f) Volumen requerido en los sistemas de calefacción por aire forzado
A menudo es conveniente calentar edificios con aire. Los
sistemas de calentamiento por aire si bien no son los más eficientes pueden ser
efectivos en costes si se hacen simples o si se combinan con un sistema de
ventilación. Debemos no obstante ser conscientes que debido a la baja capacidad
específica del aire el uso del aire para propósitos de calefacción es muy
limitado. Las cargas térmicas grandes requieren grandes volúmenes de aire
resultando conductos y ventiladores enormemente sobredimensionados.
Donde
- L = Caudal de aire (m3/s)
- Q = Pérdidas de calor del edificio (kW)
- cp = Capacidad calorífica específica del aire - 1.005 (kJ/kgoC)
- ρ = Densidad del aire - 1.2 (kg/m3)
- th = Temperatura del aire de calentamiento (oC)
- tr = Temperatura de la habitación (oC)
Como norma de diseño la temperatura de suministro de calor
estará en el rango de 40 – 50 ºC. El caudal de aire estará en el rango de 1-3
veces el volumen de la habitación.
g) Entradas y salidas de aire en proyectos de ventilación
Cuando trabajamos con procesos térmicos con aire caliente es
necesario prever la entrada y salida del aire de ventilación. Algunos criterios
de diseño son los siguientes:
Entrada
- entradas estarán al menos a 0,15 m sobre el terreno. En áreas con tráfico se colocarán al menos a 5 m.
- Deben colocarse en una posición donde no les influyan las condiciones de viento y de presión.
- Las velocidades de aire en las aperturas de admisión no serán superiores a 2,5 m/s.
Salida
- Las salidas de aire irán a un área sin restricciones.
- Deben colocarse en una posición donde no les influyan las condiciones de viento y de presión.
- La velocidad de aire a la salida no excederá de 3 – 15 m/s.
En la siguiente gráfica vemos la capacidad aproximada que
obtenemos en función del tamaño nominal (cfm es cubit foot per minute y su
conversión puede consultarse aquí).
h) Velocidad del aire en conductos
La velocidad de circulación del aire en los conductos debe
estar convenientemente calculada para disminuir las pérdidas de carga y evitar
el ruido. En la siguiente tabla mostramos valores comunes de velocidad de aire
en conducto en algunas aplicaciones típicas.
Conductos de aire
|
Velocidad del aire
en m/s
|
Conductos
de aire de combustión
|
12-20
|
Entrada de aire en sala de calderas
|
1-3
|
Aire caliente para calentar viviendas
|
0,8-1
|
Tubería de limpieza de vacío
|
8-15
|
Tubería de aire comprimido
|
20-30
|
Conductos de ventilación (hospitales)
|
1,8-4
|
Conductos de ventilación (oficinas)
|
2-4,5
|
En el siguiente diagrama se indica la velocidad y presión
dinámica en conductos de aire.
i) Diagrama de pérdida de fricción en conductos de aire
La pérdida de fricción en los conductos de aire podemos
calcularla a partir del siguiente diagrama. A partir del caudal en m3/s,
y para distintas dimensiones en mm podemos calcular las pérdidas en mm H2O.
e) Aire requerido para quitar la humedad
El aire requerido para quitar la humedad o vapor producido
en un recinto puede calcularse de la siguiente forma:
Donde:
- L = Caudal de aire requerido (kg/h).
- G = Producción de humedad o vapor (kg/h).
- xr = ratio humedad aire de la habitación
- xm = ratio humedad aire de reposición (kgH2O/kg de aire seco).
4. Pérdidas en envolventes
a) Transporte de humedad a través de paredes y techos de los edificios
La humedad fluye de un lado de una pared o techo si la
presión parcial de vapor es más alta en un lado que en otro. La presión de
vapor depende de la humedad relativa del aire.
El flujo de humedad puede expresarse como:
Donde:
- qm= flujo de humedad (kg/sm2)
- p1= presión parcial de vapor (Pa)
- p2 = presión parcial de vapor (Pa)
- Z= Coeficiente de difusión (Pa s m2/kg)
Los coeficientes de difusión para algunos materiales comunes
son los siguientes:
Material
|
Diffusion
Coefficient - Z
|
|
GPa s m2/kg
|
GPa s m2/kg
m
|
|
Láminas de
aluminio
|
5000
|
|
Revestimiento
asfáltico 1
|
150
|
|
Revestimiento
asfáltico 2
|
2000
|
|
Papel
asfáltico, 0.5 kg/m2
|
750
|
|
Papel
asfáltico, 2.5 kg/m2
|
1700
|
|
Hormigón
|
150
|
|
Yeso
|
40
|
|
Vidrio
|
infinite
|
|
Mortero
|
80
|
|
Corcho
|
100
|
|
Papel pintado
|
0.3
|
|
Air en calma
|
5
|
|
Metales
|
infinite
|
|
Lana de roca
|
5
|
|
Polietileno
|
125
|
|
Poliestireno
|
75
|
|
Ladrillo
|
25
|
|
Panel de
yeso, duro
|
500
|
|
Panel de
yeso, blando
|
15
|
|
Pintura de
pared, mate
|
2-5
|
|
Pintura alquídica
|
20 - 40
|
|
Pintura de
aceite
|
10
|
5. Sistemas de agua caliente
a) Cálculo de la evaporación de superficies de agua
La evaporación de agua de una superficie de agua, tal como
un tanque abierto, depende de la temperatura del agua y la temperatura del aire,
la humedad actual del aire y la velocidad del aire sobre la superficie. La
cantidad de agua evaporada se exprese con la siguiente ecuación empírica:
Donde:
- g = Cantidad de agua evaporada (kg/h).
- v = Velocidad del aire por encima de la superficie del agua (m/s)
- A = Área de la superficie del agua
- xs = Ratio de humedad en aire saturado a la misma temperatura que la superficie del agua (kg/kg) (kg H2O en kg de aire seco).
- x = ratio de humedad en el aire (kg/kg) (kg H2O en kg aire seco)
El cálculo de x y xs puede revisarse aquí.
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