A i y ventilacion

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO Y
VENTILACIÓN FORZADA PARA EL COMPLEJO COMERCIAL-
HABITACIONAL LA ENCRUCIJADA.
Por:
Marcio Antonio Vasconcelos Baptista
Sartenejas, enero de 2007

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR
DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO Y VENTILACIÓN
FORZADA PARA EL COMPLEJO COMERCIAL-HABITACIONAL LA
ENCRUCIJADA.
Informe de pasantía realizado en:
PROMEC Ingenieros, c.a.
Por:
Marcio Antonio Vasconcelos Baptista
Realizado con la Asesoría de:
Tutor Académico: Ing. Hernán Díaz.
Tutor Industrial: Ing. Mario Pérez Canónico.
PROYECTO DE GRADO
Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Mecánico.
Sartenejas; enero de 2007

1
INDICE GENERAL.
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................vi
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................vii
NOMENCLATURA..................................................................................................viii
RESUMEN……………………………………………………………………………...xi
CAPITULO I. INTRODUCCIÓN...............................................................................12
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO. ..........................................................................14
II.1. CLIMATIZACIÓN. .................................................................................... 14
II.2. HUMEDAD ESPECÍFICA Y HUMEDAD RELATIVA ............................. 16
II.3. TEMPERATURA DE BULBO SECO Y TEMPERATURA DE BULBO
HÚMEDO............................................................................................................... 19
II.4. CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE................................................ 20
II.5. CARTA PSICROMETRICA .......................................................................21
II.6. COMODIDAD O CONFORT AMBIENTAL.............................................. 22
II.7. HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN DEL AIRE..................... 27
II.8. TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCÍO. .............................................34
II.9. DIMENSIONAMIENTO Y DISEÑO DE DUCTOS ................................... 35
II.10. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE DENTRO DEL ESPACIO.........................42
II.11. VENTILACIÓN FORZADA...................................................................44
II.11.1. Espacio destinados a sanitarios ............................................................46
II.11.2. Espacio destinado a cocinas .................................................................47
II.11.3. Espacio destinado a estacionamientos ..................................................49
II.12. SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO............................................ 52
II.12.1 Sistema de Agua Helada ..................................................................... 52

2
II.12.2. Sistema de Expansión Directa..............................................................58
II.12.3. Tipos de Refrigerantes a utilizar.............................................................. 62
CAPITULO III. METODOLOGÍA ............................................................................. 65
III.1. CONDICIONES INTERNAS DEL AMBIENTE..................................... 65
III.2. CONDICIONES EXTERNAS Y UBICACIÓN GEOGRÁFICA. ............ 66
III.3. ESPACIOS.............................................................................................. 67
III.3.1. Paredes y ventanas...............................................................................68
III.3.2. Techos expuestos al sol.......................................................................70
III.3.3. Cargas Internas. .................................................................................. 70
III.3.4. Pisos. ..................................................................................................74
III.3.5. Particiones. .........................................................................................76
III.4. SISTEMAS..............................................................................................76
III.4.1. Componentes del sistema....................................................................77
III.4.2. Componentes de la zona......................................................................81
CAPITULO IV. RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS.............................................83
CAPITULO V. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.................................................88
V.1. ANÁLISIS DE LOS AMBIENTES CON MAYOR INFLUENCIA DE
CARGA TÉRMICA................................................................................................ 88
V.2. DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
UTILIZADOS.........................................................................................................95
V.2.1. Sistema de Aire Acondicionado para el Centro Comercial................... 95
V.2.2. Sistema de Aire Acondicionado para el Hotel. .................................... 98
V.2.3. Sistema de Aire Acondicionado para Car´s Center. ........................... 103
V.3. DESCRIPCIÓN DE LA SALA DE MAQUINAS...................................... 105
V.3.1. Sala de Maquinas Centro Comercial.................................................. 105

3
V.3.2. Sala de Maquinas Hotel. ................................................................... 107
V.4. DESCRIPCIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DEL AIRE DISEÑADA. ........ 108
V.4.1. Distribución de aire para el Centro Comercial La Encrucijada:........... 109
V.4.2. Distribución de aire en el Hotel La Encrucijada: ................................ 113
V.4.3. Distribución de aire en Car´s Center La Encrucijada: ......................... 116
V.5. VENTILACIÓN FORZADA..................................................................... 118
V.5.1. Ventilación Forzada en el Centro Comercial La Encrucijada:............. 118
V.5.1.1. Ventilación Sótanos: ...................................................................... 119
V.5.1.2. Ventilación de sanitarios públicos y cuartos eléctricos: .................. 121
V.5.1.3. Ventilación de campanas de cocina y sala de proyecciones: ........... 122
V.5.2. Velocidad Forzada en el Hotel La Encrucijada:.................................. 123
V.5.2.1. Ventilación de sanitarios: ............................................................... 124
V.5.2.2. Ventilación de campana de cocina:................................................. 125
V.5.3. Ventilación Forzada de Car´s Center La Encrucijada: ........................ 126
CAPITULO VI. CONCLUSIONES.......................................................................... 127
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................... 133
ANEXOS.................................................................................................................. 136
Anexo A. Resultados de los Cálculos de Carga Térmica........................................ 136
Tabla A.1. Calculo de carga térmica Centro Comercial La Encrucijada. ............ 136
Tabla A.2. Carga Térmica Hotel La Encrucijada................................................ 138
Tabla A.3. Cálculos de carga térmica Car´s Center La Encrucijada.................... 140
Anexo B. Especificaciones equipos....................................................................... 141
Tabla B.1. Especificaciones de Unidades Enfriadoras de Agua Helada “UEA” del
Centro Comercial La Encrucijada...................................................................... 141

4
Tabla B.2. Especificaciones de Bombas de Agua Helada del Sistema Primario
“BAHP” del Centro Comercial La Encrucijada”................................................ 141
Tabla B.3. Especificaciones de Bombas de Agua Helada del Sistema Secundario
.......................................................................................................................... 141
“BAHS” del Centro Comercial La Encrucijada”................................................ 141
Tabla B.4. Especificaciones de ventiladores Inyectores “VI” del Centro Comercial
La Encrucijada. ................................................................................................. 142
Tabla B.5. Especificaciones de ventiladores Extractores “VE” del Centro
Comercial La Encrucijada. ................................................................................ 143
Tabla B.8. Especificaciones de las Unidades Enfriadoras de Agua “UEA” del Hotel
La Encrucijada. ................................................................................................. 147
Tabla B.9. Especificaciones de Bombas de Agua “BAH” del Hotel La Encrucijada.
.......................................................................................................................... 147
Tabla B.10. Especificaciones de Ventiladores Extractores “VE” del Hotel La
Encrucijada ....................................................................................................... 147
Tabla B.11. Especificaciones de Ventiladores Inyectores “VI” del Hotel La
Encrucijada. ...................................................................................................... 147
Tabla B.14. Especificaciones de Unidades Condensadoras “UC” del Car`s Center
La Encrucijada. ................................................................................................. 150
Tabla B.15. Especificaciones de Unidades Evaporadoras “UE” del Car`s Center La
Encrucijada. ...................................................................................................... 150
Tabla B.16. Especificaciones de Ventiladores Extractores “VE” del Car`s Center
La Encrucijada. ................................................................................................. 150
Tabla B.17. Especificaciones de Ventiladores Inyectores “VI” del Car`s Center La
Encrucijada. ...................................................................................................... 150

5
Anexo C. Planos Instalaciones Mecánicas. ............................................................ 151
Plano IM-C1. Plano Mecánico Sótano 2 Centro Comercial La Encrucijada ....... 151
Plano IM-C2. Plano Mecánico Sótano 1 Centro Comercial La Encrucijada. ...... 152
Plano IM-C3. Plano Mecánico Planta Baja Centro Comercial La Encrucijada. .. 153
Plano IM-C4. Plano Mecánico Planta Mezanine Centro Comercial La Encrucijada.
.......................................................................................................................... 154
Plano IM-C5. Plano Mecánico Planta Techo Centro Comercial La Encrucijada. 155
Plano IM-C6. Plano Mecánico Planta Techo Centro Comercial La Encrucijada. 156
Plano IM-C7. Plano Mecánico Sótano 1 Hotel La Encrucijada. ......................... 157
Plano IM-C8. Plano Mecánico Planta Baja Hotel La Encrucijada. ..................... 158
Plano IM-C9. Plano Mecánico Planta Tipo Habitaciones Hotel La Encrucijada. 159
Plano IM-C10. Plano Mecánico Planta Piso 5 Hotel La Encrucijada.................. 160
Plano IM-C11. Plano Mecánico Planta Techo Hotel La Encrucijada.................. 161
Plano IM-C12. Plano Mecánico Planta Techo Hotel La Encrucijada.................. 162
Plano IM-C13. Plano Mecánico Planta Baja Car´s Center La Encrucijada. ........ 163
Plano IM-C14. Plano Mecánico Planta Mezanine Car´s Center La Encrucijada. 164
Plano IM-C15. Plano Mecánico Planta Techo Car´s Center La Encrucijada....... 165

6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Requerimientos mínimos de ventilación para determinados ambientes........... 24
Tabla 2. Velocidades máximas recomendadas para sistemas de ductos de baja
velocidad. ................................................................................................................... 40
Tabla 3. Relación entre NC PCM y Velocidad en el cuello.......................................... 41
Tabla 4. Niveles de ruido recomendados para difusores rectangulares. ........................42
Tabla 5. Número de cambios de aire por hora, según el uso del ambiente....................44
Tabla 6. Rata de ventilación y porcentaje de vehículos en marcha, según el número total
por piso.......................................................................................................................48
Tabla 7. Rata de ventilación por área de piso, según número de vehículos...................48
Tabla 8. Valores de Coeficiente Global de Transferencia “U” y Factor de Sombra......84
Tabla 9. Carga Térmica global para cada edificación................................................... 85

7
LISTA DE FIGURAS.
Figura 1. Carta Psicrométrica......................................................................................19
Figura 2. Carta Temperatura Efectiva..........................................................................21
Figura 3. Esquematización de un proceso de humidificación típico .............................26
Figura 4. Proceso de enfriamiento y deshumidificación en una carta psicrométrica. .... 30
Figura 5. Proceso típico de acondicionamiento del aire en verano. .............................. 32
Figura 6. Esquematización del proceso de funcionamiento de un Sistema de Agua
Helada ........................................................................................................................ 51
Figura 7. Esquematización del proceso de funcionamiento de un Sistema de Expansión
Directa........................................................................................................................57
Figura 8. Diagrama de Mollier, Presión Vs. Temperatura para un sistema de Expansión
Directa........................................................................................................................60
Figura 9. Introducción de datos referentes a paredes, ventanas y puertas exteriores. .... 67
Figura 10. Introducción de datos referentes a cargas internas.......................................70
Figura 11. Introducción de datos referentes a Pisos de la edificación...........................72
Figura 12. Introducción de datos referentes al ventilador de suministro.......................77
Figura 13. Introducción de datos referentes a las características del termostato............80

8
NOMENCLATURA
A: Área de superficie.
ADP: Temperatura del punto de rocío.
BAH: Bomba de Agua Helada.
c/h: Cambios por hora.
Cv: Capacidad de Flujo.
D: Diámetro.
DRS: Difusor Regulable de Suministro.
DLRS:Difusor Lineal Regulable de Suministro.
f: Rugosidad de la superficie interior del ducto.
FC: Fan Coil.
FCS: Factor de Calor Sensible.
GPM: Flujo de agua que circula por las tuberías.
GPMT:Flujo de agua que circula por las tuberías por toneladas.
GPM2: Flujo de agua que circula por la salida de la válvula.
H: Altura entre campana y cocina.
hf: Entalpía del vapor de agua.
hp: Altura de piso a plafón.
h1: Entalpía del aire a la entrada de la unidad.
h2: Entalpía del aire a la salida de la unidad.
JF: Junta Flexible.
L: Longitud.
MA: Masa Global del aire.
MA1: Masa global del aire a la entrada de la unidad.
MA2: Masa global del aire a la salida de la unidad.

