en la zona ocupada) debe estar comprendida entre 0,25 y 0,5 m/s
A medida que avanza, la vena de aire se va haciendo más voluminosa y pierde velocidad.
climatización 80
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Bocas de impulsión b) Parámetros característicos- Caudal inducido
Cuando una vena de aire sale de un elemento de impulsión se crea un efecto de arrastre sobre el aire del local; Se llama caudal inducido a la cantidad de aire que es arrastrado por este fenómenoLa inducción aumenta con la superficie de contacto de la vena de aire, de manera que según la necesidad se debe potenciar o disminuir:
- Si se pretende que el alcance de un elemento sea grande se favorecerán venas de aire con poco perímetro (circulares o cuadradas), que son figuras geométricas con poco perímetro en relación a la superficie.- Si se pretende lo contrario, poco alcance o que cuando llegue a la zona ocupada el aire se haya mezclado de forma que no presente excesiva diferencia con el ambiente, se favorecerá la inducción.
climatización 81
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
a) Difusores cuadrados y circularesProducen difusión del aire por mezcla
Deben estar separados una distancia al menos igual al doble del alcance para evitar interferencias y aumento de la velocidad de caída del aire
Pueden hacer o no uso del efecto Coanda, siendo mayor su alcance en el primer caso
climatización 82
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
b) Difusores linealesSe puede variar su inclinación, y hacer uso del efecto Coanda para aumentar el alcance. Permiten buenas separaciones y se pueden combinar en techo y paredes al mismo tiempo
climatización 83
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
c) Toberas y multitoberasFuncionan por chorro y mezcla de aireTienen un alcance de unos 15 a 20 m. imprescindibles en locales anchos, de gran volumen.
climatización 84
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
d) RejillasSi se sitúan a menos de 30 cm del techo se aprovecha el efecto coandaSu alcance es como máximo de unos 6 m. Si son de doble deflexión se tiene más margen para cambiar la vena de aire, dirección, anchura.
e) Difusores rotacionalesProducen difusión del aire por régimen laminarSon unidades de alto poder de inducción, por lo que se logra una rápida disminución de la velocidad de salidaPreferibles en locales altos (por encima de 4 m)
climatización 85
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Cálculo
Difusión del aire en los locales
Procedimiento general de cálculo de una instalación de climatización
Se deben tener en cuenta los siguientes pasos:
1.1. Se realiza el cálculo de cargas térmicas de calefacción y de refrigeración
1.2. Se calcula el caudal de aire capaz de trasportar esas cargas térmicas
1.21 En caso de sistema aire agua, se conoce el caudal de aire de ventilación y habría que calcular la energía (la parte de cargas térmicas) que es capaz de trasportar..
1.3. Se sitúan las bocas de impulsión y retorno, en número y posición adecuados
1.4 Se traza la instalación de conductos de aire, conectando el equipo de tratamiento de aire con las bocas de impulsión y retorno.
1.5. Se dimensionan los conductos a partir de los caudales, fijando una velocidad máxima, comprobando que la instalación esté equilibrada
1.6. Se dimensionan todos los elementos del equipo de tratamiento del aire (ventiladores, baterías, filtros...) y en su caso, ventiloconvectores o inductores
1.7. Se dimensionan las redes de agua (fría y caliente) que abastecen a las baterías
1.8. Se eligen los equipos de producción de calor y de frío necesarios para suministrar la potencia de cálculo
climatización 86
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Cálculo
1. Cálculo de cargas térmicas
1.1 Cargas de calefacciónTransmisión (sensibles)Renovación del aire (sensibles)
1.2. Cargas de refrigeracióna) Del local
Sensibles, ΦS : radiación, transmisión, ocupantes, equipos e iluminaciónLatentes, ΦL : ocupantes, y a veces equipos
b) De ventilaciónSensibles: ΦSv = qv . (TE - TI) . ρa . ca
Latentes: ΦLv = qv . (wE - wI) . ρa . L c) Efectivas del local: incluyen el aire exterior no tratado en el equipo
Sensibles: ΦSe = ΦS + Fb · qv · (TE - TI) · ρa · ca
Latentes: ΦLe = ΦL + Fb · qv · (wE - wI) · ρa · L d) Generales
Sensibles: ΦSg = ΦS + ΦSv = ΦSe + (1 – Fb) · qv · (TE - TI) · ρa · ca
