ELIMINADORES DE CALOR SENSIBLE (ECS) DEL AIRE SIN COMPRESIÓN MECÁNICA. TRES SOLUCIONES DISTINTAS.

(1)

ELIMINADORES

DE

CALOR

SENSIBLE

(ECS)

DEL

AIRE

SIN

COMPRESIÓN

MECÁNICA.

TRES

SOLUCIONES

DISTINTAS.

NOVIEMBRE DE 2013

(2)

ÍNDICE

1. Objeto ... 1

2. Datos de partida ... 2

3. Descripción de los equipos ... 4

3.1 Equipo de Enfriamiento Indirecto/Directo sin Aerosoles ... 4

3.1.1 Cálculos ... 5

3.1.2 Comparación ... 6

3.2 Equipo de Enfriamiento Indirecto/Directo con Torre Convencional ... 7

3.2.1 Cálculos ... 8

3.3 Equipo de Enfriamiento Indirecto/Directo con Torre Potenciada por Torre Auxiliar ... 11

3.3.1 Cálculos ... 13

4. Resumen y conclusiones ... 15

5. Referencias ... 17

(3)

1. OBJETO

Los sistemas que se describen a continuación explican cómo se puede ventilar y refrigerar un espacio comparándolos con los sistemas convencionales de compresión mecánica, consiguiendo ahorros notables en el consumo de energía y en las emisiones de CO2 y, además, siendo también

más barata la implantación.

Están basados en el enfriamiento evaporativo del agua y del aire cuando se pone en contacto un flujo de agua con una corriente de aire.

Es el objeto de este estudio la descripción de tres equipos para enfriamiento de aire exterior a temperatura inferior a la de su bulbo húmedo, sin compresión mecánica y mostrar los cálculos que demuestren su viabilidad.

Los tres equipos de enfriamiento de aire propuestos son: 1. Equipo de enfriamiento Indirecto/Directo sin Aerosoles.

2. Equipo de enfriamiento Indirecto/Directo con Torre convencional.

3. Equipo de enfriamiento Indirecto/Directo con Torre potenciada por Torre auxiliar.

La capacidad de enfriamiento en estos sistemas está directamente vinculada al termómetro húmedo del lugar de la instalación, estando muy favorecidos en zonas secas (meseta castellana) y perjudicado en zonas húmedas (lugares de costa). Este estudio comparativo se va a realizar en Madrid y en las condiciones de temperaturas exteriores de proyecto editadas por AENOR al 0,4 percentil.

(4)

2. DATOS DE PARTIDA

Consideraciones de cálculo, comunes para los tres equipos:

- Datos climatológicos de Madrid tomados para Madrid en 20 años (Datos de ATECYR). (Ver tabla 1).

Tabla1: Datos climatológicos trihorarios de Madrid, según estudio realizado por ATECYR referido al periodo 1975‐1994.

- Temperatura seca exterior máxima para Madrid (Barajas)0.4 p.: Tª seca 32,4ºC‐ Tª húmeda 19,1ºC(IDAE).

- Temperatura húmeda exterior máxima para Madrid (Barajas)0.4 p.: Tª seca 32,8ºC‐Tª húmeda 20,8ºC(IDAE).

- Temperatura seca y húmeda media considerada para Madrid, según resúmenes trihorarios de ATECYR.

Tabla2: Temperaturas secas y húmedas en los periodos seleccionados de 3 horas y extraídos de la Tabla 1. M/H.S. 0 3 6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18 21 Enero 2,9 1,8 1 2,2 7,4 10,1 7,4 4,8 2,0 1,0 0,3 1,3 5,0 6,7 5,2 3,5 Febrero 4,8 3,3 2,5 4,2 9,3 11,8 10 7 3,6 2,4 1,7 3,0 6,5 7,8 6,9 5,1 Marzo 7,4 5,3 3,9 7,7 13,2 15,5 13,9 10,2 5,4 3,9 2,9 5,5 8,8 9,9 9,0 7,0 Abril 9 7 5,8 10,8 15,1 16,7 15,4 11,8 6,9 5,5 4,6 8,0 10,2 10,9 10,2 8,4 Mayo 12,5 10,3 9,4 15,5 19,4 21,1 19,7 15,7 9,9 8,6 8,0 11,5 13,1 13,8 13,1 11,5 Junio 17,5 14,8 14,2 20,7 25,2 27,2 25,9 21,2 13,4 12,1 11,7 15,1 16,8 17,3 16,9 15,1 Julio 21,5 18,3 16,9 24,2 29,5 32,2 31,1 25,7 15,5 14,0 13,3 17,1 19,1 19,7 19,2 17,3 Agosto 21,2 18,3 16,4 23,3 28,9 31,7 30,3 25,0 15,4 14,1 13,0 16,9 19,1 19,6 18,9 16,9 Septiembre 17,5 15 13,4 18,9 24,8 27,3 25,3 20,6 13,5 12,2 11,1 14,4 17,2 17,7 16,8 14,9 Octubre 11,8 10,2 9,1 12,5 17,7 19,5 17 13,9 9,9 8,8 7,9 10,2 13,0 13,7 12,6 11,1 Noviembre 6,8 5,6 4,8 7 12,1 14,2 11,1 8,5 5,7 4,7 4,0 5,6 9,1 10,3 8,6 7,0 Diciembre 4,4 3,4 2,9 4 8,4 10,5 7,9 6 3,6 2,7 2,2 3,1 6,3 7,6 6,1 4,8 Temperatura Húmeda (ºC) Temperatura Seca (ºC)

(5)

De la Tabla 2 se calculan las temperaturas medias, Tª seca 26,5ºC‐Tª húmeda 17,5ºC (según área sombreada en el cuadro de periodos de temperatura, donde es necesaria la refrigeración, temperatura exterior superior a 21ºC).

