DETALLES DE INSTALACIÓN DE DUCTOS

DETALLES DE INSTALACIÓN DE DUCTOS

En cualquier sistema de enfriemiento o ventilación, el ventilador o los ventiladores deben tener la capacidad adecuada en cuanto a cantidad adecuada de aire y una presión estática igual o ligeramente mayor que la resistencia total que se tiene en el sistema de ductos. El tamaño de los ductos se escoge para las velocidades máximas de aire que puede utilizarse sin caudar ruidos molestos y sin causar pérdidas escesivas de presión. Los ductos grandes reducen las pérdidas de fricción. Tiene que hacerse un balance económico al hacer el diseño de las instalaciones. En general debe hacerse un trazado de ductos tan directo como sea prosible, evitar vueltas muy agudas y no hay que tener ductos muy desproporcionados. Para un ducto rectangular es buena práctica que la relación del lado mayor al menor sea hasta de 6 a 1 y ésta relación nunca debe exceder de 10 a 1.

A continuación se presentan los principales detalles que se deben conocer acerca de la instalación de ductos, información proporcionada de la SMACNA.

Suministro Típico o Ducto de Retorno

Codos Rectángulares

Codos Rectangulares (continuación)

Ramificaciones División del Flujo

Conecciones de las Ramificaciones

Los Offsets y las Transiciones

Obstrucciones

Instalaciones Remotas de Calentamiento y Enfriamiento

Ductos de Acceso a Puertas y Paneles

Los amortiguadores de volumen - singular tipo del aspa

Los reguladores de tiro multiplicados

El enrejado y las conexiones de registro

Los ductos de la rama del difusor del cielo raso

DifusorLineal

Conección Flexible del Abanico

El tubo de escape del vapor de la máquina de lavar del plato

CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN DUCTOS

PÉRDIDAS EN DUCTOS

FLUJO DE AIRE EN DUCTOS

Los sistemas de ventilación y aire acondicionado distribuyen el aire a través de ductos a relativamente baja presión. Los ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden describirse como dispositivos de alto volumen y baja presión. Se requiere un conocimiento de las presiones en el sistema de ductos para adoptar en forma apropiada un ventilador a un sistema dado para asegurar la entrega de energía de una cantidad adecuada de aire, para equilibrar el flujo en varias partes del sistema.

Dos tipos de pérdida de energía en sistemas de ductos provocan que la presión disminuya a lo largo de la trayectoria del flujo. Las pérdidas por fricción se presentan a medida que el aire fluya a través de accesorios tales como T y Y y por medio de los dispositivos de control de flujo.

Las pérdidas por fricción pueden estimarse utilizando tablas por parte de la American Society of Heating, Refrigering, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) para las condiciones típicas encontradas en el diseño de ductos. Las unidades utilizadas para las diferentes cantidades y las condiciones supuestas se resumen en la Tabla.

Unidades y condiciones para las gráficas de succión

CÁLCULOS DE PERDIDAS EN DUCTOS

DONDE:
CFM = Flujo del aire, ft3/min.
W = Ancho del ducto, ft.
H = Largo del ducto, ft.
V = Velocidad, ft/min.
L = Longitud, ft.
f = Coeficiente de fricción del ducto.
Hf = Pérdidas por fricción, pulg. de agua Hf = (L × f) / 100
Pv = Presión de Velocidad, PV = (V/4005)2
Hv = Pérdidas en los accesorios, HV = C0 × PV
Pt = Pérdidas totales, PT = Hf + Hv

NPSH (Net Positive Suction Heat)

NPSH (Net Positive Suction Heat)

NPSH (Altura Neta Positiva en la aspiración), es la diferencia entre la presión del líquido a bombear referida al eje del impulsor y la tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, se debe conocer el NPSH disponible en la instalación y el NPSH requerido por la bomba.

NPSH disponible: es función de la instalación e independiente del tipo de bomba, se determina por la formula:

donde
ρ es la densidad del líquido en kilogramo por metro cúbico.
Pa es la presión en el nivel de aspiración, en kilogramo por metro cuadrado.
Ha es la altura geométrica de aspiración en metros.
Pca es la pérdida de carga en la línea de aspiración, en metros.
Pv es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en kilogramo por metro cuadrado.

NPSH requerido: es el dato básico y característico de cada tipo de bomba, variable según modelo, tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato facilitar por el fabricante en sus curvas de operación,

donde
Hz es la presión mínima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.a..
es la presión cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la boca de aspiración, en m.c.a. (para Va en m/s).

