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INSTITUTO TECNOLOGICO DE LAZARO CARDENAS

UNIDAD 3: Resumen capitulo XII y XI ALUMNO: CAMACHO SOLANO JOSE LUIS

PROFESOR: ING. RAYA VILLALPANDO RAFAEL

CIUDAD LAZARO CARDENAS MICHOACAN A 26/10/2011

Capítulo 7: CONDICIONES DE COMODIDAD 7. l FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMODIDAD La comodidad de las personas bajo el punto de vista del aire acondicionado, depende de cuatro factores primordiales, que son: a) b) c) d)

Temperatura del aire Humedad del aire Movimiento del aire Pureza del aire

El comportamiento fisiológico del cuerpo humano demanda que la cantidad de calor interno producido por el cuerpo, sea igual a la cantidad de calor externo perdido. El cuerpo humano tiene un sistema de control de temperatura para regular sus pérdidas que ocurren por convección, radiación y evaporación. La proporción relativa de cada una depende de la cantidad de calor generado por el cuerpo, que a su vez depende de la actividad; también depende de la ropa y de la temperatura y condiciones del aire. El exceso de ropa, por ejemplo, reduce la pérdida de radiación y convección, pero la aumenta por evaporación. Del mismo modo, entre paredes muy frías una persona puede estar muy incómoda aunque el aire ambiente esté relativamente caliente, pero la radiación del cuerpo a las paredes produce una desagradable sensación de frío. a) Temperatura del aire Si no hubiera control de la temperatura, la vida sería imposible. Por esto, el control artificial de la temperatura dentro de un espacio cerrado fue el primer intento para lograr la "comodidad humana". b) Humedad del aire Gran parte del calor del cuerpo humano se pierde por evaporación a través de la piel. La evaporación se debe a la baja humedad relativa del aire; las altas humedades la retardan. Esto da una idea de la importancia que tiene el control de la humedad. Los excesos de la humedad relativa producen no solamente reacciones fisiológicas molestas, sino también afectan las propiedades de algunos materiales. c) Movimiento del aire El movimiento del aire sobre el cuerpo humano incrementa la pérdida de calor y humedad y modifica la sensación de frío o calor. Además, produce una sensación de "chiflón" agradable o desagradable. d) Pureza del aire La composición química y física del aire es muy importante. Poco interesa que aumente el C02, o que disminuya el oxígeno debido a la combustión fisiológica, ya que con poca ventilación se resuelve el problema.

La nulificación de olores requiere, sin embargo, mucha ventilación, o bien, la purificación del aire por medio de algún recurso artificial. Nulificar partículas sólidas en el aire es de vital importancia no sólo para la salud, sino porque disminuye los gastos de limpieza y mantenimiento. El humo que molesta los ojos y la nariz, requiere una buena ventilación. En ciertos casos es necesario excluir el polen, porque causa asma y molestia a los que padecen cierto tipo de alergias. La contaminación ambiental es hoy en día uno de los grandes problemas a los que tiene que enfrentarse la humanidad.

7.2 LA SENSACIÓN DE COMODIDAD Para establecer "estándares" de temperatura, humedad, movimiento y pureza del aire, es indispensable encontrar los valores óptimos para que el cuerpo humano tenga la sensación de comodidad. Debido a las grandes diferencias fisiológicas y psicológicas de los individuos, encontrar valores determinados es prácticamente imposible. La mejor forma de solucionar este problema es TM carta de "temperatura efectiva". Debido a que la temperatura, humedad y movimiento del aire influyen en la pérdida de calor del cuerpo, en esta carta se intenta encontrar una relación entre estos factores, a fin de que produzcan la mayor comodidad posible en el mayor número de personas. De la carta de comodidad (ver la figura VII-2) se concluye que una temperatura determinada con cierta humedad y movimiento de aire produce la misma sensación de calor o frío que otra temperatura, con otra humedad y otro movimiento de aire. La ASHAE ha realizado innumerables pruebas en muchos individuos y llegó a la conclusión de que la carta de la "temperatura efectiva" es la más recomendable. Temperatura efectiva La temperatura efectiva es un índice empírico del grado de calor que percibe un individuo cuando se expone a varias combinaciones de temperatura, humedad y movimiento de aire. Aunque alguna temperatura efectiva pueda tener cualquier humedad que varíe desde 0 a 100 % y el movimiento de aire desde lento hasta altas velocidades, no todas las combinaciones son igualmente confortables. Cada combinación produce la misma sensación de calor, pero los otros efectos pueden producir sensación de incomodidad. Muy baja humedad produce sensación de "tostamiento" en la piel, boca y nariz. La humedad alta hace que la transpiración se acumule en la ropa y provoque malos olores del cuerpo. Altas velocidades de aire causan chiflones y molestias, etcétera. Cuando la humedad y movimiento del aire se controlan adecuadamente, el índice de temperatura efectiva realmente mide la comodidad.

