Diseño y cálculo de instalaciones principales en un quirófano

– Dep. De Matemática Aplicada II Escuela Técnica Superior de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 Autor: Gabriel Pastor Dorado Tutor: Manuel Ordoñez Sánchez Diseño y cálculo de instalaciones principales en un quirófano. Trabajo Fin de Máster Máster Universitario en Ingeniería Industrial 2 Trabajo Fin de Máster Máster Universtario en Ingeniería Industrial Diseño y cálculo de instalaciones principales en un quirófano. Autor: Gabriel Pastor Dorado Tutor: Manuel Ordoñez Sánchez Departamento de Matemática Aplicada II Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 4 Trabajo Fin de Máster: Diseño y cálculo de instalaciones principales en un quirófano. Autor: Gabriel Pastor Dorado Tutor: Manuel Ordoñez Sánchez El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El Secretario del Tribunal A mi familia A mis maestros 6 Agradecimientos Quisiera agradecerle a mi tutor Manuel, su amabilidad, implicación, colaboración y valiosísima ayuda durante toda la elaboración el proyecto. Sin duda, la realización de este proyecto no hubiera sido posible sin él. Desde luego debo acordarme de quiénes han sido fundamentales en esta etapa universativa: mis amigos. Principalmente a mis compañeros con los que he compartido tantísimas horas de clases prácticas o biblioteca, pero sin olvidarme de los momentos externos como fiestas, viajes y cenas. Sin ellos estos cuatro años de mi vida no hubieran significado tantísimo para mí. Sin dudarlo debo terminar, agradeciéndole a mi familia todo el esfuerzo que ha hecho para que día a día sienta su cariño y la absoluta confianza que tenían en mí, no dejando que bajará los brazos en ningún momento, y por su considerable paciencia, compresión y cariño. Gabriel Pastor Dorado Sevilla, 2021 8 Resumen Actualmente, debido a la gran necesidad sanitaria que se precisa en la gran parte de nuestro planeta, mediante este proyecto ha tenido como objetivos principales el diseño y cálculo de las instalaciones principales en un área de intervención quirúrgica en la 1ª Planta de un Hospital existente. A lo largo del siguiente documento se recogerán todo tipo de características técnicas de los equipos y materiales que se deberán emplear en la ejecución de todo el proyecto de las instalaciones. Además, se establecerán los criterios de seguridad que se deben cumplir y el cumplimiento de las normas aplicables a esta área de ejecución. Este proyecto principalmente se centra en la instalación de mayor índole que requieren una sala de quirófano: Climatización. - Climatización: Diseño de unidades de tratamiento de aire necesarias para poder generar las condiciones higiénicas adecuadas exigidas por las normativas aplicables y conseguir la limpieza del aire necesarias en los ambientes quirúrgicos. Se diseñará todo lo necesario para poder tener el control de la temperatura y humedad del aire, y poder garantizar la dirección adecuada del flujo del aire hacia las zonas adyacentes, haciendo que el recorrido del aire discurra desde las zonas con mayores exigencias hacia las de menor. Abstract Currently, due to the great health need that is required in much of our planet, this project has had as its main objectives through the design and calculation of the main facilities in a surgical intervention area on the 1st Floor of an existing Hospital. Throughout the following document, all kinds of technical characteristics of the equipment and materials that will be used in the execution of the entire facilities project will be collected. In addition, the security criteria that must be met and compliance with the standards applicable to this execution area will be established. This project is mainly focused on the installation of a major nature that requires an operating room: Air conditioning. - Air conditioning: Design of air treatment units necessary to be able to generate the adequate hygienic conditions required by the applicable regulations and to achieve the necessary air cleanliness in surgical environments. Everything necessary will be designed to be able to control the temperature and humidity of the air, and to be able to guarantee the proper direction of the air flow towards the adjacent areas, making the air path run from the areas with the greatest demands to the lesser ones. 16 en la asistencia sanitaria y mayor probabilidad de que estos pacientes puedan contagiar a otros pacientes durante sus estancias en el área hospitalaria, por tanto, es importante controlar la higiene del aire para así evitar el aumento de recursos sanitarios. Para evitar, la transmisión de patógenos por el área de los quirófanos, es importante tener bien diferenciadas las zonas de circulaciones y los movimientos de personas y materiales en los pasos y accesos a estas zonas. En nuestro proyecto, nos encontramos con 2 zonas bien diferenciadas, las cuales son las siguientes (secuencialmente ordenadas de mayor a menos grado de higiene): • Quirófano: lugar donde se realizan las operaciones al paciente por tanto es la zona donde mayor higiene se requiere. • Zona de lavabo: donde los cirujanos se lavan e higienizan de forma extrema las manos y se colocan los guantes quirúrgicos antes de pasar finalmente al quirófano. En todos los casos es importante disponer de esclusas que eviten el acceso directo desde los pasillos hasta el quirófano, para evitar la contaminación del mismo por la entrada de aire desde las estancias adyacentes, con menores exigencias de higiene. Figura 2.1. Arquitectura del quirófano El Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios establece la calidad del aire mínima que debe haber en los mismo, siendo el nivel IDA-1 el que se debe de garantizar en la calidad mínima del aire interior en todo el hospital. Este reglamento (RITE) establece la validez de la norma UNE 100713:2005 para la climatización y ventilación de los hospitales, la cual clasifica los diferentes sectores del mismo en función del grado exigible de higiene con respecto a la presencia de gérmenes en el aire impulsado y en el ambiente: - Locales clase I: Con exigencias de higiene muy elevadas. Los equipos de tratamiento de aire requieren 3 niveles de filtración. El tercer nivel se instalará en el propio elemento difusor. - Locales clase II: Con exigencias habituales. Los sistemas de tratamiento de aire requieren 2 niveles de filtración. En la Tabla 1 de dicha norma se establece la eficacia en la filtración de cada uno de los niveles, la clase de filtro y la norma UNE de aplicación: Tabla 2.2. Clases de filtros Por motivos higiénicos, los niveles de filtración se deben disponer de la forma siguiente: − 1º nivel de filtración: En la toma de aire exterior, si el conducto tiene una longitud mayor de 10 m; en caso contrario, se debe colocar en la entrada de aire de la central de tratamiento de aire o después de la eventual sección de mezcla. − 2º nivel de filtración: Después de la unidad de tratamiento de aire y al comienzo del conducto de impulsión. − 3er nivel de filtración: Lo más cerca posible del local a tratar o bien en la proximidad del grupo de locales de un mismo tipo: en el caso de locales de la clase I, en la propia unidad terminal de impulsión de aire. 18 La norma UNE 100713:2005 establece las condiciones de la climatización en los hospitales en la tabla 5. En cuanto a los requerimientos de las zonas quirúrgicas, se extrae la parte correspondiente de dicha tabla a continuación: Tabla 2.3. Exigencias de climatización La norma distingue entre 2 tipos de quirófanos en función del grado de complejidad de la intervención a realizar en dicho espacio, de mayor a menor grado estos son los 2 tipos que se diferencias: • Tipo A: son quirófanos de alta tecnología, donde se realizan intervenciones de alto riesgo, como son los trasplantes de órganos (corazón, pulmón, hígado), cirugía cardíaca extracorpórea y de aorta, cirugía ortopédica de prótesis, etc. Requieren un gran espacio alrededor de la mesa de operaciones, debido al instrumental que se necesitan mientras se interviene, por tanto, la superficie de estos quirófanos ronda los 50 m2 mínimo. • Tipo B: son quirófanos convencionales donde se realizan la mayor parte de las intervenciones quirúrgicas, como son intervenciones de urgencias, traumatología o cirugía mayor ambulatoria entre otras. El apartado 6.6 de la norma establece primeramente la finalidad de las instalaciones de climatización en los quirófanos: “La instalación de acondicionamiento de aire en los quirófanos debe cumplir cuatro cometidos diferentes, concretamente: − La limitación del nivel de gérmenes en el aire en las áreas con necesidad de protección especial (zona de operaciones y mesas del instrumental, denominadas en adelante zonas de protección.). − El aseguramiento de la circulación del caudal de aire necesario entre los diferentes locales (véase el apartado 5.2.5). − La limitación de la concentración de gases de anestesia y de otras sustancias en las zonas de ocupación. − El mantenimiento de las condiciones ambientales exigidas en cada momento (compensación de las cargas de calor y evacuación de las sustancias contaminantes).” Seguidamente, facilita los caudales de aire de impulsión: 2.400 m3/h en los quirófanos con altas exigencias respecto a la presencia de gérmenes, con difusión por mezcla, con un mínimo de 20 movimientos a la hora. Este caudal de aire denominado de referencia, le corresponde un grado de concentración media de gérmenes en el aire kR producido exclusivamente en el quirófano. En función del sistema de difusión utilizado se puede alcanzar en la zona protegida la concentración media de gérmenes un kR grado de contaminación µs. El grado de contaminación µs se define por la relación 𝑘𝑠 𝑘𝑅 kS es la concentración media de gérmenes del aire en la zona de protección (zona de operaciones y mesas de instrumental); kR es la concentración media de gérmenes en el aire del quirófano con un caudal de aire CI. Para realizar la comparación entre diferentes sistemas de difusión de aire, se tiene en cuenta una magnitud independientemente del sistema, denominada concentración relativa de gérmenes εs definida por la siguiente ecuación: kR* es la concentración media de referencia de gérmenes en el quirófano con el caudal de aire 2.400 m3/h; CI* es el caudal de aire de referencia impulsado 2.400 m3/h (667 l/s); CI es el caudal de aire real impulsado. 