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TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL VALLE DE ETLA INGENIERIA EN ENERGIAS RENOVABLES MATERIA: REFRIGERACIÒN Y AIRE ACONDICIONADO

PROFESOR: M.C SERGIO ANDRES FLORES TOLEDO

ALUMNO: MARIETH RUIZ LÒPEZ

SEMESTRE: 6°

UNION HIDALGO, OAXACA, MAYO 2020

INDICE 4.1 Carga por transmisión a través de barreras: paredes, techos, puertas, ventanas y pisos. ............................................................................................ 3 4.2 Carga por radiación solar a través de ventanas, paredes de vidrio y otras. ....................................................................................................................... 5 4.3 Carga por radiación solar a través de paredes y techos .......................... 5 4.4 Carga debida a las personas de acuerdo a la actividad ........................... 6 4.5 Carga por iluminación ............................................................................. 7 4.6 Carga por equipos misceláneos ............................................................... 7 4.7 Calculo de la carga de enfriamiento ........................................................ 8 4.8 Cálculo de la carga de calentamiento .................................................... 10 Referencias Bibliográficas .......................................................................... 12

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4.1 Carga por transmisión a través de barreras: paredes, techos, puertas, ventanas y pisos. La carga por transmisión y radiación que se transmite a través de las paredes y techos opacos que limitan con el exterior (𝑄𝑠𝑡𝑟 ) se calcula como sigue: 𝑸𝒔𝒕𝒓 = 𝐊 · 𝐒 · (𝐓𝐞𝐜 − 𝐓𝐢)

(𝑬𝑪. 𝟏)

Donde: 𝑸𝒔𝒕𝒓 = es la carga por transmisión a través de paredes y techos exteriores, en W. K = es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento, también llamado transmitancia térmica, expresado en W/m2ºC. S = es la superficie del muro expuesta a la diferencia de temperaturas, en m2. Ti = es la temperatura interior de diseño del local (ºC) Tec= es la temperatura exterior de cálculo al otro lado del local (ºC)

Para el cálculo del coeficiente de transmisión térmica del cerramiento (K) se adjuntan los siguientes enlaces: - Cálculo de K aplicable a tipos o sistemas de cerramientos - Cálculo de K aplicable a materiales empleado en construcción Como temperatura interior de diseño (Ti) se pueden tomar los valores de la siguiente tabla 1, que recoge las condiciones de diseño para la temperatura y humedad relativa del aire interior, según las estaciones del año:

Tabla 1. Condiciones interiores de diseño.

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Por último, para obtener el valor de la temperatura exterior de cálculo (Tec) se parte a su vez de la llamada temperatura exterior de diseño (Te). La temperatura exterior de diseño (Te) se calcula teniendo en cuenta la temperatura media del mes más cálido (Tme) y la temperatura máxima del mes más cálido (Tmáx) del lugar, a partir de la siguiente expresión: Temperatura exterior de diseño, Te = 0,4·Tme + 0,6·Tmáx Para obtener los valores de la temperatura media del mes más cálido (Tme) y la temperatura máxima del mes más cálido (Tmáx) se adjunta el siguiente enlace donde se puede obtener dicha información: - Acceso a datos climatológicos extremos La temperatura exterior de cálculo (Tec) se calculará finalmente a partir de la temperatura exterior de diseño (Te) y de la orientación que tenga el cerramiento que se está considerando, a partir de la siguiente tabla:

Tabla 2. Temperatura exterior del cálculo.

[1]

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4.2 Carga por radiación solar a través de ventanas, paredes de vidrio y otras. Las persianas, cortinas, lamas o pantallas atenúan la radiación que llega a los vidrios. Las persianas o toldos exteriores son mejores que los interiores por que reflejan y disipan el calor al exterior. - Radiación solar en superficies acristaladas. Es el calor que llega por radiación a las superficies acristaladas. Se calcula de la siguiente forma: 𝑸𝒓𝒂𝒅𝒊𝒂𝒄𝒊ò𝒏 𝒗𝒊𝒅𝒓𝒊𝒐 = 𝑺 × 𝑹 × 𝑭

(𝑬𝑪. 𝟐)

