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1' E l A H O R R O DE E N E R G E N

A IRE A C O N D I C I O N A D O t4

P O R : MA. DE JESUS ALMARAZ SANCHEZ ".

A S E S O R: DR, JUAN JOSE AMBRIZ GARCIA

DEDICATORIA

A MI ALMA MATER UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

Y A MI ASESOR: EL DR. JUAN JOSE AMBRIZ G. QUIEN ES UN EXCELENTE PROFESOR Y UNA

MAGNlFlCA PERSONA, DE QUIEN HE RECIBIDO APOYO TECNICO, Y LOS PRIMEROS CONSEJOS

EN MI NUEVO CAMINO.

I r

EL AHORRO DE ENERGIA EN AIRE ACONDICIONADO

l. INTRODUCCION.

2. BALANCE TERMICO DE UNA EDIFICACION.

2. l. Intercambio &mico por muros y techumbre. 2.2. Contribuci6nes energbticas por ventanas. 2.3. Efecto de la ventilaci6n. 2.4. Ganancia de energía por equipos y ocupantes. 2.5. Balance general.

3. INSTALACION DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE.

4. CALCULO DE LAS NECESIDADES DE ENERGIA DE UNA INSTALACION DE AIRE ACONDICIONADO.

4. l. Aspectos fundamentales. 4.2. Elecci6n de la disposici6n de los elementos. 4.3. Parhmetros importantes en los procesos de aire acondicionado.

5. METODOS DE ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL.

5. l. Introducci6n. 5.2. Descripci6n de los sistemas de acondicionamiento aire. 5.3. Componentes de un sistema de aire acondicionado. 5.4. Elementos de las instalaciones de calefacci6n. 5.5. Equipos de regulaci6n y control.

6. ANALISIS ENERGETICO DE SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO.

6.1. Metodología de adisis. 6.2. Optimizaci6n energCtica de las instalaciones de aire acondicionado.

7. METODOLOGIA DE DIAGNOSTICO ENERGETICO.

7. l. Revisi6n y Fallas del equipo de acondicionamiento ambiental 7.2. Mediciones 7.3. Propuestas 7.4. Acciones

8. CONCLUSIONES. 9. BIBLIOGRAFIA.

1

AIRE ACONDICIONADO.

1. INTRODUCCION.

pLa funcibn principal del aire acondicionado es procurar condiciones de confort tkrmico,-a jg-p~eso~ aue ocu~an un local. en una nave industrial mantener los controles de los eauiDos baio una atmosfera ----"---- ."__ - -1-. ~ " r - _I_.I 1 1

confiable para su meior rendimiento y que los efectos dañinos de' las variacionesdde temperatura, humedad, concentrackin de polvos y otÍos- elementos no influyan en la operacibn, confiabilidad y vida útil del equipo. En general, cualquier tipo de edificaci6n. En ocasiones es difícil evaluar su participacibn, debido a que la energía empleada en este concepto no es directamente atribuible a la

emmbiente en productividad de la S procesos industriales que requieren de aire acondicionado son poco frecuentes. aunaue que requieren condiciones muy ContrOTadas d

- L"

cuanto a temperitura+&.

na situaci6n contraria, debido a que este rubro llega a de su adecuada seleccibn se deriva la economía de la condiciones de confort. En un edificio comercial, el aire

acondicionado puede llegar a representar entre 1 ,-imt&ciones, en cuanto a i. inversi6_n inicial, y el primer lugar en el consumo de electricidad.

'\En MCxico, cerca del 60% de la poblacibn se concentra en aproximadamente 70 localidades /distribuidas en todo el territorio nacional. Estos asentamientos presentan climas muy variables que van

de los templados hasta los extremosos con temperaturas muy elevadas en verano y muy bajas en invierno. Por ello, el diseño, selecci6nLmantenimiento de los sistemas de aire acondicionado es de

..... ..... . . . . . particular --- -"-.-_I*

~ "" - ~

".-....."..I . . . . . . . ......... -. . . . . . -~

1 Una de las funclDnesAs importantes de un local es la de procurar condiciones confortables a los ocupantes, de acuerdo con el tipo de actividad que tengan que desarrollar en su interior. La diferencia entre el clima exterior e interior produce movimientos de materia y energía a travCs de las paredes de la edificacibn, cuya magnitud depender6 de la eficiencia del revestimiento de la construccibn. En la medida que el edificio o construcci6n est6 bien diseñado, se reducirh los requerimientos de aportaciones externas por aire acondicionado y ventilacibn.

