AHORRO DE ENERGÍA EN
AIRE ACONDICIONADO
CONTENIDO
1. FUNDAMENTOS DE AIRE ACONDICIONADO 1.1 Definiciones
1.2 Termodinámica aplicada a la mezcla vapor aire 1.3 Principios de transferencia de calor
1.4 Refrigerantes
1.5 Ciclo de refrigeración
2. ASPECTOS DE DISEÑO EN AIRE ACONDICIONADO 2.1 Condiciones de comodidad
2.2 Ganancias de calor por elementos arquitectónicos
3. AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO 3.1 Rendimiento del equipo
3.2 Reducción de la carga de refrigeración 3.3 Estrategias de operación eficiente
OBJETIVO
Al finalizar el curso los asistentes aplicaran
las herramientas técnicas y metodológicas
para el ahorro de energía en los sistemas de
aire acondicionado.
FUNDAMENTOS DE
AIRE
DEFINICIONES
Aire Acondicionado:
Mantener dentro de un espacio condiciones confort
para realizar una tarea específica
DEFINICIONES
Calor:
Es una forma de energía. Si todo el calor existente en un objeto fuera removido de éste, su temperatura bajaría a -273°C (- 459.6°F).
La energía calorífica que se manifiesta de dos formas:
La intensidad de calor contenido en una sustancia, es medida por su temperatura.
La cantidad de calor contenida en un objeto es diferente a su intensidad, ya que ésta tiene que ver con la masa del objeto.
DEFINICIONES
Unidad de Medida del Calor:
La Caloría es la unidad utilizada para medir la cantidad de calor, y se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius.
En el sistema inglés se utiliza el BTU (Unidad Térmica Británica), y se define como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua un grado Fahrenheit.
Para producir refrigeración el calor debe ser removido transfiriéndolo de una sustancia a otra.
DEFINICIONES
Para que el calor sea transferido de un cuerpo a otro, estos deben encontrarse a diferente temperatura. El calor siempre fluirá del cuerpo que se encuentere a mayor temperatura al cuerpo que se encuentre a menor temperatura FUNDAMENTOS
Cuerpo
caliente
Cuerpo
frío
CALOR
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Calor Sensible y Calor Latente:
El calor que guarda un cuerpo se puede representar como la suma de un calor latente y un calor sensible.
El calor latente, es la energía relacionada con un
cambio de estado, ya sea de sólido a líquido o de líquido a vapor. No puede ser censado por un termómetro o detectada por el tacto, ya que el cambio de fase se realiza a temperatura constante.
En contraste, el calor sensible causa un una sustancia un cambio de temperatura medible.
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Flujo Térmico:
Se refiere a la cantidad de calor que fluye de una sustancia a otra por unidad de tiempo.
Existen tres mecanismos básicos a través de los cuales el calor es transmitido de una sustancia a otra:
conducción
convección y radiación.
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Conducción, Convección y Radiación
Tomemos como ejemplo un radiador de calefacción. En él se transfiere calor por los tres métodos: El calor fluye por
conducción del agua caliente que circula por el tubo central, a
través de la pared del tubo y hacia las altas del radiador. De las aletas el calor es conducido hacia el aire que las rodea. Conforme el aire es calentado, se expande volviéndose menos denso, lo que provoca que este se eleve, arrastrando consigo el calor de las aletas. Este movimiento de aire se conoce como corriente de convección.
El calor también es radiado de la superficie caliente de las aletas hacia los objetos fríos del cuarto.
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Flujo Térmico:
En refrigeración lo que nos interesa es la variación del flujo térmico, es decir, la cantidad de calor que fluye de una sustancia a otra en un período de tiempo dado. La variación de este flujo es expresada en kcal por hora (kcal/h), o BTU/h. Este término describe la cantidad de calor que fluye de una sustancia a otra en una hora.
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Tonelada de Refrigeración:
En refrigeración existe una unidad más grande y conveniente de la variación del flujo térmico, llamada Tonelada de refrigeración. Ésta produce el mismo efecto de enfriamiento que derretir una tonelada de hielo en un período de 24 horas.
