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F.A.U.D. U.N.C.

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TRABAJO PRÁCTICO AIRE ACONDICIONADO 2015

Esta guía pretende ayudar a los alumnos en la resolución de un anteproyecto de un sistema de aire acondicionado, si bien en este caso, se obliga al alumno a resolver un sistema por conductos, es comprensible que con los mismos pasos, pueda resolver otros sistemas a partir de conocimientos que asimile a lo largo del curso.

Trabajaremos en grupos de dos o tres como máximo

Para lo cual será necesario disponer de la documentación (planta y cortes 1:50) correspondiente a un edificio de entre las siguientes opciones: Oficinas, Bibliotecas, Concesionarios de automóviles, etc. (Un salón principal de 1000 a 1500 m3 y dos salones contiguos al salón principal más pequeños de 200 a 300 m3)

El trabajo se desarrolla a través de 6 semanas (intervalo de vacaciones de Julio) 1ra semana: 03 y 04-06: Diseño preliminar (esquemas planta y corte) Ubicación de equipos, trazado tentativo de conductos, rejas y/o difusores. 2da semana: 10 y 11-06: Estimación de carga térmica de verano (Bal. Term. 1º parte) 3ra semana: 17 y 18-06: Estimación de carga térmica de verano (Bal. Term. 2º parte) y psicrometría - calculo de caudal total de aire (Qat).- 4ta semana: 24 y 25-06: Cálculo de caudales secundarios, cálculo de conductos, rejas de inyección, retorno y difusores.- 5ta semana: 01 y 02-07: Desarrollo de la documentación, planos finales esc. 1:50 (planta y cortes). 6ta semana: 29 y 30-07: Seminario de reelaboración colectiva del trabajo práctico.-

1ra Semana:

Ubicación de los COMPONENTES DEL SISTEMA, TRAZADO TENTATIVO

y calculo de “K”

Estudio previo del edificio y locales motivo del cálculo, y ubicación según indicaciones dadas por los profesores asistentes, de cada uno de los componentes del sistema y calculo de K de los cerramientos, por lo menos dos (pared y techo exterior).

El Cálculo de K, tal como se indica en el apunte teórico, es un método analítico que permite determinar la cantidad de calor, expresado en Kilocalorías, que puede pasar por hora a través de un m2 de un cerramiento heterogéneo, es decir, compuesto por diferentes materiales y espesores, y por cada ºC de diferencia de temperatura entre sus caras.

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La determinación de los diversos K de cerramientos tiene como objetivo, la realización del balance térmico de verano, esta tarea es similar a la ya realizada en el modulo anterior de calefacción.

2da y 3ra Semana:

ESTIMACION DE CARGA TERMICA

La Estimación de las Cargas Térmicas o Balance Térmico, es un método analítico que permite determinar la cantidad de calor que se deberá eliminar en verano, del ambiente a climatizar, para compensar las ganancias de calor a través de los cerramientos, (tanto opacos como transparentes) producidas por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior (del local), por las cargas internas, por la radiación solar en cerramientos transparentes, por la radiación solar en cerramientos opacos combinados en este caso con la diferencia de temperatura, el color del muro, la densidad aparente, la inercia térmica del mismo todo lo que se resume en la llamada D.E.T, por el aire de renovación, agregándose a esto la determinación de los valores de carga térmica de calor latente de personas, artefactos, y aire exterior.

Las ganancias de calor sensible, se calculan de la misma manera que como vimos para el balance térmico de invierno, salvo que en este caso si se las debe considerar de manera permanente.

La guía desarrollada a continuación pretende orientar al alumno para resolver un caso de estimación de cargas térmicas de verano En todos los pasos se debe dejar constancia de los criterios seguidos o las decisiones tomadas, en la Memoria de Cálculo que acompañará al trabajo.

Para la realización del cálculo se utilizarán las planillas que se adjuntan en la presente guía, (Planillas para Estimación de Cargas Térmicas I y II )

Los principios generales en que se fundamenta el cálculo, tanto para invierno como para verano, son muy similares, y los podemos agrupar en:

• Ganancias de calor por transmisión en cerramientos opacos no expuestos al sol, y transparentes.

• Ganancias de calor por radiación solar a través de cerramientos transparentes.

• Ganancias de calor por transmisión en cerramientos opacos expuestos al sol (donde se combinan diversos aspectos).

• Ganancias internas sensibles

• Ganancias internas de calor latente.

• Ganancias de calor sensible debido al aire exterior.-

• Ganancias de calor latente debido al aire exterior.-

Los pasos a seguir, para la realización de dicha estimación serán los mismos que ya vimos en estimación de pérdidas de calor, salvo que aquí serán ganancias de calor.

1) Para el primer apartado (ganancias de calor por transmisión) es similar al ya

visto en caso de perdidas por transmisión en la estimación de invierno.

2) Para el caso de ganancias de calor por radiación, en el caso de cerramientos translúcidos, en verano deberemos calcular simultáneamente las ganancias de calor por transmisión y por radiación, en este último caso, reemplazando el valor de K por el de Rs , tomado de la Tabla de radiación solar., además, en los cerramientos translúcidos se deberá determinar si existe algún elemento que reduzca el paso de la radiación por obstrucción (fr), factor éste indicado en la Tabla de Factores de reducción para radiación solar.

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3) Para cerramientos opacos que SI dan al exterior, se reemplazará la δt por su equivalente DET (ver en nueve lecciones Lección Nº 4).

Por radiación, opacos externos: K x S x DET (Tablas DET Muros y DET Techos) Determinación de las cargas internas, (ver lección 7 en nueve lecciones)

PERSONAS, determinaremos el número de ocupantes del local y el tipo de actividad que realizarán, para obtener los valores de calor Sensible y latente que aportará cada una de ellas (Tabla Ganancia debida a los ocupantes). ILUMINACIÓN, determinaremos el consumo horario de energía eléctrica, en Vatios o Kw, recordando que para las lámparas de descarga gaseosa, habrá que tener en cuenta un adicional de potencia de un 100 % sobre su potencia nominal, y que solo aportan calor sensible. (Tabla Ganancia debida a los aparatos de iluminación) ARTEFACTOS, deberá tenerse en cuenta los artefactos que produzcan calor, tanto sensible como latente. Encontrándose indicados en la Tabla Ganancia debido a los aparatos de restaurante, los valores de artefactos de uso común, principalmente en cocinas de restaurantes y comedores. Determinación de las ganancias debidas al aire exterior (véase lección nº8 de nueve lecciones) Obtenidos los valores de aire exterior se procede de manera similar a lo realizado en la estimación de invierno pero aquí debe agregarse en ambos casos (infiltración y T.A.Ext,) el cálculo de calor latente.