Siendo S la superficie acristalada (𝑚2 ), R la radiación solar unitaria (W/𝑚2 ), y F el factor de corrección. - Transmisión en superficies acristalada. Se trata de una carga sensible que se produce por transmisión de calor por conducción a través del cristal. Se calcula a través de la fórmula: 𝑸𝒕𝒓𝒂𝒏𝒔𝒎𝒊𝒔𝒊ò𝒏 𝒗𝒊𝒅𝒓𝒊𝒐 = 𝑲 × 𝑺 × ∆𝑻

(𝑬𝑪. 𝟐)

Donde K es el coeficiente de trasmisión del vidrio, que puede ser pared, suelo o techo (W/𝑚2 × K), S es la superficie del vidrio (𝑚2 ) y ∆𝑇 es el incremento de la temperatura entre el interior y el exterior (K).

4.3 Carga por radiación solar a través de paredes y techos Esta ganancia tiene en cuenta la energía que llega al local procedente de la radiación solar y transmisión que atraviesa los elementos opacos externos del local, (paredes externas y techos). Entrando a la tabla 3 con la latitud, temperatura exterior, salto térmico, temperatura interior, color del muro o techo, peso del muro o techo, se determina para las distintas horas y orientaciones, el salto térmico equivalente te, las tablas ya contemplan el efecto de variabilidad de la carga térmica, y el desfasaje en la transmisión del calor hacia el interior del local. Qr = Σ K x S x te

(𝐸𝐶. 3) P á g i n a 5 | 12

K = de tablas extractadas de la norma IRAM 11.601 S = área neta de cada uno de los elementos estudiados te = diferencia de temperatura equivalente [2]

Tabla.3 Valedero para techos de color oscuro, 35 ºC de temperatura exterior, 27 ºC de temperatura interior, 11 ºC de variacion de la temperatura en mes de julio y 40º de latitud Norte

4.4 Carga debida a las personas de acuerdo a la actividad Las personas aportan calor latente a través de los procesos de respiración y de transpiración y calor sensible debido a las variaciones de temperatura. Por tanto, debemos calcular ambos:

- Calor latente por ocupación. Se calcula a partir de la fórmula: 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑁 𝑋 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒

(𝐸𝐶. 4)

- Calor sensible por ocupación. Se calcula a partir de la fórmula: 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒

𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

= 𝑁 𝑋 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒

(𝐸𝐶. 5)

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Siendo N el número de personas que ocupan el local y 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 el calor sensible unitario producido por las personas (W).

4.5 Carga por iluminación La iluminación es una fuente de calor sensible. El calor se trasmite por conducción, convección y radiación. Se calcula a partir de la potencia eléctrica y depende del tipo de lámpara que tengamos: - Para lámparas incandescentes. 𝑸𝒊𝒍𝒖𝒎𝒊𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒊𝒏𝒄𝒂𝒏𝒅𝒆𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝑷𝒊𝒏𝒄𝒂𝒏𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 × 𝑵𝒊𝒏𝒄𝒂𝒏𝒅𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 × 𝟎, 𝟖𝟔

(𝑬𝑪. 𝟔)

- Para lámparas fluorescentes. 𝑸𝒊𝒍𝒖𝒎𝒊𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒇𝒍𝒖𝒐𝒓𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝑷𝒇𝒍𝒖𝒐𝒓𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 × 𝑵𝒇𝒍𝒖𝒐𝒓𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 × 𝟏, 𝟐𝟓

(𝑬𝑪. 𝟕)

Donde: 𝑷𝒇𝒍𝒖𝒐𝒓𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 = La potencia eléctrica de las lámparas fluorescentes (W) 𝑵𝒇𝒍𝒖𝒐𝒓𝒆𝒔𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆 = El número de lámparas fluorescentes

4.6 Carga por equipos misceláneos Para obtener la ganancia de calor debida al equipo que se tenga instalado en el espacio por acondicionar, se recurre a tablas experimentales, ver la tabla 4. Siempre se debe considerar esta parte de la ganancia total que, en ocasiones, puede ser muy importante; a veces, se acostumbra a incrementar esta ganancia un 10 % por alguna contingencia imprevista que pudiera ocurrir.

