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Cargas térmicas y simultaneidad

11 de diciembre de 2015

Climatizar en verano II - Cargas térmicas y simultaneidad

La máquina de la foto me parece un remedo de los ojos de Superman, el superhéroe de nuestra infancia que nos salvaba de los malos y de todos los desastres. Su super-visión permitía detectar las fechorías y lo que ocurría a los habitantes de Metrópolis incluso detrás de las paredes.

En cierto modo el aparatejo de la foto no deja de ser eso. Un detector de desastres. Una casa mal aislada es una fuente de pérdidas de dinero que no valoramos como se debe.

El aparato se llama cámara termográfica y es capaz de recibir radiación por encima del visible y medir la temperatura de los cerramientos y de esta manera detectar los “puentes térmicos”.

Un puente térmico es un sitio por el que se escapa el calor, o en verano es un sitio por donde entra el calor al interior. Como un puente que comunica dos orillas en el río.

Está bien detectar los puentes térmicos porque es el primer paso para plantearse mejorar el sistema de climatización (calefacción o refrigeración). El mejor sistema de climatización es el que apenas deja poner en marcha los equipos que consumen energía. El aislamiento es un componente más del sistema.

La maquinita de marras descubre lo mal aislada que está una casa. Los cerramientos que dejan escapar el calor en invierno o que permiten que pase el calor hacia adentro en verano. Recuerdo que en invierno, cuando era chaval y me daba paseos domingueros con mi padre por los pueblos cercanos a mi casa después de una gran nevada que había dejado el campo cubierto por un manto blanco hermoso, mi padre me señalaba alguna casa que conservaba la nieve en el tejado y me señalaba otra que apenas tenía nieve. Me decía - La primera tiene el tejado bien hecho, la segunda no, el calor que pierde hace derretir pronto la nieve. Esa casa gasta mucho en calefacción y la gente que vive en ella es muy posible que pase frío dentro.

Desde entonces me gusta valorar la calidad de las casas por lo bien que tienen su tejado. Supongo que me gustaban estas observaciones o quizás lo que me gustaban eran los paseos domingueros por la nieve con mi padre.

Al calor que se pierde en invierno en una estancia de un edificio en climatización se le llama carga térmica. También se le llama carga térmica al calor que entra en una estancia en verano. En el primer caso serán cargas térmicas negativas (calor perdido) y al segundo cargas térmicas positivas (calor ganado).

El cálculo de las cargas térmicas es muy importante porque me permite saber la potencia de los equipos que tendré que instalar. En invierno me pongo en la peor de las situaciones y calculo por ejemplo todas las pérdidas de calor que tengo en todos los cerramientos de la estancia cuando afuera tengo una temperatura que corresponde con la media de las mínimas que hay en la localidad donde se sitúa el edificio. Sumo todas y el total me dará la potencia de la caldera o del equipo a instalar.

En verano es un poco más complicado. En primer lugar, como son muchas las fuentes de calor que se introducen en las estancias las divido en varias por similitud. Una clasificación en cuatro está bien. Es manejable y bastante precisa. Serían:

  1. Cargas térmicas por trasmisión y por insolación a través de cerramientos (ventanas, paredes, techos, etc.)
  2. Cargas térmicas por entradas de aire del exterior (ventilación)
  3. Cargas térmicas debidas a las personas
  4. Cargas térmicas debidas a los aparatos eléctricos (incluida la iluminación)

El cálculo del calor que entra a través de los cerramientos es muy similar al cálculo en calefacción con alguna corrección debida a la insolación. Existen tablas basadas en experiencias que son muy útiles para estimarlas. El manual Carrier de Aire Acondicionado es un libro de referencia que ha servido durante muchos años a programadores y proyectistas.

http://aladi.diba.cat/search~S171*spi?/XManual+Carrier&searchscope=171&SORT=D/XManual+Carrier&searchscope=171&SORT=D&SUBKEY=Manual+Carrier/1%2C2%2C2%2CB/frameset&FF=XManual+Carrier&searchscope=171&SORT=D&1%2C1%2C

El cálculo del calor que aporta la ventilación es también muy fácil de calcular si conocemos el caudal que entra (m3/h) y la temperatura de entrada. Se puede estimar muy bien si sabemos que la cantidad total será el resultado de multiplicar la diferencia de entalpía del aire de entrada y el aire que tenemos en la estancia.

El calor que ganamos debido a las personas va variar según la actividad de estas y su grado de vestimenta. De nuevo nos son muy útiles las tablas del manual Carrier. Una simplificación grande pero efectiva es considerar 100 kcal/h por persona en una habitación a 22ºC con una actividad sedentaria y grado de vestimenta asignable a verano.

Las cargas térmicas asignables a aparatos e iluminación son las más sencillas de estimar. Hay que basarse en el criterio de que cada kW eléctrico se transformará en kW térmico tarde o temprano. De esta manera una luz de 100W aportará 100W térmicos a la estancia, un aparato de 500 W generará una carga de 500 W térmicos. Y así con todos los aparatos y fuentes de iluminación.

Solo queda pasar de kW a Kcal/h multiplicando por 860 que es el factor que me transforma las unidades del sistema internacional a las clásicas kcal/h

La máquina de climatización tendrá una potencia suma de las cargas térmicas en un día representativo de verano. Bueno…

Representativo…

¿Qué es representativo?

¿Sumamos todas las cargas térmicas sin tener en cuenta que no se dan al mismo tiempo?

Es muy probable que la iluminación a la máxima potencia no esté al mismo tiempo que la insolación a través de las ventanas. O es posible que la máxima ocupación de una habitación no se produzca cuando tengo la máxima ventilación.

En resumen aquí es donde entra el ojo clínico del proyectista o instalador. Ha de evaluar hablando con el cliente y conociendo bien sus hábitos cuando estarán todas las cargas al mismo tiempo. Cuando se producirán cargas simultáneas y el valor de estas.

Si sumamos todas las cargas sin tener en cuenta este aspecto la máquina nos saldrá mucho más grande de lo necesario con el sobrecoste en compra y energético que supondrá su uso.

Si sumamos las cargas simultáneas tendremos un cálculo estupendo y un cliente contento.

Si no entiende bien vuestro cliente el concepto de carga simultánea probad con el siguiente experimento: Empezar a abrir la llave de, uno por uno, todos los grifos que hay en una casa o local para ver lo que ocurre. O mejor, encender, uno a uno todos los aparatos eléctricos y luces de la casa o local. Pronto nos daremos cuenta de que no soportan tanto consumo. Una imagen vale mil palabras.

Todas las instalaciones se calculan siguiendo el criterio de máxima simultaneidad de cargas.

Espero que os haya gustado,

Autor:
gachoOscar Gacho
Ingeniero Industrial
Profesor en CTEEP
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