Tesis Santander vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica

Estudio de sistema de aire acondicionado para buque pesquero de altamar.

Seminario de Titulación presentado en

conformidad a los requisitos para

obtener el título de Ingeniero de

Ejecución en Mecánica.

Profesor Guía:

Sr. Jorge Gatica Sánchez

Ingeniero Supervisor:

Sr. Raúl Cáceres Horta

Rodrigo Marcelo Santander Díaz

Miguel Ángel Urra Moraga

2009

2

Resumen.

El estudio del sistema de aire acondicionado desarrollado atiende a la necesidad

que presenta la empresa (Hidrocamps). Esto llevo implementar un sistema de aire

acondicionado para el barco “Reina de la Paz”, con el propósito de tornar mas grata las

actividades y descanso de sus tripulantes.

Inicialmente se procede a identificar y conocer el producto que se extrae y de las

distintas variedades que existen. Se dio a conocer las características generales con las

que cuentan estos barcos, técnicas y maniobras que se realizan al momento de la

extracción. Luego se procede a identificar las descripciones del buque, las características

principales, la distribución de su habitabilidad, la orientación de diseño y la ruta de

navegación por la que se desplaza el barco en sus faenas.

Para comenzar el estudio se recurrió a los principios de trasferencia de calor, aire

acondicionado, propiedades termodinámicas referentes al aire húmedo y finalmente el

tema de ventilación.

Teniendo los principios claros se procede a definir los parámetros de diseño que

serán la base de los cálculos posteriores. También se procede a identificar y medir los

materiales que componen la estructura del barco, llegando a conocer los valores finales

de cargas térmicas de los camarotes.

Se simplifica el cálculo de las cargas mencionadas utilizando software de

ingeniería, en este caso el EES (Engineering Equations Solver). Este nos proporcionó

todas las variables y resultados para las condiciones iniciales del proyecto. Resueltas

nuestras variables se procede a la selección de equipos.

Este trabajo concluye con el diseño del sistema de aire acondicionado para este

buque.

3

Índice.

Resumen .............................................................................................................. 2

Introducción ....................................................................................................... 5

Objetivos ............................................................................................................. 6

La Empresa.............................................................................................................. 7

Capitulo 1

1.1. Procesos de pesca........................................................................................... 8

1.2. Métodos......................................................................................................... 11

1.2.1. Pesca por arrastre.............................................................................. 11

1.2.2. Pesca por cerco................................................................................. 12

Capitulo 2

2.1. Descripción del buque..................................................................................... 14

2.2. Orientación y ruta de navegación.................................................................... 19

Capitulo 3

3.1. Características del sistema de aire acondicionado.......................................... 21

Memoria de cálculo ....................................................................................... 23

Descripción del recinto donde se instalará el aire acondicionado...................... 24

Descripción de los materiales y espesores de las superficies del recinto donde se instalara aire acondicionado........................................................................... 29

Condiciones de diseño.................................................................................. 29

Identificación de las partes del barco.............................................................. 30

Paneles de cubierta....................................................................................... 31

4

Cálculo de transferencia de calor de las superficies del camarote N°1 a modo de ejemplo....................................................................................................... 32

Puentes térmicos......................................................................................... 43

Cálculo de transferencia de calor por radiación.............................................. 45

Cálculo de la carga de la iluminación.................................................................... 46

Cálculo de calor emitido por las personas...................................................... 47

Transferencia de calor del camarote N°1 a modo de e jemplo......................... 48

Cargas totales de los camarotes a acondicionar............................................. 49

Cálculo de las propiedades termodinámicas a través de programa EES.......... 51

Distribución y cálculo de los ductos............................................................... 65

Difusores utilizados en los ductos……………………………………………….…… 72

Disposición final de la instalación de ductos................................................... 73

Esquemas de la salida del equipo a la red de ductos……...……………… 79

Conclusión ................................................................................................................ 80

Bibliografía ...................................................................................................... 82

5

Introducción.

En la industria pesquera es muy común la pesca de atún, sardina, jurel, bacalao y

otros productos del mar, que son extraídos a través de barcos pesqueros, los cuales

dependiendo de la zona de pesca se enfrentan a distintas condiciones climáticas. Estas

condiciones climáticas pueden causar distintos efectos en los tripulantes del barco, como

agotamiento, agobio, saturación, estrés, cansancio, etc. Lo que puede ser causado por

demasiado frío o condiciones totalmente opuestas como demasiado calor. Esto va

acompañado de la humedad, propiedad dependiente del lugar geográfico.

Para modificar convenientemente tales condiciones pueden considerarse dos temas,

como son la “calefacción” y “aire acondicionado”. Centraremos nuestra atención en el aire

acondicionado, con el fin de poder aplicar al barco estos principios.

El barco analizado en este trabajo es “El Reina de la Paz”, el cual es destinado a la

pesca del atún y sus rutas de navegación se encuentran en condiciones ambiéntales

tropicales. En él se estudia la implementación de su sistema de aire acondicionado, cual

será su distribución, decidir que equipos utilizar y su capacidad.

Con este estudio se espera mejorar la habitabilidad del barco estableciendo

condiciones de confort térmico.

6

Objetivos.

General.

• Estudiar un sistema adecuado de aire acondicionado para el

barco “Reina de la Paz”.

Especifico.

• Analizar los requerimientos y las condiciones de diseño,

cumpliendo con las necesidades impuestas según:

1. Las características del buque.

2. Zonas de navegación.

3. Requerimientos del usuario.

4. Condiciones de operación del equipo seleccionado.

5. El espacio disponible para la instalación del equipo.

• Mediante un análisis y estudio poder establecer las

características y disposición del sistema a implementar.

• Mostrar una estimación económica del valor final del proyecto.

7

La Empresa.

Hidrocamps:

Misión: Hidrocamps Ltda. Es una empresa de servicios con cobertura nacional que

satisface las necesidades del sector industrial y pesquero en las áreas de mantención,

desarrollo de ingeniería y proyectos tanto navales como terrestres.

Visión: Es una empresa competitiva y consolidada en el sector industrial, como

consecuencia de la eficacia y eficiencia de los procesos Internos, infraestructura

adecuada para desarrollar servicios, integración de nuevas tecnologías y personal

altamente comprometido con los valores de la empresa.

Existe compromiso de gerencia con su sistema de gestión de calidad, basado en la

Norma Internacional ISO 9001:2000, por lo cual:

• Entrega los recursos necesarios para mejorar continuamente sus procesos

internos apoyado por la calidad de la mano de obra e infraestructura y la

integración de nuevas tecnologías.

• Trabaja en la seguridad, prevención de riesgo y salud ocupacional de todo el

personal, sobre la base del cumplimiento de las normas, leyes y reglamentos

vigentes.

Hidrocamps Ltda. Esta ubicada en Avda. Pedro Montt ...# 601 San Vicente en

Talcahuano.

8

Capitulo 1.

1.1 Procesos de pesca.

Generalidades.

Desde que el hombre se dejó llevar por la corriente sobre un tronco dirigido con sus

manos, reconoció la importancia de poder flotar[8], llegando a diseñar distintos tipos de

navíos, llegando finalmente a la creación de un barco.

Siempre el hombre ha tenido como objetivo utilizarlos para asegurar su subsistencia

por medio de la pesca. Esta pesca con el paso de los años aumento, de igual forma que

la construcción de barcos, dando inicio a la industria pesquera. A medida que las

actividades de la industria pesquera crecieron y aumentaron en importancia y en

complejidad, las embarcaciones tuvieron que incrementar su potencia y adaptarse a las

necesidades específicas que les exigía cada modalidad de la pesca; es decir, tuvieron

que ser construidas expresamente para ella. Todo esto fue dando paso para que la

industria pesquera sea hoy en día una de las que genera mayores ingresos a nivel

mundial.

La pesca de Túnidos : su importancia.

La pesca e industria atunera[9] representa el renglón pesquero más importante a

nivel mundial, no obstante que la producción es sólo ligeramente superior al 2,5% de las

capturas mundiales totales.