CÁLCULO MEDIANTE LAS PLANILLAS PARA B.T.

Se adjuntan a la presente, planilla en blanco (eventualmente para fotocopiar) DATOS BÁSE DE CÁLCULO:

Procederemos a llenar según corresponda el encabezamiento de la planilla (Estimación de las Cargas Térmicas verano). Lo habitual resulta realizar el Balance Térmico de verano para el día 21 de enero a las 15 hs, (hora de la máxima diaria)

En caso de ser necesario realizar dicho balance en otros horarios, se dejará asentado en la memoria de cálculo dichas modificaciones y el porqué de ellas.

Los valores de temperatura interior y exterior serán similares a lo determinados para invierno.

Una vez establecidos estos valores, se asentarán en el encabezamiento, todos los datos que allí se piden:

- Ubicación. - Destino.

- Fecha y hora para verano.- tbs exterior - tbs interior

- δt (te-ti)

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GANANCIAS Y PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN: (ver lección Nº 4)

En la planilla de Estimación de las Cargas Térmicas ( I ), se asentarán los siguientes datos:

- Columna 1: Cada uno de los cerramientos, opacos y translúcidos, ordenados

según su identificación en el plano del local.

- Columna 2: La orientación de cada cerramiento.(este dato nos será de utilidad cuando realicemos la parte del verano)

- Columna 3: Los valores de K correspondientes a los cerramientos opacos.

Para los cerramientos translúcidos se asentarán los valores de K para calcular las pérdidas por transmisión ( tr. )

- Columna 4: La superficie ( S ) neta de cada cerramiento.- - Columnas 5, 6 y 7 proceder como en invierno.

- Columna 8: La diferencia de temperatura ( δt ), en verano, establecida

previamente en el encabezamiento, entre la temperatura interior y la exterior ( te – ti ). En el caso de cerramientos que reciban radiación solar ya sea directa como indirecta se consignaran los datos de la D.E.T. .

Cuando se esté considerando algún cerramiento que no dé directamente al

exterior (el caso de cerramientos medianeros, colindantes con otro local, o entrepisos con un local arriba o abajo), se considerará como temperatura exterior ( te ), la del local colindante.

Si no se conociera dicha temperatura, o el local no estuviera acondicionado, se

tomará como diferencia de temperatura la resultante de dividir por 2 la diferencia de los otros cerramientos que lindan con el exterior. ( (te – ti) / 2).

- Columna 9: Se efectuará la operación para determinar las pérdidas en verano de cada uno de los cerramientos:

Por transmisión, opacos no expuestos al sol y translúcidos K x S x δt Por transmisión y radiación, opacos externos expuestos al sol K x S x DET

Importante: Los valores obtenidos como resultados de estas operaciones se asentarán en la columna correspondiente, redondeados sin decimales.

Sub total 1: Se sumarán los resultados obtenidos en las columnas 7 y 9,

obteniéndose los subtotales 1 del Balance Térmico, que representan el calor que se pierde, o gana a través de todos los cerramientos.

Estos resultados también se redondean sin decimales y se transportarán al comienzo

de la siguiente planilla.

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GANANCIAS POR CARGAS INTERNAS: (ver lección Nº 7)

En la planilla de Estimación de las Cargas Térmicas se asentarán los siguientes datos:

- Columna 10: Cantidad de personas que ocuparán el local. (En invierno si se justifican)

- Columna 11: Para personas, el coeficiente de calor sensible y latente, aportada por cada uno de los ocupantes, determinado según lo explicado en el apunte teórico. Para Artefactos, calor sensible, 0,86, coeficiente de conversión de W a Kcal/h.

Para Iluminación, calor sensible, 0,86, coeficiente de conversión de W a Kcal/h.

Para Infiltración de Aire, Cal. Sensible y Cal. Latente: 0,31 y 0,71,

Coeficientes de volumétricos de calor sensible y latente respectivamente.

- Columna 12: Para Artefactos, la Potencia eléctrica total consumida por estos dispositivos.

Para Iluminación, la Potencia por m2 o la potencia total instalada.

Para Iluminación, si el dato es la potencia por m2, se indicará la superficie del local.

- Columna 13: Para Infiltración de aire, el volumen calculado según lo explicado en el Apunte Teórico.

- Columna 14: Para Infiltración de aire, la diferencia de temperatura δt (te-ti)

- Columna 15: Se efectuará la operación para determinar las perdidas de:

calor sensible en invierno, 0,31 x Vol. x δt

- Columna 16:

Para Infiltración de aire: Calor Sensible, la diferencia de temperatura δt (te-ti). Calor Latente, la diferencia de humedad específica δhe.

- Columna 17: Se efectuarán las operaciones para calcular las ganancias de calor sensible en verano:

. Para personas, Cant. x Coef.

. Para artefactos, Pot. x 0,86

. Para Iluminación, 0,86 x Pot. x Sup.

. Para Infiltración, 0,31 x Vol. x δt.

- Columna 18: Se efectuarán las operaciones para calcular las ganancias de

calor latente en verano: . Para personas, Cant. x Coef.

Para Infiltración, 0,71 x Vol. x δhe. Todos los valores obtenidos en las columnas 15, 17 y 18 se redondearán sin decimales.

Sub total 2:

Se sumarán los resultados obtenidos en las columnas 15,

17 y 18, más los valores transportados de la planilla anterior como Sub total 1, obteniéndose los Sub totales 2 para invierno y verano.

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Se procede a calcular el factor de calor sensible, dato que nos servirá a la hora de determinar el caudal de aire a insuflar en el local.

