Calculo cargas

AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
ESQUEMA DE CONTENIDO
Introducción.
Condiciones do proyecto.
• Localidad.
• Temperatura exterior.
• Humedad relativa exterior.
• Variación diaria de la temperatura.
• Excursión térmica diaria.
• Temperatura interior.
• Humedad relativa interior.
• Hora solar.
• Superficie del local.
• Volumen del local.
• Potencia de iluminación.
• Número medio de personas que lo ocupan.
Conceptos que componen la carga térmica.
• Caiga sensible.
• Carga latente.
• Aire de ventilación
Cálcalo de las cargas parciales.
• Partidas sensibles.
• Partidas latentes.
• Partidas de ventilación.
Cálculo de las cargas totales. Hoja de carga
• Carga sensible efectiva.
• Carga latente efectiva
Hoja de carga.
INTRODUCCIÓN
Para refrigerar un local, de una forma o de otra, hay que introducir frío en el
mismo, lo que es lo mismo que extraer calor. Ahora bien, ¿cuánto calor debemos
extraer, para mantener una temperatura diferente de la del exterior?
La respuesta es muy sencilla: el mismo que entra debido a la diferencia de
temperaturas entre la del exterior (más alta) y la del interior.
La carga térmica no es otra cosa que el calor que entra en el local; por ello es
tan importante el cálculo de la carga térmica, aunque el objetivo final es la
determinación de la potencia frigorífica necesaria de la máquina que ha de producir el
frío.
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En esta lección explicaremos como calcular la carga térmica; verá que hay
bastantes tablas, porque el cálculo se hace utilizando éstas. Sobre todo le
recomendamos que coteje las explicaciones de la lección con la hoja de carga, que
constituye un resumen y compendio de la misma.
CONDICIONES DE PROYECTO
Se denominan condiciones de proyecto a las que tomamos como fijas y
constantes a lo largo del proyecto. Evidentemente, el proyecto de refrigeración se
aplica a un local situado en un lugar geográfico determinado; así, en primer lugar,
tendremos:
•
La localidad
El lugar geográfico (la localidad) tiene unas condiciones de temperatura y
humedad a lo largo del verano (Tabla 1). Así tendremos:
•
Temperatura exterior de proyecto en °C, que es el valor medio de las
temperaturas máximas.
•
Humedad relativa exterior de proyecto en %, que es el valor medio de las
humedades relativas máximas.
También hay que considerar la diferencia de las temperaturas máxima y mínima,
en valor medio, a lo largo del verano. Dicho valor se da también en la Tabla 1. Esta
diferencia se llama:
•
Variación diaria de la temperatura en °C.
O también:
•
Excursión térmica diaria en °C.
TABLA 1. Condiciones exteriores recomendadas de verano.
Ciudad
Temperatura °C
Humedad
relativa
Albacete
Alicante
Almería
Ávila
Badajoz
Barcelona
Bilbao
Burgos
Caceras
35
31
35
30
38
31
30
32
38
36
60
65
41
47
70
71
40
37
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Variación diaria
de la
temperatura
18
13
8
17
17
8
-15
14
2
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Cádiz
Castellón
Ciudad Real
Córdoba
Coruña
Cuenca
Gerona
Granada
Guadalajara
Huelva
Huesca
Jaén
Las Palmas
León
Lérida
Logroño
Lugo
Madrid
Málaga
Murcia
Orense
Oviedo
Palencia
Palma de M.
Pamplona
Salamanca
Santander
Segovia
Sevilla
Tarragona
Toledo
Valencia
Valladolid
Zamora
Zaragoza
32
29
37
39
23
33
33
36
34
31
31
36
24
33
36
33
30
34
28
36
36
28
34
28
32
34
25
33
40
26
34
32
33
32
34
55
60
56
33
63
52
58
49
37
58
73
37
65
40
45
59
60
43
58
59
63
65
40
60
51
46
74
36
43
65
34
68
45
65
59
12
9
20
17
9
18
10
16
-14
14
15
4
16
14
14
14
15
6
14
--16
8
12
18
7
17
18
7
16
11
13
18
14
Nota. La raya indica que se desconoce el dato. La humedad relativa indicada
corresponde a valores medios. En las zonas húmedas puede incrementarse entre 10 y
15 puntos de valor indicado en la tabla.
Para mantener el clima de bienestar o «confort» en el interior del local, se
necesita que haya unos determinados valores de temperatura y humedad relativa. En
general, se considera que hay un ambiente confortable cuando la temperatura es de 23
a 25 °C y la humedad relativa entre el 40 y el 60 %, con una velocidad media del aire
de 0,18 a 0,24 m/s. Así, tendremos:
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•
Temperatura interior de proyecto en °C.
•
Humedad relativa interior de proyecto en %.