Figura VII-I. Carta de comodidad. Problema VII-1.

7.3 CARTA DE COMODIDAD Véase la figura VII-2 que corresponde a la carta de comodidad a una velocidad del aire de 15 a 25 pies/min. Problema 7-1 ¿Qué H.R. a 77°F y 79°F da una comodidad igual a 75°F y H.R. = 50 %? (Ver figura VII-1.) La condición 75°F, 50 °/o H.R. está sobre la línea de temperatura efectiva de 70°F; para no cambiar la temperatura efectiva de 70°F, se prolonga hasta cortar los 77°F y 79°F y se encuentra H.R. = 34 % y H.R. = 19 % respectivamente.

7.4 FACTORES QUE DETERMINAN LA TEMPERATURA EFECTIVA La carta muestra aproximadamente, en porcentaje, la cantidad de personas que se sienten cómodas en cada combinación; según los experimentos de la ASHAE, siempre habrá personas incómodas. Sin embargo, las normas de comodidad son para la mayoría. Los factores que pueden cambiar la temperatura efectiva son: a) Aclimatación diferente Es evidente que los que viven en climas fríos están cómodos a temperatura efectiva más baja que los que viven en lugares cálidos. La temperatura efectiva cómoda depende, entre otras cosas, de la temperatura exterior, que obviamente cambia de un día a otro y de una estación a otra; sin embargo, el efecto en la tempera- tura efectiva deseable es pequeño. La temperatura deseable entre el verano y el invierno es muy diferente, como puede apreciarse en la carta. Temperatura efectiva deseable: invierno, 67 a 71°F; verano, 69 a 73°F. La temperatura efectiva deseable y la humedad varían por lo general, según el individuo, país o región.

b) Duración de la ocupación Una importante variación de la temperatura efectiva es la duración de las personas dentro del volumen controlado. La experiencia ha demostrado que mientras más poco tiempo se ocupe un volumen controlado debe haber un mayor cambio de temperatura; el cambio es con respecto a la temperatura exterior.

Figura VII-2. Carta de comodidad de la ASHAE para aire tranquilo. Zonas de comodidad para invierno y verano. La de invierno no se puede utilizar en cuartos calentados por calefacción radiante. La aplicación de la zona de comodidad está limitada a casas, oficinas y lugares similares, donde los ocupantes se adaptan completamente a las condiciones del aire interior. Esta zona no es aplicable a teatros, tiendas y otros lugares en donde la permanencia es menor de dos horas. Debe aumentar en 1°F aproximadamente la temperatura efectiva por cada 5 grados de reducción de latitud norte, a partir de la zona sur de Canadá y el norte de Estados Unidos. De Air Conditioning and Refrigeraron, 4* edición, por Burgess H. Jennings y Samuel R. Lewis, con autorización de International Textbook Company. En ciertos lugares como tiendas, bancos, etc., es importante tener en cuenta esto. c) Ropa Durante el invierno, la ropa desempeña un papel importante con respecto a los puntos (a) y (b), ya que muchos problemas se solucionan despojándose o poniéndose ropa. En muchos casos la ropa es factor determinante para la temperatura efectiva; existen lugares en que debido al tipo de ropa usado, la temperatura efectiva tendrá que ser mayor o menor independientemente de otros factores. La diferencia de peso de la ropa de la mujer y la del hombre trae serios problemas para escoger la temperatura efectiva, pues por lo general, ellas visten más ligero y requieren de una mayor temperatura.

d) Edad y sexo Las personas mayores de 40 años requieren, por lo general, 1°F más de temperatura efectiva. Las mujeres requieren, por lo general, 1°F más de temperatura efectiva que los hombres; sin embargo, las temperaturas de la carta de comodidad están consideradas para los hombres. e) Efectos de choque Este efecto se debe a la entrada rápida del exterior a un lugar controlado. Este problema es más grave en verano. Para evitar el choque, en los pasillos o corredores se mantiene una temperatura efectiva media entre la exterior y la interior; sin embargo, se ha demostrado que el choque no perjudica la salud de los que viven en lugares donde el aire acondicionado es indispensable y están acostumbrados a este tipo de cambios bruscos de temperatura. f) Actividad La actividad es un importante factor para determinar la temperatura efectiva, y por lo general las recomendaciones para elegir una temperatura efectiva varían de acuerdo con la actividad. g) Calor radiado Cuando hay una muchedumbre, en un teatro o en un cine por ejemplo, el efecto del calor radiado por el cuerpo de una persona a otra requiere que se disminuya la temperatura efectiva. El calor radiado de una persona a muros o ventanas frías, requiere compensación, aumentando la temperatura efectiva.