La pesca mundial de túnidos sobrepasa los dos millones de toneladas métricas

(TM). De esa captura mundial, las cinco especies más importantes son:

• Rabil o atún aleta amarilla

• Patudo u ojo grande

• Atún blanco o albacora

• Atún rojo o aleta azul

9

Los atunes son especies altamente migratorias, durante el recorrido atraviesan los

territorios de varios países, así como zonas de alta mar que no pertenecen a ningún país

en particular.

El atún.

El más grande de los atunes[13], el atún rojo, vive en los océanos Atlántico y

Pacífico y en el mar Mediterráneo; puede alcanzar 3 m de longitud y un peso de más de

700 kg. Realiza grandes migraciones y es un gran predador que se alimenta

fundamentalmente de peces y crustáceos. Su carne roja es muy sabrosa y se consume

tanto fresca como en conserva. El atún de aletas amarillas o atún rabil vive tanto en el

Atlántico como en el Pacífico e Índico. La albacora o atún blanco, un pez de carne

excelente, también presenta una distribución generalizada y puede alcanzar 1,2 m de

longitud. Su carne es blanca y no roja. El patudo es un atún que se distribuye por el

Atlántico tropical y puede alcanzar una talla de 2 m. El atún listado vive también en los

tres grandes océanos (Atlántico, Pacífico e Índico). Se caracteriza porque los flancos y el

vientre, de color plateado, presentan unas líneas longitudinales oscuras.

Fig. 1.1 El atún rojo.

10

Barcos atuneros .

Los barcos atuneros[9], son barcos que navegan en su gran parte por el atlántico,

donde encuentran las mayores cantidades de atún en el mundo. Estos barcos son todos

de características similares, requieren de bodegas congeladas donde almacenar la pesca,

cuentan con un área en la que instalan los equipos y accesorios según la modalidad de

pesca que tengan, cuentan con grandes redes y grúas y cuentan con camarotes para el

descanso de la tripulación de estos barcos. Para la conservación del atún, estos barcos

llevan tanques especiales.

Los modernos atuneros, son barcos que operan una "red de cerco" con la que

pueden capturarse varias toneladas; miden más de 50 metros de eslora 1 y desplazan 1

000 toneladas. Están dotados de instalaciones frigoríficas que llegan hasta 40 °C bajo

cero y van dotados de motores muy poderosos, ya que precisan de grandes velocidades y

de enorme autonomía. Cuentan con los aparatos detectores correspondientes, que

facilitan la localización de los bancos de peces, y muchos de ellos incluyen un helicóptero

para este fin.

Fig. 1.2 Esquema de barco atunero congelador prototípico.

1 Eslora: es la dimensión de un navío tomada a su largo, desde la proa hasta la popa.

11

1.2 Métodos.

Técnicas de pesca.

En la pesca comercial se pueden distinguir artes pasivas y activas [9]; entendemos por

artes pasivas aquellas que se basan en esperar a que la presa se enrede en el aparejo o

pique el anzuelo por si misma. Por el contrario, las artes de pesca activas tratan de

capturar las presas yendo al lugar en el que se encuentran. Las artes de pesca activas,

sobre todo las de arrastre, han ido incorporando a lo largo del tiempo avances

tecnológicos, incrementando así su rendimiento y capacidad pesquera. Esto no es tan

notorio en las artes pasivas, salvo lo que concierne a las dimensiones de redes y

aparejos. Sin embargo, desde el punto de vista económico y del impacto sobre los

recursos pesqueros, hay artes que predominan: El arrastre, el más significativo, el cerco

(con su aplicación en la pesca oceánica), palangre 1 y las redes de deriva. Otros tipos de

pesca están en franca decadencia y tendientes a desaparecer, como es el caso de la

pesca artesanal.

A continuación se describirán los dos procesos de pesca mas ultimados por los

barcos atuneros.

1.2.1 PESCA POR ARRASTRE.

La pesca de arrastre[8,9] de fondo consiste en remolcar un gran saco de red, con dos

puertas metálicas para mantenerlo abierto, por el lecho marino, para la captura de

variadas especies. La red de arrastre captura todo lo que se encuentra a su paso, ya sean

peces, invertebrados o cualquier otro organismo; las puertas y cadenas metálicas, que se

fijan a la parte inferior de la red para evitar que ésta flote, provocan la destrucción del

sustrato y las comunidades vegetales del fondo marino, con efectos que pueden llegar a

ser irreversibles.

1 Palangre: Básicamente consiste en una línea, en la que un aparejo o caja llevan una serie de anzuelos unidos a la línea principal, alcanzan profundidades de hasta 3000 metros.

12

En un solo arrastre pueden capturarse más de 50 especies diferentes, muchas de

las cuales carecen de interés comercial y son descartadas.

1.2.2 PESCA POR CERCO:

El cerco trabaja en la superficie y concentra por medio de luces los cardúmenes de

pescado azul. Va estableciendo un cerco[8,9] sobre el banco de peces con barcos y redes,

hasta conseguir atraparlo en un espacio reducido. Al tratarse de peces migratorios, las

capturas son más irregulares. Se trata de una pesquería más inestable y menos rentable

que la del arrastre, pero sus consecuencias no son tan graves; sin embargo, el estado

actual de escasez en el que se encuentran los recursos pesqueros, hace de este tipo de

pesca un factor más de abuso en el Mediterráneo. La pesca oceánica, está dirigida

principalmente a la pesca de túnidos, aunque captura también numerosas especies

asociadas, principalmente tiburones y algunas especies de mamíferos y reptiles marinos.

La pesca de túnidos tiene gran tradición en el Mediterráneo, capturándose el atún

rojo desde épocas muy antiguas con el arte de almadraba 1. En la actualidad esta especie

es capturada con grandes cerqueros que faenan en todas las aguas del Mediterráneo y

con palangres de superficie. La segunda especie en importancia es el pez espada,

capturado principalmente con palangre de superficie, pero habiéndose generalizado la

pesca con redes de enmalle 2 a la deriva, aunque estas están prohibidas o reguladas en

algunos países.

1 Alambrada: es una estructura de alambre, normalmente de acero, separada por postes de madera o metal, destinada a delimitar terrenos, encerrar ganado, demarcar propiedades, etc.

2 Enmalle: es un conjunto de redes, que son de finos filamentos que se calan en o sobre la superficie con la ayuda de numerosos flotadores y plomos o pesos y que mantienen su posición al ser ancladas.

13

Fig. 1.3 Pesca por cerco.

Las embarcaciones que faenan al cerco para atún rojo y atún blanco, lo hacen en

caladeros alejados de la costa, en mar abierto y siguiendo las migraciones de esas

especies, así como aprovechando la entrada de las mismas en el Mediterráneo para la

puesta.

Cuando los barcos pesqueros se alejan más de la costa, la pesca tiene que ser

conservada a bordo durante días, y para esto es necesario habilitar medios más

adecuados para conseguir la conservación y el almacenamiento en frío, lo cual se logra

con el simple empleo de hielo mezclado con la pesca, o estableciendo instalaciones

frigoríficas, en las que la pesca se congela a muy bajas temperaturas, menos de 40°

centígrados.

14

CAPITULO 2.

2.1. Descripción del buque.

El barco pesquero[11] “Reina de la Paz”, es un barco destinado a la pesca del atún,

pertenece a la pesquera Mar Pacífico Tuna S.A. Su dueño es Sr. Diego Miletic y su puerto

de registro es Panamá. Tiene una capacidad de 2.100 m³, su eslora es de 91,00 m., su

manga de 12,19 m. Y su puntal 3 de 8,80 m.

Este barco cuenta con bodegas para la conservación de peces y congelados. La

capacidad que este barco tiene en sus bodegas es de 2.100 m³ y cuenta con 20 en total,

las que están distribuidas bajo la cubierta principal. Estas bodegas son refrigeradas con

un motor principal a popa y bulbo en proa.

Este barco es destinado a la pesca del atún como principal objetivo. Su modalidad de pesca es de cerco. Su clasificación es ABS � A1CON QUE FISHING VESSEL �AMS.

1 Popa: Parte posterior o trasera de una embarcación.

2 Proa: Parte delantera de una embarcación.

3 Puntal: Es la medida vertical desde el canto superior de la quilla hasta la unión del la traca de cinta con la cubierta principal.