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
Calor Específico:
El calor específico de una sustancia se define por la cantidad de calor que entra o sale de una unidad de masa cuando en ésta varía un grado su temperatura.
El calor específico del aire no es constante, sino que depende de la temperatura. Para fines prácticos se usa: Calor específico a presión constante:
Cp = 0.2415 Btu/lb°F Para fines que requieren más precisión:
DEFINICIONES
FUNDAMENTOS
UNIDADES DE ENERGÍA, POTENCIA Y CALOR:
• 1 Joule = 1 W/s • 1 Kcal = 4.1868 kJ • 1 Btu = 0.252 kcal • 1 Btu = 1.055 kJ • 1 kcal/kg = 1.8 Btu/lb • 1 kWh = 860.4 kcal • 1 kWh = 3,412.2 Btu • 1 kg-m = 9.801 J
EL AIRE
FUNDAMENTOS
En aire acondicionado el calor a retirar pasa al aire y del aire a la máquina de acondicionamiento ambiental.
Fuentes
de calor acondicionamiento Máquina de ambiental
Aire frío
FUNDAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Lo que conocemos como “el aire” del medio ambiente, en realidad no es solo aire, sino una mezcla de aire y vapor de agua.
El aire tiene cierta capacidad para mezclarse con el vapor de agua, hasta un determinado punto, en el que decimos que el aire se encuentra saturado. Esto es, ya no es capaz de poder absorber más vapor de agua.
Decimos que el aire está seco cuando no se encuentra vapor de agua en él.
FUNDAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
FUNDAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Peso Específico:
Peso del aire seco:
0.07496 lb/pie3 (a 70°F y 29.92 pulgadas de Hg)
Peso de aire seco contenido en un pie3 de aire saturado:
0.07309 lb/pie3 (a 70°F y 29.92 pulgadas de Hg) Peso de la mezcla saturada:
0.074239 lb/pie3 (a 70°F y 29.92 pulgadas de Hg)
El peso del aire a cualquier presión y temperatura, puede determinarse a partir de las tablas de propiedades de la mezcla de vapor de agua con aire. En las columnas de volumen específico de la mezcla, el recíproco de estos valores son los pesos específicos a cualquier temperatura.
FUNDAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Humedad absoluta o densidad (d
v):
El peso de vapor de agua expresado en libras o
granos por pie cúbico de espacio se llama
“humedad absoluta” o “densidad del vapor de
agua” y se representa como d
vcuando el aire no
está saturado y como d
dcuando sí lo está; en
este caso se halla en las columnas 4 y 5 de las
tablas de aire-vapor. (1 libra = 7,000 granos).
FUNDAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Humedad específica o relación de humedad (Wv):
El peso de vapor de agua expresado en libras o
granos por libra de aire seco se llama humedad
específica; se representa como Wv cuando la mezcla
no está saturada, y como Wd cuando sí lo está; su
valor se encuentra en las columnas 6 y 7 de las tablas
aire-vapor a diferentes presiones o temperaturas (ver
anexo 1).
dd Wd
dd: humedad absoluta
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Aire con vapor de agua
a presión atmosférica (presión parcial del vapor) Vapor de agua sin aire
Si a un volumen determinado de aire seco + vapor se le retira aire, la presión descenderá dentro del volumen. La presión a la que se llegue una vez que se haya retirado todo el aire, se le llama presión parcial de vapor
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Humedad relativa (φ):
La humedad relativa se define como la relación de la presión parcial de vapor en el aire con la presión de saturación del vapor correspondiente a la temperatura existente. O bien, es la relación de la densidad del vapor de agua en el aire con la densidad de saturación a la temperatura correspondiente.
φ = ( Pv / Pd ) x 100 = ( dv / dd ) x 100
donde: Pv = presión parcial del vapor de agua
Pd = presión de saturación del vapor de agua dv = densidad existente del vapor de agua dd = densidad del vapor saturado
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Humedad relativa (φ):
Caso: Calcular la humedad relativa a 75°F, si el aire
contiene 6 granos/pie3 ?