VII.5 MAXIMAS CONDICIONES TOLERABLES En trabajos de ventilación, este concepto es muy importante, sobre todo en áreas muy calurosas sin ventanas y con fuertes cargas de alumbrado. La temperatura efectiva no debe exceder de 85°F, de acuerdo con los diseñadores de aire acondicionado.

VII.6 CONDICIONES RECOMENDABLES PARA DISECAR EN VERANO Las temperaturas efectivas durante el verano, por lo general varían desde 68 a 76°F, dependiendo de los factores que se discutieron anteriormente. Asimismo, las temperaturas de bulbo seco recomendables durante el verano varían desde 71 a 85°F con humedades relativas que van desde 40 a 60 % como máximo. Existen tablas que muestran las condiciones interiores durante el verano, partiendo del tipo de actividad de los ocupantes, del tiempo que los ocupantes están dentro del salón por acondicionar y de la localización del lugar. Sin embargo, la mejor manera de determinar estas condiciones es haciendo un análisis de los factores que rigen la temperatura efectiva en combinación con la carta de comodidad.

VII.7 CONDICIONES RECOMENDABLES PARA DISEÑAR EN INVIERNO Existen varias tablas para determinar las condiciones interiores de diferentes lugares para el invierno. La tabla VII-1 da las condiciones recomendables en habitaciones para calentamiento con y sin humidificación.

La humedad permisible para diferentes tipos de ventanas también está tabulada (tabla VII-2). Esta humedad que se lee en la tabla evita condensaciones en los cristales, lo cual obviamente trae consigo muchos problemas de humedades.

La siguiente expresión se puede usar para obtener la temperatura de rocío permisible y no tener condensaciones.

VII.8 CONDICIONES DE DISEÑO PARA EL MOVIMIENTO DE AIRE La ASHAE ha establecido como límite una velocidad de 15 a 40 pies/min cuando las personas están sin hacer alguna actividad física; arriba de 40 pies/min causa sensaciones de chiflón y se usa solamente en lugares donde se realizan trabajos físicos.

VII.9 CONDICIONES DE VENTILACIÓN Hay poca necesidad de ventilación para diluir el C02 de la combustión fisiológica. La cantidad de aire requerida depende de la contaminación del aire por los olores y humo.

La relación entre el volumen del espacio, el número de personas y la contaminación, da la pauta para determinar la ventilación necesaria. Los fumadores de puro, por ejemplo, requieren alrededor de 100 piess/min, y el cigarro es uno de los problemas principales de ventilación. El aire contaminado con humo sólo se puede recircular si se limpia electrostáticamente o si se pasa a través de un medio absorbente como carbón activado para remover los gases. Los olores son más objetables a humedades mayores de 58 % y a altas temperaturas, debido a que el ser humano los percibe mejor. Los estándares de ventilación basados en cambios por hora no son recomendables, es preferible usar los referidos al número de personas. La tabla (VII-3) proporciona los estándares aceptados en ventilación, que los diseñadores han obtenido por experiencia.

CAPITULO XI: VENTILADORES Y DUCTOS

a) VENTILADORES 1. Generalidades En varias ocasiones en los capítulos anteriores, se han mencionado los ventiladores, los cuales suministran el aire necesario a la presión requerida para vencer las diferentes resistencias tales como son: fricción en las paredes de los ductos, fricción en accesorios, carga de velocidad, etcétera. Los ventiladores suelen clasificarse de la siguiente manera:

Los ventiladores axiales son los que producen el flujo de aire paralelo a la flecha. Un ventilador es axial guiado, cuando se instala en un tubo que tiene guías; y es axial tubular, cuando se eliminan las guías y queda montado en un tubo. Los ventiladores centrífugos o radiales son los que producen el flujo de aire paralelo al radio de rotación (ver la figura XI-1)en donde: Ut - velocidad tangencial de la paleta (pies/seg). W2 = velocidad relativo del aire con respecto al impulsor en el punto do Milida (pies/seg). V2 » velocidad «Uoltii.. del aire al salir (pies/seg).