El cálculo de la carga térmica no es el mismo a diferentes horas del día. Hay que
elegir una hora, en tiempo solar, que es, más o menos, la hora oficial sin contar las
variaciones de hora impuestas por los gobiernos, durante determinados meses del año.
Así, tendremos:
•
La hora solar de proyecto en h
¿Qué hora solar hay que elegir? En teoría se elige la que dé una carga máxima.
Como esto no lo sabemos al principio del cálculo, se elige una que la experiencia nos
indique que puede dar carga máxima. Los proyectistas más escrupulosos repiten el
cálculo para distintas horas solares y así averiguan cuál es la carga térmica mayor.
Generalmente se elige las 15 horas solar y se hace un sólo cálculo.
Recordamos que una cosa es la temperatura exterior de proyecto y otra la
temperatura exterior a secas. La primera es fija. La segunda varía con la hora. Observe
la Tabla 2. A las 15, hora solar, no hay corrección y coinciden la temperatura exterior
de proyecto y la temperatura exterior.
Pero a otra hora hay que hacer una corrección. Por ejemplo, supongamos una
localidad en la que la temperatura exterior de proyecto sea 34 °C, la excursión térmica
diaria de 10 °C y la hora solar de proyecto las 12. Con estos datos se localiza en la
tabla 2 el valor de corrección -3. Así pues, la temperatura exterior a las 12 h es 34 - 3 =
31 °C.
En el diagrama psicrométrico (recuerde las lecciones 2 y 3 de esta asignatura)
hay que situar los puntos correspondientes a las condiciones exteriores e interiores de
proyecto, pero utilizando la temperatura exterior, no la temperatura exterior de
proyecto. Una vez situados los puntos se obtienen las humedades absolutas en g/kg
del exterior y del interior. Llamaremos:
Salto térmico, ∆t, a la diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura
interior de proyecto.
Diferencia de humedades, ∆X, a la diferencia entre las humedades absolutas
en las condiciones del exterior y las del interior, expresada en g/kg.
Hemos de conocer también:
•
•
•
•
Superficie del local en m2.
Volumen del local en m3.
Potencia de iluminación en kW.
Número medio de personas que lo ocupan.
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DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN
COMPONEN LA CARGA TÉRMICA
DE
LOS
DISTINTOS
CONCEPTOS
QUE
La carga térmica es el calor por unidad de tiempo que, por diferentes conceptos,
entra o se genera en un local cuando mantenemos en éste una temperatura inferior a
la del exterior y una humedad diferente, generalmente inferior, a la del exterior.
TABLA 2. Corrección de la temperatura exterior.
Excursión térmica
diaria ET
0
5
7,5
10
12,5
15
17,5
Hora solar
12
-2,5
-3
-3
-3
-3
-3,5
14
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
15
0
0
0
0
0
0
16
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
-0,5
El calor que entra como consecuencia de la diferencia de temperaturas se llama
calor sensible y el que entra como consecuencia de la diferencia de humedades se
llama calor latente. Ambos dependen de una serie de factores que iremos explicando a
lo largo de la lección. Tanto la carga sensible como la latente se deben a distintos
conceptos, que deben calcularse separadamente y que en general, se conocen con el
nombre de partidas; no se trata de otra cosa que de las diferentes partes en que se
divide el total sensible y el total latente. Estos conceptos diferentes o partidas son los
siguientes:
A) CARGA SENSIBLE
•
•
•
•
•
•
•
•
(A1) Calor debido a la radiación solar a través de ventanas,
claraboyas, o lucernarios.
(A2) Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y
techo.
(A3) Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de
paredes y techo no exteriores.
(A4) Calor sensible debido al aire de infiltraciones.
(A5) Calor sensible generado por las personas que ocupan el local.
(A6) Calor generado por la iluminación del local.
(A7) Calor generado por máquinas, si existen, en el interior del local.
(A8) Cualquier otro que puede producirse.
B) CARGA LATENTE
•
•
•
(B1) Calor latente debido al aire de infiltraciones.
(B2) Calor latente generado por las personas que ocupan el local.
(B3) Calor latente producido por cualquier otra causa.
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AIRE DE VENTILACIÓN
Es posible extraer aire de un local, enfriarlo y volver a introducirlo en el mismo
(Figura 1); de hecho algunos aparatos de aire acondicionado funcionan así. Sin
embargo, cuando en el local existen fuentes de mal olor, como son fumadores, olores
corporales, etc., pensemos que el aire siempre es el mismo, aunque lo estemos
enfriando. Ocurre entonces que en aquel local no hay sensación de «confort», no por
culpa de la temperatura, sino del aire mismo, que huele mal o irrita los ojos.