9
Ma: Masa del aire seco.
Ma1: Masa de aire seco a la entrada de la unidad.
Ma2: Masa de aire seco a la salida de la unidad.
Mb: Masa del aire que no entra en contacto con el serpentín.
Mw: Masa total de agua en el aire.
Mw1: Masa total de agua a la entrada de la unidad.
Mw2: Masa total de agua a la salida de la unidad.
n: Número de vehículos estacionados.
P: Perímetro de la campana de cocina.
Pa: Presión parcial del aire seco.
Pw: Presión parcial del vapor de agua.
Pws: Presión parcial del vapor de agua a saturación.
P2: Presión a la salida de la válvula.
PCM: Pies cúbicos por minuto.
PPM: Pies por minuto.
Q: Calor.
QA: Caudal de aire.
QL: Calor Latente.
QP: Caudal a extraer por piso.
QS: Calor Sensible.
QT: Calor Total.
q: Calor por unidad de masa.
Ra: Constante Universal para aire seco.
Rw: Constante Universal para vapor de agua.
RRR: Rejilla Regulable de Retorno.

10
RRS: Rejilla Regulable de Suministro.
RRAF:Rejilla Regulable de Aire Fresco.
T: Temperatura del Sistema.
Te: Temperatura del ambiente exterior.
Ti: Temperatura del ambiente interior.
U: Coeficiente Global de transferencia de calor.
UC: Unidad Condensadora.
UE: Unidad Evaporadora.
UEA: Unidad Enfriadora de Agua.
UMA: Unidad Manejadora de Agua.
V: Volumen total del Sistema.
VA: Válvula Automática.
VE: Ventilador Extractor.
VI: Ventilador Inyector.
V.P: Velocidad de Presión.
v: Velocidad.
W: Humedad específica o relación de humedad.
W1: Humedad específica a la entrada de la unidad.
W2: Humedad especifica a la salida de la unidad.
w: Ancho de la Campana de cocina.
Φ: Humedad Relativa.
∆P: Pérdida por fricción en ductos.
∆T: Diferencia de temperaturas de entrada y salida.

11
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Diseño de los sistemas de aire acondicionado y ventilación forzada para el
complejo comercial-habitacional La Encrucijada.
Presentado Por: Marcio Antonio Vasconcelos Baptista.
Asesoría de: Ing. Mario Pérez Canónico y Prof. Hernán Díaz.
RESUMEN
La finalidad del proyecto consistió en el diseño y distribución del sistema de aire
acondicionado y ventilación forzada, para un conjunto comercial-habitacional ubicado
en La Encrucijada, Edo. Aragua. Dicho conjunto consta de tres (3) edificaciones, un
centro comercial, un hotel y un centro de servicios para automóviles.
Se realizaron los cálculos de carga térmica de cada edificación, en base al programa de
cálculo Carrier “Hourly Analysis Program 4.22a”. Luego, se seleccionó, diseño y ubicó
los equipos, sistemas de ducterias, terminales, etc.; tanto para aire acondicionado como
para ventilación forzada de cada edificación.
Los sistemas de aire acondicionado y ventilación garantizan el confort térmico para todos
los individuos que trabajan, viven o circulan por esas zonas. Mientras más confortable este
una persona en su trabajo u hogar, mayor será su rendimiento, tanto a nivel laboral como a
nivel social.

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CAPITULO I. INTRODUCCIÓN
Diariamente, el aire acondicionado y la ventilación forman parte de nuestras vidas, bien
sea en un centro comercial, en el área de trabajo o en nuestras propias viviendas.
Siempre hacemos uso de ellos sin detenernos a pensar de todo el trabajo que trae
consigo diseñar dichos sistemas. Actualmente, es inconcebible realizar la construcción
de un edificio sin prever las instalaciones de aire acondicionado.
Numerables estudios han comprobado que la eficiencia de los trabajadores aumenta
considerablemente si se encuentran en un ambiente con condiciones de humedad y
temperatura confortables. Igualmente, las personas prefieren constantemente
encontrarse en ambientes agradables térmicamente (climatizados); hoy día ninguna
persona gustaría de ir a ver una película en una sala de cine que no posea aire
acondicionado, al igual que no le gustaría pasear en un centro comercial cuyo sistema
de refrigeración este descompuesto; y mucho menos le gustaría permanecer en un hotel
cuyas habitaciones únicamente posean ventilación forzada.
Ahora bien, desde mediados del año pasado se planteo la posibilidad de construir un
complejo comercial-habitacional en La Encrucijada, Edo. Aragua; este complejo se
proyecto para agrupar tres (3) edificaciones; un Centro Comercial, un hotel y un centro
de servicios para automóviles.
Las condiciones climáticas de La Encrucijada, arrojan temperaturas y humedades
elevadas a lo largo de todo el año, por esto y por las razones antes expuestas de confort

13
y comodidad humana es obligatoriamente necesario el diseño de los sistemas de aire
acondicionado y ventilación forzada para este complejo comercial-habitacional.
Por lo tanto, los alcances de este proyecto son la definición de un sistema de aire
acondicionado para cada uno de los edificios; selección del sistema y equipos de
enfriamiento; selección de unidades de tratamiento de aire; diseño y distribución del
sistema de ductería, de las unidades y equipos antes escogidos; ventilación de todos
aquellos recintos que no posean ventilación natural, tales como: sanitarios, cocinas,
sótanos, etc.
A lo largo del proyecto, encontraremos conceptos básicos que son necesarios de
manejar cuando se desea diseñar un sistema de climatización; se estudiarán diferentes
procedimientos y sistemas de acondicionamiento; al igual que se estudiarán las normas
que se deben tener siempre en cuenta al momento de diseñar, tanto para aire
acondicionado como para ventilación forzada. Luego se explicará la metodología a
seguir para realizar los cálculos de carga térmica; y por último se tabularán los
resultados, acompañados de una extensa explicación y discusión de los mismos.
Es importante que se tenga siempre presente que el diseño de estos sistemas debe
realizarse de manera minuciosa y detallada, de manera que sea posible ahorrar grandes
costos de instalación y de producción. Así que se recomienda seguir detalladamente
cada uno de los pasos que se mencionen en este proyecto.

14
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO.
II.1. CLIMATIZACIÓN.
Alrededor del concepto de aire acondicionado han surgido numerosos conceptos y
definiciones que están estrechamente ligados a esta palabra. Generalmente se tienden a
mezclar conceptos como refrigeración, acondicionamiento, climatización, entre otros
con la definición de aire acondicionado. Cada concepto tiene su propia definición la
cual es fácilmente relacionada con aire acondicionado por lo que es posible obtener una
definición de aire acondicionado muy bien sustentada combinando todas estas
definiciones.
La refrigeración se puede definir como el proceso de extracción de calor de un
determinado lugar. Los principios básicos de la refrigeración data de la época de los
egipcios, los cuales trasladaban los enormes bloques de piedra del palacio del faraón al
desierto del Sahara, durante horas de la noche, donde se alcanzan temperaturas bastante
bajas, luego los trasladaban nuevamente al palacio y de esta manera disminuían las
temperaturas interiores del mismo. Se considera que en el palacio se disfrutaban de
temperaturas de alrededor de los 300,15 K (27 ºC), mientras que la temperatura
ambiente era de 327,15 K (54 ºC).
En la refrigeración se aprovechan las diferencias de temperaturas existentes entre dos
ambientes diferentes. Muchas veces se llama refrigeración simplemente a mejorar la
disipación de calor; la ventilación forzada puede ser un método de refrigeración, ya que
ayuda a sustituir el aire caliente o viciado por aire fresco.

15
Pero, la refrigeración solo se encarga de crear condiciones de confort disminuyendo o
aumentando la temperatura del ambiente. Cuando adicionalmente se requiere controlar
la temperatura del ambiente, hay que controlar otras variables tales como la humedad y
limpieza del aire ya se esta entrando en el concepto de climatización.
Por lo tanto una definición más precisa y completa de lo que es el acondicionamiento
del aire puede ser: “(…) todo proceso que consiste en el tratamiento del aire para
regular las condiciones en cuanto a la temperatura (calefacción y refrigeración);
limpieza del aire (renovación) y humedad de un determinado ambiente (...)” (Ref. 11).
Es decir, climatización y aire acondicionado son dos palabras que van continuamente de
la mano en todo momento; de ahora en adelante cuando se haga mención a la palabra
climatización, se estará haciendo referencia al concepto de aire acondicionado.
En países del trópico como Venezuela, se tiende a pensar en aire acondicionado como
sistemas de refrigeración que ayudan a disipar el calor y disminuir la temperatura y la
humedad del espacio. Lo cierto es que, como se mencionó en la definición anterior, el
acondicionamiento del aire puede utilizarse para exactamente lo contrario, y seguir
considerándose aire acondicionado; ya que se están controlando las tres variables ya
mencionadas.
Actualmente la climatización es un aspecto primordial a tener en cuenta en toda
edificación. El confort humano se ha convertido en tarea primordial desde el momento
que se comienza a diseñar cualquier tipo de estructura. Para lograr que determinado
ambiente llegue a tener unas condiciones adecuadas para el uso humano, inicialmente se
debe realizar un análisis minucioso de la carga térmica que se maneja en el ambiente;

16
entendiendo como carga térmica a la cantidad de energía que se debe vencer en un
determinado recinto, para poder mantener condiciones de temperatura y humedad que se
consideren de “confort”.
Pero, antes de continuar avanzando más en el proyecto se deben de repasar algunos
conceptos para el mejor entendimiento del significado de la climatización.
Primordialmente, se debe recordar que se entiende por humedad específica y humedad
relativa y como influyen en la vida diaria.
II.2. HUMEDAD ESPECÍFICA Y HUMEDAD RELATIVA
El aire húmedo que encontramos en el ambiente, está compuesto por una porción de aire
seco y una porción de agua, bien sea en estado de vapor o líquido en suspensión. Se
puede definir a la humedad específica o relación de humedad como la cantidad de agua
que contiene una determinada masa de aire (aire seco y vapor de agua). Es decir:
A
w
M
M
W = (1)
W = Humedad específica o relación de humedad.
Mw = Masa total de agua del aire.
MA = Masa global del aire.
Cuando el aire presenta líquido en suspensión significa que la masa de vapor de agua ha
sobrepasado su punto de saturación, para entrar en un punto de sobresaturación, donde
el vapor de agua comienza a condensarse. Esos estados de sobresaturación del aire no
son deseados cuando se requiere acondicionar un recinto.

17
El otro de los conceptos que se debe recordar se refiere a la humedad relativa del aire en
el espacio circundante. Como se dijo anteriormente, el aire es una combinación de agua
más aire seco; tanto el agua (generalmente en estado de vapor), como el aire seco
poseen presiones parciales determinadas, que se pueden definir como Pw, para la presión
parcial del vapor de agua y Pa para la presión parcial del aire seco. La presión total del
aire no es más que la suma de estas dos presiones. La humedad relativa se puede
expresar por la siguiente ecuación:
ws
w
P
P
=φ (2)
Φ = humedad relativa
Pw = Presión parcial del agua
Pws = Presión parcial del agua a saturación
De la ecuación se puede deducir que la humedad relativa no es más que la cantidad de
agua o vapor de agua que contiene el aire con respecto a la máxima cantidad de vapor
de agua que pudiese contener sin condensar a la misma temperatura.
Esta definición de humedad relativa es necesaria tenerla muy clara ya que es de vital
importancia en los cálculos de carga térmica, al momento de definir las condiciones de
diseño y confort que se desean dentro del lugar a climatizar. Más adelante, después de
explicar varios conceptos que se deben tener en cuenta, se mencionará el tema del
confort térmico.

