AIRE ACONDICIONADO
MGTR. ARQ. LUIS FERNANDO RUANO PAZ
AIRE ACONDICIONADO
Los Sistemas de Aire Acondicionado o Climatización, ayudan a crear un ambiente con un clima artificial. Su función no solo es la de enfriar, sino también se puede generar calor dependiendo de las necesidades y así crear un ambiente agradable.
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Dentro del espacio donde el hombre vive y desarrolla actividades, como en oficinas, talleres, viviendas u otros lugares de reuniรณn como escuelas, teatros, etc., el aire acondicionado debe cumplir con una serie de condiciones de confort y habitabilidad, y para eso se debe considerar la temperatura, humedad y control por las presencia de otros gases en el aire.
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La comodidad térmica, importante para el bienestar, está sujeta a varios factores: el factor humano, el espacio y el aire. Factor Humano: la manera de vestir, el nivel de actividad y el tiempo durante el cual las personas permanecen sobre la comodidad térmica. El Espacio: la temperatura de radiación y la temperatura ambiental. El aire: su temperatura, su velocidad y su humedad. Entre estos factores, el humano puede ser muy variable, puesto que depende del gusto o actividad de las personas. Los otros factores pueden controlarse para ofrecer una sensación de bienestar.
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El cambio de la manera de construir los edificios, los métodos de trabajo, y los niveles de ocupación han creado nuevos parámetros a los que los diseñadores ahora deben prestar atención. Los edificios modernos producen, hoy día, muchas más cargas térmicas que hace 50 años, por varios motivos: la radiación solar, la ocupación, la ofimática, la iluminación y la ventilación. La radiación solar. Con el desarrollo de los nuevos edificios, las nuevas técnicas han favorecido el empleo del cristal y el incremento térmico es considerable cuando la radiación solar los atraviesa. Todas estas cargas térmicas deberían ser dominadas y compensadas si se desea obtener un ambiente confortable.
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La ocupación. El número de ocupantes aumenta en los edificios, generando cada uno 220 W/h de carga térmica. 500 BTU La ofimática. Ordenadores, impresoras, y fotocopiadoras, son una parte integral de las oficinas modernas y generan cargas térmicas importantes. 400 A 600 BTU La iluminación. Muchos grandes almacenes modernos pueden calentarse debido únicamente a su sistema de iluminación, obteniendo un promedio de 15 a 25 W/m² y al calor producido por los usuarios. 400 BTU La ventilación. La introducción de aire exterior en el edificio puede modificar la temperatura interna de éste, lo cual puede suponer un problema cuando el aire exterior está a 30°C. El único medio de asegurarse el confort, es a través de la climatización.
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Funcionamiento del aire acondicionado • El sistema convencional, es lo más tradicional y consta de 2 unidades; una interior (evaporador) y otra exterior (condensador). • Estos 2 aparatos están comunicados por un circuito. Mientras en el interior el refrigerante se evapora porque absorbe el calor, la unidad exterior transforma de nuevo el refrigerante en líquido y despide el aire caliente. • Por eso, se puede decir que el verdadero protagonista del invento es el refrigerante en sí, ya que produce el aire frío dentro de la casa y expulsa el calor fuera de la vivienda.
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Esquema del principio de funcionamiento de un equipo de Aire Acondicionado
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Los factores que se deben tomar en cuenta para la elección de un sistema de aire acondicionado son: Radiación Solar: La energía solar ingresa por radiación dentro del edificio, por las ventanas; ello genera una gran cantidad de calor que se eliminará mediante refrigeración. Para controlar estas radiaciones, se puede contar con cortinas exteriores y parasoles, destinadas a atenuar el paso de luz y calor. Iluminación Interior: Las luminarias no solo producen luz, sino también calor; por ello deben tenerse en cuenta.
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Ocupación por Superficie: También las personas desprenden calor, por esta razón se debe diferenciar entre un auditorio o un cine, donde puede reunirse una gran cantidad de personas por m2, muy diferente de una sala de exposiciones, por ejemplo.
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Clasificaciรณn de los aparatos de aire acondicionado Dependiendo de las necesidades del usuario, existen diferentes modelos de aire acondicionado: Acondicionador de ventana: Este sistema de aire acondicionado es el mรกs elemental. Tiene mucha facilidad para adaptarse en cualquier lugar, estรก formado por: > Compresor > Ventilador > Evaporador Una desventaja de este sistema es como luce y el ruido que genera, puede producir una potencia de refrigeraciรณn de entre 1,5 y 7 Kw.
