Diseño de un Sistema de A/A Para un hogar

Diseño de un Sistema de A/APara un hogar

Bachiller: Ramírez José

Miguel C.I.

Profesor:Mata Luis.

Puerto Ordaz, Junio del 2014.

Universidad Nacional Experimental PolitécnicaAntonio José de Sucre

Vice-rectorado Puerto OrdazDepartamento de Ingeniería Mecánica

Cátedra: Aire Acondicionado

Introducción

Este proyecto se basa en la aplicación de los conocimientosobtenidos en la materia refrigeración y A/A, que soncálculo de cargas térmicas, estudio Psicométrico, selecciónde la unidad y Diseño de ductos. Al fin de cumplir con loantes expuesto se ha diseñado un sistema deacondicionamiento de aire para un hogar de 144 mt2 ,ubicado en Puerto Ordaz, urbanización Rio Caura.

Objetivos

Objetivo General

· Diseñar un sistema de refrigeración para un hogarcumpliendo todos requerimientos de comodidad, salude higiene

Objetivos Específicos

· Establecer las condiciones de diseño para elambiente problema.

· Calcular la carga térmica del ambiente problema.· Realizar el estudio psicométrico.· Realizar el diseño de ductos.· Seleccionar el tipo de sistema de refrigeración.· Realizar los planos de distribución del sistema.

Ambiente Problema

norte

V1 V1

V2

V2

V2

P

P

P

P

PP

4 mts

4 mts

4 mts

4.9 mts4.9 mts 2.2 mts

3 mts

V1 = 3x1.5 mtsV2 = 1.5x1.5 mtsP = 2.1x0.9 mtsArmario = 1x2.8 mts

CONDICIONES DE DISEÑO GENERAL

Condiciones de diseño : TExterior: 95 ºF bs , TInterior: 75.2 ºF bs,we = 50%Ubicación : Puerto OrdazRango de variación de temperatura diario promedio: 15ºFUso : Confort generalHorario: 6:30 p.m. - 1:00 p.m. ( 19 horas/día).Materiales : - Techo: Madera con fieltro asfáltico.- Paredes exteriores: Bloques de 15 cm de espesor, acabadopor ambos lados friso de cemento y arena (1/2 pulg.).Altura paredes 3 m. - Paredes interiores: Bloques de 15 cm de espesor, acabadopor ambos lados friso de cemento y arena (1/2 pulg.).- Piso: losa de concreto con cerámica.- Puertas: Madera de 2 pulg.- Vidrios: Tipo ordinario 3 mm. 1 capa.Ocupación: máxima 6 personas; mínima 1 personas.Iluminación: Incandescente. Consideraciones: - El sistema de aire acondicionado opera solo durante 19horas al dia..- Ventanas con persianas interior color oscuro.- Todos los alrededores de la casa están totalmente bajosombra. - La casa del lado este de la casa esta refrigerada.

Determinación del día critico- Pared 1 Sur 21 de diciembre 12:00 m.- Pared 2 Oeste 21 de septiembre – 21 de marzo 4:00 pm.- Pared 3 Norte 21 de junio 4:00 pm.- Pared 4 Este 21 de septiembre – 21 de marzo 10:00pm.

CARGA TERMICA

A1

A2

Pared 1

Pared 2

Pared 3

Pared 4

A3A4

Pared 1 (Sur 21 de diciembre 12:00 m)

- Radiación en ventana Hr=A∗Fs∗FGCS∗FCE

A= 2∗(1.5∗3)=9 m2=98.87 ft2Fs=0.75 (Vidrio ordinario con persiana color oscuro)FGSC= 37 Btu

hr.ft2 (Completamente bajo sombra)FCE= 0.83

Hr=98.87∗0.75∗37∗0.83=2277.22Btu

hr

- Radiación, conducción y conveccion en paredHpared=A∗U∗Dtc

A=(12∗3)−(2∗3∗1.5)−(2.1∗0.9)=25.11 m2=270.282 ft2

U=1∑ R=

1Rpareddebloque+Rfrisointerior+Raireinterno+Raireexterno

=1

1.11+0.2088+0.68+0.3

U=0.472 Btuft2.F.hf

Dtc=(Dt+Lm)k+(78−Tr)+(T0−85)

T0=Tmaaxexterior−Rango diario

2=97−

97−93.42

=95.2 F

K= 0.65 (claro) Lm=4 Dt=9Dtc=(9+4)0.65+(78−75.2 )+(95.2−85)=21.45 F

Hpared=270.282∗0.472∗21.45=2736.44 Btuhr

- Conducción, conveccion en vidrio exteriorHvidrio=A∗U∗Dtc

A= 2∗(1.5∗3)=9 m2=98.87 ft2

U=1.06BtuF.ft2.hr

Dtc=(Dt)+(78−Tr)+(T0−85)=9+(78−75.2)+ (95.2−85)=21.8 F

Hvidrio=98.87∗1.06∗21.8=2284.68 Btuhr

Pared 2 (Oeste 21 de septiembre – 21 de marzo 4:00pm)