18
La humedad específica y la humedad relativa son dos términos que trabajan
continuamente en conjunto. Tratando al aire como un gas ideal, y aplicando la ecuación
de estado para el aire seco y para el vapor de agua que contiene el aire se tiene:
TR
VP
M
w
w
w
×
×
= (3)
TR
VP
M
a
a
a
×
×
= (4)
Donde:
Ma = Masa del aire seco.
Pa = Presión parcial del aire seco.
Ra = Constante Universal para el aire seco.
Rw = Constante Universal para el vapor de agua.
T = Temperatura del sistema.
V = Volumen del sistema.
Dividiendo 3 entre 4 se obtiene:
aw
wa
PR
PR
W
×
×
= (5)
Se conoce que la relación Ra/Rw es igual, para el caso del aire, a 0,622. Por lo tanto la
ecuación final es la siguiente:
a
w
P
P
W ×= 622.0 (6)
Combinando la ecuación 2 con 6, resulta una relación directamente proporcional entre
la humedad específica y la humedad relativa, de la siguiente forma:

19
ws
a
P
PW
×
×
=
622.0
φ (7)
II.3. TEMPERATURA DE BULBO SECO Y TEMPERATURA DE BULBO
HÚMEDO
Existen dos temperaturas que son necesarias manejar continuamente y por ende se debe
tener claro la definición de cada una. La temperatura de bulbo seco y la temperatura de
bulbo húmedo del aire. Simplemente, la primera de ellas se define como la temperatura
que marca el termómetro de bulbo seco cuando se hace pasar por él una corriente de aire
cualquiera. Este proceso de medición es sumamente sencillo, y la temperatura arrojada
se considera la temperatura del aire.
Mientras que, cuando se refiere a temperatura de bulbo húmedo, ya es un poco más
complicado el proceso de medición, no es la finalidad de este proyecto explicar los
diferentes métodos de medición, por lo que no se harán detalles en dicho aspecto. La
definición más comúnmente encontrada en los libros de texto y que se utilizará en este
proyecto para la temperatura de bulbo húmedo se refiere a aquella temperatura que da
un termómetro a la sombra y con su bulbo envuelto en una mecha de algodón húmedo
bajo una corriente de aire. Esta temperatura se utiliza para dar una idea de la sensación
térmica; o en psicrómetria para calcular la humedad relativa.
Con estos dos parámetros de temperatura se puede definir completamente el estado del
aire; siempre y cuando se trabaje a una misma presión, generalmente 98066,5 Pa (1
atm). Más adelante se explicará como se pueden definir estos parámetros y que
herramientas se utilizan para hacerlo.

20
II.4. CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE
Ahora bien, cuando se pretende climatizar una determinada área se debe conocer y
manejar los significados correspondientes a calor sensible y calor latente,
continuamente se estarán trabajando con ellos, y se verán la influencia que tiene uno u
otro dentro de la carga térmica a calcular.
El primero de estos términos, el calor sensible, representa la fracción de calor necesaria
para llevar el aire de una determinada temperatura a otra temperatura (sea mayor o
menor). El calor sensible no implica ningún cambio en el contenido de humedad del
aire; es decir, cuando un cuerpo cede o absorbe calor no existirá cambio alguno en su
estado.
Mientras que el calor latente, representa la fracción de calor que se emplea en modificar
la humedad específica desde un determinado valor a otro. Calor latente o calor de
cambio de estado, es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de
sólido a líquido (calor latente de fusión) o de líquido a gaseoso (calor latente de
vaporización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se devuelve la
misma cantidad de energía.
Latente en latín quiere decir escondido, y se llama así porque, al no cambiar la
temperatura durante el cambio de estado, a pesar de añadir o retirar calor, éste se
quedaba escondido.

21
II.5. CARTA PSICROMETRICA
La carta psicrométrica es una herramienta de vital importancia al momento de diseñar
sistemas de aire acondicionado. La carta psicrométrica muestra las propiedades del aire
(mezcla aire seco y vapor de agua) en forma gráfica. La figura 1, muestra una versión
simplificada de una carta psicrométrica que se explicará lo más detalladamente posible.
Figura 1. Carta Psicrométrica
La carta psicrométrica básica es una gráfica de la relación de humedad absoluta
(ordenada) en función de la temperatura de bulbo seco (abscisa) y como parámetros la
humedad relativa, la temperatura de bulbo húmedo y la entalpía de la mezcla por masa
de aire seco. Generalmente, las cartas psicrométricas se manejan a una presión
constante, que en el caso de este proyecto será 98066,5 Pa (1 atm). Teniendo fija la
presión de trabajo, se pueden trazar sobre la carta líneas de humedad relativa y de
temperatura de bulbo húmedo constantes; porque para una determinada temperatura de

22
bulbo seco están fijas la presión total y la humedad específica, la humedad relativa y la
temperatura de bulbo húmedo.
La mayoría de las cartas psicrométricas proporcionan la entalpía de una mezcla de aire y
vapor por kilogramo de aire seco. Las líneas de entalpía constante son paralelas a las
líneas de bulbo húmedo; este hecho radica en que la temperatura de bulbo húmedo es
esencialmente igual a la temperatura de saturación adiabática.
II.6. COMODIDAD O CONFORT AMBIENTAL
En la carta picrométrica que se muestra en la figura 1, también indica la zona de
comodidad para el ser humano (marcada con una sombra gris). Se puede definir
comodidad o confort ambiental como un estado de satisfacción del ser humano, respecto
al medio en el que vive (Néstor Quardi). Pero ese estado de satisfacción depende de
cuatro (4) factores primordiales que deben manejarse cuidadosamente y en conjunto;
estos son:
a) Temperatura del aire
b) Humedad del aire
c) Movimiento del aire
d) Pureza del aire
Estos factores varían mucho dependiendo de cada individuo, de la actividad física que
se realice, de la estructura física del ambiente, del tipo de vestimenta que se utiliza,
inclusive del estado psicológico del individuo. Para poder establecer estándares de

23
temperatura, humedad, movimiento y pureza del aire se ha creado una carta llamada “La
Carta de Temperatura Efectiva”; la cual busca encontrar una relación entre temperatura,
humedad y movimiento del aire (factores que influyen en la pérdida de calor del
cuerpo); a fin de que produzcan la mayor comodidad posible en el mayor número de
personas.
Se entiende por temperatura efectiva al índice empírico del grado de calor que percibe
una persona cuando se expone a varias combinaciones de temperatura, humedad y
movimiento del aire.
Figura 2. Carta Temperatura Efectiva.

24
La figura 2, muestra un ejemplo de la carta de temperatura efectiva, para velocidades
entre (7,6 a 12,7)x10-2
m/s (15 a 25 pies por minuto). En la carta se puede observar que
para un mismo valor de temperatura efectiva se pueden tener valores de humedad
relativa desde 0 hasta 100 % e igualmente el movimiento del aire puede variar desde
lento hasta elevadas velocidades. Es en este punto donde debe introducir los criterios y
las normas con que trabajan los proyectistas de este campo. Un ambiente con una
humedad excesiva causa transpiración en las personas y por ende malos olores; mientras
que un ambiente con muy poca humedad puede causar una sensación de resequedad en
la piel, boca y nariz. Por lo tanto es necesario, al momento de utilizar esta tabla,
controlar y establecer adecuadamente los valores de humedad y movimiento del aire.
En la carta también se puede observar el porcentaje de personas que se sienten cómodas
con una determinada combinación. Según estudios realizados por ASHRAE, “American
Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers”, siempre habrá un
porcentaje de personas incómodas, pero las normas de comodidad siempre abarcan a la
mayoría de las personas que allí residen.
Se recomienda cuando se esta diseñando un sistema de aire acondicionado, trabajar con
temperaturas efectivas de 293,15 a 297,6 K (68 a 76 ºF), como máximo; las
temperaturas de bulbo seco recomendadas deben variar desde 294,82 a 302,6 K (71 a
85 ºF) con humedades relativas entre 40 y 60 % como valor máximo. Estas condiciones
son para diseñar en verano.
Estos valores son estándares, siempre es recomendable hacer un estudio minucioso de
todos los factores que pueden incidir como lo son: los ocupantes, la actividad que

25
realizan, el tiempo que los ocupantes están dentro del lugar a acondicionar, entre otras
cosas.
A lo largo del proyecto solo se desarrollará la climatización en condiciones de verano,
por lo tanto no se mencionarán consideraciones a tomar y condiciones de climatización
en invierno.
Con lo que respecta a la velocidad del aire en el espacio, la ASHRAE ha establecido
como límite una velocidad entre (7,6 a 20,3)x10-2
m/s (15 y 40 ft/min), cuando las
personas están sin hacer alguna actividad física; arriba de 20,3x10-2
m/s se una
solamente en lugares donde se realizan trabajos físicos.
Como último punto a mencionar en lo que se refiere al confort ambiental, tenemos a la
pureza del aire. Es necesario que el aire este circulando constantemente en el salón a
climatizar, para diluir y evitar acumulación de CO2 proveniente de la combustión
fisiológica. La cantidad de aire requerida depende de la contaminación del aire por los
olores y humo. Si el lugar es propenso al contaminarse con mucho humo, se hace
necesario antes de recircular ese aire, limpiarlo a través de un medio absorbente como el
carbón activado.
La norma ASHRAE 62/89, reemplazada por la 62/99 (Ref. 17) es la más ampliamente
utilizada en lo que se refiere a las necesidades de ventilación, para el mantenimiento de
la calidad del aire interior. La norma recomienda la utilización de dos métodos para
obtener una calidad de aire aceptable:

26
• Cantidad de Aire de Ventilación (VR)
• Calidad del Aire Interior (IAQ)
El procedimiento más comúnmente utilizado, y que, por ende, se utilizara en este
proyecto es la cantidad de aire de ventilación (VR). El método consiste en suministrar al
espacio una cantidad de aire nuevo específico, para diluir los contaminantes que se
puedan encontrar en la zona. La siguiente tabla muestra los requerimientos mínimos de
ventilación, para determinados espacios:
Tabla 1. Requerimientos mínimos de ventilación para determinados ambientes.
Ambientes
Estimado de
personas /1000
ft^2 área piso
PCM
Mínimo
PCM
Recomendados
por ASHRAE
Hoteles, Moteles y
Resorts
Cuartos 5 7 10-15
Salas (Suites) 20 10 15-20
Baños ----- 20 30-50
Corredores 5 5 7-10
Lobbies 30 7 10-15
Cuartos de Conferencias 70 20 25-30
Cuartos de Asambleas 140 15 20-25
Edificio de oficinas
Oficinas
Oficinas Generales 10 15 15-25
Cuartos de Conferencias 60 25 30-40
Cuartos de espera 30 10 15-20
Cuarto de computadoras 20 5 7-10
Salas de Teatro
Teatros
Cabinas de ticket ------ 5 7-10
Lobbies 15 20 25-30
Auditorios 15 5 5-10
Comercios
Cocinas 20 30 35
Cafeterías 100 15 15
Bar 150 30 40-50
Locales Planta Baja 3,3 10 10
Locales Planta Alta 5 10 10

27
Según se puede observar, estos caudales de aire se asignan por unidad de superficie y
por tipo de habitación. En general, estas cantidades son especificadas asumiendo un
número de ocupación humana y generación de CO2, calculadas para producir la dilución
manteniendo una concentración inferior a los 1000 PPM.
El procedimiento denominado de calidad del aire interior (IAQ), considera como
contaminantes no solo a los generados por el ser humano, sino a la demás fuentes de
polución generadas por los nuevos materiales de las edificaciones.
Este procedimiento, es un método alternativo que consiste en limitar la concentración de
todos los contaminantes conocidos de importancia a niveles específicos para el ser
humano, ya sea por dilución o por medios químicos. Algunas de las sustancias
contaminantes consignadas por la norma son: asbestos, monóxido de carbono, partículas
de polvo, dióxido de nitrógeno, entre otros. No se hará mayor énfasis en este
procedimiento para evitar confundir al lector.
II.7. HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN DEL AIRE
Existen dos procesos importantes a estudiar en los que respecta a acondicionamiento del
aire; la humidificación y la deshumidificación del aire; este último utilizado para
climatización en verano.
La humidificación es el proceso de aumentar la humedad específica del aire y,
generalmente, aumentar el calor del mismo. El proceso puede realizarse haciendo pasar
el aire a través de una red de toberas que pulverizan el agua o agregando directamente

28
vapor al aire. El estado final del aire dependerá de la cantidad de vapor de agua
suministrado, de la temperatura a la que se suministro y de si se ha añadido o sustraído
calor.
En la figura 3 se puede observar un proceso típico de humidificación del aire:
Figura 3. Esquematización de un proceso de humidificación típico
Si se realiza un balance de energía en torno al humidificador de aire se obtiene la
siguiente ecuación:
2211 hMhMQhM AfwA =++ (8)
Donde:
hf = Entalpía del vapor de agua.
h1 = Entalpía del aire a la entrada de la unidad.
h2 = Entalpía del aire a la salida de la unidad.
MA1 = Masa del aire a la entrada de la unidad.
MA2 = Masa del aire a la salida de la unidad.
Q = Calor suministrado.