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Temperatura de rocío (tw):
La temperatura de rocío indica la cantidad de humedad contenida en el aire. Es la temperatura a la cual el aire se satura cuando se enfría.
La temperatura de rocío no se puede cambiar, si no se aumenta o disminuye la humedad del aire, aunque se aumente o disminuya el calor.
La temperatura de rocío se puede disminuir, substrayendo humedad del aire, o sea, substrayendo vapor de agua de un peso dado de aire, y se puede aumentar añadiendo vapor de agua a un peso dado de aire.
Si un aire saturado a 70°F se enfría a 65°F, se dice que hay 5°F de precipitación y quedara aire a una temperatura de rocío de 65°F, saturado también. Si ese mismo aire se calienta a 70 °F, el punto de rocío permanece en 65 °F.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Temperatura de rocío (tw):
La temperatura de rocío de cualquier mezcla de aire y
vapor de agua se puede determinar de la siguiente manera:
1.Enfriando poco a poco un recipiente que contenga aire, la temperatura a la que la condensación empieza a aparecer en las paredes del recipiente es la temperatura de rocío.
2.La temperatura de rocío se puede encontrar psicrométricamente partiendo de la temperatura de bulbo húmedo y de bulbo seco.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo:
Temperatura de bulbo seco. La temperatura de bulbo seco es la
que se mide con un termómetro ordinario, y es la medida del calor sensible del aire expresado en grados Fahrenheit o Centígrados.
Temperatura de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo
húmedo indica la cantidad de calor total contenido en el aire y está expresado en grados Fahrenheit o Centígrados. Se determina cubriendo el bulbo de un termómetro con franela o con un trapo húmedo y haciendo pasar aire rápidamente; en esta forma la humedad comienza a evaporarse. La temperatura del agua y del aire circundante baja proporcionalmente a la evaporación ocurrida.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía:
La entalpía es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H. La variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía del aire:
La entalpía total del aire húmedo es igual a la suma de la entalpía del aire seco, más la entalpía del vapor de agua contenido en la mezcla.
ht = hs + hL
donde: ht = entalpía total del aire (Btu/lba) hs = entalpía del aire seco (Btu/lba)
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía del aire:
El cambio de entalpía de una libra de aire seco al variar la temperatura de t1 a t2 tiene un valor de:
hs = Cp (t2 – t1)
A la entalpía del aire seco se le llama también calor
sensible del aire y se suele representar por la letra qs;
para M lb/h de aire se tiene:
qs = M Cp (t2 – t1) qs = M hs
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía del aire:
La entalpía del vapor de agua contenido en la mezcla multiplicada por la cantidad de vapor da el calor total del vapor de agua o calor latente
hL = Wv hv
donde: Wv = libras de vapor contenidas en una libra de aire seco hv = entalpía del vapor de agua en Btu/lbv, tomado de las tablas de propiedades de la mezcla aire-vapor de agua (columna 11).
O bien, hL = Wd φ hv
El calor latente total de M libras por hora de aire será de: qL = M hL = M Wd φ hv
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía del aire:
La entalpía total entonces tendrá el valor de: ht = Cp t + Wd φ hv
El calor total de M lb/h de aire será de: Qt = qs + qL
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
Entalpía del aire:
Ejemplo: Encuentre el calor removido de un flujo
másico de aire M = 1,150 lb/h, si las condiciones de succión y descarga son las siguientes:
Succión Descarga
Temperatura 74 °F 60 °F
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
CARTAS PSICROMÉTRICAS
La carta psicrométrica (ver anexo 2) es útil para simplificar los cálculos, estas representan las propiedades del aire y vapor de agua a una determinada presión barométrica (o total).
La carta muestra básicamente la relación entre las cinco siguientes propiedades del aire.
1) Temperatura de bulbo húmedo. 2) Temperatura de rocío.