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Acondicionador de ventana (mini split): Este sistema de aire acondicionado es el mรกs utilizado en la actualidad por su versatilidad y fรกcil instalaciรณn. La ventaja que representa es que se separan los distintos elementos que lo accionan y se reduce de esta manera el ruido. Puede producir una potencia de refrigeraciรณn de entre 1,5 y 7 Kw.
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Acondicionador de ventana (mini split):
Funcionamiento
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Acondicionador de ventana (mini split):
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Acondicionador portรกtil: No necesita mucha instalaciรณn pero tienen la desventaja que producen mucho ruido. Pueden producir una potencia de refrigeraciรณn de 1 y 2,5 Kw.
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Acondicionador portรกtil:
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Acondicionadores de cassette: Van colocados en los techos falsos y tiene varias salidas de aire frĂo con una sola entrada del aire a refrigerar. Se encuentran en potencias frigorĂficas desde 5 Kw. a 15 Kw.
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Acondicionadores de cassette:
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Acondicionadores de conductos (cheelers): Necesitan dos canales para comunicación con la estancia: uno para la extracción del aire caliente y otro para la introducción del aire climatizado. A este sistema también se le denomina como Unidad Central. Sistema de red de ductos
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Acondicionadores de conductos (cheelers):
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Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO
Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO
Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO
Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO
Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO
Piso elevado Forum
AIRE ACONDICIONADO Tubería A/C Forum
AIRE ACONDICIONADO
Unidad central A/C Forum
AIRE ACONDICIONADO Tubería A/C Forum
AIRE ACONDICIONADO Ductos A/C Forum
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Algunas definiciones Frigoría: así como para medir el calor existen las calorías, así también existen las frigorías para medir la intensidad o potencia del frío. BTU: comercialmente se utiliza para determinar la cantidad de frigorías que se necesitan para mantener la temperatura en un ambiente. Son las iniciales de la British Thermal Unit. Una BTU representa la cantidad de energía que se requiere para elevar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales.
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Algunas definiciones Equivalencias: 1 BTU = 252 calorías 1 BTU = 1,055.056 julios 12,000 BTU / h = 1 tonelada de refrigeración = 3,000 frigorías / h. La evaporación de un gramo de agua produce unas 540 frigorías.
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Cálculo para Mini Splits Para este procedimiento solo es necesario calcular el área de cada uno de los ambientes a los que se les va a dotar de una o varias unidades de mini splits. Cabe mencionar que no se están considerando todos los factores que influyen en un buen diseño de climatización. 1. Se determina la zona geográfica en la cual se encuentra el proyecto (ver tablas de zonificación geográfica). 2. Se establecen las áreas de cada ambiente a climatizar en m². 3. Se realiza el planteamiento de BTU’s necesarios de acuerdo a la tabla de zonificación geográfica. 4. Se escoge el tipo de mini split a instalar de acuerdo a su capacidad (apoyo de un catálogo).
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ZONIFICACIÓN GEOGRÁFICA GUATEMALA BTU´s EN FUNCIÓN DE M2 REQUERIDOS ZONA 1
ZONA 2
ZONA 3
ZONA 4
Zacapa, Jutiapa y Chiquimula
Escuintla, Mazatenango y Retalhuleu
Guatemala y Antigua Guatemala
El Petén e Izabal
ÁREA (M2)
BTU´s
ÁREA (M2)
BTU´s
ÁREA (M2)
BTU´s
ÁREA (M2)
BTU´s
0a5
5,000
0a5
5,000
0a4
5,000
0a3
5,000
5a9
8,000
5 a 11
8,000
4a7
8,000
3a6
8,000
9 a 16
12,000
11 a 19
12,000
7 a 13
12,000
6 a 12
12,000
16 a 25
18,000
19 a 27
18,000
13 a 23
18,000
12 a 21
18,000
25 a 30
24,000
27 a 34
24,000
23 a 28
24,000
21 a 26
24,000
En cualquier otro caso, se deberá acercar el departamento propuesto, al departamento inmediato geográficamente, que aparece en las tablas.
