UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA CIVILDEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTALINSTALACIONES PARA EDIFICIOS (1467)PROF.: STEVE MERLO

CLASE N° 10

INSTALACIONES MECÁNICAS: AIRE ACONDICIONADO

Normativas Aplicables: Se rigen por Normas ASHRRAE (Normas Americanas).

Aire aclimatado, tratado para generar confort dentro de la edificación. Puede ser para subir o bajar la temperatura. En Venezuela, usualmente se habla de aire acondicionado para bajar temperatura (aire frío).

BTU (British Thermal Unit / Unidad Británica Térmica)Cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Farenheit la temperatura de una libra de agua.

Tonelada de Refrigeración (T.R.) Es el tiempo en el que se derrite 1 Ton de hielo cuyo peso es 2.000 libras y cada libra absorbe 144 BTU.Equivale a 12.000 BTU/hr.

TIPS1 libra = 0,4536 Kg

1 Kg = 2,2 librasºC = 5/9 (ºF-32)

Conceptos Básicos AsociadosEvaporación: cambio de estado de líquido a gaseoso.

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Condensación: cambio de estado de gaseoso a líquido.Refrigerante: generador de frío. Entre sus características destacan:

a) No debe ser tóxico ni inflamable.b) Presiones por encima de la atmosférica para evitar vacío.c) Fácilmente detectable en caso de fugas.d) Económico y de fácil manejo.e) No debe ser corrosivo con los metales (químicamente estable).

Algunos de los componentes de los refrigerantes son: agua, dióxido de carbono CO2, Amoníaco (NH3), hidrocarburos halogenados (grupo Freón, Genatrón, etc).Comercialmente se les asigna una codificación: R11, R12 (fluorocarbonados, afectan la capa de ozono); R22, R134A (más usados en la actualidad); Otros: R113, R114.

Los principales componentes del equipo de aire acondicionado son:a) Evaporadorb) Compresorc) Condensadord) Dispositivo de Expansióne) Tuberías de Refrigerante

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GAS A BAJA PRESIÓN (BAJA TEMPERATURA)

AIRE FRÍO

LÍNEA DE LÍQUIDO

AIRE CALIENTE

LÍNEA DE SUCCIÓN

VENTILADOR O TURBINA

VENTILADOR

SERPENTÍN

SERPENTÍN

GAS EXPANDIDO

COMPRESOR

GAS A ALTA PRESIÓN (ALTA TEMPERATURA)

CONDENSADOR

DISPOSITIVO DE EXPANSIÓN EVAPORADOR

LÍNEA DE GAS CALIENTE O DE DESCARGA

LÍQUIDO A ALTA PRESIÓN

El evaporador es un intercambiador de calor donde el líquido (refrigerante) cambia de fase a vapor. El refrigerante toma el calor del medio que está enfriando y se evapora. Consta de un serpentín y un ventilador o turbina.

El compresor recibe el gas a baja presión que sale del evaporador y le eleva la presión y temperatura. Los compresores pueden ser:

a) Herméticos o sellados (si < 7,5 T.R.)b) Semiherméticos (7,5 – 150 T.R.)c) Centrífugos (> 150 T.R.)

El condensador recibe el gas a alta presión que sale del compresor y lo cambia de fase a líquido.Consta de un serpentín y un ventilador.

El dispositivo de expansión recibe el líquido del refrigerante que sale del condensador a una presión elevada y lo lleva a una presión baja a través de un estrangulamiento.Entre los dispositivos de expansión se encuentran:

a) Tubo capilar ( 5 T.R.)b) Válvula de expansión termostática (> 5 T.R.)

Las tuberías de refrigerante son las siguientes: Línea de Líquido: es la tubería que conecta el condensador y la entrada del

evaporador. Líquido a alta presión y temperatura. Línea de Succión: es la tubería que conecta la salida del evaporador y la

entrada del compresor. Vapor a baja presión y temperatura.

Línea de Gas Caliente o Descarga: es la tubería que conecta la descarga del compresor y la entrada del condensador. Vapor a alta presión y temperatura.

Estas tuberías son generalmente de cobre tipo K (400 psi) para presiones elevadas, L (250 psi) la más usada y M (250 psi) flexible. Los diámetros comunes varían de 3/8" a 1".

