Cómo calcular la potencia de un aire acondicionado: ratios y método de cargas térmicas

Hoy vamos a realizar paso a paso el cálculo de la potencia de un aire acondicionado. Primero, mostrando los valores habitualmente utilizados en pequeñas instalaciones y, seguidamente, el método de cálculo de cargas térmicas para instalaciones mayores

Cálculo de la potencia de un aire acondicionado

Cálculo de la potencia de un aire acondicionado

Para estancias o locales pequeños, es frecuente utilizar valores aproximados en función de la superficie. A continuación, te mostramos un ejemplo de ratios habituales para la obtención de la potencia de un aire acondicionado:

  • Varias ventanas y paredes en exposición sur 150 Frigorías/h por m2
  • Algunas o pocas ventanas y paredes en exposición sur 125 Frigorías/h por m2
  • Sin ventanas y/ o pocas paredes en exposición sur 100 Frigorías/h por m2

1 Frigoría equivale a 1 kCal negativa. 1 W térmico equivale a 0,86 kcal/h. Por lo que 150 Frigorías/h por m2 serían unos 175W térmicos/m2, 125 Frigorías/h por m2 serían unos 145W térmicos/m2 y 100 Frigorías/h por m2 serían unos 115W térmicos/m2 (Nota: no confundir potencia térmica aportada y potencia eléctrica consumida. Ver artículo como elegir un aire acondicionado).

Ahora bien, estos valores son una primera aproximación, y a veces pueden ser inexactos, de forma que si queremos realizar un cálculo detallado (opcional en instalaciones pequeñas y obligatorio para instalaciones mayores), podemos realizar el cálculo de la potencia de un aire acondicionado por el método de las cargas térmicas.

Vamos a realizar un ejemplo paso a paso del cálculo por este método:

 1. Datos del local de ejemplo:

  • Oficina de 50m2 situada hipotéticamente en Alicante con una sola habitación o espacio, donde trabajan 5 personas.

A continuación,  puedes ver el esquema para el estudio de la potencia de un aire acondicionado:

Esquema cálculo potencia de un aire acondicionado

Esquema local de ejemplo para el cálculo de la potencia de un aire acondicionado

  • Local de oficinas
  • Ubicación: Alicante
  • Ocupación: 5 personas
  • Altura local: 3 metros
  • 3 ventanas (A, B y C)
  • Paredes Sur (S) y Oeste (W) que dan al exterior
  • Paredes Norte (N) y Este (E) que dan a locales interiores
  • Piso intermedio, por lo que el techo y suelo dan a locales interiores

2. Condiciones interiores y exteriores de diseño:

  • Temperatura exterior: 31º
  • Humedad relativa exterior: 68%

Las condiciones exteriores de diseño para el cálculo de la potencia de un aire acondicionado se han determinado según el documento “Guía técnica: Condiciones climáticas exteriores de proyecto” del Instituto para la diversificación y el ahorro de energía (IDAE). Para nuestro caso, elegimos los datos de la estación de Alicante (El Altet):

potencia de un aire acondicionado

Condiciones climáticas exteriores

Por consiguiente, TS_1 es la temperatura seca con un percentil del 1% (esto significa que solo rebasará el 1% de los días de verano). Para la humedad relativa (HR) tenemos THC_1 que es la temperatura húmeda coincidente en el mismo instante. HR será igual a THC_1 / TS_1.

El documento de condiciones climáticas (página 15) indica que los valores percentiles del 1% son para la mayoría de usos y los del nivel percentil del 0,4% son para hospitales, clínicas, residencia de ancianos y otros espacios donde el proyectista crea oportuno aplicar valores más exigentes.

  • Temperatura interior: 24º
  • Humedad relativa exterior: 55%

El Reglamento de instalaciones térmicas en edificios (RITE), en su instrucción IT 1.1.4.1.2  fija que las condiciones interiores de diseño de instalaciones de climatización serán:

Estación Temperatura Operativa (ºC) Humedad relativa (%)
Verano 23-25 45-60
Invierno 21-23 40-50

 

3. Factores del cálculo de la potencia de un aire acondicionado:

En verano, para enfriar un local con un climatizador o aire acondicionado hay que extraer calorías del local. A medida que extraemos calorías del local tenemos nuevas aportaciones de calor por diversas causas:

  • Transmisión: transmisión de calor a través de paredes, techo y suelo.
  • Radiación: radiación solar a través de ventanas.
  • Ventilación: aportación de calor a través del aire de renovación del local.
  • Ocupación: aportación de calor que generan las personas.
  • Iluminación: calor aportada por los dispositivos de iluminación.
  • Otras cargas térmicas: otras fuentes de calor como, por ejemplo, ordenadores.