2. Usos generales a) Axial de propela Este ventilador maneja grandes cantidades de aire contra muy bajas presiones; el nivel audible es bajo y las eficiencias son aceptables. Las curvas típicas de operación se muestran en la figura XI2.

b) Axial de aspas o guías, y tubular Maneja aire en un rango muy extenso contra presiones median (véanse las curvas de la figura XI-3).

c) Centrífugo El diseño de la paleta determina, en general, la característica de la velocidad: Las paletas hacia adelante, son apropiadas para baja velocidad y las paletas hacia atrás, lo son para alta velocidad. El ventilador centrífugo maneja cualquier cantidad de aire contra altas presiones. Vea las curvas características de operación en las figuras XI-4 y XI-5.

3. Potencia y eficiencia La potencia de salida de un ventilador se conoce como caballos de aire (Ahp)

Donde HP: caballos de entrada. 4. lleves de los ventiladores Los ventiladores funcionan de acuerdo con ciertas leyes de comportamiento, que es necesario conocer para poder determinar los efectos que resultan al alterar sus condiciones de operación.

A. Para un ventilador de tamaño, tuberia y densidad del aire dando: a) Cuando Ja velocidad varía: 1) El gasto varía proporcional mente con la relación de las velocidades

Dónde: Q — gasto V-velocidad 2) La presión varia con el cuadrado de la relación de velocidades

Dónde: P — Presión 3) La potencia varia con el cubo de la relación de velocidades

b) Cuando la presión varía: 4)

El gasto y la velocidad varían con la raíz cuadrada de la relación de presiones

5)

La potencia vana con la relación de presiones a la 3/2

B. para una presión constante, densidad constante y el ventilador geométricamente similar a) cuando varían, a la vez, la velocidad y el diámetro de la rueda: 1) El gasto varía con el producto de la relación de las velocidades y el de la relación de los diámetros de la rueda al cubo.

Dónde: D — Diámetro de la rueda 2) La presión varía con el producto del cuadrado de la relación de las velocidades y el cuadrado de la relación de los diámetros de la rueda.

3) La potencia varía con el producto del cubo de la relación de las velocidades y la quinta potencia de la relación de los diámetros de las ruedas.

C. a)

Cuando varía la densidad: Para presión constante:

1. La velocidad, la capacidad y la potencia, varían inversamente a la raíz cuadrada de la densidad, es decir, inversamente a la raíz cuadrada de la presión barométrica y directamente a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta. b)

Para capacidad y velocidad constante:

2. La potencia y la presión varían directamente con la densidad del aire, es decir, directamente con la presión barométrica e inversamente con la temperatura absoluta. c)

Para un gasto constante (lb/m):

3. I-a capacidad (pies3/m), la velocidad y la presión varían inversamente a la densidad, es decir, inversamente a la presión barométrica y directamente a la temperatura absoluta. 4. La potencia varía inversamente al cuadrado de la densidad, es decir, inversamente al cuadrado de la presión barométrica y directamente al cuadrado de la tempera tura absoluta. D. Cuando varía la temperatura y la presión: 1. La capacidad y la velocidad varían con:

Problema XI-1 Un ventilador que opera a 850 rpm tiene las siguientes características: O = 15,000 pies3/min., presión estática de 3 plg y absorbe 7.09 hp. Si se varía la velocidad a 1,150 rpm. Encontrar: a)

Capacidad

b)

Presión estática

c)

Potencia

Problema XI-2 En el mismo ventilador, si la presión se incrementa a 4 plg de H-O, se tiene: a) Capacidad

b)

Velocidad

c)

Potencia

Problema XI-3 El diámetro en el primer diseño de impulsor es 22 plg y se modifica a 28 plg. Conservando la misma velocidad (v, = v2), luego:

5.

Efecto de la densidad del aire en duelos y ventiladores

Generalidades Las características de los ventiladores siempre están referidas al nivel del mar, para aire con un peso específico de p0 = 0.07488 lb/pies que corresponde a t = 68°F y = 50 %. De la misma manera, las pérdidas en ductos, difusores, rejillas, precalentadores y otros accesorios, los fabricantes las dan con referencia al nivel del mar para aire a las condiciones anotadas, que se llaman del aire estándar. Cuando la instalación se encuentra a una altitud cualquiera, es necesario hacer las correcciones correspondientes. 6.