Figura 1. Representación esquemática de una
instalación que utiliza sólo aire del local. VAA
representa el aparato o ventilador que aspira el aire
del local, lo enfría y lo vuelve introducir.
Otra posibilidad, es no emplear aire del local (Figura 2), sino únicamente aire
exterior. Este sistema no presenta los inconvenientes del primero, sin embargo la
máquina debe enfriar aire exterior que está muy caliente y por lo tanto emplear mucha
energía en el proceso Las máquinas que utilizan este procedimiento se llaman
acondicionadores de ventana.
Figura 2. Representación esquemática
instalación que utiliza sólo aire del exterior.
de
una
La tercera posibilidad (Figura 3) es mezclar aire del exterior con aire procedente
del local; este método es el más adecuado porque reúne las ventajas de los dos
anteriores y ninguno de los inconvenientes.
La cantidad de aire exterior que se utiliza en la mezcla, se llama aire de
ventilación y es el estrictamente necesario para producir una renovación conveniente
del aire del local. En la Tabla 3 se han presentado los valores usuales que se utilizan,
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como valor mínimo y valor aconsejado, en m3/h por persona. Basta multiplicar por el
número de personas para tener el caudal de aire de ventilación, que designaremos en
el símbolo VV.
Figura 3. Representación esquemática de una instalación
que mezcla aire del exterior con aire del local.
En la figura 3 habrán observado que hemos incluido una cesión de aire al
exterior, además de la entrada de aire de ventilación; ello es debido a que hay que
desechar la misma cantidad de aire que extraemos del exterior, pero procedente del
local, para que sea efectiva la renovación.
TABLA 3. Necesidades de ventilación de diferentes tipos de locales.
m3/h por persona
Aconsejado
Mínimo
Apartamentos
35
17
Bancos
17
13
Peluquerías
25
17
Oficinas
85
35
fiares
68
43
Almacenas
13
83
Farmacias
17
13
Fabricas
17
13
Quirófanos
(*)
(*)
Hospitales
Urgencias
50
43
Pabellones
35
25
Hoteles
50
43
3
2
Cocinas de restaurantes
72 m /h, por m de pavimento
Bar
20
17
Restaurantes
Comedor
25
20
Aulas
25
17
Teatros
25
17
Tipo de local
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* Los datos relativos a quirófanos no se incluyen porque deben cumplir
requisitos especiales.
Cuando se utiliza aire exterior de ventilación, se consideran dos partidas más:
•
•
(A9) Calor sensible procedente del aire de ventilación.
(B4) Calor latente procedente del aire de ventilación.
La suma de todas las partidas de calor sensible, ahora se denomina carga
sensible efectiva y la suma de todas las latentes carga latente efectiva.
Se emplea la palabra efectiva, si se tienen en cuenta las partidas A9 y B4
procedentes del aire exterior de ventilación.
CÁLCULO DE LAS CARGAS TÉRMICAS
Hemos visto que las cargas térmicas comprenden las partidas sensibles y las
latentes.
Cálculo de las partidas sensibles
Estas partidas se calculan de la manera siguiente:
Partida A1. Calor debido a la radiación a través de ventanas, claraboyas, o
lucernarios
Esta partida tiene en cuenta la energía que llega al local procedente de la
radiación solar que atraviesa elementos transparentes a la radiación (cristales de
ventanas, claraboyas, etc.) Para calcular esta partida, hay que saber la orientación de
la ventana:
Norte
Nordeste
Este
Sureste
Sur
Suroeste
Oeste
Noroeste
Horizontal
N
NE
E
SE
S
SO
O
NO
(una claraboya)
Hay que elegir una hora solar de cálculo, generalmente entre las 12 y las 16
hora solar y un día determinado que generalmente es el 23 de julio o el 24 de agosto.
Con estos datos acudimos a la tabla 4 y obtenemos la radiación solar unitaria, R, en
kcal/(h·m2). La hora solar elegida debe ser la misma para el cálculo de toda la carga
térmica.
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TABLA 4. Radiación solar R, en kcal/h, a través de vidrio
ordinario, para 1 m2 de ventana incluyendo el marco, en un
punto a 40° de latitud Norte.
Fecha
Orientación
N
NE
E
SE
21 de Junio
S
SO
O
NO
Horizontal
N
NE
E
SE
23 de Julio
S
SO
O
NO
Horizontal
N
NE
E
SE
24 de Agosto
S
SO
O
NO
Horizontal
12
38
36
38
92
146
92
38
38
642
36
38
38
113
187
113
38
38
631
38
38
38
179
276
179
38
38
560
13
38
38
38
38
119
192
119
38
629
38
38
38
40
170
222
116
38
610
38
38
38
67
263
290
122
38
556
Hora solar
14
15
38
35
38
35
38
35
38
35
94
51
268
301
257
385
81
198
569
485
36
35
38
35
38
35
38
35
119
70
296
339
265
390
70
179
550
463
38
35
38
35
38
35
38
35
241
138
377
396
273
393
43
124
501
406
16
32
32
32
32
32
295
439
303
363
32
32
32
32
35
322
444
284
341
29
29
29
29
65
374
439
222
271
Nota. Si la ventana tiene marco metálico hay que multiplicar por 1,17 los valores
indicados en la tabla.