- Horas de funcionamiento anual: 1.620.

- El coeficiente temodinámico, Ce, producto calor específico del aire por peso específico es de

0,3 kcal/m3 _ºC.

- Precio del kWhe (eléctrico) es de 0,157 €.

- Precio de. m3 de agua es de 1,5€.

- COP de los equipos convencionales según las condiciones exteriores:

COP condiciones estacionales

Sistema convencional de compresión mecánica condensado por agua 9,5 Sistema convencional de compresión mecánica condensado por aire 3,5 COP condiciones de

diseño

Sistema convencional de compresión mecánica condensado por agua 5 Sistema convencional de compresión mecánica condensado por aire 2,5

- Caudal de aire considerado (Q): 25.000 m3/h.

- Factor de conversión de emisiones de CO2: 0,370 kg CO2/kWhe. Periodo Mes 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 Enero 2,4 1,4 1,6 4,8 8,8 8,8 6,1 3,9 1,5 0,7 0,8 3,2 5,9 6,0 4,4 2,8 Febrero 4,1 2,9 3,4 6,8 10,6 10,9 8,5 5,9 3,0 2,1 2,4 4,8 7,2 7,4 6,0 4,4 Marzo 6,4 4,6 5,8 10,5 14,4 14,7 12,1 8,8 4,7 3,4 4,2 7,2 9,4 9,5 8,0 6,2 Abril 8,0 6,4 8,3 13,0 15,9 16,1 13,6 10,4 6,2 5,1 6,3 9,1 10,6 10,6 9,3 7,7 Mayo 11,4 9,9 12,5 17,5 20,3 20,4 17,7 14,1 9,3 8,3 9,8 12,3 13,5 13,5 12,3 10,7 Junio 16,2 14,5 17,5 23,0 26,2 26,6 23,6 19,4 12,8 11,9 13,4 16,0 17,1 17,1 16,0 14,3 Julio 19,9 17,6 20,6 26,9 30,9 31,7 28,4 23,6 14,8 13,7 15,2 18,1 19,4 19,5 18,3 16,4 Agosto 19,8 17,4 19,9 26,1 30,3 31,0 27,7 23,1 14,8 13,6 15,0 18,0 19,4 19,3 17,9 16,2 Septiembre 16,3 14,2 16,2 21,9 26,1 26,3 23,0 19,1 12,9 11,7 12,8 15,8 17,5 17,3 15,9 14,2 Octubre 11,0 9,7 10,8 15,1 18,6 18,3 15,5 12,9 9,4 8,4 9,1 11,6 13,4 13,2 11,9 10,5 Noviembre 6,2 5,2 5,9 9,6 13,2 12,7 9,8 7,7 5,2 4,4 4,8 7,4 9,7 9,5 7,8 6,4 Diciembre 3,9 3,2 3,5 6,2 9,5 9,2 7,0 5,2 3,2 2,5 2,7 4,7 7,0 6,9 5,5 4,2

(6)

3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

3.1 EQUIPO DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO/DIRECTO SIN AEROSOLES

El equipo se ha diseñado en dos módulos, uno de enfriamiento de agua y otro para tratamiento del aire con el agua enfriada en el primer módulo.

El croquis siguiente muestra un conjunto típico de enfriamiento de aire Indirecto/Directo con Prototipo:

LEYENDA

FUNCIONAMIENTO.

Como pueden observarse en el croquis, el agua refrigerada en el panel evaporativo del módulo de enfriamiento de agua, es aspirada de la bandeja de recogida por un grupo motobomba y enviada a la batería 8 (ver leyenda croquis del prototipo), eliminador de calor sensible del aire exterior. El agua de salida de esta batería alimenta la batería 7 (ver leyenda croquis del prototipo) para pre‐ enfriamiento del aire exterior, con el fin de disminuir su termómetro húmedo y posibilitar el enfriamiento de agua a la temperatura deseada.

En el panel evaporativo se pretende producir un enfriamiento en cascada del agua de proceso desde 26,5º C a 21º C.

Una vez enfriada el aire en la batería sensible, realizamos otro adiabático en el panel evaporativo del módulo de tratamiento de aire, con el fin de conseguir aire entre 17,5ºC y 21ºC de temperatura de salida del aire tratado, en función de las condiciones del aire exterior (ver cálculos). Este aire enfriado es que se impulsa al espacio a acondicionar.

(7)

El equipo se completa con ventiladores para forzar la circulación de aire, filtro para protección de baterías y paneles y compuertas para ajuste de caudales de aire, estando el conjunto contenido en un envolvente de chapa galvanizada aislada con paneles tipo sandwich.

Al no producirse en la transformación aerosoles, la contaminación del aire por legionela se evita.

3.1.1 CÁLCULOS

Los datos que se reflejan a continuación son extrapolaciones de un equipo en el que se han simulado las condiciones de entrada de aire.

Tabla3. Cálculo de potencias. Módulo de enfriamiento de aire.

