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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VEVEZUELA UNIVERSIDAD PRIVADA DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INDUSTRIAL
SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL PARA EL AREA PSICONEURONCOLOGICA DEL HOSPITAL ONCOLOGICO DEL ZULIA
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO INDUSTRIAL
PRESENTADO POR:
Br. DIAZ, LUIS Br. FUENMAYOR, EDILMARIS
Br. GONZALEZ, MARIA Br. RIVERO, YOALANY
ASESORADO POR:
M.Sc. BOSCAN, JOSE Dra. PEREZ, ELIZABETH
MARACAIBO, ABRIL DE 2013
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SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL PARA EL AREA PSICONEURONCOLOGICA DEL HOSPITAL ONCOLOGICO DEL ZULIA
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VEREDICTO
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VEREDICTO
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VEREDICTO
vi
VEREDICTO
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DEDICATORIA
A Dios y la Virgen por guiar y bendecir los pasos que he dado en el
transcurso de mi vida. A mis padres por darme la vida, por ellos estoy donde
estoy y soy quien soy. A mi hermano y mis tíos por su apoyo incondicional. A
mis abuelos que me ayudaron a crecer y me guiaron por el camino correcto.
Luis Díaz.
A Dios y la Virgen por sus bendiciones. A mis padres por regalarme la
oportunidad de formarme como ingeniero. A mis hermanos, por llenarme de
sonrisas en todo momento. A mis abuelos paternos que desde el cielo me
cuidan. A mi abuela materna por su gran amor. A la Flia. Pérez Manzanero
por su gran apoyo. ¡A todos, Gracias!
Edilmaris Fuenmayor.
A Dios por ser mi guía, darme salud y vida para lograr mis objetivos. A mis
padres por brindarme su amor y cariño. A mis hermanos por estar conmigo
siempre y compartir junto a mi cada etapa de mi vida. A mis abuelos, por ser
parte importante y estar allí como inspiración. A todos gracias.
María González.
Ante todo quiero dedicarle este logro a Dios por demostrarme que su
tiempo es perfecto, por darme la paciencia, persistencia y resistencia que
muchas veces necesite. A mi mami, hermanis, abuela, papi, tía rosa y
Gustavo, por ser mi familia y regalarme su incondicional amor y apoyo.
Yoalany Rivero.
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AGRADECIMIENTO
Le damos gracias a Dios por permitirnos llegar hasta este punto, por
llenarnos de salud, bendiciones y claridad en cada una de las metas que nos
proponemos, además de su infinita bondad y amor.
A nuestros padres por apoyarnos en todo momento, por sus consejos, sus
valores, por la motivación constante que nos ha permitido ser personas de
bien, por los ejemplos de perseverancia y constancia que los caracteriza y
que nos han infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante,
pero más que cualquier otra cosa, por su amor.
A familiares y amigos que han estado presentes en el transcurso de
nuestras vidas, dándonos su apoyo y motivación para lograr nuestras metas.
A todos aquellos que participaron directa o indirectamente en la elaboración
de esta tesis.
A nuestros profesores, que marcaron cada etapa de nuestro camino
universitario, especialmente nuestros tutores Elizabeth Pérez y José Boscán
por ser nuestra guía en la elaboración de este proyecto.
A la Universidad Rafael Belloso Chacín por ser nuestra casa de estudio y
brindarnos crecimiento profesional.
¡Gracias a todos!
Los investigadores
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Díaz Luis, Fuenmayor Edilmaris, González María, Rivero Yoalany. Sistema de Acondicionamiento Ambiental para el Área Psiconeuroncologica del Hospital Oncológico del Zulia. Universidad Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Industrial. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo 2013.
