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Antecedentes
DISEO DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA UNA SALA DE CINE EN LA CIUDAD DE TRUJILLO
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Determinacin de problema
Hoy en da los locales comerciales; tales como restaurantes, centros comerciales y lugares de esparcimiento; buscan darles a sus clientes un ambiente cmodo confortable para su permanencia all. En el caso particular de una sala de cine la temperatura dentro de la sala es muy importante; la cual segn Norma ISO 7730 nos recomienda ente 23-25 C en verano y 20-23C en invierno; por ello es que las salas de cine necesitan de un sistema de acondicionamiento de aire ya que la temperatura dentro de ella aumenta por factores como su iluminacin, equipos de proyeccin, arquitectura acstica, personas, etc.
Problema general
Cmo mantenemos la temperatura de confort en la sala de cine?
Problemas especficos
Cmo calcular la carga trmica generada dentro de una sala de cine?
Cmo seleccionar el equipo de climatizacin adecuado a instalar en la sala de cine?
Cmo debe ser la colocacin del equipo de aire acondicionado en dicha sala?
Formulacin del problema
Objetivos investigacin
Objetivo general
Disear un sistema de climatizacin del aire en la sala de cine que permita obtener un ambiente de confort.
Objetivos especficos
Determinar la carga trmica generada dentro de la sala de cine.
Seleccionar el equipo de acondicionamiento acorde con las condiciones obtenidas en la sala de cine.
Establecer la colocacin de los equipos y sus correspondientes tuberas dentro de la arquitectura de dicha sala.
VARIABLES E HIPTESIS
Variable dependiente
La Carga trmica.
Variables independientes
Cantidad de personas dentro de la sala
Dimensiones de la sala
Equipos que emiten calor (luminarias, equipo de sonido, proyeccin y pantalla)
Operacionalizacin de las variables
Operacionalizar una variable es simplemente definir la manera en que se observar y medir cada caracterstica del estudio y tiene un sentido prctico fundamental
Hiptesis general
Por medio del clculo de la carga trmica se obtendr la cantidad de calor que hay que extraer al interior de la sala de cine para llegar a las condiciones de confort.
Hiptesis especificas
Mediante el clculo de los calores transferidos en el local y de algunos parmetros de temperatura y humedad se llegara a la obtencin de la carga trmica.
El clculo de la carga trmica nos permitir saber la capacidad del equipo de climatizacin que necesitamos.
Sabiendo cual ser la actividad de las personas en la sala de cine ubicaremos los equipos de acondicionamiento.
METODOLOGA APLICADA
Tipo de investigacin
Segn el objeto de estudio es una investigacin aplicada ya que busca el conocer para actuar, buscando soluciones y utilizando referentes tericos ya existentes para disear un sistema de aire acondicionado.
Diseo de la investigacin
Presentaremos un diseo no experimental ya que es de carcter descriptivo y correlacional.
CICLO DE REFRIGERACION
Conceptos tericos
Trminos bsicos
Temperatura de saturacin: La temperatura a la cual cambia un lquido a vapor o tambin llamado tambin punto de ebullicin o temperatura de ebullicin.
Temperatura de roci: Es la temperatura a la cual la humedad del aire se condensa, manteniendo constante la presin del mismo.
Temperatura del bulbo hmedo (TBH): es la temperatura medida por un termmetro cuyo bulbo se encuentra encerrado en una mecha o saco de tela hmeda.
Temperatura de Bulbo Seco (TBS): Es la temperatura medida por un termmetro ordinario de bulbo seco y es la medida del calor sensible del aire
Humedad relativa (HR): Expresado en porcentaje, es la relacin de la masa de vapor de agua pie cbico de aire, con relacin a la masa de vapor de agua contenido en un pie cbico de aire saturado a la misma temperatura.