El ambiente externo se caracteriza por diversos factores climhicos como la temperatura, humedad relativa, velocidad y direccibn del viento, radiaci6n solar, etc., que dependen del sitio de la construccibn. El comportamiento t6rmico final de una edificacibn contemplar6 los aspectos climhicos, el sistema de aire acondicionado y las características de los ocupantes y de los dispositivos localizados al interior.

Los mkgenes generales de los límites de confort son :

Invierno( ropaje normal ) .............. .18 . 23 OC Verano ( ropas livianas ) .............. 22 - 28 OC

2

...... ..-. .............. . . . . . . . . . . . . .",.I ........ ~ . . . . ................ ,. ....

sulta evidente que las condiciones climatol6gicas del exterior de un local intervienen directamente condiciones amb?entales interiores. S1 se pretende mantenerlas bajo control, habría que actmi'

alguna apllcacidn de energía so@e determinados sistemas y elementos. Para comprender esto conviene analizar las influencias a que se encuentra sometida toda edificacibn. Las influencias son:

=5r - """-..

0 La temperatura exterior, 0 la radiaci6n solar, 0 la iluminaci6n artificial, 0 la maquinaria existente y

la ocupaci6n de las personas.

El efecto de estas variables es el siguiente:

Temperatura exterior. Si Csta es inferior a la deseada en el interior, el efecto sería de enfriamiento o perdida de calor. Si es superior a la interior, habría un calentamiento o ganancia de calor.

Radiaci6n solar. Su efecto se traducir6 siempre en un calentamiento o ganancia de calor.

IZum'nacibn artificial. Todas las fuentes artificiales de luz son una forma de energía que entra al local o edificio y produce calentamiento o ganancia de calor, en virtud de su eficiencia de conversi6n.

Maquinaria. La maquinaria para la producci6n o auxiliar utiliza energía para su funcionamiento y una parte de ella es disipada al ambiente a causa de las inevitables perdidas; en consecuencia, la maquinaria produce calentamiento o ganancia de calor.

Personas. La ocupacibn por personas genera calor y origina UM ganancia de calor, cuya cantidad depende del tipo de actividad desarrollada.

La ganancia o perdida de calor se expresa normalmente en kilocalorías por hora (kcallh). Es decir, se considera como el calor que fluye a traves de un muro, ventana, o como el flujo de calor equivalente al efecto de la radiaci6n solar o al flujo de calor desprendido por las personas. Además, hay que considerar que las variables anteriores influyen tambiCn sobre el grado de humedad del local.

Las tknicas modernas de acondicionado empiezan por aprovechar al mbimo las oportunidades que ofr o bioclimhtico de las edificaciones, en las cuales se aprovecha al mbimo la ilumi nada por el sol, las corrientes de viento que pueden ventilar o enfriar, la orientaci6n adecuada de los edificios para disminuir o incrementar la contribuci6n solar, el uso de materiales aislantes para intercambiar menos energía con el exterior, etc. Por lo anterior, antes de discutir sobre los componentes de un sistema de aire acondicionado, se presentará una forma de evaluar los factores que intervienen en el comportamiento t6rmico de UM edificacibn.

L -

3

J

2. BALANCE TERMICO EN UNA EDIFICACION.

El balance grmico, consiste en analizar todas las ganancías o pCrdidas de calor que afectan el local a acondicionar, para seleccionar el tipo de acondicionamiento de aire a utilizar.

En el acondicionamiento la mayoría de las ganancias de calor ocurren dentro del horario de trabajo y de la hora de mimima aportacibn solar, para lo cual se requiere hacer el balance tCrmico para determinar la capacidad del equipo que se vaya a requerir.

Los elementos m h importantes en el balance del consumo de energía de una construccibn son:

a) Dimensiones del local

b) Cortes y acabados de muros y techumbres

c) Interdependencia entre la construccibn y el clima exterior (radiacibn solar, infiltraciones, etc.).

d) puertas y ventanas

e) Energía proporcionada por los ocupantes, equipo y aplicaciones internas.

9 Energía introducida por la instalacibn de aire acondicionado.

En la figura 1 se muestran, esquematicamente, los flujos de energía cuando se requiere aire acondicionado; en la figura 2 se observan dichos flujos de energía en una instalaeibn cuando se requiere calefacción.

Para analizar de manera riipida la forma que se comportarti una construccibn, respecto a su interaccibn con el entorno, conviene explorar que pasa en condiciones extremas de clima: temperaturas mínimas y mimimas, energía solar incidente, humedad, etc. De esta forma es posible evaluar lo que sucede al variar la orientacibn, materiales de construccih, geometría, ventilacibn, etc., y su efecto en el clima interior, hasta lograr el diseiio m& adecuado.