Pérdidas en duelos

Primer caso. Cuando el peso de los gases debe ser el mismo. Supóngase que p 0 es el peso específico del gas al nivel del mar y p, el peso específico del gas a la altitud de trabajo. El volumen de los gases variará según la siguiente relación.

Dónde: V, — volumen a la altitud de trabajo Vo — volumen al nivel del mar La velocidad de los gases variará también y será proporcional a los volúmenes

Dónde: v1 — velocidad de los gases a la altitud de trabajo v0 _ velocidad de los gases al nivel del mar

Las pérdidas de presión, de acuerdo con la formula general de Darcys

Serán proporcionales al peso específico y al cuadrado de las velocidades, luego:

Dónde: ∆P0 - Perdidas de presión al nivel del mar ∆P1 - Pérdidas de presión a la altitud dc trabajo

Por lo tanto, "las pérdidas por fricción para un mismo peso de gases que fluye a través de ductos y tuberías son inversamente proporcionales a sus pesos específicos".

Problema XI-4 En un acondicionador se requieren 19,000 lb/h de aire, las Perdidas a través de el son de 5 pulgadas de agua, dato que dio el fabricante referido al nivel del mar y a 70°F. Se quiere saber de cuánto son las pérdidas a través del mismo acondicionador en la ciudad de México. Pe = 0.075 lb/pie3 Pi = 0.057 lb/pie3

Segundo caso. Cuando el volumen de los gases debe ser el mismo. Cuando el volumen de los gases debe ser el mismo al nivel del mar que a una cierta altitud, las velocidades serán las mismas; por lo tanto, las pérdidas de fricción serán proporcionales a los pesos específicos.

Problema XI-5 Se tiene un sistema de ductos trabajando al nivel del mar, por el que circulan 6,050 pies3/min de aire, con una pérdida de presión de 5 pulgadas de agua. Si ese mismo volumen se manejara en el mismo sistema en la ciudad de México, ¿cuál será la pérdida de presión?

7. Comportamiento de los ventiladores Cuando un ventilador trabaja con un gas cuyo peso específico P, es menor que po, la presión estática (PE,) desarrollada será también menor que la inicial (PE0). Sea (PE0) la presión estática desarrollada por un ventilador, que mueve aire al nivel del mar, con peso específico p0, y PE, la presión estática que desarrolla el mismo ventilador al manejar aire de un peso específico igual a p1 entonces:

Para que el ventilador pueda generar una presión estática igual a la que generaba al nivel del mar (PE0), pero con aire de peso específico igual a p1 al nivel del mar tendrá que diseñarse o escogerse para la presión estática PEd, igual a:

1. generalidades Para establecer el criterio de cálculo de un sistema de ductos, es necesario tener presente la combinación de los factores económicos y prácticos. Es evidente que un sistema de ductos puede diseñarse con velocidades del aire desde muy bajas obteniéndose así bajas perdidas de fricción, hasta muy altas, con lo que las pérdidas de fricción también serían alias. Cuando la velocidad del aire es baja se tiene un ahorro en la energía del ventilador, pero los duelos al ser más voluminosos son más caros, por el contrato, a velocidades altas se necesitará mayor energía en el ventilador, pero hay un ahorro en el costo de los ductos. Tomando en cuenta lo anterior, un estudio económico decidiría el criterio del Cálculo. Sin embargo, existen otros factores Prácticos que limitan la velocidad del aire tales como vibraciones, y ruido en los ductos; por esa razón la experiencia recomienda ciertas velocidades razonables en los ductos, en las cuales se basan los cálculos. Ver la tabla.

En actualidad, existe una tendencia a aumentar las velocidades del aire, sobro todo en lugares donde el ruido no es un factor importante como por ejemplo en industrias, estacionamientos, centro de espectáculos, etcétera.

2. Pérdidas debidas a la fricción Las pérdidas de presión debidas a la fricción en ductos de aire pueden encontrarse con la siguiente expresión, suponiendo que el flujo es turbulento (fórmula de Darcys).