Humedad absoluta o humedad especfica (W): es la cantidad de vapor de agua que contiene un aire seco en suspensin y se expresa en libras de vapor de agua por cada libra de aire seco (lbvalbabs )
Abreviaciones empleadas
HVAC: Heating Ventilation and Air Conditioning (Calefaccin,
Ventilacin y Aire Acondicionado)
RITE: Reglamento sobre Instalaciones Trmicas en Edificios
ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros de Calefaccin, Refrigeracin y Aire Acondicionado)
TFM: Trnasfer Function Method (Mtodo de las funciones de transferencia)
TBS: Temperatura de Bulbo Seco
TBH: Temperatura de Bulbo Hmedo
HR: Humedad relativa
UTA: Unidad de Tratamiento de Aire
FCU: Unidad Fan-Coil (Unidad de serpentn-ventilador)
HAP: Hourly Analysis Program (Programa de Anlisis por Hora)
ATEX: Atmsfera explosive (Atmsfera explosiva)
RPH: Renovaciones por hora
P&ID: Process and Instrumentation Diagram, (Diagrama de Instrumentacin y Proceso)
Conceptos tericos
Acondicionamiento
del Aire
Acondicionamiento del Aire
El termino acondicionamiento del aire significa controlar la temperatura, la circulacin, la humedad y la pureza del aire que respiramos y en el que vivimos.
temperatura: calefaccin, refrigeracin.
humedad: humidificacin, des humidificacin.
velocidad: ventilacin mecnica; extraccin del aire.
pureza: filtrado, esterilizado.
Al plantear un sistema de calefaccin o refrigeracin hay que tener en cuenta el tamao del edificio, la superficie total de las paredes y las ventanas, el aislamiento, la diferencia mxima de temperatura entre el exterior y el interior, la importancia de la prdidas y ganancias de calor, para as calcular la carga total de calor o enfriamiento y el tamao de la unidad de calefaccin o refrigeracin que se necesita.
Aplicaciones del aire acondicionado
El uso del aire acondicionado tiene dos motivos:
Mantener la comodidad del ser humano.
Controlar un proceso industrial
Clasificacin de las instalaciones de aire acondicionado
Centrales: Para la circulacin en un grupo compacto en el stano o en una habitacin apropiada de la que parten conductores que llevan el aire acondicionado a las diferentes habitaciones o a los distintos departamentos.
individuales :contenidos todos ellos en un armario de buen aspecto que se coloca en la sala o cuarto de esta, el comedor, el dormitorio o la oficina que se quiere enfriar.
Directas: El evaporador del refrigerante o el serpentn encargado del enfriamiento est colocado en la corriente de aire y est en contacto directo con el aire que hay que emplear en el enfriamiento.
Indirectas: se emplea agua, es ms seguro en las instalaciones grandes, porque el evaporador que contiene en refrigerante qumico no est colocado en el conducto del aire, y si se produce un escape refrigerante este no puede ser arrastrado por la corriente de aire.
Conceptos de aire acondicionado
Es posible calcular en determinadas condiciones, valores promedio de las propiedades psicomtricas del aire en las que el ser humano goza de mximo bienestar, las cuales son:
La temperatura del aire.
La humedad del aire.
El movimiento del aire.
La pureza del aire.
Tipos de equipos
Acondicionador de ventana:
Es un equipo unitario, compacto y de descarga directa. Generalmente se coloca uno por habitacin o, si el local es de gran superficie, se colocan varios segn las necesidades. La instalacin se realiza en ventana o muro. La seccin exterior requiere toma de aire y expulsin a travs del hueco practicado. La dimensin del hueco se tiene que ajustar a las dimensiones del aparato.
Equipos partidos (SPLIT O MULTI-SPLIT):
Son equipos unitarios de descarga directa. Se diferencian de los compactos en que la unidad formada por el compresor y el condensador va al exterior, mientras que la unidad evaporadora se instala en el interior. Ambas unidades se conectan mediante las lneas de refrigerante. Con una sola unidad exterior, se puede instalar una unidad interior (sistema Split) o varias unidades interiores (sistema multi-split). Las unidades disponen de control independiente.
