Fide - 5 -Aae Aire Acond. y Ref. Rev. g - j.corona

7/23/2019 Fide - 5 -Aae Aire Acond. y Ref. Rev. g - j.corona

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Curso Taller de Formacin de Promotores de Ahorro de Energa Elctrica. Modulo V.Ahorro de Energa Elctrica (AEE) en Sistemas de Aire Acondicionado y Refrigeracin.

Expositor: M.S. Ing. Jos M. Corona Arias. Pg. 1 de 30

FIDE

CURSO TALLER

FORMACION de PROMOTORES de AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA

TEMA V.

AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA (AEE)

en

SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

y

REFRIGERACION

Expositor: M.S. Ing. Jos Corona Arias.Gpo. de Ingeniera, Proyectos y Financiamiento, s.c.

Puebla, Pue. Mxico

Tel. (222) 225 4099

Correo electrnico: [email protected]

[email protected]


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CONTENIDO

5.0 AHORRO de ENERGIA ELECTRICA (AEE) en SISTEMAS de AIRE ACONDICIONADO y REFRIGERACION.-

5.1.0 GENERALIDADES.

Definiciones Bsicas

Acondicionamiento de Aire Calor

Flujo Trmico Tonelada de refrigeracin Psicrometra

Carga de Refrigeracin

5.2.0 COMPONENTES de SISTEMAS de AIRE ACONDICIONADO

Calidad de Aire Integracin de Sistemas

Sistemas de Aire Acondicionado en Sistemas Comerciales e Industriales.-

Condiciones de Conservacin para productos perecederos Condiciones de Operacin para Procesos Industriales

Sistema de Aire Acondicionado en Sistemas de Confort.

Condiciones de Confort para Actividades Humanas

5.3.0 TIPOS DE REFRIGERACIN.

Refrigeracin por Compresin. Diagramas de Proceso

Refrigeracin por Absorcin.

Diagrama de Proceso Bancos de Hielo.

5.4.0 REFRIGERANTES.

Funcin Propiedades

Economa


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5.5.0 INSTRUMENTACION y CONTROL.

Instrumentos de Medicin

Programadores (timers) Controladores Lgicos Programables (PLC)

5.6.0 TECNICAS DE AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA

Control de Consumo de Potencia.

Ingeniera y Diseo Seleccin de Valores de Variables de Operacin

Seleccin de Equipo y Maquinaria Cargas Trmicas en Elementos Arquitectnicos

Control de Demanda de Potencia.

Criterios Generales de Operacin. Recomendacin para Cuartos Fros

Recomendaciones de Conservacin y Mantenimiento

Instrumentacin y Control. (Dispositivos Ahorradores de Energa Elctrica)

Coeficiente de Rendimiento y/o Eficiencia. Relacin de Eficiencia Energtica (REE)

Normas NOM Ejemplos.-

5.7.0 INCENTIVOS ECONOMICOS.

5.8.0 GESTION Y AUDITORIAS AMBIENTALES.

Bibliografa.


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5.0 AHORRO de ENERGIA ELECTRICA (AEE) en SISTEMAS DE AIREACONDICIONADO y REFRIGERACION.-

5.1 GENERALIDADES.

La utilizacin de sistemas de refrigeracin y de aire acondicionado tiene cada vez mayor aplicacin, tanto a nivel industrial, como parabrindar mejores condiciones de confort en edificios y residencias. Este tipo de cargas representa una parte considerable dentro de losequipos demandantes de energa.

Los fabricantes de equipos de refrigeracin y de aire acondicionado, ofrecen a los usuarios equipos cada vez ms sofisticados yeficientes en el consumo de energa.

Las tareas de seleccin, instalacin y mantenimiento de estos equipos exigen establecer ciertas prcticas y procedimientos paraalcanzar la condiciones que permitan obtener la mejor eficiencia y operacin para la disminucin en el consumo de energa elctrica.

5.1.1 Definiciones.

Acondicionamiento de aire.

Refrigeracin.

Debe entenderse que en el proceso de refrigeracin, el calor debe ser removido transfirindolo de una sustancia a otra.

Calor

Flujo Trmico.

Tonelada de refrigeracin.

Una tonelada de refrigeracin equivale a remover calor a una variacin de 12,000 BTU por hora (BTU/ hr).

La capacidad de un sistema de refrigeracin se expresa usualmente en toneladas.

Psicrometra.-

Es la relacin del contenido de agua en el aire y las variables que se manejan:

Curva Psicromtrica Procesos Psicromtricos.

(Modificacin de temperatura, presin atmosfrica y contenido de humedad)

o Contenido de vapor de aguao Entalpia del aire seco

o Entalpia del aire hmedo

o

Carga total de Entalpia


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Carga de Refrigeracin.-

Para conocer cmo se comporta la temperatura en un local cerrado, deben analizarse las fuentes de cambio de

temperatura y humedad, entre las cuales se pueden considerar:

El calor transferido por conduccin del exterior a travs de las losas, paredes y pisos (Q1).

El calor transferido por la energa solar (Q2).

El calor infiltrado a travs de aberturas de puertas y ventanas (Q3).

El calor emitido por los equipos, lmparas y motores del lugar (Q4).

El calor emanado de las personas (Q5).

El calor de la carga a enfriar (Q6).

El calor a disipar por metabolismo de personas y/o gneros (fruta, carne, verduras, etc.) (Q7)

La ganancia total de calor es la suma algebraica, tomando en cuenta para el signo, las temperaturas dentro y fuera del

local:

Q1+ Q2+ Q3 +Q4 + Q5 + Q6 + Q7

En la medida que se controlen estas variables (Q), se estar en la capacidad de ahorrar energa.

La estimacin del ahorro de energa asociado a la introduccin de equipo, instrumentos, aditamentos y/o modificaciones asus condiciones de operacin, exige evaluacin tcnico-econmica de productividad empresarial y costo de oportunidad.