Calculemos ahora la superficie S en metros cuadrados del hueco de la ventana
incluidos el marco y los listones, no sólo la del vidrio.
Consultemos las tablas 5 y 6 por si tuviésemos que aplicar factores de
corrección debidos a la utilización de vidrios especiales o persianas.
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El calor debido a la radiación es sensible lo llamaremos QSR y valdrá:
& = S ⋅R ⋅ f
Q
SR
Por f hemos indicado el producto de todos los factores de corrección a que
hubiera lugar. A veces es difícil conocer con exactitud el valor de estos coeficientes de
corrección para tener en cuenta el efecto atenuador de persianas u otros elementos.
Puede entonces adoptarse un coeficiente pensando en situaciones análogas a las
indicadas en la tabla 6.
TABLA 5. Corrección según el tipo de vidrio.
Tipo de vidrio
Vidrio ordinario simple
Vidrio de 6 mm
40-48
Vidrio
absorbente % 48-56
de absorción 56-70
Vidrio doble ordinario
Vidrio triple
Vidrio de color:
ámbar
rojo oscuro
azul oscuro
verde oscuro
verde grisáceo
opalescente clara
opalescente oscuro
Factor
1
0,94
0,80
0,73
0.62
0,90
0,83
0,70
0,56
0,60
0,32
0,46
0,43
0,37
TABLA 6. Factores de atenuación.
Factor con persiana
Tipo de vidrio
Vidrio ordinario
Vidrio a 6 mm
Porcentajes 40-48%
Vidrio
de
absorbente absorción 48-56%
56-70%
Vidrio doble
Vidrio triple
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Persiana veneciana interior
Color
claro
0,56
0,56
0,56
0,53
0,51
0,54
0,48
Color
medio
0,55
0,65
0,52
0,59
0,54
0,61
0,39
Color
oscuro
0,75
0,74
0,72
0,52
0,56
0,67
0,54
Persiana
veneciana exterior
Color claro
0,15
0,14
0,12
0,11
0,10
0,14
0,12
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Partida A2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y techo
Fíjese que en esta partida decimos radiación y transmisión referida a paredes y
techo. ¿Cómo es posible que pensemos en radiación a través de una superficie
opaca? La explicación es que el calor procedente del Sol calienta las paredes
exteriores de una vivienda o local y luego este calor, revierte al interior. Para calcular
esta partida, hay que aplicar la fórmula:
& = K ⋅ S ⋅ DTE
Q
STR
para cada pared y techo
Este calor es sensible y lo llamaremos QSTR. K es el coeficiente de transmisión
de la pared o techo y se expresa en W/(m2·K) o en kcal/(h·m2·°C); S es la superficie de
la pared (si hay una puerta se incluye la puerta) y la DTE quiere decir diferencia de
temperaturas equivalente. Se trata de un salto térmico corregido para tener en cuenta
el efecto de la radiación. Para hallar la DTE se emplea la Tabla 7, para muros, y la
Tabla 8 para techos.
Como ya hemos dicho, para saber la DTE de una pared, se emplea la Tabla 7:
Se necesita saber:
•
•
•
La orientación del muro o pared.
El producto de la densidad por el espesor (DE) del muro.
La hora solar de proyecto.
Para saber la DTE del techo, se emplea la Tabla 8. Se necesita saber:
•
•
•
Si el techo es soleado o en sombra.
El producto de la densidad por el espesor (DE) del techo.
La hora solar de proyecto.
Este valor de DTE obtenido de las Tablas 7 y 8 no es el definitivo. En la Tabla 9,
en función de la variación o excursión térmica diaria y el salto térmico, se dan unos
valores que sumaremos o restaremos, según el signo, al valor de la DTE que hemos
obtenido antes, este nuevo valor es el definitivo.
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TABLA 7. Diferencia de temperaturas equivalente DTE de muros.