Latentes: ΦLg = ΦL + ΦLv = ΦLe + (1 – Fb) · qv · (wE - wI) · ρa · L
FB, factor de by pass de la batería de acondicionamiento
climatización 87
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Cálculo
2. Trazado de la instalación de aire
2.1. Número y posición de las bocas de aireEl problema, a partir de los siguientes DATOS:
- Caudal de aire necesario en el local Q (m3/h)- H, altura libre del local, en m- H0, altura de colocación de los difusores, en m
Tiene esta posible solución:a) Plantear una malla con distancias entre difusores igual a altura libre del local.b) Calcular el caudal por difusor, q= Q/nº difusoresc) En catalogo comercial se elige un difusor que cumpla:
Alcance igual al 40 … 55% de la distancia de separación.Caída, que no llegue a la zona ocupada (2 m. de altura)Nivel sonoro, Lw que no supere los máximos admisibles
2.2. Colocación de los equipos- UTA: en local específico, en cubierta, o en un falso techo en el local a acondicionar o próximo a él, (equipos de baja silueta).- ventiloconvectores (fan-coils): en local a acondicionar (consola o falso techo)- Equipos autónomos de expansión directa: en cubierta (roof-top), en local específico, en falso techo del local a acondicionar o en pared (unidad interior)
climatización 88
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Cálculo
2.3 Trazado de la instalación de aire
2.3.1. Precisiones al desarrollo del cálculo
En el tamaño de los componentes: :- El consumo de energía para climatizar los locales es la suma de energía utilizada para
proporcionar la potencia en calor sensible, más la utilizada para dar la potencia en calor latente :
- la condensación del vapor de agua se hace en la batería, antes de que el aire empiece a recorrer los conductos.
Así pues:- la batería ha de compensar las cargas de calor sensible más las cargas de calor latente.- Los conductos se dimensionan solamente para transportar calor sensible
climatización 89
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Cálculo
2.4 Cálculo de conductos 2.41. Cálculo de caudales en un sistema todo airePara cada local el caudal que debe suministrar la instalación es el máximo de:
- Caudal de ventilación- Caudal necesario para neutralizar la carga de calefacción del local- Caudal necesario para neutralizar la carga de refrigeración del local
Sus valores son:- Caudal de ventilación, según ⏐20⏐XII-10- Caudal de calefacción o de refrigeración, Q en m3/h
climatización 90
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Cálculo
)TT(CQ
ILpa
sI −⋅ρ⋅
Φ=
ΦS cargas sensibles de calefacción o de refrigeración del local (W)ρa densidad del aire en ⏐43⏐I-10 (1,20 kg/m3 a 20ºC, 1,18 a 25ºC y presión atmosférica)Ca calor específico del aire (0,28 Wh/kgºC)ΔT salto de temperatura entre la impulsión y la temperatura del local. Es una buena aproximación
considerar ΔT = 10 ºC
2.5 Cálculo de conductos 2.51. Cálculo de caudales en un sistema agua airePara cada local el caudal que se debe suministrar es el de ventilación.Su valor es:
- Caudal de ventilación, según ⏐20⏐XII-10
El problema es el contrario: hay que hallar la parte de las cargas de climatización que puede neutralizar ese caudal (el resto de las cargas deben neutralizarlas los terminales):
2.6. Cálculo de secciones Para el dimensionado y equilibrado de la instalación de conductos de aire es válido todo lo indicado para las instalaciones de ventilación
climatización 91
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Cálculo
)TT(CQ ILpaIs −⋅ρ⋅⋅=Φ
ΦS cargas sensibles que es capaz de compensar el aire primario (W)QI caudal de ventilación (m3/s)ρa densidad del aire en ⏐43⏐I-10 (1,20 kg/m3 a 20ºC, 1,18 a 25ºC y presión atmosférica)Ca calor específico del aire (0,28 Wh/kgºC)ΔT Salto de temperatura entre la impulsión y la temperatura del local. Es una buena aproximación
considerar ΔT = 10 ºC
3.- Cálculo de equipos: bateríaA partir del caudal hallado, la fórmula general para calcular la potencia de la Batería (en definitiva, la
potencia de las máquinas de climatización) es:
climatización 92
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Cálculo
Y sus variantes:
Partiendo de las entalpías, se tiene en cuenta el calor latente.
Como vimos, las entalpías, h, se encuentran en el diagrama psicrométrico.El problema es encontrar los puntos I, M
- Además hacen falta los puntos L y E.