Recomendaciones para aumentar el NPSH disponible en una instalación:

Disminuir la altura geométrica de la instalación.
Disminuir la temperatura del líquido bombeado.
Disminuir la velocidad de aspiración, aumentando el diámetro de la tubería de aspiración.
Utilizar válvulas en general de bajo coeficiente de fricción.
Utilizar tubería en la aspiración de bajo coeficiente de fricción.

La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un circuito: si la presión en el circuito es menor que la presión de vapor del líquido, éste entrará en ebullición, produciéndose el fenómeno de cavitación, que puede dificultar o impedir la circulación de líquido, y causar daños en los elementos del circuito.

La NPSH disponible debe ser mayor que la NPSH requerida para evitar la cavitación. Las causas más frecuentes de que esta condición no se cumpla son dos:

- Aumento de la pérdida de carga en la línea de aspiración, bien por obstrucción de la tubería, bien por funcionamiento de la bomba con la válvula de aspiración semicerrada.
- Aumento de la presión de vapor del líquido al aumentar su temperatura, por ejemplo si el líquido a bombear se refrigera previamente, y esta refrigeración falla.

Cavitación

Para un correcto funcionamiento de la bomba, es necesario disponer de una presión mínima en la entrada del impulsor, por lo tanto debe cumplirse:
NPSH disponible => NPSH requerido

Cuando la bomba opera con una aspiración excesiva, se desarrolla una presión de succión baja en la entrada de la misma, la presión disminuye hasta que puede crearse un vacio y el líquido se convierte en vapor, si la presión en la tubería es mas baja que la tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo; El flujo del líquido en la bomba desaparece (punto de corte) debido a que se ha alcanzado el límite de la capacidad de aspiración con esta presión de entrada. Cuando la presión de entrada esta a punto de alcanzar el punto de vaporización, las bolsas de vapor forman burbujas en el lado posterior del alabe impulsor, cerca de su base; conforme una burbuja se desplaza del área de baja presión cerca del extremo del álabe la burbuja desaparece, se deshace tan rápidamente que el líquido golpea el álabe fuertemente, a veces con la intensidad de que puede desprender pequeñas partículas del impulsor, el ruido que se oye en el exterior de la bomba durante la cavitación es causado por la explosión de las burbujas de vapor.

Burbujas de vapor dañando el álabe .

Los males comunes causados por la cavitación son picaduras, vibración y ruidos.
Una cavitación severa viene acompañada de ruido excesivo y daños a la bomba, una cavitación moderada puede no producir más que una pequeña reducción de caudal, altura, rendimiento y desgaste prematuro de la bomba.

Para evitar la cavitación podemos definir la condición que tiene que cumplir la presión del sistema en la entrada: pentrada > pvapor. O sea, teniendo en cuenta las presiones:
patmosférica ± psucción – pfricción – pbomba > pvapor, donde psucción es la presión hidrostática ρgh (-para succión, + para succión sobre la bomba ), pfricción expresa la
fricción en la tubería de succión y pbomba la baja de presión generado por la bomba.

CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR U

CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR U PARA UN TECHO DE TEJALIT

El cálculo del coeficiente global U es para un techo de tejalit con entramado de carriolas + cielo raso suspendido+ cámara de aire de 2 ft, para dos tipos de construcciones:

1. Sin aislamiento

2. Con aislamiento R = 14.

Este tipo de cubierta es la ideal para construcciones donde se requiere un gran acabado arquitectónico. Las tejas tienen varias características que son:
· Poseen buena similitud. Esta característica se demuestra por su timbre seco, de sonido claro y metálico y por su color anaranjado oscuro.
· Poseen exactitud en su forma y dimensiones.
· Poseen poca porosidad para una permeabilidad no mayor del 20%.
· Gozan de buena resistencia mecánica.

DEMANDAS DE ENFRIAMIENTOS EN ESPACIO PARA EQUIPOS DE OFICINA

DEMANDAS DE ENFRIAMIENTO EN ESPACIOS PARA EQUIPOS DE OFICINA

Los sistemas de refrigeración en espacios pequeños para edificio de oficinas resultan ser incómodos para los ocupantes cundo se da la carga pico del día. Sin embargo, no se debe malgastar dinero sobredimensionando porque estos sistemas tienen una baja eficiencia de energía y elevan los costos de operación más de lo necesario. Sobredimensionar afecta el confort porque dichos sistemas pueden proporcionar un control pobre de la humedad y una alta variación de temperatura.

