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Colegio de Ingenieros del Perú
XXI CONGRESO PANAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA,
ELECTRICA, INDUSTRIAL Y RAMAS AFINES 10-12 Octubre del 2007
“ COPIMERA 2007 “
Área y Sub-Área Temática: MECANICA / MEC.12 Título del Trabajo:
SISTEMAS DE CLIMATIZACION: Elementos que mejoran su eficiencia y ahorran energía
Nombre del Autor:
JORGE GALLO NAVARRO
Institución que representa:
CIMEQH
Dirección Postal:
P.O. Box 2446, Tegucigalpa, Honduras, CA. Colonia Florencia Sur, Calle Principal, 4423, contiguo a Residencia del Embajador del Perú TEL. (504) 239-68-68/239-96-37 FAX (504) 239-73-47/232-48-45 E-Mail: [email protected]; [email protected]
1
HOJA DE VIDA RESUMIDA DE JORGE GALLO NAVARRO 1. MBA, orientado a Finanzas, UNAH, 1993 2. Diplomado en Energía Renovable, SIES & PHOEBUS, Italia, 1983 3. Diplomado en Petróleo, USCG, Guatemala, 1979 4. MSc., en Ingeniería Mecánica, área de Termofluidos, UFRJ, Brasil, 1978. 5. ME., Ingeniero Mecánico con grado de Licenciado, UNAH, 1976. 6. Profesor Titular de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad
Nacional Autónoma de Honduras “UNAH”; octubre de 1978 al presente. Mecánica de Fluidos, Turbomáquinas, Termodinámica Aplicada, Transferencia de Calor y Aire Acondicionado.
7. Vice-Decano Facultad de Ingeniería/UNAH (1982-85), Asesor Académico Departamento de Ingeniería Mecánica. Presidente Nacional Asociación de Docentes de la UNAH “ADUNAH” (2001-03).
8. Presidente Colegio de Ingenieros Mecánicos, Electricistas y Químicos de honduras
“CIMEQH” (1998-2000). Presidente Fundación Internacional para el Desarrollo de la Educación Superior, las Ciencias y las Artes “FIDESCA” (2005-2009). Presidente Confederación Panamericana de Ingeniería Mecánica, Eléctrica, Industrial y Ramas Afines “COPIMERA” (2006-08)
9. Ingeniero Consultor Mecánico (1978 al presente), desarrollando más de treinta
proyectos importantes en Aire Acondicionado, Red de Gases Médicos, Vapor de Agua, Sistemas de Bombeo y de Combustibles a nivel de diseño y supervisión; así como en la construcción de obras electromecánicas.
10. Consultor Temporal del PNUD, AID-Honduras, TRI-GEN Corporation e ISOTECH INC, de Miami, Florida.
11. Como autor ha participado en varios congresos y exposiciones, siendo los
principales:
a) Cogeneración y Recuperación Energética para un Sistema de Aire Acondicionado, Sao Paulo, Brasil, agosto 1995, III Congreso Iberoamericano de Refrigeración "CIAR" y V Congreso Brasilero de Refrigeración, Ventilación y Acondicionamiento del Aire.
b) Generador de Energía Térmica a partir de Desechos Orgánicos,
Memoria EXPO-85, Sofía, Bulgaria, septiembre 1985, Congreso y Exposición Mundial de Logros de Jóvenes Inventores.
c) Heat Transfer in Fluidized Bed with Horizontal and Vertical Inmersed Tubes
(coautor), Ciudad del Cabo, Sud África 10-20 enero 1981, Fluidized Combustion Conference/ Energy Research Institute University of Cape Town.
d) Transferencia de Calor en Lecho Fluidizado con Tubos Horizontales Inmersos, Río Claro, Sao Paulo, Brasil, junio 1978, VI Congreso sobre Medios Porosos.