Orientación del
muro
NE
E
SE
S
SO
O
NO
N
DE
kg/m2
100
300
500
700
100
300
500
700
100
300
500
700
100
300
500
700
100
300
500
700
100
300
500
700
100
300
500
700
12
7,4
10,8
8,5
3
17,4
16,9
13,1
5,3
15,2
15,2
8,5
3
11,9
6,4
1,9
1,9
3
0,8
3
3
3
1,9
3
4,2
3
0,8
1,9
3
13
6,9
8,1
8,1
5,3
10,8
10,2
13,8
8,1
14,1
14,1
9,2
5,8
14,7
10,8
4,1
1,9
10,2
4,2
3,6
3
7,4
3,6
3,6
4,7
5,3
3
1,9
3
100
300
500
1,9
-0,3
-0,3
4,2
1,3
0,2
700
-0,3
-0,3
Hora solar
14
6,4
5,3
7,4
7,4
6,4
7,4
13,1
9,7
13,1
13,6
9,7
7,4
16,4
13,1
6,4
1,9
14,1
6,4
4,2
3
10,8
5,3
4,2
5,3
6,4
4,2
1,9
3
15
6,9
5,8
6,4
8,5
6,9
6,9
10,8
10,2
10,2
11,3
10,2
8,1
15,2
13,6
8,1
3,6
16,6
13,1
6,4
3,6
17,5
10,2
5,3
5,3
10,2
5,3
2,5
3
16
7,4
6,4
5,3
7,4
7,4
6,4
9,7
9,7
8,5
9,7
9,7
8,5
14,1
14,1
8,5
5,3
21,9
17,5
7,4
4,2
21,9
14,1
6,4
5,3
13,1
6,4
3
3
5,3
3
0,8
6,4
4,2
1,3
7,4
5,3
1,9
-0,3
0,2
0,8
Nota. Esta tabla es válida (no hay que corregir las DTE) para un ∆t = 8 °C, una ET = 11
O
C, para el mes de julio y para la península Ibérica.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
12
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
TABLA 8. Valores de la diferencia de temperaturas
equivalente, DTE, para techos.
DE
kg/m2
Techo soleado
Techo en
sombra
50
100
200
300
400
100
200
300
12
8,1
8,5
8,5
8,5
8,5
3
0,8
-0,3
Hora solar
13
14
15
13,1
17,5
20,6
12,5
16,4
19,7
12,5
15,2
18,1
11,9
14,7
16,9
11,9
14,1
15,2
4,7
8,4
6,9
2,5
4,2
5,3
0,8
1,9
3
16
23,6
22,5
20,8
19,2
17,5
7,4
6,4
4,2
Ejemplo:
Muro de orientación SE, con DE = 500 kg/m2, a las 14 hora solar, con un salto
térmico de 7 °C y una ET de 14 °C. Hallar la DTE.
En la tabla 7 encontramos 9,7 °C.
En la tabla 9 encontramos -2,5 °C.
DTE = 9,7 - 2,5 = 7,2 °C.
El valor del coeficiente de transmisión K de cada pared es una información que
la debe proporcionar el arquitecto; la podemos encontrar nosotros, pero nos parece
que el cálculo de este término escapa un poco al nivel de este curso y exige, además,
el conocimiento detallado de la composición y espesores de las diferentes capas y
materiales que componen el muro. Si no conocemos el valor exacto de este coeficiente
pueden tomarse los siguientes valores de forma cautelar:
Paredes exteriores .............. K de 1,3 a 1,5 kcal/(h·m2·°C).
Techos exteriores ................ K de 0,8 a 1,0 kcal/(h·m2·°C).
Paredes interiores ............... K de 1,6 a 2,0 kcal/(h·m2·°C).
Vidrio ordinario .................... K = 5 kcal/(h·m2·°C).
Tabique separación ............. K = 2 kcal/(h·m2·°C).
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
13
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
TABLA 9. Corrección de la diferencia de temperatura equivalente, DTE.
Temperatura
exterior
menos
temperatura
interior, ∆t
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Excursión (variación) térmica diaria (ET)
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
75
16
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
-0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-4,5
-3.5
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-5,5
-4,5
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
-6,5
-5,5
-4,5
-3.5
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
-7,5
-6,5
-5,5
-4,5
-3,5
-2,5
-1,5
-0,5
0,5
1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
Partida A3. Calor debido a la transmisión (sólo transmisión) a través de paredes y
techo no exteriores
Si una pared y un techo no son exteriores hay que contarlos aquí. También se
incluyen las superficies vidriadas, ya que en la A1 sólo se ha calculado la radiación y
también tenemos transmisión. Así pues, hay que incluir en esta partida:
•
•
•
•
Paredes interiores.
Techos interiores.
Suelos (siempre son interiores).
Superficies vidriadas y claraboyas.
Las puertas generalmente no se cuentan; su superficie se incluye en la de la
pared. Este calor, que es sensible también, lo llamaremos QST. Se calcula mediante la
expresión:
& = S ⋅ K ⋅∆ t
Q
ST
Donde:
S es la superficie del elemento en m2.
K es el coeficiente global en W/(m2·K) o kcal/(h·m2·°C).