3) Temperatura de bulbo seco. 4) Humedad relativa.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE
CARTAS PSICROMÉTRICAS
Ejemplo: Se tiene cierta cantidad de aire, cuya
temperatura de bulbo seco es de 70°F y humedad relativa de 65%. De la carta psicrométrica obtenemos los siguientes datos:
· La temperatura de rocío · El volumen específico
· El calor total por libra de aire
REFRIGERANTES
DEFINICIÓN:
Un refrigerante es un producto químico líquido o
gaseoso, fácilmente licuable, que es utilizado
como medio transmisor de calor entre otros dos en
una máquina térmica. Los principales usos son los
refrigeradores y los acondicionadores de aire.
REFRIGERANTES
EFECTO REFRIGERACIÓN:
El efecto refrigeración de un refrigerante se mide por la cantidad de calor que es capaz de absorber desde que entra al evaporador como líquido, hasta que sale como vapor. Por lo tanto, los líquidos que poseen un alto calor latente de evaporación, poseen un buen efecto de refrigeración.
Se puede decir, por lo anterior, que el efecto de refrigeración es la diferencia entre el calor que contiene el líquido y el calor contenido en el vapor después de pasar por el evaporador.
Equipo: Unidad de paquete Marca: York Capacidad (Btu/h): 120, 000
Propietario: MVS Radio Fecha: 2 de febrero de 2000
Condiciones de operación: FREON R22 HIDROCARBONADO Temperatura ambiente °C T amb = 28.00 T amb = 28.00
Temperatura interior °C T int = 12.00 T int = 12.00
Presión de descarga kg/cm2 P a = 15.10 P a = 12.29
Presión de succión kg/cm2 Pb = 4.21 Pb = 4.42
Tensión V V = 228.00 V = 227.60 Corriente A I = 48.16 I = 44.83 Potencia elé ctrica W W = 13,833.33 W = 12,083.00
Ciclo de Refrigeración 1 -‐ 2: Compresión 2 -‐ 3: Condensación 3 -‐ 4: Expansión 4 -‐ 1: Evaporación Entalpía de líquido saturado (4) kcal/kg hf = 111.61 hf = 72.98
Entalpía de vapor saturado (1) kcal/kg hg = 148.81 h g = 137.35
Entalpía de vapor
sobrecalentado (2) kcal/kg h2 = 155.5 h2 = 147.66
Efecto de refrigeración kcal/kg Dh = h g -‐ hf = 37.20 Dh = h g -‐ hf = 64.37
Trabajo teórico de compresión kcal/kg w = h2 – hg = 6.69 w = h2 – h g = 10.31
Densidad de la succión (1) kg/m3 d = 21.85 d = 12.20
Cálculos Desplazamiento volumetrico m3/hr V = 36.50 V = 36.50 Gasto masico kg/hr Q = V * d = 797.37 Q = V * d = 445.18 Capacidad d e refrigeración Btu/hr Cr = Q * Dh = 117,691.82 Cr = Q * Dh = 113,712.44 Rendimiento Btu/W -‐ hr EER = Cr/W = 8.51 EER = Cr/W = 9.41
Coeficiente de comportamiento CC= Dh/ w = 5.56 CC= Dh/ w = 6.24
Ahorros en: Energía kWh 9.60% Dem anda kW 12.65% DIAGRAMA P - h Refrigerante R22 Entalpía Pre si ón 1 2 3 4 DIAGRAMA P - h Refrigerante HC22 Entalpía Pre si ón 1 2 3 4
RESULTADO DE LAS EVALUACIONES
Equipo Condiciones de Operación Ahorros (%)
Mrca Capac. (Ton)
Refrig.