GANANCIAS POR AIRE EXTERIOR (ver lección Nº 8) En la planilla se asentarán los

siguientes datos: - Columna 19: No se usa. - Columna 20: Los coeficientes de Calor Sensible, según lo explicado en la

lección Nº 8. - Columna 21: No se usa. - Columna 22: Los volúmenes de TAE, calculados según lo explicado en la

lección Nº 8.

- Columna 23: La δt de invierno, calculada en el encabezamiento. - Columna 24: Se efectuará la operación para determinar las pérdidas de:

calor sensible: en invierno 0,31 x Vol. x δt.

- Columna 25: La δt de verano, calculada en el encabezamiento. - Columna 26: Se efectuará la operación para determinar las pérdidas de:

calor sensible: en verano 0,31 x Vol. x δt.

- Columna 27: Se efectuará la operación para determinar las pérdidas de:

calor latente: en verano, 0,71 x Vol. x δhe.

Sub total 3:

Se sumarán los resultados obtenidos en la columna 24, 26 y 27 sub. totales 3 para verano

CARGAS TOTALES SOBRE EL EQUIPO

Se sumarán los sub. totales 2 + 3, de las columnas de invierno de verano Obteniéndose los totales del Balance Térmico, expresado en Kcal. / h, que nos están indicando la capacidad de los equipos que deberemos instalar en cada uno de los locales a los estamos realizando su estimación de carga térmica.

Nota: Para pasar de Kcal/h a Tonelada de refrigeración se deberá dividir el total del BT en

Kcal/h por 3024 (coef. Tr ).-

1Tr. = 3024 kcal/h.

Ejemplo: Calor Total BT de verano (Sensible + Latente): 12.000 kcal/h = 3,96 Tr, adopto 4Tr.- 3.024 kcal/h

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D.E.T. CALOR

ó δt SENSIBLE

----

----

---

---

UBICACIÓN : DESTINO :

Condiciones de Diseño para INVIERNO Condiciones de Diseño para VERANO

PLANILLA para el T.P. Nº2

ESTIMACIÓN DE LAS CARGAS TÉRMICAS ( I ) Tema

Fecha y Hora : .......................................................

Fecha y Hora : ..........................................................

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " : δt ºC :

h.rel. Exterior % :

h.rel. Interior " : δhe :

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " : δt ºC:

h.rel. Exterior % :

h.rel. Interior " : δhe :

Cargas Externas por TRANSMISIÓN y RADIACIÓN INVIERNO VERANO

Columna 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cerramientos

Orient

K ó

RS

S

fr

δt

CALOR

SENSIBLE

M1

----

M2

----

M3

----

M4

----

V1 Tr.

----

" Rd.

----

----

V2 Tr.

---

" Rd.

---

----

V3 Tr.

---

" Rd.

----

----

V4 Tr.

---

" Rd.

----

----

Puerta 1 Tr.

---

" Rd.

---

----

----

Puerta 2 Tr.

---

" Rd.

---

----

----

Piso Tr.

---

Techo Tr.

---

" Rd.

---

---

----

Sub total 1 :

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δhe

ó δt

CALOR

SENSIBLE

CALOR

LATENT

E -----

----------

-----

----------

-----

----------

-----

----------

-----

----------

----------

----------

δhe

o δt

CALOR

SENSIBLE

CALOR

LATENT

E ----------

----------

Cargas Internas

INVIERNO

VERANO

Columna

10

11

12

13

14

15

16

17

18

PLANILLA para el T.P. Nº 2

ESTIMACIÓN DE LAS CARGAS TÉRMICAS ( II ) Tema

Sub total 1:( viene de la planilla anterior ) .................................

Cant.

Coef.

Pot. Caudal CALOR

SENSIBLE (W) o Sup. δt

Personas Cal. Sensible

-----

-----

-----

----------

" Cal. Latente

-----

-----

-----

---------- Artefactos Cal. Sensible

0,86

-----

-----

----------

" Cal. Latente

-----

-----

---------- Iluminación

-----

0,86

-----

---------- Infiltración Cal. Sensible

-----

0,31

-----

Infiltración Cal. Latente

-----

0,71

-----

-----

----------

Sub total 2

Q cs

FCS = -------------------- = ---------------------------------------- =

Q cs + Q cl

Cargas por Aire Exterior

Columna 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Coef.

Caudal

m3/h

δt

CALOR

SENSIBLE

TAE Cal. Sensible

-----

0,31

-----

TAE Cal. Latente

-----

0,71

-----

-----

----------

Sub total 3

CARGAS TOTALES SOBRE EL EQUIPO:

INVIERNO, Calor Sensible Kcal / h

(Sub total 2+3)

Tn de Refrigeración=

VERANO, Calor Sensible + Calor Latente Kcal / h

(2 + 3) (2 + 3)

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3ra Semana:

CALCULO DE CAUDALES

MEDIANTE EL USO DEL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Mediante el Diagrama Psicrométrico es posible determinar gráficamente las características físicas del aire exterior e interior, datos que nos permitirán resolver los problemas relacionados con el acondicionamiento térmico de los ambientes a diseñar.

A partir de dos cualesquiera de los parámetros conocidos del aire, podremos precisar las demás condiciones del mismo, efectuando sobre el ábaco o diagrama psicrométrico las operaciones correspondientes.

Cálculo de Caudales de Aire.

Caudal Total.

Establecido el trazado de los conductos desde el equipo hasta el local y su recorrido dentro de este, procederemos a calcular el Caudal Total de Aire a Impulsar, mediante la fórmula:

Qs Cat = ----------------------

0.31 (t i – t lmp)

donde:

Cat = Caudal de aire total a insuflar en el local (m3 / hora).

Qs = Calor Sensible total [Kcal/h], según Balance Térmico.

(Excluyendo la carga térmica del T.A.E.).-

0.31 = Ce.Pe.60 = 17 m3/min, /60 = 0.31 m3/h

Valor tomado como constante, derivado de considerar el aire de impulsión con las siguientes condiciones:

Ce= calor especifico del aire (0.24 Kcal/ kg. °C) Pe= peso especifico del aire a 15 °C (1.2 Kg/m³) 60= minutos por hora

t i = Temperatura de Diseño Interior.

t Imp = Temperatura de Impulsión del aire, determinada gráficamente en el

diagrama Psicrométrico, de la siguiente manera:

a ) determinar el Factor de Calor Sensible, con datos del Balance Térmico.