( )IEIfr hhQP −⋅⋅ρ= ( )IMIfr hhQP −⋅⋅ρ=
( )EIIcal hhQP −⋅⋅ρ=
Cálculo de componentes
w1
w3
TEVTEI
hEI
hEV
3- Básicamente, el proceso de cálculo consiste en conocer dos puntos que marcan las condiciones del aire:
condiciones inicialescondiciones de impulsión
Las condiciones exteriores de verano se dan en XIV |21|
EV
climatización 93
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Cálculo
Las condiciones exteriores de invierno se dan en XIV |12|
EI
Cálculo de componentes
hE
w1
w3
TLvTLi
hLv
3- Básicamente, el proceso de cálculo consiste en conocer dos puntos que marcan las condiciones del aire:
condiciones inicialescondiciones de impulsión
Lv
climatización 94
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Cálculo
Cálculo de componentes
Las condiciones del local se dan en XIV │11│
Para verano
Para invierno
wE
wL
TETM
hM
Cuando se trata de procesos con mezcla de aire recirculado, el punto de donde se debe obtener la entalpía, hM, es el punto de mezcla
E
climatización 95
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Cálculo
TL
ML
Las condiciones de la mezcla se obtienen por:
I
LLEEM Q
Q.TQ.TT
+=
y como:
QI = QM = QE + QL
El valor de QL es
QL = QI - QE
Cálculo de componentes
hM
RecordatorioDel esquema de la instalación:
climatización 96
introducción
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Cálculo
( )IEIfr hhQP −⋅⋅ρ=
( )EIIcal hhQP −⋅⋅ρ=
( )IMIfr hhQP −⋅⋅ρ=
Cálculo de componentes
4. Condiciones de impulsión
Hallados los valores de las entalpías de partida, corresponde ahora encontrar la temperatura de impulsión adecuada, puesto que hI es el otro dato necesario en la fórmula general.
En general se suele tomar una temperatura de ± 10 grados respecto a la temperatura del local, pero el problema es la humedad, y eso depende del sistema de climatización que se emplee.
Como se ha visto, puede ser todo aire, aire-agua o todo agua (este último caso se pone para recordar que existe, pero no procede ahora)
climatización 97
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Cálculo
Empezaremos por el caso más sencillo (de calcular), aire agua
Básicamente, el proceso de cálculo consiste en conocer dos puntos que marcan las condiciones del aire:
condiciones inicialescondiciones de impulsión
Cálculo de componentes
• Aquí va a aparece Fb (factor de bypass), que es la relación entre el caudal de aire no tratado al pasar por la batería y el caudal total, medido en tanto por uno. Es una característica que depende de la configuración de la batería.
climatización 98
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Cálculo
Factor de by-pass, Fb
I
E
fe
TETI
De este modo, el factor de by-pass refleja una mezcla, como la que se ha visto.
Mezcla del aire tratado con aire no tratado. Luego
climatización 99
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Cálculo
BE
BI
BE
BIb ww
ww
TT
TTF
−−
=−−
=
TB
BwB
wE
wI
Factor de by-pass, Fb
L
E
TETL
Un modo práctico para compensar las cargas latentes es fijar que el aire de impulsión tenga la misma razón de mezcla que el aire del local, wI = wL
climatización 100
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Cálculo
Para el calculo, se utiliza el factor de by-pass, Fb:
TB
B
Como wI = wL:
b
EbLB F1
wFww
−⋅−
=
wE
wL = wI
wB
5. Selección de la batería de frío (solo aire primario)
hI
BE
BIb ww
wwF
−−
=
L
E
fe
TETL
climatización 101
introducción
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Cálculo
TI
I
B
TB
Conocido wB, puede encontrarse en el gráfico TB y entonces
( )BEbBI TTFTT −⋅+=
wE
wL = wI
wB
5. Selección de la batería de frío (solo aire primario)
hI
L
E
fe
TETL
La potencia frigorífica de la batería se obtiene a partir de las entalpías correspondientes a los puntos E e I, mediante:
climatización 102
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Cálculo
TI
I
TB
B
( )IEEfr hhQP −⋅⋅ρ=
hI
hE
wE
wL = wI
wB
5. Selección de la batería de frío (solo aire primario)
Pueden encontrarse los valores de la entalpía por medios analíticos:
( )jvjjaj TcLwT·ch ++=
En la que:Ca calor específico del aire (1,005 kJ/kg·K)Ti temperatura del aire en el punto j (ºC)wi relación de mezcla del aire en el punto j (kg/kg)L0 calor latente de vaporización (a 0ºC, 2491 kJ/kg; a 20ºC 2450 kJ/kg)Cv calor específico del vapor de agua (1,67 kJ/kg·K)
climatización 103
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (solo aire primario)
Ahora bien, con esta operación se han compensado las cargas (sensibles y latentes) del aire de ventilación: pero no las cargas internas del local, de modo que ahíintervienen los emisores (ventiloconvectores o inductores), para compensarlas.