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5.2.0 SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION.-

5.2.1 Calidad de Aire.

El acondicionamiento de aire, en trminos generales, implica conservacin, cambio y control de las propiedades fsicas y qumicas de

ste a fin de obtener las propiedades del aire requeridas para procesos especficos.

La calidad de airese obtiene conservando, modificando y controlando las siguientes variables:

Temperatura

Humedad

Distribucin del Aire.

Direccin y sentido. Cantidad (Masa Kg / hr y /o V olumen - m3/hr). Velocidad del Aire (m/seg ft/seg).

Nivel de Ruido.

Pureza Olores Polvos Gases txicos Bacterias y virus

5.2.2 Integracin de Sistemas.-

Definicin de Sistema de acondicionamiento de aireo Conforto Comercialo

Industrial

Condiciones de Proceso Calidad de Aire

Cmara de Refrigeracin y/o Recinto - Construccin Civil Volumen de Aire para ser acondicionado. Filtros, Distribucin y Movimiento de Aire

o Ventilador Motor Modificacin de Temperatura y Humedad Condiciones de Refrigeracin

o Refrigerante Condensador Vlvula de Expansin y/o tubo capilar Evaporador

o

Compresor - Motor


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5.2.3 Sistemas de Aire Acondicionado para instalaciones Comerciales, Industriales y de Confort.

La estructura comercial del aire acondicionado se distribuye en los sectores domstico, comercial e industrial en las siguientes

categoras:

Cadena de produccin, almacenamiento, distribucin, venta y conservacin de alimentos fros y congelados.

Refrigeracin comercial o industrial a base de aire o fluidos.

Aire acondicionado en construcciones domsticas o comerciales (oficinas, hoteles, centros comerciales, cines, etctera).

Aire acondicionado de automviles, autobuses, camiones y maquinaria agrcola.

El acondicionamiento del aire (calidad de aire) combina factores de la temperatura, humedad, pureza y circulacin del aire a fin demantener las condiciones deseadas.

Los procesos de refrigeracin son auxiliares a sistemas de aire acondicionado en donde se requiere obtener temperaturasmenores que la atmsfera que lo rodea.

La funcin ms importante en un sistema de aire acondicionado es el abatimiento de temperatura.

Las aplicaciones ms comunes de los sistemas de Aire Acondicionado se enfocan principalmente a:

Acondicionamiento de Aire para uso Comercial y/o Industrial

Es la transformacin y conservacin de las condiciones del aire que rodea a un material y/o producto en proceso de

fabricacin y/o almacenamiento del mismo de tal manera que conserve la estabilidad fsica, qumica y biolgica delmaterial o gnero.

Acondicionamiento de Aire para Comodidad (Confort).

Es la transformacin y conservacin de las condiciones del aire que rodea al cuerpo humano a las condiciones msapropiadas para su confort y salud.

5.2.3.1 Sistemas de Aire Acondicionado Comercial e Industrial.-

El desarrollo comercial e industrial del aire acondicionado ha permitido la creacin de mejores condiciones de trabajo y/oconservacin de alimentos, gneros diversos y procesos de manufactura.

Los requisitos y/o necesidades para llevar a cabo el acondicionamiento de aire son:

Fsicas, Qumicas y Bioqumicas:

o Almacenamiento y Conservacin de Frutas

Carnes Mariscos Alimentos

Control de Reacciones Fsicas y Qumicas.

o Formacin de Cristales

o Proceso de secado


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Las principales condiciones de almacenamiento que se presentan con ms frecuencia son:

Almacenamiento por largo tiempo, en el cual el producto es congelado y conservado en esa condicin.

Almacenamiento por largo tiempo sin congelar al producto.

Almacenamiento por corto tiempo, en el cual el producto generalmente no es congelado.

En el caso particular de frutas y vegetales se recomienda considerar los siguientes factores referentes al manejo y

almacenamiento:

Desecacin o prdida de humedad.

Rompimiento fsico y biolgico de tejidos

Cambios en la respiracin, en los cuales las clulas vivas toman oxigeno y ceden bixido de carbono (estaaccin toma lugar juntamente con el proceso de fermentacin y/o putrefaccin).

Bactricos, en que se presenta el fermento y crecimiento de humus en o sobre el producto.

Carga de Refrigeracinpara gneros de frutas, vegetales, carnes y mariscos.-

La carga trmica de refrigeracin, es la cantidad de calor que se extraer del producto y/o gnero a

conservar, para conservar condiciones de temperatura y humedad en determinada rea y/o volumen deconstruccin civil.

Depender de:

Gnero de Productoo Seleccin de Tipo Especfico

Seleccin de las Condiciones de Conservacin Temperatura y Humedad

Calor especfico. Calor de congelacin del producto. Calor - Velocidad de respiracin.

Construccin Civil.o Dimensiones ( largo, ancho y altura)o Nmero de Ventanas y Puertas en la Cmara y/o Recinto.o Caractersticas de los Materiales de Construccin.o Uso de Aislamientos.

Pelculas Pinturas Tipo y Espesor de materiales

o Localizacin Geogrfica ( Latitud Longitud) Orientacin.

Efecto de Viento y Radiacin Solar

Equipos Mecnicos, Elctricos e Instrumentacin.o Caractersticas mecnicas de Equipo, Tubera, Accesorios.o Tipo de Instrumentacin.

Seleccin de Condiciones de Operacin.


