EJERCICIOS CARGAS TERMICAS

Solución:

Ejercicio 1:
Observa que nos ofrecen el dato de los caudales en las unidades interior y exterior, así como el salto térmico, y el calor específico, por tanto obtener las potencias no será problema:

Calor = Caudal x Salto térmico x Calor Específico.

Las unidades cuadran:

Kcal/h  = m3/h x ºC x Kcal/(m3xºC)

a) En modo refrigeración el evaporador es la unidad interior, que al evaporar el líquido refrigerante absorbe calor del ambiente, y por tanto, lo refresca. El condensador es la unidad exterior.

El salto térmico es igual al de un calentador (tª salida - tª entrada), esto nos dará a veces positivo y otras negativo, en este último caso será indicativo de que es potencia en refrigeración. Al fin y al cabo -1 kcal = + 1 frig.

Potencia evaporador = Caudal x Salto Térmico x Calor Específico = 1600 x (14-28) x 0,307 = -6.877 kcal/h = 6.877 Frig/h

Potencia condensador = Caudal x Salto Térmico x Calor Específico = 4000 x (45 - 37,3) x 0,307 = 9.333 kcal/h = -9.333 Frig/h

Para calcula el calor cedido por el compresor tenemos la pista del punto c): "sabiendo que el calor suministrado por el compresor es la suma algebraica del calor de condesador y del evaporador".

Potencia compresor = Potencia evaporador + potencia condensador = -6.877 + 9.333 = 2.456 kcal/h.

b) En modo calefacción, el evaporador pasa a ser la unidad exterior, y el condensador es el que cede calor al local (tal y como dice el propio enunciado del problema, punto b) será la unidad interior, al condensar el líquido refrigerante cede calor al ambiente, y por tanto lo calienta. Además el caudal que mueve el ventilador interior será el mismo pues no cambia este.

Potencia condensador = Caudal x Salto térmico x Calor Específico = 1.600 x (35-20) x 0,307 = 7.368 kcal/h = -7.368 Frig/h.

Potencia evaporador = Caudal x Salto térmico x Calor Específico = 4.000 x (4-8) x 0,307 = -4.912 kcal/h = 4.912 Frig/h.

Potencia compresor = Potencia condensador + Potencia evaporador = 7.368 - 4.912 = 2.456 kcal/h.

c) Nos piden la eficiencia energética EER, y COP, y nos ofrecen las siguientes expresiones de cálculo, que por cierto, no son las indicadas en el apéndice 1, pero aplicándolas:

EER = Calor evaporador / Calor compresor = 6.877 / 2.456 = 2,8.

COP = Calor condensador/Calor compresor = 7.368 / 2.456 = 3.

Ejercicio 2:
Este es un ejercicio de cálculo de la carga frigorífica, y en él debemos evaluar las ganancias de calor por los distintos cerramientos, y por aportación solar. Esa suma será la carga frigorífica necesaria en el recinto.
Hemos de tener en cuenta que el suelo está más frío que el ambiente y por tanto su signo será contrario, o sea, nos refrescará.
También hemos de considerar que en el tabique interior que linda con el dormitorio 1, al estar ambos recintos refrigerados el salto térmico es cero y por tanto no hay transmisión de calor (no hay que hacerlo pues multiplicaríamos por 0).
Por tanto tenemos transmisión de calor (o frío, según se mire) por:

• Muro exterior (inferior e izquierda del dibujo).
• Ventana.
• Puerta exterior.
• Tabique interior lindero con pasillo que es un local no acondicionado (superior del dibujo).
• Puerta interior de cristal.
• Techo, pues está bajo un local no acondicionado.
• Suelo, pero ojo que está a temperatura inferior a la del ambiente y el salto térmico cambiará de signo.

 Y tendremos ganancia de calor, que habrá que combatir, por las superifices acristaladas: puerta y ventana.

No nos dan datos para evaluar las ganancias de calor por: ocupantes, disipación de calor eléctrica, ventilación. o suplementos, por tanto, no lo evaluaremos (no nos vamos a inventar los datos).

Veamos los resultados de las transmisiones de calor:
Ventanas: 1,5 m2.
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 1,5 x 5,3 x (24-37) = -103 kcal/h.
Puerta exterior: 3 m2.
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 3 x 5,3 x (24-37) = -207 kcal/h.
Muro: 30 m2 - 3 m2(puerta) - 1,5 m2(ventana) = 25,5 m2.
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 25,5 x 1,2 x (24-37) = -398 kcal/h.
Puerta interior acristalada: 3 m2.
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 3 x 5,3 x (24-28) = -64 kcal/h.
Pared interior: 18 m2 - 3 m2 (puerta cristal) = 15 m2
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 15 x 2 x (24-28) = -120 kcal/h.
Suelo: 24 m2
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 24 x 0,5 x (24-13) = + 132 kcal/h.
Techo: 24 m2.
Q trans = Superficie x Coef. Transm x Salto térmico = 24 x 0,9 x (24-28) = -86 kcal/h.
TOTAL PÉRDIDAS DE CALOR POR TRANSMISIÓN = -846 kcal/h = 846 Frig/h.

Calor que entra por radiación solar sobre las superficies acristaladas: 30 Kcal/h m2, que aplicaremos a la superficie acristalada: puerta + ventana, total 4,5 m2.
El calor que gana la el recinto será: 4,5 x 30 = 135 kcal/h, pero en contra de las necesidades de refrigeración por tanto necesitamos aumentar la potencia frigorífica en + 135 Frig/h.

CARGA TOTAL TÉRMICA (REFRIGERACIÓN) = 135 + 846 = 981 Frig/h.

 Ejercicio 3:
Nos piden calcular el número de elementos de radiador a instalar (punto a) y el caudal de agua que deberá llegar al mismo (punto b). Nos dan la potencia de un elemento de radiador en función del salto térmico.

Punto a:
Temperatura media del radiador = (76 + 60) / 2 = 68 ºC.
Salto térmico del emisor = Temp media - Temp ambiente = 68 -20 = 48 ºC.

Para un salto térmico de 48 ºC, la pontecia de un elemento será 92 kcal/h, por tanto el número de elementos será:
Nº elementos = 1.850 / 92 = 20,1 elementos.
Como no podemos instalar 20,1 elementos, debemos ir al inmediato superior, o sea 21 elementos. Pues si instalamos 20 elementos la potencia instalada habría sido: 20 x 92 = 1.840 kcal/h < 1.850 kcal/h que demanda la habitación.
La diferencia no es sustancial, y está en el límite entre instalar 20, ó, 21 elementos (algo incompresible para un examen). Considero que ambas respuestas tienen su lógica.

Punto b:
Caudal = Potencia / Salto Térmico
Donde el salto térmico es: 76 - 60 = 16 ºC. No hemos de confundirnos con el salto térmico del emisor con el ambiente, que era de 48 ºC.

La potencia necesaria son 1.850 kcal/h.

Caudal = 1.850 / 16 = 115,2 litros/hora.