Nota:

(1) PotenciaParcialdeTorredeRefrigeraciónyEnfriamientoEvaporativoIndirecto=PPI

. ∙ ∙ ₈₆₀

TSAE: Temperatura seca de entrada TSAS: Temperatura seca de salida

(2) Temperaturas de los psicrométricos con las transformaciones del aire tratado adjuntos. Las temperaturasdesalidadelairesonlasdelaeficaciarealdelospaneles,queestánenprocesode mejora.VerAnexoCálculos.

(3) PotenciaParcialEnfriamientoEvaporativoDirecto=PPD





860 SASD SAED e PD T T C Q P    

TSAED: Temperatura seca de entrada en el enfriamiento evaporativo directo. TSASD: Temperatura seca de salida en el enfriamiento evaporativo directo.

36,4 19,1 26,0 26,0 18,7 15,6 62

32,8 20,8 25,6 25,6 20,6 18,5 43

26,5 17,5 21,1 21,1 17,3 15,9 32

Tª Seca ent. Tª sal. Tª Hum.

Sal.

80

Torre de refrigeración y enfriamiento

evaporativo indirecto Enfriamiento evaporativo directo Climatizador Potencia parcial (kW) (1) 63 91 Potencia parcial (kW) (3) 47 Tª Hum. ent. Aire (ºC) (2) 33 64 Tª Seca ent. Tª Seca sal. 44 Potencia total (kW) (4) 154 106 C.O.P. (5) Aire (ºC)

(8)

(4) Potencia TotalP_T P_PI P_PD (5) Cosumo Total Potencia COP ∆ . . á

PVentilador = Potencia ventilador superior = 2,2 kW.

Δ Potencia por caída de presión en el enfriador adiabático = 0,3 kW.

3.1.2 COMPARACIÓN

A continuación se presenta una tabla comparativa del sistema propuesto con los sistemas convencionales de compresión mecánica.

Se hace la comparación con las condiciones estacionales, por ser las medias, y además más desfavorable que las condiciones de diseño, esto es:

Tabla.4. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo Sin Aerosoles VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Aire

Tabla.5. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo Sin Aerosoles VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Agua

62 3 60 Potencia Instalada (kW) 4.761 Coste anual (€) ‐289 0,0 289 5.830 129.977 CO2Kg. anuales 37.136 Energía eléctrica anual (kWh) Convencional (Compresión

Mec. Condensada por Aire)

1.069 1.499 13.740 Ahorro Sistemas Propuesto (Enfriamieto

Indirec/Direc Sin Aerosoles)

33.086 12.242 129.977 4.050 Consumo anual de agua (m3) Energía térmica anual (kWh) 0,0 89% 89% 82% 96% Ahorro (%) 5.062

Sistemas Energía térmica anual (kWh)

Convencional (Compresión

Mec. Condensada por Agua) 129.977 361 13.682

3.564 1.621

2.690 31

Propuesto (Enfriamieto

Indirec/Direc Sin Aerosoles) 129.977

29 Ahorro 0,0 72 9.632 70% 70% 60% 92% Ahorro (%) 289 4.050 1.499 1.069 3 Consumo anual de agua (m3) Energía eléctrica anual (kWh)

CO2Kg. anuales Coste anual (€)

Potencia

(9)

3.2 EQUIPO DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO/DIRECTO CON TORRE CONVENCIONAL

El equipo se basa en el enfriamiento que sufre una corriente de agua cuando es pulverizada contra una corriente de aire (torre) y en el enfriamiento producido en el flujo de aire cuando atraviesa una superficie mojada (enfriador adiabático).

El croquis siguiente muestra un conjunto típico de enfriamiento de aire Indirecto/Directo con Torre Convencional:

LEYENDA

El esquema de funcionamiento es el siguiente:

FUNCIONAMIENTO.

(10)

1. La torre de enfriamiento de agua [2], en circuito semi‐abierto, enfría el agua hasta 2ºC por encima del termómetro húmedo local.

2. Esta agua es bombeada a una batería de enfriamiento indirecto (intercambiador aire‐agua [6]), en el climatizador, enfriando el aire exterior necesario para la ventilación del espacio. Este enfriamiento, realizado solo extrayendo calor sensible del aire de ventilación sin alterar en más o menos el contenido de vapor de agua en el mismo, prepara el aire para un posterior enfriamiento adiabático antes de ser enviado al ambiente a acondicionar.

3. En este segundo enfriamiento (enfriamiento directo [7]) en el enfriador adiabático, se añade vapor de agua al aire, pero no lo suficiente para alterar las condiciones de confort, como pueden comprobar en el psicrométrico adjunto (ver Anexo. Psicrométricos), en el que hemos reflejado la condición de temperatura/humedad más desfavorable.

3.2.1 CÁLCULOS

Con los datos de partida se calculan las potencias de la torre (un un programa de cálculo de torres de refrigeración), que ha de ser suficiente en cualquiera de las tres hipótesis (temperatura seca máxima, temperatura húmeda máxima y temperatura media), así como la batería de enfriamiento evaporativo indirecto.

Tabla6. Cálculo de potencias. Climatizador.

Nota:

(1) Temperaturadeagua  2ºCporencimadelatemperaturahúmedadeentradadeaire.

∙ ∙ 860

TSAE: Temperatura seca de entrada

36,4 19,1 22,0 27,0 21,3 22,0 15,0 14,1 51 32,8 20,8 23,4 26,8 22,8 23,4 19,0 17,8 46 26,5 17,5 20,0 22,5 19,5 20,0 16,0 15,2 46 Potencia parcial (kW) (2) 82 126

Tª Seca ent. Tª sal. Tª ent.