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RESUMEN
El trabajo analiza los ciclos termodinámicos de refrigeración por compresión de vapor y absorción de un gas refrigerante como parte inherente de los sistemas de climatización. Explica y conceptualiza los diferentes sistemas de climatización usados comercialmente, definidos como todo aire, agua-aire y todo agua. Revisa, analiza y explica el comportamiento de la distribución de consumo de potencia por los sectores Residencial, Comercial e Industrial. Dentro de la matriz de Consumo de Energía Eléctrica “CEE” analiza el impacto de los sistemas de climatización para cada uno de los sectores de la economía.
Examina conceptos del desempeño en equipos principales de climatización
según normas estandarizadas y aclara aspectos técnicos de interés para la mejor selección de equipos y sistemas. Establece el porqué de la diferencia en el CEE entre unidades reciprocantes y rotativas. Investiga el comportamiento de las unidades enfriadoras en diferentes modalidades de compresión y el impacto de los equipos complementarios en Unidades Enfriadoras a velocidad constante y variable.
Estudia y conceptualiza cada uno de los elementos que mejoran la eficiencia
global en los sistemas de climatización. Establece comparación en los sistemas de modulación mecánica y electrónica generadores de ahorros de energía en equipos y sistemas complementarios.
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I. FUNDAMENTOS
Los sistemas de climatización tienen su fundamento en el ciclo termodinámico de refrigeración por compresión o por absorción de un gas refrigerante. El ciclo de Refrigeración por compresión se compone de cuatro procesos: Compresión, condensación, expansión y evaporación del gas refrigerante como sustancia de trabajo. En el ciclo por absorción, además de que la sustancia de trabajo y su compresión es diferente, el proceso y equipo de compresión del primero se sustituye por un mecanismo de absorción compuesto por un absorbedor, una bomba, un generador, un regenerador, una válvula de expansión y un rectificador. El primero utiliza una fuente de energía normalmente eléctrica para el compresor y, el segundo, una fuente de calor disponible más económica (Çengel Yunus A. y Boles Michael A., 2003)
1.
La figura 1 ilustra conceptualmente el ciclo de Refrigeración por compresión de un gas Refrigerante. Durante el proceso de compresión el gas refrigerante es comprimido hasta la presión del condensador, alcanzando una temperatura bastante superior a la del medio circundante, valor que es reducido a la temperatura de saturación a presión constante en el proceso de condensación y una sustancia secundaria –aire o agua- absorbe la energía térmica en el condensador. En la expansión el refrigerante se estrangula hasta la presión del evaporador, descendiendo la temperatura del refrigerante por debajo de la del espacio refrigerado durante el proceso. En el proceso de evaporación, el gas refrigerante, en su condición de mezcla saturada de baja calidad, circula por el evaporador y se evapora totalmente absorbiendo el calor del espacio refrigerado por medio de otra sustancia secundaria –aire o agua-. El evaporador descarga el gas refrigerante como vapor saturado al compresor para cerrar el ciclo termodinámico. Este ciclo puede ser de una o varias etapas con algunas mejoras en su funcionamiento.
En la figura 2 se aprecia conceptualmente el ciclo de Refrigeración por
absorción. En este ciclo la sustancia de trabajo es una solución compuesta por un refrigerante y un absorbente, siendo más común la solución acuosa de amoníaco, la de bromuro de litio y la de cloruro de litio respectivamente. En la primera, el amoníaco actúa como refrigerante y el agua como medio de transporte. En las dos soluciones acuosas restantes, el agua es el refrigerante y el bromuro o cloruro de litio el absorbente y medio de transporte. Los dos últimos son más comúnmente
Figura 1: Ciclo de Refrigeración por compresión
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utilizados en los sistemas de climatización, donde la temperatura mínima está por encima del punto de congelación del agua.