Qs F.C.S. = ----------------

Qs + QI b ) Establecer el Factor de Contacto del serpentín a usar, de acuerdo a los datos del fabricante. En general puede usarse la siguiente escala:

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Tabla 2.

Serpentines

de

3 hileras:

Fc =

0.80

Factores de 4 " 0.85

Contactos 6 " 0.90

8 " 0.95

c ) Utilizando el Diagrama Psicrométrico (Abaco I), por el Punto del Abaco (Pa) 26,5º y 50%HR , trazar una recta que pase por el F.C.S. calculado anteriormente con los datos aportados por el balance térmico ( recta A).

♦ Por el punto que marca la ti y la hr, establecidos como Condición de diseño Interior para el Balance Térmico, trazar una paralela a la recta A encontrada en el paso anterior, hasta que corte la Curva de Saturación ( punto ts ). A esta nueva recta, trazada entre ti y ts, la denominaremos B.

Midiendo en cualquier escala la longitud de la recta B, (distancia entre ti y ts ), se multiplica este valor por el Factor de contacto fc elegido previamente y a este valor L resultante se lo mide sobre la misma recta B, a partir de ti, determinando el punto c.

L= recta B * fc

♦ Bajando por el punto c una vertical, hasta encontrar la escala de Temperatura de bulbo seco ( t bs), encontraremos sobre ella la Temperatura de Impulsión ( t Imp ) buscada, para ser aplicada en la fórmula del caudal total.

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Calculado el caudal total Cat, expresado en m3/hora procedemos a convertirlo en m3/minuto, ya que en el ábaco para el cálculo de las secciones de conductos, el caudal viene expresado en m3/minuto.

Caudal total en m3/hora

Caudal total en m3/minuto = ----------------------------------- 60

2-1 Caudales por tramo. Caudales de cada Reja o Difusor.

Conocido el Caudal Total de aire (Qat) y en base al esquema de distribución de rejas y difusores establecido en el apartado 1 - 2, calcularemos los caudales que circularán por cada tramo de conducto, dividiendo este Caudal Total en forma proporcional a los volúmenes de los sectores que cada reja o difusor deberá alimentar ( Qr ).

Para el ejemplo que sigue recurrimos a uno de los dos esquemas de distribución

vistos anteriormente y suponiendo que cada una de las 8 rejas previstas insufla

igual cantidad de aire, podremos determinar el caudal de cada una de ellas( Qr =

Qat / 8 , expresado en m3/min).

Podremos calcular entonces el caudal que ha de circular por cada sector de los conductos de alimentación:

Q1 = Qat/2 = Qr4 + Qr3 + Qr2 + Qr1

Q4 = Qr4 Q3 = Qr4 + Qr3 Qr2 = Qr4 + Qr3 + Qr2

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4ta Semana:

CALCULO DE CONDUCTOS

TRAZADO Y CÁLCULO DE UN SISTEMA DE CONDUCTOS, REJAS Y DIFUSORES DE AIRE

El Cálculo de conductos es un método analítico que permite determinar la sección de los conductos que transportarán el aire tratado y las dimensiones de las rejas y difusores que lo distribuirán dentro del ambiente a acondicionar.

1. Método para el trazado del sistema.

1- 1 Elección de los elementos de distribución.

Se deberá establecer que tipos de elementos de distribución se han de utilizar para insuflar el aire dentro del local, en función de las dimensiones del mismo; del espacio técnico disponible; existencia o no de cielorraso, vigas, columnas, etc. y por razones de tipo plástico o estético (conductos ocultos o a la vista), pudiendo utilizarse para ello:

♦ Rejas.

♦ Difusores.

♦ Una combinación de ambos.

Rejas: Insuflan el aire en forma perpendicular al plano que las contiene. Se ubican en las caras verticales de los conductos de impulsión, o en las paredes, generalmente en la parte superior de estas, a una altura superior a los 2 mts, para no provocar corrientes de aire molestas para las personas que están de pié o circulando. Disponen de aletas verticales, horizontales o ambas a la vez, lo que permite una mejor orientación del flujo de aire de salida, dentro de cierto rango. En general se adopta como alcance necesario, las ¾ partes de la distancia entre la reja y la pared opuesta, con un máximo a cubrir de 6 a 8 mts. Se puede lograr mayores alcances, pero esto implicaría aumentar la velocidad de salida del aire, y consecuentemente, un mayor nivel de ruido, situación que en algunas aplicaciones puede resultar molesto.

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Los fabricantes de rejas las proveen con diversos ángulos de salida. Los máximos alcances se obtienen con aletas dispuestas en forma vertical y paralelas entre sí O º (deflexión A) y los mínimos alcances - pero mayor cobertura a lo ancho - con aletas verticales con ángulos de hasta 55º (deflexión G)

Difusores:

Insuflan el aire en forma paralela al plano que los contiene. Se los ubica en los cielorrasos o en la cara inferior de los conductos. Existen tres tipos, los Circulares, los Cuadrados y los Rectangulares o Lineales, todos distribuyen el aire en forma de un volumen esférico.

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El alcance del difusor es la distancia que existe entre su centro y la pared más próxima.

Se tratará de localizarlo en el centro geométrico de la zona que ha de alimentar,

para que la distribución del aire sea homogénea hacia todos lados. Corno regla general, el alcance total en forma horizontal de los difusores, hacia ambos lados de su centro (L), no deberá superar el valor de la altura a la cual éste se encuentra instalado; (H) el límite de alcance horizontal es su altura.

Para lograr los alcances de rejas o difusores, se deberá insuflar el aire dentro del local a una cierta velocidad (Velocidad de salida) que no debe superar los valores recomendados en la tabla siguiente, a fin de lograr niveles de ruido aceptables, según la actividad a desarrollar en el ambiente acondicionado:

1- 2 Ubicación de Rejas y Difusores, Trazado de los Conductos. Se trazará un diagrama esquemático en escala, planta y corte, ubicando las rejas o difusores elegidos, según su alcance, previendo gráficamente que las zonas de barrido del aire de salida dejen los menores espacios sin cobertura. Se indicará también la ubicación de la o las rejas de Retorno, elementos estos que tienen como misión colectar el aire del local y Ilevarlo de retorno al equipo para su tratamiento y mezcla con el aire exterior de renovación (T.A.E.). Una vez localizadas las rejas y difusores, se realizará un esquema del trazado de los conductos de impulsión y retorno y la ubicación relativa de los equipos. Los siguientes esquemas son indicativos de las diversas maneras de trazar un diagrama.