Fig. 2.1 Dibujo del barco “Reina de la Paz”.

POPA1 PROA 2

15

.

El barco cuenta con un casco hecho de acero, a diferencia de este la cubierta de botes

y puente de gobierno están hechas de aluminio, con el fin de reducir el peso del navío.

Esto ha generado problemas de estabilidad dentro de la nave, por lo ligero que este es a

diferencia de otros barcos que son más robustos.

Características principales [11].

Eslora total 91,00 m.

Eslora entre perpendiculares 81,69 m.

Puntal a la cubierta superior 8,80 m.

Puntal a la cubierta principal 6,45 m.

Manga1 12,19 m.

Calado 2 (Aprox.) 6,00 m.

Capacidad combustible 533 m³

Capacidad del Bodegas 2.100 m³

Tripulantes 26 pers.

Velocidad (Aprox.) 15 km

1 Manga: es la medida del barco en el sentido transversal, es decir de una banda a otra. 2 Calado: es la distancia vertical entre un punto de la línea de flotación y la línea base o quilla.

Fig. 2.2 Foto del barco “Reina de la Paz”.

16

La habitabilidad del barco está distribuida en la cubierta superior y cubierta de

botes, en donde se distribuye la tripulación. Esta cuenta con 26 personas a bordo,

incluyendo en ellas al capitán, el navegador, piloto del helicóptero, mecánico del

helicóptero, el armador, el jefe de máquinas y tripulantes en general.

Dentro de la cubierta superior se encuentra la cocina, la bodega de víveres y el

comedor del barco, la lavandería, la enfermería, camarotes y una sala que está destinada

para la instalación de los equipos de aire acondicionado. Todos estos están conectados

por un pasillo principal como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 2.3 Vista en corte de la cubierta superior[11].

En este trabajo no se considera aire acondicionado para la cocina, pañol de víveres,

lavandería y enfermería. Esto se decide, ya que por norma no puede conectarse al

sistema central que entregará el aire acondicionado. Se evita así infecciones o

propagación de enfermedades a través de la red principal. La solución más práctica seria

colocar un equipo independiente que satisfaga la necesidad de ese recinto.

1 Babor: Lado o costado izquierdo de la embarcación mirando de popa a proa.

2 Estribor: Banda derecha del navío mirando de popa a proa.

Comed Cocin Despens

EnfermeríEstar jefe

de

Pasillo

Camarote

Sala de aire

acondicionCamarote Camarote

Lavanderí

Pañol

de BABOR1

ESTRIBOR 2

PROA POPA

17

Dentro de la cubierta de botes que está ubicada sobre la cubierta superior se

encuentran el puente de gobierno, sala de cartas, camarotes del capitán, camarotes del

armador, camarote del navegador, camarote del piloto y mecánico del helicóptero y

respectivas salas de estar. También cuenta con un pasillo que conecta cada camarote. La

distribución general se ve en la siguiente figura.

Fig. 2.4 Vista en corte de la cubierta de botes[11].

Esta cubierta (Fig. 2.4) está hecha de aluminio a diferencia del resto del barco. La

carga térmica en la zona de puente de gobierno es más crítica que en el resto, ya que

posee una gran área de ventanas y su superficie está expuesta al sol, sumado a esto el

calor que aportan los equipos que ahí se encuentran y las personas que controlan estos

equipos. En la cubierta de botes se analizarán todas las piezas mostradas en la figura 2.4.

Camarote

del capitán

Camaro

te

Estar

armad

Estar

Capitá

Puente de

gobierno

Camaro

te

Pasillo

Camaro

te

Estar

navega

Sala

de

BABOR

ESTRIBOR

PROA POPA

18

Fig 2.5. Vista en corte de la cubierta de Botes y su perfil[11].

19

2.2. Orientación y ruta de navegación.

• Orientación:

En la implementación de equipos de aire acondicionado es de gran importancia el

tema de la orientación[11] que el barco “Reina de la Paz” tendrá en su etapa de diseño.

Esto con el fin de ver como la exposición al sol afecta a este mismo. Para esto se ha

utilizado una orientación mostrada en la figura 2.6., que es la condición mas critica para

este estudio.

Fig. 2.6. Orientación del barco para nuestro estudio de A.A.

Observación: Estos datos fueron sacados de recomendaciones marítimas[10,11] que nos

proporcionó la empresa, a través de la experiencia y que serán utilizadas para el cálculo

de la climatización dentro del barco (radiación solar).

20

• Ruta de navegación .

Las rutas de navegación[11] que el barco “Reina de la Paz” utiliza en su trabajo de

pesca es generalmente el mostrado en la figura 2.7. Este es un esquema que se logro

trazar basado en información proporcionada por la empresa.

El barco “Reina de la Paz” dentro de su ruta de navegación llega a distintos puertos de

países como Perú, Ecuador, Venezuela, etc.

Fig. 2.7. Ruta de navegación del Barco “Reina de la Paz”.

21

CAPITULO 3.

3.1. Características del sistema de aire

acondicionado.

En este proyecto, se utiliza un sistema de aire acondicionado semicerrado con

recirculación de aire. La recirculación de aire[5,6,7] consiste en que después de que el aire

pasa por los camarotes, una parte importante de este aire que ya fue utilizado se vuelve a

reutilizar y es devuelto al equipo acondicionador, esto se hace porque este aire se

encuentra en condiciones más cercanas a las que se desea inyectar a los camarotes. El

sistema de recirculación de aire se usa fundamentalmente para reducir

considerablemente la capacidad de enfriamiento que debe tener el equipo, mezclando

aire recirculado con el aire exterior, para que no se sature el aire que se esta

suministrando a las habitaciones.

Para el propósito de acondicionar los camarotes se utilizará un equipo que se

denomina “Fan Coil”[4], el cual consiste básicamente en un serpentín de refrigeración o de

agua de mar fría y una ventilación en la cual el aire es tratado para luego ser

suministrado a la habitabilidad. Esta parte de la distribución a los distintos camarotes y

salas de estar, se realiza a través de ductos de ventilación los cuales entregan la carga de

aire que cada camarote necesita para su acondicionamiento final.

El agua fría con la cual funcionan los equipos, es extraída de la sala de

refrigeración, en la cual son congelados los atunes para su conservación.

22

Fig. 3.1. Ejemplo de esquema de ductos en Cubierta Superior.

Una vez que el aire es utilizado en cada una de las habitabilidades, no es extraído

por un sistema de ductos, en la cubierta principal, sino es expulsado hacia el pasillo y de

esta manera tiene directa conexión con la habitación en la cual se encuentra el equipo.

Así se puede obtener el aire para la recirculación en el sistema y el aire que no se

recircula o se vota al exterior es eliminado por las puertas que se encuentran en los

extremos del pasillo del barco. Se optó por esta forma de diseño porque el barco no

contaba con las dimensiones adecuadas para poder construir el sistema de extracción de

aire

En la cubierta de botes se utilizarán de igual forma los ductos de inyección de aire

para acondicionar los camarotes. La extracción de aire será en forma natural, por rejillas

que se encuentran en las puertas de cada camarote, las que dan al pasillo y de esta

forma ocurrirá su recirculación.

23

Memoria de cálculo.

Metodología.

En la siguiente memoria de cálculo se representan esquemáticamente la

distribución de paredes y superficies, que existe dentro de cada camarote o habitación de

este barco.

Para esto se identifica las paredes que componen cada camarote, con el fin de

describir los materiales y espesores que tiene cada muro, techo, puerta, ventana y piso.

Estos datos serán de gran ayuda para el tema de la transferencia de calor en el recinto.

Otro de los datos a considerar al momento de instalar aire acondicionado es ver a

que tipo de condiciones están expuestos los locales adyacentes. Definir las condiciones

de diseño que se utilizarán para este estudio (t° b ulbo húmedo, t° bulbo seco, humedad

relativa, etc.).

Definir la orientación cardinal o ruta de navegación que este barco tendrá.

Definir el tipo de instalación que deseamos instalar en el recinto a acondicionar.