En este ciclo, el proceso de compresión se sustituye por el mecanismo de absorción ya indicado. El refrigerante como vapor saturado que descarga el evaporador lo entrega al absorbedor y, mediante una reacción química exotérmica con el absorbente, se disuelve en una solución líquida formada por el refrigerante y el absorbente, liberando calor durante el proceso. La cantidad de refrigerante que pueda disolverse en el medio de transporte es inversamente proporcional a la temperatura, de ahí la importancia de enfriar el absorbedor, a fin de que su temperatura sea lo más baja posible y maximizar
la cantidad de refrigerante disuelto. Esta solución líquida se bombea al generador de absorción pasando previamente por un regenerador. La energía térmica suministrada al generador es absorbida por la solución líquida, evaporándose una parte. El vapor rico en refrigerante pasa por un rectificador que separa el absorbente, retornándolo al generador y, el refrigerante puro de alta presión, circula por el resto del ciclo desarrollando los procesos ya definidos en el ciclo por compresión. La solución caliente, pobre en refrigerante, es enviada al absorbedor pasando previamente por el regenerador, con el objeto de precalentar la solución líquida bombeada al generador, luego es estrangulada hasta la presión del absorbedor y se mezcla con el refrigerante que entrega el evaporador, donde se cierra el ciclo termodinámico.
Al comparar ambos ciclos se encuentra que los sistemas de refrigeración por absorción tienen una ventaja comparativa ya que comprimen una solución líquida en lugar de vapor y, consecuentemente, la potencia suministrada por este proceso es sustancialmente menor, en el orden de 1% del calor suministrado al generador, y operan con una fuente de calor disponible más económica que la energía eléctrica. No obstante lo anterior, son más costosos y voluminosos, menos eficientes, requieren de torres de enfriamiento mucho más grandes y son más difíciles de mantener que los del ciclo por compresión de vapor.
Partiendo de cualquiera de ambos ciclos termodinámicos, se desarrolla la
climatización de ambientes bajo el concepto de enfriamiento o de confort térmico. Así, la climatización es el proceso de tratamiento del aire en un ambiente controlado, con el fin de establecer y mantener los estándares requeridos de temperatura,
Figura 2: Ciclo de Refrigeración por Absorción
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humedad, limpieza y movimiento del aire en una aplicación específica. Para lograr este objetivo se fabrican equipos de refrigeración que corresponden a sistemas todo aire, agua-aire y todo agua; diferenciándose, uno del otro, en el medio de transporte de calor –aire o agua- utilizado para retirar y suministrar el calor de condensación y evaporación respectivamente; así como en los rangos de capacidades pertinentes y algunos accesorios. En una aplicación típica de aire acondicionado, este proceso da como resultado que la sustancia secundaria con que se retira el calor de condensación se calentará y la que suministra el calor de evaporación se enfriará, convirtiéndose en la fuente utilizada directa o indirectamente para climatizar el recinto.
Los sistemas todo aire son unidades con condensador enfriado por aire
expulsado al ambiente exterior y evaporador calentado por aire que climatiza al área controlada. Los sistemas agua-aire son fabricados en dos grupos hidrónicos diferentes: Uno correspondiente a los sistemas de expansión directa con condensador enfriado por agua en un circuito abierto, que a su vez se enfría en un banco de torres de enfriamiento y, el evaporador, es calentado por aire utilizado para climatizar directamente el recinto, denominado unidades autocontenidas. El otro, corresponde a los sistemas de agua helada con condensador enfriado por aire y evaporador calentado por agua en un circuito cerrado de agua helada, haciéndola recircular por unidades manejadoras de aire y/o ventiladores serpentín, donde circula aire para climatizar directamente al área específica. Los sistemas todo agua, por lo general son producidos en unidades paquetes con condensador enfriado por agua y ésta enfriada en un banco de torres de enfriamiento en un circuito abierto, con evaporador calentado por agua en un circuito cerrado de agua helada explicado en el párrafo anterior con los mismos equipos y accesorios complementarios.
II. OBJETIVOS
El trabajo aspira contribuir con sus lectores y participantes en el Congreso para
que obtengan una visión y comprensión clara, sobre: 1. La diferencia entre el ciclo termodinámico por compresión y el de absorción de un
gas refrigerante.
2. Los diferentes sistemas de climatización y componentes principales.
3. La distribución de la demanda de potencia eléctrica por sectores y el impacto de los sistemas de climatización
4. Los elementos que mejoran su eficiencia y ahorran energía. III. DISTRIBUCION DEL CONSUMO DE POTENCIA POR SECTORES
El uso de motores eléctricos en los diferentes equipos y sistemas generan un
impacto importante en el consumo de potencia en los sectores Residencial, Comercial e Industrial; y los sistemas de climatización forman parte de la matriz de consumo. Cada uno de estos sectores ha sido estudiado para Europa y Estados Unidos.