En el proceso de enfriar o calentar el aire, tenemos dos tipos de calor en función de si tenemos en cuenta la fracción de agua que contiene una determinada masa de aire:

  • Calor sensible: es el necesario para aumentar o disminuir la temperatura del aire.
  • Calor latente: es el necesario para evaporar o condensar el agua presente en el aire.

Solo tendremos en cuenta el calor latente en el caso de la ventilación y ocupación, ya que son los dos únicos casos en que se mezclan aires con diferentes humedades relativas, en el resto de casos solo tendremos en cuenta el calor sensible.

4. Cálculo del calor aportado por transmisión:

Calor sensible por transmisión: Qt = St * kt * ΔT

Donde:

  • S, superficie de transmisión
  • k, coeficiente de transmisión o transmitancia térmica.
  • ΔT , diferencia de temperaturas

El coeficiente de transmisión o tansmitancia térmica es un parámetro que determina la capacidad de dejar pasar calor de un determinado material. Algunos valores frecuentes:

  • Paredes de ladrillo: son habituales valores de entre 0,6 y 3 kCal/h·m2·ºC
  • Techos y suelos: son habituales valores de entre 0,9 y 2 kCal/h·m2·ºC
  • Ventanas: son habituales valores de entre 2,5 y 6 kCal/h·m2·ºC

Para el caso de ejemplo, hemos elegido los siguientes parámetros:

  • Paredes exteriores k = 1,52 kCal/h·m2·ºC
  • Paredes interiores k = 2 kCal/h·m2·ºC
  • Techo y suelo k = 1,2 kCal/h·m2·ºC
  • Ventanas k = 5,8 kCal/h·m2·ºC

Más valores de transmitancia térmica, en el DBHE del código técnico de la edificación (CTE).

Techo y suelo  Qtts= (50m² + 50m²) * 1,2 * 3,5º = 420kCal/h
Paredes interiores  Qtpi= (30m² + 15m²) * 2 * 3,5º = 315kCal/h
Paredes exteriores  Qtpe= [30m² + 15m² – (2m²x3)] * 1,52 * 7º = 414,96kCal/h
Ventanas  Qtv= (2m²x3) * 5,8 * 7º = 243,6kCal/h
Total calor trans. (kCal/h) Qt = Qtts + Qtpi + Qtpe + Qtv = 420 + 315 + 414,96 + 246,6 = 1396,56 kCal/h
Total calor transmisión (W) Qt = 1396,56 kCal/h * (1W / 0,86kCal/h) = 1623,91 W

5. Aportaciones de calor por radiación:

Calor sensible por radiación: Qr = Sr * kr

Donde:

  • Sr , superficie de radiación
  • kr , coeficiente de radiación

La radiación solar depende de la latitud, orientación, día y hora. Usaremos para el ejemplo la tabla siguiente:

potencia de un aire acondicionado

Fuente: Acondicionamiento térmico de edificios “Victorio Santiago y Raúl Oscar”

Como la pared con mayor superficie de ventanas está orientada al Oeste, hemos elegido el mayor valor de verano (agosto latitud norte) en esta orientación, que se da a las 16h de la tarde. Y a la misma hora, elegimos el valor para la orientación Sur.

Ventanas Sur   Qrs= 2m² * 65kCal/h·m² = 130kCal/h
Ventanas Oeste  Qrw= 4m² * 439kCal/h·m² = 1756kCal/h

Factores de corrección solar según norma NBE-CT-79

Aplicamos un factor de corrección del 0,88 por vidrio sencillo y del 0,45 por persiana interior enrrollable clara:

Total rad. (kCal/h) Qr=(Qrs + Qrw) * 0,88*0,70 = (130 + 1756) * 0,62 = 1169,32 kCal/h
Total calor rad. (W) Qr = 1414,5 kCal/h * (1W / 0,86kCal/h) = 1359,67 W

El cálculo de las aportaciones por radiación solar es complejo. Nosotros usamos este método por ser habitual en el sector de la refrigeración y por su simplicidad de cálculo. No obstante, podéis consultar el método del CTE si queréis más información.

 

6. Ventilación, en el cálculo de la potencia de un aire acondicionado:

Qsv = Renovación aire * factor sv * diferencia temperatura ext-int 

Qlv = Renovación aire * factor sl * diferencia temperatura ext-int

Donde:

  • Qsv , Calor sensible por ventilación
  • Qlv , Calor latente por ventilación
  • factor sv = 0,35W m3/hºK
  • factor sl = 0,8W m3/hºK

Según la instrucción técnica IT 1.1.4.2.3 del Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE), la calidad del aire en oficinas ha de ser de 12,5 litros/s·persona = 45 m3/h·persona. El caudal necesario en viviendas está definido en el Código Técnico de la Edificación (CTE), que para que tengáis la referencia es de 5 l/s en dormitorios y 3 l/s en salas de estar.