A= 2∗(1.5∗1.5)=4.5 m2=48.43 ft2Fs=0.75 (Vidrio ordinario con persiana color oscuro)FGSC= 41 Btu


Hr=48.43∗0.75∗41∗0.82=1221.16Btu

hr


A=(12∗3)−(2∗1.5∗1.5)−(2.1∗0.9)=29.61 m2=318.71 ft2

U=0.472 Btuft2.F.hf

Dtc=(Dt+Lm)k+(78−Tr)+(T0−85)

K= 0.65 (claro) Lm=−1 Dt=18Dtc=(18−1)0.65+(78−75.2 )+(95.2−85)=24.05 F

Hpared=318.719∗0.472∗24.05=3617.97 Btuhr


A= 2∗(1.5∗1.5)=4.5m2=48.43 ft2

U=1.06BtuF.ft2.hr

Dtc=(Dt)+(78−Tr)+(T0−85)=14+ (78−75.2 )+(95.2−85)=27 F

Hvidrio=48.43∗1.06∗27=1386.06 Btuhr

Pared 3 (Norte 21 de junio 4:00 pm)


A= (1.5∗1.5)=2.25 m2=24.21 ft2

Fs=0.75 (Vidrio ordinario con persiana color oscuro)FGSC= 45 Btu


Hr=24.24∗0.75∗45∗0.75=612.81Btu

hr


A=(12∗3)−(1.5∗1.5)−(2.1∗0.9)=31.86 m2=342.93 ft2

U=0.472 Btuft2.F.hf

Dtc=(Dt+Lm)k+(78−Tr)+(T0−85)

K= 0.65 (claro) Lm=8.25 Dt=13Dtc=(13+8.25 )0.65+(78−75.2)+(95.2−85)=26.81 F

Hpared=342.93∗0.472∗26.81=4339.64Btuhr


A= (1.5∗1.5)=2.25 m2=24.21 ft2

U=1.06BtuF.ft2.hr

Dtc=(Dt)+(78−Tr)+(T0−85)=14+ (78−75.2 )+(95.2−85)=27 F

Hvidrio=24.21∗1.06∗27=693.89 Btuhr

Pared 4 (Este 21 de septiembre – 21 de marzo 10:00pm)

H = 0 (por estar refrigerada la casa de al lado)

- Convección y conducción es puertasHpuerta=Apuerta∗Upuerta∗(Te−Tr−5)

A= 3∗(2.1∗0.9)=5.67 m2=61.03 ft2

U=1∑ R=

1Rmadera+Raireinterno+Raireexterno

=12.39+0.68+0.3

U=0.296 Btuft2.F.hf

Hpuerta=61.03∗0.296∗(95−75−5 )=274.58 Btuhr

- Radiación, conducción y convección en techo.

Htecho=A∗U∗DtcA=(12∗12)=144 m2=1550 ft2

U=1∑ R=

1Rmader+Rfieltroasfaltico+Raireinterno+Raireexterno

=11.11+0.285+0.25+0.92

U=0.389 Btuft2.F.hf

Dtc=(Dt+Lm)k+(78−Tr)+(T0−85)

Comparando los días críticos

21 dic S 12m

21 sept –21 mar OE 4 pm

21 jun N 4 pm

21 sept –21 mar E 10 am

Lm 12.25 -1 -1.75 -3K 0.5 0.5 0.5 0.5Dt (F) 44 73 73 20Dtc (F) 41.42 49 48.62 21.5

Htecho (Btuhr) 24974.189 29544.55 29315.42 12963.42

Se elige el mayor que es 29544.55 (Btuhr)

- Convección y conducción en sueloHsuelo=Apiso∗Upiso∗(Twe−Tr−5)

A= 1550 ft2 (Despreciando el espesor de las paredes)

U=1∑ R=

1Rfrisoycemento+Rpeliculadeaire

=10.104+1.22

U=0.75 Btuft2.F.hf

Hsuelo=1550∗0.75∗(95−75.2−5)=17205 Btuhr

- IluminaciónHiluminacion=Apiso∗Filuminacion∗a∗C∗FCE

A= 144 m2Filuminacion=1 (Incandescente)

FCE=1124

=0.458

a=30 wm2

C=3.42 Btuw

Hilu minacion=144∗3.42∗30∗0.458=6766.67Btuhr

- PersonasHs=Mets∗Nºpersonas∗FCE

Mets=255 (de pie, caminando despacio)Nºpersonas=6 FCE=

524

=0.2

Hs=255∗6∗0.2=306 Btuhr

Hl=Metl∗NºpersonasMets=245 (De pie, caminando despacio)Nºpersonas=6

Hl=245∗6=1470 Btuhr

- Aire frescoHs=1.08∗Qa

f∗(Te−Tr)