20 Para un sistema de difusión por mezcla µs = 1 Los valores máximos admisibles en la concentración relativa de gérmenes εsI se definen para: • Quirófanos tipo A = 2/3 • Quirófanos tipo B = 1 Por lo tanto, para los quirófanos de tipo A el caudal mínimo de aire a impulsar es de 3.600 m3/h, por lo que la norma recomienda la difusión por flujo laminar para poder cumplir dicha exigencia de concentración de gérmenes, siendo necesario tener en cuenta la influencia, tanto de la lámpara quirúrgica y otros obstáculos que pueden influir en la dirección laminar del aire. La norma que regula la forma de medición y control de la contaminación máxima en salas de ambiente controlado y sus salas anexas es la norma UNE EN 14644:2001. Filtros terminales absolutos Es de vital importancia la filtración del aire para poder lograr que las partículas suspendidas en el aire no existan en grandes cantidades en el ambiente de los quirófanos, ya que esto generaría una alta probabilidad de que éstas llegasen a tener contacto con las heridas de los pacientes infectándolas. Los filtros de aire que se emplean normalmente en las salas quirúrgicas en su tercera etapa de filtración son denominados filtros absolutos ( Hepa, ULPA), dispuestos en la etapa final de filtración de los equipos acondicionadores de aire, es decir, en los propios elementos finales de difusión, los cuales filtran como mínimo el 99,95 % ( Clase H13 según la norma UNE EN 1822-1 ), o un 99.995 % (Clase H14 según la norma UNE EN 1822 ) de las partículas que contiene el aire en suspensión de un tamaño mayor de, entre 0,15 y 0,25 µm ( un micrómetro = 1/1.000.000 m ). El requerimiento del grado de filtración de los filtros absolutos depende en gran medida del tipo de intervención que se realizará dentro del quirófano de dicho proyecto, de manera que si las intervenciones son de un alto grado de afección se usarán de grado H14 mientras que si son de un bajo grado de afección de grado H13. Además, la dirección requerida en el aire de impulsión en la zona del quirófano y en la mesa de operaciones también dependerá de las intervenciones que se llevarán a cabo en el quirófano a diseñar. Direccionalidad del flujo del aire En tal sentido, las técnicas de acondicionamiento de aire en los bloques quirúrgicos, la norma UNE 100713:2005 las clasifica, en cuanto la forma del flujo de impulsión de aire, en dos tipos fundamentales: la difusión mediante flujo laminar, válida tanto para los quirófanos Tipo A como para los de tipo B, y la difusión por mezcla, la cual solo es admisible en los quirófanos Tipo B. Flujo difusión por mezcla Fundamentalmente se basa en pasar un determinado número de veces, 20 cada hora como mínimo, el volumen del aire del quirófano por los filtros absolutos, para lograr una adecuada retención en las partículas en ellos. Por tanto, se fundamenta en recircular el aire 20 veces cada hora. Figura 2.2. Flujo de aire no unidireccional Flujo laminar Consiste en que la corriente de aire limpio y exento de partículas en suspensión se dirija directamente desde el elemento de difusión, dotado de filtración absoluta, hacia el paciente en primera instancia, posicionado en la mesa de operaciones, haciendo que éste fluya desde los difusores de impulsión de aire primeramente a él, antes de haber podido ser mezclado con el resto del aire existente en el quirófano, que podría arrastrar partículas procedentes de otras fuentes, como el instrumental o los propios ocupantes, susceptibles de incorporar patógenos en la corriente de aire. Tras el barrido de la mesa de operaciones por el flujo de aire unidireccional, el mismo es recogido por el perímetro del quirófano mediante las rejillas de extracción del sistema de tratamiento de aire. De esta forma, el aire que le llega limpio y filtrado al paciente no se mezcla con el aire del quirófano antes de llegar a la mesa de operaciones, sino que fluye directamente desde la salida de los filtros, los cuales le han quitado la mayor parte de las partículas contaminantes, evitando de esta forma la posibilidad de que transporte en ellas una concentración elevada de patógenos susceptibles de provocar la infección nosocomial al llegar sobre las heridas abiertas del paciente durante la intervención. Figura 2.3. Flujo de aire unidireccional 22 En cuanto a los caudales de aire necesarios, para proporcionar el tratamiento de aire por flujo laminar se precisa mantener una velocidad constante de 0,2 m/s en el área de la intervención, lo que supone movimientos de aire muy elevados, siendo entorno a un mínimo de 3.600 m3/h, respecto del necesario con la inducción proporcionada con la difusión por mezcla, entorno a los 2.400 m3/h. Ubicación de los elementos de difusión Según la norma UNE 100713:2005, la zona crítica de todo el quirófano es la mesa de operaciones y del instrumental quirúrgico, ésta se encuentra situada en el centro de la estancia por lo que los difusores de impulsión de aire deben de ubicarse en la posiciñon correcta para que el flujo del aire filtrado llegue en primer lugar a la zona protegida sin posibilidad de que se contamine debido al contacto con otros organismos o materiales de la sala. Las rejillas de extracción deberán ser situadas en las paredes perimetrales del quirófano, siendo extraídos como mínimo 1.200 m3/h al nivel del suelo, a pocos centímetros de éste, para evacuar los gases anestésicos y otros contaminantes químicos normalmente empleados en las salas quirúrgicas, así como disponer chaflán hacia el suelo del quirófano que facilite su limpieza e higienización. El resto del aire de extracción se realizará mediante rejillas dispuestas en la parte superior de la pared, a pocos centímetros del techo. La figura siguiente representa la posición adecuada de los elementos de difusión del sistema de climatización respecto de los equipos y cerramientos perimetrales de los quirófanos. Figura 2.4. Distribución de elementos Dirección del flujo entre las diferentes zonas del quirófano Además de que los quirófanos deben ser salas muy estancas, para evitar la introducción de partículas contaminantes en los mismos desde las salas con menor exigencia de higiene, es prioritario controlar la dirección del flujo de aire entre éste y el resto de salas adyacentes. En la Tabla 2 de la norma UNE 100713:2005 se definen las direcciones de flujo de aire entre las áreas del bloque quirúrgico. 24 Tabla 2.4. Direcciones del flujo del aire Para poder garantizar la direccionalidad del aire entre las diferentes estancias, es necesario realizar un análisis exhaustivo de los sistemas de ventilación y climatización, estableciendo los caudales de aire exterior introducidos y extraídos en cada una de ellas, de forma que, garantizando la ventilación adecuada para la renovación y calidad del aire interior de cada una de ellas, se produzca el flujo de aire en la dirección adecuada. La dirección del flujo de aire de una estancia a otra se consigue manteniendo un local con 32 Se detallan a continuación las Condiciones Técnicas y Reglamentarias que se tendrán en cuenta en la ejecución de las instalaciones necesarias y en el empleo de los materiales adecuados. Por ello, y en cumplimiento de lo dispuesto en el R.D. 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones TÉRMICAS EN LOS EDIFICIOS (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (IT), se realiza el presente proyecto de dicha instalación, en el que se describirán las distintas secciones que la componen, su modo de funcionamiento y los cálculos justificativos tanto del dimensionamiento de los materiales empleados como del cumplimiento de la legislación vigente en cuanto a aprovechamiento energético y otros aspectos fundamentales. Estas directrices se exponen al criterio de los organismos competentes para, si procede, y previo tramite reglamentario, sean autorizadas las obras de ejecución y posterior utilización de las instalaciones, en el lugar indicado en la presente memoria. Con el fin de que los locales en cuestión dispongan de las instalaciones de climatización adecuadas, y con el fin también de obtener la correspondiente autorización de puesta en servicio, redactamos el presente proyecto, en el que se especifican las características técnicas y de montaje de la citada instalación. Como se ha comentado anteriormente, el sistema de climatización proyectado para los dos quirófanos se realiza mediante climatizadores dedicados dotados de suministro de agua fría a 7ºC y agua caliente a 80ºC, durante todo el año, procedente de la central de producción existente en la central térmica del hospital. De esta forma se pueden garantizar en todo momento el mantenimiento de las condiciones de confort y seguridad biológica que se requiere al sistema de acondicionamiento de aire de este tipo de salas. El salto térmico previsto en el agua fría es de 5ºC, y el del agua caliente de 10ºC. Se ha previsto que el suministro de agua para climatización sea obtenido desde el suministro existente procedente de la central térmica del hospital, el cual dispone de equipos enfriadores de agua y calderas. Los caudales de agua requerida para el tratamiento de aire de los quirófanos, será proporcionada mediante dos grupos de bombeo de agua dobles, dotados de bomba principal con caudal total y bomba de reserva, las cuales tendrán la disponibilidad garantizada antes la avería de una de ellas. El cambio de la bomba principal por la de reserva ser podrá realizar tanto de forma manual como de forma automática, desde el sistema de alimentación previsto. Las redes de tuberías que suministran el agua tratada térmicamente a los climatizadores de los quirófanos serán de acero al carbono, según UNE 10255, y serán conectadas mediante picajes con las redes de distribución principal que discurren por la cubierta próximas a la ubicación prevista de los climatizadores y grupos de bombeo. 