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Ejemplos de Condiciones de Conservacin en Refrigeracin.-

Caractersticas de Conservacin de Productos Perecederos (putrescibles)

Co n servac in Humedad Temp erat ura Contenido Calor Es pecfico Calor La t. Calor Periodo

Periodo Relativa de de Anterior Pos terior de de M ximo de

PRODUCTO y/o Corto La rgo Optima Congel amie nto Agua Conge la ci n Fus in Res pira cin Cons erva ci n

GENERO C C % F C % K Ca l / Kg C KCa l / Kg Kca l /Kg- da

FRUTAS

Manzana 3.5 0.0 85 28.5 -1.7 85 0.90 0.49 67.7 0. 1 - 0.4 1 a 8 meses

Pltano 13.0 13.0 80 26-30 -2.2 75 0.90 2 a 4 10 das

Uva 3.5 0.0 80 28 -2.2 77 0.90 0.61 62.2 0.095 - 0.15 1 a 6 meses

Limn 14.0 12.0 80 28 -2.2 89 0.94 0.50 72.2 0.3 - 0.8 90 das

Na ranja 6.0 1.0 80 28 -2.2 86 0.90 0.47 68.8 0.1 - 0.25 60 das

Pera 3.5 1.0 85 28.5 -1.7 84 0.91 0.49 67.7 0.18 - 0.22 1 a 7 meses

Fres a 3.5 0.0 80 30 -1.2 90.5 0.92 0.48 72.7 0.6 - 0.9 10 das

VEGETALES

Es parra go 6.0 1.0 90 30 -1.2 94 0.91 0.49 75.5 1.5 30 das

Ejote 6.0 1.0 85 30 -1.2 68.5 0.80 0.46 54.7 2.0 30 das

Za nahoria 3.0 1.0 90 29.5 -1.4 88 0.86 0.45 69.9 1.2 a 3 2 a 4 meses

Elote 3.0 1.0 85 29 -1.6 73.5 0.86 0.38 59.9 1.28 - 3.8 10 das

Maiz 12.0 3.0 60 10.5 0.29 0.24 8.3 12 meses

Lechuga 3.0 2.0 95 31 -0.6 94.5 0.90 0.46 75.5 0.75 - 1.32 20 das

Papa 7.0 5.0 85 29 -1.7 78.5 0.86 0.47 62.7 0.4 - 1.2 6 meses

Tomate 12.0 3.3 80 30.5 -0.8 94.5 0.92 0.46 72.2 0.9 - 1.5 10 das

CARNES

Tocino 6.0 -2.0 80 20 0.50 0.30 16.1 15 das

Carne de Res ( fresca) 3.0 -1.0 84 27 -2.8 68 0.75 0.40 54.4 3 s emana s

Ternera 2.0 -1.5 84 29 -1.7 63 0.71 0.39 50.5 15 das

Jamones 2.0 -1.5 80 27 -2.8 60 0.68 0.38 48.0 3 s emana s

Cordero 2.0 -1.5 80 29 -1.7 58 0.67 0.30 46.3 2 s emana s

Puerco (fresco) 2.0 -1.0 80 28 -2.2 60 0.68 0.38 48.0 15 das

Puerco (ahumado) 6.0 -1.0 80 57 0.60 0.32 15 das

Ave de Corral (fresca) -1.0 -1.0 84 27 -2.8 74 0.79 0.37 58.8 10 das

Ave de Corral -cong -13.0 -30.0 85 27 -2.8 74 0.79 0.37 58.8 10 meses

Sa lchicha (fres ca) 3.0 -4.0 80 26 -3.3 65 0.89 0.56 51.6 15 das

Sa lchicha (ahuma da) 6.0 2.0 75 25 -4.0 60 0.89 0.56 47.7 6 meses

PESCADOS

Pescado ( en hielo) 1.0 -1.0 85 70 0.76 0.41 56.1 15 das

Pescado (congelado) -13.0 -30.0 80 28 -2.2 70 0.76 0.41 56.1 6 a 8 meses

Marisco (en hielo)

Marisco (congelado)

OTROS PRODUCTOS

Leche 3.0 3.0 70 31 -0.5 87.5 0.93 0.49 68.8 5 das

Mantequi l l a 6.0 80 72 22 15 10 das

Queso americano 6.0 -1.0 80 17 -8.3 55 0.64 0.36 43.8 15 meses

Queso suizo 6.0 3.5 15 15 -9.4 55 0.65 0.37 45.5 1 a 1.4 60 das

Huevos (empacados) 6.0 0.0 85 27 -2.8 73 0.76 0.40 55.5 12 das

Huevos (refrigera do) -7.0 -13.0 60 27 -2.8 0.41 55.5 18 meses

Flores (cortadas ) 5.0 2.0 85 32 0 1 semana

Helado -12.0 -23.0 85 27 -2.8 60 0.78 0.45 53.3 6 - 12 meses

Manteca 7.0 1.0 80 0.52 6 meses


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CARGA TERMICA INI CIAL = Q1= (MASA DE GENERO) x (calor especifico - arriba congelacin) x ( DIFERENCIA DE TEMPERATURA) 1

CARGA TERMICA DE CONGELACION = Q2 = (MASA DE GENERO) x (calor de fusin)

CARGA TERMICA SECUNDARIA = Q3= (MASA DE GENERO) x (calor especifico - bajo congelacin)x (DIFERENCIA DE TEMPERATURA) 2

CARGA TERMICA POR METABOLISMO = Q4 = (MASA DE GENERO) x (calo r de metabol is mo y/o "sudoracin")

CARGA TERMICA POR FUGAS = Q5

CARGA TERMICA POR GANACIA DE CALOR = Q6

CARGA TOTAL DE REFRIGERACION= SUMATORIA DE CARGAS TERMICAS


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Condiciones de Temperatura y Humedad para varios Procesos Industriales.