Los factores que contribuyen a las cargas de calor del edificio deben ser considerados cuando se dimensiona el sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración del espacio debe ser dimensionado para remover el calor y la humedad para ambas cargas externas (tales como ganancia solar y aire exterior) y cargas internas, iluminación, personas, y equipos.
Para los edificios de oficina, los equipos que usan más energía son las computadoras y equipos relacionados como la impresora, copiadoras y el monitor.
Hay poca orientación disponible para estimar la magnitud de las cargas de los equipos. El estándar 24 del titulo de California, por ejemplo, da 3 formas para calcular cargas de diversos equipos:
1. Usando información actual basado en el uso esperado del edificio
2. Usando datos publicados o información de la fabricación para sociedades técnicas
3. Otros datos basados en las experiencias de diseño y patrones previstos de la ocupación.

Salida de calor real no indicada por Grados De la Placa de identificación
Varios estudios han examinado la relación entre los grados de la placa de identificación y el uso real de la energía. Estas comparaciones muestran que el actual uso moderado de energía es del 20 al 50 % del rango de la placa.
Los rangos de las placas de identificación en equipos eléctricos son mostrados con el fin de que sean usados en el dimensionamiento de los cables eléctricos. Estos rangos no son con la intensión del uso de cálculos de energía o calor real.

Actual demanda de energía: la evidencia

Un número de investigadores de edificios e ingenieros han tomado en tiempo real el uso de la energía de los equipos. Esto es difícil porque a menudo el cableado de los enchufes esta en el mismo circuito que el de la iluminación de arriba. También, los equipos de oficina contienen fuentes de poder que pueden producir los terceros armónicos. Estos pueden ser difíciles de medir pero deben ser incluidos porque contribuyen a la salida de calor.

Ventajas de " Rightsizing”

Las plantas de enfriamiento rightsizing tienen sus ventajas:
· Una planta de enfriamiento dimensionada apropiadamente completa un ciclo con menos frecuencia, manteniendo la temperatura interior constante y proporcionando un mejor control de la humedad.
· El mantenimiento de unidades más pequeñas es más simple y más barato.
· En modificaciones, unidades más pequeñas liberan para arriba la capacidad eléctrica que puede ser utilizada para otras necesidades.

Disminuir las cargas de los equipos

Los nuevos sistemas de la HVAC en edificios comerciales se deben dimensionar para acomodar a las cargas actuales y las cargas futuras. Las cargas futuras de equipos dependerán de la densidad del equipo (el numero de computadoras, impresoras, y otros dispositivos por pie cuadrado), las horas de uso por año para cada equipo, y el uso de la energía para cada equipo.

NUEVA MANERA DE CALCULAR CARGAS DE ENFRIAMIENTO

UN NUEVO METODO PARA CALCULAR CARGAS DE ENFRIAMIENTO

ILUMINACIÓN EQUIPOS Y OCUPANTES

2001 Manual-Fundamentales de ASHRAE, incluye una nueva metodología del cálculo de la carga de enfriamiento llamada el método radiante de la serie de tiempo (RTS).
RTS fue desarrollado por la investigación de ASHRAE, con la meta de la exactitud mejorada mientras que mantenía la capacidad del ingeniero de diseño de aplicar experiencia y el juicio al proceso.

Estimación de cargas de enfriamiento

En cualquier punto en el tiempo la energía puede entrar a un espacio por conducción, convección y radiación por las paredes, techos, pisos y ventanas; por convección y radiación gana desde fuentes internas incluyendo luces, personas y equipos.

La cantidad de energía transferida desde cada una de estas fuentes varía con el tiempo. Las fuentes internasdependen de la ocupación y el uso horario. La energía solar a través de las ventanas depende de la orientación de las ventanas, basándonos en la posición solar en la hora del día y día del año, y un efecto de sombra interior y exterior de los dispositivos. Las paredes y techos transfieren calor variado debido al cambio de horas en la temperatura exterior y la intensidad solar fuera de la superficie. Además, el tiempo hace variar la energía inducida desde varias fuentes, la masa de los materiales de la construcción de edificios y el espacio contenido absorbe y almacena energía por radiación.

Desarrollo del método RTS:
Las metas para el desarrollo del método RTS incluyen:

1.Científicamente se deriva de principios básicos de transferencia de calor;
2.Provee ingenieros que practican con un método fácilmente comprensible;
3.Determina y provee salida para cada fuente de calor en la carga estimada total de enfriamiento;

4.Caracteriza datos en las condiciones que son intuitivas y permiten comparación fácil de elecciones;
5.Permite el uso de ingeniería que el juicio basado en la experiencia; y
6.Realza habilidad para entender el impacto relativo de suposiciones.