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Ejemplo: esta es una tabla de análisis para un banco. La zona geográfica es Jalapa y los ambientes son proporcionados por el proyecto. No.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
AMBIENTE
ÁREA (m2) Caja 24.50 Archivo 7.00 Oficina gerente 13.00 Oficina subgerente 8.50 Cajero 1 7.50 Cajero 2 4.50 Sala de Espera Circulación 140.00 Contadores 32.00 Pasillo 26.00 Bóveda 19.00 Sala de juntas 16.00 Cocineta- Circulación 18.00 TOTAL BTU’s
BTU’s 18,000 8,000 12,000 8,000 8,000 5,000 114,000 24,000 24,000 18,000 18,000 18,000 275,000
Según Zona 1: 30 m2 >> 24,000 BTU´s 140 m2 >> X 112,000 >> 114,000 BTU´s
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Con los datos obtenidos en la tabla, se procede a consultar en un catálogo de equipo de aire acondicionado, para ver la cantidad y capacidad de los mini splits que se necesitan para cada ambiente. Este equipo viene en diversas capacidades y solo hay que escoger el modelo que mejor responda a las necesidades del ambiente y usuario. Las capacidades más comerciales son: 5,000 - 9,000 - 12,000 - 18,000 - 24,000 - 32,000 BTU’s En el caso del área de espera y circulación que tiene 140.00 m² y requiere de 112,000 BTU’s pueden combinarse varios equipos que en conjunto sumen esa cantidad requerida. Para 112,000 BTU’s se pueden usar 4 equipos de 24,000 BTU’s c/u y 1 equipo de 18,000 BTU’s que suman 114,000 BTU’s.
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Otro ejemplo:
Divisiรณn de รกreas
ZONA 3
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Guatemala y Antigua Guatemala
ÁREA (M2)
BTU´s
0a4
5,000
4a7
8,000
7 a 13
12,000
13 a 23
18,000
23 a 28
24,000
28 m2 >> 24,000 BTU´s 139 m2 >> X 119,143 >> 120,000 BTU´s
SUCURSAL BANCARIA AMBIENTE
Cálculo de BTU´s y unidades requeridas
ÁREA (M2)
BTU´s
CANTIDAD UNIDADES
ÁREA 1
139.00
120,000
ÁREA 2
21.00
18,000
1
ÁREA 3
10.00
12,000
1
ÁREA 4
10.00
12,000
1
ÁREA 5
18.00
18,000
1
ÁREA 6
25.00
24,000
1
ÁREA 7
27.00
24,000
1
TOTAL
228,000
5 (24,000 BTU´s c/u)
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DE 2 A 5 UNIDADES CONECTADAS A UN SOLO CONDENSADOR
Especificaciones multi splits
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Especificaciones multi splits
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Ubicaciรณn multi splits
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Conexión de tubería hacia condensador
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Cálculo de Unidad Central Para este cálculo si es necesario tomar en cuenta no solo el área del ambiente a climatizar, sino también todos los factores que influyen en una buena climatización. Estos factores son: La cantidad de personas que ocupan de forma rutinaria el ambiente. Cada persona genera cerca de 600 BTU’s / h. adicionales. La cantidad de metros cuadrados de ventanas expuestas al sol. Cada 1.40 m² de ventana generan 1,000 BTU’s / h. adicionales. Determinar la cantidad de watts que generan los equipos eléctricos (computadoras, lámparas,, copiadoras, impresoras, etc.). Cada 1,000 watts generan cerca de 3,414 BTU’s / h. adicionales.
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Cálculo de Unidad Central Si existiera una cocina o cocineta hay que agregar el área nuevamente, es decir, es adicional al cálculo de área inicial. A cada 10 m² de cocina se deberá agregar 4,000 BTU’s / h al cálculo original de m². De acuerdo a la posición del ambiente, se debe determinar si está expuesto o no al sol. Si lo está, deberá sumarse un 10% al resultado de la suma de los renglones anteriores.
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Tablas para cálculo de Unidad Central 1. ÁREA DEL AMBIENTE: Medir ancho y largo del ambiente a enfriar y determinar el área en M2.
ÁREA
ENFRIAMIENTO
M2
BTU/h
14
5,200
19 28 32 42 51 65 74
6,000 7,500 8,000 10,000 12,000 14,000 15,000
79
16,000
93 102 130 140 149
18,000 20,000 24,000 28,000 32,000
2. EXPOSICIÓN DEL AMBIENTE: Determinar si las paredes exteriores con o sin aberturas, están expuestas al oeste o al sur, y el área de las paredes multiplicar por el valor indicado (este y norte quedan igual).
