DISEÑO DEL SISTEMA DE HVAC DE UN EDIFICIO ELÉCTRICO DE UNA CENTRAL TÉRMICA Y DESARROLLO DE LA HERRAMIENTA DE CÁLCULO DE PÉRDIDA DE CARGA DE LA INSTALACIÓN.

Autor: Andrés Guereta, Ana de. Director: Huete García, Emma. Entidad colaboradora: Empresarios Agrupados.

RESUMEN DEL PROYECTO: El objeto del presente proyecto es la determinación de la instalación de climatización de un edificio eléctrico de una central térmica situada en la localidad de Río Turbio, Argentina, basándose en las condiciones técnicas y legales establecidas. Estas instalaciones de climatización permiten cubrir adecuadamente las necesidades de refrigeración y calefacción durante cualquier día del año. El edificio a climatizar consta de una planta de forma rectangular de unos 700 m2, en la que se sitúan 6 salas de diferentes dimensiones y que serán destinadas a diferentes usos. La fachada exterior principales del edificio está situada al sureste, lindando el resto con el edificio de turbina. Para cada una de las salas se han definido sus características constructivas, su orientación, su nivel de ocupación así como el nivel de actividad de sus ocupantes y las cargas de iluminación y posibles equipos existentes en el mismo. La instalación de climatización se diseña para superar las condiciones más desfavorables de verano y de invierno. En todas las salas será necesario mantener las condiciones de confort: entre 20 y 24 ºC y 50+/-5% humedad. Para la evaluación de cargas en verano y en invierno, se tendrá en cuenta las cargas térmicas generadas por: transmisión a través de los cerramientos, infiltración, radiación, ocupación, iluminación y equipos situados en su interior, para el caso del verano, y,

conservadoramente, solamente transmisión a través de los cerramientos e infiltración para el caso del invierno. Para contrarrestar las cargas térmicas se ha diseñado una unidad Roof-top que trata el aire a impulsar a las salas y el correspondiente sistema de distribución hasta cada una de ellas. Las condiciones del aire a impulsar, en cuanto a temperatura y humedad se obtienen mezclando aire exterior con aire interior retornado. El cálculo tanto de las cargas térmicas (menos las cargas por equipos, que se estiman a partir de datos del fabricante) como de la potencia del equipo a instalar se realiza con el programa CARRIER. Con los datos de orientación de las salas, tamaño, salas colindantes… que se han introducido en el programa, éste devuelve unos valores de cargas para verano e invierno de: 74.5kW y 2.3kW de carga sensible y latente respectivamente en verano y de 51kW de carga sensible en invierno. Para contrarrestar estos valores el programa calcula una potencia del equipo de 80.3kW. A partir de datos disponibles de fabricantes de Roof-tops, se escogen dos equipos de 115,4kW (uno en funcionamiento y otro en reserva). Una vez determinada la potencia del equipo es necesario comprobar si las condiciones de confort se cumplen. Analizando resultados obtenidos también con el CARRIER, se observa que en invierno la humedad resultante es de un 10%, menor que 45%, mínimo requerido, con lo que será necesario instalar un humectador. A partir del caudal de aire, las humedades reales y deseadas y la densidad del aire, se obtiene la capacidad del humectador, que resulta de 18kgv/h. Otro aspecto necesario para el diseño completo del sistema de climatización es la pérdida de carga que resulta del paso del aire por elementos como conductos, entradas, salidas, compuertas… Por ello, para asegurar que el aire mantendrá una presión determinada a lo largo de todo su recorrido, hay que estudiar la pérdida de carga que se produce y con ello determinar la presión a la que tiene que impulsar el aire el equipo Roof-top. La segunda parte del proyecto fin de carrera es desarrollar una aplicación de cálculo para determinar esta pérdida de carga. La aplicación se ha programado en lenguaje Visual Basic y se ha apoyado en un programa existente (HVAC P.C). El programa en el que se basa presenta varios problemas, puesto que se implementó en el año 1972, con lo que el sistema operativo

para el que se diseñó ha quedado obsoleto. Por otra parte, el programa HVAC P.C es incómodo de utilizar puesto que los datos introducidos no se pueden modificar una vez introducidos, con lo que si hay una equivocación, es necesario repetir todo el proceso. Por último, otro problema que presenta el programa anterior es que las normas a las que se atiene son muy antiguas. Por ello se ha realizado un programa en el que es posible modificar los datos en cualquier momento, dando la opción de guardar tanto datos como resultados en una hoja Excel, para poder abrirla en un momento posterior y modificar (desde el programa) los datos que se requieran. En cuanto al método para calcular la pérdida de carga, se han seguido tanto fórmulas de mecánica de fluidos (Darcy-Weisbach, diagrama de Moody, Reynolds…) como curvas de pérdida de carga en elementos obtenidas tanto de la norma ASHRAE como de fabricantes de accesorios. El diseño de las dimensiones de los conductos se ha realizado en base al criterio de velocidad constante (velocidad que no debe superar los 7 m/s). Las rejillas de impulsión y retorno se seleccionan en base al caudal. La instalación del sistema de climatización cuenta con las dos unidades Roof-top, los conductos de circulación de aire y otros elementos como son las rejillas de impulsión y retorno, las compuertas cortafuegos y un humectador, situado en el tramo de conducto de impulsión común a las salas. El valor total de la ejecución del proyecto asciende a 63.396,88 € (sesenta y tres mil trescientos noventa y seis con ochenta y ocho céntimos).