(1) Torre de refrigeración y enfriamiento evaporativo indirecto 92 Potencia parcial (kW) (4) 56 Tª Hum. ent. Aire (ºC) (3) Climatizador Tª Hum. Sal. C.O.P. (6) Aire (ºC) 35 61 Agua (ºC) Tª sal. Tª Seca ent. Enfriamiento evaporativo directo Tª Seca sal. 38 Potencia total (kW) (5) 187 120

(11)

TSAS: Temperatura seca de salida

(3) Temperaturasdelospsicrométricosconlastransformacionesdelairetratadoadjuntos.VerAnexo Cálculos.

∙ ∙ 860

TSAED: Temperatura seca de entrada en el enfriamiento evaporativo directo. TSASD: Temperatura seca de salida en el enfriamiento evaporativo directo. (5) Potencia Total PT PPI PPD (6) Cosumo Total Potencia COP ∙ . ∆ . . á

PTorre = Potencia torre = 3 kW.

Δ Potencia por caída de presión en el enfriador adiabático = 0,6 kW.

Se hace la comparación con las condiciones estacionales, por ser las medias, y además más desfavorable que las condiciones de diseño.

Tabla.7. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo Con Torre Convencional VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Aire

Mec. Condensada por Aire) 75

4 71 Potencia Instalada (kW) 1.002 1.195 15.682 5.652 Coste anual (€) ‐330 0,0 330 6.654 148.343 CO2Kg. anuales 42.384 Energía eléctrica anual (kWh) Ahorro Sistemas Propuesto (Enfriamieto

Indirec/Direc Con Torre)

39.153 14.487 148.343 3.230 Consumo anual de agua (m3) Energía térmica anual (kWh) 0,0 Ahorro (%) 92% 92% 85% 95%

(12)

Tabla.8. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo con Torre Convencional VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Agua

Consumo anual

de agua (m3)

Energía

eléctrica anual

(kWh)

Potencia

Instalada (kW)

Mec. Condensada por Agua) 148.343 412 15.615 5.778

4.582 2.068

3.070 37

Indirec/Direc Con Torre) 148.343

33

Ahorro 0,0 82 12.385

Ahorro (%) 79% 79% 67% 90%

(13)

3.3 EQUIPO DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO/DIRECTO CON TORRE POTENCIADA POR TORRE AUXILIAR

Al igual que el equipo anterior, el sistema está en el enfriamiento que sufre una corriente de agua cuando es pulverizada contra una corriente de aire (torre) y en el enfriamiento producido en el flujo de aire cuando atraviesa una superficie mojada (enfriador adiabático).

Al sistema del apartado anterior se le instala en serie otra torre (ver croquis siguiente), pero a ésta potenciada con una batería agua‐aire, para el pre‐enfriamiento sensible del aire, bajando su temperatura seca y húmeda, y permitiendo por tanto enfriar el agua de proceso que va al climatizador por debajo del termómetro húmedo local.

El croquis siguiente muestra un conjunto típico de enfriamiento de aire Indirecto/Directo con Torre Potenciada por Torre Auxiliar:

LEYENDA

(14)

FUNCIONAMIENTO.

Según se observa en el esquema de funcionamiento, funcionaría de la siguiente manera:

1. La torre de enfriamiento auxiliar [11], en circuito semi‐abierto, enfría el agua hasta 2ºC por encima del termómetro húmedo local.

2. Esta agua es bombeada a la batería de la torre de potenciada [2] que pre‐enfría el aire de torre, permitiendo por tanto enfriar el agua por debajo del termómetro húmedo local, en el caso de Madrid, se puede conseguir agua a 17ºC..

3. Esta agua enfriada por debajo del termómetro húmedo local es bombeada a la batería de enfriamiento indirecto (intercambiador aire‐agua [6]), en el climatizador, enfriando el aire exterior, necesario para la ventilación del espacio, medio grado centígrado por encima de la temperatura del agua de la torre. Este enfriamiento, realizado solo extrayendo calor sensible del aire de ventilación sin alterar en más o menos el contenido de vapor de agua en el mismo, prepara el aire para un posterior enfriamiento adiabático antes de ser enviado al ambiente a acondicionar.

4. En este segundo enfriamiento (enfriamiento directo [7]) en el sistema adiabático, se vuelve a disminuirla temperatura de aire aumentando un poco el contenido de vaporen el mismo, pero no lo suficiente para alterar las condiciones de confort, como pueden comprobar en el psicrométrico adjunto (ver Anexo. Psicrométricos), en el que hemos reflejado la condición de temperatura/humedad más desfavorable.

(15)

3.3.1 CÁLCULOS

Con los datos de partida se calculan las potencias de la torre (un un programa de cálculo de torres de refrigeración), que ha de ser suficiente en cualquiera de las tres hipótesis (temperatura seca máxima, temperatura húmeda máxima y temperatura media), así como la batería de enfriamiento evaporativo indirecto.

Tabla9. Cálculo de potencias. Climatizador.

Nota:

(1) Temperaturadeaguasegúncálculosconprogramacálculosdetorrederefrigeración.

∙ ∙ 860

TSAE: Temperatura seca de entrada TSAS: Temperatura seca de salida

(3) Temperaturasdelospsicrométricosconlastransformacionesdelairetratadoadjuntos.VerAnexo Cálculos.