Donde ∆P = pérdida de presión en lb/pie2 f = factor de fricción, que depende del número de Rey-nolds, rugosidad de la superficie y tamaño del ducto L = longitud equivalente en pies D = diámetro del ducto en pies p = densidad del aire en lb/pie3 g = 32.17 pies/seg2 v = velocidad del aire en pies/seg S = radio hidráulico

Transformando la pérdida de presión AP en carga de aire en pies, se tiene:

Existen nomogramas que proporcionan las pérdidas de fricción en ductos (figura XI-6). En esta figura se consideró aire estándar, pero entre 50"F y 90°F pueden usarse sin error apreciable. Cuando la pared del ducto es muy rugosa, se puede corregir el resultado con ayuda de otras cartas que proporcionan un factor de corrección.

Cuando se requiere corregir respecto a densidad:

Donde ∆hc- carga en plg de agua corregidas ∆há— carga en plg de agua al nivel del mar da - densidad del aire en las condiciones reales. Cuando se requiere corregir respecto a temperatura

Donde t - temperatura del aire en las condiciones reales Las pérdidas de fricción en codos, tes, reducciones y accesorios están dadas por tablas o cartas experimentales en las que por lo general la pérdida se expresa en longitud equivalente de ducto y se mide en diámetros o ancho. En otras ocasiones, la pérdida se expresa en carga de velocidad. Para familiarizarse con el uso de estas cartas experimentales, más adelante se harán varios problemas prácticos.

3. Cálculo de un sistema de ductos para aire acondicionado

En cualquier sistema de circulación forjada, sea de calefacción, refrigeración o ventilación, los ventiladores deben tener capacidad adecuada para enviar la cantidad necesaria de aire a una presan mayor o igual que la resistencia ofrecida por los ductos y accesorios. Como se dijo anteriormente, las dimensiones de los ductos dependen de la máxima velocidad del aire que se fricción. El volumen dc aire que fluye por un ducto vale. Donde:

En general, se debe proceder con el siguiente criterio. a) Los ductos deben seguir, en lo posible, la ruta más directa. b) Los cambios de dirección pronunciados deben evitarse. c) Si los ductos son rectangulares, no deben ser muy aplanados, una buena práctica es una relación dc 6 a 1 pero nunca deben ser mayor de 10 a 1.

Los pasos a seguir en el diseño deben ser, en general, los siguientes: 1. De la carga de calefacción, de refrigeración o ventilación, calcular las cantidades de aire necesarias para cada salida, ramal o zona. 2. Proyectar una ruta conveniente para obtener una distribución adecuada y tener facilidades en el montaje de los mismos ductos. 3.

Calcular el tamaño de cada ducto por uno dc los siguientes! métodos:

a)

Método que supone la velocidad del aire

En este método se supone una velocidad razonable en cada tramo y se calculan, separadamente, las pérdidas de dichos tramos. La perdida de presión total es la suma de las pérdidas parciales.

Una modificación de este sistema es el método llamado "método de velocidad reducida", en el que la velocidad supuesta se reduce progresivamente. La velocidad máxima se supone a la salida del ventilador y se va reduciendo. Este método sólo se usa en sistemas relativamente sencillos. El control de flujo, en este caso, debe hacerse por medio de compuertas. b)

Método con caída de presión constante

En este método los ductos se dimensionan de tal manera que la pérdida de fricción sea constante. Cuando se usa este método, se supone la velocidad del aire a la salida del ventilador; con esta velocidad se calcula la pérdida de presión, que se consena constante cn todo el resto del sistema. El control de flujo cn los ramales se lleva a cabo con la ayuda de compuertas. c)

Método de balance dc la pérdida de presión

El método consiste en diseñar cada ramal para obtener la misma pérdida dc presión desde el ventilador hasta la salida. En otras palabras, se determina la presión disponible en el ventilador y se diseñan los ductos, de manera que esa presión disponible se consuma en pérdidas. Con este sistema se podrían eliminar las compuertas, sin embargo, en la práctica casi siempre es necesaria su instalación, para mejor control.

Figura. Pérdida por fricción en ductos de aire Para calcular el ventilador, se determina el circuito que ofrece la mayor resistencia (no necesariamente el circuito de mayor longitud es el que ofrece mayor esistencia). En el circuito de mayor resistencia, se calcula la presión que debe proporcionar el ventilador. La capacidad de un ventilador debe ser, por lo general, 10 % mayor que la calculada, debido a las fugas en el propio sistema, o cambios de trayectoria imprevistos en el diseño y que se requieren durante el montaje. 4. Ecuaciones de recuperación Cuando decrece la velocidad del aire, teóricamente aumenta la presión; desafortunadamente, esta conversión se dificulta y en ductos convencionales sólo se aprovecha un 60 % ó 50 %. Relación

Figura XI-7. Pérdida de presión dada en anchos equivalentes, de codos rectangulares de 90".