INDUSTRIA OPERACION TEMPERATURADESEABLE -C

HUMEDAD RELATIVADESEABLE -- %

ALIMENTARIAPanadera

Pastelera 21 50

Fermentacin masa 27 78

Mezcladora 24 55 70

Cervecera Fermentacin tinas 27 - 32 80 - 90

Confitera

Cubierta de chocolate 16 - 18 50 -55

Empaque 18 50

Conservacin 16 - 20 50 - 60

General

Preparacin de Cereales 16 - 21 38

Preparacin de Macarrn 21 - 27 38

Sazonado de Carnes 5 80

MANUFACTURA INDUSTRIAL

Cermica. Cuarto de moldeo 27 60

Pieles. Almacenamiento -2 a 5 25 - 40

Papel. Almacenamiento 15 - 27 35 40

Jabn. Secado 43 70

Pinturas

Barnices. Secado con Aire 21 - 32 25 50

Pelculas Secado con aire 16 - 32 25 50

Elctrica

Devanado. Arrollamiento 40 5

Fabricacin Tejido para cubrir alambre 16 - 27 60

70Textil

Algodn

Veloces 24 - 27 60 66

Trociles 16 - 27 60 70

Telares 20 - 24 70 80

Seda

Trociles 24 - 27 65 70

Telares 24 - 27 60 - 70

Lana

Cardas 24 - 27 65 70

Telares 24 - 27 50 56

Rayn Trociles 21 85


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5.2.3.2 Sistema de Aire Acondicionado para Confort.

De acuerdo con las condiciones del medio ambiente, los factores que en orden de importancia afectan el confort humano son:

Temperatura Pureza Humedad Movimiento del Aire.

Se obtiene confort cuando estos factores estn balanceados y controlados.

Para entender el efecto de estos 4 factores tienen que considerarse ciertas respuestas fisiolgicas y sicolgicas del cuerpo humano,

tales como:

El mecanismo de regulacin en el cuerpo humano conserva la temperatura del cuerpo aproximadamente a 36.7 C

(98.6 F).

La comodidad y/o confort se obtiene cuando la persona disipa calor al ambiente y/o medio circundante en la mismaproporcin que su cuerpo lo produzca y/o conserva el cuerpo a una temperatura constante en ausencia de incomodidad.

Si el aire en contacto con el cuerpo no est saturado, el agua proporcionada en forma de sudor se evapora en el aire,

restando al cuerpo mismo una apreciable cantidad de calor latente.

Este proceso de enfriamiento del cuerpo es de modo especialmente efectivo cuando la humedad del aire es baja.

El proceso del control de calor del cuerpo humano es complicado y opera en dos direcciones generales:

Disminucin o aumento de la produccin de calor interno (metabolismo) cuando la temperatura del cuerposube o baja.

Control de la velocidad de disipacin de calor al cambiar la velocidad de circulacin de la sangre cutnea y por

motivacin de las glndulas sudorparas.

Tabla de Condiciones de Diseo para las Instalaciones de Aire Acondicionado.(Confort Humano)

Tipo de Aplicacin BulboSeco C

Bulbo HmedoC

HumedadRelativa

%

Temperatura RealC

Gramos de agua /Kg. Aire Seco

Lujo 25.5 18.5 50 21.5 10

Normal 26.6 19.5 51 23.3 11.2

Estancia de 15 a 45min.

27.7 20 49 24 11.41


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Tipo de Aplicacin BulboSeco

F

Bulbo HmedoF

HumedadRelativa

%

Temperatura RealF

Granos de Agua /libra Aire Seco

Lujo 78 65 50 71.2 71.7

Normal 80 67 51 74 78.5Estancia de 15 a 45min.

82 68 49 75.3 80.0

Tipo de Espacio Escala de TemperaturasF C

Auditorios 68 72 20 22.5

Aulas en Escuelas 70 72 21 22.5

Casa Habitacin 70 72 21 22.5

Lavanderas 60- 65 15 - 18

Comedores 65 70 18 - 21

Edificios Pblicos 68 70 18 - 21Fbricas

Trabajo ligero 60 65 15.5 - 18

Trabajo pesado 50 60 15.5 - 10

Hoteles 70 72 21 22.5

Hospitales

Cuarto de Operacin 70 95 21 - 35

Cuarto de Pacientes 70 72 21 22.5


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5.3.0 Tipos de Refrigeracin.

Los sistemas de refrigeracin sirven para muchos fines tiles en una poca tecnolgica como la nuestra. Adems de los usosbien conocidos para la conservacin de alimento y para el acondicionamiento de aire en forma confortable para el verano, la

refrigeracin tiene muchas otras aplicaciones industriales, como en los procesos de refinacin del petrleo, en el tratamientodel acero, en la fabricacin de productos qumicos y en la licuefaccin de gases.

Los sistemas de refrigeracin mecnica se dividen en dos grupos principalmente:

Compresin Absorcin.

5.3.1 Refrigeracin por Compresin

Es el mtodo ms comn de refrigeracin.

Existen dos diferentes presiones en el ciclo, la de evaporacin en el lado de baja presin, y la de condensacin en el de alta

presin.

Estas reas de presin estn separadas por dos puntos: la vlvula de expansin y el compresor.

El calor se transmite del aire caliente que recoge energa hacia al serpentn, el cual se ha enfriado por la evaporacin derefrigerante dentro del sistema.

Este vapor a baja presin y temperatura es conducido al compresor donde aumenta su presin y temperatura.

El compresor descarga el vapor en el condensador.

En resumen, el ciclo de refrigeracin est constituido por un proceso de evaporacin a baja presin y baja temperatura, seguido

por otro de compresin y condensacin a temperatura ambiente y presin elevada.

El lquido a presin elevada pasa desde el condensador hasta el evaporador por medio de una vlvula de expansin, con la cual se

reinicia el ciclo.


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5.3.2 Refrigeracin por Absorcin.

Este sistema encuentra aplicacin cuando se presentan las siguientes condiciones:

Disponibilidad de combustible de bajo costo.