3.1.2 Grupos de bombeo de circuitos secundarios Para cada uno de los distintos circuitos secundarios de frio se han previsto un grupo de dos bombas de tipo In-line de caudal constante, una en reserva y alternancia de la otra, con sus correspondientes juegos de accesorios, definido, por cada una de las bombas propuestas mediante dos manguitos antivibratorios, dos válvulas de corte, una válvula de retención a la salida, filtro de malla a la entrada, puente manómetro de tres puntos con manómetro diferencial para verificación de la presión a la entrada del filtro, entrada de la bomba y salida de la misma, todo ello montado para el funcionamiento en paralelo según se aprecia en el esquema de principio de planos. Las características de las bombas se detallan en el Anexo. La tabla siguiente relaciona los grupos de bombas que se emplearán en este proyecto: Tabla 3.1. Clase de bombas USO TIPO UBICACIÓN Caudal (m3/h) Presión disponible (bar) Bomba 2º calefacción climatizadores Bomba principal + reserva (1+1) Planta cubierta 2,11 0,82 Bomba 2º frio climatizadores Bomba principal + reserva (1+1) Planta cubierta 8,38 1,69 3.1.3 Tuberías de circuitos secundarios Las tuberías de los circuitos secundarios serán realizadas mediante tuberías de acero negro estirado sin soldadura asiladas con coquilla de elastómero espumado de los espesores indicados en el RITE y revestidas con chapa de aluminio abrillantado en los tramos que discurra por el exterior o bien en el interior de salas de máquinas, incluyendo los elementos existentes en la red. 3.1.4 Elementos de corte de circuitos secundarios Se han previsto los siguientes elementos: • Válvulas de corte de bola. • Termómetros y sondas de temperatura en impulsión y retorno. Así mismo, el método de cálculo empleado para determinar los diámetros de las conducciones y las pérdidas de carga ha sido seleccionado para proporcionar el mayor rendimiento en los grupos de transporte de la energía térmica con el menor consumo energético posible. 34 3.1.5 ICL. Sistema VAC. Definición El sistema VAC (volumen de aire constante) realiza el control de aporte mínimo de aire exterior necesario para la renovación del aire en las estancias climatizadas, dados los requerimientos de limpieza del aire que requieren las zonas hospitalarias. La temperatura (variable principal) del local se regula a través de la variación de caudal de agua fría y caliente de cada zona, estableciendo unos niveles mínimos de aire exterior para cada local. Con la limitación del nivel mínimo se consigue mantener la calidad del aire. Con el sistema de volumen de aire constante se consigue garantizar que el caudal de aire que llega a los locales se pase un número de veces por las etapas de filtración, con lo que se garantiza el cumplimiento de las exigencias normativas que así lo establecen. Las características básicas de las tuberías de los circuitos de climatización son: Materiales: Verticales de distribución: Acero negro estirado sin soldadura según UNE 10255. Red horizontal: Los circuitos de climatizadores se ejecutarán en tubería de acero estirado sin soldaduras conforme a la UNE 10255. Dilataciones: Se instalarán puntos fijos y dilatadores y/o liras de dilatación (para materiales plásticos) en las redes verticales y en los puntos de las redes horizontales que se definan en planos de ejecución, en función de las recomendaciones del fabricante del material. Soportación: la soportación de la red de tuberías se realizará mediante uniones tipo HILTI o equivalente para evitar transmisión de vibraciones a la estructura del edificio y se aislarán los puntos de soportación con el mismo espesor de aislamiento y protección exterior que el resto de tubería. Aislamiento: Todas las tuberías y accesorios, equipos, válvulas, aparatos y depósitos de climatización dispondrán de aislamiento térmico con las siguientes características: CARACTERÍSTICA VALOR LÍMITE Barrera de vapor 50MPa·m2·s/g 50MPa·m2·s/g Conductividad térmica de referencia a 10º C 0,037 W/(m·K) 0,040 W/(m·K) En el caso de aislamiento térmico para redes de tuberías en el exterior o en el interior de salas de climatización, máquinas, etc. la terminación final del aislamiento se realizará con aluminio roblonado de 0,6mm de espesor al menos. Igualmente se empleará esta terminación para accesorios, equipos, depósitos, etc. pero en todos estos la protección de aluminio debe ser fácilmente desmontable (sistema de fijación con apertura). Los equipos frigoríficos están aislados de fábrica por los espesores y materiales indicados por el fabricante. Para evitar la congelación de las tuberías no se ha empleado mezcla de propilenglicol, al estar ubicada la instalación en una localidad en la que no se esperan temperaturas por debajo de 0 ºC. Según los cálculos y diseño de las redes, las pérdidas térmicas globales por el conjunto de conducciones y sus accesorios no superan el 4% de la potencia máxima que transportan. Se ha empleado el método simplificado de cálculo para el diseño de los aislamientos de las tuberías de fluidos y sus accesorios. Por ello, se emplean al menos los espesores de aislamiento del material definido anteriormente indicados en las tablas 1.2.4.2.1. a 1.2.4.2.4. del RITE, que serán función del diámetro exterior de la tubería sin aislar y dependerá del tipo de fluido que transportan: 1. Fluidos calientes que discurren por el exterior 2. Fluidos calientes que discurren por el interior 3. Fluidos fríos que discurren por el exterior 4. Fluidos fríos que discurren por el interior Se emplearán los mismos espesores tanto para las tuberías de impulsión como de retorno, así como para todos los accesorios, equipos, etc. 3.1.6 ICL. Valvulería Al tratarse de un sistema de Caudal de Agua constante en Secundario de la instalación: Verticales: Válvulas de purga automática; en cada punto superior de cada vertical (impulsión). Válvulas de corte de esfera en cada ramal horizontal o terminal (red de climatizadoras) tanto en impulsión como en retorno. Elemento de vaciado compuesto por derivación, válvula de corte y conducción a la red de saneamiento del edificio. Se instalará en el punto más bajo de la vertical. Ramales horizontales: Válvulas de corte de esfera en cada salida a ramal horizontal o terminal (ejemplo: red de fan coils o climatizadora) tanto en impulsión como en retorno. Elemento de vaciado compuesto por derivación, válvula de corte y conducción a la red de 36 saneamiento del edificio. Se instalará en el punto más bajo de la horizontal, haciéndolo coincidir con el punto más próximo de saneamiento. Válvula de equilibrado dinámico en los equipos tipo isoporcentual, control de caudal dinámico. La zonificación propuesta para la ventilación y tratamiento del aire, así como para el sistema de climatización propuesto, se han contemplado los siguientes tipos de sistemas: Tabla 3.2. Zonificación TIPO DE CLIMATIZADOR SISTEMA ZONA Climatizador Higiénico Quirófanos 100% aire exterior Quirófanos 1 y 2 Elementos terminales: BATERÍAS FRIO/CALOR CLIMATIZADORAS C.A.C.: Equilibrado dinámico Se instalan válvulas de equilibrado dinámico para los circuitos de secundario de caudal de agua variable y constante, se enuncian el tipo de válvulas utilizado en cada circuito. Secundario: Válvula de control y equilibrado dinámico, esta válvula se instala cuando se requiere un control preciso de la temperatura en instalaciones de calefacción y refrigeración. Este tipo de válvula ha sido seleccionada por sus excelentes cualidades de autoridad frente a las variaciones de la presión diferencial. Con la utilización de esta válvula se reduce también el número de elementos necesarios para el equilibrado óptimo de la instalación. Señalización de tuberías Todas las tuberías serán señalizadas indicando los circuitos de suministro conforme a norma UNE 100100:2000. Se indicará además en cada una de las bombas, en salas de calderas y en todas las salas de climatización la nomenclatura de los circuitos de agua para su rápida localización en planos. 3.2.7 Difusión Cálculo de conductos. El cálculo de conductos se realiza por el método de la pérdida de carga constante, teniendo en cuenta las siguientes limitaciones y los condicionantes constructivos de los conductos. • La velocidad del aire en ramales principales será inferior a 7.0 m/s. • En ramales secundarios la velocidad del aire no sobrepasará los 6.0 m/s. • Las curvas y derivaciones tendrán un radio medio igual al 150% de la anchura del conducto. • No se sobrepasarán en los locales habitados, los niveles de presión sonora especificados en ITE.02.2.3. •Las piezas de unión entre diferentes secciones tendrán ángulos de inclinación inferiores a 15 º. En el cálculo de pérdidas de carga se han incorporado como longitudes equivalentes las correspondientes a los distintos accesorios del trazado. El en Anexo cálculo de Redes de Conductos, se resumen los cálculos realizados para las principales unidades terminales de la instalación. Conductos de Chapa. Generalidades. Los conductos de aire desde los elementos terminales o climatizadores serán de chapa de acero galvanizada plegada, con uniones mediante junta tipo “METU” resistente a la intemperie. El espesor de la chapa será de 0,8mm para conductos de un lado igual o superior a 300mm y 0,6mm para el resto. Los conductos de aire de impulsión serán aislados en toda su longitud y dispondrán de registros de limpieza cada 10 m. En la siguiente tabla se describen las dimensiones de los registros según sean conductos circulares o rectangulares. Tabla 3.3. Dimensiones de registros Los conductos de extracción de aire se aislarán en el caso de recuperación de aire y en lugares a la intemperie, así como en el caso de discurrir por locales no climatizados. El aislamiento se realizará mediante lana mineral clase 1 con factor de resistencia al vapor >=5.000 y conductividad térmica 0.038W/(m·K) a 20ºC, modelo DUCT. El espesor mínimo de aislamiento será el establecido en la tabla 1.2.4.2.5. del RITE. 38 Las tomas de aire exterior dispondrán de rejilla de aire exterior de sección igual o superior al conducto, malla anti pájaros y filtro tipo G4 y se aislarán con los espesores equivalentes a conductos de exterior. Para proteger los conductos que discurran a la intemperie se realizará una terminación en chapa de aluminio del mismo espesor que el empleado para el interior. La estanqueidad de los conductos será de clase A según RITE y será probado durante la ejecución. Reguladores de caudal variable. Se instalan reguladores de caudal variable en aquellas zonas que disponen de un sistema de climatización con caudal de aire constante para control de la sobrepresión/depresión en sala quirúrgica (además del variador de frecuencia en los ventiladores de retorno e impulsión de los ventiladores). En el presente proyecto se emplean en las zonas y salas quirúrgicas en los conductos de impulsión, con la finalidad de mantener constante el caudal de aire ante el incremento de colmatación de los filtros terminales absolutos (H13). El caudal de extracción de los quirófanos se regulará mediante el variador de velocidad del ventilador de extracción incluido en el climatizador de los quirófanos, disminuyendo el mismo ante una pérdida de presión diferencial en los mismos. Difusores Rotacionales. Son difusores que debido a la salida de aire rotacional se produce la inducción de una gran cantidad de aire del local y con ello se consigue una rápida reducción de la velocidad y temperatura, pudiendo llegar a tenerse con una diferencia de temperatura de +10K a –10K hasta 30 movimientos del aire. La conexión del conducto se realiza mediante un plenum de conexión, lateralmente o por la parte superior. Este tipo de difusores rotaciones con filtros absolutos se emplearán en locales críticos, como son los quirófanos. Rejillas de retorno. Rejilla para retorno de aire colocadas en las paredes de los quirófanos. La conexión a conducto se puede realizar directamente. 