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La figura 3 muestra el
comportamiento de la matriz para el Sector Residencial en USA, en ella se aprecia que el uso de los motores eléctricos es de 61%, 25%, 6%, y 8% respectivamente para acondicionamiento de espacios -calefacción, ventilación y aire acondicionado-, refrigeración, lavandería y otros usos; concluyendo que los motores eléctricos de los dos primeros consumen el 38% de la demanda total de energía del sector residencial de 1,192 TWh/año.
La figura 4 muestra el comportamiento en el Sector Comercial para USA y la
Unión Europea. La distribución en el uso de motores eléctricos del sector es: 27%, 22%, 32%, 8% y 11% respectivamente para acondicio-namiento de aire, refrigeración,
ventiladores, bombas y otros usos; para un consumo de energía eléctrica del 37% de un total de 1,540 TWh/año del sector, siendo dominantes el aire acondicionado, la refrigeración y la ventilación. La figura 5 presenta la distribución en USA y la Unión Europea para el Sector Industrial, determinando que es de: 7%, 17%, 15%, 24% y 37% para compresores de enfriamiento, compresores de aire, ventiladores, bombas y, manejo y procesamiento
de materiales y otros; dando como resultado que los motores eléctricos del sector consumen el 74% de 2,007 TWh/año; con bombas y procesamiento de materiales como usos finales dominantes, seguido de los ventiladores y compresores con un consumo importante, (Nadel S. et al, 2002) 2.
Por otro lado, la disminución del 39% de la intensidad energética de los Estados Unidos de 1975 al 2000 representó al año 2000 una fuente efectiva de energía equivalente a 1.7 veces el consumo de petróleo de los USA, concluyéndose que la Eficiencia Eléctrica “EE” es generalmente la mayor, menos costosa, más benigna, más fácilmente implementable, menos comprendida y menos considerada de
Figura 3: Distribución para el Sector Residencial
Figura 4: Distribución para el sector comercial
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proveer servicios energéticos (Lovins A.B., 2004)
3. Por lo tanto, si
en la matriz de Consumo de Energía Eléctrica “CEE”, los sistemas de climatización con todos sus componentes de equipo y accesorios complementarios ocupan un lugar preponderante; política, económica y socialmente es conveniente que sean eficientes, por lo que los Estados deben impulsar políticas públicas conducentes a promover su uso; a fin de disminuir el CEE por TR producida y demandada y, por ende, indirectamente contribuir a disminuir los niveles de contaminación ambiental por menos demanda de energía térmica. IV. ELEMENTOS QUE MEJORAN LA EFICIENCIA Y AHORRAN ENERGIA
La práctica profesional demuestra que el consumo típico de energía por aire
acondicionado, en nuestros países, oscila entre 35% y 65% de la carga eléctrica total del edificio, dependiendo del sistema, capacidades, características técnicas y el sector de la economía. Los equipos de Aire Acondicionado generalmente son fabricados con capacidades estandarizados que van desde 0.75 Toneladas de Refrigeración (TR) en adelante, según tipo de equipo, necesidades del proyecto y aplicación específica. Comercialmente se ofrecen unidades tanto en el ciclo de compresión como en el de absorción, siendo el primero el más generalizado.
