Guía para el cálculo de sistemas de aire acondicionado en Yucatán

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Para que un sistema de acondicionamiento de aire pueda considerarse completo, debe poder controlar la temperatura, humedad, calidad y flujo de aire en el interior de un espacio.

Por Guillermo Domínguez.

La infiltración debe de evitarse, ya que cualquier calor latente modificará las condiciones del interior

La elección de un sistema idóneo, que incluya entre sus componentes los dispositivos necesarios para enfriar el aire, calentarlo, humedecerlo o, si es el caso, secarlo, purificarlo, oxigenarlo y difundirlo controladamente en el interior, puede ser sumamente compleja y costosa. Pero, en algunos casos, su uso es primordial para ofrecer un índice adecuado de confort a los ocupantes de un espacio determinado.

Si partimos de este puto, la finalidad de esta guía es la de definir las características térmicas y básicas con las que deberá contar un equipo o una instalación de aire acondicionado a utilizarse en la península de Yucatán, para que, de forma práctica y eficiente, mantenga dentro de los límites de confort la humedad y temperatura en el interior de los edificios comerciales y habitacionales, con el menor costo posible.

Cálculos térmicos
Para lograr la comodidad de los ocupantes de un espacio, es necesario mantener dentro de rangos preestablecidos la temperatura y humedad relativa del aire en el interior, agregando permanentemente una cantidad de aire del exterior suficiente para asegurar la correcta respiración de las personas.

El equipo que se instale para el acondicionamiento del aire deberá tener la capacidad y las particularidades confiables para lograr este objetivo; por lo que es necesario conocer previamente las ganancias térmicas (cargas de calor) sensibles y latentes que inciden en dicho espacio, ya que el equipo deberá compensar esas ganancias con una carga térmica de signo opuesto, enfriando y restándole humedad al aire que se inyectará al espacio acondicionado.

Transmisión
Las cargas térmicas por transmisión son originadas por el diferencial de temperatura entre el exterior y el interior del espacio por acondicionar.

Estas cargas se transmiten a través de los elementos de la construcción, y el flujo de calor transmitido por estos elementos es inverso al coeficiente de su resistencia térmica.

En forma sintetizada y con fines prácticos para nuestros cálculos, consideramos los siguientes elementos de construcción:

Ventanas: Elementos verticales de la construcción que separan el espacio acondicionado del exterior del edificio, encristalados en su totalidad o en gran parte de su superficie
Muros: Elementos verticales de la construcción que separan el espacio acondicionado del exterior del edificio, construidos con tabiques de barro recocido o blocks de concreto, generalmente recubiertos en una o ambas caras
Particiones: Elementos verticales de la construcción, semejantes a las ventanas o paredes, que separan el espacio acondicionado de otros espacios interiores del edificio y no cuentan con acondicionamiento del aire
Entrepisos: Elementos horizontales de la construcción, que separan el espacio acondicionado de otros espacios superiores o inferiores no acondicionados en el edificio, construidos generalmente de concreto. Frecuentemente, se combinan con plafones o acabados de loseta, duelas, alfombras, entre otras
Domos: Elementos horizontales de la construcción, también llamados tragaluces, que separan el espacio acondicionado del exterior del edificio y cuyo componente principal es el cristal
Techos: Elementos horizontales de la construcción, generalmente de concreto, acero, fibrocemento u otros, con o sin aislamientos, combinados con plafones por el interior y algún recubrimiento exterior

El coeficiente de transferencia de calor se calcula con la siguiente fórmula:

U= 1 / 1.416 + k1/x1 + k2/x2 + k3/x3 + k4/x4 + (…) + 1 / 4

(P.A.I.)                                                                    (P.A.E.)

En la cual, 1 / 1.416 corresponde a película de aire interior (P.A.I.) y 1 / 4 pertenece a película de aire exterior (P.A.E.), y  x1, x2, x3, x4, al espesor del elemento, (expresado en pulgadas o fracciones de pulgada), y los valores de k1, k2, k3, k4, etcétera, incumben a la conductividad de cada elemento en btu/h/p2F/pulgada de espesor.

Para calcular las ganancias de calor por transmisión, es necesario multiplicar la superficie (m2) de cada uno de esos elementos por el coeficiente de transferencia de calor (U) de ese elemento y por el diferencial entre la temperatura que pretendemos mantener en el espacio acondicionado y la temperatura del exterior o la del espacio contiguo (∆t), según sea el caso.

Cabe resaltar que, como el coeficiente de transferencia de calor arroja un valor en btu/h/p2F, se debe multiplicar por 10.78 para así utilizarlo en la hoja de cálculo y obtener en btu/h/m2/F.

Para el diseño del acondicionamiento del aire en la República Mexicana, se utilizan generalmente las tablas de “Datos geográficos y de temperaturas”, publicadas por AMERIC, A.C.

Todas estas localidades se encuentran a una altitud muy baja; por lo que, para los cálculos de localidades en la península de Yucatán, se emplea la Carta Psicrométrica a 760 milímetros, columna de mercurio (29.9”), correspondiente a la presión atmosférica a nivel del mar.

Asoleamiento
La forma de calcular las cargas consiste en multiplicar la superficie de cada ventana y muro, en cada una de sus orientaciones, y las superficies de domos y techos por su coeficiente de transferencia de calor, así como por el valor de la energía térmica irradiada hacia ellas.

Los valores de cantidades de calor radiado hacia cada una de las orientaciones en cada hora del día y en varias latitudes se encuentran en los manuales publicados por ASHRAE y algunos fabricantes dentro de la industria.

Otras cargas térmicas que deben ser consideradas son generadas por los ocupantes del espacio, léase calor sensible y calor latente (evaporación de agua), y por el equipo eléctrico de cualquier tipo (iluminación, motores, equipo de oficina).

La entrada de aire exterior (infiltración) debe evitarse rigurosamente, ya que cualquier cantidad de aire caliente y cargado de humedad (calor latente) que penetre modificará inmediatamente las condiciones de comodidad del interior.

Definir criterio de diseño y proyecto
Un btu es la cantidad necesaria para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua, obteniendo la cantidad total requerida en unidades térmicas británicas por horas (btu/h), traducidas a toneladas de refrigeración y con los caudales necesarios de aire pies cúbicos por minuto (cfm). Se selecciona el tipo de equipo, dependiendo de las condiciones particulares para ubicación en azoteas, sótanos y/o cuartos de máquinas, y las características generales del inmueble, para recorrido de la red de tuberías, ductos para distribución de agua y/o aire, así como el tipo de energía disponible y los requerimientos del cliente, las observaciones del ingeniero y/o arquitecto constructor, intercambio de información con otras especialidades relacionadas, como eléctrica, hidráulica, sistema de control inteligente, etcétera; entonces, procederemos a la determinación del tipo de sistema de aire acondicionado, ubicación de equipos y controles, así como su trayectoria mediante un anteproyecto plasmado en planos arquitectónicos, especificando dimensiones, pesos, caudales y todos los requerimientos relativos para sus observaciones pertinentes o la aprobación para la elaboración de un proyecto ejecutivo.
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Nota: El tema de la utilización de la hoja de cálculo puede solicitarse al correo del autor: [email protected]