RECINTO EXPUESTO AL SOL (OESTE - SUR)
EXPUESTO AL SOL (ESTE - NORTE)
MULTIPLICAR EL CÁLCULO TOTAL POR 1.1
QUEDA IGUAL
3. VENTANAS EXPUESTAS AL SOL: Multiplicar ancho por altura de cada ventana, y determinar el área en M2. Si no existen ventanas, seguir al próximo paso. VENTANA
ENFRIAMIENTO
ÁREA (M2)
BTU/h
1
714
2 3 4 5 10 15 20
1,429 2,143 2,857 3,571 7,143 10,714 14,285
30
21,428
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Tablas para cálculo de Unidad Central 4. SI EL AMBIENTE ES UNA COCINA O COCINETA:
Número de personas que ocupan el ambiente de forma rutinaria.
Agregar los BTU¨s de acuerdo al área de la cocina. PERSONAS
ÁREA
ENFRIAMIENTO
(M2)
BTU/h
10
4,000
15 20 30 50
6,000 8,000 12,000 20,000
6. EQUIPO ELECTRÓNICO:
5. PERSONAS:
Determinar la cantidad de vatios generados por los equipos electrónicos (lámparas, PC´s, fotocopiadoras, impresoras, etc.). Si no existe equipo electrónico, seguir al próximo paso.
ENFRIAMIENTO BTU/h
1
600
2 3 4 5 10 15 20
1,200 1,800 2,400 3,000 6,000 9,000 12,000
30
18,000
40 50 60 70 80 100
24,000 30,000 36,000 42,000 48,000 60,000
EQUIPO ELECTRÓNICO ENFRIAMIENTO VATIOS
BTU/h
1,000
3,414
2,000 3,000 4,000 5,000 10,000 15,000 20,000
6,828 10,242 13,656 17,070 34,140 51,210 68,280
30,000
102,420
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Tablas para cálculo de Unidad Central 7. BTU/h REQUERIDOS POR AMBIENTE: Obtenida la cantidad total de BTU's /h, dividir entre 12,000 para obtener la cantidad de toneladas de refrigeración (TR). R E S U M E N AMBIENTE: DESCRIPCIÓN 1. 2. 3. 4. 5. 6.
ÁREA DEL AMBIENTE EXPOSICIÓN DEL AMBIENTE X 1.1 VENTANAS EXPUESTAS AL SOL COCINA O COCINETA PERSONAS EQUIPO ELECTRÓNICO TOTAL BTU/h REQUERIDOS
TONELADAS DE REFRIGERACIÓN
ÁREA (M2)
PERSONAS (U)
VATIOS
BTU/h
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Resumen de Cálculo de Unidad Central Se analiza cada ambiente por separado y luego se elabora la siguiente tabla: No.
DESCRIPCIÓN
CANTIDAD
UNIDAD
BTU´s/h
140
M2
28,000.00
6,578.40
BTU´s/h
6,578.40
1
∑ ÁREA DEL AMBIENTE
2
∑ EXPOSICIÓN DEL AMBIENTE X 1.1
3
∑ VENTANAS EXPUESTAS AL SOL
15
M2
10,714.00
4
∑ COCINA O COCINETA
10
M2
4,000.00
5
∑ PERSONAS
10
PERSONA
6,000.00
6
∑ EQUIPO ELECTRÓNICO
5,000
VATIO
17,070.00
TOTAL BTU's REQUERIDOS
72,362.40
TONELADAS DE REFRIGERACIÓN
6.03
Este ejemplo es para calcular la capacidad total de refrigeración de la unidad central. Para cada ambiente, realizar su tabla por separado
El total de BTU’s se divide entre 12,000 obteniendo las toneladas requeridas del equipo a utilizar (ver catálogo): 1 tonelada refrigeración = 12,000 BTU’s >> 6 ton
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Con el dato anterior, se consulta en un catรกlogo como el siguiente y se escoge el equipo a utilizar:
AIRE ACONDICIONADO
AIRE ACONDICIONADO
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL El sistema de Unidad Central de aire Acondicionado requiere de una red de ductos para que el aire llegue a los distintos ambientes. Estos ductos pueden ser metálicos (debidamente aislados), de fibra mineral o fibra sintética.
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Del equipo central sale el conducto principal de inyección de A/C, del que según diseño, van derivando ramales con la correspondiente reducción de sección hasta llegar a los ambientes más alejados con la mínima sección.
Sistema de redes de inyección A / C
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL La red de ductos de retorno acompaña a la de inyección, pero no es tan extensa (en realidad es menos ramificada), ya que hay ambientes donde no recibe directamente el aire a recuperar (por ejemplo baños, cocinas, etc.) para no incorporar al reciclado olores inconvenientes.