4. ANEXOS DE ÍNSTALACÍONES 4.1 Climatización 4.1.1 Cargas térmicas En el presente apartado, se describe la justificación y cálculo de cargas térmicas, en función de la situación geográfica, parámetros de diseño, definiciones arquitectónicas, así como consideraciones según norma UNE 100.001 de las condiciones exteriores. En el presente documento, así mismo, se indicarán: - Parámetros de diseño (condiciones exteriores e interiores de cálculo) - Caudales de renovación de aire exterior según normativa de aplicación - Condiciones de presión relativa entre locales adyacentes (sobrepresión, depresión) - Control del funcionamiento de las instalaciones de climatización y ventilación. CONDICIONES EXTERIORES. Para el dimensionado de la instalación se ha tenido en cuenta lo indicado por la norma UNE 100.001 referente a condiciones exteriores para el dimensionado de la instalación de climatización. Debido a las condiciones de funcionamiento de la instalación a proyectar, en la que se busca el máximo confort, así como al tipo de edificio de que se trata, de uso sanitario, se considerará un nivel percentil del 0,4% estacional. La totalidad del cálculo de cargas térmicas se realiza mediante un programa informático que emplea para su cálculo las ecuaciones de transferencia. El mencionado programa informático determina las condiciones de temperatura seca y húmeda exteriores correspondientes a los distintos meses del año en función de las correcciones indicadas en la Norma UNE 100-014. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO. Para determinar las necesidades de refrigeración instantáneas que tienen los locales proyectados se tendrá en cuenta tanto las aportaciones de calor internas como las aportadas desde el exterior de los mismos, bien a través de los cerramientos que delimitan los ambientes acondicionados, bien las aportaciones de calor debido a las infiltraciones de aire desde el exterior. Se procede a continuación a la descripción de cada uno de los factores y características que influirán en la selección y dimensionado de los sistemas de acondicionamiento de los ambientes a acondicionar. 40 DESCRIPCIÓN ARQUITECTÓNICA DEL EDIFICIO Las salas quirúrgicas se han dividido en dos zonas térmicas que serán tratadas independientemente, tal como son resumidas en la tabla siguiente: Tabla 4.1. Resumen salas Zona Superficie (m²) Altura (m) Volumen (m³) Uso Quirófano 1 38,0 3,00 114,0 Quirófanos Quirófano 2 36,1 3,00 108,3 Quirófanos HORARIOS DE FUNCIONAMIENTO, OCUPACIÓN Y NIVELES DE VENTILACIÓN La ocupación que se ha estimado es de 3 personas por cada quirófano, teniendo en cuenta la actividad que se desarrollará en ellos, con actividad 24 horas al día, 365 días al año. Los niveles de ocupación de cada zona, a efectos de cálculo de la aportación de cargas internas para el cálculo de la demanda de refrigeración, son los descritos en la tabla siguiente: Tabla 4.2. Características de las salas Zona Nº per. m² por per. Cs (W) Cl (W) Horario de Funcionamiento Quirófano 1 3 12,7 72 148 Funcionamiento 24h Quirófano 2 3 12,0 72 148 Funcionamiento 24h Cs: Calor sensible en W aportado por persona a una temperatura ambiente de 25,0 °C. Cl: Calor latente en W aportado por persona a una temperatura ambiente de 25,0 °C. En cuanto a los niveles de ventilación, en locales y estancias con otros usos, el caudal de aire de ventilación se obtiene en función del uso del local, de su superficie y del número de ocupantes, aplicando la tabla 2.1 del Documento Básico HS3 del Código Técnico de la Edificación, el RITE o la norma UNE-EN 13779 “Ventilación de edificios no residenciales. Requisitos de prestaciones de los sistemas de ventilación y acondicionamiento de recintos”. No obstante, dado que los requerimientos de ventilación en los quirófanos son también precisados para evitar la concentración de contaminantes específicos, como son los ocasionados por los gases anestésicos y otros productos químicos típicamente empleados en los mismos, se hace necesario emplear caudales de aire superiores, y tal como se indica en el RITE, es válido lo que se establece en tal sentido en la norma UNE 100713, Instalaciones de acondicionamiento de aire en hospitales, y más concretamente la norma UNE 14644 sobre clasificación de salas limpias, a la que nos deriva ésta última en cuanto al método para la clasificación de la contaminación máxima permitida en dichos ambientes controlados. Por otro lado, aunque a efectos de ahorro energético se debe considerar minimizar el aporte de aire exterior a los mínimos recomendados en la citada norma para los quirófanos en 1.200 m3/h, como mínimo objetivo para la dilución de los contaminantes, se establecerá el caudal de aire exterior siguiendo la recomendación de la citada norma UNE 100713. Es decir, todo el aire introducido en los quirófanos será aire exterior, sin recirculación. Esto se apoya a su vez con los criterios técnicos e higiénicos exigidos para los quirófanos y salas limpias en las mismas normas mencionadas, donde se deberá garantizar el mantenimiento del flujo de aire respecto de las salas adyacentes, de forma que no existan riesgos de entrada de aire desde estancias menos limpias hacia quirófanos, de mayor exigencia, manteniendo una presión diferencial positiva de éstos respecto de otras zonas adyacentes. Dado que la apertura de las puertas de acceso al quirófano provoca la caída de presión diferencial positiva en los quirófanos, se deberá actuar manteniendo constante el aire impulsado y de forma automática, mediante el sistema de control, disminuir el caudal de aire extraído hasta su nivel mínimo, al objeto de mantener el flujo de aire en la dirección adecuada con la puerta abierta, por lo que los caudales de retorno de aire en ese momento serán nulos. Por lo tanto, en el dimensionado de los equipos de ventilación y tratamiento de aire, se tendrá que tener en cuenta esta circunstancia, y la totalidad considerada del aire impulsado al quirófano será aire exterior, sin recirculación. Los niveles de ventilación asignados en este proyecto son los siguientes: Tabla 4.3. Niveles de ventilación Caudal de aire exterior según criterio normativo Horario de Funcionamiento Zona Calidad Por persona (m³/h) RITE Valor elegido (m³/h) Renov. (1/h) Quirófano 1 IDA1 72,0 2.400,0 21,1 Funcionamiento 24h Quirófano 2 IDA1 72,0 2.400,0 22,2 Funcionamiento 24h Se considera que, dada la ubicación del edificio, el aire exterior es ODA 1: aire con concentraciones bajas de partículas y/o contaminantes. Los niveles de iluminación y de potencia de los equipos eléctricos que se emplearán para considerar el aporte interno de calor en el cálculo de la demanda térmica en cada zona están 48 Tabla 4.6. Resumen cargas térmicas Descripción Carga Refrigeración Simultánea (KW) Carga Refrigeración Máxima (KW) Fecha para Máxima Individual Carga Calefacción (KW) Volumen Ventilac. (m³/h) Quirófano 1 24.4 24,4 Junio 16 horas 12,2 2.400,0 Quirófano 2 24,3 24,3 Junio 16 horas 12,3 2.400,0 El detalle del cálculo de cargas térmicas se recoge en un anexo de este proyecto y contiene las tablas del cálculo de cargas térmicas. Se sigue el método desarrollado por ASHRAE (American Society o Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc.) que basa la conversión de ganancias instantáneas de calor a cargas de refrigeración en las llamadas funciones de transferencia. Ganancias térmicas instantáneas El primer paso consiste en el cálculo para cada mes y cada hora de la ganancia de calor instantánea debida a cada uno de los siguientes elementos: Ganancia solar cristal Insolación a través de acristalamientos al exterior. nSHGFACSQtGAN, = Siendo: 𝑆𝐻𝐺𝐹=𝐺𝑆𝑑+𝐼𝑛𝑠×𝐺𝑆𝑡 que depende del mes, de la hora solar y de la latitud. Donde: QGAN,t= Ganancia instantánea de calor sensible (vatios) A = Área de la superficie acristalada (m²) CS = Coeficiente de sombreado n = Nº de unidades de ventanas del mismo tipo SHGF = Ganancia solar para el cristal tipo (DSA) GSt = Ganancia solar por radiación directa (vatios/m²) GSd =Ganancia solar por radiación difusa (vatios/m²) Ins = Porcentaje de sombra sobre la superficie acristalada Transmisión paredes y techos Cerramientos opacos al exterior, excepto los que no reciben los rayos solares. La ganancia instantánea para cada hora se calcula usando la siguiente función de transferencia (ASHRAE): 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝐴×[∑𝑏𝑛×(𝑡𝑠𝑎,𝑡−𝑛𝛥) 𝑛=0 −∑𝑑𝑛×(𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡−𝑛𝛥) 𝐴−𝑡𝑎𝑖×∑𝑐𝑛 𝑛=0𝑛=1 ] Donde: QGAN,t= Ganancia de calor sensible en el ambiente a través de la superficie interior del cerramiento (w) A = Área de la superficie interior (m²) Tsa,t-n  = Temperatura sol aire en el instante t-n   = Incremento de tiempos igual a 1 hora. tai = Temperatura del espacio interior supuesta constante bn,cn,dn= Coeficientes de la función de transferencia según el tipo de cerramiento La temperatura sol-aire sirve para corregir el efecto de los rayos solares sobre la superficie exterior del cerramiento: 𝑡𝑠𝑎 =𝑡𝑒𝑐+𝛼×𝐼𝑡 ℎ𝑜−𝜀×𝛥𝑅 ℎ𝑜×𝑐𝑜𝑠(90°−𝛽) Donde: Tsa = Temperatura sol-aire para un mes y una hora dadas (°C) Tec =Temperatura seca exterior corregida según mes y hora (°C) It = Radiación solar incidente en la superficie (w/m²) ho=Coeficiente de termotransferencia de la superficie (w/m² °C)  =Absorbencia de la superficie a la radiación solar (depende del color)  =Ángulo de inclinación del cerramiento respecto de la vertical (horizontales 90°). 50  =Emitancia hemisférica de la superficie.  R=Diferencia de radiación superficie/cuerpo negro (w/m²) Transmisión excepto paredes y techos Cerramientos al interior Ganancias instantáneas por transmisión en cerramientos opacos interiores y que no están expuestos a los rayos solares. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝐾×𝐴×(𝑡𝑙−𝑡𝑎𝑖) Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) K =Coeficiente de transmisión del cerramiento (w/m²·°C) A =Área de la superficie interior (m²) tl =Temperatura del local contiguo (°C) tai =Temperatura del espacio interior supuesta constante (°C) Acristalamientos al exterior Ganancias instantáneas por transmisión en superficies acristaladas al exterior. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝐾×𝐴×(𝑡𝑒𝑐−𝑡𝑎𝑖) Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) K=Coeficiente de transmisión del cerramiento (w/m²·°C) A=Área de la superficie interior (m²) tec=Temperatura exterior corregida (°C) tai=Temperatura del espacio interior supuesta constante (°C) Puertas al exterior Un caso especial son las puertas al exterior, en las que hay que distinguir según su orientación: 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝐾×𝐴×(𝑡𝑙−𝑡𝑎𝑖) Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) K=Coeficiente de transmisión del cerramiento (w/m²·°C) A=Área de la superficie interior (m²) tai=Temperatura del espacio interior supuesta constante (°C) tl=Para orientación Norte: Temperatura exterior corregida (°C) Excepto orientación Norte:Temperatura sol-aire para el instante t (°C) Calor interno Ocupación (personas) Calor generado por las personas que se encuentran dentro de cada local. Este calor es función principalmente del número de personas y del tipo de actividad que están desarrollando. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝑄𝑠×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) Qs=Ganancia sensible por persona (w). Depende del tipo de actividad n=Número de ocupantes Fdt=Porcentaje de ocupación para el instante t (%) Se considera que 67% del calor sensible se disipa por radiación y el resto por convección. 𝑄𝐺𝐴𝑁𝑙,𝑡 =𝑄𝑙×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGANl,t=Ganancia de calor latente en el instante t (w) Ql=Ganancia latente por persona (w). Depende del tipo de actividad n=Número de ocupantes Fdt=Porcentaje de ocupación para el instante t (%) 52 Alumbrado Calor generado por los aparatos de alumbrado que se encuentran dentro de cada local. Este calor es función principalmente del número y tipo de aparatos. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝑄𝑠×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) Qs=Potencia por luminaria (w). Para fluorescente se multiplica por 1’25. n=Número de luminarias. Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Aparatos eléctricos Calor generado por los aparatos exclusivamente eléctricos que se encuentran dentro de cada local. Este calor es función principalmente del número y tipo de aparatos. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝑄𝑠×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) Qs=Ganancia sensible por aparato (w). Depende del tipo. n=Número de aparatos. Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Se considera que el 60% del calor sensible se disipa por radiación y el resto por convección. Aparatos térmicos Calor generado por los aparatos térmicos que se encuentran dentro de cada local. Este calor es función principalmente del número y tipo de aparatos. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =𝑄𝑠×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) Qs=Ganancia sensible por aparato (w). Depende del tipo. n=Número de aparatos. Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Se considera que el 60% del calor sensible se disipa por radiación y el resto por convección. 𝑄𝐺𝐴𝑁𝑙,𝑡 =𝑄𝑙×𝑛×0′01×𝐹𝑑𝑡 Donde: QGANl,t=Ganancia de calor latente en el instante t (w) Ql=Ganancia latente por aparato (w). Depende del tipo n=Número de aparatos Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Aire exterior Ganancias instantáneas de calor debido al aire exterior de ventilación. Estas ganancias pasan directamente a ser cargas de refrigeración. 𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡 =0′34×𝑓𝑎×𝑉𝑎𝑒𝑠×0′01×𝐹𝑑𝑡×(𝑡𝑒𝑐−𝑡𝑎𝑖) Donde: QGAN,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) fa=Coeficiente corrector por altitud geográfica. Vae=Caudal de aire exterior (m³/h). tec=Temperatura seca exterior corregida (°C). tai=Temperatura del espacio interior supuesta constante (°C) Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Se considera que el 100% del calor sensible aparece por convección. 𝑄𝐺𝐴𝑁𝑙,𝑡 =0′83×𝑓𝑎×𝑉𝑎𝑒𝑠×0′01×𝐹𝑑𝑡×(𝑋𝑒𝑐−𝑋𝑎𝑖) Donde: QGANl,t=Ganancia de calor sensible en el instante t (w) fa=Coeficiente corrector por altitud geográfica. Vae=Caudal de aire exterior (m³/h). Xec=Humedad específica exterior corregida (gr agua/kg aire). 54 Xai=Humedad específica del espacio interior (gr agua/kg aire) Fdt=Porcentaje de funcionamiento para el instante t (%) Cargas de refrigeración La carga de refrigeración depende de la magnitud y naturaleza de la ganancia térmica instantánea, así como del tipo de construcción del local, de su contenido, tipo de iluminación y de su nivel de circulación de aire. Las ganancias instantáneas de calor latente, así como las partes correspondientes de calor sensible que aparecen por convección pasan directamente a ser cargas de refrigeración. Las ganancias debidas a la radiación y transmisión se transforman en cargas de refrigeración por medio de la función de transferencia siguiente: 𝑄𝑅𝐸𝐹,𝑡 =𝑣0×𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡+𝑣1×𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡−𝛥+𝑣2×𝑄𝐺𝐴𝑁,𝑡−𝛥2−𝑤1×𝑄𝑅𝐸𝐹,𝑡−𝛥 QREF,t=Carga de refrigeración para el instante t (w) QGAN,t=Ganancia de calor en el instante t (w)  =Incremento de tiempos igual a 1 hora. vo, v1 y v2= Coeficientes en función de la naturaleza de la ganancia térmica instantánea. w1=Coeficiente en función del nivel de circulación del aire en el local. DETALLES DEL CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS Con todas las consideraciones descritas anteriormente, se ha utilizado como software de cálculo de cargas térmicas, el software de reconocido prestigio internaciones y americano HAP de la marca comercial Carrier, puesto que es el software más fiable, para recintos donde hay que tratar no sólo temperaturas, sino humedades. A continuación, se describen las cargas térmicas generadas por software de cálculo, con una evolución anual, considerando la temperatura exterior seca máxima y humedad relativa máxima, para cada uno de los dos quirófanos. Con esta evolución, se ha seleccionado para el día del año, con la temperatura exterior seca máxima y humedad relativa, para dimensionar y diseñar los equipos de climatización de los recintos de quirófano a combatir. Las siguientes tablas detallan la evolución anual, día por día, hora por hora, durante todos los meses del año, de los valores exteriores de temperatura seca máxima y temperatura húmeda máxima respectivamente, determinadas según la norma UNE 100001:2001 y las tablas de correcciones de temperaturas exterior de la norma UNE 100014:2004. Tabla 4.7. Evolución temperatura exterior seca anual EVOLUCIÓN ANUAL DE TEMPERATURA EXTERIOR SECA MÁXIMA (°C) Hora Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. 1 17,4 19,3 21,1 21,6 22,2 22,7 23,3 23,3 22,4 21,6 20,0 18,7 2 17,3 19,1 20,9 21,4 22,0 22,6 23,2 23,2 22,3 21,4 19,8 18,5 3 17,1 18,9 20,8 21,3 21,9 22,4 23,0 23,0 22,1 21,3 19,7 18,3 4 16,9 18,8 20,6 21,1 21,7 22,2 22,8 22,8 21,9 21,1 19,5 18,2 5 16,8 18,6 20,4 20,9 21,5 22,1 22,7 22,7 21,8 20,9 19,3 18,0 6 16,6 18,4 20,3 20,8 21,4 21,9 22,5 22,5 21,6 20,8 19,2 17,8 7 17,6 19,4 21,3 21,8 22,4 22,9 23,5 23,5 22,6 21,8 20,2 18,9 8 18,6 20,5 22,3 22,8 23,4 23,9 24,5 24,5 23,6 22,8 21,2 19,9 9 19,5 21,4 23,2 23,7 24,3 24,8 25,4 25,4 24,5 23,7 22,1 20,8 10 20,4 22,2 24,1 24,6 25,2 25,7 26,3 26,3 25,4 24,6 23,0 21,7 11 21,6 23,4 25,2 25,7 26,3 26,9 27,5 27,5 26,6 25,7 24,1 22,8 12 22,7 24,5 26,4 26,9 27,5 28,0 28,6 28,6 27,7 26,9 25,3 23,9 13 23,8 25,6 27,5 28,0 28,6 29,1 29,7 29,7 28,8 28,0 26,4 25,0 14 24,9 26,7 28,6 29,1 29,7 30,2 30,8 30,8 29,9 29,1 27,5 26,1 15 25,5 27,3 29,2 29,7 30,3 30,8 31,4 31,4 30,5 29,7 28,1 26,7 16 24,9 26,7 28,6 29,1 29,7 30,2 30,8 30,8 29,9 29,1 27,5 26,1 17 24,6 26,4 28,2 28,7 29,4 29,9 30,5 30,5 29,6 28,8 27,1 25,8 18 24,3 26,1 27,9 28,4 29,0 29,6 30,2 30,2 29,3 28,4 26,8 25,5 19 23,1 25,0 26,8 27,3 27,9 28,4 29,0 29,0 28,1 27,3 25,7 24,4 20 22,0 23,8 25,7 26,2 26,8 27,3 27,9 27,9 27,0 26,2 24,6 23,3 21 20,9 22,8 24,6 25,1 25,7 26,2 26,8 26,8 25,9 25,1 23,5 22,2 22 19,9 21,7 23,5 24,0 24,7 25,2 25,8 25,8 24,9 24,1 22,4 21,1 23 18,7 20,6 22,4 22,9 23,5 24,0 24,6 24,6 23,7 22,9 21,3 20,0 24 17,6 19,4 21,3 21,8 22,4 22,9 23,5 23,5 22,6 21,8 20,2 18,8 56 Tabla 4.8. Evolución temperatura exterior húmeda anual EVOLUCIÓN ANUAL DE TEMPERATURA EXTERIOR HÚMEDA MÁXIMA (°C) Hora Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. 1 15,0 16,7 18,4 18,9 19,5 20,0 20,5 20,5 19,7 19,0 17,4 16,2 2 14,9 16,6 18,3 18,8 19,3 19,8 20,4 20,4 19,5 18,8 17,2 16,1 3 14,7 16,4 18,1 18,6 19,2 19,7 20,2 20,2 19,4 18,6 17,1 15,9 4 14,5 16,3 18,0 18,4 19,0 19,5 20,1 20,1 19,2 18,4 16,9 15,8 5 14,4 16,1 17,8 18,3 18,9 19,4 19,9 19,9 19,1 18,3 16,8 15,6 6 14,3 16,0 17,6 18,1 18,7 19,2 19,8 19,8 18,9 18,1 16,7 15,4 7 15,2 16,9 18,6 19,1 19,7 20,2 20,7 20,7 19,9 19,1 17,6 16,4 8 16,2 17,8 19,6 20,1 20,6 21,1 21,6 21,6 20,8 20,1 18,5 17,3 9 17,0 18,7 20,4 20,8 21,4 21,9 21,9 21,9 21,5 20,9 19,4 18,1 10 17,8 19,5 20,7 21,0 21,6 22,2 22,2 22,2 21,8 21,3 20,2 19,0 11 18,8 19,9 21,0 21,4 22,0 22,5 22,5 22,5 22,1 21,6 20,8 19,9 12 19,1 20,2 21,3 21,7 22,3 22,8 22,8 22,8 22,4 21,9 21,1 20,2 13 19,4 20,5 21,6 22,0 22,6 23,1 23,1 23,1 22,7 22,2 21,4 20,5 14 19,7 20,8 21,9 22,3 22,9 23,4 23,4 23,4 23,0 22,5 21,7 20,8 15 19,7 20,8 21,9 22,3 22,9 23,4 23,4 23,4 23,0 22,5 21,7 20,8 16 19,7 20,8 21,9 22,3 22,9 23,4 23,4 23,4 23,0 22,5 21,7 20,8 17 19,4 20,5 21,6 22,0 22,6 23,1 23,1 23,1 22,7 22,2 21,4 20,5 18 19,1 20,2 21,3 21,7 22,3 22,8 22,8 22,8 22,4 21,9 21,1 20,2 19 19,0 20,1 21,2 21,6 22,2 22,7 22,7 22,7 22,3 21,8 21,0 20,1 20 18,9 20,0 21,2 21,5 22,1 22,7 22,7 22,7 22,3 21,8 20,9 20,0 21 18,3 19,6 20,7 21,1 21,7 22,2 22,2 22,2 21,8 21,3 20,5 19,5 22 17,3 19,0 20,2 20,6 21,2 21,8 21,8 21,8 21,3 20,8 19,7 18,5 23 16,3 17,9 19,7 20,1 20,7 21,2 21,5 21,5 20,9 20,2 18,6 17,4 24 15,2 16,9 18,6 19,1 19,7 20,1 20,7 20,7 19,9 19,1 17,5 16,4 4.1.2 Unidades de tratamiento de aire En el presente apartado, se describe la justificación y cálculo de la Unidades de Tratamiento de Aire (UTAS), en función de los parámetros de diseño, y cálculo de cargas térmicas anteriormente calculadas. Estos equipos se han diseñado cona los parámetros de consigna del caudal mínimo necesario, el número de renovaciones hora, temperaturas y humedades relativas a tener en cuenta en los recintos tipo quirófano, en función de la norma UNE 100713. A continuación, muestran los resultados de cada una de las Unidades de Tratamiento de Aire, identificadas con CL-Q1 y CL-Q2, denominadas como Climatizador Quirófano 1 y 2, dando como resultados las características de los