Para realizar el balance se debe estudiar el intercambio de energía a travCs de las fronteras del sistema como consecuencia del gradiente de temperatura entre el interior y el exterior de la construccibn, adem& del calor generado por los ocupantes y el disipado por miiquinas y utensilios empleados en el interior de la edificacibn.

2.1. Intercambio t6rmico por muros y techumbre.

Un manera inicial que disminuye el consumo de energía, es el acondicionamiento t6rmico del local. Un local construído con materiales p6treos comparado con otro aislado t6rmicamente tendrii consumos hasta de 35 % m& por concepto de uso de aire acondicionado, mientras que el aislado tkrmicamente ademh hace que el mantenimiento de los equipos se prolongue.

4

La ganancia y perdida de calor para esta parte de la edificacibn esa regida por fenbmenos de conduccibn y conveccibn, cuyas ecuaciones pueden expresarse por:

para los muros:

5

"...

Figura 1. Balance energkico de una editicaci6n durante la estaci6n de aire acondicionado.

A . SIN HABITANTES INSTALACION HVAC

Figura 2. Balance energkico de una edificaci6n durante la estaci6n de calefacci6n.

A SIN HABITANTES

6

para los techos:

Qt = Ut At U', - Td

donde:

U = coeficiente global de transferencia de calor para el muro o el techo (w/m2 "C).

A = Area del sistema considerado (m2).

T,, = temperatura ambiente ("C).

T, = temperatura interior ("C).

T, = temperatura sol-aire ("C). (MAS adelante se mostrara su forma de dlculo).

Cuando se tienen sistemas compuestos, como pueden ser las paredes o techos, el coeficiente global de transferencia de calor (U), se calcula con la ecuaci6n:

n

i = l U = 1 [(l/h,) + (E ei/k,) + (l/h,)] (3)

donde:

h, = coeficiente de convecci6n que depende de la velocidad del aire exterior, y que se calcula mediante:

h, = 5.7 + 3.8 V, (W/m2 "C), con:

V, = velocidad del viento (m/s).

hi = coeficiente de convecci6n que depende del aire interno. Para aire quieto su valor es de 9.36 W/m2 "C [I].

ei = espesor del material (m).

k, = conductividad tkrmica del material.

La temperatura sol-aire (Td, se define como aquella temperatura que produciría el mismo efecto tkrmico que la radiaci6n que incide sobre la techumbre, m& la temperatura del aire. Se calcula con la siguiente ecuaci6n:

7

T, = T d + [(l/h,J(e I, + (Y DR)]

donde:

h, = coeficiente mixto de transferencia de calor por convecci6n (h,) y radiaci6n (h,).

E = emitancia de la superficie.

(Y = absorptancia de la superficie.

I, = intensidad de la radiaci6n solar sobre una superficie horizontal (W/m2).

DR = diferencia entre la radiaci6n de onda larga, que proviene del cielo y medio ambiente y que incide sobre la superficie, y la emitida por un cuerpo negro a la temperatura ambiente (DR = O para superficies verticales).

El coeficiente hOi se calcula sumando las contribuciones de h, y h,; este último se calcula con la siguiente expresión:

h, = 4 u E,F (W/m2 "C) (6)

donde:

E, = emitancia infrarroja de superficie.

u = Constante de Stefan-Boltzmann

T = Tamb + TH Un valor comúnmente empleado es el de [2]:

h, = 5.6 W/m2 "C @ 20°C

El valor de la diferencia de radiaci6n se calcula como sigue:

DR = U { [(l + COS y)/2]. [T,: - Td4])

+ m 1 + COS y)/21.[~,~ - ~ ~ 2 1 1 ( 7 )

donde:

y = hngulo de inclinaci6n del techo. Si es horizontal, y = O.

8

Tci = Temperatura del cielo ("C).

Tci = 0.0552 T,:.'

T, = temperatura de los alrededores ("C).

T, = Tab + 10

2.2. Contribuciones energ&icas por ventanas.

Una de las maneras de disminuir la energía por este concepto es hacer uso de la " pelicula reflectiva ", con la cual mejoramos el aprovechamiento de la energía utilizada y hace que la ganancia de calor disminuya. Para calcular la ganancia de calor a travks de las ventanas se puede emplear la siguiente ecuaci6n:

Q, = A, I e

donde:

A, = Area de la ventana (m').

I = intensidad de la radiaci6n solar incidente (W/m').

8 = factor de ganancia solar del cristal de la ventana. (figura 3).