La American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
“ASHRAE” y Air-Conditioning and Refrigeration Institute “ARI” definen la eficiencia del ciclo de refrigeración de los sistemas de climatización en términos del Coeficiente de Funcionamiento “COP”, Razón de Eficiencia Eléctrica “EER”, Razón de Eficiencia Eléctrica Estacional “SEER” y Valor Integrado/Aplicado de Carga Parcial “IPLV”/“APLV”. Estos conceptos son elementos y parámetros estandarizados que facilitan al Ingeniero Consultor seleccionar al equipo principal de climatización más idóneo para una aplicación determinada; como también, establecer una comparación técnica y ética de los diferentes productos y marcas que puedan satisfacer de mejor manera una necesidad específica. A más alto el valor corresponde una unidad más eficiente. Con base a ello el COP: “Es el cuociente de la razón de remoción de calor a la razón de demanda de energía, en unidades consistentes, para un sistema de refrigeración completo o para alguna porción específica del sistema bajo condiciones de operación definidas”
Ecuación 1: ( )( )HBTUconsumidaeléctricaPotencia
HBTUtoenfriamiendeCapacidadCOP/
/≡
Figura 5: Distribución para el Sector Industrial
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Ecuación 1a: ( )( )HBTUgeneradorsumistradaEnergía
HBTUtoenfriamiendeCapacidadCOP/
/≡
La EER: “Es el cuociente entre la capacidad neta de enfriamiento en MBH (Miles
de BTU/H) y la potencia eléctrica demanda en KW bajo condiciones de operación dadas”
Ecuación 2: ( )( )KWconsumidaeléctricaPotencia
MBHtoenfriamiendeCapacidadEER ≡
La SEER: “Capacidad de enfriamiento total de un aire acondicionado durante su
período normal de operación anual en BTU dividido por el consumo total de energía eléctrica durante el mismo período en W-h”
Ecuación 3: ( )( )hWconsumidaeléctricaPotenciaBTUtoenfriamiendeCapacidadSEER
−≡
El IPLV ó APLV: “Cifra de mérito basada en carga parcial de EER, COP ó
TR/KW, expresando la eficiencia a carga parcial para aires acondicionados y equipo de bombas de calor basado en la operación ponderada a varias capacidades de carga del equipo”
Ecuación 4: DCBA
APLVóIPLV/11.0/33.0/39.0/17.0
1+++
≡
Ecuación 4a: DCBA
APLVóIPLV/12.0/45.0/42.0/01.0
1+++
≡
Donde la ecuación 1a corresponde al ciclo de absorción y la 4a es la misma 4
actualizada de conformidad a los últimos descubrimientos. En ecuaciones 4 y 4a: A, B, C y D son la EER a carga parcial de: 100%, 75%, 50% y 25% respectivamente. (ASHRAE Standard 90.1-1999) 4, incluidos en el ARI Standard 550/590
5. Estos conceptos corresponden únicamente al ciclo de refrigeración y solo consideran la capacidad de enfriamiento de la unidad de refrigeración y la potencia consumida por la unidad de compresión o la energía suministrada al generador de absorción respectivamente para el ciclo por compresión o por absorción de un gas refrigerante.
Considerando todo el sistema de climatización, los elementos más destacables
que influyen en la eficiencia global del sistema son los principales componentes consumidores de energía y los sistemas de modulación y manejo tanto del circuito de refrigeración como de agua helada y de aire. En el circuito de refrigeración el elemento con mayor consumo de energía es el compresor. En la compresión del gas refrigerante se utilizan compresores reciprocantes, rotativos tipo scroll, tornillo y centrífugos; que son propulsados por motores eléctricos, a
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combustión interna o por turbinas de gas o de vapor. Se obtienen mejores rendimientos con los rotativos y centrífugos que con los reciprocantes, debido esencialmente a la drástica disminución de la variación del torque de los primeros con relación al segundo (TRANE, 2004)
6 y; por lo tanto, son una fuente principal para el ahorro de energía y cada fabricante ofrece alternativas con tecnologías y desempeño similares. La figura 6 compara al compresor reciprocante con el Scroll.
Bajo el criterio del ASHRAE Standard 90.1 y el ARI Standard 550/590 se
comprueba que el COP de las unidades enfriadoras de agua ha cambiado desde 1977 a la fecha, debido esencialmente a mejoras en los medios de compresión, expansión y transporte de calor.
La figura 7 compara
el desempeño de las unidades enfria-doras reciprocante, Scroll, Tornillo y Centrífugas (TRANE, 2007) 7. En esta gráfica se aprecia que el desempeño global de la primera está por debajo de las rotativas, generando las últimas un ahorro sustantivo en costos de operación.