Cálcular la carga que se desea acondicionar, para posteriormente seleccionar los

equipos que van a satisfacer las condiciones calculadas como confortables.

Por ultimo definir como se distribuye el aire acondicionado y qué impacto

económico puede tener en este proyecto.

24

Descripción del recinto donde se instalará el aire acondicionado.

Para el estudio de aire acondicionado, se muestra la distribución de locales, a través

de sus planos y esquemas 3D[11].

NOTA: los esquemas 3D son una guía para mostrar la distribución de cada

camarote y las áreas de cada superficie. Las ventan as y puertas son esquemáticas,

no se asemejan a la realidad.

Cubierta Superior.

Cubierta Botes.

1 2 3 4

5 6 7 8 9

Comedor

Coci

10 11

13

12

14 (Puente de

Gobierno)

15 16 17 18

28

Camaro te N°14

29

Descripción de los materiales y espesores de las su perficies del

recinto donde se instalará aire acondicionado.

En los siguientes esquemas y cálculos se muestran los espesores, resistencias

que oponen los materiales y los distintos parámetros a utilizar en la determinación del

coeficiente global o total de transferencia de calor de las diferentes superficies.

Condiciones de diseño.

En la siguiente tabla se muestran las condiciones o parámetros que serán

utilizados posteriormente para los cálculos del proyecto. Estos datos fueron extraídos del

manual de Carrier[6], de normas ASHRAE[12] y recomendaciones marinas[10].

Temperatura de la habitabilidad 20

Humedad de la habitabilidad 50%

Temperatura exterior 35

Humedad especifica exterior 95%

Temperatura del puente de pesca 25

Temperatura del pasillo 25

Temperatura en el interior de los baños 30

Velocidad del viento 10

Renovaciones de aire recomendadas 5 a 20 por hora.

Presión atmosférica (Diseño) 101,3 (kPa)

Temperatura de agua de refrigeración disponible 4 °C

30

• Identificación de las paredes del barco.

En los siguientes esquemas se muestran las paredes del barco, identificando con

distintos colores cada una de ellas[11].

Pared exterior de la cubierta superior.

Pared del pasillo. (Babor)

Pared del pasillo. (Estribor)

Despensas conservadoras de víveres.

Pared exterior de la cubierta de botes.

Pared del pasillo. (Babor)

Pared del pasillo. (Estribor)

31

Paneles de cubierta.

A continuación se mostraran la conductividades de los paneles que componen las cubiertas de la habitabilidad, estos valores serán utilizados para el análisis de la transferencia de calor que existe en cada recinto en estudio.

• Panel Isoliber 25B-15:

Conductividad térmica

⋅=

⋅⋅=Km

WKhm

Kcal

2

2

104,186,0

95,0



⋅=

⋅⋅=Km

WKhm

Kcal

2

2

93,086,0

8,0

• Panel Autoportable:


⋅=

⋅⋅=Km

WKhm

Kcal

2

2

93,086,0

8,0

Nota:

� Los valores de la conductividad térmica de los paneles y el techo de los camarotes fueron entregados por un proveedor de la empresa, estas fichas se encuentran en el anexo N°12.

32

Cálculo de transferencia de calor de las superficie s del camarote N°1 a modo de ejemplo.

Para el cálculo de la transferencia de calor que existe en cada camarote fueron utilizados el anexo N°1 (transferencia de calor), c on sus respectivas formulas, tablas y diagramas, también los anexos N°5 de conductividad de los materiales y N°6 de los factores de convección.

Cubierta superior.

• Pared exterior del Barco de la cubierta superior.

Elemento Espesor e(m)

Conductividad térmica λ )

Resistencia térmica

R

Acero 0,01 50 0,0002

Cámara de Aire 0,1 0,588 0,18

Lana Mineral 0,05 0,052 0,961

Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104

Resistencia térmica total 2,245

C am ara de A ire

E xte rio r In te rio r

A ceroP ane l

Lana M ine ra l

33

• Convección:

Velocidad del viento:

=s

mV 10 ;

=⋅+=Km

WVhe 28,4548,5

Exterior

===

W

Km

he

2

02,08,45

11

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01

• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.

he

e

hiU

111 ++=λ

; λe

R T =

⋅=++=W

Km

U

2

385,202,0245,212,01

⋅=

Km

WU

2419,0

34

• Pared del pasillo. (Babor)




R

Aluminio 0,006 210 0,000028 Cámara de Aire 0,05 0,277 0,18

1,104 2 Panel Isoliber 25B-15 0,025 0,022 1,104


C am ara de A ire

Interior Pasillo

Paneles

A lum in io

• Convección:

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

'' 12,01

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01


''

111hi

e

hiU++=

λ ;

λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

628,212,0388,212,01

⋅=

Km

WU

238,0

35

• Techo de Cubierta Superior.




R

Acero 0,01 50 0,0002 Lana Mineral 0,05 0,052 0,961

Panel Autoportante 0,05 0,053 0,93

Cámara de Aire

0,2 0,15

1,111 0,833

0,18 0,18

InteriorExterior

Camara de Aire

Lana Mineral

Techo Autoportante

Acero

• Convección:


=s

mV 10 ;

=⋅+=Km

WVhe

28,4548,5

Exterior

===

W

Km

he

2

02,08,45

11

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

''17,0

1

Interior

⋅==W

Km

hi

2

17,01

36


Techo con lana mineral:

he

e

hiU

111

1

++=λ

; λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

1

261,202,0071,217,01

⋅=

Km

WU

21 442,0

Techo con cámara de Aire:

''2

111

hi

e

hiU++=

λ ;

λe

R T =

⋅=++=W

Km

U

2

2

45,117,011,117,01

⋅=

Km

WU

22 689,0

37

• Piso de Cubierta Superior.

Elemento

Espesor e(m)



R

Acero 0,01 50 0,0002

Plástico 0, 005 0,75 0,006 Cemento 0,02 1,73 0,012


Lana Mineral Acero

Cemento

Plastico

Exterior

Interior

• Convección:


=s

mV 10 ;

=⋅+=Km

WVhe

28,4548,5

Exterior

===

W

Km

he

2

02,08,45

11

Interior

⋅==W

Km

hi

2

17,01


he

e

hiU

111 ++=λ

; λe

R T =

⋅=++=W

Km

U

2

208,002,0018,017,01

⋅=

Km

WU

28,4

38

� Despensas conservadoras de víveres.

Elemento

Espesor e(m)



R

Aluminio 0,006 210 0,000028

Poliuretano expandido 0,15 0,025 6

Fibra de vidrio 0, 005 0,052 0,096 Terciado marino 0,02 0,14 0,143

Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104




⋅=

⋅⋅=Km

WKhm

Kcal

2

2

104,186,0

95,0

• Convección:

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

''12,0

1

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01


''

111hi

e

hiU++=

λ ;

λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

583,712,0343,712,01

⋅=

Km

WU 2131,0

39

Baño.

� Paredes.




R

Chapa galvanizada 0,0007 210 0,000003

Lana Mineral 0,07 0,052 1,346

PVC 0,004 0,03 0,133 Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104


PanelPVCLana

Mineral

Chapa galvanizada

• Convección:

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

''12,0

1

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01


''

111

hi

e

hiU++=

λ ;

λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

583,212,0583,212,01

⋅=

Km

WU 2387,0

40

� Techo del baño.




R

Acero 0,01 50 0,0002 Chapa galvanizada 0,0007 210 0,000003

Lana Mineral 0,27 0,052 5,192

PVC 0,004 0,03 0,133


L a n a M in e ra l

L a n a M in e ra l

A c e ro

C h a p a g a lv a n iz a d a

P V C

• Convección:

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

''11,0

1

Interior

⋅==W

Km

hi

2

11,01


''

111hi

e

hiU++=

λ ; λ

eRT =

⋅=++=W

Km

U

2

68,211,044,211,01

⋅=

Km

WU

2373,0

41

� Piso del baño.