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3 Dimensionamiento de los Conductos.

3-1 Conducto Principal (Salida del Ventilador) Conocido el Caudal de Aire total que pasará por el Conducto Principal ( Qat ), y los Caudales de cada uno de los tramos, para conocer las dimensiones de cada uno de ellos se aplicará el método denominado de Igual Fricción o Igual Pérdida de Carga, que posibilita, mediante el uso del gráfico que se adjunta a la presente guía (Ábaco 2) determinar los diámetros correspondientes, de la siguiente manera:

a) Se deberá establecer la velocidad del aire en el conducto principal, a la salida del ventilador, de acuerdo a la siguiente:

Tabla 3: - Bibliotecas, dormitorios y locales donde se necesita silencio 300 mts/min. - Viviendas, oficinas y comercios en general ......................... 450 “ - Locales industriales ............................................................... 500 “

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b) Ingresando con el Caudal de Aire Total (Qat) por la escala de CAUDALES (m3/min), se trazará una horizontal (A) hasta que intercepte a la recta de VELOCIDADES (B, metros/minuto), por este punto trazar una vertical (C ), que nos determinará la Pérdida de Carga en la escala inferior ( mm de columna de agua / metro).

Esta recta auxiliar se mantendrá constante y servirá para determinar las secciones de los demás conductos del sistema.

Asimismo, por el punto de intersección encontrado anteriormente quedará determinado el diámetro del conducto a utilizar para ese Caudal de aire Total, mediante la recta de DIÁMETROS (D, expresada en centímetros). En el caso de no coincidir este punto con un valor exacto de diámetro, se tomará el valor inmediato superior. 3-2 Conductos secundarios. Para determinar los diámetros de conductos de los demás tramos, se ingresa al gráfico con el caudal correspondiente a cada uno de ellos y se traza una horizontal (E) hasta que ésta corte a la Recta de Pérdida de Carga (C), en este punto encontraremos el diámetro de conducto a utilizar.

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3-3 Conversión de secciones circulares a cuadradas o rectangulares. Para determinar las dimensiones cuadradas o rectangulares equivalentes de un conducto circular, recurrimos al “Ábaco de conversión de secciones circulares a cuadras o rectangulares”, que permite convertir directamente las secciones equivalentes, en función del diámetro resultante según el cálculo anterior, y fijando uno de sus lados, conocer las dimensiones del otro lado. Ingresamos por la recta (C), de diámetros, hasta llegar a la curva del diámetro que necesitamos convertir (D), luego necesitamos saber unos de los lados, por ejemplo el Lado (B) en cm., desde la base del ábaco lado (B) subimos hasta que la recta corte con la curva del diámetro (D), luego en ese punto que queda formado nos desplazamos hasta el lado (A) que sería el extremo izquierdo del ábaco y ahí leemos el otro lado del cuadrado o rectángulo en cm.-

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Para determinar las dimensiones de las rejas de inyección y/o difusores, utilizamos la:

GRILLA DE SELECCIÓN DE REJAS DE INYECCION (ver grilla para selección de rejas de inyección en apunte de Tablas) Ingresamos por la recta de caudales

m3/min (a) hasta encontrar el valor recomendado de la velocidad de salidas de rejas

en m/min. (b), desde ese punto formado por los cruces de las dos rectas nos

desplazamos en forma horizontal hacia la izquierda para seleccionar el ancho de la

reja en cm. (c), luego subimos hacia la parte superior de la tabla para saber que

altura tendrá la reja de inyección en cm. (d).-

Verificamos el alcance según la deflexión utilizada (e), desde aquel punto formado

entre el caudal y la velocidad nos desplazamos hacia abajo hasta alcanzar los

alcances en metros (f) según la deflexión previamente elegida, si el alcance no

verificara se procederá a modificar la deflexión y así verificar el alcance en los otros tipos de deflexiones posibles, si aún así no verificara el alcance se deberá buscar otra situación que cumpla con el cometido.

TABLA - Velocidad de salida recomendada para rejas de inyección y difusores.-

Bibliotecas 90 a 200 m/min. Viviendas, departamentos, dormitorios, oficinas, escuelas, 200 a 300 Bancos, restaurantes, locales de negocio 300 a 400

Locales industriales 400 a 500'

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Para dimensionar difusores utilizamos la:

GRILLA DE SELECCIÓN DE DIFUSORES TIPO S1 (ver grilla para selección de difusores de inyección tipo S1 en apunte de Tablas) Ingresamos por la recta de

caudales m3/min (a) hasta encontrar el valor recomendado de la velocidad de

salidas de difusores en m/min. (b), desde ese punto formado por los cruces de las

dos rectas nos desplazamos en forma horizontal hacia la izquierda para seleccionar

el diámetro del difusor en cm. (c).-

Verificamos el alcance, desde aquel punto formado entre el caudal y la velocidad

nos desplazamos hacia abajo hasta llegar a los alcances en metros (f), hay tres

alcances según la velocidad final del aire (e), elegir cualquiera de los tres para

verificar el previsto en proyecto, si no verificara el alcance se deberá buscar otra situación que cumpla con el cometido.

20 I2a

Para determinar las dimensiones de las rejas de retorno, utilizamos la:

GRILLA DE SELECCIÓN DE REJAS DE RETORNO (ver grilla para selección de rejas de retorno en apunte de Tablas) Ingresamos por la recta de caudales m3/min

(a) hasta encontrar el valor recomendado de la velocidad de salidas de rejas de

retorno en m/min. (b), desde ese punto formado por los cruces de las dos rectas nos

desplazamos en forma vertical hacia abajo para seleccionar el alto de la reja en cm.