∙ ∙ 860

TSAED: Temperatura seca de entrada en el enfriamiento evaporativo directo. TSASD: Temperatura seca de salida en el enfriamiento evaporativo directo. (5)

(6)

∙

. ∆ . . á ∆ . . .

PTorre = Potencias torre = 6 kW.

36,4 19,1 18,0 22,5 17,0 18,0 13,5 12,5 22 32,8 20,8 20,3 23,5 19,5 20,0 18,0 16,7 20 26,5 17,5 17,7 20,0 17,0 17,7 15,0 14,3 21 Tª sal. Tª Hum. ent. 77 20 Potencia total (kW) (5) 200 129 Tª Seca ent. Tª Hum. Sal. 109 160 Enfriamiento evaporativo directo C.O.P. (6) Tª Seca sal. Climatizador Aire (ºC) (3) Aire (ºC) Potencia parcial (kW) (2) 24 39 100 Potencia parcial (kW) (4) Tª Seca ent. Agua (ºC) (1) Tª ent. Tª sal. Bateria de enfriamiento indirecto PD PI T P P P Total Potencia    Cosumo Total Potencia COP

(16)

Δ Potencia por caída de presión en el enfriador adiabático = 0,5 kW. Δ Potencia torre por pérdida de presión de la batería auxiliar = 1,8 kW. Bomba Auxiliar = 0,7 kW

Se hace la comparación con las condiciones estacionales, por ser las medias, y además más desfavorable que las condiciones de diseño.

Tabla.7. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo Con Torre Potenciada por Torre Auxiliar VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Aire

Tabla.8. Comparación Sistema de Enfriamiento Indirecto/Directo con Torre Potenciada por Torre Auxiliar VS Sistema Convencional con Compresión Mecánica Condensada por Agua

14.245 5.502

Ahorro 0,0 ‐361 71

9

38.499

Indirec/Direc Con Torre Pot) 162.471 361 7.922 2.931 1.786

Mec. Condensada por Aire) 162.471 0,0

CO2Kg. anuales

80

Coste anual (€) Potencia Instalada (kW)

46.420 17.175 7.288

Sistemas Energía térmica anual (kWh) Consumo anual de agua (m3) Energía eléctrica anual (kWh) Ahorro (%) 83% 83% 75% 89% Propuesto (Enfriamieto

31

Ahorro 0,0 90 9.181 3.397 1.577

9

Mec. Condensada por Agua) 162.471

Coste anual (€) Potencia Instalada (kW) 452 17.102 6.328 3.363 40 Consumo anual de agua (m3) Energía eléctrica anual (kWh) CO2Kg. anuales Ahorro (%) 54% 54% 47% 78%

(17)

4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

Como resumen de todo lo anterior se muestra el siguiente resumen de ahorros.

Dado que el climatizador es común al sistema propuesto y a otro de compresión mecánica, siempre será inferiorlainversiónparalaimplantación del primero que la del segundo ya que siempre será más económica una torre abierta que una planta enfriadora de agua condensada por aire o por agua.

Aplicaciones del ECS:

- Enfriamiento del aire exterior en instalaciones existentes sin sistemas de recuperación de

calor o con un mal sistema de recuperación de calor.

- Acondicionamiento de espacios con pocas ganancias de calor.

- Ventilación de grandes volúmenes sin aporte extra de vapor de agua o de aporte del calor

extra del aire exterior

- Lavanderías.

- Enfriamiento de aire procedente de deshumectadores rotativos de absorción. Sistemas Propuestos Ahorros Compresión Mecánica

Condensada por Aire

Compresión Mecánica

Condensada por Agua

Consumo de Energía Eléctrica y

Emisiones de CO2

89% 70%

Económico 82% 60%

Reducción de Potencia Instalada 96% 92%

Emisiones de CO2

92% 79%

Económico 85% 67%

Emisiones de CO2 83% 54%

Económico 75% 47%

SistemadeEnfriamiento Indirecto/Directocon TorrePotenciadapor

TorreAuxiliar Sistemas convencionales SistemadeEnfriamiento Indirecto/Directosin Aerosoles SistemadeEnfriamiento Indirecto/Directocon TorreConvencional

(18)

- Aumento de la densidad del aire para la alimentación de comburente para los motores. - etc.

Visto lo anterior, menor inversión de implantación, menor potencia instalada, menor costo de energía, mantenimiento y averías más baratas y menor emisión de CO2, creemos muy

recomendable el uso de este sistema en climas similares a Madrid y según la aplicación estudiarla en otros.

(19)

5. REFERENCIASDEOBRASCONSISTEMAINDIRECTO‐DIRECTO

- Edwards Air Force Base, California, EEUU.

- Rancho Pico Junior High School, California, EEUU.

- Pirelli Tire, Georgia, EEUU.

- Harvey Hubble Carbide, EEUU.

- City of Commerce Gun Range, EEUU.