ventiladores que hay que instalar en estos equipos. A continuación, se detalla el resumen con los resultados de los cálculos con los datos para el dimensionamiento del sistema de climatización para el quirófano Nº 1 (climatizador Q-1), donde se pueden observar las necesidades técnicas que tiene el equipo, en cuanto a potencia térmica, tanto de frío como de calor, el caudal de los ventiladores y las dimensiones y potencia del humectador. A continuación, se muestran lo parámetros de diseño del sistema de climatización del quirófano- 1 a lo largo de todo el año. 64 respiración de las personas), trazándose lo que se denomina “recta de carga del local”, representada entre los puntos (5) y (6). Finalmente, el ventilador de retorno recalienta de nuevo ligeramente el aire debido al calor desprendido por el motor de accionamiento y el rozamiento del aire en los conductos de extracción antes de expulsarlo al exterior. En el ciclo de evolución del aire, tal como se comentó en el documento de la memoria, no se ha contado con las energías térmicas que serán ahorradas por los sistemas de recuperación de calor del aire de extracción, dado que en la situación más desfavorable no se recuperará energía, porque con las puertas del quirófano abierta para la entrada y salida del mismo, el ventilador de extracción se regulará hasta incluso detenerse completamente, dada la necesidad de que el aire exterior del quirófano no sea introducido en su interior, produciendo contaminación de microorganismos patógenos. Figura 4.1. Evolución del aire (Refrigeración) 1. Outdoor Air 2. Central Cooling Coil Outlet 3. Central Heating Coil Outlet 4. Supply Fan Outlet 5. Duct Heat 6. Room Air 7. Return Fan Outlet 1 2 3 4567 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0 5 10 15 20 25 30 35 Location: Cadiz. Puerto Real, Spain Altitude: 10,0 m. Data for: July DESIGN COOLING DAY, 1500 Specific Humidity ( kg/kg ) Temperature ( °C ) 66 Figura 4.2. Evolución del aire (Calefacción) En el diagrama psicométrico anterior, se representa el aire húmedo en su evolución por el climatizador y la sala del quirófano 1, al igual que durante la transformación que se ha explicado anteriormente para la refrigeración, solo que en este caso se representa el tratamiento que se le realiza al aire durante la calefacción. El aire exterior es introducido en el climatizador en las condiciones del ambiente exterior (1), y 1. Outdoor Air 2. Central Heating Coil Outlet 3. Supply Fan Outlet 4. Humidifier Outlet 5. Duct Heat 6. Duct Heat 7. Room Air 8. Return Fan Outlet 1 2 3 4 5 678 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0 5 10 15 20 25 30 35 Location: Cadiz. Puerto Real, Spain Altitude: 10,0 m. Data for: WINTER DESIGN HEATING Specific Humidity ( kg/kg ) Temperature ( °C ) se calienta en la batería de intercambio con el agua caliente procedente de la central térmica de agua caliente para climatización (2), donde sufre una elevación de temperatura debido al calor sensible aportado por el motor del ventilador hasta el punto (3). En ese estado, el aire de impulsión está a la temperatura seca adecuada para contrarrestar las pérdidas de calor internas del local (fundamentalmente a través de las pérdidas por transmisión de los cerramientos). No obstante, aunque la humedad absoluta del aire se ha mantenido constante, dado que no ha habido ningún cambio de aporte o retirada del agua que contiene el aire, la humedad relativa del aire ha descendido, por lo que se debe proceder al empleo de un humectador para elevar el contenido de humedad absoluta, y así elevar la humedad relativa hasta la curva próxima al 50% HR requerida en el ambiente interior del quirófano, llevando al punto (4) el aire impulsado. El aporte de calor del ventilador de impulsión (5) y el incremento por parte del rozamiento en los conductos de impulsión (6) son prácticamente mínimos, no siendo considerados en los cálculos para mayor seguridad, por lo que dichos puntos coinciden prácticamente en el gráfico. Finalmente, la recta de carga del local en invierno representará un descenso de la temperatura debido a las pérdidas de calor (por transmisión), llevando el aire en el interior del quirófano al punto (7), que es el punto de diseño de confort previsto en el proyecto, para finalmente, ser recalentado por el ventilador de retorno antes de ser expulsado al exterior (8). De la misma forma que se ha explicado para el quirófano 1, pasamos a exponer los mismos apartados anteriores, pero para el dimensionamiento del quirófano 2, por lo que no se redundará en el significado de los mismos. 68 Air System Information Air System Name ......................................................... CL-Q2 Equipment Class ...................................................... CW AHU Air System Type ......................................................... SZCAV Number of zones ......................................................................... 1 Floor Area ............................................................................... 36,4 m² Location ................................................................ Cadiz. , Spain Sizing Calculation Information Calculation Months ................................................ Jan to Dec Sizing Data ............................................................. Calculated Zone L/s Sizing .............................. Sum of space airflow rates Space L/s Sizing ........................... Individual peak space loads Central Cooling Coil Sizing Data Total coil load ..................................................................... 24,3 kW Sensible coil load ............................................................... 13,4 kW Coil L/s at Jun 1500 ............................................................ 667 L/s Max block L/s ...................................................................... 667 L/s Sum of peak zone L/s .......................................................... 667 L/s Sensible heat ratio ............................................................ 0,552 L/(s kW) .............................................................................. 27,4 m²/kW ................................................................................... 1,5 W/m² ................................................................................. 667,6 Water flow @ 5,6 K rise .................................................... 1,05 L/s Load occurs at ............................................................... Jun 1500 OA DB / WB ............................................................... 30,8 / 23,4 °C Entering DB / WB ....................................................... 30,8 / 23,4 °C Leaving DB / WB ........................................................ 14,1 / 13,6 °C Coil ADP ................................................................................ 12,3 °C Bypass Factor ....................................................................... 0,100 Resulting RH ............................................................................. 51 % Design supply temp. ............................................................... 17,0 °C Zone T-stat Check ............................................................... 1 of 1 OK Max zone temperature deviation ............................................. 0,0 K Central Heating Coil Sizing Data Max coil load ...................................................................... 12,3 kW Coil L/s at Des Htg ............................................................. 667 L/s Max coil L/s ......................................................................... 667 L/s Water flow @ 11,1 K drop ................................................ 0,27 L/s Load occurs at ................................................................. Des Htg W/m² ..................................................................................... 338,2 Ent. DB / Lvg DB .......................................................... 6,2 / 21,5 °C Humidifier Sizing Data Max steam flow at Des Htg ............................................... 7,79 kg/hr Airflow Rate ........................................................................ 667 L/s Air mass flow .................................................................. 2880,08 kg/hr Moisture gain ..................................................................... ,00271 kg/kg Supply Fan Sizing Data Actual max L/s .................................................................... 667 L/s Standard L/s ......................................................................... 666 L/s Actual max L/(s·m²) ......................................................... 18,32 L/(s·m²) Fan motor BHP ....................................................................... 1,40 BHP Fan motor kW ......................................................................... 1,11 kW Fan static .................................................................................. 900 Pa Return Fan Sizing Data Actual max L/s .................................................................... 667 L/s Standard L/s ......................................................................... 666 L/s Actual max L/(s·m²) ......................................................... 18,32 L/(s·m²) Fan motor BHP ....................................................................... 0,39 BHP Fan motor kW ......................................................................... 0,31 kW Fan static .................................................................................. 250 Pa Outdoor Ventilation Air Data Design airflow L/s ............................................................... 667 L/s L/(s·m²) ............................................................................. 18,32 L/(s·m²) L/s/person .......................................................................... 222,23 L/s/person Air System Information Air System Name .......................................................... CL-Q2 Equipment Class ...................................................... CW AHU Air System Type ......................................................... SZCAV Number of zones ......................................................................... 1 Floor Area .............................................................................. 