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Balance Térmico UPE CDE 2022
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Para mantener esas condiciones será necesario un intercambio energético, realizado por
medio de un equipo acondicionador, que agregará o extraerá calor del ambiente.
1. Calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conducción a través de paredes no aisladas.
2. Calor que llega al espacio por radiación directa a través de vidrieras o de otros materiales transparentes.
3. Calor que pasa al espacio debido al aire exterior caliente el cual pasa a través de puertas que se abren y a través
4. Calor cedido por el producto caliente a medida que su temperatura es bajada hasta el nivel deseado.
6. Calor cedido por cualquier equipo productor de calor localizado dentro del espacio, tales como motores
PRODUCIDO EN EL INTERIOR
La acumulación de escarcha es un fenómeno que, indudablemente, aparece ligado a las bajas temperaturas. Los
tubos y aletas del evaporador se cubren de hielo como resultado lógico de la condensación y posterior
congelamiento del vapor de agua contenido en el aire de la cámara. Este se acumula sobre tubos y aletas y forma
una capa de hielo, la escarcha, que actúa en el serpentín del evaporador es como un auténtico aislante,
impidiendo el normal intercambio de calor entre el sistema a enfriar, el evaporador y el fluido frigorífico, ya que
crea dificultades en el paso de aire a través de los tubos, rebajando el coeficiente de transferencia de calor.
Además la escarcha congela el vapor de agua del aire de la cámara, provocando la disminución de humedad y
provocando la pérdida de los productos almacenados. Representa, por lo tanto, una considerable pérdida de
rendimiento, tanto en el evaporador, como en la unidad condensadora.
Por lo tanto, un proceso clave en instalaciones de frío industrial o frío comercial es una buena ventilación de las
cámaras y la eliminación periódica de ese hielo o escarcha. A esto último lo conocemos como PROCESO DE
DESESCARCHE.
Existen muchas maneras de eliminar la escarcha y todas tienen un punto en común: la aplicación de
calor. La formación y acumulación de hielo sobre el evaporador es una circunstancia originada por la
ausencia de calor, por lo que, únicamente aplicando calor sobre este hielo o escarcha, se podrá lograr
su control y eliminación. No debemos olvidar que este calor no debe tener ningún efecto inmediato, ni
Las principales son producidas por las personas que trabajan u ocupan el
espacio refrigerado junto con alumbrado y otros equipos eléctricos
funcionado dentro del espacio refrigerado.
En aplicaciones de aire acondicionado no hay cagas varias como tal. Por el
contrario, las personas y el equipo producen cargas tan grandes que se
consideran por separado y son calculadas como tales.
El aplicaciones de aire acondicionado donde se tiene un gran numero de
personas dentro del espacio acondicionado, tales como en iglesias, teatros,
restaurantes, etc., la carga de enfriamiento por personas con frecuencia es
la partida mayor de la carga total.
FACTORES QUE DETERMINAN LA GANANCIA DE CARGA EN PAREDES
𝑄=( 𝐴 )( 𝑈 ) ( 𝐷 )
Q = cantidad de calor transferida en Btu por hora
A = área de la superficie de la pared externa (pies cuadrados)
U = coeficiente total de transmisión de calor en Btu por hora por pie cuadrado por grado
Fahrenheit.
D = Diferencia de temperatura a través de las paredes en grados fahrenheit
El valor del factor U esta dado en Btu por hora depende de espesor de la pared y de los
materiales que se utiliza en la construcción de la misma
EJEMPLO DE GANANCIA A TRAVÉS DE PAREDES
Ejemplo 10.1 Obtener la cantidad total de calor en Btu por hora que pasaría a
través de una pared de 10 pies por 20 pies, si el valor de factor U para la pared es
igual a 0,16 Btu/(hr) (pie²) (°F) y la temperatura en un lado de la pared es 40°F
mientras que en el otro lado es 95°F
Solución
Área total de pared = (10pies) (20 Pies)
= 200 pies²
Los coeficientes totales de transmisión o factores “U” ya han sido calculados para varios
tipos de construcciones de paredes y estos valores se obtienen a partir de tablas.
Tal vez fuera necesario conocer el factor “U” para cualquier tipo de construcción de pared,
el cual podrá calcularse con facilidad si se conoce la Conductividad o la Conductancia de
cada uno de los materiales utilizados en la construcción de la pared.
En las tablas se puede obtener la conductividad o conductancia de casi todos los materiales
que se utilizan en la construcción de paredes
Mientras que la conductividad térmica o factor “K” esta disponible solo para materiales
homogéneos y el valor dado es para 1 plg de espesor del material, la conductancia térmica o
factor “C” esta disponible tanto para materiales homogéneos como para no homogéneos.