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Los filtros son dispositivos ubicados en el sistema de aire de retorno para eliminar agentes contaminantes como virus, bacterias, humo, polvo, polen, ceniza, arena, etc.Pueden ser:

a) Viscosos: el material filtrante es de fibra de vidrio, aluminio o hierro galvanizado revestido de una sustancia viscosa como aceite o grasa para la adherencia de partículas contaminantes.

b) Secos: el medio filtrante puede ser papel tratado especialmente, fieltro de lana, algodón o fibra de vidrio.

c) Electrónicos: las partículas contaminantes pasan a través de un campo eléctrico o medios filtrantes cargados electrostáticamente.

Entre los tipos de aire acondicionado se encuentran:

1) Expansión Directa: emplean un refrigerante y el condensador es enfriado por aire.

a) Sistemas Individuales Compactos: el evaporador, condensador y compresor están en la misma unidad (carcasa).Ventaja: ocupan poco espacio.Desventaja: generan ruido en el ambiente.

- Son las típicas unidades de ventana: van de 5.000 hasta 36.000 BTU/hr (3 T.R). Mientras más BTU/hr más kW.

- Se utilizan en viviendas, oficinas y comercios pequeños.- Proporcionan entre 100 y 600 PCM (pie3/min). 1 T.R. 400 PCM

b) “SPLIT” o Sistemas en Partición: las unidades de evaporación y condensación están separadas.Ventaja: no generan ruido en el ambiente.Desventaja: ocupan más espacio.

- Van desde 12.000 BTU/hr (1 T.R.) hasta 30 T.R.

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- Se recomiendan en: museos, teatros, cines, supermercados, oficinas, comercios, etc.

- Existen también “multi-split” que es un condensador y 2 ó 3 evaporadores.

c) Sistemas Compactos: las unidades de evaporador-condensador-compresor están juntas y fuera de la edificación.

- Van desde 36.000 BTU/hr (3 T.R.) hasta 30 T.R.

2) Sistemas Centrales o Sistemas de Agua Helada (agua a baja temperatura): - Sistemas que trabajan enfriados por agua (>300 T.R.) o aire (<300

T.R.).- Utilizan un sistema de tuberías y bombas.- Lo conforman las unidades de manejo de aire (UMA) cuando T.R. 4

o Fan Coil cuando T.R. 4. Tales unidades pueden estar ubicadas en el interior (encima del cielo raso) o fuera del local (cuarto especial-sala de manejo de aire).

- Las UMA constan básicamente del evaporador (serpentines) y el ventilador para el suministro de aire. Cada UMA acondiciona independientemente su ambiente, es decir, en la edificación en cada área servida por UMA puede haber un control de temperatura y humedad particular.

- El condensador del equipo de refrigeración central se denomina: Chiller (compresores) que puede ser enfriado con aire exterior (ubicado fuera

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DENTRO DE LA EDIFICACIÓN

EVAPORADOR

FUERA DE LA EDIFICACIÓN (TECHOS)

UNIDAD COMPRESORA-CONDENSADORA

RETORNO

EVAPORADOR

UNIDAD COMPRESORA-CONDENSADORA

de la edificación) o con agua bombeada a una torre de enfriamiento enfriada por aire exterior.

- Se usa en: oficinas, hoteles, clínicas, centros comerciales, etc.

Potencia del Equipo

Unidad (BTU/hr) Potencia (W)12.000 (1 T.R.) 2.400

18.000 (1,5 T.R.) 3.50024.000 (2 T.R.) 4.30036.000 (3 T.R.) 6.40048.000 (4 T.R.) 8.20060.000 (5 T.R.) 10.100

120.000 (10 T.R.) 22.400

Los dispositivos eléctricos han de cumplir con lo establecido en el C.E.N.

DuctosSon elementos que permiten transportar el aire acondicionado desde el equipo hasta el ambiente.- Pueden ser de: aluminio-cobre, cobre, hierro galvanizado, acero inoxidable,

fibra de vidrio, etc.- Las fugas deben ser menores al 3%.- De acuerdo a la velocidad se clasifican en:

a) Sistemas de Baja Velocidad ( 2.500 pie/min)b) Sistemas de Alta Velocidad ( 2.500 pie/min)

- Según la presión total se clasifican en:a) Presión Baja.b) Presión Media.c) Presión Alta.