Otra ecuaci6n que se puede aplicar en el dlculo del intercambio de energía a travCs de las ventanas es:

donde:

U, = coeficiente global de transferencia de calor. A, = Area de la ventana.

2.3. Efecto de la ventilacibn.

Para evaluar la cantidad de energía que entra o que sale a la edificaci6n por efecto de la ventilaci6n, se puede recurrir a la expresi6n siguiente:

9

Q,, = 1,300 M ( T d - T J donde:

M = es el flujo de aire (m3/s).

En el valor de la constante se involucra la densidad y el calor específico del aire.

Ventilaci6n por viento:

Se calcula con la siguiente ecuación:

M = E A, V, (13) donde:

E = factor de efectividad de las aberturas. Toma un valor de 0.5 a 0.6 para vientos perpendiculares y de 0.25 a 0.35 para diagonales.

A, = Area de entrada de la abertura (m2).

V, = velocidad del viento (m/s).

Ventilaci6n por Eradientes t6rmicos:

La siguiente expresión permite evaluar su contribuci6n:

M = O . l 1 6 A V h ( T & - T J

en donde:

h = distancia entre la abertura de entrada y de salida (m).

Cuando el Area de las aberturas es diferente, para calcular A se utiliza el Area m& pequeña y se le suma el incremento determinado mediante la curva de la figura 4.

2.4. Ganancias de energía por equipos y ocupantes.

Las ganancias originadas por la presencia de equipos electro-mdnicos se calculan con la ecuaci6n:

Q, = W (1 - e& (15)

10

donde:

W = potencia del motor 0.

e, = eficiciencia del motor.

La aportación de calor de los ocupantes (QA depende del tipo de actividad que se desarrolle, normalmente se obtiene de datos tabulares como los de la referencia [3].

2.5 Balance general.

Finalmente, el balance térmico de la edificaci6n serh la suma algebraica de las diferentes contribuciones:

11

1.0

0 . 8

0.6

0.4

0.2

O.

altura solar

F m 3. Factor de ganancia a travb de las ventanas.

. . - . ..

% 40

I n 30

O O

Relacien del tamafio de las salidas con respecto a las entradas.

12

3. INSTALACION DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE. Una vez que se han determinado las cargas ermitas y expuesto los conceptos fundamentales de psicrometría, es posible estimar que Debe tenerse en cuenta que el equipo las condiciones de cargaque se requieran en el momento.

Los sistemas de aire acondicionado, tanto loxunitarios como los -os, se basan cada vez m k 53 conjuntos t o t a m s y probados en la fiibrica que incorporan circuitos de refrigeración completos provistos de la totalidad de los elementos y controles necesarios para el manejo, protección y regulación de su funcionamiento.

Los sistemas m& comunes que se utilizan en aire acondicionado son: ‘V Aire acondicionado anual.- se puede tener enfriamiento y calefacción durante todo el año.

Aire acondicionado temporal.- solo se tiene calefacción o enfriamiento.

Ventilación mechica.- sistema por medio del cual se logra cambiar el volumen de aire contenido en un local, en un período de tiempo determinado, en sus dos sistemas, inyección y/o extracci6n.

Una instalación de acondicionamiento de aire debe controlar los cuatro pariimetros bkicos del aire en el interior del edificio, es decir: -

a) la temperatura b) la humedad c) la pureza

de aire

Las relaciones que se establecen entre el aire y la cantidad de humedad que contiene Cste, a s í como las distintas variables que se utilizan en el estudio del acondicionamiento del aire, son el punto principal de acci6n.

La temperatura y la humedad del aire definen su estado termohigromktrico y esth relacionados según se observa en el diagrama psicom6trico (figura 5). La pureza y el número de cambios de aire esth tambi6n en relación mutua ya que la pureza del aire es función de la entrada a la edificación de aire externo, debidamente filtrado, el cual se mezcla con la fracci6n del aire que es recirculado.

Se entiende por -absoluta a la cantidad de vapor de agua expresada por unidad de masa de aire seco (kg agua/kg aire seco); mientras que la hum * a es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenida en una determinada cantidad !!%!!!%respecto al vapor que satura el volumen del aire, y que depende de su temperatura.

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En una instalacibn de aire acondicionado pueden tener lugar cinco tratamientos bhicos del aire:

a) Enfriamiento sin cambio de la humedad absoluta. -=4

b) Enfriamiento con deshumidificacibn.

c) Humidificacibn (isoentiilpica).

d) Calentamiento sin cambio de humedad absoluta.

e) Mezcla de las corrientes de aire en condiciones termohigrométricas diferentes.

