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Sistemas de Refrigeracin y Acondicionamiento de AireEFICIENCIA ENERGTICA

INTRODUCCIN

El aire acondicionado se requiere para :

Dar confort a las personas

Acondicionar espacios con temperatura y humedad relativa controlados

Conservacin de productos y materias primas

Refrigeracin y conservacin de productos perecederos

COMPRESOR (1): equipo electromecnico que se encarga deelevar la presin y temperatura del fluido refrigeranteconvirtindolo en vapor.

CONDENSADOR (2) : equipo cuya funcin es la de retirar el calorque posee el refrigerante que sale de la descarga del compresor.

VLVULA DE EXPANSIN (3): dispositivo que se encarga deexpandir el refrigerante lquido proveniente del condensador.

EVAPORADOR (4): equipo cuya funcin es de retirar el fro alrefrigerante y cederlo al aire que entra en este.

4

1. COMPONENTES DEL SISTEMA

3

1 2

CICLO DE REFRIGERACIN

REFRIGERACIN INDUSTRIAL

INDICADORES ENERGTICOS

Para la caracterizacin de las condiciones de funcionamiento, en particular las energticas, se hace uso de los llamados IndicadoresEnergticos.

1- Coeficiente de Comportamiento (COP).

2- Relacin de eficiencia energtica.(EER)

3- Relacin de Eficiencia Energtica Estacional. (SEER)

4. Relacin del consumo de potencia y capacidad de enfriamiento KW/ton

COP = (Efecto refrigerante / Capacidad de compresin)Efecto refrigerante = h2 h1Calor de compresin = h4 h3COP = (h2 h1)/ (h4 h3)

s = cteh = cte

COMPRESOR

CONDENSADOR

EVAPORADOR

12

3

VALVULA EXP.

5

VAPORLIQUIDO

4

Presin (psig)

P alta

P succin


Eficiencia Energtica (Energy Efficiency Ratio, EER) Se define como la relacin entre el calor

removido (carga frigorfica) y la potencia elctrica total consumida:

EER = Calor removido / Potencia elctrica consumida

Eficiencia Energtica Estacional (Seasonal Energy Efficiency Ratio, SEER)SEER = Calor removido en un periodo dado / Potencia elctrica consumida.

ndice de consumo de potencia (KW/Ton).


En lugares con temperatura ambiente de 35C (95F), consumen entre el 40% y el 65% del consumo total de energaelctrica. (Hospitales, Hoteles, Centros Comerciales, Almacenes de cadena).

AIRE ACONDICIONADO

DISTRIBUCIN DEL AIRE

DUCTOS (1) : se encargan de transportar y de distribuir el aire fro que sale delevaporador de la unidad de refrigeracin por todo el lugar o zona a acondicionar.

REJILLAS DE SUMINISTRO (2): elementos que se encargan de dar salida y direccin alflujo de aire que viene de los ductos.

REJILLAS DE RETORNO (3): estas se encargan de dar entrada al aire que se deseaenfriar en el evaporador.

DAMPERS: dispositivos que se encargan de graduar el flujo de aire que pasa por losductos de acuerdo a las necesidades del lugar.

3

21

2

AIRE ACONDICIONADO

CONTROLES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD DEL AIRE

TERMOHIGROMETROS (1): dispositivo que se encarga de controlar latemperatura y la humedad del aire a valores deseados.

PROGRAMADORES DE ENCENDIDO Y APAGADOS DE UNIDADES(2): estos se encargan de encender y apagar los equipos de aireacondicionado a las horas deseadas en el da.

1.

2

AIRE ACONDICIONADO

Ventana:

Este es un equipo compacto de aire acondicionado, el cual posee un solo cuerpo en dondese encuentran el compresor, el condensador, capilares de expansin, y el evaporador, y unmotor que mueve los ventiladores del condensador y el evaporador.Este generalmente se utiliza en viviendas y oficinas pequeas.

TIPOS DE EQUIPOS DE AC

Minisplit de una, dos o tres salidas (evaporadores):

Este equipo se encuentra conformado de una unidad condensadora y una ovarias unidades evaporadoras, interconectadas por medio tuberas de cobre pordonde transita el fluido refrigerante.

