Fundamentos de HVAC
Sistemas de agua
Sistemas de agua enfriada
La optimización del precio, la función y la eficiencia del sistema deben
considerar todos los componentes y su interacción. Esto empieza con
el cálculo de la carga. Un punto de ajuste de temperatura flotante en
el área de rango de confort ahorrará energía y reducirá los costos
operativos. Los costos de capital pueden reducirse equilibrando
la selección de enfriadoras, unidades de tratamientoo de aire, los
tamaños de los conductos, etc. Es importante determinar el punto
de operación óptimo que equilibre la selección de la temperatura
del agua de salida de la enfriadora y la batería de refrigeración de la
unidad de tratamiento de aire. Un aumento de temperatura de 1°C
en la temperatura del agua produce aproximadamente un 3% más de
capacidad para la enfriadora y reduce el consumo en un 1.5%. Sin
embargo, la capacidad de la batería se reduce con el aumento de la
temperatura y requiere superficies de intercambio de calor más grandes
(más filas y/o un menor espacio entre las aletas).
Los diseños de sistemas de aire acondicionado normalmente utilizan
temperaturas de agua fría de 5°C a 8°C. Algunos sistemas, como los
techos fríos, pueden usar temperaturas más altas de hasta 14°C o
15°C.Si son necesarias temperaturas de salida inferiores a 4.5°C se
utilizan soluciones de salmuera para evitar la congelación. Este es
especialmente el caso de los sistemas de almacenamiento de hielo
que pueden tener temperaturas tan bajas como -7°C. La capacidad
de refrigeración de una enfriadora aumenta con el aumento de las
temperaturas de enfriamiento. Una diferencia de temperatura, entre el
flujo y el retorno, de 5°C a 8°C es normal.
El volumen del flujo de agua depende de la capacidad de refrigeración
y la diferencia de temperatura del agua refrigerada según la fórmula:
CAPACIDAD FRIGORÍFICA (kW)
Volumen caudal agua
=
(Litros por Segundo)
Densidad (kg/m 3 ) x Calor específico (kJ/kg°C) x Diferencia Temp. °C x1000
Si se eleva la temperatura de salida del agua, es posible que se pueda
seleccionar un tamaño de enfriadora más pequeña.
El flujo de agua resultante debe verificarse de nuevo con las
limitaciones de flujo de la enfriadora. Esto se puede encontrar en la
“Tabla de limitaciones” para cada tipo de enfriadoras o bombas de calor
(los datos no están en este catálogo).
El costo monetario para la batería más grande es comparativamente
pequeño y el ahorro de costos de una enfriadora más pequeña puede
ser considerable.
El aumento de la temperatura de salida del agua enfriada también
aumentará la temperatura de salida de aire de la batería de la unidad
de tratamiento de aire y esto a su vez, puede disminuir la diferencia de
temperatura de suministro y retorno del aire.
Una pequeña diferencia de temperatura logra una baja temperatura
del agua que generalmente permitirá la selección de baterías de
enfriamiento más pequeñas en UTAs y Fancoils. Por el contrario, si el
volumen de flujo de agua es alto, dará como resultado una bomba de
circulación más grande y una mayor caída de presión a través de la
enfriadora y las baterías, con el consiguiente aumento de los costos
operativos. La caída de presión varía según el cuadro de flujo y se define
en la siguiente fórmula:
El volumen de aire está determinado por la siguiente fórmula:
Volumen aire m 3 /s =
H2/H1 = (W2/W1) 2
H1 = Caida de presión kPa a condiciones finales
H2 = Caida de presión kPa a condiciones originales
W2 = Rango de flujo L/s a condiciones finales
W1 = Rango de flujo L/s a condiciones originales
Una menor diferencia de temperatura del aire aumentará el volumen de
aire y, por lo tanto, los tamaños de los conductos y el costo resultante
de los mismo, por lo que es importante tener en cuenta el impacto
total en todos los componentes del sistema de aire acondicionado. Las
temperaturas más bajas del aire de salida reducirán el tamaño de las
unidades para conductos y de tratamiento de aire. También se pueden
usar difusores de aire especialmente diseñados para garantizar que las
temperaturas más bajas del aire de salida no tengan un efecto adverso
en los ocupantes del edificio.
La selección de la diferencia de temperatura óptima es, por lo tanto,
un compromiso entre los costos operativos y el tamaño del equipo
y el costo de capital de dicho equipo. Las diferencias primarias de la
temperatura del agua refrigerada están normalmente entre 5°C y 6°C.
En general, un volumen mínimo de flujo del sistema proporcionará el
sistema más económico tanto en capital como en costos operativos.
Un sistema de aire acondicionado en un edificio comprende una
variedad de componentes, como enfriadoras, unidades de tratamiento
de aire, difusores, conductos, tuberías, controles, etc.
Diseño del sistema de tuberías
En sistemas de aire acondicionado más grandes, generalmente se
recomienda que se utilicen disposiciones de tubería de “retorno
inverso” para garantizar tasas de flujo equilibradas.
CURVAS DE CAPACIDAD ENFRIADORAS
Chiller
PUNTOS
OPERATIVOS
4 Filas
6 Filas
GANANCIA DE CALOR (kW)
Densidad (kg/m 3 ) x Calor específico (kJ/kg°C) x Diferencia temperatura °C
8 Filas
CURVAS CAPACIDAD BATERÍAS
Temperatura del agua o temperatura de evaporación del refrigerante.
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