29
El proceso de humidificación se puede realizar de tres maneras distintas;
a) Cuando se desea que la temperatura final disminuya
b) Cuando se desea que la temperatura permanezca constante.
c) Cuando se desea que la temperatura final aumente.
Para lograr efectuar estos procesos, existen dos métodos según las condiciones iniciales
que tenga el aire:
1) Primero se calienta y luego se humidifica: para calentar el aire se mantiene
constante la humedad específica y aumenta única y exclusivamente la temperatura,
es decir, en la carta psicrometrica se mueve hacia la derecha. Luego, para
humidificar el aire se agregar vapor a menor temperatura y se logra disminuir la
temperatura final.
2) Primero se calienta, luego se humidifica y finalmente se vuelve a calentar: el aire se
hace pasar por un atemperador que aumenta su temperatura a humedad específica
constante. Luego se agrega vapor de agua caliente, hasta que el aire llegue a su
punto de saturación. En este punto se vuelve a calentar el aire (a humedad específica
constante) hasta llevarlo a la temperatura final deseada. Cabe destacar que el estado
de saturación debe ser tal que coincida con la temperatura del punto de rocío del
estado final del aire.
Ahora bien, la deshumidificación es necesaria muy a menudo en procesos de aire
acondicionado o en procesos industriales. El proceso de deshumidificación puede

30
hacerse de dos formas, o bien llevando al vapor de agua que se encuentra en el aire por
debajo de su temperatura de rocío, de esa manera se condensa; o a través de un
deshumectador químico o absorbedor químico.
Se analizará la primera de estas dos formas; el proceso es sumamente sencillo. Se debe
enfriar el aire hasta el punto de rocío, haciéndolo pasar a través de una batería de
enfriamiento (serpentín con algún refrigerante). El balance de energía que se obtiene es
el siguiente:
fwhMhMQhM +=− 2211 (9)
21 MMM w =− (10)
Donde:
Mw1 = Masa de vapor de agua del aire a la entrada de la unidad.
Mw2 = Masa de vapor de agua del aire a la salida de la unidad.
Q = Calor retirado.
Es importante notar que no todo el aire que sale de la batería de enfriamiento esta
totalmente saturado, ya que no todo el aire esta en perfecto contacto con el serpentín.
Existe un factor “by-pass” (f) que indica la relación entre el aire seco, que
supuestamente no ha entrado en contacto con el serpentín de la batería (Mb), y el total
(M), teniendo así:
A
b
M
M
f = (11)
Donde:

31
Mb = Masa del aire que no entra en contacto directo con el serpentín.
Este aire que no toca el serpentín se mezcla constantemente a la salida del equipo, con
el aire que si fue deshumidificado creando unas condiciones determinadas de
temperatura y humedad.
Para poder entender mejor lo antes mencionado, la figura 4 ilustra el proceso en una
carta psicrométrica. El punto “a” son las condiciones del aire antes de pasar por el
serpentín; al pasar a través del serpentín de enfriamiento el aire se enfría hasta llegar al
punto de rocío y luego se deshumidifica, trayecto “acd”. El aire que no estuvo en
contacto con la superficie del serpentín (by-pass) se enfriara mezclándose con el aire
deshumidificado; y su estado final caerá sobre la línea “ad”. El trayecto real del proceso
es parecido a la línea curva punteada de la figura; esto debido a la continua mezcla de
aire que estuvo en contacto directo con el serpentín y el aire que no lo estuvo.
En los procesos prácticos no se alcanza el punto “d” sino que se llega al punto “e”, en
procesos que incluyen condensación, la temperatura del punto “d” (td) se le llama
“punto de rocío del aparato” o temperatura ADP (Apparatus Dew Point).
De este proceso, el calor total retirado es la suma del calor sensible y el calor latente
retirado:
LST QQQ += (12)
wwT hMhMhMQ −−= 2211 (13)

32
Figura 4. Proceso de enfriamiento y deshumidificación en una carta psicrométrica.
Donde:
QL = Calor Latente.
QS = Calor Sensible.
QT = Calor Total.
Si aplicamos lo siguiente; la ecuación final queda:
aaa MMM == 21 (14)
21 www MMM −= (15)
whWWhhq )( 2121 −−−= (16)
Donde:
q = Calor por unidad de masa de aire.
W1 = Humedad específica a la entrada de la unidad.

33
W2= Humedad específica a la salida de la unidad.
La entalpía de agua líquida que se condensa es difícil de evaluar exactamente, porque va
variando la temperatura de condensación. La mayoría de las veces se desprecia
totalmente el último término de la ecuación, por ser poco importante, simplificando
enormemente la ecuación.
La relación del calor sensible retirado al calor total retirado se le llama “factor de calor
sensible”:
T
S
Q
Q
FCS = (17)
La figura 5 muestra más en detalle un proceso típico de acondicionamiento en verano,
donde se hace necesario la remoción de calor, mediante la disminución de la
temperatura y el retiro de la humedad del aire.
En verano es muy frecuente en zonas mediterráneas tener que enfriar el aire de un
recinto y deshumidificarlo, aunque pueden darse otras situaciones en climas más secos.
El proceso habitual es el indicado anteriormente (enfriamiento con deshumidifcación).
En la figura 5, el punto 1 corresponde al estado del aire exterior que logra entrar al
recinto; el punto 2 corresponde al estado del aire dentro del recinto; el punto 3 es la
mezcla del aire exterior con el aire del recinto justo antes de pasar a través del serpentín;
el punto 4 corresponde a la temperatura ADP del aire (temperatura del punto de rocío);

34
y el punto 5 es el estado final del aire de suministro que no es más que la mezcla del aire
que estuvo en contacto directo con el serpentín y el aire que paso a través del by-pass.
Figura 5. Proceso típico de acondicionamiento del aire en verano.
Las condiciones que debe tener el aire que entra en el local para poder sustraer el calor
sensible y latente que se aportan en él, deben estar dentro de la recta 5-2 de la figura 5,
cuya inclinación esté dado por el ángulo α, o lo que es lo mismo, aquel aire húmedo
cuyo estado (t5, W5) cumpla con la ecuación 17.
II.8. TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCÍO.
Anteriormente, se mencionó un concepto que es importante tenerlo muy claro,
“Temperatura del Punto de Rocío” o Temperatura ADP (Apparatus Dew Point).
Supóngase un estado de aire húmedo, en unas condiciones de presión, temperatura y
humedad relativa. Se denomina “punto de rocío” a la temperatura de saturación del

35
vapor de agua a la presión parcial que se encuentra en el aire. El punto de rocío muestra
al proyectista de aire acondicionado la temperatura mínima a la que puede llegar el aire
sin que ocurra condensación del vapor de agua.
II.9. DIMENSIONAMIENTO Y DISEÑO DE DUCTOS
El traslado del aire en sistemas tanto para aire acondicionado como para ventilación
forzada es por medio de ductos. El criterio de cálculos de un sistema de ductos se basa
en consideraciones económicas y prácticas. Es posible trasladar el aire a través de los
ductos a velocidades bajas y por ende resultarían en pérdidas menores, con lo que se
obtiene menor consumo de energía por parte de los ventiladores. También es posible
hacer circular el aire a velocidades elevadas, con pérdidas mayores y un gran consumo
energético por parte del ventilador.
Resulta tentador concluir que el primero de estos casos es el más beneficioso por el
ahorro energético, pero para poder lograr esto es necesario ductos de gran tamaño, lo
que se resume en altos costos. Mientras que para el segundo de los casos los ductos son
más pequeños y los costos disminuyen considerablemente.
Pero, también es cierto que al momento de diseñar y escoger un sistema de ductos es
necesario tomar en cuenta otros factores de importancia tales como vibraciones y ruidos
en ductos; y por ultimo, el espacio requerido para paso de ductos. En muchos proyectos
el espacio disponible para el paso de ductos es reducido y es necesario emplear ductos
de poca altura, pero muy anchos; ó puede ocurrir el caso contrario, utilizar ductos muy
altos, pero poco anchos. Igualmente, en algunas ocasiones es necesario hacer pasar

36
ductos por zonas visibles al público, generalmente se recomienda que sean lo más
estético posible, por lo que se suelen emplear ductos circulares, pero estos ductos son
mucho más costosos que los rectangulares, se recomienda emplearlos solo en lugares
donde sea necesario.
Para cuando no existan limitantes muy estrictas que prácticamente obliguen a escoger
un determinado tamaño de ducto; se han estandarizado algunas condiciones, como
velocidad del aire en los ductos, para ser más fácil y cómoda la selección. Como se dijo
anteriormente, se pueden utilizar ducto de baja velocidades, como ductos de alta
velocidades. El Manual de Carrier (Ref. 18) para diseño de ductos de aire
acondicionado ofrece como valores estandarizados los siguientes:
1. Aire Acondicionado para Comercios.
a) Baja Velocidad – Por encima de 12,7 m/s. Normalmente entre 6,1 y 11,2 m/s.
b) Alta Velocidad – Sobre 12,7 m/s
2. Aire Acondicionado para Industrias.
a) Baja Velocidad – Por encima de 12,7 m/s. Normalmente entre 11,2 y 12,7 m/s.
b) Alta Velocidad – 12,7 a 25,4 m/s.
Normalmente, el sistema de retorno de aire bien sea para baja o altas velocidades de aire
de suministro, se diseña siempre a bajas velocidades. Los rangos de velocidades, según
el Manual de Carrier para diseño de Ductos, para Comercios e Industrias es el siguiente:
1. Aire Acondicionado para Comercios – baja velocidad por encima de 10,2 m/s.
Normalmente entre 7,6 y 9,1 m/s.

37
2. Aire Acondicionado para Industrias – baja velocidad por encima de 12,7 m/s.
Normalmente entre 9,1 y 11,2 m/s.
Los sistemas de distribución de aire acondicionado se encuentran divididos en tres
categorías de presión: baja, media y alta. Estas divisiones se encuentran en distintas
clase de ventiladores como se indica a continuación:
1. Baja Presión – Por encima de 934,1 Pa – Clase I de ventiladores.
2. Mediana Presión – 934,1 a 1494,5 Pa – Clase II de ventiladores.
3. Alta Presión – 1494,5 a 3051,23 Pa – Clase II de ventiladores.
Estos rangos de presión son de presión total, incluyendo perdidas a través de las
unidades de aire, ductos y los difusores de suministro.
En todo sistema de climatización o ventilación, los ventiladores deben ser capaces de
vencer las perdidas ofrecidas por los ductos y todos los accesorios que contenga. Para
lograr diseñar un sistema de ductos se han generado algunas reglas y parámetros que se
recomiendan seguir. En general se procede con el siguiente criterio:
a) Los ductos deben seguir, en lo posible, la ruta más directa;
b) Los cambios de dirección pronunciados deben evitarse.
c) Si los ductos son rectangulares, no deben ser muy aplanados, es ideal que los ductos
sean totalmente cuadrados, una relación máxima entre la longitud mayor y la
longitud menor es de 6 a 1.

