Rooftop-Cálculos para dimensionar mediante Diagrama Psicométrico (parte 1)

Bienvenidos.

Esta publicación del blog será algo pesada por los cálculos que vamos a realizar, de Rooftop-Cálculos para dimensionar mediante Diagrama Psicométrico. He optado por explicar al detalle el proceso de cálculo, y el resultado final ha sido algo extenso, por lo que esta publicación está dividida en dos partes.

Hemos cogido un restaurante situado en Novelda (Alicante) de una superficie acondicionada de 350 m2 y una ocupación de 194 personas incluido personal del restaurante.

Unas cargas térmicas de refrigeración de 96 kW, que redondeando lo dejamos en 100 kW, y cargas térmicas de calefacción de 60 kW.

Normalmente se opta por un sistema de climatización todo aire, mediante equipo Rooftop, porque dicho equipo tiene un gran caudal de ventilación, y ante una situación de elevada ocupación de personas, necesitamos tener un elevado caudal de aire primario procedente del exterior. Y otro motivo por lo que se escoge Rooftop, es para espacios abiertos y diáfanos.

La asociación de elevado caudal de aire junto con espacios grandes y abiertos, suele aconsejar la instalación de Rooftop.

El RITE en su instrucción técnica 1 de Exigencia de bienestar e higiene, nos determina la calidad del aire interior, que para un restaurante es IDA 3, siendo igual a 8 l/s por persona.

Aunque para nuestro ejemplo vamos a escoger una mejor calidad del aire que la que solicita la normativa, y cogemos una calidad del aire de IDA 2, con un caudal de renovación por persona de 12,5 l/s, determinando que es necesario un mínimo caudal de ventilación de 8.730 m3/h, (194×12,5= 2.425 l/s = 8.730m3/h).

Partimos de la elección de la Unidad Rooftop marca Carrier modelo 50 UH 120, con un caudal de impulsión de 22.000 m3/h, con transmisión de alta presión estática H2 de 395Pa, que ofrece una potencia frigorífica total de 118,6kW y sensible de 95kW, con temperatura seca de entrada del aire exterior a 30°C y temperatura bulbo húmedo de entrada de 19°C, con una potencia calorífica de 100kW. Todo estos valores están en la pagina 35 del dossier adjunto.

Para confirmar que nuestra elección es la correcta, realizaremos los siguientes cálculos para confirmar el dimensionado de la batería de refrigeración, puesto que necesitamos para vencer las cargas térmicas unos 100kW de refrigeración.

Frente a los 100 kW de refrigeración que necesitamos para vencer las cargas térmicas, para calefacción necesitamos unos 60 kW, que son bastante menos potencia respecto a refrigeración. Con lo que si nuestra unidad Rooftop es capaz de satisfacer la demanda de refrigeración, seguro que ofrecerá con creces la potencia térmica de calefacción necesaria.

Método de cálculo para el dimensionado de la batería refrigeración Rooftop. 

Deseamos mantener la temperatura y la humedad relativa en el interior del recinto, en valores conforme a criterios de bienestar, aunque el inmueble está sometido a unas cargas térmicas positivas o negativas que corresponden:

Energía entrante = Energía saliente

Esto significa que debemos introducir (calefacción) o a extraer (refrigeración) energía térmica con el fin de mantener las condiciones deseadas.

Partimos de las condiciones interiores que deseamos mantener, que son 24 ⁰C y 50%HR.

Permitirme un inciso, referente al diagrama psicométrico. En el mercado existen programas para trabajar el Diagrama Psicométrico, que ayudan a analizar y determinar con precisión los valores. Recomiendo utilizar algún programa grafico interactivo.

En nuestro caso he utilizado el siguiente programa grafico, “CYTSoft Psychrometric Chart 2.2”. El inconveniente es, tienes versión de prueba 30 días, o lo compras.

Las condiciones interiores  que deseamos mantener, llamaremos a este punto “R”, que lo situamos en el diagrama psicométrico, los 24ºC con 50% HR, y obtenemos su entalpia. Teniendo como datos,  tR = 24°C     hR= 47,9 kJ/kg

Calculos dimensionado Rooftop diagrama psicometrico 1

Con las cargas térmicas que ya tenemos anteriormente, obtenemos la pendiente de la recta de estado de la zona a climatizar.

Mediante la expresión:

Calculos dimensionado Rooftop formula 1 pag 4

Carga térmica total de 95.866 W y carga térmica sensible de 49.407 W.

Así 49.407 / 95.866  = 0,515

El valor que obtenemos de esta división de cargas sensible con cargas total de 0,51 determina la pendiente de la recta de estado que debemos marcar en nuestro diagrama psicométrico.

Gracias a la gráfica siguiente:

Calculos dimensionado Rooftop recta de estado

Dibujamos la línea con valor 0,51, y esta línea que obtenemos debemos llevarla al diagrama psicométrico, exactamente una paralela, partiendo de nuestro punto R, que ya tenemos marcado.

Obteniendo la grafica siguiente:

Calculos dimensionado Rooftop diagrama psicometrico 2

Esta gran diferencia entre carga sensible y carga total, es porque tenemos una gran carga térmica latente, por el elevado número de personas. Esta gran carga latente provoca que la pendiente de la recta de estado sea muy inclinada, lo cual nos indica también que la recta de estado no corta con la temperatura de saturación.

O dicho de otra forma, que nuestro Rooftop por mucho que impulse el aire frio, a temperaturas muy bajas, nunca producirá condensación en el local a climatizar.

Ahora determinamos la temperatura de impulsión del aire del Rooftop, ti , y entalpia del aire de impulsión impulsión hi .

Con datos que nos facilita el fabricante Carrier del Rooftop, podremos determinar la temperatura de impulsión tI y la entalpia de impulsión hI, mediante las expresiones:

Calculos dimensionado Rooftop formula 1 pag 6

También podemos calcular la entalpia de impulsión hI del Rooftop:

Calculos dimensionado Rooftop formula 2 pag 6

La entalpia de entrada hE la tenemos porque el fabricante nos da la temperatura de entrada seca y la temperatura de entrada húmeda. Con estos dos valores nos vamos al diagrama psicométrico y obtenemos la entalpia de entrada hE.

El fabricante facilita los datos con tE seca = 30°C temperatura seca del aire en la entrada y 19°C de temperatura húmeda del aire en la entrada, que llevando estos valores al diagrama psicométrico nos da una hE = 53,85kJ/kg.

Y las potencias son las facilitadas por el fabricante Carrier de 118,6kW de potencia total y 95kW de potencia sensible, con un caudal de 22.000 m3/h o 6.105 l/s.

Resolviendo las formulas tenemos temperatura de impulsión  tI ≈ 17°C  y hI = 37,66 kJ/kg., que dibujamos en el diagrama psicométrico, con el punto “i”.

Calculos dimensionado Rooftop diagrama psicometrico 3

Hasta aquí esta primera parte del cálculo, para no aburriros, y no realizar una publicación excesivamente larga.

Gracias por vuestra atención, y os espero en la segunda entrega.

Saludos.

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