Qaf

⇒ 20PCMpersonas∗6 personas=120 PCM ∠

0.33PCMft2

∗1550ft2=511.5 PCM

Hs=1.08∗120∗(95−75)=2566.08 Btuhr

Hs=0.68∗Qaf∗(we−wr )

we=139

grlb

wr=64gr

lbHs=0.68∗120∗(139−64 )=6120 Btu

hr

Cuadro resumen de carga termica

Tipo de carga Btuhr

Hsi=∑ hsi∗1.1 80395,33Hli=∑ hli∗1.05 1543,5Hti=Hsi+Hli 81938,83

Hsaf=1.08∗Qa

f∗(Te−Tr) 2566,08

Hlaf=0.68∗Qa

f∗(we−wr) 6120

Htaf=Hsa

f+Hla

f8686,08

Hts=Hsi+Hsaf

82961,41Htl=Hli+Hla

f7663,5

HTT=Hts+Hlt 90624,91Carga termica total en Ton

ref7,55

ESTUDIO PSICROMETRICODatos para la elaboración del estudio Psicrometrico(factores psicrometricos).

SFH=HsiHti

=0.98

GSHF=HtsHTT

=0.91

ESHF=Hs+Hsa

fi

∗BF

Hst+Htaf∗BF

=0.96

, Donde BF =0.2.Con estos valores realizamos la curva de confort y obtenemos del diagrama Psicrometrico los valores de:

Ts = 58 ºF (temperatura de suministro); hs = 22.7 Btu/Lb de aire seco Tm = 78 ºF (temperatura de mezcla); hm = 28.8Btu/Lb de aire secoT adp = 54 ºF (temperatura de rocío)

DISEÑO DE DUCTOS

Calculo del caudal PCM suministro

H si=1.08×PCM sum×(Tr−Ts )

PCMsuministro=Hsi

1.08∗(Tr−Ts)=80395.331.08(75.2−58)

=4327.91 PCM

SISTEMA DE REFRIGERACION

Antes de calcular los ductos, se selecciona la unidad derefrigeración. Con los datos obtenidos se escogió unaunidad compacta marca PEAKE, Modelo PPU Serie C conventilador de hélice, 8 ton con 4500 CPM.

Con el caudal de suministro PCM suministro de 4500 obtenido delos características de unidad compacta, se calcula ladistribución de aire según el porcentaje de área de piso decada ambiente.

Area total = 1550 ft2

PCM A2 = PCM A3 = PCM A4 =210.971550

∗4500=612.5 PCM

PCM A1 = 917.0811550

∗4500=2662.49 PCM

SUMINISTRO

Para el cálculo de ducto de suministro se utilizara elmétodo de igual fricción y la tabla de conversión dediámetro equivalente a secciones rectangulares.

Con una velocidad de ducto principal de 1000 pie/min (5.08m/s) y un caudal de suministro de aire de 4500 pie3/min seobtiene:

- A la salida de la UMA con V=1000 ft

min y PCM suministro =4500 ft3

min (2.12 m3/s); f =0.08.

Dequivalente = 615 mm (24.21“) = Ducto: 22 ” ¿ 22 ”

- Para A1 , f =0.08 y PCM suministro = 2662.49 ft3

min (1.25m3/s) Se obtiene V = 6.1 m/s

Dequivalente = 500 mm (19.68”) = Ducto: 17”x19”

- Para A2 ( A2= A3= A4 ) , f =0.08 y PCM suministro = 612.5 ft3

min

(0.28 m3/s) Se obtiene V = 4.3 m/s


RETORNO

Considerando un 80% de aire de retorno:

Caudal principal PCM suministro = 4500 ft3

min ; PCM retorno =3600 ft3

min

PCM retorno1 = 2662.49∗0.8=2130 ft3

min

PCM retorno 2=3=4 = 612.5∗0.8=490ft

3

min

- En el ducto principal de retorno con V=1000 ft

min y PCM

retorno = 3600 ft3

min (1.69 m3/s); f =0.1

Dequivalente = 510 mm (20.07“) = Ducto: 21 ” ¿ 16 ”

- Para A1retorno , f =0.1 y PCM retorno = 2130 ft3

min (1.005m3/s) Se obtiene V = 6.6 m/s


- Para A2retorno ( A2= A3= A4 ) , f =0.1 y PCM retorno = 490 ft

3

min

(0.23 m3/s) Se obtiene V = 4.4 m/s


Plano de distribución

Suministro

Retorno

Toma deaire

Diseño de un Sistema de A/A Para un hogar

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