Madrid, 23 de junio de 2010

Autor

Director

Ana de Andrés Guereta

Emma Huete García

HVAC SYSTEM DESIGN FOR A THERMAL POWER CENTRAL ELECTRICAL BUILDING AND DEVELOPMENT OF A TOOL FOR CALCULATING THE CHARGE LOSS OF THE INSTALLATION. Author: Andrés Guereta, Ana de. Director: Huete García, Emma. Collaborating organization: Empresarios Agrupados. PROJECT ABSTRACT: The purpose of this project is the determination of the air conditioning system of an electric building of a thermal power station located in Rio Turbio, Argentina, based on established legal and technical conditions. These air conditioned installations allow properly covering the needs of cooling and heating any day of the year. The building needed to be conditioned consists of a rectangular shaped floor of about 700 m2, in which six rooms of various sizes and designed for different uses are located. The main exterior facade of the building is located southeast, bordering the others with the turbine building. For each of the rooms have been defined construction characteristics, orientation, occupancy levels and the activity level of occupants and lighting loads and possible equipment in it. The air conditioning system is designed to overcome the most unfavorable conditions for summer and winter. In all rooms will be necessary to maintain the comfort conditions: between 20 and 24 º C and 50 + / -5% RH. For the evaluation of loads in summer and winter, it takes into account the heat loads generated by: transmission through the walls, infiltration, radiation, occupation, lighting and equipment in the interior, in the event of the summer, and conservatively, only transmission through the walls and infiltration for the winter. In order to thwart the heat loads, it has been designed a Roof-top unit that treats the air that will be pushed to the rooms, and the associated distribution system that leads

to each of them. The boost air conditions, in terms of temperature and humidity are obtained by mixing outside air with indoor air returned. The calculation of both thermal loads (unless charges for equipment, which are estimated from manufacturer's data) and the power of the air conditioning equipment needed to be installed is done with the CARRIER program. From the data of the orientation of rooms, size, adjacent rooms ... that have been introduced in the program, this returns the following values of charges for summer and winter: 2.3kW 74.5kW of sensible and latent load respectively in summer and 51kW of sensitive load during the winter. The power of the equipment needed to counteract these values, calculated by the program, is 80.3kW. Based on data available from manufacturers of Roof-tops, we choose two equipments of 115.4 kW (one running and one in reserve). Once the power of the equipment is established, it is necessary to determine whether comfort conditions are met. Analyzing the results obtained from CARRIER, it can be seen that in winter the resulting humidity is 10%, less than 45% minimum required, which means that it will be necessary to install a humidifier. From the air flow, the actual and desired humidity and air density is obtained Humidifier capacity, resulting from 18kgv / h. Another necessary aspect for the HVAC system complete design is the pressure drop resulting from the flow of air through elements such as ducts, entrances, exits, gates ... Therefore, to ensure that air maintains a specified pressure throughout path, it is needed to study the pressure drop that occurs and thus the pressure that air must be impulse with from the air roof-top equipment can be determined. The second part of the final project is to develop an application of calculation to determine this loss. The application has been programmed in Visual Basic and has relied on an existing program (HVAC PC). This previous program has several problems, since it was implemented in 1972, which means that the operating system that the program was based on obsolete. In addition, the HVAC PC program is cumbersome to use as the data entered cannot be changed once introduced, which means that if there is a mistake, it is necessary to repeat the whole process. Finally, another problem with the mentioned program is that the standards which followed are very old.

Due to that a new program has been enhanced that allows you to modify data any time that is needed, giving the option of saving not only data, but also results in an Excel sheet, in order to be able to open it in a further time and change (from the program) the needed data. Regarding the method for calculating the pressure loss, both formulations of fluid mechanics (Darcy-Weisbach, Moody diagram, Reynolds ...) and head loss curves of elements (obtained from ASHRAE standard and from the accessories manufacturers) have been used. The design of the pipes dimensions is based on the criterion of constant velocity (air speed should not exceed 7 m / s). The supply and return grilles are selected based on the flow. The HVAC system installation has two roof-top units, air circulation ducts and other elements such as supply and return grilles, gates firewall, and a humidifier, located on the stretch of common pipe rooms. The total value of the project amounts to 63,396.88 € (sixty-three thousand three hundred ninety-six eighty-eight cents).

Madrid, 23rd June, 2010

Author

Director

Ana de Andrés Guereta

Emma Huete García