tipo P. máx
(kg/cm2) Pot. (W) Carga (Ton) Btu/Wh EER Energía Demanda Factura R-22 15.10 13,833 9.81 5.56 York 10 HC-22 12.29 12,083 9.48 6.24 9.60 12.65 10.62 R-22 16.20 3,280 2.39 3.87 Freyven 3 HC-22 13.00 2,540 2.47 5.03 25.08 22.56 24.24 R-22 24.84 760 0.51 3.03 Tecumseh 0.92 HC-22 17.37 505 0.39 3.15 12.66 33.55 19.63 R-22 16.20 3,280 2.59 9.49 Carrier 3 HC-22 13.00 2,540 2.79 13.17 28.00 22.60 26.20 R-22 14.00 1,320 0.57 5.16 Freyven 1.2 HC-22 11.20 990 0.49 6.02 14.30 25.00 17.90 R-22 11.70 1,500 0.50 4.00 York 0.85 HC-22 9.80 1,100 0.43 4.73 15.40 26.70 19.20 R-22 15.60 1,860 1.12 7.24 Fast-Brisa 1.5 HC-22 13.00 1,300 0.93 8.63 16.10 30.10 20.20 R-22 17.00 3,569 2.32 7.81 Trane 3.0 HC-22 15.20 2,600 1.87 8.62 9.40 27.20 15.30
REFRIGERANTES
CICLOS DE REFRIGERACIÓN
• Refrigeración por compresión
• Refrigeración por absorción
CICLOS DE REFRIGERACIÓN
Refrigeración por Compresión
Compresor
Condensador Evalorador
Válvula de expansión
!
Compresión Condensación
Expansión
Vapor Condensado Solución concentrada de Bromuro de Litio Vapor de agua a alta presión Refrigerante (agua) Solución diluida de Bromuro de Litio Líquido enfriado Agua de Condensación Agua de Condensación Vapor de agua a baja presión Refrigeración por Absorción
ASPECTOS DE DISEÑO
CONDICIONAES DE COMODIDAD
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMODIDAD
a) Temperatura del aire
b) Humedad del aire
c) Movimiento del aire
d) Pureza del aire
CARTA DE COMODIDAD
Factores que determinan la temperatura efectiva:
è Aclimatación diferente è Duración de la ocupación è Ropa è Edad y Sexo è Efectos de choque è Actividad è Calor radiado
è Máximas condiciones tolerables
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
Sensación de Comodidad
Para establecer “estándares” de temperatura, humedad, movimiento y pureza del aire, es indispensable encontrar los valores óptimos para que el cuerpo humano tenga la sensación de comodidad.
EL PROBLEMA: Las diferencias fisiológicas y psicológicas de los
individuos.
LA SOLUCIÓN: La carta de “temperatura efectiva”. Ésta intenta
encontrar una relación entre temperatura, humedad y velocidad del aire, a fin de que produzcan la mayor comodidad posible en el mayor número de personas.
CARTA DE COMODIDAD
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
ESTIMACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA.
Generalmente, es imposible medir la carga real máxima o parcial en un local, por lo que es preciso hacer una estimación de dicha carga. En un espacio a refrigerar o a acondicionar, la cantidad de calor que debe removerse con el equipo de refrigeración, se llama carga de refrigeración o carga térmica. La ganancia o pérdida de calor es la cantidad instantánea de calor que entra o sale del espacio a acondicionar.
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
CARACTERÍSTICAS DEL LOCAL A CONSIDERAR
1. Orientación del edificio.- Situación del local a acondicionar con respecto a:
2. Destino del local: oficina, hospital, local de ventanas, fábrica, taller de montaje, etc. 3. Dimensiones del local: largo, ancho y alto.
4. Altura de techo: de suelo a suelo, de suelo a techo, espacio entre el cielo raso y las vigas. 5. Materiales de construcción: Materiales y espesor de paredes, techos, suelos y tabique.
6. Condiciones de circunambiente: Color exterior de las paredes, sombra proyectada por edificios adyacentes y luz solar.
7. Ventanas: dimensiones y situación, marcos, tipo de cristal y persiana, dimensiones de los salientes, etc.
8. Puertas: situación, tipo, dimensiones y frecuencia de empleo.
9. Escaleras, ascensores y escaleras mecánicas: situación, temperatura del espacio adyacente, potencia de los motores.
10. Ocupantes: número, tiempo de ocupación, naturaleza de su actividad, alguna concentración especial.
11. Alumbrado: potencia en la hora punta. Tipo: incandescente, fluorescente, directo o indirecto. 12. Motores: situación, potencia nominal y empleo.