Por el contrario, cuando la velocidad aumenta, la pérdida de presión aparece en toda su magnitud. La recuperación de presión (RP) eA pulgadas de agua, cuando la velocidad disminuye, está dada por las siguientes ecuaciones: .

La perdida de Presión (PP) cuando la velocidad aumenta está dada por las siguientes ecuaciones:

Donde

5. Duelos de retorno Tratándose de ductos de aire de retorno, los cálculos son similares a los de alimentación. La caída total de presión en el sistema de retorno no debe exceder a la presión de succión disponible del ventilador. Comúnmente se suministran compuertas en los ramales de retorno para facilitar un control adecuado en el flujo.

6. Ganancia o pérdida de calor en duelos Cuando un ducto que lleva aire, frío o caliente, pasa a través de un espacio no acondicionado, su temperatura aumenta o disminuye, debido al calor que se transmite al ducto o del ducto La cantidad de calor absorbida depende de muchos factores y su de terminación es muy compleja. Los principales factores de los que depende la transmisión de calor son: a) b) c) d) c) f)

Relación del área al perímetro del ducto. Longitud del ducto. Diferencia de temperatura. Velocidad del tire. Tipo de rugosidad en las paredes del ducto. Tipo de aislamiento.

Para calcular el calor ganado o perdido se aprovechan datos experimentales que se muestran en varios manuales de aire acondicionado.

Problema XI-8 Diseñe el sistema de duelos de la figura XI-8. Las limitaciones del edificio son: Ancho de los duelos principales: c = 15 plg Ancho de los ramales verticales: e = 8 plg Solución con el método de caída de presión constante Según los gastos parciales, el gasto total en el ducto de alimentación será de 3,500 pies3/min. A la salida del ventilador se escoge una velocidad recomendable de 1,200 pies/min (tabla).

Las dimensiones del ducto principal, por lo tanto, son de 28 x 15 plg. Para un ducto de estas dimensiones, el ducto redondo correspondiente será de 22.1 plg de diámetro. Según la figura, para 3,500 pies3/min, en ducto redondo de 22.1 plg, la pérdida por fricción será de 0.1 plg de agua por cada 100 pies de longitud. En este tipo de diseño, se hace el cálculo para el tramo más largo del ducto que en este caso es A-B-C-EF. Así, la rama derecha del ducto lleva 2,000 pies3/min y como la pérdida por fricción debe ser constante de 0.1 plg de agua/100 pies de longitud, según la figura, se requerirá un ducto circular de 18 plg de diámetro (esto es, entre A y B). De B a C, el gasto es de 1,000 pies3/min y d=14 plg

De la tabla: Si d = 18 plg; ducto rectangular 15 x 18 plg Si d = 14 plg; ducto rectangular 15 x 11 plg para B-E y 22 x 8 plg para E-F. La velocidad E-F es:

Lo cual se considera aceptable. Cálculo de las pérdidas por fricción. Como se ha dicho. La perdida mayor es de A a F. La longitud total es: Lr=15+20+25+10+10+ longitud equivalente de codos =80+45.6=125.6 pies Para la longitud equivalente de codos, ver la tabla de resultados.

Tomando 10% como factor de seguridad, la caida total de presión debida a fricción es: AP = 125.6 x 1.1 x 0.1/100 = 0.138 Plg de agua

Puesto que la velocidad de salida fue menor que la de entra da, se tiene una ganancia de presión que vale:

La caida total es 0.138-0.0359= 0.102 plg de agua.. Ademas existen pérdidas debidas a accesorios: 1. compuertas de entradas 2. atemperador (dato del fabricante) 3. Filtros (dato del fabricante) 4. Deshumidificador (dato del fabricante) 5. Recalentador (dato del fabricante) 6. Rejilla de salida (dato del fabricante)

= 0.045 = 0.20 =0.20 = 0.30 =0.20 = 0.06

7. Pérdidas en ductos (calculadas)

= 0.102 Total 1.107 plg de agua

Los datos principales que se deben considerar para elegir el ventilador son: v = 3,500 pies3/min h = 1.11 plg de agua

7. Medida del flujo de aire La cantidad de aire que fluye en un ducto puede medirse instalando orificios o loberas, con los que se puede obtener una diferencial de presión. Cuando los orificios o toberas no son fáciles de instalar, se puede usar el tubo Pitot. Un fluido en un ducto ejerce una presión estática en todas direcciones, y si el fluido está en movimiento, también existe una presión de velocidad debida a la energía cinética del flujo. La presión equivalente a una velocidad dada puede representarse como:

Donde: h — carga en pies v — velocidad en pies/seg d — aceleración en pies/scg2.