38
Los pasos a seguir en el diseño deben ser, en general, los siguientes:
1) De la carga de calefacción, de refrigeración o de ventilación, calcular las cantidades
de aire necesarias para cada salida, ramal o zona.
2) Proyectar una ruta conveniente para obtener una distribución adecuada y tener
facilidades en el montaje de los mismos ductos.
3) Calcular el tamaño de cada ducto por uno de los siguientes métodos:
a) Método que supone la velocidad del aire
En este método se supone una velocidad razonable en cada tramo y se calculan,
separadamente, las pérdidas de dichos tramos. La perdida de presión total es la suma
de cada una de las pérdidas parciales. El método de velocidad reducida es una
modificación de este método; y consiste en reducir la velocidad supuesta
progresivamente. La velocidad máxima se supone a la salida del ventilador. Este
método se usa en sistemas relativamente sencillos; y el control de flujo se debe
hacer por medio de compuertas.
b) Método con caída de presión constante:
Los ductos se dimensionan de tal manera que la perdida de fricción sea constante en
cada tramo. Cuando se usa este método, se supone la velocidad del aire a la salida
del ventilador, se calcula cual es la perdida por fricción y se dimensionan el reto de

39
los ductos con esta perdida. Igualmente, el control de flujo se lleva a cabo a través
de compuertas.
c) Método de balance de la pérdida de presión
Este método consiste en diseñar los ductos, teniendo como base la perdida máxima
del ventilador; es decir, se conoce la perdida que puede manejar dicho ventilador y
se dimensiona de tal manera que dicha perdida se consuma por fricción en los
ductos. Es posible con este método eliminar las compuertas, pero para lograr un
control de flujo efectivo es necesario su aplicación.
El diseño de ductos de retorno es similar al diseño de ductos de suministro. La caída
total de presión, para este caso, no debe exceder a la presión de succión del ventilador.
También se emplean compuertas para un mejor control del flujo de retorno.
Ahora bien, cuando un ducto traslada el aire, frío o caliente, este tiende a aumentar o
disminuir su temperatura, dependiendo de como ocurre el flujo de calor, del ambiente al
ducto o del ducto al ambiente. Independientemente del caso, los principales factores de
los que depende esta transmisión de calor son:
a) Relación del área del perímetro del ducto
b) Longitud del ducto
c) Diferencia de temperatura
d) Velocidad del aire
e) Tipo de rugosidad en las paredes del ducto

40
f) Tipo de aislamiento.
Esta transferencia de calor, en su mayoría, ya se encuentra tabulada, por experimentos
anteriores. El aumento de temperatura es un hecho inevitable en el diseño de ductos, ya
que muy frecuentemente se necesita pasar ductos por lugares calientes, ó cerca de
ductos que trasladan aire más frío o más caliente. La mejor manera de evitar esto es
hacer una correcta selección de los mismos, siguiendo los pasos antes mencionados y
utilizando correctos espesores de aislantes. Generalmente los ductos de ventilación no
se aíslan, pero los ductos de aire acondicionado obligatoriamente deben ir aislados.
Las transformaciones de ductos son usadas para cambiar las dimensiones o forma de un
ducto. Cuando se requiere cambiar las medidas de un ducto, pero manteniendo el área
transversal constante, se recomienda una pendiente del 15% para las piezas laterales de
la transformación. Si no es posible acatar estas medidas se recomienda no sobrepasar
una pendiente del 25%.
En los casos que se requiere realizar una reducción en la sección transversal, para
desviar un obstáculo, esta reducción no debe exceder un 20%. La pendiente más
recomendable para reducir la sección de un ducto es 15%. Si la sección del ducto
aumentase, la pendiente de transformación no debe exceder el 15%.
Algunos accesorios son importantes de colocar en los ductos de distribución de aire
acondicionado. Compuertas (dampers) de fuego, puertas de acceso y absorbedores de
sonido son accesorios que generalmente se colocan en ductos, y que no afectan en

41
manera alguna el tamaño del mismo. Estos accesorios aumentan la perdida a lo largo de
todo el ducto.
Para el cálculo de la pérdida por fricción a lo largo de todo el sistema de ductería, se
deben tomar diferentes factores en cuenta, tales como:
1. Velocidad del Aire.
2. Tamaño del ducto.
3. Rugosidad de la superficie interior.
4. Longitud del ducto.
La siguiente ecuación muestra la relación que tienen todos estos factores, en el cálculo
de pérdida de fricción:
82.1
22.1
1000
03.0 ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=Δ
v
d
L
fP (18)
Donde:
∆P = Perdida por fricción (pulgadas de agua)
f = Rugosidad de la superficie interior del ducto.
L = Longitud del ducto (pies)
D = Diámetro del ducto (pulgadas), en caso de ser ducto rectangular usar el
diámetro equivalente del ducto.
v = Velocidad del aire en el ducto (PPM)

42
La tabla 2 muestra valores de velocidades estándares para diferentes tipos de
edificaciones basadas en el sistema de baja velocidad del aire en ducterías, mencionado
anteriormente.
Tabla 2. Velocidades máximas recomendadas para sistemas de ductos de baja
velocidad.
Controles de factor - Fricción en ductos
Aplicación Controles de factor Ducto Principal Ramal de Ducto
para generación de ruido Suministro Retorno Suministro Retorno
Residencias 600 1000 800 600 600
Apartamentos, Hoteles, Hospitales 1000 1500 1300 1200 1000
Oficinas, Librerias 1200 2000 1500 1600 1200
Teatros, Auditorios 800 1300 1100 1000 800
Restaurantes, Bancos 1500 2000 1500 1600 1200
Almacenes, Cafeterias 1800 2000 1500 1600 1200
Industrial 2500 3000 1800 2200 1500
II.10. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE DENTRO DEL ESPACIO
Ya se ha discutido anteriormente la forma como se debe diseñar y dimensionar el
sistema de ductería de suministro de aire; ahora después de que ese aire es trasladado a
un determinado espacio es necesario suministrarlo al ambiente con alguna clase de
dispositivo. Esta sección se enfocará en la utilización de diferentes clases de difusores
(rectangulares, lineales, etc.) y en diferentes clases de rejillas. La función de estos
difusores o rejillas es simplemente la de suministrar o retirar el aire del ambiente a
climatizar.
Al seleccionar y distribuir los difusores dentro de un determinado espacio, es necesario
tomar diferentes factores en cuenta, como lo son: la caída de presión en el difusor, las
obstrucciones que puede conseguir el aire cuando fluye, tipo de barrido del difusor, el
tiro del difusor, y la más importante la velocidad de salida del aire del difusor. El tiro

43
del difusor o rejilla no es más que la distancia, vertical u horizontal, que puede recorrer
el aire.
Al momento de realizar la selección tanto de difusores como de rejillas de suministro o
retorno, es necesario tener en cuenta varios factores importantes, como lo son, la
velocidad del aire en el cuello de la rejilla o difusor, la caída de presión; el tiro y los
niveles de ruido de las rejillas o difusores a colocar. Todos estos factores siempre están
tabulados al momento de hacer la selección, pero se han realizado otras tablas que
ayudan y facilitan el proceso de selección. La tabla 3 muestra una relación entre los
PCM y la velocidad en el cuello de la rejilla o difusor con los niveles de ruido (NC);
mientras que la tabla 4 muestra algunos valores de niveles de ruido aceptables para
distintos establecimientos.
Tabla 3. Relación entre NC PCM y Velocidad en el cuello.
Total PCM Velocidad en el cuello (PPM)
400 450 500 550 600 650 700
100 12-16 13-17 14-18 15-19 16-19 17-20 18-21
150 13-17 14-17 15-19 17-21 19-23 21-24 23-26
200 13-18 15-18 17-20 19-22 21-24 23-26 25-28
25 14-19 16-18 18-20 20-22 22-24 24-27 26-29
300 14-19 17-19 19-21 21-23 23-26 25-28 27-30
350 15-19 17-19 20-21 22-24 24-26 26-28 28-31
400 15-19 17-20 20-22 23-25 25-27 27-29 29-32
450 16-19 18-20 21-23 24-26 26-28 28-30 30-33
500 16-19 18-20 21-23 24-27 26-29 28-31 30-33
600 16-20 18-21 21-23 25-27 27-30 29-31 31-34
700 17-20 19-22 22-25 26-28 28-31 30-32 32-34
800 17-20 19-22 23-26 27-29 29-32 31-33 32-34
900 18-21 20-23 23-26 28-30 30-33 32-34 33-35
1000 19-22 21-24 23-27 28-31 31-34 33-35 34-36
1250 20-23 22-25 24-27 28-31 32-34 34-36 35-37
1500 21-24 22-26 25-27 29-32 32-34 34-36 35-37
1750 22-25 23-26 26-28 29-33 33-35 34-37 36-38
2000 22-25 24-27 27-29 30-33 34-37 36-38 37-39
2250 23-26 25-28 28-31 31-34 35-38 37-39 38-40
2500 24-27 26-29 29-32 32-34 36-39 38-40 39-41
2750 25-28 27-29 31-33 33-35 37-39 38-40 39-41

44
Tabla 4. Niveles de ruido recomendados para difusores rectangulares.
Aplicaciones NC
Teatros, Salas de conciertos, Estudio de Grabación 25
Museos, Salas de conferencia, Librerías 30
Hoteles, Hospitales, Oficinas privadas, Cinemas 35
Restaurantes, Grandes almacenes, Oficinas 40
Correos, Edificios públicos, Cafeterías, Tiendas por
departamento 45
Fabricas 50
La localización de los difusores y rejillas deben ser analizada minuciosamente, una mala
ubicación puede traer como consecuencias quejas en los ocupantes del recinto. Una
mala ubicación puede tener como consecuencia una mala distribución del aire, quedan
zonas con temperaturas más elevadas que otras y viceversa. Generalmente, la ubicación
de los difusores o rejillas se hace de forma simétrica, es decir, que quede lo más
equidistante posible unas de otras, y evitando que algunas zonas queden con menos aire
que otras o viceversa. Este aspecto suele ser al que se le da menos importancia, pero
obviamente no es así y requiere ser tomado en cuenta y seleccionado de la mejor
manera posible.
II.11. VENTILACIÓN FORZADA
Todos aquellos ambientes destinados a sanitarios, cocinas, depósitos, lavaderos, cuartos
eléctricos, entre otros; que no posean, por lo general, ninguna clase de
acondicionamiento, deberán ser ventilados para garantizar una continua circulación del
aire; y evitar estancamientos de aire en dichas zonas.
Para los cálculos de los caudales de aire a extraer se pueden seguir tres métodos
distintos:

45
1) Por Control de Temperatura:
Se aplica para aquellos locales donde no existan sustancias tóxicas o que puedan causar
molestias. La cantidad mínima de aire fresco que debe inyectarse al local viene dada
por:
( )ei
S
A
TT
Q
Q
−
=
18
(19)
Donde:
QA = Caudal de aire a extraer (m3
/min.)
QS = Calor Sensible en el interior del local (Kcal. /h)
Ti = Temperatura de ambiente interior (ºC)
Te = Temperatura del ambiente exterior (ºC)
2) Por Dilución de contaminantes:
Las normas M.S.A.S. (Ref. 25), Ministerio de Sanidad y Asistencia Social, establecen
que aquellos sistemas de ventilación destinados a ventilar locales contaminados con
sustancias tóxicas o que puedan causar molestias; deberán proyectarse tal que, tanto en
el interior de los locales como en las descargas de los contaminantes, no sobrepasen las
concentraciones máximas de contaminantes ambientales permisibles por las normas
establecidas.
3) Por Renovación de Volumen de aire:

46
Este método es el que se utilizará para la elaboración de este proyecto; y consiste en la
renovación de la totalidad del aire del local con una determinada frecuencia. Estas
frecuencias se analizarán para cada uno de los ambientes a ventilar que se estudiarán a
continuación.
Para llevar a cabo esta ventilación se seguirán las leyes estipuladas en la Gaceta Oficial
Vigente Nº 4044 promulgada en 1988 (Ref. 23), para instalaciones de este tipo.
II.11.1. Espacio destinados a sanitarios
Artículo 64: Los sanitarios que no posean ventilación natural; deberán ser extraídos por
medio de ductos hacia el exterior; utilizando equipos que puedan manejar los siguientes
caudales:
Tabla 5. Número de cambios de aire por hora, según el uso del ambiente.
Tipo Cambios de aire por hora
Establecimientos de uso público 15
Industrias, escuelas, cuarteles y similares 12
Oficinas y comercial 10
Viviendas particulares 7
La ecuación utilizada para calcular la cantidad de aire necesario para extraer y, por
ende, también para inyectar es la siguiente:
( )
60
5.35/ hcAh
Q
p
A = (PCM) (20)
Donde:

47
A = Área del sanitario (m).
hp = Altura piso a plafón (m).
c/h = Cambios por hora (ver tabla anterior).
Artículo 65: Los ductos de ventilación deberán cumplir con los siguientes requisitos:
a) Cuando la edificación sea de tres pisos o menos, los ambientes podrán ser ventilados
por medio de ventiladores individuales directamente colocados en ductos de
mampostería. Estos ductos de mampostería deberán ser diseñados de forma tal que
la velocidad del aire no sobrepase 4,2 m/s.
b) Cuando la edificación sea mayor a tres pisos, los ambientes se deberán ventilar hacia
un ducto vertical, en cuya parte superior se instalará un ventilador con capacidad
suficiente para cumplir con la exigencia del edificio. Las dimensiones de los ductos
verticales se rigen según el punto anterior.
Artículo 66: Las puertas de acceso a los baños ventilados deberán estar provistas de una
abertura cubierta con rejilla fija, que permita la entrada de aire fresco.
II.11.2. Espacio destinado a cocinas
Artículo 68: Las cocinas de tipo comercial o industrial (hospitales, hoteles, escuelas,
restaurantes y similares) que no posean ventilación natural adecuada, deberán ser
ventiladas mecánicamente, extrayendo aire a razón de 30 cambios por hora.

48
Artículo 69: Estas cocinas deberán tener siempre sistemas de campanas y aspiración
forzada local sobre las hornillas, planchas, marmitas y equipos similares; de esta forma
se garantiza la rápida remoción del calor y los olores generados. La suma de las
ventilaciones locales y la ventilación general, deberá totalizar, como mínimo, 30
cambios por hora.
Existen diferentes modelos de campas que se pueden instalar en un local, para cada uno
de estos modelos se tiene establecido una ecuación que rige el caudal total a extraer:
1) Cocina con campana contrapared.
wLQA 80= (PCM) (21)
w = Ancho de campana (pies)
L = Longitud de campana (pies)
El caudal a extraer no puede ser menor a:
PHQA 50= (PCM) (22)
LwP += 2 Perímetro de la campana (pies) (23)
H = Altura entre campana y cocina (pies)
La velocidad en ducto para estas campanas debe encontrarse entre 5,1 – 20,3 m/s
Perdida de entrada: (pérdida del filtro + 0.1”) + 0.5 V.P (salida recta)
Pérdida de entrada: (pérdida del filtro + 0.1”) + 0.25 V.P (salida acampanada)
V.P = Velocidad de presión

49
2) Cocina con campana baja adosada a pared
LQA 200= (PCM) (24)
La velocidad en ducto para estas campanas debe encontrarse entre 5,1 – 20,3 m/s
Perdida de entrada: (pérdida de filtro + 0.1”) + 0.5 V.P (salida recta)
Pérdida de entrada: (pérdida de filtro + 0.1”) + 0.25 V.P (salida acampanada)
3) Cocina con campana tipo isla
wLQA 125= (25)
El caudal no debe ser inferior a:
PHQA 50= (26)
LwP 22 += Perímetro (pies) (27)
La velocidad en ducto para este tipo de campanas se encuentra entre 5,1 – 20,3 m/s
Pérdida de entrada: (pérdida de filtro + 0.1”) + 0.5 V.P (salida recta)
Pérdida de entrada: (pérdida de filtro + 0.1”) + 0.25 V.P (salida acampanada)
II.11.3. Espacio destinado a estacionamientos

50
Artículo 72: Los estacionamientos para vehículos de combustión interna, ubicados en
sótanos u otros locales cerrados, deberán ser ventilados obligatoriamente, a menos que
posean alguna clase de ventilación natural.
Artículo 73: Para que un estacionamiento se considere que posee ventilación natural
adecuada, se requiere que sus paredes tengas vanos abiertos a la calle o jardín con un
área no inferior al 15% de la superficie del piso correspondiente. Estas aberturas
deberán estar distribuidas equitativamente a lo largo del estacionamiento.
Artículo 74: Los cálculos de ventilación forzada se basarán en la capacidad de vehículos
que tenga el estacionamiento, asumiendo un porcentaje de ellos en marcha (ver la
siguiente tabla).
Tabla 6. Rata de ventilación y porcentaje de vehículos en marcha, según el número total
por piso.
Número de Vehículos
por piso
Rata de ventilación (aire
fresco por vehículo)
Vehículos con
motor en marcha
Hasta 30 vehículos 165 m^3/min. 10%
De 31 - 60 vehículos 165 m^3/min. 8%
Más de 60 vehículos 165 m^3/min. 6%
La capacidad del local se calcula a razón de 22,00 m2
de piso de vehículo. Como
alternativa también pueden hacerse los cálculos respectivos en base del área total del
piso del establecimiento, según la siguiente tabla:
Tabla 7. Rata de ventilación por área de piso, según número de vehículos.
Número de vehículos por nivel de
estacionamiento
Rata de ventilación por m^2
de piso
Hasta 30 vehículos 0,75 m^3/min
De 31 - 60 vehículos 0,60 m^3/min
Más de 60 vehículos 0,45 m^3/min

51
Artículo 75: La ventilación artificial de cualquier recinto, debe ser de forma tal que las
inyecciones de aire fresco queden en sitios opuestos a las extracciones de aire viciado,
evitando dejar zonas sin ventilar.
Artículo 77: Las tomas de aire fresco y sin contaminar para cualquier sistema de
ventilación, deben hacerse en forma directa desde el exterior del edificio.
Artículo 78: Las salidas de aire viciado de cualquier sistema de ventilación deben ir
directamente al exterior de forma tal que no pueda regresar y no afecta a edificaciones
contiguas.
Artículo 93: Los establecimientos que no puedan cumplir con el artículo 73, deberán ser
ventilados mecánicamente de acuerdo a los siguientes requisitos:
a) El volumen mínimo de aire a extraer se considerará por cada piso y se calculará con
la fórmula:
200
195 n
QP
−
= (28)
Donde:
QP = Volumen de aire a extraer por piso (m3
/min/m2
)
n = Número de vehículos estacionados por piso.
El volumen de aire a extraer por piso deberá ser como mínimo 0,55 m3
/min. Para el
cálculo del área de estacionamiento se aplica la siguiente fórmula:

52
nA 22= (29)
b) La velocidad de entrada del aire a través de las rampas de entrada y salida de
vehículos, puertas, ventanas y otras aberturas de ventilación, no deberán ser mayor
de 1,2 m/s.
II.12. SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
II.12.1 Sistema de Agua Helada
Los sistemas de agua helada son utilizados en aplicaciones de climatización donde se
requiere la eliminación de calor y la deshumidificación del aire de un determinado
espacio. Estos sistemas trabajando en conjunto con equipos de tratamiento del aire o
equipos de procesos, tales como “Fan coil” (FC) y “Unidades Manejadoras de Agua”
(UMA); por los cuales pasa el agua a través de serpentines. Estos equipos transfieren el
calor al agua que circula por el serpentín; esta agua es llevada hasta las unidades
enfriadoras por medio de tuberías. Las unidades enfriadoras de agua (UEA); que no son
más que máquinas de refrigeración integradas (más adelante se explicara con más
detalle su funcionamiento), transfieren internamente el calor desde la evaporadora hasta
la condensadora, donde el calor es descargado a la atmósfera a través del sistema de
condensación. El agua refrigerada que sale de la evaporadora es llevada nuevamente
hasta los equipos UMA y FC donde se repite el proceso de eliminación del calor. En la
figura 6 se muestra un diagrama del proceso de refrigeración:

53
Los alcances y aplicaciones de este tipo de sistema de agua helada se pueden enumerar
de la siguiente manera:
1. Los criterios de diseño de la instalación climatizada propuesta requieren numerosas
unidades de tratamiento de aire (UMA y FC), pero con la restricción de que el
sistema de refrigeración de la instalación este situado en una misma zona. Con esto
se ahorra mucho espacio e inversión económica en el proyecto.
Figura 6. Esquematización del proceso de funcionamiento de un Sistema de Agua
Helada

54
2. Existe una necesidad de control de la temperatura a la salida de las unidades de
tratamiento de aire y control de la humedad. Este control se realiza muy fácil por
medio de la utilización de válvula de control de flujo del tipo modulante.
3. Se prevé una futura ampliación de la instalación, que requerirá una mayor capacidad
de refrigeración. La capacidad adicional puede tratarse sencillamente de nuevos
equipos terminales y tuberías de derivación de la tubería principal de agua helada.
Aunque esto se verá limitado por la capacidad no utilizada de las UEAs y del
sistema de distribución de agua.
4. La temperatura deseada del aire a la salida del serpentín es de 280,4 K (45 ºF) o
mayor. La temperatura del aire saliente será como mínimo 2,8 K (5 ºF) mayor a la
del agua saliente de la unidad de tratamiento de aire.
Características del sistema de agua helada:
• Bajo costo de inversión
• Confiable en una operación de 24 horas continuas.
• Bajo costo de operación y mantenimiento.
• Flexible a la expansión del sistema y de fácil manejo.
• Ahorro de espacio físico de la edificación
• No tan eficiente desde el punto de vista energético.
Existen dos tipos de distribución para el agua helada; el de dos tuberías de retorno
invertido, y el de dos tuberías con retorno directo. Generalmente, el sistema de retorno

55
invertido es preferible al sistema directo, puesto que ofrece caudales más equilibrados,
debido a que las distancias equivalentes de tuberías a todas las unidades de tratamiento
de aire son muy similares.
Pero, en instalaciones de gran capacidad, no resulta económica la instalación de ese
sistema, debido a los costos que se originan al instalar tramos de tuberías adicionales.
Por lo tanto, se suele emplear el sistema de dos tuberías con retorno directo.
Ahora bien, es necesario establecer las temperaturas de diseño del agua helada. Las
temperaturas de alimentación de agua helada oscilan entre 277 y 286,5 K (39 y 56 ºF);
siendo las más comunes de 279,3 a 281,5 (43 a 47 ºF). Las temperaturas diferenciales
entre la alimentación y el retorno son de 4 a 6 K (7 a 11 ºF) para pequeñas edificaciones
y de 7,2 a 9 K (13 a 16 ºF) para sistemas convencionales. Los mayores diferenciales de
temperatura son preferibles porque reducen tamaño y capacidad de bombas y tuberías, y
a su vez menos energía de bombeo y mayor rendimiento de la unidad enfriadora.
Para grandes sistemas de distribución, con largos trayectos de tuberías hacia las
unidades de tratamiento, se asume un incremento de la temperatura de 0,5 K (0,9 ºF)
sobre la temperatura a la salida de la unidad enfriadora. Este aumento es debido al
incremento de calor en las bombas y tuberías existentes entre la unidad enfriadora y
cada una de las unidades de tratamiento.
Cuando el sistema este expuesto a la congelación se recomienda la utilización de una
solución de agua y glicol, comúnmente llamada salmuera.