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
PRINCIPALES GANACIAS DE CALOR QUE ORIGINAN LA CARGA TÉRMICA
1. Ganancia de calor debida a la transmisión de calor a través de las barreras 2. Ganancia de calor debida al efecto solar (radiación):
3. Ganancia de calor debida al aire de infiltración. 4. Ganancia de calor debido a los ocupantes.
5. Ganancia de calor debida a máquinas, alumbrado o cualquier otro equipo que genere calor.
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Ganancia de calor debida a la transmisión a través de barreras.
Q1 = UA (ti – te)
donde: Q1 = Pérdida de calor en Btu / h A = Area neta en pies2
U = Coeficiente de transmisión de calor en Btu / h-pie2-ºF ti = temperatura de diseño interior en ºF
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Coeficiente combinado de transmisión de calor U.
U = 1 / R
R = 1/fe + x1/k1 + ... + 1/fi
donde: fe = coeficiente de la película exterior en Btu / h-pie2- ºF fi = coeficiente de la película interior en Btu / h-pie2-ºF x1 = espesor del material en plg.
k1 = Factor de conductividad térmica Btu-plg / h-pie2-ºF
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Coeficiente combinado de transmisión de calor U.
Para cálculos de ingeniería en aire acondicionado se pueden suponer los siguientes valores de los coeficientes de película:
Para interiores fi = 1.65 Btu / h-pie2-ºF Para exteriores fe = 6.0 Btu / h-pie2-ºF
CARTA DE COMODIDAD
ASPECTOS DE DISEÑO
GANACIAS DE CALOR POR ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Carga de Refrigeración por Radiación Solar
Tiempo (horas kc al /h o ra
Ganancia Instantánea de Calor Carga real de refrigeración
AHORRO DE ENERGÍA EN
AIRE ACONDICIONADO
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
AHORRO DE ENEGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
1. Rendimiento de los equipos
2. Estrategias de operación
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
El rendimiento se determina como la cantidad
de calor removido por unidad de energía
suministrada
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
Selección de los equipos con base a rendimiento
Rendimiento = Q/Pe
• Equipo convencionsal: 9 a 10 Btu/W-h • Equipo de alta eficiencia: 12 a 14 Btu/W-h • Equipos inverter: 16 a 18 Btu/W-h
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
Determinación del rendimiento de los equipos
• Lado aire • Lado agua
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
Determinación del rendimiento de los equipos
• Lado aire:
Q = Maire x (he – hs)aire Rendimiento = Q/Pe
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
Determinación del rendimiento de los equipos
• Lado agua:
Q = Magua x CPagua x (Te – Ts)agua Rendimiento = Q/Pe
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
EJEMPLO: Un Hotel cuenta con un equipo de agua
helada para el acondicionamiento del aire. El compresor
es centrífugo de 250 toneladas de refrigeración
nominales, y tiene más de 20 años en servicio.
Determinar el período de recuperación de la inversión,
si éste se sustituye por un equipo nuevo con compresor
de tornillo y rendimiento de de 17.6 Btu/W-h. Cuyo
costo es de $ 1,250,000.00
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
EJEMPLO:
Para calcular el rendimiento del equipo actual, se llevaron a cabo mediciones sobre el circuito de agua helada:
Potencia eléctrica demandada: P = 121.51 kW
Flujo de la bomba: Q = 408 GPM
Carga de la bomba: H = 3.10 kg/cm2 Temperatura del agua de salida: Ts = 7.1 °C
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Rendimiento de los equipos
Determinación del rendimiento de los equipos
• Lado refrigerante:
Q = Mrefrigerante x (he – hs)refrigerante Rendimiento = Q/Pe
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
• Administración de la Demanda
• Uso de Variadores de Frecuencia
• Métodos de Enfriamiento
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA
Los equipos de aire acondicionado, por sus características de requerimientos variables de carga, y con frecuencia de operación intermitente de los compresores, hacen que éstos sean objeto de un buen programa de Administración de la Demanda.