Elemento

Espesor e(m)



R

Acero 0,01 50 0,0002

Chapa hierro 0,003 75 0,00004 Cámara de Aire 0,068 0,425 0,2

PVC 0,004 0,03 0,133 Resistencia térmica total 0,333

C a m a r ad e

A ir e

P V C

C h a p a d e h ie r r o

A c e r o

Convección:

Interior no acond.

⋅==W

Km

hi

2

'' 17,01

Interior

⋅==W

Km

hi

2

17,01


''

111hi

e

hiU++=

λ ;

λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

673,017,0333,017,01

⋅=

Km

WU

2485,1

42

� Ventas.

Elemento

Espesor e(m)



R

Vidrio 0,008 1,2 0,0066

V e n ta n a

E x te r io r I n te r io r

• Convección:


=s

mV 10 ;

=⋅+=Km

WVhe

28,4548,5

Exterior

===

W

Km

he

2

02,08,45

11

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01


he

e

hiU

111 ++=λ

; λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

1466,002,00066,012,01

⋅=

Km

WU

2821,6

43

Puentes térmicos.

Los frentes de forjado y pilares son puntos débiles desde un punto de vista

térmico, estos son mas conocidos como “puentes térmicos”. Para minimizar las pérdidas

ligadas a estos, se deben emplear materiales aislantes con el fin de disminuir o reducir las

pérdidas generadas en los lugares donde ocurren estas situaciones. Los materiales que

son utilizados como aislantes son fondos de encofrado que luego son revestidos

directamente por el acabado de la fachada.

Tanto en la cubierta principal como en la cubierta de bote ocurre lo mismo, así

como en las vigas verticales y en las horizontales. Se calculará a modo de ejemplo una

viga de la cubierta de bote, las que son de aluminio y se demostrará porque no fueron

sumadas en los cálculos generales de este estudio.

• Resistencia que opone la pared exterior del barco (vigas de la estructura del barco).




R

Aluminio 0,21 210 0,001

Corcho 0,01 0,035 0,285

Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104


Esquema de la pared.

44

Cálculos.

• Convección:


=s

mV 10 ;

=⋅+=Km

WVhe

28,4548,5

Exterior

===

W

Km

he

2

02,08,45

11

Interior

⋅==W

Km

hi

2

12,01


he

e

hiU

111 ++=λ

; λe

RT =

⋅=++=W

Km

U

2

53,102,039,112,01

⋅=

Km

WU 2653,0

• Área de transferencia a la que esta expuesta la viga.

( )202,001,02 mA =×=

• Carga térmica del puente.

( )WtUAQ 196,015653,002,0 =××=∆××=

Esto es aproximadamente la carga que transmite una viga en cada camarote (solo

existen 2 vigas por camarote). Este valor no llega ni al 1% de la carga total que existe por

camarote, por lo tanto estos valores serán despreciados y se compensará en el 10% de

factor de seguridad que es aplicado al valor final de la carga.

45

Cálculo de transferencia de calor por radiación.

Para el cálculo de transferencia de radiación[14] fue utilizada la ecuación 1.2 y la

tabla 1.3 del anexo 1.3 (transferencia de calor). La transferencia de radiación por las

ventanas se obtiene del anexo N°7 .

• Para la Cubierta Superior, de Acero:(Techo)

( )2115,97 mA =

• Para la Cubierta Superior, de Acero:(Muro)

( )2768,106 mA =

• Para la Cubierta de Bote, de Aluminio:(Techo)

( )282,130 mA =

• Para la Cubierta de Bote, de Aluminio:(Muro)

( )2891,79 mA =

• Para las ventanas:

( )216 mA = ; Valor máximo de la radiación =

2

8,551m

W

( )[ ] ( )WQ 1717252035442,0115,97 =+−⋅⋅=

( )[ ] ( )WQ 88,14136,162035419,0768,106 =+−⋅⋅=

( )[ ] ( )WQ 96,2291252035438,082,130 =+−⋅⋅=

( )[ ] ( )WQ 78,10576,162035419,0891,79 =+−⋅⋅=

( )WQ 9,9580363,178,551 =⋅=

46

Cálculo de la carga de la iluminación .

Para el cálculo de la iluminación debemos identificar las lámparas que son

Fluorescentes (F) y las Incandescentes (I).

• Camarotes: cada pieza cuenta con un lámpara de cabecera de 20 (W) por

cama, y una lámpara con 2 Fluorescentes de 36 (W) cada tubo.

)(243025,119442772 WF =⋅=⋅=

• Baños: Cada baño cuenta con un fluorescente de 36 (W), y una los incandescente

de 25 (W) en los espejos.

)(54025,14323612 WF =⋅=⋅=

En total la suma de toda la potencia que entregan las lámparas que existen en la

habitabilidad del barco es de:

)(37903005405202430 WTotal =+++=

)(5802029 WI =⋅=

)(3002512 WI =⋅= (*) Los Watt indicados en las lámparas Fluorescentes deben ser multiplicados por 1,25 para tener en cuenta la potencia de la reactancia.

47

Cálculo de calor emitido por las personas.

Para definir el calor que emite cada persona que está en el barco debemos

separarlas en la cantidad de tripulantes que están en el Cubierta Superior (CS) y la que se

encuentra en la Cubierta de Bote (CB), porque se encuentra realizando distintas

actividades.

CS: 21 personas, con una actividad de 116,28 (W) cada una.

CB: 5 personas, con una actividad de 139,53 (W) cada una.

En total en calor que emite toda la tripulación es de:

)(53,3139)53,1395()28,11621( WTotal =⋅+⋅=

48

Transferencia de calor del camarote N°1 a modo de ejemplo.

En las próximas tablas resúmenes se muestran un orden de cada camarote con

todas las cargas térmicas que lo afectan y también se encuentran descrita cada una

de ellas y la orientación que esta tiene respecto del barco.

Los valores que son negativos (-) son el aporte de frío que están ganando los

camarotes y los valores positivos (+) es el calor que hay que eliminar del recinto.

Camarote Nº1.

PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE CALOR POR LA ESTRUCTURA. Superf. U ∆t Q

Designación Orientación neta (m 2) (W/m2 °C) (°C) (W)

Ventanas Noroeste 0,441 6,821 15 45,12

Muros Noroeste 6,417 0,419 15 40,33 Muros Pasillo 1,283 0,38 5 2,44 Puerta Pasillo 1,26 1,046 5 6,59

Muros Des. Verduras 6,678 0,131 -14 -12,25

Muros Des. Carne 5,62 0,131 -34 -25,03

Cielo Cubierta de Bote 4,68 0,442 15 31,03

Cielo (baño) Cubierta de Bote 3,5 0,47 10 16,45

Piso Parque de Pesca 13,35 4,8 5 320,4

Radiación Techo 4,68 0,442 40 82,74 Radiación Muro 6,417 0,419 31,6 84,96

Radiación Ventanas 243,34 Personas 232,56

Iluminación 130 Baño 279

TOTAL 1477,68

49

Cargas totales de los camarotes a acondicionar.

Habitabilidad Carga Térmica (W)

Camarote Nº1 1477,68


















Comedor 6141,21

TOTAL BARCO (W) 41460

TOTAL BARCO (kW) 41,46 x 10%

TOTAL BARCO (kW) 46

50

Para simplificar el estudio del aire acondicionado, se ha distribuido en tres

sectores, los cuales serán alimentados por su equipo respectivo. Los tres sectores en los

cuales se dividió el barco son: Cubierta Superior, Cubierta de Bote y Comedor.

Los valores totales a que se llega con la suma de todas las cargas térmicas del

barco, se incrementan por un factor de seguridad, el cual asegura que el valor final

considera todas las cargas que no fueron incluidas en este estudio. Para esto el factor

utilizado es de un 10% según standards.

TOTAL CUBIERTA SUPERIOR

15986,19 (W)

15,99 (Kw) 10%

| 18 | (Kw)

TOTAL COMEDOR

6141,21 (W)

6,14 (Kw) 10%

| 7 | (Kw)

TOTAL CUBIERTA DE BOTES

19332,65 (W)

19,33 (Kw) 10%

| 21 | (Kw)

51

Cálculo de las propiedades termodinámicas a través de

programa EES.

Generalidades.