36,4 m² Location ................................................................... Cadiz, Spain Sizing Calculation Informatio Calculation Months ................................................. Jan to Dec Sizing Data ............................................................. Calculated Zone L/s Sizing .............................. Sum of space airflow rates Space L/s Sizing ........................... Individual peak space loads Zone Terminal Sizing Data Zone Name Design Supply Airflow (L/s) Minimum Supply Airflow (L/s) Zone L/(s·m²) Reheat Coil Load (kW) Reheat Coil Water L/s @ 11,1 K Zone Htg Unit Coil Load (kW) Zone Htg Unit Water L/s @ 11,1 K Mixing Box Fan Airflow (L/s) Zone 1 667 667 18,32 0,0 0,00 0,0 0,00 0 Zone Peak Sensible Loads Zone Zone Zone Cooling Time of Heating Floor Sensible Peak Sensible Load Area Zone Name (kW) Cooling Load (kW) (m²) Zone 1 5,3 Jul 2000 0,8 36,4 Space Loads and Airflows Zone Name / Space Name Mult. Cooling Sensible (kW) Time of Peak Sensible Load Air Flow (L/s) Heating Load (kW) Floor Area (m²) Space L/(s·m²) Zone 1 Quirófano 2 1 5,3 Jul 2000 667 0,8 36,4 18,32 1. Summary Ventilation Sizing Method ................................................... Sum of Space OA Airflows Design Ventilation Airflow Rate .................................................................................. 667 L/s 2. Space Ventilation Analysis Zone Name / Space Name Mult. Floor Area (m²) Maximum Occupants Maximum Supply Air (L/s) Required Outdoor Air (L/s/person) Required Outdoor Air (L/(s·m²)) Required Outdoor Air (L/s) Required Outdoor Air (% of supply) Uncorrected Outdoor Air (L/s) Zone 1 Quirófano 2 1 36,4 3,0 666,7 0,00 0,00 666,7 0,0 666,7 Totals (incl. Space Multipliers) 666,7 666,7 70 DESIGN COOLING DESIGN HEATING COOLING DATA AT Jun 1500 HEATING DATA AT DES HTG COOLING OA DB / WB 30,8 °C / 23,4 °C HEATING OA DB / WB 6,2 °C / 5,5 °C Sensible Latent Sensible Latent ZONE LOADS Details (W) (W) Details (W) (W) Window & Skylight Solar Loads 0 m² 0 - 0 m² - - Wall Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Roof Transmission 39 m² 607 - 39 m² 586 - Window Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Skylight Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Door Loads 0 m² 0 - 0 m² 0 - Floor Transmission 36 m² 0 - 36 m² 0 - Partitions 85 m² 117 - 85 m² 169 - Ceiling 0 m² 0 - 0 m² 0 - Overhead Lighting 655 W 655 - 0 0 - Task Lighting 0 W 0 - 0 0 - Electric Equipment 3350 W 3350 - 0 0 - People 3 259 400 0 0 0 Infiltration - 0 0 - 0 0 Miscellaneous - 0 0 - 0 0 Safety Factor 0% / 0% 0 0 0% 0 0 >> Total Zone Loads - 4988 400 - 755 0 Zone Conditioning - 4912 400 - 759 0 Plenum Wall Load 0% 0 - 0 0 - Plenum Roof Load 0% 0 - 0 0 - Plenum Lighting Load 0% 0 - 0 0 - Return Fan Load 667 L/s 309 - 667 L/s -309 - Ventilation Load 667 L/s 4876 10475 667 L/s 12940 5312 Supply Fan Load 667 L/s 1111 - 667 L/s -1111 - Space Fan Coil Fans - 0 - - 0 - Duct Heat Gain / Loss 4% 200 - 4% 30 - >> Total System Loads - 11408 10875 - 12310 5312 Central Cooling Coil - 13427 10875 - 0 0 Central Heating Coil - -2018 - - 12310 - Humidification Load - - 0 - - 5312 >> Total Conditioning - 11408 10875 - 12310 5312 Key: Positive values are clg loads Positive values are htg loads Negative values are htg loads Negative values are clg loads Zone 1 DESIGN COOLING DESIGN HEATING COOLING DATA AT Jul 2000 HEATING DATA AT DES HTG COOLING OA DB / WB 27,2 °C / 22,2 °C HEATING OA DB / WB 6,2 °C / 5,5 °C OCCUPIED T-STAT 24,0 °C OCCUPIED T-STAT 22,0 °C Sensible Latent Sensible Latent ZONE LOADS Details (W) (W) Details (W) (W) Window & Skylight Solar Loads 0 m² 0 - 0 m² - - Wall Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Roof Transmission 39 m² 866 - 39 m² 586 - Window Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Skylight Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Door Loads 0 m² 0 - 0 m² 0 - Floor Transmission 36 m² 0 - 36 m² 0 - Partitions 85 m² 141 - 85 m² 169 - Ceiling 0 m² 0 - 0 m² 0 - Overhead Lighting 655 W 655 - 0 0 - Task Lighting 0 W 0 - 0 0 - Electric Equipment 3350 W 3350 - 0 0 - People 3 259 400 0 0 0 Infiltration - 0 0 - 0 0 Miscellaneous - 0 0 - 0 0 Safety Factor 0% / 0% 0 0 0% 0 0 >> Total Zone Loads - 5272 400 - 755 0 TABLE 1.1.A. Component Loads For Space "Quirófano 8" In Zone "Zone 1" DESIGN COOLING DESIGN HEATING COOLING DATA AT Jul 2000 HEATING DATA AT DES HTG COOLING OA DB / WB 27,2 °C / 22,2 °C HEATING OA DB / WB 6,2 °C / 5,5 °C OCCUPIED T-STAT 24,0 °C OCCUPIED T-STAT 22,0 °C Sensible Latent Sensible Latent SPACE LOADS Details (W) (W) Details (W) (W) Window & Skylight Solar Loads 0 m² 0 - 0 m² - - Wall Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Roof Transmission 39 m² 866 - 39 m² 586 - Window Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Skylight Transmission 0 m² 0 - 0 m² 0 - Door Loads 0 m² 0 - 0 m² 0 - Floor Transmission 36 m² 0 - 36 m² 0 - Partitions 85 m² 141 - 85 m² 169 - Ceiling 0 m² 0 - 0 m² 0 - Overhead Lighting 655 W 655 - 0 0 - Task Lighting 0 W 0 - 0 0 - Electric Equipment 3350 W 3350 - 0 0 - People 3 259 400 0 0 0 Infiltration - 0 0 - 0 0 Miscellaneous - 0 0 - 0 0 Safety Factor 0% / 0% 0 0 0% 0 0 >> Total Zone Loads - 5272 400 - 755 0 TABLE 1.1.B. Envelope Loads For Space "Quirófano 8" In Zone "Zone 1" COOLING COOLING HEATING Area U-Value Shade TRANS SOLAR TRANS (m²) (W/(m²·K)) Coeff. (W) (W) (W) H EXPOSURE ROOF 39 0,961 - 866 - 586 72 Figura 4.3. Evolución del aire (Refrigeración) 1. Outdoor Air 2. Central Cooling Coil Outlet 3. Central Heating Coil Outlet 4. Supply Fan Outlet 5. Duct Heat 6. Room Air 7. Return Fan Outlet 1 2 3 4567 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0 5 10 15 20 25 30 35 Location: Cadiz. Puerto Real, Spain Altitude: 10,0 m. Data for: June DESIGN COOLING DAY, 1500 Specific Humidity ( kg/kg ) Temperature ( °C ) Figura 4.4. Evolución del aire (Calefacción) 1. Outdoor Air 2. Central Heating Coil Outlet 3. Supply Fan Outlet 4. Humidifier Outlet 5. Duct Heat 6. Duct Heat 7. Room Air 8. Return Fan Outlet 1 2 3 4 56 78 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020 0 5 10 15 20 25 30 35 Location: Cadiz. Puerto Real, Spain Altitude: 10,0 m. Data for: WINTER DESIGN HEATING Specific Humidity ( kg/kg ) Temperature ( °C ) 80 de la tubería correspondiente al tipo de material que se utiliza, multiplicado por la longitud total de la tubería. Tomando un factor de seguridad del 10% se obtiene un volumen total de: V = 118,4 x 1,1 = 130,3 litros. No se consideran riesgos de heladas, por lo que, para una temperatura media de 75,0 °C y un porcentaje de glicol etilénico del 0% se tiene un incremento de volumen del 2,522%. Por tanto, el volumen útil del depósito deber ser de: Vu = 130,3 · 2,522 / 100 = 3,3 litros. El coeficiente de presión del gas relaciona la presión máxima de trabajo (PM) y la presión de llenado del gas (Pm), ambas como presiones absolutas: Cp = PM / (PM - Pm) Dado que la altura de la instalación sobre el vaso de expansión es de 5,0 m., la presión de llenado de la cámara de gas debe ser la presión en el punto más alto de la instalación con un margen de seguridad de 0,3 bar: Pm = 1,01325 · 5,0 / 10 + 0,3 Se elige una presión de llenado Pm = 0,8 bar. Como mínimo se toma una presión de llenado de 0,5 bar. Por otra parte eligiendo una presión máxima de trabajo PM = 6,0 bar se obtiene: Cp = (6,0 + 1,01325)/(6,0 - 0,8) = 1,350 Por tanto, la capacidad total del depósito debe ser: Vt = Vu · Cp = 3,3 · 1,350 = 4,4 litros Se elige un depósito de expansión cerrado con las siguientes características: Capacidad total= 8,0 litros Presión máxima de trabajo= 6,0 bar. Presión de llenado= 0,8 bar. Presión de tarado de la válvula de seguridad 6,0 bar. Cálculo de tuberías El principio de cálculo es el siguiente: 1- Determinación del caudal de cada tramo, de final a origen, en función de los receptores a los que alimenta: 𝑄= 860·𝑃 1000·𝛥𝑡·𝐶𝑒·𝛾 Donde: Ce = Calor específico del agua = 1,0 Kcal/h·Kg·°C g = Peso específico del agua = 1,0 Kg/dm³ Dt = Salto térmico en °C P = Potencia térmica en vatios Se tienen en cuenta los siguientes modos de funcionamiento: - Calefacción salto térmico 10,0°C y potencias individuales máximas. 2- Para el cálculo de las pérdidas de carga en las tuberías se ha tenido en cuenta la fórmula de Hazen-Williams. 𝐽=⥂10′374· 𝑄𝑟 𝐶𝐻𝑊1′85·𝐷4′87 Donde: J = Pérdida de carga, en m.c.a./m; D = Diámetro interior de la tubería, en m; Qr = Caudal por la rama en m³/s; CHW = Coeficiente de Hazen-Williams; 3- Determinación de los diámetros de tubería en base a admitir una pérdida de carga máxima por unidad de longitud de tubería igual a 80,0 mm.c.a./m . 4- Se tienen en cuenta las longitudes equivalentes a tubería recta de igual diámetro en los accesorios (tes, codos.) y válvulas conectadas entre tuberías, para calcular las pérdidas de carga que producen. 5- Cálculo de la pérdida de carga a provocar en cada válvula de equilibrado para obtener la distribución de caudales supuesta inicial. Detalles de cálculo de tramos del circuito cerrado de tuberías “Tuberías de refrigeración” 82 El circuito cerrado más desfavorable corresponde al que va desde el generador Enfriadora existente hasta la Batería frio Climatizador Q1. A continuación se desglosan las pérdidas de carga en cada uno de los elementos de los tramos de ida y de retorno. Para la identificación de los tramos de tuberías, se nombran como N1,N2, N3…etc el nudo o punto entre los que se conectan las tuberías, correspondiendo, por ejemplo el tramo de tubería que se denomina Tramo [1-2], a la tubería que discurre entre el nodo N1 y el nodo N2, tal como se detalla en el esquema representado más adelante. Tabla 4.16. Pérdidas de carga en tramos (Refrigeración) TRAMO Caudal (l/h) Velc. (m/s) Ø Nominal (mm) ó (pulgadas) DP Unitario (mmca) Longitud (m) Tipo de accesorio Longitud equivalente accesorios (m) ó Kv(1) Longitud total (m) DP Total (mca) N1-N2 8.402 1,05 2" 34,9 0,8 Tubería 6,64 0,230 4 Codos 5,84 N2-N3 8.393 1,19 2" V. BOLA 0,63 0,020 1 1/2" V. RETENCIÓN 5,04 0,373 1 1/2" ANTIVIBRADOR 3,15 0,233 N3-N4 8.377 Bombas paralelo 0,000 N4-N5 8.393 1,68 1 1/2" ANTIVIBRADOR 3,15 0,233 2" V. BOLA 0,63 0,062 Reducción 1,20 N5-N6 8.402 1,05 2" 34,9 10,4 Tubería 17,68 0,611 5 Codos 7,30 N6-N7 4.208 1,15 1 1/4" 64,3 1,9 Tubería 7,34 0,468 4 Codos 4,16 Codo 1,28 1 1/4" 64,3 0,6 Tubería 5,80 0,370 4 Codos 4,16 Unión 1,04 N7-N8 4.207 1,21 1 1/4" V. BOLA 0,44 0,022 N8-N9 4.208 1,15 1 1/4" 64,3 0,2 Tubería 6,31 0,403 5 Codos 5,20 Unión 0,96 1 1/4" 64,3 0,3 Tubería 4,42 0,282 3 Codos 4,10 N9-N10 4.207 1,21 1 1/4" V. BOLA 0,44 0,022 1 1/4" ANTIVIBRADOR 2,62 0,131 N10-N11 4.208 0,93 Bateria frio Climatizador Q7 2,000 N11-N12 4.192 1,21 1 1/4" ANTIVIBRADOR 2,62 0,131 1 1/4" V. BOLA 0,44 0,022 N12-N13 4.208 1,15 1 1/4" 64,3 0,0 Tubería 0,99 0,063 Reducción 0,96 N13-N14 4.192 1,21 1 1/4" V. CONTROL 4,60 6,949 1 1/4" V. EQUILIBRADO 0,30 0,015 N14-N15 4.208 1,15 1 1/4" 64,3 0,3 Tubería 6,45 0,412 5 Codos 5,20 Reducción 0,96 N15-N16 4.192 1,21 1 1/4" V. BOLA 0,44 0,022 N16-N17 4.208 1,15 1 1/4" 64,3 0,5 Tubería 5,62 0,359 4 Codos 4,16 Reducción 0,96 1 1/4" 64,3 1,9 Tubería 9,23 0,589 Te división 2,13 4 Codos 4,16 Codo 1,04 N17-N18 8.402 1,05 2" 34,9 12,5 Tubería 19,76 0,683 5 Codos 7,30 N18-N19 8.378 1,19 2" V. BOLA 0,63 0,020 N19-N20 8.402 1,05 2" 34,9 0,8 Tubería 2,30 0,080 Reducción 1,50 N20-N21 8.402 Enfriadora existente 2,063 TOTAL 16,867 (1) Kv: Constante válvulas de control. 