Figura 6: Comparación del Torque entre compresor reciprocante y el Scroll
Figura 7: Historia del Desempeño Enfriadora de Agua
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En los sistemas de climatización existen otros elementos complementarios que son altos consumidores de energía y que no están incorporados en las ecuaciones 1 a 4a de ASHRAE Standard 90.1 y el ARI Standard 550/590, tales como: Bombas, Torres de Enfriamiento y Ventiladores/Centrífugos que impulsan los fluidos secundarios. En el lado del condensador y del evaporador del circuito de refrigeración, el fluido utilizado para retirar y suministrar el calor del condensador y del evaporador respectivamente –aire o agua- es impulsado por motores eléctricos que proveen la
energía a los ventiladores/ centrífugos –aire-, a las bombas –agua- y al centrífugo tanto de la torre de enfriamiento para enfriar al agua del condensador como al de las manejadoras de aire y ventiladores serpentín que impulsan el aire para climatizar el ambiente controlado; debiendo estos motores ser lo más eficientes posible ofrecidos por el mercado. El Impacto del Equipo Complementario en los Sistemas de Climatización
comparando el porcentaje del consumo de energía de la planta enfriadora con respecto a las bombas de agua helada, bomba de agua de enfriamiento y ventiladores de las torres de enfriamiento, tomando datos de 1970 y los de hoy en día a carga plena y parcial para las Unidades Enfriadoras normales y para las VAV, ha sido estudiado (TRANE, 2007)
8. La figura 8 y la 9 muestran los resultados de su investigación para la Unidad Enfriadora Normal a carga plena y parcial y la del VAV respectivamente, encontrando que desde 1970 a 2007 ha habido una variación por mejoras sustanciales más significativas en las unidades enfriadoras; siendo aún mejor y acortándose más las diferencias en las VAV
Generalmente el equipo complementario opera a velocidad constante independientemente de la demanda del sistema de climatización, esto hace que
Figura 9: Impacto del Equipo Complementario Com- parado con Unidad Enfriadora VAV
Figura 8: Impacto del Equipo Complementario Com- parado con Unidad Enfriadora Normal
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el costo de operación del equipo sea más alto. Por eso es preferible disponer de medios que permitan operar a velocidad variable ayudando a una mejor modulación en función de la carga térmica demandada; permitiendo que el movimiento del fluido secundario pueda efectuarse con unidades de velocidad variable por medio de modulación mecánica o electrónica. Cada fabricante ofrece su propia versión y modo tecnológico de resolver esta circunstancia. Pueden ser utilizados en Manejadoras de
Aire, Ventiladores Serpentín, Bombas y Torres de Enfriamiento y; en algunos casos, en las propias unidades enfriadoras. Ejemplos típicos de los dispositivos electrónicos son los Moduladores de Aire, Turbomoduladores de la YORK, Inversores de Frecuencia de la TRANE, y otros de diversos fabricantes.
Con estos dispositivos se pueden obtener ahorros de energía, ya que en la práctica se ha demostrado que el 98% del tiempo de operación es con demanda a carga térmica parcial y solamente en un porcentaje ligeramente inferior al 2.00% del tiempo lo hace a carga plena; siendo esto más concordante con lo establecido en la ecuación 4a de la ASHRAE Standard 90.1 y el ARI Standard 550/590 para la unidad enfriadora; ilustrándose este hecho en la figura 10. Por consiguiente, estos elementos complementarios son constitutivos de ahorros sustanciales de energía que oscila entre un 20 a 60%, dependiendo del sistema y equipo (YORK, 1992)
9. Con base a lo anterior, si a los propulsores del aire tanto en las Manejadoras de Aire, como en los Ventiladores Serpentín y Torres de Enfriamiento se le incorporan dispositivos mecánicos en la entrada
Figura 10: Variación de la Carga Térmica en función Del porcentaje del Tiempo de Operación
Figura 11: Modulación de Carga Comparan- do el Modulador de Aire y dispo- sitivos Mecánicos de las VAV
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y salida de los centrífugos con diseño de Compuertas de Descarga Regulables, Alabes de Entrada Variable para la circulación del aire o un sistema de modulación electrónica, los ahorros en los costos de operación son importantes; ya que reducen sustancialmente la potencia eléctrica consumida por sus respectivos motores eléctricos (YORK, 1992)
10 y (TRANE, 1994) 11.