(20)

(21)

(22)

Enf. Agua 26,0 0,3 0,370 0,157 1,50 3,5 9,5 32 2,5 5,0 62 Periodo Mes 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 Enero 2,4 1,4 1,6 4,8 8,8 8,8 6,1 3,9 1,5 0,7 0,8 3,2 5,9 6,0 4,4 2,8 Febrero 4,1 2,9 3,4 6,8 10,6 10,9 8,5 5,9 3,0 2,1 2,4 4,8 7,2 7,4 6,0 4,4 Marzo 6,4 4,6 5,8 10,5 14,4 14,7 12,1 8,8 4,7 3,4 4,2 7,2 9,4 9,5 8,0 6,2 Abril 8,0 6,4 8,3 13,0 15,9 16,1 13,6 10,4 6,2 5,1 6,3 9,1 10,6 10,6 9,3 7,7 Mayo 11,4 9,9 12,5 17,5 20,3 20,4 17,7 14,1 9,3 8,3 9,8 12,3 13,5 13,5 12,3 10,7 Junio 16,2 14,5 17,5 23,0 26,2 26,6 23,6 19,4 12,8 11,9 13,4 16,0 17,1 17,1 16,0 14,3 Julio 19,9 17,6 20,6 26,9 30,9 31,7 28,4 23,6 14,8 13,7 15,2 18,1 19,4 19,5 18,3 16,4 Agosto 19,8 17,4 19,9 26,1 30,3 31,0 27,7 23,1 14,8 13,6 15,0 18,0 19,4 19,3 17,9 16,2 Septiembre 16,3 14,2 16,2 21,9 26,1 26,3 23,0 19,1 12,9 11,7 12,8 15,8 17,5 17,3 15,9 14,2 Octubre 11,0 9,7 10,8 15,1 18,6 18,3 15,5 12,9 9,4 8,4 9,1 11,6 13,4 13,2 11,9 10,5 Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo) Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo) Sistema de compresión mecánica condensado por aire Sistema de compresión mecánica condensado por agua Te mp er at u ra Se ca ºC Te mp er at u ra húm ed a ºC € x kWhe: kg CO2 x kWhe: € x m3 agua: Sistema de compresión mecánica condensado por aire Sistema de compresión mecánica condensado por agua 25.000 En el cálculo se seleccionan los periodos de tem. seca. ext.media: Consideraciones de cálculo :

Datos climatológicos trihorarios de Madrid, según estudio realizado por ATECYR referido al periodo 1975‐1994 COP Condiciones estacioneales COP Condiciones de diseño Coef termodinánico: Noviembre 6,2 5,2 5,9 9,6 13,2 12,7 9,8 7,7 5,2 4,4 4,8 7,4 9,7 9,5 7,8 6,4 Diciembre 3,9 3,2 3,5 6,2 9,5 9,2 7,0 5,2 3,2 2,5 2,7 4,7 7,0 6,9 5,5 4,2 36,4 19,1 26,0 26,0 18,7 15,6 62 32,8 20,8 25,6 25,6 20,6 18,5 43 26,5 17,5 21,1 21,1 17,3 15,9 32 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 89,1 89,1 81,7 96,0 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 70,4 70,4 60,2 91,9 5.062 Sistemas Energía térmica

anual (kWh) 62 3 60 Potencia Instalada (kW) 4.761 Coste anual (€) ‐289 0,0 289 Convencional (Compresión Mec. Condensada por Agua) 129.977 361 13.682 Tª Seca ent. 5.830 2,5 Total 129.977 CO2Kg. anuales 37.136 Energía eléctrica anual (kWh) Tª sal. Tª Hum. Sal. 80 0,3 Convencional (Compresión Mec. Condensada por Aire)

Energía eléctrica auxiliar Torre de refrigeración y enfriamiento

evaporativo indirecto Enfriamiento evaporativo directo Climatizador CÁLCULOS: 1.069 1.499 13.740 Equipos Potencia kW. Potencia parcial (kW) (1) 63 91 Potencia parcial (kW) (3) 2,2 Ventiladores Aumento potencia climatizador por la perdida de presion del enfriador adibático inferior 47 Tª Hum. ent. Aire (ºC) (2) 33 64 Tª Seca ent. Tª Seca sal. 44 Potencia total (kW) (4) 154 106 C.O.P. (5) Aire (ºC) Ahorro Sistemas Propuesto (Enfriamieto Indirec/Direc Sin Aerosoles) COMPARACION SISTEMAS: 33.086 12.242 129.977 4.050 Consumo anual de agua (m3) 2.690 31 Propuesto (Enfriamieto Energía térmica anual (kWh) 0,0 89% 89% 82% 96% Ahorro (%) Consumo anual de agua (m3) Energía eléctrica anual (kWh)

CO2Kg. anuales Coste anual (€) Potencia Instalada (kW)

(23)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 110

ENTALPIA - KJ POR KILOGRAMO SECO DE AIRE

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

HUMIDITY RATIO (or Specific Humidity) GRAMS OF MOISTURE PER KILOGRAM OF DRY AIR

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

PRESIÓN DEL VAPOR - MM DE MERCURIO

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

TEMPERATURA DEL PUNTO DE CONDENSACIÓN - °C

ESTÁNDAR AIRE 1.00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 10% RELATIVA HUMEDAD 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

TEMPERATURA MOJADO DE BULBO - °C

-5 0 5 10 15 20 25 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 Cond. Exteriores Enf. Sensible Enf. Adiabático PRESIÓN BAROMÉTRICA: 101,325 kPa

(24)

50 60 70 80 90 100 110

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

TEMPERATURA DEL PUNTO DE CONDENSACIÓN - °C 1.00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 10% RELATIVA HUMEDAD 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

(25)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 110

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

(26)

(27)