56
El sistema de aire acondicionado por agua helada esta conformado por los siguientes
equipos y componentes:
• Unidades de tratamiento de aire (UMA y FC)
• Unidades enfriadoras de agua (UEA)
• Sistema de distribución mediante tuberías y bombas.
Las unidades de tratamiento de aire son, como se dijo anteriormente, los equipos
terminales donde llega el agua helada. Estas unidades se encargan de controlar la
temperatura y la humedad que debe poseer la habitación a climatizar. El agua absorbe el
calor del aire a través de un serpentín de enfriamiento. El aire ya deshumidificado se
distribuye al espacio por medio de un ventilador que posee la unidad.
La capacidad del equipo, es decir, el grado de deshumidificación es controlado por
medio de válvulas de control de flujo; estas pueden ser de dos o tres vías, dependiendo
del caso, y del tipo modulante, para UMAs, o del tipo ON/OFF, para FCs. El control
sobre estas válvulas se ejerce por medio de un sensor, generalmente se utiliza un
termostato que censa tanto temperatura como humedad, y que el proyectista definirá su
ubicación.
Las unidades enfriadoras de agua pueden ser de varios tipos. Las más comunes son las
de absorción, centrifugas, tipo tornillo o reciprocantes. Estas pueden ser enfriadas por
aire o por agua.

57
La selección del evaporador de una enfriadora de agua es el intercambiador de calor
entre el refrigerante y el agua; como tal es sensible al flujo de agua. Un caudal muy alto
puede resultar en alta velocidad del agua, erosión, vibración o ruido. Un caudal muy
bajo reduce la eficiencia de la transferencia de calor y provoca el desempeño
inadecuado de la enfriadora. Por lo tanto, el caudal de agua helada deberá mantenerse
dentro de límites específicos de mínimos y máximos.
Algunos sistemas toleran muy poca variación del flujo durante la operación de la
máquina. Otros sistemas más sofisticados de control, permiten algún grado de variación
en el flujo. Como regla general, todas las enfriadoras funcionan en forma más confiable
con un flujo constante de agua helada.
Es en las enfriadoras de agua helada donde se ejerce el primer control de todo el
sistema; este control es sobre la temperatura. Como variable de sensado se utiliza, ya
sea la temperatura de agua de suministro o de retorno.
Ahora bien, la finalidad de la bomba es recircular el agua helada dentro del circuito.
Generalmente, la bomba deberá superar únicamente la pérdida de presión por fricción
en el sistema; mientras trabaje a presión estática del sistema, no será necesario superar
dicha presión. La ubicación de la bomba se elige basándose en: el cumplimiento con los
requerimientos mínimos de NPSH (descarga neta positiva de succión); y el
mantenimiento de una presión dinámica en los componentes críticos del sistema
(normalmente la enfriadora).

58
II.12.2. Sistema de Expansión Directa
Como para agua helada se utiliza unidades de tratamiento de aire, para disminuir la
temperatura y deshumidificar el mismo, para los sistemas de expansión directa se utiliza
un equipo de expansión directa (DX). La expansión directa se vale de tres condiciones
para retirarle calor al aire de suministro; la temperatura, la presión y el calor latente que
evolucionan en el ciclo. Este método se basa en la propiedad física de que la
evaporización de un líquido o la dilatación de un gas absorben calor, y la compresión o
condensación desprenden calor.
Un esquema del sistema se presenta en la figura 7. Los componentes básicos de este
sistema son:
• Válvula de expansión: Separa los lados de alta y baja presión del sistema. Funciona
con un actuador de diafragma; un sensor de temperatura esta conectado en el
espacio por encima del diafragma. La válvula controla el flujo de refrigerante para
mantener la presión de ajuste o consigna del evaporador.
Si el sensor de temperatura registra una carga mayor, hay un aumento de presión en
el diafragma lo que desplaza la válvula de su asiento y permite la entrada de mayor
cantidad de líquido para el evaporador. El proceso se invierte una vez satisfecha la
demanda.
• Evaporador: Es un dispositivo con un serpentín por donde circula el líquido
refrigerante y en donde se produce la transferencia de calor con el aire de

59
suministro; de esta transferencia de calor resulta la evaporización del líquido
refrigerante.
Figura 7. Esquematización del proceso de funcionamiento de un Sistema de Expansión
Directa
Las unidades evaporadoras (DX) son secas o inundadas (con líquido refrigerante).
Pueden tener 20 o más circuitos paralelos y son de construcción en fila simple o
múltiple.
• Compresor: Es un dispositivo mecánico que bombea y comprime el fluido
refrigerante en fase vapor; manteniendo una diferencia en la presión del gas de
refrigerante entre el evaporador (baja presión) y el condensador (alta presión).

60
• Condensador: Es un intercambiador de calor en donde se hace pasar el gas caliente
del refrigerante a través de un serpentín de enfriamiento; de este modo se retira el
calor del refrigerante, haciéndolo cambiar de fase, desde vapor sobrecalentado a
líquido.
Los condensadores pueden ser refrigerados por aire, utilizando el aire exterior, o
refrigerados con agua.
El ciclo de expansión directa funciona de la siguiente manera:
1. El compresor absorbe el refrigerante como un gas a baja presión y baja temperatura
y lo mueve comprimiéndolo hacia el área de alta presión, donde el refrigerante es un
gas a alta presión y alta temperatura.
2. Al pasar por el condensador el calor del refrigerante se disipa al ambiente. El
refrigerante se licua y sigue a alta presión.
3. De ahí, pasa a través de la válvula de expansión que separa las áreas de alta presión
y baja presión. Al bajar la presión, la temperatura de saturación del refrigerante baja,
permitiendo que absorba calor.
4. Ya en el lado de baja presión, el refrigerante llega al evaporador donde absorbe el
calor del ambiente y se evapora; de esta forma el aire de suministro se enfría y
deshumidifica. De ahí pasa otra vez al compresor cerrando el ciclo.

61
En la figura 8 se muestra un diagrama de Mollier, presión vs. Temperatura donde se
ilustra los cuatro pasos antes mencionados.
Todo refrigerante posee características físicas diferentes. Se utilizan diferentes
refrigerantes para diferentes aplicaciones, según la temperatura de condensación
disponible, temperatura de vaporización y la capacidad de refrigeración requerida.
Los sistemas de expansión directa se encuentran en el mercado con capacidades desde
menos de 1.8 Kw hasta más de 352 Kw. Se utilizan generalmente en grandes
edificaciones con numerosos espacios pequeños: Condominios, pequeños centros
comerciales, edificios de pequeñas oficinas, etc. El uso más común es en los espacios
residenciales, donde las capacidades de estos sistemas se encuentran alrededor de 7 Kw.
Ventajas en la utilización de un sistema de expansión directa:
• Bajo costo de inversión.
• Confiable en operación de 24 horas continuas.
• Bajo costo de operación y mantenimiento.
• Flexible a expansión y de fácil manejo.
Desventajas:
• No es eficiente, desde el punto de vista energético.

62
Figura 8. Diagrama de Mollier, Presión Vs. Temperatura para un sistema de Expansión
Directa.
II.12.3. Tipos de Refrigerantes a utilizar.
Desde mediados de la década del 80, los sistemas de refrigeración comerciales han
pasado por un proceso de transición, desde usar compuestos refrigerantes que reducen el
ozono, incluyendo los clorofluorocarburos (CFC), a compuestos de baja o ninguna
reducción de ozono, tal como los hidroclorofluorocarburos (HCFC) y los
hidrofluorocarburos (HFC). El amoníaco y los equipos de absorción se usan en menor
medida.

63
Entre las características más resaltantes que se pueden discutir de estos refrigerantes
estan:
1) CFC: Totalmente halogenado; no contiene hidrógeno en su molécula química y por
lo tanto es muy estable, esta estabilidad hace que permanezca durante largo tiempo
en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del
efecto invernadero (R-11, R-12, R-115). Esta prohibida su fabricación desde 1995.
2) HCFC: Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula. La
presencia de Hidrógeno le confiere menos estabilidad, en consecuencia, se
descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera.
Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su desaparición
está prevista para el año 2015 (R-22).
3) HFC: Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial
destructor del ozono dado que no contiene cloro (R-134a, 141a).
En la actualidad los refrigerantes del tipo HFC están ganando gran terreno en el
mercado del aire acondicionado, en el mercado nacional los refrigerantes R-134a y 141a
dominan la demanda de refrigerantes, sobre todo el primero de ellos. Características en
cuanto a eficiencia, consumo energético, costo y producción superan por mucho a los
refrigerantes R-12 y R-22. A continuación se muestran algunas de las características
más resaltantes del refrigerante R-134ª:
• Baja Toxicidad
• Estabilidad química

64
• Facilidad de mezcla con lubricantes
• Elevado calor de vaporización
• No se incendia ni explosiona
• Presiones de trabajo moderadas
• Compatibilidad química con los metales comunes
• Bajo Coste
• Temperatura de vaporización a presión atmosférica de -26 ºC.

65
CAPITULO III. METODOLOGÍA
En este punto del proyecto se procederá a explicar la metodología que se debe seguir al
momento de diseñar sistemas de aire acondicionado. Cuando se este explicando la
metodología, también se explicará el programa utilizado para los cálculos, el cual fue
“Carrier Hourly Analysis Program versión 4.22a (HAP 4.22a)”, así mismo se
mencionará cuales y como debe ser la introducción de datos en el mismo.
III.1. CONDICIONES INTERNAS DEL AMBIENTE.
Antes de proceder a realizar algún cálculo es necesario definir las condiciones internas
que se desean en el ambiente. Las condiciones internas que siempre se deben mantener
en una edificación son la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa del aire en lo
que se denomina “zona de respiración”; que esta ubicada de 3 a 5 pies por encima del
suelo, donde se consideran que ocurren las condiciones promedios del ambiente; y la
cual no debería ser afectada por ganancias o perdidas de calor inesperadas del ambiente
exterior o interior.
Como ya se ha mencionado a lo largo del proyecto, las condiciones internas estarán
afectadas dependiendo del tipo de uso de la edificación. ASHRAE ha estandarizado
estas condiciones dependiendo del tipo de edificación. Existen áreas cuyas condiciones
internas están en continuo cambio, tal es el caso de algunas zonas en los hospitales; se
recomienda antes de diseñar un sistema de climatización verificar las normas que se
establecen. ASHRAE Standard 55-74, “Thermal Environmental Conditions for Human
Occupancy”, es una norma donde se pueden encontrar las condiciones de confort

66
necesarias para una edificación. En lo que se refiere a confort general, la norma
ASHRAE Standard 90-75 recomienda una temperatura interior de 78ºF para verano y
72ºF para invierno.
III.2. CONDICIONES EXTERNAS Y UBICACIÓN GEOGRÁFICA.
Luego de tener definidas las condiciones internas de la edificación se procederá a
realizar un estudio minucioso de las condiciones exteriores y ubicación geográfica del
ambiente. Para obtener un resultado más detallado y confiable es necesario que el
proyectista tenga en sus manos todos los datos referentes a la estructura física del lugar.
La ubicación geográfica es un punto que siempre los proyectistas tienen muy en cuenta
al momento de diseñar. Los datos de temperatura y humedad difieren inclusive en zonas
dentro de una misma ciudad. Para los efectos del programa utilizado para el cálculo de
carga térmica es necesario conocer las posiciones cardinales de cada una de las fachadas
que dan al exterior, al igual que conocer las temperaturas bulbo húmedo y bulbo seco y
humedad relativa del lugar. Para el caso específico de este proyecto, la ubicación de las
edificaciones es en La Encrucijada, Edo. Aragua, Venezuela; donde las condiciones
climáticas a introducir en el programa fueron las siguientes:
Latitud = 10,2º
Longitud = 67,5º
Altitud = 1502,6 pies
Temperatura Bulbo Seco = 95ºF
Temperatura Bulbo Húmedo = 83ºF