Las tarifas de energa elctrica son elevadas.

o Se estima que cuando el costo de un Kg de vapor sea menor que 50 veces el costo de la electricidad porKw es posible obtener costos de funcionamiento menores con la mquina de absorcin.

La capacidad de la caldera de calefaccin de baja presin no se aprovecha parcial o totalmente durante la estacin derefrigeracin.

Disponibilidad de vapor no utilizado.

Carencia de alimentacin elctrica adecuada para instalar una mquina de refrigeracin por compresin.

La mquina de absorcin es una unidad que utiliza solucin acuosa (agua + bromuro de litio y/o agua + amoniaco) comorefrigerante.

Sus componentes principales son:

Seccin de Evaporador donde el medio circundante es enfriado por evaporacin del refrigerante.

Seccin de Absorbedor, donde el vapor del agua evaporada es succionado por el absorbente.

El calor de Absorcin es disipado por circulacin de agua en el condensador de esta seccin.

Seccin de Generador, donde es adicionado calor en forma de vapor de agua caliente, para hacer que hierva elrefrigerante y concentrar la solucin.

Seccin de Condensador, donde el vapor del refrigerante producido en el generador es condensado por el agua que

circula en esta seccin.

Bomba del Evaporador, que hace circular a presin el refrigerante en el evaporador.

Bombas de la solucin, que bombean la solucin de sal hasta el generador y hacia el colector de pulverizacin delabsorbedor.

Intercambiador de calor, donde la so lucin diluida que es bombeada hacia el generador desde el absorbedor, aumentesu temperatura por la solucin caliente concentrada que retorna al absorbedor.

Unidad de purga, que se emplee para eliminar los vapores no condensables y mantener una presin baja en sta.


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Q

Energa - Calor

Representacin esquemtica de un sistema de absorcin

5.3.3 Bancos de Hielo.-

La produccin en gran escala de hielo se hace generalmente, en forma de bloques, en tamaos que varan de 20 a 180 Kg. La

variacin en los tamaos del bloque depende de la medida de los recipientes en los cuales se congelan el hielo o agua.

El hielo para uso comercial y se produce en muchos tamaos y formas, tal como hielo en concha, hielo en tubo y an en pelcula

delgada. Algunas de las mquinas que hacen hielo en cubo tienen dispositivos para triturarlos, si es necesario.

CONDENSADOR

EVAPORADOR

GENERADOR

Intercambio de soluciones

ABSORBEDOR


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5.4.0 Refrigerantes.

5.4.1 Definiciones

Los refrigerantes son sustancias que se utilizan para absorber y transportar calor.

Es cualquier cuerpo o sustancia que acta como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.

Con respecto al ciclo compresin-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cul alternativamente se vaporiza y se

condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente.

Un refrigerante debe satisfacer dos importantes requisitos:

El lquido absorbe calor cuando est a baja presin y cambia de fase (lquido a vapor) y lo libera cuando est en altapresin y en fase gaseosa.

Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes mencionado, debe poseer ciertaspropiedades fsicas, qumicas y termodinmicas que lo configuren eficiente y seguro durante su uso.

No existe un refrigerante ideal ni que pueda ser universalmente adaptable a todas las aplicaciones.

El refrigerante se aproximar al ideal, solo en tanto que sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la

aplicacin para la que va a ser utilizado.


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5.4.2 Propiedades.Para tener uso apropiado como refrigerante, se busca que los fluidos cumplan con la mayora de las siguientes caractersticas:

Baja temperatura de ebullicin por debajo de la temperatura ambiente a presin atmosfrica. (evaporador)

Fcilmente manejable en estado lquido, de manera que su capacidad de absorber calor sea controlable. Alto calor latente de vaporizacin para minimizar la cantidad de refrigerante en circulacin. Debe absorber el calor rpidamente a la temperatura requerida por la carga del producto.

No inflamable, no explosivo, no txico. Qumicamente estable a fin de tolerar aos de repetidos cambios de estado.

No corrosivo para asegurar que en la construccin del sistema puedan usarse materiales comunes y la larga vida de

todos los componentes. Moderadas presiones de trabajo para evitar las elevadas presiones de condensacin (mayor a 25-28 kg/cm2) que

requieren un equipo muy robusto. La operacin en vaco (menor a 0 kg/ cm2) introduce la posibilidad de penetracin de aire en el sistema.

Fcil deteccin y localizacin de fugas (prdidas). Inocuo para los aceites lubricantes.

o (La accin del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la accin de lubricacin).

La temperatura de congelacin tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cul pueda operar elevaporador.

Alta temperatura crtica. Moderado volumen especfico de vapor para reducir al mnimo el tamao del compresor. Bajo precio.

Todos los refrigerantes se identifican mediante un nmero reglamentario.


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5.4.3 Economa.Las propiedades ms importantes del refrigerante que influyen en su capacidad y eficiencia son:

Calor latente de Evaporacin Relacin de Compresin

Calor Especfico en estado lquido y de vapor Volumen Especfico

Los refrigerantes utilizados en los sistemas de refrigeracin modernos son lquidos.

Los ms frecuentes que se han utilizado son el r-22 y el r-12, los cuales se estn sustituyendo debido a la degradacin ecolgicade la capa de ozono de la atmsfera, provocando alteraciones de piel y contribuyendo a la contaminacin ambiental del globo

terrqueo.

El amoniaco es un refrigerante ampliamente utilizado en la industria de la refrigeracin comercial en nuestro pas por su bajo

costo y disponibilidad.

Nota.- Ver las Recomendaciones de Semarnat-Ine


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5.5.0 Instrumentacin y Control.-

El control de los ciclos de refrigeracin es un dispositivo que pone en marcha, detiene, regula y lo protege el equipo derefrigeracin y sus componentes, para mantener las condiciones deseadas en el local que se acondiciona el aire.