Para el cálculo de los distintos estados termodinámicos por los que pasará el aire

dentro del ciclo de aire acondicionado, se decidió utilizar un programa computacional. El

software de ingeniería a utilizar es el “Resolución de Ecuaciones de Ingeniería” o “EES”

(Engineering Equations Solver) el cual facilita y hace más práctico todo lo que concierne

con la resolución de todo el proceso al cual es sometido el aire húmedo.

La función principal suministrada por EES es la solución de un grupo de

ecuaciones algebraicas. EES también puede resolver ecuaciones diferenciales, hace la

optimización, suministra regresiones lineales y no lineales. EES suministra muchas

estructuras útiles para el cálculo ingenieril de propiedades termofísicas y matemáticas.

Por ejemplo, las tablas de vapor son ejecutadas de tal forma que cualquier propiedad

termodinámica puede ser obtenida de una función construida citada en los términos de

otras dos propiedades. Las tablas de aire están construidas como lo están las funciones

psicométricas.

En general el uso de este recurso tecnológico simplifica todos los engorrosos

cálculos manuales, es por esto que facilita la selección de las características técnicas del

equipo de aire acondicionado. Así se ha recurrido a probar, poniendo en análisis distintos

parámetros en estudio, para llegar a la selección de la mejor alternativa para el mejor

funcionamiento del ciclo de verano y para esto se han utilizado tablas paramétricas que

analiza los parámetros que se quieren estudiar, mostrado más adelante.

52

Metodología utilizada para el cálculo en EES.

Para lograr los valores que serán requeridos en el estudio del aire acondicionado

se necesitan tener claro las ecuaciones que serán utilizadas para determinar los distintos

estados termodinámicos.

Las tablas paramétricas que serán incluidas en los cálculos de la cubierta superior,

cubierta de botes y comedor, se muestra como el porcentaje de aire recirculado influye

directamente en los parámetros mostrados. Uno de esos parámetros es la capacidad de

enfriamiento del equipo, ya que se requiere tener la menor capacidad de equipo, esto va

directamente relacionado con los costos que el tendrá. El Vrequerido es el volumen de

aire requerido por persona esto no debiera sobrepasar un rango de 50 a 80 m³/h. La

humedad relativa no puede sobrepasar el 100 de humedad, es por esto que el valor no

debe ser mayor a 1.

Luego de haber controlado estos parámetros, se decide que porcentaje es más

recomendable para la recirculación de aire dentro de los recintos y creamos una nueva

tabla paramétrica, con el fin de relacionar el factor de desvío del equipo con los

parámetros antes descritos, el valor del factor de desvío en nuestro caso es entre 0,05 y

0,1.

En el diagrama Windows es la hoja en donde se muestran todos los resultados de

nuestro estudio para cada unos de los equipos y como el aire húmedo pasa a través del

ciclo de aire acondicionado.

Finalmente se muestran los diagramas sicrométricos correspondientes a cada

unos de los equipos.

53

Formulas Utilizadas en el programa.

55

Cálculos cubierta superior.

A continuación se muestran como fueron determinados los valores del factor de

recirculación y el factor de desvío del serpentín que tiene el equipo. Estos valores son mostrados

con color amarillo en las siguientes tablas.

Valor

selecciona

Valor

selecciona

58

Cálculos cubierta de botes.

Valor

selecciona

Valor

selecciona

61

Cálculo comedor.

Valor

selecciona

Valor

selecciona

64

Conclusiones de los esquemas anteriores.

Como se mostró anteriormente los resultados fueron separados en tres equipos

distintos, los valores más relevantes por equipos son los siguientes:

• Cubierta superior:

Número de personas estimado (N°personas) 27 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 17,58 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 5,3 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 200.000. (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 2,764 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 1,6 (kg/s) 2835 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 40 (6 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 3000 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 201.660. (BTU/h)

• Cubierta de botes:

Número de personas estimado (N°personas) 27 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 21,27 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 6,63 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 240000 (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 3,34 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 1,93 (kg/s) 3430 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 40 (6 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 4000 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 237.790. (BTU/h)

• Comedor:

Número de personas estimado (N°personas) 22 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 6,76 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 6,8 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 76000 (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 1,06 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 0,61 (kg/s) 1090 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 16 (4 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 1200 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 76.790. (BTU/h)

65

Distribución y cálculo de los ductos [6].

Para el cálculo de los ductos se utilizo el método de pérdida de carga constante,

este método consiste en calcular los conductos de forma que tengan la misma pérdida de

carga por unidad de longitud, a lo largo de todo el sistema.

Nota:

� Todas las tablas y gráficos que se utilizaron en los cálculos de los ductos se

encuentran en los anexos N°8, N°9, N°10 y N°11.

En las siguientes figuras se mostrara la distribuc ión de los ductos que se

instalaran el barco.

• Esquema de ductos.

En los esquemas, las letras identifican los tramos y bocas que se encuentran en la

distribución de los ductos.

67

Cub

ierta

de

Bot

es.

Vel

ocid

ad in

icia

l =9

(m/s

)

Tra

mos

T

ram

os

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m

)A

ncho

(m

)Ar

ea (

m²)

Vel

oc. (

m/s

)D

equ

iv.

Larg

o (m

)P

rP

r x L

tram

o 1

A -

B67

430,

21

0,2

90,

452

0,15

0,3

tram

o 2

B -

C60

6,9

0,2

0,4

0,08

2,11

0,30

50,

010,

05tra

mo

3B

- E

2090

,30,

20,

90,

183,

230,

434

0,03

0,12

tram

o 4

B -

D40

45,8

0,2

0,9

0,18

6,24

0,43

0,5

0,08

0,04

tram

o 5

E -

F10

78,9

0,2

0,45

0,09

3,33

0,32

3,5

0,03

0,10

5tra

mo

6F

- G

472

0,2

0,3

0,06

2,19

0,27

30,

010,

03tra

mo

7E

- H

1011

,45

0,2

0,45

0,09

3,12

0,32

10,

020,

02tra

mo

8H

- I

606,

870,

20,

40,

082,

110,

304

0,01

0,04

tram

o 9

D -

J35

73,8

0,2

0,8

0,16

6,20

0,41

40,

070,

28tra

mo

10J

- K31

69,2

0,2

0,75

0,15

5,87

0,40

2,5

0,05

0,12

5tra

mo

11K

- L

2899

,50,

20,

70,

145,

750,

393,

50,

050,

175

tram

o 12

L - N

1933

0,2

0,6

0,12

4,47

0,37

0,5

0,03

0,01

5tra

mo

13N

- M

966,

50,

20,

50,

12,

680,

342,

50,

010,

025

Der

ivac

ione

sLa

rgo

(m)

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m

)A

ncho

(m

)Ar

ea (

m²)

Vel

oc. (

m/s

)D

equ

iv.

Pr

Pr

x L

C1

0,5

303,

450,

20,

20,

042,

110,

220,

020,

01C

20,

530

3,45

0,2

0,2

0,04

2,11

0,22

0,02

0,01

F1

0,5

606,

870,

20,

40,

082,

110,

300,

050,

025

H1

0,5

404,

60,

20,

250,

052,

250,

240,

050,

025

I10,

530

3,4

0,2

0,2

0,04

2,11

0,22

0,02

0,01

I20,

530

3,4

0,2

0,2

0,04

2,11

0,22

0,02

0,01

D1

0,5

472

0,2

0,30

0,06

2,19

0,27

0,03

0,01

5J1

0,5

404,

60,

20,

250,

052,

250,

240,

020,

01K

10,

526

9,72

0,2

0,25

0,05

1,50

0,24

0,02

0,01

L10,

596

6,5

0,2

0,50

0,10

2,68

0,34

0,05

0,02

5N

10,

596

6,5

0,2

0,50

0,10

2,68

0,34

0,05

0,02

5

68

Cod

os.