Las figuras 11 y 12 ilustran
esta situación particular comparando el sistema de velocidad constante y el de velocidad variable con una gama de alternativas. La primera corresponde a los distintos sistemas de modulación para VAV que ofrece YORK y la segunda para las alternativas que ofrece TRANE; estos mismos dispositivos con similares características los producen los demás fabricantes. En ambas figuras se aprecia que en el pico de la demanda estos sistemas son comparables con los de velocidad constante; ya que en ella operan a plena carga térmica y tienen similar consumo de energía. Su importancia radica cuando el equipo trabaja a carga parcial, que es el 98% del tiempo de operación.
En la figura 11 se aprecia que es mejor el sistema con Modulación Electrónica (Modulador de Aire) que con sus pares mecánicos con Compuertas de Descarga y Alabes de Entrada Variable. Similar circunstancia se aprecia en la figura 12, donde el comportamiento de consumo de energía es más beneficiosa con la Modulación Electrónica (Inversor de Frecuencia) que con sus pares mecánicos como el Ventilador Tipo Blower con Compuertas de Descarga, Ventilador Tipo Aero-Folio con Alabes de Entrada, Ventilador Centrífugo con Compuertas de Descarga, Embrague Corriente Eddy, Ventilador Tipo Centrífugo con Alabes de Entrada y, solamente es ligeramente comparable con el de Velocidad Ajustable por Banda.
Dispositivos que se fundamentan en las leyes que rigen a los centrífugos y
ventiladores, Principios, dispositivos y medios de que dispone el Ingeniero Consultor y, profesionalmente, debe hacer sus diseños consecuente con las características del proyecto en particular y la disponibilidad financiera del mismo; a fin de que su diseño e implementación, esté a la altura de las necesidades del Proyecto con soluciones éticas y responsables, haciendo una obligada comparación técnica y económica de las diferentes alternativas y productos que ofrecen los fabricantes y no limitarse a una sola
Figura 12: Modulación de Carga Comparando el Inversor de Frecuencia y disposi- tivos Mecánicos de las VAV
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marca y tipo de equipo, en procura de llegar a una mejor solución en el sistema de climatización.
Es importante señalar que en la práctica profesional está demostrado que las unidades de los sistemas de climatización con mejor desempeño son más caras que las de menor desempeño, incrementando la inversión con un costo adicional en equipo y accesorios que oscila entre un 10 a 45% del equipo base, dependiendo del tipo de equipo y dispositivos agregados para mejorar su desempeño global. No obstante lo anterior, las primeras tienen costos de operación más bajos que el de las segundas, lo cual es un beneficio en el mediano y largo plazo para el inversionista.
Este elemento es un factor importante, ya que un análisis de costos indica una
tasa interna de retorno favorable por diferenciales en costos de inversión con respecto a los de operación, resultando que la diferencia del costo de inversión es recuperada en un tiempo prudencialmente corto, oscilando entre uno y cinco años, dependiendo del tipo de equipo, capacidad y elementos que incorpore al sistema para mejorar su desempeño global. El resto del tiempo durante la vida útil del equipo con relación al de la tasa interna de retorno, representa un ahorro por costos de operación en compra de energía a los precios presentes con relación a los precios futuros que tienen una tendencia alcista.
En el análisis de costos de operación e inversión, no solamente debe tener
presente el EER y/o el IPLV/APLV, sino que también los resultantes de los elementos complementarios que no están incluidos en los primeros; por lo que el análisis de costos debe ser completo, con lo cual el Ingeniero Consultor beneficia al Inversionista, se prestigia el mismo como persona y profesional y contribuye responsablemente con la sociedad a impulsar sistemas más eficientes y más amigables con el medio ambiente; ya que cada KW-h que se deja de consumir por la operación de sistemas más eficientes representa energía eléctrica que se deja de producir de fuentes contaminantes.