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Tabla 4. Ganancia de calor debida al equipo misceláneo.

[3]

4.7 Calculo de la carga de enfriamiento La ASHRAE especifica una secuencia de cálculo de carga térmica que abarca el calor que ingresa al espacio por: techos, paredes, ventanas, pisos, luces, equipos, personas, infiltraciones, intercambios de aire y proceso de acondicionamiento de aire (calor a ser extraído del aire para enfriar el espacio) - cargas externas Se consideran cargas externas a aquellas que se generan debido a la influencia de las condiciones ambientales que rodean el espacio a acondicionar. Estas cargas vienen de: - Conducción a través de paredes externas y techos - Conducción a través del piso y ventanas - Efectos de la radiación solar que pueden ser: (i) Convertidos a valores con conducción o convección a través de paredes, techos y ventanas, ó (ii) transmitidos directamente a través del vidrio desde el exterior hacia el espacio a acondicionar.

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Aunque la ecuación para el cálculo es igual para todas las fuentes de carga, los coeficientes U y CLTD dependen de la fuente y varían según sus características de construcción, orientación y demás factores. Una descripción más profunda de esto se muestra en la Tabla 5.

´

Tabla 5. Ecuaciones para cargas externas.

a. Cálculo del coeficiente de transferencia de calor U Cuando se tienen paredes o techos compuestos por varias capas de materiales y espacios de aire, el valor del coeficiente de transferencia de calor U varía. Es importante mencionar que la ASHRAE ha establecido algunas configuraciones modelo junto con sus coeficientes de transferencias de calor U. Sin embargo, de no haber una configuración similar a las establecidas, se debe usar la teoría de transferencia de calor. b. Carga debido a radiación solar La ecuación general planteada previamente es aplicable, en el caso de las ventanas, solamente para la parte de conducción. El calor ganado a través de la radiación por las mismas se obtiene por: 𝒒 = 𝑨 ∗ 𝑺𝑪 ∗ 𝑺𝑯𝑮𝑭𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝑪𝑳𝑭

(𝑬𝑪. 𝟖)

Donde: 𝑞 = Carga de enfriamiento debido a la radiación a través de ventanas en (Btu/h) A = Área de la ventana obtenida de los planos en (ft) P á g i n a 9 | 12

SC = Coeficiente de sombra que depende del valor SHGF, SHG𝐹𝑚𝑎𝑥 CLF = Es el factor de carga de enfriamiento - cargas internas Las cargas de enfriamiento comprenden el calor generado por aquellas fuentes que se encuentran dentro del espacio a acondicionar. Estas son: luces, personas, equipos. La descripción de cada una de las ecuaciones utilizadas se presenta en la Tabla 6.

Tabla 6. Ecuaciones para cargas internas de enfriamiento.

4.8 Cálculo de la carga de calentamiento Debido a que calentar un espacio es un proceso diferente que enfriarlo, las ecuaciones para calcular las cargas también son diferentes. Estas ecuaciones reemplazan el término CLTD por TD que es la diferencia de temperaturas de bulbo seco entre el interior y el exterior. Por lo que podríamos definir TD como: 𝑻𝑫 = 𝑻𝒃𝒔𝒊𝒏 − 𝑻𝒃𝒔𝒐𝒖𝒕

(𝑬𝑪. 𝟗)

Donde: TD= diferencia de temperatura Tbs= la temperatura de bulbo seco en ℉ P á g i n a 10 | 12

Las ecuaciones para calcular las cargas térmicas en techos, pisos, ventanas, etc., se especifican en la Tabla 7.

Tabla 7. Ecuaciones para carga de calentamiento.

[3]

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Referencias Bibliográficas [1] García Alejo A. (2015).Refrigeración y Aire acondicionado: Champotón: ITESCHAM. [2] Victorio D. (2005). Acondicionamiento térmico de edificios. Buenos Aires: NOBULKO [3] Escudero C, Fernández P. (2013). Máquinas y equipos térmicos. Madrid, España: PARANINFO. [4] Montalvo C, Sosa C. (2004).Ingeniería eléctrica y mecánica: Escuela politécnica nacional

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