∆t es el salto térmico en °C.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
14
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
Si se trata de una pared o un techo colindante con un local refrigerado, esta
pared o techo no se cuenta. Si son colindantes con un local no refrigerado, el salto
térmico que se utiliza se rebaja en 3 °C. Es preferible utilizar el coeficiente K en
kcal/(h·m2·°C), entonces QST vienen dado en kcal/h, si no, tendríamos que hacer
conversión de unidades.
Partida A4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones
El local que se acondiciona debe estar exento de entradas de aire caliente del
exterior. Sin embargo, cuando se abren puertas o ventanas, o bien a través de las
fisuras, es inevitable que algo de aire exterior entre en el local.
Para valorar la cantidad de aire que entra por las puertas puede utilizarse la
Tabla 10, teniendo presente que el dato obtenido en esta tabla es por puerta y por
persona.
Una vez calculado el valor del caudal total de infiltraciones, Vi, que es igual a:
Vi = valor de la tabla 10 x número de puertas x número de personas. Aplicamos
la fórmula:
& = V ⋅ ∆ t ⋅ 0,29
Q
ST
i
Siendo:
Vi = volumen de infiltración en m3.
∆t = salto térmico en °C.
QST = calor sensible debido a las infiltraciones, viene dado en kcal/h.
Partida A5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local
Las personas que ocupan un local generan calor sensible y calor latente debido
a la actividad que realizan y a que su temperatura (unos 37°C) es mayor que la que
debe mantenerse en el local. Cuando hablamos de las personas que ocupan el local,
nos referimos al número medio de personas que lo ocupan, no a las personas que
pueda haber en un instante determinado.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
15
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
TABLA 10. Aire de infiltraciones en metros cúbicos por
hora (m3/h) por persona y por puerta.
Tipo de local
Bancos
Peluquerías
Bares
Estancos
Pequeños comercios
Tienda de confecciones
Farmacias
Habitación hospital
Sala de té
Restaurantes
Comercio en general
Volumen V, en m3/h por persona y puerta
Sin vestíbulo
Con vestíbulo
13,5
10,2
8,5
6,5
12,0
9,0
51,0
38,0
13,6
10,2
4,3
3,2
11,9
9,0
6,0
4,4
8,5
6,5
4,3
3,2
6,0
4,4
En la Tabla 11 encontramos la información que necesitamos, según la
temperatura del local y el tipo de actividad que realice la gente del local.
TABLA 11. Calor emitido por las personas en kcal/h.
28 °C
Cuadro de
actividad
27°C
26 °C
24 °C
Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente Sensible Latente
Sentado en reposo
45
45
50
40
55
35
60
30
Sentado trabajo
45
55
50
50
55
45
60
40
ligero
Oficinista con
45
70
50
65
55
60
60
50
actividad moderada
Personas de pie
45
70
50
75
55
70
65
80
Persona que pasea
45
80
50
75
55
70
65
60
Trabajo sedentario
50
90
55
85
60
80
70
70
Trabajo ligero taller
50
140
55
135
60
130
75
115
Persona que
camina
Persona que baila
Persona en
trabajo penoso
70
185
75
175
85
170
95
155
55
160
60
155
70
145
85
130
115
250
120
250
125
246
130
230
El valor obtenido en la Tabla 11 bastará multiplicarlo por el número de personas
del local. Esta partida la llamaremos QSP, en kcal/h.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
16
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
Partida A6. Calor generado por la iluminación del local
La iluminación produce calor que hay que tener en cuenta. Si la iluminación es
incandescente, se multiplica la potencia eléctrica de iluminación, en kW, por 860 y
tendremos el calor generado en kcal/h.
Si la iluminación es fluorescente, además, hay que multiplicar por el factor 1,25.
Llamaremos QSIL, a esta partida; así pues:
a) Incandescente QSIL = potencia eléctrica de iluminación x 860.
b) Fluorescente QSIL = potencia eléctrica de iluminación x 860 x 1'25.
En la mayor parte de climatizaciones de viviendas, oficinas o locales similares
no encontraremos las partidas A7(calor generado por máquinas) ni la A8 (cualquier
otra fuente de calor no considerada). Por lo tanto, pasaremos directamente al estudio
de la carga latente.
Cálculo de las partidas latentes
Estas partidas se calculan de la manera siguiente.
Partida B1. Calor latente debido al aire de infiltraciones
Con el mismo caudal de infiltraciones, V¡, obtenido a partir de la tabla 10,
aplicamos la fórmula:
& = V ⋅ (∆ X) ⋅ 0,72
Q
LI
i
Siendo:
V¡ = caudal de infiltraciones en m3/h.
QLI = partida en kcal/h.