El procedimiento general para calcular carga de enfriamiento para cada componente de carga (luces, personas, paredes, techos, ventanas, aparatos, etc.) con RTS es:
1. Calcula 24 horas un perfil de componentes de ganancia de calor para un diseño diario (por conducción, cuenta para conducción retrasada).
2. La división de ganancia de calor dentro de la parte convectiva y radiación.
3. Calculo retrasado de la parte radiante en conversión para carga de enfriamiento.
4. La suma por parte de convección por ganancia de calor y retraso por radiación de ganancia de calor determina la carga de enfriamiento para cada hora por cada componente de carga de enfriamiento.
5. Después de calcular las cargas de enfriamiento para cada componente por hora, la suma de esto determina la carga de enfriamiento total para cada hora y selecciona la hora de carga máxima.

Radiación Retrasada

El método RTS dirige este fenómeno del retraso del tiempo distribuyendo ganancias radiantes de calor sobre el tiempo basado en una “curva” que representa la respuesta de tiempo del espacio. Las construcciones pesadas filtran ganancia de calor fuera de ellas por mucho tiempo, las construcciones livianas responden rápidamente. Los valores numéricos de esta curva son llamados “RTS” Radian Time Series. Esta información se determina por una serie de soluciones simultáneas de ecuaciones básicas de balance de calor para calcular las cargas de enfriamiento para cada hora siguiendo un pulso unitario de ganancia de calor por radiación de un espacio definido.
Las Series de Radiación en el Tiempo son usadas para convertir la porción radiante de la ganancia de calor horaria a cargas horarias de enfriamiento acordando a:

Donde:
Qrθ -la carga que se refresca radiante (Qr) para la hora actual (θ)
qrθ -el aumento del calor radiante para el
qrθ–n -el aumento n del calor radiante hace horas
r1, etc. -factores tiempos radiantes.

El aumento del calor de la conducción a través de las paredes o de las azoteas se puede calcular usando las entradas del calor de la conducción para la corriente y más allá de 23 horas y series de tiempo de la conducción, como:

qθ = c0qiθ + c1qiθ−1 + c2qiθ−2 + c3qiθ−3…+ c23qiθ−23

donde:

qθ es el aumento cada hora del calor de la conducción para la superficie
qiθ = el calor de entrada para la hora actual
qiθ–n = la entrada n del calor hace horas
c0, c1, etc. = factores tiempo de la conducción.

La carga Radiante de enfriamiento para una hora establecida es agregada por la porción convectiva para determinar la carga de enfriamiento total para ese componente a esa hora. La figura muestra el resultado de este proceso para una carga interna.

Cuadro 1: RTS para la zona ligera.
Cuadro 2: RTS para la luz a la construcción pesada.

Conducción Retrasada

El tiempo retrasado también ocurre en la conducción de energía a través de superficies masivas como paredes y techos. La ganancia de calor por conducción ocurre debido a la diferencia entre la temperatura de la superficie exterior y la temperatura interior de paredes y techos. La transferencia de calor por conducción es lenta por la masa de las varias capas de construcción que comprimen la pared o el techo. Estas capas deben absorber la energía conducida ante temperaturas altas y el calor es conducido en la próxima capa. Esto puede ser caracterizado por un retraso “curva” similar a la curva RTS. Los valores numéricos de estas curvas son llamados series de conducción en el tiempo (CTS) para paredes de construcción ligera, la conducción retrasada es relativamente corta mientas las paredes macizas de conducción lenta transfieren el calor por muchas horas.

La ganancia de calor por conducción puede ser determinada desde la entrada de calor a la superficie exterior usando la estimación de tiempo retrasado CTS.
La entrada del calor de la conducción de la pared en el exterior para cada hora del día es definida por la ecuación de la conducción como:

qi =UA (te -trc)

donde:
qi = entrada del calor de la conducción para la superficie
U = coeficiente global de transferencia de calor para la superficie
A = área superficial
te = temperatura del aire de la superficie exterior en una hora particular
trc = temperatura del aire constante del sitio del diseño.

Ilustración de la serie de tiempo de la conducción para una variedad de construcciones de la pared.

Buscando la Carga Máxima
la capacidad de refrigeración máxima usualmente ocurre durante los meses de verano (debido a las condiciones del aire exterior), la cantidad del suministro de aire es determinada por la carga máxima sensible del cuarto, el cual máximo es diciembre por zonas con ventanas hacia el sur (figura ) debido a esto, el cálculo de carga de enfriamiento puede ser hecho para un diseño de 24 horas por cada mes para encontrar la máxima carga para el dimensionamiento de cada elemento del sistema de enfriamiento.

El método RTS, requiere de muchos cálculos repetitivos, por lo que es de suma importancia contar con un computador que me permita obtener los resultados por medio de una hoja de cálculos o un software mediante una programación sofisticada.