Long

. Equ

iv. (

m)

TO

TA

L1

Cod

os d

e 0,

9 x

0,2

(m) =

2,08

2,08

1 C

odos

de

0,6

x 0,

2 (m

) =1,

751,

75

3 C

odos

de

0,5

x 0,

2 (m

) =1,

474,

412

Cod

o de

0,4

5 x

0,2

(m)

=1,

472,

942

Cod

os d

e 0,

4 x

0,2

(m) =

1,47

2,94

2 C

odos

de

0,3

x 0,

2 (m

) =1,

472,

943

Cod

os d

e 0,

25 x

0,2

(m)

=1,

193,

573

Cod

os d

e 0,

2 x

0,2

(m) =

1,16

3,48

24,1

1

Larg

o to

tal d

el d

ucto

=41

,5(m

)

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n el

con

duct

o= (L

argo

tota

l d

el d

ucto

+ L

ong.

Equ

ival

ente

adi

cion

al) x

Pér

dida

uni

taria

.

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n el

con

duct

o=9,

84(m

m c

.a.)

Gan

anci

a de

pre

sión

por

vel

ocid

ad=

0,75

x [(

Vf/2

42,4

)^2

- (V

d/24

2,4)

^2]=

2,75

Vel

ocid

ad a

la s

alid

a de

l ven

tilad

or (

Vf)

(m/m

in) =

48

0V

eloc

idad

en

el c

ondu

cto

(Vd)

(m

/min

) =

121,

2

TOT

AL p

érdi

das

de p

resi

ón

cub

ierta

de

bote

s =

13,8

1(m

m.c

.a.)

69 C

ubie

rta s

uper

ior

(1;2

;3;4

;5;6

).

Vel

ocid

ad in

icia

l =5

(m/s

)

Tram

os

Tra

mos

C

auda

les

(m³/

h)A

lto (

m)

Anc

ho (m

)A

rea

(m²)

Vel

ocid

ad (m

/s)

D e

quiv

.La

rgo

(m)

Pr

Pr x

Ltr

amo

1A

- B

325

00,

20,

90,

18

50,

43

40,

070,

28tr

amo

2B

- E

225

00,

20,

60,

12

5,2

10,

37

70,

070,

49tr

amo

5E

- F

120

00,

20,

40,

08

4,1

70,

30

30,

040,

12tr

amo

6F

- G

620

0,2

0,3

50,

07

2,4

60,

29

40,

020,

08tr

amo

7E

- H

105

00,

20,

40,

08

3,6

50,

30

10,

030,

03tr

amo

8H

- I

470

0,2

0,3

0,0

62,

18

0,2

74,

50,

020,

09tr

amo

3B

- C

100

00,

20,

30,

06

4,6

30,

27

2,3

0,09

0,20

7tr

amo

4C

- D

500

0,2

0,3

0,0

62,

31

0,2

74,

40,

040,

176

Der

ivac

ione

sLa

rgo

(m)

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m

)A

ncho

(m

)A

rea

(m²)

Vel

ocid

ad (m

/s)

D e

quiv

.P

rP

r x L

F1

0,5

580

0,2

0,3

50,

07

2,3

00,

29

0,0

30,

015

H1

0,5

580

0,2

0,3

50,

07

2,3

00,

29

0,0

30,

015

C1

0,5

500

0,2

0,3

0,0

62,

31

0,2

70,

03

0,01

5

Cod

os.

Long

. Equ

iv. (

m)

TO

TAL

1

Co

dos

de 0

,6 x

0,2

(m

) =1,

751,

752

Co

dos

de 0

,4 x

0,2

(m

) =1,

472,

943

Co

dos

de 0

,35

x 0

,2 (m

) =

1,47

4,41

3 C

odo

s de

0,3

x 0

,2 (

m) =

1,47

4,41

13,5

1

Larg

o to

tal d

el d

ucto

=31

,7(m

)

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n el

con

duct

o= (L

argo

tota

l d

el d

ucto

+ L

ong.

Equ

ival

ente

adi

cion

al) x

Pér

dida

uni

taria

.P

érdi

da d

e ca

rga

tota

l en

el c

ondu

cto=

3,16

(mm

c.a

.)

Gan

anci

a de

pre

sión

por

vel

ocid

ad=

0,75

x [(

Vf/2

42,4

)^2

- (V

d/24

2,4)

^2]=

0,80

Vel

ocid

ad a

la s

alid

a de

l ven

tilad

or (

Vf)

(m/m

in) =

30

0V

eloc

idad

en

el c

ondu

cto

(Vd)

(m

/min

) =

165,

6

70 Cub

ierta

sup

erio

r (7

;8;9

).

Vel

ocid

ad in

icia

l =5

(m/s

)

Tra

mos

T

ram

os

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m)

Anch

o (m

)Ar

ea (

m²)

Vel

ocid

ad (

m/s

)D

equ

iv.

Larg

o (m

)P

rP

r x L

tram

o 1

J - K

1800

0,2

0,5

0,1

50,

342

0,07

0,14

tram

o 2

K -

L13

000,

20,

40,

084,

510,

304,

50,

060,

27tr

amo

3L

- M

780

0,2

0,3

0,06

3,61

0,27

4,5

0,05

0,22

5

Der

ivac

ione

sLa

rgo

(m)

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m)

Anch

o (m

)Ar

ea (

m²)

Vel

ocid

ad (

m/s

)D

equ

iv.

Pr

Pr x

LK

11

500

0,2

0,3

0,06

2,31

0,27

0,04

0,04

L11

520

0,2

0,3

0,06

2,41

0,27

0,04

0,04

M1

0,5

390

0,2

0,3

0,06

1,81

0,27

0,04

0,02

M2

0,5

390

0,2

0,3

0,06

1,81

0,27

0,04

0,02

Cod

os.

Long

. Equ

iv. (

m)

TO

TAL

5 C

odos

de

0,3

x 0,

2 (m

) =1,

477,

357,

35

Larg

o to

tal d

el d

ucto

=14

(m)

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n el

con

duct

o= (L

argo

tota

l d

el d

ucto

+ L

ong.

Equ

ival

ente

adi

cion

al) x

Pér

dida

uni

taria

.

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n el

con

duct

o=1,

49(m

m c

.a.)

Gan

anci

a de

pre

sión

por

vel

ocid

ad=

0,75

x [(

Vf/2

42,4

)̂2

- (V

d/24

2,4)

^2]=

0,80

Vel

ocid

ad a

la s

alid

a de

l ven

tilad

or (

Vf)

(m/m

in) =

30

0V

eloc

idad

en

el c

ondu

cto

(Vd)

(m

/min

) =

165,

6

TOT

AL p

érdi

das

de p

resi

ón

cubi

erta

sup

erio

r =

8,28

(mm

.c.a

.)

71

Com

edor

.

Vel

oci

dad

inic

ial =

5(m

/s)

Tra

mos

T

ram

os

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m)

Anch

o (m

)Ar

ea (

m²)

Vel

oc. (

m/s

)D

equ

iv.

Larg

o (m

)P

rP

r x

Ltr

amo

1A

- B

2023

0,2

0,6

0,12

50,

377

0,07

0,49

tram

o 2

B -

C10

120,

20,

40,

083,

510,

301

0,03

0,03

tram

o 3

B -

D10

110,

20,

40,

083,

510,

305,

50,

030,

165

Der

ivac

ione

sLa

rgo

(m)

Cau

dale

s (m

³/h)

Alto

(m)

Anch

o (m

)Ar

ea (

m²)

Vel

oc. (

m/s

)D

equ

iv.

Pr

Pr x

LC

10,

550

60,

20,

30,

062,

340,

270,

040,

02C

20,

550

60,

20,

30,

062,

340,

270,

040,

02D

10,

550

60,

20,

30,

062,

340,

270,

040,

02D

20,

550

60,

20,

30,

062,

340,

270,

040,

02

Cod

os.

Long

. Equ

iv. (

m)

TO

TAL

2 C

odos

de

0,4

x 0,

2 (m

) =1,

472,

944

Cod

os d

e 0,

3 x

0,2

(m) =

1,47

5,88

Tot

al5,

88

Larg

o to

tal d

el d

uct

o=15

,5(m

)

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n e

l con

duct

o= (L

argo

tota

l d

el d

ucto

+ L

ong.

Equ

ival

ente

adi

cion

al) x

Pér

did

a u

nita

ria.