En esencia se trata de achatar los picos de demanda provocados por la operación simultánea de varias cargas (en este caso compresores de los equipos de aire acondicionado)
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
Variación de la demanda por más de 50 kW Máximo registrado por 280
kW.
Carga nocturna, entre 70 y 90 kW
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
Perfil de Carga: La carga no es continua por las siguientes razones:
• En la noche después del último vuelo baja la actividad en el aeropuerto, con lo que disminuye la carga a un mínimo de entre 70 y 90 Kw.
• Al ocultarse el sol la carga por iluminación se incrementa considerablemente y es cuando se suelen presentar los valores más altos; hasta 280 kW.
• En el Aeropuerto se tienen muchos equipos de aire acondicionado, cada uno de los cuales trabajando con un control de temperatura independiente, por lo que los compresores entran y salen de acuerdo a su propio control. Lo anterior ocasiona variaciones de carga hasta por más de 50 kW
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
Propuesta:
La propuesta de ahorro consiste en la implantación de un sistema de control automático de la demanda, que monitoree el valor de la demanda del equipo de medición de CFE, que reciba la señal de los termostatos para el control de la temperatura en el edificio terminal, y que como función de estos parámetros permita o inhiba la operación de cada uno de los compresores de los equipos paquete.
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
CONTROLADOR T E R M O S T A T O S C O M P R E S O R E S
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
CONCEPTO AHORROS
kW kWh/año $/año
Disminución de la contribución de la
demanda máxima 50 99,852.00
Disminución del Consumo de Energía 87,600 122,640.00 TOTAL: 50 87,600 222,492.00
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
ADMINISTRACIÓN DE LA DEMANDA.- Ejemplo
Inversión: $ 219,738.00
Ahorros:
$ 222,492 / año
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
Los variadores de frecuencia en los sistemas de aire acondicionado tienen varias aplicaciones:
• En compresores centrífugos
• En ventiladores de manejadoras de caja de volumen variable
• En bombas de agua helada de sistemas tipo chiller. • Ventiladores en torres de enfriamiento.
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
Línea de operación a presión constante % de velocidad 100% 80% 60% 40% Gasto (%) Presión de descarga 20 40 60 80 100 A B
Curvas Características de Operación de Compresores Centrífugos
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
La potencia eléctrica demandada por el motor del
compresor, se comporta de acuerdo a las leyes de
afinidad, por lo que la reducción de la velocidad
del 100% al 80%, significará una reducción de la
potencia demandada de:
HP
80%/ HP
100%= (N
80%)/ N
100%)
3= 51.2 %
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
manejadora Zona A Zona B Zona C Zona D 10,000 cfm 10,000 cfm 10,000 cfm 10,000 cfm 40,000 cfm
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD
CHILLER REFRIGERANTE
BOMBA
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
Ejemplo de Aplicación al Caso de un Hotel.
Características del Sistema: El sistema de bombeo de agua
helada cuenta con dos bombas de 20 HP (una en operación y otra en reserva) con motor marca US, 60 Hz, 3525 RPM, 230/460 V, durante 8760 horas al año.
Costo de la Energía
• Cargo por demanda = 172.44 $/kW • Cargo por consumo = 1.4562 $/kWh
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
Propuesta de ahorro:
Se propone instalar un sistema de velocidad variable en el motor de la bomba, que controle la presión en la descarga, de tal manera que cuando esté parado un fan & coil, deje de pasar el agua helada hacia la habitación correspondiente o la cafetería. Esto presurizará la línea y el controlador hará que baje la velocidad del motor y con ello la potencia demanda.
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
Estrategias de operación eficiente
Situación Hrs/año P. Eléctrica
kW
Al 100% 876 15.0
Al 75% 3,504 6.76
Al 50% 4,380 2.44
AHORRO DE ENERGÍA EN AIRE ACONDICIONADO