El aire de retorno (caliente) es empujado a salir por el mismo aire inyectado (frío). El aire caliente ocupará el área de arriba dejando espacio para el aire frío.
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Todos los ductos se sujetan a losas, mampostería, estructuras de cubiertas de madera o acero, etc., por soportes tipo correas (planchuelas de acero o varillas fijadas a la construcción) o ménsulas. Son en general de sección rectangular tratando de no superar la relación de 1 a 2, ya que el aire que 'circula' deja los ángulos interiores sin trabajar y, al ser muy rectos, queda un área de la sección inutilizada.
Soportes
Área inutilizada
0.50 m
Eficiencia de la secciรณn
0.34 m
0.45 m
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Si se trata de ubicar un ramal sobre un pasillo con una necesidad de por ejemplo 0.20 m2 requiere un ducto de 50 cm. de diรกmetro o uno de 45 x 45 cm., que pierde igual los รกngulos o en su defecto, un rectangular de 34 x 60 cm. lo que ahorra 11 cm. en la altura del cielo falso con respecto a lo requerido por el circular.
0.45 m
0.60 m
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DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Los ambientes utilizados a diario, trabajan con el termostato automático, que se corta al lograr la temperatura elegida y hace arrancar el equipo cuando ésta asciende a la seleccionada para ello. Termostato o controlador de temperatura Sistema automático de “dámperes”
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Detalles de ductos y uniones
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL
Detalle de la Manejadora (Unidad Central)
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Diseño aproximado de ductos Actores El caudal promedio por norma de la unidad podría andar alrededor de los 400 p3/ton x min. (6 ton = 2,400 p3/min. ó 1 ton = 400 p3/min.) La velocidad promedio del aire para no molestar (ruido): de 800 a 1,100 p/min. El área promedio del ducto será de: A = Q / V Desarrollo de la ecuación • A = 2,400 p3/min / 1,000 p/min (promedio) • A = 2.4 p2
* VOLUMEN TOTAL REQUERIDO DE REFRIGERACIÓN.
18”
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Diseño aproximado de ductos Si se asume un ducto de 1.5 pies de alto (18plg.) el ancho del ducto será de: 2.4 p2 / 1.5 p = 1.5 pies El ducto principal será de 18 plg. x 18 plg. Se dividirá en los ramales que sean necesarios de acuerdo al tonelaje de los ambientes.
18”
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Diseño aproximado de ductos Ramales Secundarios Para estos ramales se considera aproximadamente 400 p3/ton x min. de caudal secundario de aire, (1 ton = 400 p3/min.). Esto conduce a aproximadamente 850 p/min. de velocidad de confort (sin ruido). • A = Q / V = 400 p3/min / 850 p/min = 0.47 ~ 0.5 p2 * VOLUMEN REQUERIDO DE REFRIGERACIÓN, EN EL AMBIENTE SECUNDARIO.
6”
Resolviendo la ecuación: • Área = base x altura >> Altura = área / base Asumimos una base = 0.5 p (6 plg.) La altura sería = 0.5 p2 / 0.5 p = 1 p (12 plg.) El ducto secundario puede mantener una sección de: 6 plg. x 12 plg. y puede ir colocado en el sentido horizontal para evitar altura. 12”
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Diseño aproximado de ductos Ramales Secundarios
6”
12”
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL Ramales secundarios en 400 p3/min., 1 tonelada por ambiente, 850 p/min. velocidad media. (6”x12”) 18” x 18”
Equipo de 6 toneladas para 72,000 BTU
Tipo de ambiente: of, call center, etc.
AIRE ACONDICIONADO
DUCTOS PARA AIRE ACONDICIONADO CENTRAL
Representaciรณn grรกfica
AIRE ACONDICIONADO
CONCLUSIONES Sobre el equipo • Es más fácil partir en unidades más pequeñas por el consumo de energía. • De caudal de aire frío es razonable tener por norma ASHRAE 400 p3/Ton. • Y unas velocidades medias que oscilen entre 800 y 1,100 p/min.
Sobre los ductos • Siguen la ecuación normal de fluidos: Q=AxV • Los ductos secundario son más pequeños que los principales y los rige la misma fórmula. • Se pueden utilizar compuertas regulables de velocidad. • El ducto de retorno es del mismo tamaño y se colocará cerca del equipo.
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