La potencia de estos (de sus baterías) debe de ser igual a la diferencia entre las cargas totales del local y la potencia de la batería de la UTA, que se acaba de calcular.Se recuerda que las cargas del aire (latentes y sensibles) y parte de las sensibles del local ya se han compensado en la batería
Se hace notar que estos emisores no son capaces de compensar adecuadamente las cargas latentes del aire, de modo que a veces puede convenir elegir una temperatura de impulsión (y por lo tanto una razón de mezcla) del aire primario más baja que la hallada, para compensar, en parte, esas cargas internas latentes.
climatización 104
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Cálculo
5. Selección de la batería de frío (solo aire primario)
Con aire de mezcla (solo aire), supone resolver el problema siguiente:¿Qué caudal de impulsión y qué condiciones del aire de impulsión son necesarias para neutralizar las cargas sensibles y latentes del local, garantizando a su vez el caudal de ventilación del mismo?
climatización 105
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
El problema tiene los siguientes datos e incógnitas:
PARAMETROS CONOCIDOS PARÁMETROS A DETERMINAR
Temperatura exterior. TE (XIV - │21│) Caudal de aire de impulsión. QI
Humedad relativa exterior. HRE (XIV - │21│) Temperatura de rocío de la UTA. TB
Temperatura interior. TL Temperatura del aire de entrada en la UTA. TM
Humedad relativa interior. HRL Temperatura del aire de impulsión. TI
Caudal de ventilación. QE ( XII) Potencia frigorífica de la UTA. Pfr
Carga sensible del local. ΦS
Carga latente del local. ΦL
Factor de by-pass de la batería. Fb
climatización 106
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
Se resuelve con ayuda del diagrama psicrométrico ⏐58⏐ I-13
polo escalaf
climatización 107
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
Habitualmente se emplea el siguiente procedimiento simplificado de cálculo, en el que se impone un TI tal que cumple las características de la batería:
Se define factor de calor sensible efectivo del local como el cociente entre la carga sensible efectiva y la carga total efectiva del local.En las cargas efectivas influye el aire de ventilación introducido y el que, por limitaciones técnicas, la batería no trata (factor de by pass)
LeSe
Seef Φ+Φ
Φ=
Con las cargas efectivas determinadas por: Sensibles: ΦSe = ΦS + FB · QE · (TE - TL) · ρa · ca
Latentes: ΦLe = ΦL + FB · QE · (wE - wL) · ρa · Ldonde:QE caudal de ventilación, en m3/sρa densidad del aire en ⏐43⏐I-10 (1,20 kg/m3 a 20ºC y presión atmosférica)ca calor específico del aire (1.005 kJ/kg·ºC)L calor latente de vaporización del agua (2.448 kJ/kg a 20ºC y presión atmosférica)TE, TL Temperaturas secas exterior e interior, respectivamentewE, wL Razón de mezcla exterior e interior, respectivamente (kg de vapor por kg aire seco)FB Factor de by pass de la batería
climatización 108
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
En el diagrama psicrométrico se traza una recta entre el valor fe y el polo y a continuación se traza una recta paralela por el punto L (condiciones del local) hasta que corte a la curva de saturación. Este es la recta térmica efectiva del local.
El punto de corte con la curva de saturación B se denomina punto de funcionamiento de la batería, y a su temperatura seca TB se le llama temperatura de rocío de la batería.
climatización 109
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
L
E
B
I
Recta térmica efectiva del local
fe
Polo
TB
climatización 110
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
En el diagrama psicrométrico se traza una recta entre el valor fe y el polo y a continuación se traza una recta paralela por el punto L (condiciones del local) hasta que corte a la curva de saturación. Este es la recta térmica efectiva del local.
El punto de corte con la curva de saturación B se denomina punto de funcionamiento de la batería, y a su temperatura seca TB se le llama temperatura de rocío de la batería.