Los controles primarios arrancan y/o paran el ciclo directamente o indirectamente, de acuerdo con los requisitos detemperatura o humedad.

Existen tres tipos de controles primarios, que segn su operacin se dividen en:

Termostatos:Instrumentos que son sensibles a los cambios de temperatura.

El termostato detecta un incremento en la temperatura (previamente establecida) de un cuartofro y pone en marcha el compresor.

Presostatos:Instrumentos que se usan para controlarlas condiciones de temperatura, a travs de controlar lapresin del evaporador.

Cuando la presin del evaporador (y su correspondiente temperatura) aumenta, el presostatoacta y pone en marcha el compresor.

Humidostatos:Instrumento que se emplea en cmaras de enfriamiento

El humidostato pone en marcha el ciclo de refrigeracin, cuando la humedad llega a un puntoestablecido previamente (set point).

El instrumento bsico para el control es el termostato. Este a su vez se usa en el funcionamiento de

compuertas reguladoras, vlvulas, relevadores o motores.

Los Programadores o Timerssirven para establecer una secuencia en el arranque de las unidades.

Controladores Lgicos Programables (PLC)

El avance tecnolgico he permitido la aplicacin de controladores lgicos programables que permiten laimplementacin de programas de ahorro de energa elctrica reduciendo los picos de demanda mxima y de

consumo. Son elementos de control industrial extremadamente importantes.


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5.6.0 TECNICAS PARA AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA.-

5.6.1 Control del Consumo de Potencia.(Ingeniera, Diseo e Instalacin)

Las posibilidades que se destacan para de ahorro de energa elctrica en lo referente al Consumo de Potencia estnrelacionadas con la posibilidad de obtener incrementos en la eficienciade los diferentes equipos y sus trasmisiones mecnicasy/o hidrulicas, lo cual implica tareas de Ingeniera Bsica y Detalle en sus diferentes etapas y fases de diseo mecnico,proceso, instrumentacin y elctrico.

Seleccin de las Condiciones de Proceso y/o Confort.

Seleccin de Refrigerante.

Uso de Aislamientos.

Seleccin y/o Adaptacin de:

Compresores, Evaporadores , Condensadores, Trasmisiones Mecnicas de Potencia

Motores Elctricos.

Carga de Potencia a Motores Elctricos.

Para cada producto se desee conservar en baja temperatura, establecer

Temperatura de enfriamiento que evite la degradacin de calidad

Temperatura de conservacin. Humedad relativa.

Los sistemas que se subdisean en capacidad conducen a trabajar excesivamente, aumentando los costos deoperacin, electricidad y mantenimiento.

Los sistemas de tamao excesivo representan inversiones menos rentables

Disear compartimentos en el cuarto, utilizando una seccin para el temperado del producto con la temperatura

deseada, y otra seccin para la retencin del producto a la temperatura requerida hasta su procesamiento.

La velocidad ptima del aire depende principalmente del sistema de congelacin, tipo de congelador, temperatura de

trabajo, y grosor del producto, etc.

Velocidades del aire de 0.5 a 18 m/s sobre el producto han sido reportadas, pero

generalmente se emplean en el rango de 2 a 7 m/s.

La potencia del sistema de refrigeracin debe basarse en la carga mxima, ms un factor de seguridad del 5 8 %.


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Recuperacin de Calor en el condensador de gas refrigerante.

Uso de Intercambio de evaporador condensador en funcin de las estaciones climticas.


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Cargas Trmicas en Elementos Arquitectnicos

Las cantidades de energa que puedan perderse en construcciones, naves industriales, refrigeradores y/o

cuartos fros en que se ha implementado sistemas de aire acondicionado o refrigeracin son de muchaimportancia.

Se consideran dos formas para ganancia o prdida de calor a travs de las paredes y estructuras del edificio:

Transmisin a travs de la pared del calor un lado hacia el otro opuesto y,

Fugas de aire caliente o fri que est dentro del edificio.

Las ganancias y/o prdidas que se consideran en los clculos de un edificio o espacio son:

o Calor ganado y/o perdido a travs de paredes.-

o Calor ganado y/o perdido a travs de Superficies de V idrio y Puertas.

o Calor necesario para enfriar y/o calentar el aire que entra por infiltraciones a travs deventanas exteriores y hendiduras de puertas y fugas.

Al existir diferencias de temperaturas entre las paredes y/o divisiones de las construcciones y/o curatos fros,

las transferencias de calor pueden tomar lugar por conduccin, conveccin, radiacin o por algunacombinacin de estos procesos.

Cada material de construccin tiene sus propias caractersticas de conduccin trmica y por lo tanto laseleccin de ellos, como los mtodos constructivos empleados, influye en los costos de operacin por concepto

de energa perdida.

El diseo de cualquier sistema de calefaccin o enfriamiento se basa principalmente en las caractersticas de

transferencia de calor en la estructura del edificio.

Uso de aislamiento y pelculas reflejantes.

En la carga por transmisin de calor el coeficiente de transferencia de calor vara

inversamente proporcional con el espesor del aislamiento.

Para que la transferencia de calor se reduzca, debe implementarse aislamiento en las

paredes del edifico y/o dejar espacios de aire en las paredes y entre los techos y cielos falsos.

Las fugas de aire pueden reducirse usando ventanas y puertas dobles o por algn otro medio, para reducir elflujo de aire a travs de las rejillas.

Diversas necesidades de carga trmica, como humidificacin del aire exterior y factores de seguridad debernde tomarse en consideracin como imprevistos.

En caso de que el edificio est expuesto abiertamente al efecto del viento, deber de agregarsede 10 a 20% a la carga de calefaccin.