Velocidades Máximas recomendadas para el Ducto Principal

Edificación Velocidad Máxima (pie/min)Apartamentos, Hoteles, Hospitales 1.000

Oficinas Privadas, Bibliotecas 1.200Auditorios, Teatros 800

Oficinas Públicas, Restaurantes, Bancos 1.500

Rejillas y Difusores

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Son elementos que permiten dar salida del aire acondicionado al ambiente.- En las salidas de aire la velocidad debe estar entre 25-50 pie/min (7,5-15

m/min) para personas sentadas y 75 pie/min (23 m/min) cuando las personas se desplazan ligeramente.

- Las rejillas pueden ubicarse en ductos a la vista o detrás de las paredes del ambiente.

- Los difusores se ubican también a la vista o encima del cielo raso.- Tienen dispositivos para regular la salida de aire.

Cargas TérmicasSon índices que permiten estimar las necesidades de aire acondicionado de una edificación o ambiente para que el sistema sea funcional y económico. Con ello se define:a) Tipo de sistema más apropiadob) Tamaño del equipoc) Necesidades de espaciod) Costo de la instalaciónSon definidas por la radiación solar (orientación), arquitectura y materiales del ambiente, iluminación, personas, equipos y motores, etc.

Requerimientos Mínimos de Aire para Ambientes con Aire Acondicionado

Ambiente PCM/m2 m2/T.R. PCM/personaOficinas Pequeñas

( 80 m2)22 20

15-25Oficinas Medianas

(80-200 m2)22 19

Oficinas Grandes( 200 m2)

12-26 17-35

Comercios 13-39 12-32 10Hoteles 18-25 16-23 30

Depósitos 11 48 10Sala de Computación 35-69 8-15 20

Auditorios-Teatros -T.R./persona

0,06-0,1115

Apartamentos - - 30Hospital - - 30

Escuela-Colegio - - 15Ciudades: Caracas: 14-18 m2/T.R., Guarenas: 12-14 m2/T.R., Los Teques: 22 m2/T.R. Ejercicio:

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1. Para la escuela pública que presenta la distribución de ductos para aire acondicionado mostrada:a) Estimar los requerimientos de aire acondicionado para cada uno

de los ambientes.b) Calcular las dimensiones y pérdidas de presión (P) de los distintos

tramos.c) Determinar los T.R. y BTU/hr del sistema.

Ambiente Descripción1 Oficina para 25 personas2 Depósito de 40 m2

3 Sala de Computación para 20 personas4 Librería de 60 m2 5 Salón de Clase para 40 personas6 Auditorio para 30 personas

Tramo Longitud Equivalente (pies)A 14B 18C 25D 8E 8F 9G 9H 6,5

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DIÁMETRO CIRCULAR (PULGADAS) EQUIVALENTE PARA DUCTOS RECTANGULARES

LADO DUCTO RECTANGULAR (pulg)

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30

6 6,6                                      7 7,1 7,7                                    8 7,6 8,1 8,7                                  9 8,0 8,7 9,3 9,8                                

10 8,4 9,1 9,8 10,4 10,9                              

11 8,8 9,5 10,2 10,9 11,5 12,0                            

12 9,1 9,9 10,7 11,3 12,0 12,6 13,1                          

13 9,5 10,3 11,1 11,8 12,4 13,1 13,7 14,2                        

14 9,8 10,7 11,5 12,2 12,9 13,5 14,2 14,7 15,3                      

15 10,1 11,0 11,8 12,6 13,3 14,0 14,6 15,3 15,8 16,4                    

16 10,4 11,3 12,2 13,0 13,7 14,4 15,1 15,7 16,4 16,9 17,5                  

17 10,7 11,6 12,5 13,4 14,1 14,9 15,6 16,2 16,8 17,4 18,0 18,6                

18 11,0 11,9 12,9 13,7 14,5 15,3 16,0 16,7 17,3 17,9 18,5 19,1 19,7              

19 11,2 12,2 13,2 14,1 14,9 15,7 16,4 17,1 17,8 18,4 19,0 19,6 20,2 20,8            

20 11,5 12,5 13,5 14,4 15,2 16,0 16,8 17,5 18,2 18,9 19,5 20,1 20,7 21,3 21,9          

22 12,0 13,0 14,1 15,0 15,9 16,8 17,6 18,3 19,4 19,8 20,4 21,1 21,7 22,3 22,9 24,0        

24 12,4 13,5 14,6 15,6 16,5 17,4 18,3 19,1 19,9 20,6 21,3 22,0 22,7 23,3 23,9 25,1 26,2      