V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 CONCLUSIONES
1. El ciclo termodinámico de refrigeración por compresión de vapor es el más generalizado en los sistemas de climatización, pero no menos importante es el de absorción en aplicaciones puntuales de proyectos específicos que beneficien su utilización.
2. Los sistemas de climatización son altos consumidores de energía ocupando una posición predominante en la matriz de CEE, siendo más relevante en el Sector Residencial y Comercial que en el Industrial.
3. Existen opciones viables técnica y económicamente para disminuir costos operativos de los Sistemas de Climatización, mediante la utilización de equipos más eficientes y/o la incorporación de elementos complementarios que conduzcan a una mejor modulación, adecuándolos a las condiciones del proyecto específico.
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4. Los conceptos de COP, EER, SEER e IPLV/APLV solamente consideran la Capacidad de Enfriamiento de la Unidad de Climatización y la Potencia Eléctrica Suministrada al Compresor o la Energía proveída al Generador de Absorción; por lo que estos se refieren únicamente a la unidad principal de climatización y no considera el consumo del Equipo Complementario.
5. El Equipo Complementario representa un CEE importante en el Sistema de Climatización que debe ser tomado en consideración por el Ingeniero Consultor y el Inversionista conducente a buscar mejores soluciones.
5.2 RECOMENDACIONES
1. El Ingeniero Consultor debe hacer una evaluación completa de equipos, sistemas, elementos complementarios, marcas y costos; tal que lo conduzca objetiva y éticamente a obtener la mejor solución para cada proyecto particular.
2. Aunque exista resistencia para disponer recursos financieros adicionales al proyecto por mejores alternativas tecnológicas; el Ingeniero Consultor debe buscar desarrollar la habilidad de comunicación y convencimiento que le permita vender profesionalmente su proyecto más adecuado, indicando sus bondades y beneficios en un leguaje digerible para el inversionista.
BIBLIOGRAFIA
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McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A de CV. (México); 2003. p. 551-73 2. Nadel S., Elliot N., Shepard M., Greenberg S., Katz G. y Almeida A. “Energy
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5. Air-Conditioning and Refrigeration Institute. “ARI Standard 550/590” 6. TRANE. “Scroll Liquid Chillers, CG-PRC012-EN. American Standard Inc. 2004.
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energía en unidades Enfriadoras”. American Standard. 2007 9. YORK. “Air-Modulator HVAC Variable Speed Control for 5 to 100 HP Motor”.
York Internacional Corporation. 100.03-SG1 (1287). 1992. p. 2-4 10. YORK. “Air-Modulator HVAC Variable Speed Control for 5 to 100 HP Motor”.
York Internacional Corporation. 100.03-SG1 (1287). “Comparasión de sistemas de modulación”. 1992. p. 2
11. TRANE. “Penthouse Climate Changer Air Handler”. PCC-DS-1. American Standard Inc. 1994. p.11
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XXI Congreso Panamericano de Ingeniería
Mecánica, Eléctrica, Industrial y Ramas Afines
COPIMERA 2007
ANEXO N° 3
FORMULARIO DE CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR E INTELECTUALES
DATOS PERSONALES DEL AUTOR
Apellidos y Nombres GALLO NAVARRO JORGE
Documento/Pasaporte B076704
Dirección Completa COLONIA LOMA LINDA, CALLE TR. ORENTES 2769, TEGUCIGALPA, HONDURAS, C.A
País de Residencia HONDURAS
Teléfono/Fax (504) 239-68-68/(504) 239.73-47
E-Mail [email protected]; [email protected]
Título del Trabajo SISTEMAS DE CLIMATIZACION: Elementos que mejoran su eficiencia y ahorran energía
El autor autoriza a la Confederación Panamericana de Ingeniería Mecánica, Eléctrica, Industrial y Ramas Afines COPIMERA, la publicación, difusión, grabación, reproducción y distribución del resumen y de la presentación de su trabajo. El autor conserva plenamente sus derechos de autor e intelectuales. FIRMA: ACLARACIÓN: NINGUNA FECHA: 29 de Agosto de 2007