(d) (si no coincide justo el punto con la recta que desciende deberé adoptar la recta

más cercana que posea menor velocidad, o sea la recta a la derecha del punto), luego nos desplazamos hacia la parte izquierda de la tabla para seleccionar que

ancho tendrá la reja de retorno en cm. (c).-

TABLA - Velocidad de salida recomendada para rejas de retorno.-

Locales de Descanso, bibliotecas. 90 a 105 m/min. Viviendas 105 a 120 Oficinas, escuelas 120 a 140 Bancos, restaurantes, locales comerciales 140 a 160

Locales industriales 160 a 180

5ta SEMANA Desarrollo de la documentación 6ta SEMANA Seminario

21 I2a

6.5

0

EJERCICIO MODELO

A continuación se encuentra resuelto un Ejercicio Modelo, como el que se deberá realizar en los Trabajos Prácticos

1ra SEMANA Diseño preliminar Ubicación de sala de máquinas y de equipos Trazados tentativo de conductos (idea generadora o de partido) Habrá que insinuar el barrido de las rejas y difusores de forma tenue para que no transforme el plano en algo in entendible o pedir un plano de barrido aparte.- Ubicación de bocas de salida de aire (Rejas de inyección, o difusores, de retorno, toma de aire exterior etc.

2da SEMANA Balance Térmico 1 (General sobre todo el edificio) (Resolución de Delta T, Cargas por Transmisión y Radiación)

El ejemplo trata de estimar las pérdidas y ganancias de calor, en verano, de un local, cuya planta se adjunta, con las siguientes características y condiciones:

10.50

V3 V3

M3

P1

M2 Altura = 3.50 m

V2

Aberturas:

V3 = 3.40 x 1.40 m V2 = 2.80 x 1.40 m

P1 = 1.50 x 2.00 m

M4

Local colindante

acondicionado a 18 ºC

M1

Local colindante

sin acondicionar

Local desarrollado en un solo nivel, sin edificación en la parte superior

En una de las dos caras menores (M2), que es la fachada y está orientada al Oeste, se encuentran, la puerta de acceso, con un valor de K igual al del muro y una vidriera (V2), de dimensión indicada en el plano.

La otra cara menor (M4), limita con un local, cuya temperatura se sabe es de 18 ºC durante todo el año.

Una de las caras mayores (M3), orientada al Norte, tiene dos vidrieras (V3), de dimensiones indicadas en el plano. La otra cara mayor (M1), limita con un local cuya temperatura se desconoce.

22 I2a

Ubicación: Catamarca Destino: Oficina

Cantidad de personas: 10 Actividad: De pie, marcha lenta.

Iluminación: 20 W / m2 Artefactos: 2 computadoras de 300 W c/u.

CONDICIONES DE DISEÑO EXTERIOR (para CATAMARCA)

VERANO : 21 de enero 15 hs. tbs= 36.5 ºC hr = 54 % Veloc. Viento: 17 km/h

CONDICIONES DE DISEÑO INTERIOR

VERANO : 21 de enero 15 hs. tbs= 27 ºC hr = 50 %

Caudal de aire de renovación recomendado: Oficinas: 25 m3 / h por persona.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CERRAMIENTOS

Muros externos: K = 1,6 Kcal/h m2

ºC Color claro blanco-crema. Peso = 500 Kg/m2

Muros internos:

K

=

2,0

“

Techo :

K

=

1,4

“

Color claro Peso = 200 Kg/m2

Vidrios:

K

=

5,5

“

Sencillo ordinario de 6 mm. Con Persianas Venecianas interiores color claro.

Ventanas: Metálicas, dos hojas, sin burlete, sin cierre.-

Puerta: K = 1,4

“ Metálica ciega, dos hojas, sin burlete, con cierre.-

CÁLCULOS AUXILIARES:

Q aire renovación : 25 m3/h persona x 10 personas = 250 m3/h

Q aire infiltración (V3x2, V2): 31,80 m (lineales de hendijas) x 4,36 = 138,65 m3/h

Q aire infiltración (P1): 9,00 m (lineales de hendijas) x 4,18 = 37,62 m3/h

Q aire infiltración Total: 176,27 m3/h

Q aire TAE : 250 – 176,27 = 73.73 m3/h

M1 : 10,50 x 3,50 = 36,75 m2

M2 : (6,50 x 3,50) - 3,92 -3 = 15,83 “

M3 : (10,50 x 3,50) – 9,52 = 27,23 “

M4 : 6,50 x 3,50 = 22,75 “

V2 : 2,80 x 1,40 = 3,92 “

V3 : 3,40 x 1,40 x 2 = 9,52 “

P1 : 1.50 x 2,00 = 3,00 “

Techo : 10,50 x 6,50 = 68,25 “

23 I2a

he

= 2

3 g

r/K

g

20

15

he

= 1

2.5

gr/

Kg

10

5

27

36

.5

35

20

25

30

40

tbs

ºC

Determinación Gráfica de la he

δ he = 10.5 gr/Kg

24 I2a

D.E.T.

ο δ t

CALOR

SENSIBLE

4,75 349

1,7 43

4,4 192

-9,0 - 410

9,5 205

863

9,5 497

203

9,5 40

11,4 1089

3071

Planilla para Trabajo Práctico

ESTIMACION DE CARGAS TERMICAS

UBICACIÓN : CATAMARCA

DESTINO : OFICINA Condiciones de Diseño

Condiciones de Diseño VERANO

Fecha y Hora : Fecha y Hora :21 de enero 15 hs

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " :

t.b.s. Exterior ºC :

t.b.s. Interior " :

36.5

δ t :

27

δ t :

9.5

h.rel. Exterior % :

h.rel. Exterior % : 54

h.rel. Interior " : δ he:

h.rel. Interior " : 50 δ he:

10.5

Cargas Externas por TRANSMISIÓN y RADIACIÓN INVIERNO VERANO

CERRAMIENTOS

Orient

K ó

RS

S

fr

δ t

CALOR

SENSIBLE Desig. Medidas

M1 10,50 x 3,50 int. 2,00 36,75

M2 (6,5x3,5)- (3.92)-(3)

O 1,60 15,83

M3 (10,5X3,5)- (9,52)

N 1,60 27,23

M4

6,50x3,50 int. 2,00 22,75

V1 Tr.