67
En muchas ocasiones no se tienen datos algunos de la posición cardinal de la
edificación; en tal caso se puede asignar a cualquiera de las fachadas que da al exterior
el norte franco, de esta manera el resto de las fachadas quedan determinadas. Pero,
¿cómo saber que esa es la posición cardinal correcta?, ¿cómo saber que con esa
designación no se obtendrán las condiciones menos desfavorables?; siempre cuando se
diseña sin conocer datos importante, se debe diseñar a las condiciones más
desfavorables para evitar que el sistema no funcione correctamente. El programa de
cálculo HAP 4.22a ofrece una alternativa muy amigable; después de haber defino la
fachada norte y después de haber introducido los datos, se tiene la opción de girar dicha
fachada; con lo cual girarían todas las demás fachadas; de esta manera es posible
conocer cual combinación es más desfavorable y diseñar en torno a ella.
III.3. ESPACIOS.
Luego de ya tener definidas todas las condiciones internas y conocer las condiciones
externas del lugar; se procede a realizar estos cálculos de flujo de calor en lo que se
denomina “espacio” (lugar a climatizar). Para tal fin, es necesario que el proyectista
tenga cada uno de los planos de la edificación con las medidas que el arquitecto
considere necesarias. Para el correcto cálculo de carga térmica se deben conocer las
áreas de transmisión de calor, bien sean paredes, pisos, ventanas, techos, entre otras. Es
de gran ayuda conocer en detalle también, como se distribuirán las zonas internas de
dicha edificación, de esta manera se conocerán los puntos de mayor y menor carga
térmica; de tal manera se pueden tomar decisiones en base a esto.

68
Cuando se trabajan con espacios en el programa “HAP 4.22a” los primeros datos que se
deben introducir son los referentes al área total de piso del ambiente a estudiar; altura
promedio del espacio y peso aproximado de la edificación. Luego el programa necesita
los datos correspondientes a ventilación de aire fresco, la cantidad de aire del exterior
que debe entrar al equipo; estos valores se buscan en la tabla 1, se pueden ingresar en
función de las personas (PCM/personas) en función del área (PCM/área), o como
volumen total (PCM).
El calor puede transmitirse de distintas maneras desde el exterior hacia el interior del
espacio. Estas formas de flujo de calor son las siguientes:
1) Por conducción a través de las paredes, techos, ventanas y pisos.
2) Por radiación solar que bien puede convertirse en conducción y convección a través
de las paredes, techos y vidrios; ó puede transmitirse directamente a través de
vidrios hacia el interior del espacio.
Teniendo esto en cuenta, se procede a levantar dimensionalmente de todas aquellas
superficies que comunican el ambiente exterior con el ambiente interno, y por las cuales
puede ocurrir transferencia de calor. Para efectos del programa la introducción de datos
que tengan que ver con el flujo de calor desde el exterior al interior se hace de la
siguiente manera:
III.3.1. Paredes y ventanas.

69
Se enumerarán en la figura 9 los datos más importantes a introducir en el programa:
1) Identificar posición cardinal de la fachada que se esta estudiando.
Figura 9. Introducción de datos referentes a paredes, ventanas y puertas exteriores.
2) Introducir el coeficiente global de transferencia de calor “U” de dicha pared. En
caso de no conocer el material con el que esta compuesto, se debe estimar
obligatoriamente.
3) Identificar si en dicha fachada existen o no ventanas. En caso de existir ventanas se
debe contar cuantas ventanas posee esa fachada e ingresar el número de ventanas
totales en las columnas. Luego se ingresa las dimensiones de la ventana al igual que
el coeficiente “U” y el factor de sombra de las mismas.
1
2
3
4
4
5
5

70
4) Identificar si en esa fachada existen puertas. En caso de que existan, contar el
número de puertas e ingresarlo en el programa en la columna de puertas. Luego se
ingresa el área de dichas puertas y el coeficiente global “U”.
III.3.2. Techos expuestos al sol.
La introducción de datos para techos expuestos al sol es prácticamente igual a la de
paredes exteriores, solo que es necesario tener en cuenta que en caso de ser un techo
totalmente horizontal se coloca la opción H, en el espacio destinado a la ubicación
cardinal, pero si el techo es inclinado se debe estudiar por partes y por lo tanto conocer
la ubicación cardinal de cada parte del techo. Cuando es un techo inclinado es necesario
colocar en el programa la inclinación que posee el techo con respecto a la horizontal y la
ubicación cardinal de esa parte del techo.
III.3.3. Cargas Internas.
Ya definidas todas las cargas provenientes del exterior, se deben definir todas las cargas
internas que generan una transmisión de calor en el espacio. Es necesario en este punto
del cálculo de carga térmica, el conocimiento minucioso de la distribución interna de los
ambientes; es decir, conocer para que explícitamente se destine cada ambiente del
recinto. No es lo mismo el impacto que pueda tener la oficina de un gerente, que el
impacto que tiene una sala de conferencia que alberga a por lo menos 30 personas.
Cuando se conoce la distribución interna de los ambientes se hace más fácil estimar los
factores internos que inciden en la carga térmica. Entre los factores internos de mayor

71
importancia que se pueden mencionar se tienen: Iluminación, Personas y Equipos
internos.
1. Iluminación: La iluminación aumenta única y exclusivamente la carga sensible del
local, no tiene incidencia de ningún tipo en la carga latente del mismo. Inicialmente
parte de la carga sensible es transmitida al ambiente por convección a través del
aire, mientras que otra parte es irradiada a las superficies del local, para luego ser
transmitida igualmente por convección al aire.
2. Personas: Los seres humanos emiten constantemente calor al exterior, debido a los
procesos metabólicos de su organismo. Este calor es expulsado bien sea por
radiación de la piel o la vestimenta o por convección también de la piel, la
vestimenta y del proceso de respiración propio del ser humano. Estos procesos
aumentan únicamente la carga sensible de la zona. Un proceso adicional, el proceso
de evaporización, es causa de aumento del calor latente del local. Ejemplo de esto,
simplemente es el sudor humano que al vaporizarse está generando una carga latente
en el local.
3. Equipos internos: todos aquellos equipos que se encuentran en la zona que emiten
calor. Dependiendo de la clase de equipo que se trata estos pueden aumentar tanto la
carga sensible como la carga latente. Entre algunos ejemplos que se pueden
mencionar se tienen: computadoras, cajas registradoras, cocinas, secadoras,
calculadoras, fotocopiadoras, entre otras.

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4. Miscellaneous: Todas aquellas fuentes que generan un aumento en la carga sensible
y en la humedad del espacio; por ejemplo, escape de vapores, ventiladores de
circulación de aire, canalizaciones, entre otros.
La forma como se deben introducir los datos referentes a cargas internas se muestra en
la figura 10:
Figura 10. Introducción de datos referentes a cargas internas
1) Conocer la iluminación del local; cuanta energía en watts se consume en el
ambiente. En caso de no conocerla se recomienda ir a los textos en donde, según el
tipo de edificación ya se tienen estandarizados algunos valores de consumo eléctrico
con respecto al área del ambiente (W/ft2
).
2) Igualmente se debe proceder para lo que concierne a equipos eléctricos del
ambiente. Se deben identificar todos los equipos que se encuentran en el espacio y
conocer su consumo eléctrico. El ingreso de datos se hace de la misma manera, se
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3
4

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puede ingresar el consumo total (W) o buscar en tablas e ingresar el consumo por
área (W/m2
).
3) En algunos casos, los arquitectos definen específicamente el número de personas
que van a ocupar el lugar, pero en la mayoría de los casos es difícil hacer esto, por
ejemplo centros comerciales, hoteles, clubes, casinos, entre otros. Para estos casos,
existen tablas donde se estandarizan los valores de personas por unidad de área,
según la función que posea el espacio. Por lo tanto es posible ingresar datos en el
programa de las dos formas, conociendo el número total de personas del lugar ó
basándose en las tablas y la experiencia colocando los metros cuadrados de espacio
que ocupa cada persona (m2
/persona).
4) Para lo que corresponde a personas se debe definir también que clase de actividad
física realiza la persona en el espacio. El programa ofrece algunos datos de los
valores de ganancia de calor sensible y latente para distintas actividades que puedan
realizar las personas, pero también puede ser definido por el usuario. En cualquier
caso, estos valores deben ser introducidos en el programa.
Es importante notar que estas cargas internas no van a estar incidiendo constantemente
en el tiempo en el espacio; es decir, frecuentemente cuando una oficina esta desocupada
se apagan las luces y los equipos eléctricos, en horas de almuerzo el espacio esta
prácticamente desocupado. Por lo tanto, el programa da la opción de variar la frecuencia
de incidencia de cada factor. Se puede definir en cuales horarios se encuentra el mayor
número de personas, en cuales horarios se encuentra el menor número de personas, en
cuales horarios están funcionando todos los equipos y luminarias, etc. El programa te da
la facilidad de definir estos aspectos por hora, día y mes a lo largo de todo el año.

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III.3.4. Pisos.
Otra carga que se puede mencionar como incremento de la carga total es la
correspondiente a los pisos de la edificación. La transmisión de calor también ocurre en
forma vertical desde el piso inferior al piso superior. La figura 11 muestra como se debe
hacer la introducción de datos al programa:
Figura 11. Introducción de datos referentes a Pisos de la edificación.
Se puede observar en la figura que en la parte superior del recuadro se debe escoger el
tipo de piso a trabajar. Cuando se analiza un ambiente cuyo piso se encuentra sobre un
espacio acondicionado, el programa asume que la transferencia de calor por dicho piso
es insignificante y por lo tanto no la toma en cuenta.
Ahora bien, el caso más común que se presento en este proyecto es cuando el ambiente
a analizar se encuentra sobre un espacio no acondicionado, la introducción de los datos
debe hacerse de la siguiente manera:
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3
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1) Seleccionar en la parte superior del recuadro la opción “Floor Above Unconditioned
Space”, piso sobre espacio no acondicionado.
2) Inmediatamente en el recuadro inferior aparecerán las opciones que se ven en la
figura. Se debe medir el área de piso que se considera de transmisión de calor e
ingresar el dato.
3) Como se ha hecho en los casos anteriores, se debe introducir el valor de coeficiente
“U” del material que esta fabricado el piso, en caso de no conocerlo se debe estimar
obligatoriamente.
4) Seguidamente, se deben definir las temperaturas dentro del espacio no
acondicionado. Cuando se hace referencia a las máximas temperaturas se indica que
se esta trabajando en verano; mientras que cuando se hace referencia a las
temperaturas mínimas se indica que se esta trabajando en invierno.
La temperatura exterior máxima de La Encrucijada es 95 ºF, como se indicó
anteriormente, cuando el ambiente exterior alcanza esta temperatura se indica que se
alcanza la temperatura máxima del espacio no acondicionado. Para efectos de este
proyecto se asumió que la temperatura máxima del espacio no acondicionado estará
3 ºF por encima de la temperatura máxima del ambiente exterior, es decir, 98 ºF.
Las temperaturas mínimas del ambiente y del espacio se dejaron tal como están pre-
definidas en el programa; como prácticamente no se van a alcanzar dichas
temperaturas no habrá ningún problema a ese respecto.

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