Equipo compacto individual:
Es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisin de aire a travs de rejillas en pared o difusores en techo. Se instala un equipo para todo el conjunto de una vivienda o local. El control es individual por equipo, y se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la habitacin ms representativa, como por ejemplo el Living de una casa. El equipo necesita una toma de aire exterior. Se puede colocar en el cielorraso o en un armario, existiendo modelos horizontales y verticales.
Acondicionador porttil:
Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de una habitacin a otra. Para su instalacin, solo se necesita una abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcn.
Antecedentes
Como parte del Marco Terico, los antecedentes de la investigacin se refieren a la revisin de trabajos previos sobre el tema en estudio, realizados por instituciones de educacin superior.
Los antecedentes pueden ser: trabajos de grado, postgrado, trabajos de asenso, resultados de investigaciones institucionales, ponencias, conferencias, congresos, revistas especializadas.
Diseo del sistema de ventilacin y climatizacin del edificio elctrico de una central de ciclo combinado
Autor: Diego Pilas Hernndez
Universidad: Carlos III de Madrid
Tema Central:
Explicar cmo llevar a cabo adecuadamente el diseo de los sistemas de calefaccin, ventilacin y aire acondicionado (Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) en edificios.
Propsito:
Profundizar en el campo del clculo de cargas trmicas en edificios y en el diseo de sistemas de calor y fro industrial, tratando de aproximar lo ms posible a la realidad en el edificio.
Metodologa aplicada:
Consisti en implementar una serie de fases, las cuales son descritas a continuacin:
Fase de documentacin terica: Recopilacin de la documentacin diversa acerca de los aspectos que se necesitan conocer.
Fase de estudio de las herramientas informticas disponibles: se estudi los programas informticos ms empleados para el diseo de sistemas de calefaccin y aire acondicionado.
Fase de definicin del problema concreto a resolver: En esta fase se estudian y definen claramente cules son las caractersticas del problema que se pretende resolver.
Fase de resolucin del problema y seleccin del sistema HVAC: Se resuelve definiendo los requerimientos de potencia de refrigeracin o calefaccin del edificio, as como el nivel de ventilacin que se debe mantener en las diferentes salas.
Resultados Obtenidos:
Los equipos a instalar y la confeccin del presupuesto de ejecucin del proyecto.
Las caractersticas arquitectnicas juegan un gran papel en el diseo del sistema de climatizacin.
El empleo de herramientas informticas para un mejor clculo del diseo se vuelve algo imprescindible.
Ventilacin de bodega de almacenamiento de producto terminado en una Fbrica de Balanceo
Autor: Jamil Roberto Sanga Chavarria
Universidad: Escuela superior de Guayaquil
Tema Central:
Implementacin de sistema de ventilacin mecnico para una bodega en la cual se almacena el producto terminado de una fbrica de balanceado
Propsito:
Disear un sistema de control automtico que se adopte al sistema de ventilacin, calculndose la ventilacin necesaria basndonos en el incremento de calor.
Metodologa aplicada:
Descripcin y Ubicacin de nuestro lugar de estudio, en este caso la Bodega de Almacenamiento.
Condiciones para el diseo del sistema de ventilacin y control automtico de la bodega.
Tipos de ventilacin a usar basndose en datos experimentales.
Diseo del sistema de ventilacin.
seleccin del equipo de ventilacin.
Resultados Obtenidos:
Con el anlisis ltimo del proyecto se obtuvo datos como los costos directos (detalles de los costos del equipo) y costos indirectos (consumo elctrico, mantenimiento, utilidad, etc.)
La ganancia de calor solar, especificando las horas en que nuestro equipo trabaja ms ya que se produce un aumento de calor en ciertas horas picos variando por la estacin del ao.
DISEO DE UN SISTEMA DE CLIMATIZACIN PARA EL HOTEL ZEUS
Autor: Irma Cristina Lpez Prez
Universidad: Escuela Superior de Chimborazo Ecuador
Tema Central:
Diseo de un Sistema de Climatizacin aplicado en un hotel para el confort humano.
Propsito:
Este anlisis busca optimizar el funcionamiento del Hotel Zeus, con la finalidad de mejorar la calidad de servicio, as como el de brindar un mejor ambiente tanto a huspedes nacionales como extranjeros.