El compresor se encuentra ubicado dentro de la unidad condensadora. Esteequipo actualmente sustituye los de tipo ventana.


CENTRAL

Unidad de enfriamiento que consta de una unidad manejadora (1), y unaunidad condensadora (2) que se encuentran interconectadas por mediotuberas de cobre por donde transita el fluido refrigerante.

El compresor se encuentra ubicado dentro de la unidad condensadora. Launidad manejadora posee su sistema de distribucin del aire acondicionado.

1.1.

2


Chiller:

Unidad de enfriamiento indirecto del aire acondicionado.

Este puede trabajar con dos tipos de condensacin: por aire o por agua.

Consta de una unidad de refrigeracin que enfra el agua que pasa por un intercambiador;que luego, es impulsada por unas bombas hacia las unidades manejadoras en donde seenfra el aire para un lugar.


HORAS DE UTILIZACIN

CONDICIONES DE OPERACIN

CONTROL

GRADO TECNOLGICO Y DE AUTOMATIZACIN

FACTORES QUE INCREMENTAN EL CONSUMO DE ENERGA

HORAS DE UTILIZACIN:La falta de control operacional en el apagado y encendido de estos equipos genera un mayor tiempo de utilizacin, por ende, unalto consumo de energa.

Para evitar esto se recomienda:

-Realizar una programacin diaria del encendido y apagado del equipo. Generalmente, las unidades se deben encender 30 o 15minutos antes de iniciar labores.

-La reduccin de energa elctrica que se puede alcanzar con este control es de un 10%.


CONDICIONES DE OPERACIN:

Las condiciones de operacin que generan altos consumos de energa elctrica en las unidades de refrigeracin son:

Bajas temperaturas de evaporacin.

Altas presiones de condensacin.


BAJAS TEMPERATURAS DE EVAPORACIN

Falta de aislamiento trmico en tuberas de succin (tubera fra). Vlvulas de expansin descalibradas. Falta de fluido refrigerante. Fugas de refrigerante. Suciedad de los filtros y de los paneles de los evaporadores. Bajo flujo de aire a travs del evaporador.


ALTAS PRESIONES DE CONDENSACIN

Deterioro de los paneles condensadores. Exceso de suciedad de paneles. Inadecuado flujo de aire de los ventiladores. Condensadoras mal ubicadas. Sobre carga de refrigerante. Disminucin de la eficiencia isentrpica de los compresores ocasionandoaltas temperaturas de descarga.


FUGAS Y AISLAMIENTOS

Aire Acondicionado: Sistema de distribucin ineficientes o mal diseados, rejillas de suministro y de retorno obstruidas. Fugas de aire fro en ductos, por zonas no climatizadas. Falta de aislamiento trmico en ductos de distribucin y de los cuartos en donde se ubican las unidades manejadoras. Falta de aislamiento trmico en tuberas de agua fra y de intercambiadores en unidades CHILLER.

Refrigeracin: Fallas de aislamiento en tubera de succin o tanques acumuladores. Fallas de aislamiento en cuartos fros.


Infiltraciones de aire caliente en cuartos fros agregan carga trmica extraal sistema, la cual es innecesaria perjudicando el almacenamiento de losproductos exigiendo trabajo extra a los compresores.

Fuentes de calor cercanas a cuarto fros o neveras tambin generan cargatrmica extra.

Refrigeracin


Infiltraciones de aire caliente en cuartos fros generan bloqueos de losevaporadores lo cual afecta la temperatura de los productos.

Las fallas de aislamiento en tubera de succin generansobrecalentamientos extra elevando la temperatura de succin de loscompresores.

Refrigeracin


Deficiente estado tcnico de los compresores

Limpieza inadecuada de filtros y condensadoras de equipos derefrigeracin

Inadecuada automatizacin y regulacin del sistema

Aislamiento inadecuado de lneas de succin

Refrigeracin


Poca capacidad de enfriamiento debido a: Presin de succin muy baja Sistema de regulacin del compresor no funciona

adecuadamente Fugas en vlvulas de succin o descarga Daos en el compresor

Refrigeracin


Alto consumo de energa :

Presin de descarga muy alta Motor elctrico defectuoso Vlvulas de cierre no abren completamente en el lado de la

descarga

Refrigeracin


Aire Acondicionado

Sistema de distribucin ineficientes o mal diseados, rejillas desuministro y de retorno obstruidas reducen la capacidad de enfriamientoocasionando un mayor tiempo de trabajo de las unidades de refrigeracin.