"

Rd.

V2 Tr. O 5,50 3,92

"

Rd. O 393,0 3,92 0,56

V3 Tr. N 5,50 9,52

"

Rd. N 38,00 9,52 0,56

V Tr.

"

Rd.

P1 Tr. O 1,40 3,00

"

Rd.

P2 Tr.

"

Rd.

Piso

Techo

Tr. 10,50x6,5 1,40 68,25

"

Rd.

Sub total 1

25 I2a

δhe

ο δt

CALOR

SENSIBLE

CALOR

LATENTE

500

650

516

1174

9,5

519

10,5

1314

2709 1964

δhe

ο δt

CALOR

SENSIBLE

CALOR

LATENTE

9,5 217

10,5 550

217 550

3ra SEMANA Cálculo de Delta he en ábaco Psicrométrico, Resolución de Cargas Internas y Cargas por aire exterior, CALOR LATENTE)

Definir las Kcal/h o Frig/h por cada salón o sala.-

Cargas Internas

Transporte Sub Total 1 : 3071

Cant.

Coef.

Pot.

W Caudal o Sup.

δt

CALOR

SENSIBLE

Personas C.

Sensible

10

50

Personas C.

Latente

10

65

Artefactos C.

Sensible

2

0,86

300

Artefactos C.

Latente

Iluminación 0,86 20 68,25

Infiltración C.

Sensible

0,31

176,27

" C.

Latente

0,71

176,27

Subtotal 2

Cargas sensibles totales= subtotal 1 + subtotal 2 = 3071+2709 = 5780

F.C.S = Q cs

Qcs + Qcl = 5780

= 0,75

Cargas Por Aire Exterior

5780+1964

TOTAL (Kcal/h) subtotal 1 + subtotal 2 + subtotal 3 5997 2514

Carga total sobre el equipo (calor sensible + calor latente 8511 Kcal./h.

Tn. de Refrigeración 2.81 TR

Adoptamos : 3 Tr

Coef. Caudal m3/hora

δt CALOR

SENSIBLE

T.A.E. C. Sensible

0,31

73,73

T.A.E. C. Latente 0,71 73,73

26 I2a

CÁLCULO DE CAUDAL TOTAL: a) Cálculo de F.C.S., b) Resolución de Temperatura de Impulsión en ábaco Psicrométrico, c) Aplicación de la Fórmula de Cálculo de caudal total para verano. 4ta SEMANA CÁLCULO DE CAUDAL POR TRAMO y de cada boca de salida.- Realizar un esquema de conductos llenando el mismo con todos los caudales.- En 4ta semana, aparece un grafico de locales con esquema unifilar de conductos, deben calcularse los caudales totales y de cada tramo, a partir de los siguientes datos (no se corresponden al balance térmico del ejercicio anterior, sino que son datos nuevos

para realizar el cálculo de conductos para tres locales):

Local 1 y 2 Qs 4.963 Kcal/h Ql 945 Kcal/h Local 3 Qs 9.926 Kcal/h Ql 1.890 Kcal/h En ambos casos la temperatura ti = 28 y la HR del 50% Factor de contacto del serpentín FC= 0.80 Locales oficinas

PROCEDIMENTO DE CÁLCULO

1.- Determinación del Caudal de Aire Total (Qat), en el conducto principal, a la salida del ventilador del equipo.

Calor sensible a) Calcular el F.C.S. para cada local : ---------------------------------------

Calor sensible + calor latente

4.963

F.C.S. locales 1 y 2 = ------------------- = 0,84 4.963 + 945

9.926 F.C.S. local 3 = --------------------- = 0,84

9.926 + 1890

27 I2a

F.C

.S.

b) Determinar gráficamente la temperatura de impulsión (t Imp) para los tres locales :

P.A

0,84

t.b.s. ºC t Imp td

17,5 28,0

c) Aplicando la fórmula de Caudal Total de Aire a Impulsar, calcular Qat de verano para cada local:

C.S. 4.963 Qat =-------------------------- locales 1 y 2=------------------ = 1524.7 m3/h c/ local.

0.31 (t. local-t. imp) 0.31 (28 – 17,5)

1524.6 m3/h Convertir a m3/min…………………………. ------------------------ = 25.41 m3/h (los ábacos están en m3/min.) 60 min./hora

9.926 3049.5 Qat local 3= -----------------------= 3049.5 m3/h, ------------ = 50.82m3/min

0.31 ( 28 – 17,5 ) 60

d) El Total de Aire a Impulsar para los tres locales, a la salida del ventilador será :

Qat 1 + Qat 2 + Qat 3 = 25,41 + 25,41 + 50,82 = 101,64 m3/min.

Este dato es muy importante por cuanto con él se comienza el cálculo de conductos

28 I2a

e) Calcular el caudal de aire que saldrá por cada reja de inyección o difusor, estableciendo que por cada una de ellas sale igual cantidad:

Qr locales 1 y 2 = 25,41 / 4 = 6,35 m3/min. por cada reja (4 p/local)

Qd local 3 = 50,82 / 6 = 8,47 m3 / min. por cada difusor.(6)

f) Calcular los caudales de cada uno de los tramos de conductos de inyección:

Q7 = 6,36 m3 / min. Q9 = 8,47 m3/min.

Q6 = 12,70 “ Q8 = 16,94 “

Q5 = 19,05 “ Q4 = 25,41 “

Q1 = 25,41 “ Q3 = 50,82 “

Q2 = Q1 + Q3 = 25,41 + 50,82 = 76,23 m3/min.

Qat = Q1 + Q2 = 25,41 + 76,23 = 101,64 m3/min.

Fíjese que al calcular a partir de la suma de todos los tramos, el valor debe coincidir con el calculado en el punto d)

g) Calcular los caudales de cada uno de los tramos de conductos de retorno:

Q10 =25,41 m3 / min.(6,36 x 4) Q13 =25,41 m3 / min.(8,47 x 3)

Q11 = 25,41m3/min. (6,36 x 4) Q14 =50,82 m3 / min. (8,47 x 3 +Q13)

Q12 = 50,82 “

Q15 = Q12 + Q14 = 50,82 + 50,82 = 101,64 m3/min.