Conductividad
La conductividad térmica o factor k de un material es la razón en
Btu por hora a la cual pasa calor a través de un superficie de 1 pie2
para un material de 1 plg de espesor por cada 1°F de diferencia de
temperatura a través del material y está dado en Btu por hora por
pie cuadrado por grado Fahrenheit por pulgada de espesor.
Conductancia
Debido a que la razón de
transmisión de calor a través de
materiales no homogéneos, tales
como el bloque de construcción
de la Figura, es variable en las
diferentes partes del material,
debe obtenerse
experimentalmente el factor C
para materiales no homogéneos.
Para cualquier material homogéneo se puede obtener el valor de la conductancia
térmica para cualquier espesor de material al dividir el factor k entre el espesor del
material en pulgadas. Entonces, para un material homogéneo
𝒌
𝑪=
𝒙
Ejemplo 10.3
Calcular la conductancia térmica para placa de corcho de 5 plg. de espesor
Solución
De las tablas se obtiene
Factor k de la placa de corcho k = 0,30 (Btu) (plg)/(hr) (pie²)(°F)
1 1 1 1 1 1
= + + +…+ +
𝑈 𝑓 𝑖 𝑐1 𝑐 2 𝑐𝑛 𝑓 𝑜
1
𝑈=
1 1 1 1 1
+ + +…+ +
𝑓 𝑖 𝑐 1 𝑐2 𝑐𝑛 𝑓 𝑜
EJEMPLO 10.4
Suponiendo que la velocidad del viento sea de 7,5 mph en el lado externo y aire tranquilo en el lado
interno, calcular el valor de U para una pared construida con bloques de concreto de 8 plg. con agregado
de escoria, placa de corcho de 4 plg. y con acabado de enjarre de cemento de 0,5 plg. en el lado interno.
Solución
De las tablas se obtiene:
Bloque de concreto 8plg con agregado de escoria C = 0,58
Placa de corcho k = 0,30
Enjarre de comento k = 5,00
Coeficiente de convección interior fi = 1,65
Coeficiente de convección exterior fo = 4,00
1 1
𝑈= 𝑈=
1 1 1 1 1 1 0,5 4 1 1
+ + + + + + + +
𝑓 𝑖𝑛𝑡 𝑐 𝑒𝑛 𝑐 𝑐𝑜𝑟𝑐 𝑐 𝑏𝑙𝑜𝑞 𝑓 𝑒𝑥𝑡 1,65 5 0,3 0,58 4
1
𝑈= U0,062 Btu/(hr)(pies²)(°F)
1 𝑥 𝑒𝑛 𝑥 𝑐𝑜𝑟𝑐h 1 1
+ + + +
𝑓 𝑖𝑛𝑡 𝑘𝑒𝑛 𝑘 𝑐𝑜𝑟𝑐 𝑐 𝑏𝑙𝑜𝑞 𝑓 𝑒𝑥𝑡
DIFERENCIAL DE TEMPERATURA A TRAVÉS DE
PAREDES DE ALMACÉN FRIO
Cuando las paredes de un enfriador están situadas de tal manera que reciben una
cantidad excesiva de calor por radiación, ya sea del Sol o de algún otro cuerpo
caliente por lo general la temperatura en la superficie exterior de la pared es
considerablemente mayor a la temperatura del aire ambiente.
Debido a que cualquier incremento que se tenga en la temperatura de la
superficie exterior hará que se incremente el diferencial de temperatura a través
de la pared, el diferencial de temperatura a través de paredes asoleadas deberá
ser corregido para compensar el efecto solar. Estos valores se agregan al
diferencial normal de temperatura.
CÁLCULO DE LA GANANCIA DE CARGA EN PAREDES
Para el calculo de la ganancia de carga en la pared, debe tomarse en cuenta la ganancia
de calor a través de todas las paredes incluyendo piso y cielo. Cuando las diferentes
paredes o partes de las paredes son de diferentes materiales y por lo tanto tiene
diferentes factores U, el calculo de la transmisión de calor se hace por separado.
EJEMPLO 10.5
Un enfriador con pasillo en su interior, de 16 pies x 20 pies x 10 pies de alto, esta
localizado en la esquina sureste del edificio de una tienda en Dallas, Texas. Las paredes
sur y este del enfriador están juntas a una parte de las paredes sur y este del edificio
de la tienda . El cielo de la tienda esta a 14 pies del piso, de manera que se tiene un
espacio de 4 pies entre la parte superior del enfriador y el cielo de la tienda. La tienda
tiene aire acondicionado y la temperatura interior de la misma se mantiene
aproximadamente en 80°F. La temperatura de diseño en el interior del enfriador es
35°F. Calcular la ganancia de calor en la paredes del enfriador si la construcción de las
mismas es como siguen:
Sur y este
(paredes exteriores) 6 plg de barro bloque
6 plg de placa de corcho