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5.6.2 Control de la Demanda de Potencia.- (Condicin de Operacin de Equipos)

El ahorro de energa elctrica por demanda de potencia se obtiene a travs de las Condiciones de Operacin que permitan yconduzcan a la disminucin de la Curva de la Demanda.

A continuacin se sugieren acciones y tareas que conducen al objetivo antes sealado:

Elaboracin de Programas de Ahorro de Energa.

Se recomienda establecer, conjuntamente con las tareas de ingeniera bsica, ndices (productividad yconsumo) comparativos para conocer los avances en el programa ahorro de energa.

El ndice de consumo se refiere a la cantidad de Kw consumidos, por cantidad de producto procesado.

El ndice de productividad se refiere a la comparacin del ndice de consumo entre los varios usuarios.

Integrar permanentemente un registro de los consumos de energa elctrica, demanda mxima y factor depotencia.

Determinar los lapsos de demanda pico para dejar fuera de operacin los equipos, luminarias o sistemasque no sean indispensables en este periodo.

Colocar recordatorios visuales, carteles y calcomanas, en los cuales se motive al personal a mantener el

equipo en condiciones adecuadas de operacin.

Promover la colaboracin de todos.

Carga de Potencia a Motores Elctricos

Recomendacin para los Cuartos Fros:

Utilizar temperaturas apropiadas de funcionamiento.

Reduccin de la carga trmica modificando la Iluminacin con balastras electrnicas.

Eleve la temperatura en el interior

Reduzca la temperatura en el exterior

Limpie los evaporadores, condensadores o torres de enfriamiento

Suministre aire fresco a los condensadores

Ajuste los valores de control

Enfriar a la temperatura ambiente los productos calientes antes de colocarlos en la cmara.

Se coloquen antesalas o algn sistema de sellado que evite las fluctuacionesde temperatura al introducir

o sacar producto del cuarto, por ejemplo, cortinasplsticas o puertas hermticas en las cmaras decongelacin.


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Ajustar el tiempo de apertura al estrictamente necesario de las cmaras con temperaturas ms bajas.

Control sobre la distribucin y forma de colocacin del producto en el cuarto fro, a manera de favorecerun contacto ptimo entre el aire y el producto y una circulacin adecuada del aire.

Dejar un espacio de aire entre los productos almacenados.o Reacomode la carga en el interior del cuarto fro

Organizar los productos almacenados de manera que la puerta se abra lo menos posible. Conservar los serpentines de enfriamiento separados de los productos almacenados.

Usar anaqueles adicionales de metal perforado para permitir la circulacin de aire por encima yalrededor de los productos.

Eliminacin de espacios muertos (para evitar que el aire se desve en los productos).

Apagar las luces interiores cuando la cmara est sin ocupar.

Eliminar los materiales de empaque innecesarios.

Usar los ciclos apropiados de descongelacin en los frigorficos.

(Dos ciclos de descongelacin se requieren para uso normal).

Controles de medicin de temperatura y velocidad del aire.

Combinacin de los compresores instalados en tal forma de maximizar su operacin.

Purgar continuamente el sistema de refrigeracin.

Sustituir los empaques de puertas daados

Instalacin de cortinas tipo persiana vertical

Revisar y reparacin el aislamiento de paredes, piso y techo

Aislamiento de las tuberas de refrigerante.


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Recomendacin de Conservacin y Mantenimiento.

Se sugiere que se establezcan programas de Mantenimiento Preventivo y Predictivo::

o

Diariamente Conserve al da un libro de registro del funcionamiento de sus equipos. Siga las recomendaciones del fabricante.

o Anualmente

Rehabilitar completamente la unidad de purga. Analizar el refrigerante.

Analizar el aceite. Verificar y calibracin de sensores y controles. Verificacin elctrica y mecnica de motores. Verificacin de trasmisiones mecnicas e hidrulicas

o Peridicamente Evale la operacin y eficiencia de su equipo.

o

En forma sistemtica: Reparacin de fugas en las cmaras y tanques inundados. Conservar limpios los compresores.

Conservar en buen estado todas las bandas de los compresores de tal forma que semantenga la alineacin adecuada.

Revisar los alineamientos de los motores y sus acoplamientos.

Verificar el sobre-calentamiento de motores, el cual puede indicar disfuncin y/ocarencia de ventilacin.

Conservar la limpieza de los tubos de los condensadores para que se mantengatransmisin de calor en el rango deseado.

Indicadores de Humedad y Flujo del Lquido Refrigerante

Cuando existe flujo claro y transparente de lquido refrigerante visto a travs

delindicador, es seal de carga suficiente en el sistema.En caso de que se observan burbujas es seal de baja carga de refr igerante o

presencia de no condensables.El cambio de Colores del Indicador muestra la humedad:

Verde = Humedad inferior a 45 p.p.m.

Entre verde y amarillo = Humedad de 45 a 130 p.p.m.

Amarillo = Humedad superior a 130 p.p.m.

Verifquese que los compresores reciben el aire adecuado. Revisar el estado del aislante que recubre los tubos de distribucin y sus accesorios.


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5.6.3 Instrumentacin y Control (Dispositivos Ahorradores de Energa Elctrica)

Entre los objetivos importantes que deben tenerse en un sistema de Instrumentacin y control, se consideran la capacidad para :

Calentamiento y humidificacin en invierno Enfriamiento y de humidificacin en verano

Rendimiento de cualquiera de las funciones anteriores en primavera y otoo.

Lo ms significativo de los instrumentos de control es que deben satisfacer los siguientes puntos:

Factor de carga (variacin de la carga trmica dentro de un espacio). Cambio de variables de operacin en base a los cambios de proceso. Variacin de la carga en trminos de cambio de clima. Necesidades especficas para proporcionar comodidad a las personas.

El primero de estos, el factor de carga, representa la fraccin de la capacidad total de la carga que debe ser empleada.