Fíjese que al calcular a partir de la suma de todos los tramos, el valor debe coincidir con el calculado en el punto d)

29 I2a

CÁLCULO DE CONDUCTOS CÁLCULO DE CONDUCTO PRINCIPAL, utilización de ábaco para el cálculo de conductos redondos mediante el método de igual pérdida de carga.- (inyección y retorno).- Cálculo DE CONDUCTOS SECUNDARIOS, utilización de ábaco para el cálculo de conductos redondos mediante el método de igual pérdida de carga.- (inyección y retorno).- CÁLCULO DE CONDUCTOS RECTANGULARES, utilización de ábaco para la conversión de conductos redondos a rectangulares o cuadrados.- (inyección y retorno) (Si fuese necesario según el proyecto)

CÁLCULO DE REJAS DE INYECCIÓN, DIFUSORES Y REJAS DE RETORNO. Cálculo de Rejas de Inyección: Utilización de la grilla de rejas de Inyección con la verificación

del alcance.-

Cálculo de Difusores: Utilización de la grilla de Difusores circulares tipo S1, con la verificación del

alcance.-

Cálculo de Rejas de Retorno: Utilización de la grilla de rejas de retorno. -

Calcular las dimensiones de los conductos de inyección y retorno para acondicionar en verano los locales indicados en el esquema, destinados a negocio, con los siguientes datos:

Velocidad máxima en el conducto principal = 400 metros minuto

Altura máxima disponible para conductos = 30 cm.

A) Conocidos los caudales de cada uno de los tramos de conductos, (trabajo realizado en la semana anterior) se determinarán los diámetros correspondientes, mediante la utilización del Ábaco calculo de conductos, aplicando el método de Igual Fricción o Igual Pérdida de Carga, explicado en el práctico:

Ingresando por la escala de la derecha (CAUDALES) 101, 64 m3/min., encontramos su intersección con la velocidad a la salida del equipo 400 m/min., punto que nos determinará la recta Pérdida de Carga Constante 8.5 mm de c.a. / 100 m., y el diámetro del conducto Principal 57 cm. (Ø60)

Como nuestros valores casi seguro no coinciden con los del ábaco, trabajamos por interpolación y tomando el valor mayor resultante.

Luego, ingresando con cada uno de los demás caudales,(deberemos interpolar) e interceptándolos con la recta obtenida (8.5 de pérdida de carga que mantendremos constante), obtendremos los siguientes valores para cada tramo, que además serán convertidos de circulares a cuadrados, teniendo en cuenta la altura máxima de los conductos, indicada en los datos, mediante el ábaco de conversión. (Véase que en algún caso podríamos tener otras dimensiones y que por otras razones de proyecto serian más convenientes)

30 I2a

31 I2a

Cálculo de conductos de inyección y Conversión de secciones circular a cuadrado o Rect.

Tramo Caudal Diámetros Rectangulares

m3/min. cm. cm.

Qat

101,64

57

30

x

100

Q1 25,41 36 30 x 40 Q2 76

,23

51 30 x 80 Q3 50,82 45 30 x 60 Q4 25,41 36 30 x 40 Q5 19,05 36 30 x 40 Q6 12,70 26 30 x 20 o 25 x 25 Q7 6,35 20 30 x 15 o 25 x 15 Q8 16,94 30 30 x 30 Q9 8,47 24 30 x 20 o 25 x 25

Del mismo modo que se calcularon los conductos de inyección calcularé los conductos de retorno usando los caudales de cada tramo de retorno.-

Cálculo de conductos de retorno y Conversión de secciones circular a cuadrado o Rect.

Tramo Caudal Diámetros Rectangulares

m3/min. cm. cm.

Q15

101,64

57

30

x

100

Q14 50,82 45 30 x 60 Q13 25,41 36 30 x 40 Q12 50,82 45 30 x 60 Q11 25,41 36 30 x 40 Q10 25,41 36 30 x 40

B) Seleccionar las dimensiones de cada reja, Mediante la grilla para selección de rejas de inyección

Caudal en cada reja = 6,35 m3/min. Tipo de deflexión = E Alcance necesario = 5,5 m Velocidad rejas = 300 m/min.

32 I2a

Ingresando a la grilla selección de rejas de inyección decimos que las rejas serán de 35x10 cm.- (siempre adoptando el mayor tamaño si no coincidiera directamente en la línea de un grupo de rejas propiamente dicho).- El alcance verifica en la deflexión prediseñada (E), si no verificara se deberá adoptar alguna de las otras tres deflexiones, caso contrario se deberá descender por la recta del caudal disminuyendo la velocidad hasta lograr la verificación en alguna deflexión del alcance, al modificar la velocidad, tener en cuenta que se modificará el tamaño de la reja.-

C) Determinar las dimensiones de cada difusor Mediante la grilla para selección de difusores de inyección tipo S1

Alcance = 1,8 m

Caudal en cada difusor = 8,47 m3/min.

Velocidad Difusor = 300 m/min.

Velocidad final = 30 m/min.

Ingresando a la grilla selección de rejas de difusores de inyección tipo S1 decimos que los difusores serán de Ø380mm.- (siempre adoptando el mayor tamaño si no coincidiera directamente en la línea de un difusor propiamente dicho).- El alcance verifica en la velocidad final prediseñada (1,8m), si no verificara se deberá adoptar alguna de las otras dos velocidades (45 o 60m/min), caso contrario se deberá descender por la recta del caudal disminuyendo la velocidad hasta lograr la verificación en alguna de las tres velocidades finales, al modificar la velocidad, tener en cuenta que se puede llegar a modificar el tamaño del difusor.-

D) Seleccionar las dimensiones de cada reja de retorno, Mediante la grilla para selección de rejas de retorno

Caudal en cada reja = 25,41 m3/min.

Velocidad rejas ret. = 120 m/min. Ingresando a la grilla selección de rejas de retorno decimos que las rejas serán de 75x35 cm.- (se podrá adoptar la sección que más convenga de acuerdo al diseño, siempre manejándonos en la línea recta vertical que bajamos previamente).-

Fin de trabajo práctico