84 “Tuberías de calefacción” El circuito cerrado más desfavorable corresponde al que va desde el Generador (1) hasta la Batería de calor del Climatizador Q1. A continuación se desglosan las pérdidas de carga en cada uno de los elementos de los tramos de ida y de retorno: Tabla 4.17. Pérdidas de carga por tramos (Calefacción) TRAMO Caudal (l/h) Velc. (m/s) Ø Nominal (mm) ó (pulgadas) DP Unitario (mmca) Longitud (m) Tipo de accesorio Longitud equivalente accesorios (m) ó Kv(1) Longitud total (m) DP Total (mca) N1-N2 2.110 1,00 1" 68,7 0,8 Tubería 3,89 0,266 4 Codos 3,08 N2-N3 2.110 0,95 1" V. BOLA 0,33 0,014 1" V. RETENCIÓN 3,36 0,139 1" ANTIVIBRADOR 2,10 0,087 N3-N4 2.107 Bombas paralelo 0,000 N4-N5 2.110 0,95 1" ANTIVIBRADOR 2,10 0,087 1" V. BOLA 0,33 0,014 N5-N6 2.110 1,00 1" 68,7 10,4 Tubería 14,23 0,975 5 Codos 3,85 N6-N7 1.050 0,79 3/4" 57,7 1,9 Tubería 5,22 0,301 4 Codos 2,52 Codo 0,80 3/4" 57,7 0,6 Tubería 3,75 0,216 4 Codos 2,52 Unión 0,63 N7-N8 1.051 0,77 3/4" V. BOLA 0,27 0,010 N8-N9 1.050 0,79 3/4" 57,7 0,2 Tubería 3,30 0,190 5 Codos 3,15 3/4" 57,7 0,3 Tubería 2,79 0,160 3 Codos 2,47 N9-N10 1.051 0,77 3/4" V. BOLA 0,27 0,010 1" ANTIVIBRADOR 2,10 0,031 Reducción 0,60 N10-N11 1.050 0,23 Bateria calor Climatizador Q7 2,000 N11-N12 1.048 0,47 1" ANTIVIBRADOR 2,10 0,024 3/4" V. BOLA 0,27 0,010 N12-N13 1.050 0,79 3/4" 57,7 0,0 Tubería 0,03 0,002 N13-N14 1.048 0,77 3/4" V. CONTROL 2,50 1,470 3/4" V. EQUILIBRADO 0,27 0,010 N14-N15 1.050 0,79 3/4" 57,7 0,3 Tubería 3,44 0,198 5 Codos 3,15 N15-N16 1.048 0,77 3/4" V. BOLA 0,27 0,010 N16-N17 1.050 0,79 3/4" 57,7 0,5 Tubería 3,02 0,174 4 Codos 2,52 3/4" 57,7 1,9 Tubería 6,30 0,363 Te división 1,25 4 Codos 2,52 Codo 0,63 N17-N18 2.110 1,00 1" 68,7 12,5 Tubería 16,31 1,117 5 Codos 3,85 N18-N19 2.107 0,95 1" V. BOLA 0,33 0,014 N19-N20 2.110 1,00 1" 68,7 0,8 Tubería 0,80 0,055 N20-N21 2.107 Generador (1) 0,177 TOTAL 8,124 (1) Kv: Constante válvulas de control. Baterías Tabla 4.18. Batería (Refrigeración) Unidad Potencia (w) Temp. Entrada (°C) Temp. Salida (°C) Caudal agua (l/h) Caída presión (mm.c.a.) Presión de equilibrado (mm.c.a.) Marca y modelo Bateria frio Climatizador Q8 24.300 7,0 12,0 4.194,2 2.000,0 1.124,2 Airlan Bateria frio Climatizador Q7 24.400 7,0 12,0 4.207,7 2.000,0 0,0 Airlan Tabla 4.19. Batería (Calefacción) Unidad Potencia (w) Temp. Entrada (°C) Temp. Salida (°C) Caudal agua (l/h) Caída presión (mm.c.a.) Presión de equilibrado (mm.c.a.) Marca y modelo Bateria calor Climatizador Q 12.300 80,0 70,0 1.059,7 2.000,0 618,3 Quirofano Bateria calor Climatizador Q1 12.200 80,0 70,0 1.049,8 2.000,0 0,0 Quirofano Tuberías Tabla 4.20. Circuito de refrigeración Descripción Diámetro Long. (m) Leqv. (m) Caudal (l/h) Velc. (m/s) P.Tot. (mmca) P.Unit. (mmca/m) Tramo [1-2] 2" 0,8 5,8 8.401,9 1,05 229,6 34,6 Tramo [9-10] 2" 10,4 7,3 8.401,9 1,05 611,2 34,6 Tramo [22-23] 2" 12,5 7,3 8.401,9 1,05 683,1 34,6 Tramo [10-11] 1 1/4" 1,9 5,4 4.207,7 1,15 468,4 63,8 Tramo [23-24] 1 1/4" 1,9 7,3 4.207,7 1,15 588,9 63,8 Tramo [20-21] 2" 0,8 1,5 8.401,9 1,05 79,5 34,6 Tramo [18-19] 1 1/4" 0,3 4,1 4.194,2 1,14 279,6 63,3 Tramo [37-38] 1 1/4" 0,0 1,0 4.194,2 1,14 63,0 63,3 Tramo [23-33] 1 1/4" 0,5 5,6 4.194,2 1,14 388,2 63,3 Tramo [34-35] 1 1/4" 0,3 6,2 4.194,2 1,14 408,4 63,3 Tramo [10-16] 1 1/4" 0,6 4,8 4.194,2 1,14 342,0 63,3 Tramo [17-18] 1 1/4" 0,2 6,2 4.194,2 1,14 399,6 63,3 Tramo [13-14] 1 1/4" 0,2 6,2 4.207,7 1,15 402,6 63,8 Tramo [26-27] 1 1/4" 0,3 6,2 4.207,7 1,15 411,6 63,8 Tramo [29-30] 1 1/4" 0,0 1,0 4.207,7 1,15 63,5 63,8 Tramo [14-15] 1 1/4" 0,3 4,1 4.207,7 1,15 281,7 63,8 Tramo [24-25] 1 1/4" 0,5 5,1 4.207,7 1,15 358,6 63,8 Tramo [11-12] 1 1/4" 0,6 5,2 4.207,7 1,15 370,1 63,8 86 Tabla 4.21. Circuito de calefacción Descripción Diámetro Long. (m) Leqv. (m) Caudal (l/h) Velc. (m/s) P.Tot. (mmca) P.Unit. (mmca/m) Tramo [11-12] 3/4" 0,6 3,2 1.049,8 0,79 216,0 57,6 Tramo [24-25] 3/4" 0,5 2,5 1.049,8 0,79 174,0 57,6 Tramo [14-15] 3/4" 0,3 2,5 1.049,8 0,79 160,5 57,6 Tramo [29-30] 3/4" 0,0 0,0 1.049,8 0,79 2,0 57,6 Tramo [26-27] 3/4" 0,3 3,2 1.049,8 0,79 198,2 57,6 Tramo [13-14] 3/4" 0,2 3,2 1.049,8 0,79 190,1 57,6 Tramo [17-18] 3/4" 0,2 3,2 1.059,7 0,80 193,0 58,5 Tramo [10-16] 3/4" 0,6 2,9 1.059,7 0,80 205,9 58,5 Tramo [34-35] 3/4" 0,3 3,2 1.059,7 0,80 201,2 58,5 Tramo [23-33] 3/4" 0,5 2,8 1.059,7 0,80 195,3 58,5 Tramo [37-38] 3/4" 0,0 0,0 1.059,7 0,80 2,0 58,5 Tramo [18-19] 3/4" 0,3 2,5 1.059,7 0,80 162,9 58,5 Tramo [20-21] 1" 0,8 0,0 2.109,5 1,00 54,8 68,5 Tramo [23-24] 3/4" 1,9 4,4 1.049,8 0,79 362,9 57,6 Tramo [10-11] 3/4" 1,9 3,3 1.049,8 0,79 300,7 57,6 Tramo [22-23] 1" 12,5 3,9 2.109,5 1,00 1.117,3 68,5 Tramo [9-10] 1" 10,4 3,9 2.109,5 1,00 974,8 68,5 Tramo [1-2] 1" 0,8 3,1 2.109,5 1,00 266,2 68,5 4.1.4 Red de conductos En el presente apartado, se desarrolla los cálculos de la red de conductos tanto de impulsión como de retorno, siguiendo el trazado desde los climatizadores hasta las unidades terminales de los difusores de filtro absoluto en el interior de los quirófanos. Se desarrollan, por un lado, los detalles de los cálculos, con su formulación y por otro lado los resultados obtenidos de los mismos. Para no redundar en los cálculos, dado que los sistemas del quirófano 1 poseen caudales y trazados iguales, se realizará el cálculo de uno de ellos, de forma que se nombra genéricamente. Para la identificación de los tramos de conductos que se calculan, se definirán los mismos entre nudos, el Tramo [1-2], como el conducto que se encuentra conectado etre el nodo N1 y el nodo N2. La posición de cada nodo dentro del sistema de conductos se representa a continuación. Figura 4.5. Distribución conductos 88 Datos edificio Uso del edificio: Hospitalario Altitud geográfica: 10,00 m. “CL-Q- Impulsión” Ventilador Caudal de aspiración y descarga: 2.400,0 m³/h. Presión estática necesaria: 27,45 Pa. Presión total necesaria: 46,03 Pa. Temperatura del aire en los conductos: 20,0 °C. Velocidad de descarga: 5,6 m/s. Cálculo Las fórmulas de cálculo que se han utilizado son las expuestas en el manual ASHRAE HANDBOOK . FUNDAMENTALS 1997 editado por la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. y en el Documento Técnico de Instalaciones en la Edificación DTIE 5.01 editado por ATECYR, de las cuales reproducimos las más importantes: Pérdidas de presión por fricción: 𝛥𝑃𝑓=𝑓· 𝐿 𝐷ℎ·𝜌·𝑣2 2 y utilizando la ecuación de Blasius 𝑓=0,173·𝛼·𝑅𝑒−0.18·𝐷ℎ−0.04 se obtiene la ecuación para el aire húmedo: 𝛥𝑃𝑓=𝛼·14,1·10−3·𝐿· 𝑣1,82 𝐷ℎ1,22 Esta ecuación es válida para temperaturas comprendidas entre 15,0 °C y 40,0 °C, presiones inferiores a la correspondiente a una altitud de 1.000,00 m. Y humedades relativas comprendidas entre 0% y 90%. Siendo:  Pf: Pérdidas de presión por fricción en Pa. f: Factor de fricción (adimensional). :: Rugosidad absoluta del material en mm. Dh: Diámetro hidráulico en m. v: Velocidad en m/s. Re: Número de Reynolds (adimensional). L: Longitud total en m. : Factor que depende del material utilizado (adimensional). Pérdidas de presión por singularidades: 𝛥𝑃𝑠=𝐶𝑜·𝜌·𝑣2 2 Siendo:  Ps: Pérdidas de presión por singularidades en Pa. Co: coeficiente de pérdida dinámica (adimensional). v: Velocidad en m/s. : Densidad del aire húmedo kg/m³. Los coeficientes Co de pérdida de carga dinámica se tienen tabulados para los distintos tipos de accesorios normalmente utilizados en las redes de conductos. Pérdidas de presión total, estática y dinámica: La pérdida de presión total en un sistema se obtiene como la suma de las pérdidas por fricción a lo largo de los conductos, más las pérdidas en las singularidades situadas en el camino más desfavorable, incluyendo en este grupo todas las transformaciones, los filtros, compuertas, plenum, etc. y la boca final. 𝛥𝑃𝑡=∑𝛥𝑃𝑓+∑𝛥𝑃𝑠 Siendo:  Pt: Pérdidas de presión totales en Pa.  Pf: Pérdidas de presión por fricción en Pa.  Ps: Pérdidas de presión por singularidades en Pa. En cualquier punto de la instalación es posible obtener la presión estática como diferencia entre la presión total y la presión dinámica: 𝑃𝑠𝑡 =𝑃𝑡−𝜌·𝑣2 2 Siendo: Pst: Presión estática. Pt: Presión total. v: Velocidad en m/s. : Densidad del aire húmedo kg/m³. Métodos de dimensionamiento: 96 5. DÍSEN O-PLANOS DE L A ÍNSTALACÍO N 5.1 Conductos 98 5.2 Hidráulica 100 6. Referencias - [1] ASHRAE HVAC. Design Manual for Hospital and Clinics. - [2] Ministerio de Sanidad y Política Social. Bloque quirúrgico (2009). Estándares y recomendaciones. - [3] IDEA. Guía técnica Procedimientos y aspectos de la simulación térmicas en edificios. - [4] INSALUD. Guía Práctica para el diseño y mantenimiento de la climatización en quirófanos. - [5] IDAE. Guía técnica instalaciones de climatización por agua. - [6] IDAE. Guía técnica condiciones climáticas exteriores de proyecto. - [7] IDAE. Guía técnica ahorro y recuperación de energía en instalaciones de climatización. - [8] IDAE. Guía técnica selección de equipos de transporte de fluidos. Bombas y ventiladores. - [9] Escuela Universitaria Politécnica de Sevilla. Ventilación y climatización en quirófanos. - [10] American Society of Plumbing Engineers. Cleveland (2015-2016). Plumbing Handbook. Referencias electrónicas: http://www.juntadeandalucia.es Normas de referencias: R.D. 138/2011, de 4.02.11, Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas y sus Instrucciones complementarias BOE 8.03.11, - BOE 28.07.11* - Resolución 1.03.12, BOE 20.03.12** - Resolución 16.04.12, BOE 2.05.12** - Resolución 30.09.13, BOE 14.10.13** - Resolución 11.03.14, BOE 2.04.14** - Resolución 18.09.14, BOE 3.10.14** - Resolución 2.09.16, BOE 14.09.16** - R.D. 115/2017, de 17.02.17, BOE 18.02.17** R.D. 1027/2007, de 20.07.07, del Ministerio de la Presidencia. Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) BOE 29.08.07, - BOE 28.02.08* 102 - R.D. 1826/2009, de 27.11.09, BOE 11.12.09** - R.D. 249/2010, de 5.03.10, BOE 18.03.10** - R.D. 238/2013, de 5.04.13, BOE 13.04.13** BOE 05.09.2013* - R.D. 56/2016, de 12.02.16, BOE 13.02.16**