Figura XI-10. Tubo de Pitot. Con ayuda del tubo Pitot, se'puede medir la carga de presión debida a la velocidad. El tubo Pitot consiste de dos tubos con céntricos, el exterior está perforado lateralmente, y por los agujeros se transmite la presión estática; por el interior, que está de frente al flujo, se transmite la presión estática más la de velocidad; por lo que la diferencia de las dos presiones es la de velocidad, quise puede medir directamente al unir las dos salidas del tubo a un manómetro en forma de U, como se indica en la figura. Como la velocidad del aire en el ducto varía en los diferentes puntos de la sección transversal del ducto. es necesario tener una

Velocidad promedio. Esto se logra dividiendo la sección en una serie de áreas imaginarias de igual tamaño y encontrando la presión de velocidad en el centro efectivo de tales divisiones. El promedio de las medidas da el valor de la presión media en el ducto. En el sistema ingles, las medidas de presión en ductos de aire se dan, por lo general, en pulgadas de agua.

En donde v- pies/min h- pies equivalentes del fluido en cuestión

Ya que

Donde V — pies/seg g — 32.2 pies/seg2 hv — carga por velocidad en pulgadas de agua dw – densidad del flujo medidor en Ib/pie3 da - densidad del aire fluyendo lb/pies3 ha= pies equivalentes de aire.

Problema En un ducto de 6 pies de diámetro circula aire a 75ºF y Ф=80%, Pb= 29.9 plg de Hg. El ducto tiene instalados un tubo pitot; usando el método de 10 mediciones con 5áreas iguales, las lecturas en pulgadas de agua de la carga de velocidad de un lado al otro del ducto 0.2025, 0.2209, 0.2401, 0.25, 0.2304 y 0.2025, 0.2304, 02401, 0.25 y 0.2401. Encuentre el flujo de aire. El promedio de hv valdrá:

Anemómetros El anemómetro se usa para encontrar la velocidad del aire en ductos. Un anemómetro consiste de una rueda con paletas que gira sobre chumaceras, las cuales deben tener muy poca fricción. La rueda mueve una aguja que está frente a una carátula graduada que indica la velocidad del aire. El anemómetro se usa para comparar lecturas y no es muy exacto en altas velocidades o medidas muy precisas. Con frecuencia es necesario calibrar el anemómetro, ya que el efecto de fricción puede ser muy variable en las chumaceras y cuando el uso es frecuente, se des calibra con mucha facilidad. Termómetro para medir la velocidad del aire El termómetro Kata es esencialmente un termómetro de alcohol que se usa para medir velocidades del aire muy bajas. El bulbo se calienta en agua hasta que el alcohol se expande y se eleva hasta un depósito situado arriba del tubo graduado. El tiempo que se requiere para enfriar 5°F se mide con un cronómetro y este tiempo es, aproximadamente proporcional a la velocidad del aire. Anemómetro eléctrico El anemómetro eléctrico opera según el principio de que al variar la temperatura varía la resistencia eléctrica. La cantidad de aire hace variar la temperatura de una resistencia eléctrica y, por lo tanto, el paso de la corriente. Orificios Los orificios para medir el flujo del aire, vapor u otros gases, se usan mucho en lugares donde se requiere una medición constante. Cuando las mediciones se llevan a cabo de vez en cuando para cierto tipo de pruebas, por lo general, se usan los tubos Pitot anemómetros u otro tipo que sea fácil de instalar. Los valores del coeficiente del flujo K por lo general están tabulados en función de la relación de los diámetros y el número de Reynolds. Para condiciones donde la densidad del gas no tiene cambio apreciable al pasar por el orificio, se aplica la siguiente ecuacion:

Cuando se usa agua como medio medidor, se tiene:

O sea

Donde V — pies'/seg A — área del orificio (pies2) K — coeficiente de flujo hg - diferencia de presión a través del orificio, en pies, del gas que fluye hw — diferencia de nivel en el manómetro, en pulgadas del medio medidor (agua o mercurio) dw - densidad del medio medidor en lb/pie» (agua 62 31b/ pie3; mercurio, 823.3 lb/pie*) ' dg - densidad del gas a medir en Ib/pie3 D — diámetro del orificio en pulgadas