RESUMEN El objetivo general de esta investigación consistió en diseñar un Sistema de Acondicionamiento Ambiental para el Área Psiconeuroncologica del Hospital Oncológico del Zulia, enfocándose para ello en los planteamientos teóricos de Carrier (2009), Hernández (2008) y Cengel (1989). A nivel metodológico la investigación es de tipo descriptiva, no experimental y proyectiva, a su vez, se utilizó como técnica de recolección de datos la observación directa. La metodología utilizada para el desarrollo de este proyecto se apoyó en tres (3) fases las cuales son del estudio de Carrier (2009). Los resultados indican que el área estudiada debe ser acondicionada con equipos de expansión directa tipo compactos. Para la Fase I: Determinación de la carga, se consideraron las cargas por calor latente y calor sensible, para conocer la carga térmica, y de esa manera, calcular las toneladas de refrigeración necesarias. Para la Fase II: Selección de equipos, se recomendó usar los equipos propuestos para lograr el confort en el área de estudio, tomando en cuenta la capacidad requerida en cuanto a climatización. Para la Fase III: Proyecto de aire acondicionado, se seleccionaron ductos con condiciones especiales que cumplan con las normas para acondicionamientos de hospitales, de igual forma se eligieron las rejillas, difusores y demás accesorios propuestos. Asimismo, se realizó el diseño de sistema de ductos mediante un plano en AutoCAD tomando en cuenta el espacio disponible;Adicional, se elaboro la memoria descriptiva del proyecto. Finalmente, se presentan las recomendaciones y conclusiones del trabajo de investigación. Palabras clave: Sistema, Acondicionamiento ambiental, Hospital Oncológico.
x
Díaz Luis, Fuenmayor Edilmaris, González María, Rivero Yoalany. Sistema de Acondicionamiento Ambiental para el Área Psiconeuroncologica del Hospital Oncológico del Zulia. Universidad Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Industrial. Trabajo Especial de Grado. Maracaibo 2013.
ASBTRACT The overall objective of this research was to design an Environmental Conditioning System for Area Oncology Hospital Psiconeuroncológica Zulia, focusing for it in the theoretical Carrier (2009), Hernandez (2008) and Cengel (1989). A methodological level research is descriptive, not experimental and projective, in turn, was used as a data collection technique direct observation. The methodology used for the development of this project was based on three (3) phases which are the study of Carrier (2009). The results indicate that the study area should be conditioned with direct expansion type equipment compact. For Phase I: Determination of the load, considered the latent heat load and sensible heat to meet the heat load, and thus to calculate the necessary refrigeration tons. For Phase II: Selection of equipment, it was recommended to use the equipment proposed to achieve comfort in the study area, taking into account the capacity required in a climate story. For Phase III: Project air conditioning, were selected products with special conditions that meet the standards for conditioning of hospitals, just as they chose grilles, diffusers and other accessories proposed. It also undertook the design of pipeline system by a plane in AutoCAD taking into account the available space; Additional, we introduced the project specification. Finally, we present the recommendations and conclusions of the research. Key words:system, conditioning environment, Cancer hospital.
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ÍNDICE GENERAL
Pág.
VEREDICTO .................................................................................................. iii
DEDICATORIA. ............................................................................................ vii
AGRADECIMIENTO ..................................................................................... viii
RESUMEN ..................................................................................................... ix
ABSTRACT .................................................................................................... x
ÍNDICE GENERAL ......................................................................................... xi
ÍNDICE DE CUADROS ................................................................................. xvi
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................... xvii
INDICE DE FIGURAS ................................................................................. xviii
INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO .................... 4
1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ..................................................... 7
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................... 7
2.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................ 8
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 8
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................................................ 8
4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................................................. 9
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 12
xii
2. BASES TEÓRICAS ................................................................................... 16
2.1. SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE .................................. 16
2.2. CONDICIÓN AMBIENTAL ..................................................................... 18
2.3. ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL................................................... 18
2.4. ENFRIAMIENTO .................................................................................... 19
2.5. REFRIGERACIÓN ................................................................................. 19
2.5.1. AGENTE DE REFRIGERACIÓN .............................................. 19
2.5.2. EFECTO DE REFRIGERACIÓN .............................................. 20
2.6. ENTALPÍA .............................................................................................. 20
2.7. CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE .............................................. 21
2.7.1. FACTOR DE CALOR SENSIBLE........................................................ 22
2.8. PRINCIPIO DEL AIRE ACONDICIONADO ............................................ 22
2.9.COMPONENTES PRINCIPALES DEL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN
........................................................................................................... 23
2.9.1. COMPRESOR .................................................................................... 23
2.9.2. CONDENSADOR ................................................................................ 23
2.9.3. EXPANSIÓN ....................................................................................... 24
2.9.4. EVAPORADOR ................................................................................... 24
2.9.5. REFRIGERANTE ................................................................................ 25
2.10. CICLO DE CARNOT ............................................................................ 25
2.11. TRANSMISIÓN DE CALOR EN LAS ESTRUCTURA DE LOS
EDIFICIOS (COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA (U) ... 26
2.12. TRANSMISIÓN DE CALOR ................................................................. 27
xiii
2.12.1. CONDUCCIÓN ................................................................................. 27
2.12.2. CONVECCIÓN .................................................................................. 28
2.12.3. RADIACIÓN ...................................................................................... 28
2.13. CARGA TÉRMICA ............................................................................... 29
2.13.1. MÉTODO DEL CAMBIO DE AIRE .................................................... 29
2.13.2. GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIONES
Y VENTILACIÓN. .......................................................................................... 30
2.13.3. GANANCIA DE CALOR POR RADIACIÓN SOLAR
A TRAVÉS DE VIDRIOS............................................................................... 31
2.13.4. GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE PAREDES EXTERIORES . 32
2.13.5. GANANCIA DE CALOR POR CANTIDAD DE PERSONAS 33
2.13.6. GANANCIA DE CALOR POR ALUMBRADO .................................... 33
2.13.7. GANANCIA DE CALOR POR MOTORES Y EQUIPOS
ELÉCTRICOS.... .................................................................. 34
2.14. ANÁLISIS DEL LOCAL Y ESTIMACIÓN DE LA CARGA .................... 34
2.15. ESTUDIO DEL LOCAL ........................................................................ 35
2.15.1. CARACTERÍSTICAS DEL LOCAL Y FUENTES DE LA CARGA
TÉRMICA............................................................................... 35
2.15.2. SITUACIÓN DEL EQUIPO Y DEL SERVICIO ........................ 37
2.15.3. ESTIMACIÓN DE LA CARGA DEL ACONDICIONAMIENTO DEL
AIRE .................................................................................... 39
2.16. CALIDAD DEL AMBIENTE EN INTERIORES .................................... 39
2.17. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO ............ 40
xiv
2.17.1. EXPANSIÓN DIRECTA .......................................................... 41
2.17.2. SISTEMA TODO-AGUA ......................................................... 42
2.17.3. SISTEMA TODO-AIRE ........................................................... 43
2.17.4. SISTEMA AIRE-AGUA. .......................................................... 43
2.17.5. BOMBA DE CALOR ......................................................................... 44
2.18. DISEÑO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE ................... 44
2.19. DISEÑO DEL SISTEMA DE DUCTOS DE BAJA VELOCIDAD ....... 46
2.19.1. METODO DE IGUAL FRICCIÓN ......................................... 46
2.19.2. METODO DE CAPACIDAD BALANCEADA......................... 47
2.20. DESCRIPCIÓN DEL METODO DE IGUAL FRICCIÓN PARA EL
CALCULO DE DUCTOS ............................................................................... 47
2.21. SISTEMA DE AIRE DE RETORNO ................................................. 51
2.21.1. RETORNO COMUN O GENERAL ...................................... 52
2.21.2. POR CÁMARA EN EL CIELO RASO .................................. 52
2.21.3. POR PUERTAS CON VENTANILLAS DE ROMANILLA ..... 53
2.21.4. CON DOBLE SISTEMA DE DUCTOS ................................ 53
2.23. MATERIALES DE FABRICACIÓN DEL SISTEMA DE DUCTOS .... 54
2.24. SELECCIÓN DEL AISLANTE TERMICO PARA EL SISTEMA DE
DUCTOS .......................................................................................... 55
2.25. PROCESO DE FABRICACION DEL SISTEMA DE DUCTOS ......... 55
2.26. SOPORTES A UTILIZAR E INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE
DUCTOS .......................................................................................... 56
2.27. REJILLAS Y DIFUSORES PARA LA SALIDA DEL AIRE ................ 57
xv
2.28. REDUCCIONES, PANTALONES, CODOS Y DAMPERS DEL
SISTEMA DE DUCTOS ................................................................ 58
2.29. BALANCEO Y PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA DE AIRE
ACONDICIONADO ........................................................................ 60
3. SISTEMA DE VARIABLES ....................................................................... 60
3.1. DEFINICION NOMINAL ..................................................................... 60
3.2. DEFINICION CONCEPTUAL ............................................................. 61
3.3. DEFINICION OPERACIONAL ........................................................... 61
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................... 63
2. TÉCNICAS E INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ............. 65
3. METODOLOGÍA SELECCIONADA .......................................................... 66
4. CUADRO DE ACTIVIDADES Y RECURSOS ........................................... 68
5. CRONOGRAMAS DE ACTIVIDADES ...................................................... 69
CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS .................................. 72
1.1. DESARROLLO DE METODOLOGIA ..................................................... 73
CONCLUSIONES ......................................................................................... 91
RECOMENDACIONES ................................................................................. 93
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 95
ANEXOS…… ................................................................................................ 97
xvi
ÍNDICE DE CUADROS
CUADROS PÁG.