Fugas de aire fro en ductos, por zonas no climatizadas generan prdidasconsiderables de energa elctrica.


Aire Acondicionado

Falta de aislamiento trmico de ductos de distribucin y de los cuartos endonde se ubican las unidades manejadoras, y en tuberas de agua fra y deintercambiadores en unidades CHILLER

Lo anterior genera un aumento considerable en la temperatura del aire quesale de las rejillas, ocasionando un mayor trabajo para las unidades derefrigeracin.


Aire AcondicionadoCONTROL

La no existencia de control de temperatura para un lugar ocasiona el trabajo continuo de las unidades de refrigeracin.

Termostatos descalibrados, de lenta respuesta o que estn deshabilitados generan sobre consumos de energa elctrica.

La falta de presostatos en las lneas de succin y de descarga del compresor, genera la falta de control de las presiones y estoaumentan el consumo de energa.

La falta de controles de temperatura del agua fra, o su mal funcionamiento genera prdidas de energa elctrica en losCHILLERS.


Aire Acondicionado

Variadores de velocidad

Bombas centrifugas

Ventiladores en las torres de enfriamiento

Unidades manejadoras de aire en sistemas de volumen variable

OPORTUNIDADES DE AHORRO

NUEVAS TECNOLOGAS

Tecnologas de nuevos compresores con altas eficiencias y de sistemas de regulacin de cargabrindan mayores ventajas en el ahorro de energa, permiten una reduccin del consumo en un 30%al 40%.

Su inversin se recupera en menos de dos aos con base a los ahorros alcanzados.

OPORTUNIDADES DE AHORRO

EJEMPLOSINEFICIENCIA: La unidad condensadora posee 6 etapas de condensacin de las cuales solo funcionan tres,

esto ocasiona valores elevados de presin de condensacin entre 200 y 225 psi.

MEDIDA DE AHORRO:

1. Se debe configurar las 6 etapas de condensacin con un set de presin de 170 psi y un diferencialpequeo que nos permita mantener la presin entre 170 y 180 psi.

2. Se debe realizar limpieza mensual de la unidad condensadora con equipo de agua a presin ydesincrustante.

3. Se debe instalar manmetro de control para la presin de condensacin.

PORCENTAJE DE AHORRO : 8 % en MT y 7,5% en BT para un ahorro mensual en pesos de 641.000 $

AHORRO ANUAL DE : 7.692.000 $

INEFICIENCIA: El compresor de la nevera de lcteos funciona con R22 lo cual eleva su factor decarga por que su configuracin actual aplica para alta temperatura y la potencia real es mayor que lanominal del equipo

MEDIDA DE AHORRO: Se debe cambiar refrigerante a R502 lo cual nos modifica los rangos defuncionamiento para media temperatura y ajustar temperatura de evaporacin en 7F segn lorecomendado por normas de calidad

PORCENTAJE DE AHORRO : 28% para un ahorro mensual en pesos de 290.000 $

AHORRO ANUAL DE : $3.480.000

EJEMPLOS

INEFICIENCIA:

En el grupo de compresores de media temperatura se presentan sobrecalentamientos de 31C lo cual es causado por mal estado delaislamiento de las tuberas. Esto ocasiona altas temperaturas de descarga.

En el grupo de compresores de baja temperatura se presentan sobrecalentamientos de 50C lo cual es causado por mal estado delaislamiento de las tuberas. Esto ocasiona altas temperaturas de descarga.

MEDIDA DE AHORRO:

Se debe cubrir con aislamiento las tuberas de succin y cambiar el aislamiento del tanque acumulador de succin. Preferiblemente utilizaraislamiento en chaqueta de aluminio con poliuretano.

Se debe revisar el aislamiento de las tuberas de succin y reemplazar los tramos defectuosos con el fin de disminuir lossobrecalentamientos.