∆X = diferencia de las humedades absolutas, en g/kg, del aire exterior del
local menos la del interior del local. Estas humedades absolutas se
obtienen mediante el diagrama psicrométrico, tal como hemos
explicado en lecciones anteriores.
Partida B2. Calor latente generado por las personas que ocupan el local
Esta partida es muy similar a la A5. En la Tabla 11 aparece el dato del calor
latente generado por persona. Bastará multiplicar por el número de personas. Esta
partida la llamaremos QLP, en kcal/h.
Partida B3. Calor latente producido por cualquier otra causa
La partida B3, calor latente producido por cualquier otra causa, tiene el mismo
significado que la A8. Si en un caso determinado tuviéramos en esta partida CARGA
SENSIBLE TOTAL Y LATENTE TOTAL La carga sensible total, QS, será:
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
17
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
& =Q
& +Q
& +Q
& +Q
& +Q
& +Q
&
Q
S
SR
STR
ST
SI
SP
SIL
La carga latente total, QL será:
& =Q
& +Q
&
Q
L
LI
LP
Cálculo de las partidas del aire de ventilación
Estas partidas se calculan mediante las fórmulas siguientes:
Partida A9. Calor sensible procedente del aire de ventilación
Esta partida la designaremos por QSV, en kcal/h y se obtiene aplicando la
fórmula:
& = V ⋅ (∆t ) ⋅ f ⋅ 0,29
Q
SV
V
Donde:
VV es el caudal volumétrico de ventilación en m3/h (recuerde la Tabla 3).
∆t es el salto térmico en °C.
f es un coeficiente de la batería de refrigeración, llamado «factor de bypass».
Partida B4. Calor latente procedente del aire de ventilación
Esta partida es la latente correspondiente al aire de ventilación. Se calcula con
una fórmula análoga:
& = V ⋅ (∆X ) ⋅ f ⋅ 0,72
Q
LV
V
Donde:
QLV es la denominación de esta partida en kcal/h.
VV es el caudal de ventilación en m3/h.
∆X es la diferencia de humedades absolutas (exterior menos interior).
f es el factor de «by-pass» de la batería.
CALCULO DE LAS CARGAS TOTALES
En primer lugar se calculan las cargas efectivas parciales y luego las totales,
como veremos a continuación.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
18
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
Carga sensible efectiva parcial y carga latente efectiva parcial
La carga sensible efectiva parcial, QSEP, es la carga sensible, QS, más la partida
A9, es decir:
& =Q
& +Q
&
Q
SE
S
SV
La carga latente efectiva parcial, QLEP, es la carga latente, QL más la partida B4,
es decir:
& =Q
& +Q
&
Q
LE
L
LV
Hemos utilizado la denominación parcial porque no hemos considerado ningún
factor de seguridad aumentativo.
Carga sensible efectiva total QSE y latente efectiva total QLE
Son las anteriores parciales, aumentadas en un tanto por ciento de seguridad,
con el fin de asegurarnos de haber calculado todas las posibilidades de producción e
ingreso de calor en el local. Es preferible calcular la carga térmica, ligeramente por
exceso que por defecto.
Usualmente se considera de un 5 a un 10 % de aumento. Así pues:
& =Q
& + 0,10 ⋅ Q
&
Q
SE
SEP
SEP
y
& =Q
& + 0,10 ⋅ Q
&
Q
LE
LEP
LEP
HOJA DE CARGA
Con el fin de simplificar y racionalizar los cálculos de la carga térmica, éstos se
disponen en una hoja, donde las partidas se calculan muy fácilmente porque ya vienen
indicados los conceptos que se necesitan, en las casillas correspondientes.
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
19
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
HOJA DE CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN
DATOS GENERALES
m2
Tipo de local:
personas
Total
m3/persona y Ventilación Personas
hora
m3/h
ºC
%
Humedad absoluta exterior
ºC
%
Humedad absoluta interior
ºC
Superficie del local
Ocupación
Ventilación.