1. Actividades y Recursos ............................................................................. 68
2. Cronograma de actividades ...................................................................... 69
3. Carga térmica. Zona 1 .............................................................................. 76
4. Carga térmica. Zona 2 .............................................................................. 78
5. Carga térmica. Zona 3 .............................................................................. 80
6. Tipos de equipos. ...................................................................................... 83
7. Cálculos de ductos. Zona 1 ....................................................................... 86
8. Cálculos de ductos. Zona 2 ....................................................................... 87
9. Cálculos de ductos. Zona 3 ...................................................................... 87
xvii
ÍNDICE DE TABLAS
TABLAS PÁG.
1. Selección de calibre de ductos ................................................................. 49
2. Selección de calibre de láminas ................................................................ 50
3. Condiciones exteriores de diseño. ............................................................ 73
4. Condiciones interiores de diseño. ............................................................. 74
xviii
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA PÁG.
1. Diagrama del Ciclo de Carnot ................................................................... 26
2. Plano de Distribución de Ductos ............................................................... 90
xix
INTRODUCCIÓN
El sistema de aire acondicionado se conoce como el procedimiento
mediante el cual se produce el tratamiento del aire para ambientar locales
habitados, pudiendo ser con propósitos de refrigeración o calefacción, a
través del cambio o control de las condiciones del ambiente, para lograr el
confort o bienestar apropiado para desarrollar una actividad.
El desarrollo de un sistema de acondicionamiento ambiental para el Área
Psiconeuroncologica del Hospital Oncológico del Zulia, se crea con la
finalidad de brindar a las familias zulianas el confort y bienestar que
necesitan para el tratamiento de las enfermedades y el proceso de
recuperación de los pacientes, así como también la mejor estabilidad para los
visitantes y el más ameno ambiente de trabajo para los empleados del
hospital.
Actualmente el área en el cual se construirá el Hospital Oncológico del
Zulia cuenta con una antigua estructura no remodelada ni acondicionada;Por
esta razón, es necesario el desarrollo del sistema de acondicionamiento
ambiental completo para la planta donde se encuentra el área
psiconeuroncológica del hospital, y así conseguir el ambiente acondicionado
requerido para el desarrollo de las actividades que, en dicha área se llevaran
a cabo.
En vista de la necesidad de lograr un ambiente seguro y confiable donde
se desarrollenlos tratamiento que requirieren los pacientes y que brinde la
estabilidad a todo el personal en el área estudiada, surge el presente trabajo
xx
especial de grado en el área psiconeuroncologica del Hospital Oncológico del
Zulia, cuyoprincipal propósito es el diseño de un sistema de
acondicionamiento para el área en cuestión;Esta investigación tiene la
finalidad de crear un óptimo sistema de aire acondicionado que logre su
desarrollo de manera eficiente dentro de los requerimientos de normativas
ambientales exigidas.
El presente trabajo será estructurado en cuatro (4) capítulos, los cuales se
ven desarrollados de la siguiente manera:
En el capítulo I, se planteó la necesidad del Hospital Oncológico del Zulia
de diseñar un sistema de acondicionamiento ambiental adecuado para el
mismo, estableciendo los objetivos tanto generales como específicos de
manera que puedan desarrollarse correctamente, así como la justificación y
delimitación de la investigación.
En el capítulo II, se presentaron los antecedentes de los estudios
realizados con anterioridad, al igual que las bases teóricas que
fundamentaron los lineamientos que guiaron la realización del diseño de
acondicionamiento del hospital.
En el capítulo III, se definió el tipo y diseño de investigación y la técnica de
recolección de datos necesarios para el desarrollo de la investigación.
En el capítulo IV se presentan los resultados obtenidos en el capítulo III de
acuerdo a la utilización de las técnicas de recolección de datos para dar
resultado a los objetivos planteados y a las fases de la investigación.
Finalmente, se procedió a analizar los resultados, realizar las
recomendaciones, conclusiones, bibliografía, y los anexos respectivos.
2