26,0 0,3 0,370 0,157 1,50 3,5 9,5 46 2,5 5,0 51 Periodo Mes 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 Enero 2,4 1,4 1,6 4,8 8,8 8,8 6,1 3,9 1,5 0,7 0,8 3,2 5,9 6,0 4,4 2,8 Febrero 4,1 2,9 3,4 6,8 10,6 10,9 8,5 5,9 3,0 2,1 2,4 4,8 7,2 7,4 6,0 4,4 Marzo 6,4 4,6 5,8 10,5 14,4 14,7 12,1 8,8 4,7 3,4 4,2 7,2 9,4 9,5 8,0 6,2 Abril 8,0 6,4 8,3 13,0 15,9 16,1 13,6 10,4 6,2 5,1 6,3 9,1 10,6 10,6 9,3 7,7 Mayo 11,4 9,9 12,5 17,5 20,3 20,4 17,7 14,1 9,3 8,3 9,8 12,3 13,5 13,5 12,3 10,7 Junio 16,2 14,5 17,5 23,0 26,2 26,6 23,6 19,4 12,8 11,9 13,4 16,0 17,1 17,1 16,0 14,3 Julio 19,9 17,6 20,6 26,9 30,9 31,7 28,4 23,6 14,8 13,7 15,2 18,1 19,4 19,5 18,3 16,4 Agosto 19,8 17,4 19,9 26,1 30,3 31,0 27,7 23,1 14,8 13,6 15,0 18,0 19,4 19,3 17,9 16,2 Septiembre 16,3 14,2 16,2 21,9 26,1 26,3 23,0 19,1 12,9 11,7 12,8 15,8 17,5 17,3 15,9 14,2 Octubre 11,0 9,7 10,8 15,1 18,6 18,3 15,5 12,9 9,4 8,4 9,1 11,6 13,4 13,2 11,9 10,5 Noviembre 6,2 5,2 5,9 9,6 13,2 12,7 9,8 7,7 5,2 4,4 4,8 7,4 9,7 9,5 7,8 6,4 Diciembre 3,9 3,2 3,5 6,2 9,5 9,2 7,0 5,2 3,2 2,5 2,7 4,7 7,0 6,9 5,5 4,2 36,4 19,1 22,0 27,0 21,3 22,0 15,0 14,1 51 32,8 20,8 23,4 26,8 22,8 23,4 19,0 17,8 46 26,5 17,5 20,0 22,5 19,5 20,0 16,0 15,2 46 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 92,4 92,4 84,9 95,1 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 79,3 79,3 67,4 90,1 Te mp er at u ra Se ca ºC 0,6 Consumo anual de agua (m3 ) Energía eléctrica anual (kWh)

Potencia Instalada (kW)

Mec. Condensada por Aire)

412 15.615 5.778

Sistemas Energía térmica anual (kWh) 75 4 71 Potencia Instalada (kW) 1.002 1.195 15.682 Equipos Potencia kW. Potencia parcial (kW) (2) 82 126 5.652 Coste anual (€) ‐330 0,0 330 Tª Seca ent. 6.654 3,6 Total 148.343 CO2Kg. anuales 42.384 Energía eléctrica anual (kWh) Tª sal. Tª ent. (1)

Torre de refrigeración y enfriamiento evaporativo indirecto

92 Potencia parcial (kW) (4) 3,0 Torres de enfriamiento

Aumento potencia climatizador por la perdida de

presion del enfriador adibático

56

Tª Hum.

ent.

Aire (ºC) (3)

Energía eléctrica auxiliar

Climatizador Tª Hum. Sal. C.O.P. (6) Aire (ºC)

Datos climatológicos trihorarios de Madrid, según estudio realizado por ATECYR referido al periodo 1975‐1994 COP Condiciones estacioneales COP Condiciones de diseño Coef termodinánico:

Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo) Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo) Sistema de compresión mecánica condensado por aire Sistema de compresión mecánica condensado por agua

35 61 Te mp er at u ra húm ed a ºC Agua (ºC) Tª sal. Tª Seca ent.

Enfriamiento evaporativo directo

Tª Seca sal. 38 Potencia total (kW) (5) 187 120 CÁLCULOS: € x kWhe: kg CO2 x kWhe: € x m3 agua:

Sistema de compresión mecánica condensado por aire Sistema de compresión mecánica condensado por agua

En el cálculo se seleccionan los periodos de tem. seca. ext.media:

Consideraciones de cálculo :

Ahorro Sistemas

Indirec/Direc Con Torre)

COMPARACION SISTEMAS: 39.153 14.487 148.343 3.230 Consumo anual de agua (m3 ) 4.582 2.068 3.070 37 Propuesto (Enfriamieto

Indirec/Direc Con Torre) 148.343

Energía térmica anual (kWh) 0,0 33 Ahorro 0,0 82 12.385 Ahorro (%) 92% 92% 85% 95% 330 3.230 1.195 1.002 4

(28)

50 60 70 80 90 100 110

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

(29)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 110

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

(30)

50 60 70 80 90 100 110

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 27,0 28,0 29,0 30,0 31,0

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

(31)

EQUIPO DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO/DIRECTO CON TORRE POTENCIADA POR TORRE AUXILIAR

(32)