En la siguiente tabla se dan algunos valores caractersticos de carga, los cuales pueden aplicarse a diferentes tipos de edificios.

Hoteles.. 0.35

Oficinas en edificios . 0.60 Tiendas 0.50 Residencias 0.75 Restaurantes .. 0.40

El sistema debe ser suficientemente flexible para satisfacer las variaciones del factor de carga, as como los cambios de clima diariosy anuales que siempre ocurren.

En forma general, se puede decir que aquellas cargas que presentan un comportamiento cclico (como es el caso de los equipos de

refrigeracin) con periodos de hasta 45 minutos entre arranque y paro son factibles de ser incorporados en una estrategia para

control de demanda.

5.6.4 Coeficiente de Rendimiento y/o Eficiencia.

Enfsica y en el campotecnolgico, tambin expresable como laeficiencia de un dispositivo, mquina y/ociclo termodinmico, expresael cociente entre:

Laenerga obtenida (energa til) de su funcionamiento y la energa suministrada o consumida por la mquina o el

proceso.

Donde: representa el rendimiento y E la energa que se involucra en el proceso.
http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnol%C3%B3gicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficiencia_energ%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficiencia_energ%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tecnol%C3%B3gicohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica


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El trabajo obtenido (trabajo til) de su funcionamiento y el trabajo suministrado o consumido por la mquina o elproceso.

Donde: representa el rendimiento y W el trabajo involucrado en el proceso.

RELACION DE EFICIENCIA ENERGTICA (REE)

Las nuevas normas sobre eficiencia energtica de equipos definen la relacin de eficiencia energtica como la

relacin entre la capacidad de enfriamiento Qo y la potencia demandada Dw.

Este es un numeroadimensional o simplemente vatios trmicos producidos sobre vatios elctricos requeridos(Wt/We).

Este es el mismo COP termodinmico, pero calculado con base en la potencia demandada.

REE =Qo / Dw

5.6.5 Normas NOM Ejemplos.-

NOM-011 ENER-2002 Eficiencia energtica en acondicionadores de aire tipo central paquete o dividido. Lmite, mtodos deprueba y etiquetado.

Establece el nivel mnimo de relacin de eficiencia energtica estacional (REEE) que deben cumplir los acondicionadores deaire tipo central; especifica adems los mtodos de prueba que deben usarse para verificar dicho cumplimiento y los

requisitos mnimos de informacin al pblico (a travs de la etiqueta de eficiencia)

Aplica para los acondicionadores de aire tipo central, tipo paquete o tipo dividido, operados con energa elctrica, en

capacidades de enfriamiento de 10 540 W hasta 17 580 W.

NOM-015 ENER-2002 Eficiencia energtica de refrigeradores y congeladores electrodomsticos. Lmites, mtodos deprueba y etiquetado.

Establece los lmites mximos de consumo de energa kWh/ao, mtodo de prueba para verificar el cumplimiento, clculodel volumen refrigerado total y los requisitos mnimos de informacin al pblico (a travs de la etiqueta de eficiencia)

Aplica a refrigeradores electrodomsticos, refrigeradores-congeladores electrodomsticos de hasta 1 a 104 dm3 (39pies3) y congeladores electrodomsticos de hasta 850 dm3 (30 pies3).

NOM-021 ENER/SCFI/ECOL-2002 Eficiencia energtica, requisitos de seguridad al usuario y eliminacin declorofluorocarbonos(CFCs) en acondicionadores de aire tipo cuarto. Lmites, mtodos de prueba y etiquetado.

Establece la Relacin de Eficiencia Energtica (REE) mnima que deben cumplir, mtodos de prueba para evaluarlos y losrequisitos mnimos de informacin al pblico (a travs de la etiqueta de eficiencia)

Aplica a los acondicionadores de aire tipo cuarto, con capacidades de enfriamiento hasta de 10 600 W
http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)


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E it M S I J M C A i P 30 d 30

NOM-022 ENER/SCFI/ECOL-2002 Eficiencia energtica, requisitos de seguridad al usuario y eliminacin declorofluorocarbonos(CFCs) para aparatos de refrigeracin comercial autocontenidos. Lmites, mtodos de prueba yetiquetado

Establece las especificaciones y los mtodos de prueba de los valores de consumo de energa por litro y los requisitosmnimos de informacin al pblico (a travs de la etiqueta de eficiencia)

Aplica a los siguientes aparatos de refrigeracin comercial autocontenidos alimentados con energa elctrica:Enfriadores verticales con una o ms puertas frontales con capacidad de 100 litros o ms;

Enfriadores horizontales con capacidad de 110 litros o ms;Congeladores horizontales con capacidad de 110 litros o ms;Congeladores verticales con capacidad de 50 litros o ms y vitrinas cerradas con capacidad de 200 litros o ms

5.7.0 INCENTIVOS ECONOMICOS.

Dentro de los incentivos Econmicos para tratar de seguir los programas de Ahorro de Energa Elctrica son:

La adquisicin de equipo y maquinaria implica precios superiores.

El precio de la Energa se incrementa en forma exponencial.

Los Procesos de Manufactura y de Confort requiere ser ms competitivos, lo que implica el incremento de

productividad a travs del aumento de la disponibilidad, velocidad de produccin y calidad del producto.

Programas del FIDE.

5.8.0 GESTION Y AUDITORIAS AMBIENTALES.

El uso de refrigerantes y aislamientos es da a da ms vigilado para evitar la contaminacin ecolgica, evitando utilizar losrefrigerantes fluorocarbonados y la conservacin de la Energa.

Bibliografa:-

(1) Edward G. Pita. Principios y S istemas de Refrigeracin.Limusa.2009.

(2) B.H.Jennings & Samuel R. Lewis. Aire Acondicionado y Refrigeracin. CECSA. 1970

(3) Wikipedia. Refrigeracin.

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