En nuestro caso,  para el cálculo de la potencia de una aire acondicionado en oficinas:

Renovación aire Renovación = 5 personas * 45 m3 /h·persona = 225 m3 /h
Calor sensible ventilación (W) Qsv= 225 * 0,35 * 7 = 551,25 W
Calor latente ventilación (W) Qsv= 225 * 0,8 * 7 = 1260 W

Este cálculo obtenido a partir de factores promedio es también un método simplificado. Para el cálculo completo, se debe usar del diagrama psicométrico

 

7. Cálculo de aportaciones de calor por ocupación:

Qso = S * Coeficiente calor sensible ocupación

Qlo = S * Coeficiente calor latente ocupación

Donde:

  • Qso , calor sensible por ocupación
  • Qlo , calor latente por ocupación
  • S, superfície

Coeficientes según el documento básico de ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación (CTE).

Tabla cargas para uso no residencial según el CTE

Tabla cargas para uso residencial según el CTE

Calor sensible ocupación Qso = 50m2 * 6 W/m2 = 300 W
Calor latente ocupación Qlo = 50m2 * 3,79 W/m2 = 190 W

 

8. Cargas por iluminación:

Calor sensible iluminación: Qsi = Potencia * Coeficiente tipo iluminación

Calor sensible iluminación (W) Qsi = 1000 W * 1,25  = 1250 W

El coeficiente de iluminación es 1 para lamparas incandescentes y 1,25 en el caso de fluorescentes. Para nuestro caso de ejemplo, se usan fluorescentes.

 

9. Aportaciones de calor por otros equipos:

Calor sensible por otras cargas: Qsc = Superfície local * Coeficiente carga otros equipos

Calor sensible otras equipos (W) Qse = 50m2 * 4,5 W/m2 = 225 W

El coeficiente de carga de otros equipos se ha cogido de la tabla cargas para uso no residencial.

 

10. Total cargas térmicas y potencia térmica del aire acondicionado (AA)

Calor sensible Calor latente
Transmisión 1624 W
Radiación 1360 W
Ventilación 551 W 1260 W
Ocupación 300 W 190 W
iluminación 1250 W
Otras equipos 225 W
TOTAL 5288 W 1450 W

De está forma, ya sabemos cómo calcular la potencia de un aire acondicionado. Si sumamos los totales, tenemos la potencia necesaria de nuestro equipo:

Potencia térmica AA (W) = Carga térmica total = C. sensible + C. latente = 6738 W

O lo que es lo mismo:

Potencia térmica AA (kCal/h) = 6738 W * 0,86 kCal/h / 1W = 5795 kcal/h

Nota: no confundir potencia térmica (frigorífica) necesaria o aportada y potencia eléctrica consumida. Ver artículo cómo elegir un aire acondicionado

 

11. Comparativa ratio versus cargas térmicas para el caso de ejemplo:

Aplicando el medio ratio inicial para pocas ventanas o paredes en exposición Sur, tendríamos el siguiente valor: Pratio = 125 kCal/hora·m2 * 50m2 = 6250 kCal/hora de frío

Potencia térmica aplicando ratio P_ratio_medio = 6250 kCal/hora de frío
Potencia térmica aplicando método ct P_cargas_termicas = 5795 kCal/h de frío

Si comparamos los valores, podemos observar que los resultados son similares. Con una ligera desviación. Esta diferencia no es importante para estancias domésticas, o locales pequeños donde los ratios pueden ser aceptables si están validados por un profesional. Sin embargo, las desviaciones pueden ser grandes en casas, locales grandes u otros edificios, sobre todo si son de tipo comercial, donde será necesario realizar un estudio completo de cargas térmicas.

Así pues, siempre que sea posible, tanto para elegir el ratio adecuado como para realizar un cálculo completo, os recomendamos que os pongáis en manos de un instalador con experiencia. Podéis encontrar empresas especializadas o pedir presupuesto sin compromiso en nuestro directorio de empresas.

Espero que os sirva el caso de ejemplo, ¡¡esperamos vuestros comentarios!!

4 pensamientos en “Cómo calcular la potencia de un aire acondicionado: ratios y método de cargas térmicas

  1. jose

    Muy buen aporte!!!
    ¿Usas Linkedln para la publicación de articulos? ¿en ese caso puedes dejarlo para seguir tus publicaciones?

    Responder

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