Metodologa aplicada:
Etapa de documentacin terica
Etapa de definicin del problema concreto a resolver:
Etapa de comparacin econmica y seleccin del sistema HVAC:
Resultados Obtenidos:
Los sistemas de climatizacin llegaron a cumplir la normativa indicada de tal forma se cubri el porcentaje de necesidades futuras de los propietarios.
Se pudo disear un sistema agua-aire controlado mediante llaves de relaje permitiendo su utilizacin solo en dormitorios ocupados.
MTODOS Y CLCULOS
Para efectuar la climatizacin de un local es necesario realizar el clculo de la carga trmica del mismo, es decir la potencia trmica que precisa para mantener las condiciones de confort. Una vez hallada la carga trmica procederemos a seleccionar el equipo climatizador adecuado para el local que en nuestro caso sera la sala de cine. Para realizar dicho clculo es preciso obtener al mximo de los siguientes datos:
CARACTERISTICAS DEL LOCAL
a) Plano a escala del local, o las dimensiones principales de largo, ancho y alto. Orientacin del norte.
b) Situacin y dimensiones de ventanas y puertas.
c) Caractersticas constructivas de
paredes exteriores e interiores.
Suelo y techo. Si hay cubierta de teja, terraza, otro espacio, etc.
Ocupacin de los espacios contiguos.
d) Tipo de ventanas, cristal simple o doble, persianas o toldos, si entra o no el sol.
e) Potencia elctrica de los aparatos, iluminacin, motores, cafeteras, etc.
OCUPACIN
La ocupacin es la cantidad de personas que puede haber como mximo en el local.
Por ejemplo, si en el local caben 200 personas, nos generan una demanda de 200 x 130 = 26.000 W.
Ya que cada persona se comporta como una pequea estufa emitiendo un calor de 130 W
USO
El uso del local nos indica el nivel de actividad de sus ocupantes: sentados, de pie, bailando, etc. Cuanta ms actividad hagan los ocupantes, mayor ser el calor que generen.
El uso tambin nos condiciona el caudal de ventilacin necesario, si hay o no fumadores. A mayor ventilacin, mayor carga para el equipo, pues estaremos tirando frigoras a la calle.
Otro factor que se deduce del local es el horario de funcionamiento
- Durante el da, o noche.
- Continuo o intermitente.
El siguiente cuadro muestra un resumen de los datos obtenidos para el calculo de la Carga Trmica y la seleccin de equipo ptimo para dicho local
Seleccin del equipo
TENEMOS UNA CARGA TOTAL DE REFRIGERACIN DE 16.92 que equivalen a 17x12000 = 204000 BTU/.
Tomaremos la decisin de emplear 6 equipos de iguales condiciones (34000BTU/H) y como el caudal de aire necesario para la sala es de 7372.8 m3/h (4339.5 CFM) y cada equipo tendra aproximadamente 723.25 CFM.
Finalmente consultaremos a los productos de la corporacin CARRIER con distribuidor en el Per. Seleccionaremos 6 equipos evaporadores con modelo de entrada FB4 con serie FE4ANF002 cuyas caractersticas principales son:
Rango de caudal 150 - 1200 CFM
Rango de capacidad de enfriamiento 18000 36000 BTU/H
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para este subcaptulo retornaremos al objetivo y llegaremos a la conclusin de que se logr hacer un diseo de un sistema de climatizacin tomando en cuenta diversos factores que intervienen como variables, adems:
Se lleg a determinar la carga trmica mediante mtodos y basndonos en normas ya establecidas.
Se logr hacer un esquema donde se representa la posible ubicacin de los equipos evaporadores, considerando el rgimen de trabajo.
Tomando como referencia los resultados obtenidos, este an puede ajustarse ms, analizando otros detalles que obviamos por las limitaciones. Se recomienda tambin emplear un software de clculo y diseo con el fin de verificar y mejorar los resultados.
MATRIZ DE CONSISTENCIA
Diagrama Presin vs Entalpia