Infiltraciones
Temperatura exterior
Humedad relativa exterior
Temperatura interior
Humedad relativa interior
Diferencia temperaturas (∆t)
Mes de cálculo
Hora solar de calculo
Localidad
Excursión térmica diaria
Fluorescente
Iluminación
Incandescente
m3/h
g/kg
g/kg
Diferencia (∆X)
g/kg
Latitud
Grados
h
ºC
kW
kW
RADIACIÓN SOLAR
2
Superficie (m )
Radiación unitaria
kcal/(h·m2)
Factores de
atenuación
Totales
Ventanas
Ventanas
Ventanas
Ventanas
Claraboya
RADIACIÓN Y TRANSMISIÓN (paredes exteriores y techo)
Superficie (m2)
Coeficiente de
transmisión
kcal/(h·m2·ºC)
DTE (ºC)
Totales
Pared
Pared
Pared
Pared
Techo
Techo
TRANSMISIÓN (ventanas, paredes interiores y suelo)
Superficie (m2)
Coeficiente de
transmisión
kcal/(h·m2·ºC)
∆t (ºC)
Totales
Ventanas
Pared interior
Pared interior
Pared interior
Pared Interior
Pared interior
Suelo
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
20
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
INFILTRACIONES
Caudal
m3/h
∆t (ºC)
Total
Aire de infiltración
0,29
VENTILACIÓN
Caudal
m3/h
Factor de
by-pass
∆t (ºC)
Aire de ventilación
Total
0,29
CARGA SENSIBLE INTERIOR
Total
kW
Iluminación incandescente
860
1
Iluminación fluorescente
860
1,25
Calor sensible por Número de
persona kcal/h
personas
Total
Personas
Otras fuentes
CARGA SENSIBLE EFECTIVA PARCIAL
Factor de seguridad: 10%
CARGA SENSIBLE EFECTICVA TOTAL (A)
CARGA LATENTE
Caudal
m3/h
∆X (ºC)
Aire de infiltración
Total
0,72
Caudal
m3/h
∆X (ºC)
Factor de
by-pass
Aire de ventilación
Total
0,72
Calor latente por
persona kcal/h
Número de
personas
Total
Personas
Otras fuentes
CARGA LATENTE EFECTIVA PARCIAL
Factor de seguridad: 10%
CARGA LATENTE EFECTICVA TOTAL (B)
CARGA EFECTIVA TOTAL (A+B)
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
21
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
RESUMEN
La carga térmica es el calor por unidad de tiempo que por diferentes conceptos,
entra o se genera en un local, cuando mantenemos en éste una temperatura inferior a
la del exterior. Se distingue entre carga sensible, y carga latente que es la debida a la
diferencia de humedades entre el exterior y el interior. Tanto la carga sensible como la
latente se calculan teniendo en cuenta los conceptos o partidas que sé detallan a
continuación:
A1 Radiación solar (sensible):
& = S ⋅R ⋅ f
Q
SR
A2 Radiación y transmisión (sensible):
& = K ⋅ S ⋅ DTE
Q
STR
A3 Sólo transmisión (sensible):
& = S ⋅ K ⋅∆ t
Q
ST
A4 Infiltraciones (sensible):
& = V ⋅ ∆ t ⋅ 0,29
Q
ST
i
A5. Personas (sensible):
QSP = calor sensible por persona x número de personas
A6 Iluminación (sensible):
a) Incandescente QSIL = potencia eléctrica de iluminación x 860.
b) Fluorescente QSIL = potencia eléctrica de iluminación x 860 x 1'25.
B1 Infiltraciones (latente):
& = V ⋅ (∆ X) ⋅ 0,72
Q
LI
i
B2 Personas (latente):
QLP = calor latente por personas x número de personas
A9 Calor debido al aire de ventilación (sensible):
& = V ⋅ (∆t ) ⋅ f ⋅ 0,29
Q
SV
V
B4 Calor debido al aire de ventilación (latente):
& = V ⋅ (∆X ) ⋅ f ⋅ 0,72
Q
LV
V
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
22
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
La carga térmica sensible efectiva se obtendrá sumando todas las partidas
sensibles y añadiendo un exceso del 10 % en concepto de seguridad. Igualmente en el
caso de la carga latente efectiva.
EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN
Según lo estudiado en la lección, conteste si son verdaderas (V) o falsas (F) las
afirmaciones siguientes:
1. Entre las condiciones de proyecto para climatizar un local figuran la temperatura y la
humedad relativa medias de la localidad
V
F
2. La diferencia de humedades absolutas entre las condiciones del exterior y las del
interior se llama carga térmica
V
F
3. El calor que desprenden las personas que trabajan en los locales se denomina calor
sensible
V
F
4. La mejor solución para ventilar un local es la de extraer el aire del local, enfriarlo y
volver a introducirlo
V
F
5. La diferencia de temperaturas equivalente se representa con las siglas DTE
V
F
6. La carga latente efectiva parcial y la carga sensible efectiva parcial expresan un
mismo concepto
V
F
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
23
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
7. Una vez calculada la carga latente efectiva conviene aumentarla un 10 %
aproximadamente en concepto de seguridad
V
F
8. Se llama calor sensible al que entra como consecuencia de la diferencia de
humedades
V
F
9. Cuando se calcula el calor debido a radiaciones a través de una ventana solamente
se tiene en cuenta la superficie del vidrio y no la total del hueco
V
F
10. Para calcular el calor debido a la transmisión a través de techos es indiferente que
éstos sean soleados o no
V
F
AIRE ACONDICIONADO 5
CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN
24