Conocido FB y TB de la batería, el caudal de aire impulsado se determina:
( )BLBaa
eSI TT)·F1·(·ρc
Q−−
Φ=
Dado que en la batería no hay variación del caudal de aire, el caudal de impulsión QIcalculado es idéntico al que entra, QM mezcla del aire exterior y del recirculado.
climatización 111
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Cálculo
Sabiendo que el aire M (mezcla de aire exterior E y de aire del local L) se encontrará sobre la recta EL, su posición se fija si se obtiene su temperatura a partir de los caudales mezclados:
( ) LLEM
EM TTT
Q
QT +−=
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
L
E
M
B
Recta de maniobra de la UTA
Recta térmica efectiva del local
fe
Polo
TM
climatización 112
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
Como quiera que en el aire de impulsión deberá situarse en la recta BM, cumpliendo las condiciones de la batería (FB = IB/MB), puede determinarse su posición si se obtiene su temperatura:
( )BMBBI TT·FTT −+=
Una vez determinadas las condiciones M e I, la potencia frigorífica de la batería PFR, en W, se obtiene:
( )IMIafr hh··QρP −=
Con hM, hI entalpías específicas , en kJ/kgQI caudal en m3/sρa densidad del aire, en kg/m3
climatización 113
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Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
L
E
M
B
Recta de maniobra de la UTA
I
Recta térmica efectiva del local
hM
hI
La entalpía específica de un aire dado hi puede obtenerse en el diagrama psicrométrico :
feRecta térmica del local
TI
climatización 114
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Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
O, analíticamente, a partir de su temperatura Ti y razón de mezcla wi, mediante la expresión:
( )jvjjaj TcLwT·ch ++=
En la que:ca calor específico del aire , (1,005 kJ/kg.K)L calor latente de vaporización del agua a 20 ºC (2.450 kJ/kg)cv calor específico del vapor de agua (1,67 kJ/kg.K)
6. Dimensionado de la red de agua para climatización (fría y caliente)El caudal de agua que circula por un tramo, qtramo, en L/s, se obtiene:
( )RIaguaagua
tramotramo TT··c
q−ρ
Φ=
donde
Φtramo potencia calorífica del tramo considerado, en WTI, temperatura del agua en la ida: 7ºC en refrigeración y 45ºC en calefacciónTR, temperatura del agua en el retorno: 12ºC en refrigeración y 40ºC en calefacciónc, calor específico del agua (4186 J/kg·K), yρ, densidad del agua en kg/L
climatización 115
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
6. Selección de la batería de frío (con mezcla)
climatización 116
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
7. Climatización de invierno
Como en el caso anterior, esta climatización puede hacerse
• aire agua (con solo aire primario) o
• todo aire (por mezcla)
L
E
I
En este caso, el calentamiento se hace en dos etapas:
climatización 117
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
7. Climatización de invierno (agua aire)
wL
wE
L
E
I
hE
hI
Para hallar la temperatura de impulsión:
TI
climatización 118
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
7. Climatización de invierno (agua aire)
LpaE
I TCQ
T +⋅ρ⋅
Φ=
wE
wL
hH
( )EHIcal hhQP −⋅⋅ρ=
( )HIIcal hhQP −⋅⋅ρ=
Y la de la de poscalentamiento:
La potencia de la batería de calentamiento:
Como en los casos anteriores, se pueden encontrar los valores de la entalpía por medios analíticos:
( )jvjjaj TcLwT·ch ++=
En la que:ca calor específico del aire , (1,005 kJ/kg.K)L calor latente de vaporización del agua a 20 ºC (2.450 kJ/kg)cv calor específico del vapor de agua (1,67 kJ/kg.K)
climatización 119
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
7. Selección de la batería de calor (agua aire)
E
fe
TE TL
climatización 120
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
TI
wE
wL
7. Climatización de invierno (todo aire)
L
I
)TT(CQ
LIpa
seI −⋅⋅ρ
Φ=
Habrá que impulsar un caudal:
Se trata de calentar el aire hasta la temperatura de impulsión.
Primero se mezcla el aire primario con aire recirculado para conseguir la mezcla adecuada.
E
fe
TE
climatización 121
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
TM
MwE
wL
7. Climatización de invierno (todo aire)
L
Conocido el caudal de ventilación necesario (aire primario), se obtiene la temperatura de la mezcla
( ) LLEM
EM TTT
Q
QT +−=
En la que QM es igual al caudal impulsado, QI, hallado antes.
E
fe
TE TL
climatización 122
introducción
Producción de calor y frío
Sistemas de acondicionamiento del aire
Cálculo
TITM
MwE
wL
7. Climatización de invierno (todo aire)
L
IH
Desde el punto de mezcla el aire se humecta hasta al punto H adiabáticamente mediante pulverización.
En este caso, la UTA tendrá la batería de calor tras el humectador
Después se calienta hasta la temperatura de impulsión