26 12,8 14,0 15,1 16,2 17,1 18,1 19,0 19,8 20,6 21,4 22,1 22,9 23,5 24,2 24,9 26,1 27,3 28,4    

28 13,2 14,5 15,6 16,7 17,7 18,7 19,6 20,5 21,3 22,1 22,9 23,7 24,4 25,1 25,8 27,1 28,3 29,5 30,6  

30 13,6 14,9 16,1 17,2 18,3 19,3 20,2 21,1 22,0 22,9 23,7 24,4 25,2 25,9 26,6 28,0 29,3 30,5 31,7 32,8

32 14,0 15,3 16,5 17,7 18,6 19,8 20,8 21,8 22,7 23,5 24,4 25,2 26,0 26,7 27,5 28,9 30,2 31,5 32,7 33,9

34 14,4 15,7 17,0 18,2 19,3 20,4 21,4 22,4 23,3 24,2 25,1 25,9 26,7 27,5 28,3 29,7 31,0 32,4 33,7 34,9

36 14,7 16,1 17, 18,6 19,8 20,9 21,9 22,9 23,9 24,8 25,7 26,6 27,4 28,2 29,0 30,5 32,0 33,3 34,6 35,9

4

38 15,0 16,5 17,8 19,0 20,2 21,4 22,4 23,5 24,5 25,4 26,4 27,2 28,1 28,9 29,8 31,3 32,8 34,2 35,6 36,8

40 15,3 16,8 18,2 19,5 20,7 21,8 22,9 24,0 25,0 26,0 27,0 27,9 28,8 29,6 30,5 32,1 33,6 35,1 36,4 37,8

42 15,6 17,1 18,5 19,9 21,1 22,3 23,4 24,5 25,6 26,6 27,6 28,5 29,4 30,3 31,2 32,8 34,4 35,9 37,3 38,7

44 15,9 17,5 18,9 20,3 21,5 22,7 23,9 25,0 26,1 27,1 28,1 29,1 30,0 30,9 31,8 33,5 35,1 36,7 38,1 39,5

46 16,2 17,8 19,3 20,6 21,9 23,2 24,4 25,5 26,6 27,7 28,7 29,7 30,6 31,6 32,5 34,2 35,9 37,4 38,9 40,4

48 16,5 18,1 19,6 21,0 22,3 23,6 24,8 26,0 27,1 28,2 29,2 30,2 31,2 32,2 33,1 34,9 36,6 38,2 39,7 41,2

50 16,8 18,4 19,9 21,4 22,7 24,0 25,2 26,4 27,6 28,7 29,8 30,8 31,8 32,8 33,7 35,5 37,2 38,9 40,5 42,0

52 17,1 18,7 20,2 21,7 23,1 24,4 25,7 26,9 28,0 29,2 30,3 31,3 32,3 33,3 34,3 36,2 37,9 39,6 41,2 42,8

54 17,3 19,0 20,6 22,0 23,5 24,8 26,1 27,3 28,5 29,7 30,8 31,8 32,9 33,9 34,9 36,8 38,6 40,3 41,9 43,5

56 17,6 19,3 20,9 22,4 23,8 25,2 26,5 27,7 28,9 30,1 31,2 32,3 33,4 34,4 35,4 37,4 39,2 41,0 42,7 44,3

58 17,8 19,5 21,2 22,7 24,2 25,5 26,9 28,2 29,4 30,6 31,7 32,8 33,9 35,0 36,0 38,0 39,8 41,6 43,3 45,0

60 18,1 19,8 21,5 23,0 24,5 25,9 27,3 28,6 29,8 31,0 32,2 33,3 34,4 35,5 36,5 38,5 40,4 42,3 44,0 45,7

ASIGNACIÓN N° 11AIRE ACONDICIONADO

NÚMERO DE INTEGRANTES: DOS (2)FECHA DE ENTREGA: MARTES 08/07/2008

Suponiendo que en su totalidad el aire del edificio donde ud. habita será acondicionado:a) Estime los requerimientos de aire acondicionado para

todo el edificio.b) Determine las dimensiones del ducto principal (vertical)

del edificio tomando en cuenta las variaciones de tamaño de acuerdo el piso (considere el ducto de sección circular y que la alimentación al sistema de aire acondicionado se ubica en planta baja).

c) Calcule las T.R. y BTU/hr del sistema de su edificio.

Si ud. vive en casa considere el edificio de un familiar o compañero.