Pér

dida

de

carg

a to

tal e

n e

l con

duct

o=1,

50(m

m c

.a.)

Gan

anci

a de

pre

sión

por

vel

ocid

ad=

0,75

x [

(Vf/

242,

4)̂2

- (V

d/24

2,4)

^2]=

0,68

Vel

oci

dad

a la

sal

ida

del v

entil

ado

r (V

f) (m

/min

) =

300

Vel

oci

dad

en e

l con

duct

o (V

d) (

m/m

in) =

19

1,4

TOT

AL p

érdi

das

de p

resi

ón

com

edor

=2,

66(m

m.c

.a.)

72

Difusores utilizados en los ductos.

A continuación se muestran los difusores seleccionados para cada una de las bocas que existen en los ductos. Estos valores serán sacados del anexo N°13.

Cubierta de botes. Difusores de sección

cuadrada (modelo 50-FR-4)

Cantidad Posición Caudal Sección Velocidad de salida Presión de

salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m) 1 K1 250 300x300 1,6 0,18 0,6 4 C1-C2-I1-I2 300 300x300 1,9 1,04 0,7 2 H1-J1 400 300x300 2,6 0,94 1 2 G1-D1 450 375x375 1,8 0,48 0,9 1 F1 600 375x375 2,5 0,43 1,2 3 L1-N1-M 1000 525x525 2,1 0,9 1,4 Total pérdida presión 3,97

Cubierta superior. Difusores de sección



salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m) 2 M1-M2 400 300x300 2,6 0,94 1 1 I 450 375x375 1,8 0,24 0,9 4 C1-D-K1-L1 500 375x375 2 1,16 1 3 F1-G-H1 600 375x375 2,5 1,29 1,2 Total pérdida presión 3,63

Comedor. Difusores de sección



salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m)

4 C1-C2-D1-

D2 500 375x375 2 1,16 1 Total pérdida presión 1,16

73

Disposición final de la instalación de ductos.

En las siguientes vista que se presentan a continuación muestran la disposición de los

ductos vistos en planta, en los que en la cubierta superior tienen una altura de 2,1 (m), la

cubierta de botes a una altura de 2 (m) y el comedor al igual que la cubierta superior su altura

es de 2,1 (m).

Las dimensiones del los ductos (alto y ancho) se muestran en los siguientes esquemas:

74

Cubierta Superior.

Camarote 1,2,3,4,5,6.

Equipo acondicionador

-. Cap. enf. 201660 (Btu/h)

-.Caudal 3000 (CFM)

75

Cubierta Superior.

Camarote 7,8,9.


-. Cap. enf. 201660 (Btu/h)

-. Caudal 3000 (CFM)

76

Cubierta de botes.


Viene de la cubierta superior

-. Cap. enf. 237790 (Btu/h)


77

Comedor .


-. Cap. enf. 76790 (Btu/h)


78

Esquemas de la salida del equipo a la red de ductos .

79

Materiales a utilizar en instalación de redes ducto s.

En la fabricación de las redes de ductos para los Equipos Climatizadores se

utilizaran los siguientes materiales:

� PLANCHA DE ALUMINIO : En espesor de 0,6 (mm), estas planchas se consiguen

en rollos de 1 metro de ancho por un largo de 20 metros. Se utilizará en plancha

aluminio, ya que es un material ligero y se acomoda bien a las condiciones para

realizar las instalaciones en el barco. Los costos que puede tener planchas de

aluminio son similares o incluso menores a lo que pueden costar otro tipo de

materiales utilizados en este tipo de trabajos, tales como acero inoxidable. Se

debe fabricar 255 (kg) de redes de ductos.

Luego de haber definido el material de los ductos y sus características se procede

a su fabricación y el montaje de ellos. Esto considerando los soportes que mantendrán la

red de ductos en las posiciones que se mostraran mas adelante.

Junto con la instalación de los ductos se procede a definir el tipo de aislación

térmica que se utilizará en la redes de ductos, que en este caso será de la siguiente

característica técnica:

� AISLACION TERMICA : Aislamiento flexible de espuma elastomérica del tipo

ARMAFLEX de un espesor de 19 (mm). El total de aislante a utilizar en este

proyecto es de 150 (m2). Se escoge este tipo de aislante, ya que es de fácil

montaje y se ve bien estéticamente y además se puede pintar.

Para finalizar la redes de ductos se instalarán en cada terminal: Difusores de

Inyección de sección cuadrada modelo 50-FR-4 y de diferentes medidas, dependiendo el

caudal de cada uno de los terminales, los cuales serán 9 de 300x3000, 15 de 375x375 y 3

de 525x525 y serán identificados mas adelante.

80

Conclusión

Se desarrolló un análisis de las necesidades de acondicionamiento ambiental de

un espacio no convencional, como lo es la habitabilidad de un barco, en este caso el

barco mercante “Reina de la paz”.

Fue necesario considerar los requerimientos del usuario y analizar las condiciones

posibles de diseño, que por tratarse de un barco pasó por considerar sobretodo los

reducidos espacios disponibles y las zonas de navegación identificando situaciones

climáticas más críticas.

Definidas las condiciones del proyecto se determina, empleando ecuaciones de

transferencia de calor y expresiones de cálculo normalizadas, las cargas térmicas de cada

uno de los espacios habitables contemplados y sus necesidades de ventilación o

renovación de aire.

Se determina de esta forma una ganancia térmica total de 46 kw, con un margen

de seguridad del 10%.

Para el sistema a instalar se definen tres circuitos independientes, cada uno con

su equipo acondicionador de aire respectivo, estos son: Cubierta superior, cubierta de

botes y Comedor. De esa forma la carga térmica y flujo de aire requerido para cada

sector, resultan:

Cubierta superior : 18 kw 4335 m3/h (70% recirculado)

Cubierta de botes: 21 kw 6000 m3/h (70% recirculado)

Comedor : 7 kw 1836 m3/h (70% recirculado)

El circuito de ductos se calcula con el criterio de pérdidas de carga constante,

definiéndose sus dimensiones y disposición para cada uno de los tres sectores. Se

presentan esquemas y trazado ilustrativo con dimensiones, en cada zona habitable

considerada.

81

Los equipos seleccionados son del tipo fan-coil y sus características para cada

sector, son las siguientes:

Cubierta superior : 201660 BTU/h (51kW) 3000 CFM (70% recirculado)

Cubierta de botes: 237790 BTU/h (60 kW) 4000 CFM (70% recirculado)

Comedor : 76790 BTU/h (19 kW) 1200 CFM (70% recirculado)

La estimación de costos globales del diseño del sistema de aire acondicionado

asciende aproximadamente a 16.270.000 más IVA.

82

Bibliografía.

• [1] Transferencia de calor. (J.P.Holman) 8va edición.

• [2] Transferencia de calor. Apuntes dpto. de ing. Eléctrica y energética de la

Universidad de Cantabria. Pedro Fernández Díez.

• [3] Transferencia de calor y masa. Yunus A. ζengel.

• [4] Aire acondicionado. Ángel Luis Miranda.

• [5] Acondicionamiento del aire y refrigeración. Carlo Pizzetti.

• [6] Manual de aire acondicionado. Carrier Air Conditioning Company

(EE.UU.) (1999).

• [7] Calefacción y acondicionamiento de aire. Allen Walker James.

• [8] http://www.fao.org

• [9] Apuntes Gestión de la calidad en las actividades marítimas portuario-

pesqueras. Dr. Marcos Salas Inzunza. (Dpto. de ciencias navales y

marítimas).

• [10] Manual de maquinaria marítima auxiliar. Calefacción, ventilación,

acondicionamiento de aire.

• [11] Información del barco entregada por la empresa (Planos,

características del buque, información general).

• [12] Normas ASHRAES para barcos, ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004.

• [13] Enciclopedia Encarta 2008, Microsoft Corporation.

• [14] Instalaςões de ar condicionado, Hélio Creder, LTC Livros técnicos e

científicos editora, 5ª edición 1997.

• [15] Catalogo equipo Magic aire, BM SERIES, LISTED IN ACCORDANCE

WITH UL 1995, http:// www.magicaire.com

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