PORCENTAJE DE AHORRO: 5% en BT y 10% en MT para un ahorro mensual en pesos de $514.000

AHORRO ANUAL DE : $6.168.000

EJEMPLOS

Ineficiencia

Ducto de distribucin que se encuentra a la intemperie sin ningn tipo de aislamientotrmico, ocasionando un incremento en la temperatura del aire de climatizacin en9C.

Medida de ahorro

Se recomend instalar unos toldos con el fin de generar sombra sobre el ducto; elresultado fue una disminucin del incremento en 8,3C.

El ahorro de energa elctrica alcanzado fue de 9.000 kWh /mes que equivalen a$1.800.000 mensuales

EJEMPLOS

Sistemas de Aire AcondicionadoCASOS PARTICULARES DE EQUIPOS INEFICIENTES.

COMPARACIN DE CONSUMO DE POTENCIA ACTIVA ANTES Y DESPUES DE LA IMPLEMENTACIN EN LA UNIDAD YORK, SAO - 203

Desde: 10:02:00. Hast a: 16:02:00

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14:0

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14:4

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15:0

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15:5

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16:0

2:23

Tiempo (horas)

Pote

ncia

(kW

)

POTENCIA ANTES POTENCIA DESPUES

Ineficiencia

Una unidad de aire acondicionado de 20 TR (240.000 Btu/h), presenta condiciones de operacin no adecuadas quegeneraban un incremento en el consumo de energa.

Medidas de ahorro

Para ajustarlas, se realizaron varias tareas de mantenimiento:

Cambio de los aislamientos trmicos de las tuberas de succin.

Cargue con refrigerante hasta tener presiones de succin de 65 psi

Limpieza de filtros de manejadoras.

Limpieza de panel condensador.

Ajuste de transmisin de ventiladores de condensadora y manejadora.

EJEMPLOS

COMPARACIN DE CONSUMO DE POTENCIA ACTIVA ANTE Y DESPUES DE LA IMPLEMENTACIN EN LA UNIDAD #3, SAO - 073

Desde: 14:37:00. Hast a: 15:52:00

0

5

10

15

20

25

30

14:3

7:00

14:4

2:00

14:4

7:00

14:5

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14:5

7:00

15:0

2:00

15:0

7:00

15:12

:00

15:17

:00

15:2

2:00

15:2

7:00

15:3

2:00

15:3

7:00

15:4

2:00

15:4

7:00

15:5

2:00

Tiempo (horas)

Pote

ncia

(kW

)

POTENCIA ACTIVA ANTES POTENCIA ACTIVA DESPUES

Como resultado se dio una disminucin del consumo de energa elctrica en aproximadamente2.875 kWh/mes que equivalen a $575.000 mensuales.

EJEMPLOS

Ineficiencia

Una unidad de aire acondicionado de 40 TR (480.000 Btu/h), presenta condiciones de operacin no adecuadas que generaban unincremento en el consumo de energa.

Medidas de Ahorro

Para ajustarlas, se realizaron varias tareas de mantenimiento:

Cambio de los aislamientos trmicos de las tuberas de succin.

Ajuste del setpoint del termostato en 75F (23,8C)

Cargue con refrigerante hasta tener presiones de succin de 70 psi y sobrecalentamientos de 20F.

Limpieza de filtros de manejadoras.

Limpieza de panel condensador.

Ajuste de transmisin de ventiladores de condensadora y manejadora.

EJEMPLOS

Como resultado se dio una disminucin del consumo de energa elctrica en aproximadamente 1.180kWh/mes que equivalen a $236.000 mensuales con una tarifa de $200/ kWh.

COMPARACIN DE CONSUMO DE POTENCIA ACTIVA ANTE Y DESPUES DE LA IMPLEMENTACIN EN LA UNIDAD DE AIRE ACONDICIONADO #1, SAO - 031

Desde: 10:15:00. Hast a: 12:59:00

0

10

20

30

40

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5:00

Tiempo (hor as)

Pote

ncia

(kW

)

POTENCIA ACTIVA ANTES POTENCIA ACTIVA DESPUES

EJEMPLOS

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