21,0 0,3 0,370 0,157 1,50 3,5 9,5 21 2,5 5,0 22 Periodo Mes 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 0/3 3/6 6/9 9/12 12/15 15/18 18/21 21/0 Enero 2,4 1,4 1,6 4,8 8,8 8,8 6,1 3,9 1,5 0,7 0,8 3,2 5,9 6,0 4,4 2,8 Febrero 4,1 2,9 3,4 6,8 10,6 10,9 8,5 5,9 3,0 2,1 2,4 4,8 7,2 7,4 6,0 4,4 Marzo 6,4 4,6 5,8 10,5 14,4 14,7 12,1 8,8 4,7 3,4 4,2 7,2 9,4 9,5 8,0 6,2 Abril 8,0 6,4 8,3 13,0 15,9 16,1 13,6 10,4 6,2 5,1 6,3 9,1 10,6 10,6 9,3 7,7 Mayo 11,4 9,9 12,5 17,5 20,3 20,4 17,7 14,1 9,3 8,3 9,8 12,3 13,5 13,5 12,3 10,7 Junio 16,2 14,5 17,5 23,0 26,2 26,6 23,6 19,4 12,8 11,9 13,4 16,0 17,1 17,1 16,0 14,3 Julio 19,9 17,6 20,6 26,9 30,9 31,7 28,4 23,6 14,8 13,7 15,2 18,1 19,4 19,5 18,3 16,4 Agosto 19,8 17,4 19,9 26,1 30,3 31,0 27,7 23,1 14,8 13,6 15,0 18,0 19,4 19,3 17,9 16,2 Septiembre 16,3 14,2 16,2 21,9 26,1 26,3 23,0 19,1 12,9 11,7 12,8 15,8 17,5 17,3 15,9 14,2 Octubre 11,0 9,7 10,8 15,1 18,6 18,3 15,5 12,9 9,4 8,4 9,1 11,6 13,4 13,2 11,9 10,5 Noviembre 6,2 5,2 5,9 9,6 13,2 12,7 9,8 7,7 5,2 4,4 4,8 7,4 9,7 9,5 7,8 6,4 Diciembre 3,9 3,2 3,5 6,2 9,5 9,2 7,0 5,2 3,2 2,5 2,7 4,7 7,0 6,9 5,5 4,2 36,4 19,1 18,0 22,5 17,0 18,0 13,5 12,5 22 32,8 20,8 20,3 23,5 19,5 20,0 18,0 16,7 20 26,5 17,5 17,7 20,0 17,0 17,7 15,0 14,3 21 36,4 19,1 27,0 21,3 23,0 14,5 22,5 17,0 32,8 20,8 26,8 22,8 23,4 17,8 23,5 19,5 26,5 17,5 23,0 19,5 20,0 15,2 20,0 17,0 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 82,9 82,9 75,5 88,8 % reduc elec % reduc CO2 % reduc coste % reduc pot inst 53,7 53,7 46,9 77,6 Propuesto (Enfriamieto

Sistemas Energía térmica

anual (kWh) 31 Ahorro 0,0 90 9.181 3.397 1.577 9 14.245 5.502 Convencional (Compresión

Coste anual (€) Potencia

Instalada (kW) Ahorro 0,0 ‐361 71 452 17.102 6.328 3.363 9 40 Consumo anual de agua (m3₎ Energía eléctrica anual (kWh) CO2Kg. anuales 38.499 Propuesto (Enfriamieto

Mec. Condensada por Aire) 162.471 0,0

CO2Kg. anuales 77

0,7

80

Coste anual (€) Potencia

Instalada (kW)

46.420 17.175 7.288

Tª sal.

Tª Hum.

ent.

Sistemas Energía térmica

anual (kWh) Consumo anual de agua (m3₎ Energía eléctrica anual (kWh)

Energía eléctrica auxiliar

Equipos Potencia kW. Torre auxiliar Potencia (kW) 154 Torre potenciada Aire (ºC) 160 77 Bomba auxiliar

Tª Seca ent. Tª _ent.Hum. Tª ent. Tª sal.

Aumento potencia climatizador por la perdida de

presion del enfriador adibático

108 74

Torres de enfriamiento

0,5

En el cálculo se seleccionan los periodos de tem. seca. ext.media:

Coef termodinánico: kg CO2 x kWhe: € x kWhe: 20 Potencia total (kW) (5) 200 129 Tª Seca ent. Tª Hum. Sal. 109 160

Enfriamiento evaporativo directo

C.O.P. (6) Tª Seca sal. Climatizador Aire (ºC) (3) Aire (ºC) Potencia parcial (kW) (2) Temperatura Húmeda (ºC) Tª Seca ent.

Sistema de compresión mecánica condensado por agua

24 39 Te mp er at u ra húm ed a ºC 100 Potencia parcial (kW) (4) Temperatura Seca (ºC) Agua (ºC) Tª Seca ent. Tª Hum. ent. Tª ent. Potencia (kW) Tª sal. 109 Aire (ºC) Agua (ºC)

Datos climatológicos trihorarios de Madrid, según estudio realizado por ATECYR referido al periodo 1975‐1994

Aumento potencia torre por la perdida de presión de

la bateria auxiliar. 1,8

Total 9,0

6,0

COMPARACION SISTEMAS

Sistema de compresión mecánica condensado por aire

Sistema de compresión mecánica condensado por agua

Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo)

Agua (ºC) (1) Tª ent. Tª sal. COP Condiciones estacioneales COP Condiciones de diseño

Sistema de propuesto (Sist. Indirecto/Directo)

Consideraciones de cálculo :

CÁLCULOS:

€ x m3 agua:

Sistema de compresión mecánica condensado por aire

Bateria de enfriamiento indirecto

Te mp er at u ra Se ca ºC Ahorro (%) 54% 54% 47% 78% Ahorro (%) 83% 83% 75% 89%

(33)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 110

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-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

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50 60 70 80 90 100 110

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