Procedimiento de Calculo de la Carga de Enfriamiento
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La aplicación de cualquier procedimiento de cálculo de la carga de enfriamiento depende en parte del tipo de sistema mecánico que se va a instalar. En la mayoría de los edificios comerciales, se pueden controlar uno o varios recintos con perfiles de ganancias de calor similares por medio de un solo termostato. El área que va a ser controlada por éste generalmente recibe el nombre de "zona", es decir para referirnos a un espacio analizado por el método del balance térmico. Una zona puede constar de uno o varios recintos con perfiles de ganancia de calor similares. En el caso de las zonas con varios recintos, las divisiones internas (paredes) entre éstos modelan como masas internas. Puesto que este enfoque da un solo pico de carga de enfriamiento para todo el grupo de recintos que forman la zona, el suministro de aire para cada uno de ellos tiene que ser estimado por el diseñador y, por lo tanto, el procedimiento debe ser utilizado con cuidado. Es preferible tratar a cada recinto como una sola zona. No obstante, algunos edificios tienen muchos recintos con diferentes perfiles de ganancia de calor que están controlados por un solo termostato. Esto ocurre, por ejemplo, con los edificios pequeños de ventas al menudeo y con los edificios de oficinas de hasta seis recintos servidos por una sola unidad de aire acondicionado instalada como paquete sobre el techo.
La mayoría de las casas y departamentos también caen dentro de esta categoría. En tales casos, el pico de la carga de enfriamiento puede determinarse tomando a todos los recintos como una unidad y estimando la carga global para toda la zona. Después se calcula el tamaño del equipo para esa carga global y la tasas de flujo de aire para cada recinto. Otra opción consistiría en modelar cada recinto como una sola zona y, a continuación, sumar las cargas para cada recinto y para cada hora para determinar la carga global horaria. El tamaño del equipo se calcula de acuerdo con la carga global pico, y el flujo de aire para cada zona se proporciona de acuerdo con las cargas pico individuales. No obstante, se puede lograr una temperatura más uniforme para el espacio acondicionado si se suministra aire a cada recinto utilizando una técnica de premeditación de la carga. Esta técnica es aplicable a las viviendas residenciales de una sola familia. En este tipo de sistema, el aire de retorno debe fluir libremente desde todos los recintos al dispositivo central de retorno.
Cada vez que el diseñador realiza un cálculo de la carga, surgen varias interrogantes relacionadas con la estimación de los parámetros, cuyas respuestas pueden no ser conocidas con precisión. Entre ellas podemos mencionar las siguientes:
(a) ¿Se deben medir las superficies de las paredes, techos, etc. En el interior o en el exterior? Puesto que la transferencia del calor por conducción se modela como un fenómeno unidimensional, las esquinas y las partes de la pared próximas al piso no se modelan explícita mente. Aun cuando para la mayoría de los edificios esto afecta muy poco los cálculos, el enfoque más conservador consiste en utilizar las dimensiones exteriores, ya que con esto se obtiene una carga más grande. Un enfoque un poco más preciso consiste en utilizar un valor promedio (entre las dimensiones internas y externas).
(b) ¿A cuánto ascenderá realmente el valor de la infiltración? Los edificios que están presurizados generalmente tienen tasas menores de infiltración, aunque no necesariamente cero. Los edificios no presurizados cuya tasa de infiltración es menor de medios cambios de aire por hora, pueden considerarse como construcciones con buena hermeticidad. En los edificios con más fugas ocurren de un medio a dos cambios de aire por hora.
(c) ¿Puede estimarse la iluminación con una regla empírica, dividiendo el voltaje entre la superficie (W/ft2)? Probablemente sí, pero tal información debe utilizarse con cuidado. Es preferible utilizar un plano actualizado del sistema de iluminación para el espacio. Además, no olvide que en el futuro el edificio podría utilizarse de manera diferente.
(d) ¿Pueden estimarse las ganancias de calor del equipo con los datos proporcionados por el fabricante? Para la mayoría del equipo electrónico, esto tendería a sobrestimar significativamente la ganancia de calor. Para otros espacios, la ganancia de calor real del equipo deberá determinarse por otros medios la ganancia de calor real del equipo. Para lograrlo, podría ser necesario entrar en contacto con el fabricante del equipo.
Como puede verse a partir de las consideraciones anteriores, es fácil incurrir en errores sustanciales cuando se estima una carga. Debido a que el diseñador tiende de manera natural a ser conservador en cada paso, es más común sobrestiman que subestimar el tamaño de los sistemas.
Puesto que los sistemas con una estimación excesiva rara vez se desempeñan tan eficientemente como los sistemas dimensionados de manera correcta, el diseñador debe tener cuidado al hacer las estimaciones.
Se detallan los pasos para determinar las cantidades de aire de suministro y para seleccionar el equipo. La secuencia de estos pasos no siempre es la misma, pues depende del tipo de equipo que se va a utilizar.
Cantidades de Suministro de Aire
Este método se debe utilizar siempre que las condiciones y el tamaño de la carga de enfriamiento requieran la especificación de un equipo de diseño particular. Esto significa que el serpentín de enfriamiento y deshumidificación está diseñado para satisfacer los requerimientos de calor latente y sensible de una zona en particular y que el ventilador tiene el tamaño apropiado para manejar y el volumen de aire requerido. Al conjunto del ventilador, el serpentín de enfriamiento, los reguladores de flujo y la cápsula o caja que los contienen se le denomina "Unidad manipuladora del aire o unidad de administración del aire". Estas unidades son ensambladas en la fábrica, y contienen una amplia variedad de modelos de serpentines y ventiladores, para adaptarse a casi cualquier requerimiento.
El ingeniero diseñador generalmente específica las condiciones de humedad del aire que entra y sale, la tasa de flujo volumétrico del aire y la presión total impelente que debe producir el ventilador. En las instalaciones comerciales pequeñas no se justifica la adquisición de un equipo construido de manera especial. Además, en estas aplicaciones generalmente se tiene un factor de calor sensible más alto, y la deshumidificación no es una función tan importante como en los grandes edificios comerciales: Por tanto, el equipo se manufactura para operar bajo cierto conjunto de condiciones particulares. Por ejemplo, un equipo comercial de enfriamiento típico opera con un factor de calor sensible de 0.75 a 0.8, cuando el aire entra al serpentín a una temperatura de 80 F ( 27 C ) de bulbo seco y a 67 F ( 19 C ) de bulbo húmedo.
Cuando la carga de enfriamiento pico y los requerimientos de calor latente son apropiados, se puede utilizar este equipo económico, cuya capacidad es de menos de 20 toneladas (70 kW). En este caso la cantidad de aire de suministro se determina de una manera diferente. Primero se selecciona la unidad con base en la carga de enfriamiento global, utilizando un equipo comercialmente disponible cuya capacidad sea un poco mayor que la requerida. La capacidad latente de la unidad elegida debe ser igual o mayor que la carga de enfriamiento calculada. Este procedimiento asegura que la unidad maneje tanto la carga latente como la sensible, aun cuando no coincidan con exactitud en las especificaciones del equipo. La cantidad de aire que maneja cada unidad es especificada por el fabricante, y en este caso es de 350 a 400 cfm/ton, o 0.0537 m3/ (s-kW). Después se divide la cantidad total de aire entre los recintos, de acuerdo con la carga de enfriamiento de cada uno de ellos.
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un saludo
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