En la figura 6 se representan grhficamente los tratamientos mencionados. En la seccibn de tratamiento de aire en una unidad de acondicionamiento (figura 7), el calentamiento se realiza mediante baterías espirales de aleta calentadas con resistencias elktricas o con agua caliente de la instalacibn térmica. El enfriamiento del aire tiene lugar en gracias a las mismas baterías que son enfriadas por agua helada proveniente del sistema de refrigeracibn o directamente por la evaporacibn del refrigerante de la instalación de enfriamiento. Cuando durante el enfriamiento se alcanza la temperatura de saturacibn, ocurre la condensacibn del agua. Con el enfriamiento posterior, el agua se condensa en forma de gotas y la humedad total disminuye. Para obtener la humidificacibn del aire se introduce agua mediante su atomizacibn en una superficie amplia.

15

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1 !# S .CI CI'

O

En una unidad de acondicionamiento de aire tambiCn son necesarios a distribuir el aire tratado en las diferentes zonas del edificio mediante ductos de 8 , 9 y 10 se muestran algunos diagramas de posibles esquemas de funcionamiento de unidades de acondicionamiento de aire, a s í como las transformaciones termohigromktricas del aire tratado.

Como se puede apreciar, ior sino que se extrae UM cierta cantidad de aire ambiente se reducen drhticamente las necesidades energkticas de la instalaci6n de acondicionamiento de aire.

El aire sufre diversos cambios al pasar de una condici6n a otra dandose a estos cambios el nombre de procesos. El conocimiento de estos procesos y de la forma de como realizarlos, es la base para proyectar instalaciones de aire acondicionado de UM manera m h 6ptima.

A M E

- . -

T TEMPERATURA X = HUMEDAD ABSOLUTA DEL AIRE E ENTALPZA DEL AIRE

17

Figura 7. Sección de tratamiento de aire en una unidad de acondicionamiento.

AIRE RECIRCULADO

F I LTRO BOBINA DE PRECALENTAMIENTO

BOBINA DE ENFRIAMIENTO Y DESHUMIDIFICACIC t

SEPARADOR DE GOTAS 'D

BOBINA DE POSTCALENTAMI ENE,

AIRE EXTERNO

. . a

CONDENSADOR DE AGUA HACIA AFUERA ' CONDENSADOR DE AGUA HACIA AFUERA

, AGUA HACIA ADENTRO b

Figura 8. Instalación de acondicionamiento de aire D- ambiente Único.

DE EXTRACCIONi -1 VENTILADOR

o c

A:' I I 1 I-HUMIDIFICADOR I

A I R E EXTE

18

ITAN

.-

!ENTO

F'igura 9. Instalaci6n de acondicionamiento de aire para ambientes múltiples.

EXTRACCIO

SEPARADOR DE GOTAS . . '

. e.

Figura 10. Instald6n de acondicionamiento de aire m n doble conducci6n.

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L DE IIDIFIC ENFRI

ACION Y AH I ENTO

HUMIDIFICADOR Y SEPARADOR DE GOTAS 19

- - * - - - -"""-"I " """"""Y"&O"LY YO -**o

para un e d i f i c i o de oficinas. =*.y"*m **. *y"""" " "-~""----------

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AIRE RECIRCULADO BOBINA DE

ENFRIAHIENTO HELADA

AIRE EXTERNO

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3 .

20

4. CALCULO DE LAS NECESIDADES DE ENERGIA DE UNA INSTALACION DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE.

4.1 Aspectos fundamentales.

Para calcular las necesidades de energía de una instalaci6n de acondicionamiento de aire se deben contemplar los siguientes rubros:

a) Definir las condiciones del proyecto, es decir las condiciones del lugar, condiciones exteriores y condiciones interiores establecidas.

b) Calcular la carga térmica y elegir las condiciones psicrombtricas del aire que entrara a la construcci6n.

c) Elegir el tipo de instalaci6n y realizar los dlculos psicométricos basados en el diagrama de Mollier .

d) Medir los componentes de la instalaci6n.

Condiciones generales.

Para invierno la temperatura de diseño interior serA de 21 OC y humedad relativa del 30 76 al 35 % . La ASHRAE establece que la velocidad del aire dentro de los locales deber& estar entre los 4.5 m/min y los 12 m/min.

Condiciones del lugar.

Se debe tomar encuenta el lugar del edificio; latitud, longitud, altitud y presi6n barométrica.

En las condiciones exteriores se debe hacer mediciones y calculos de :

- Temperatura de bulbo seco. - Temperatura de bulbo humedo. - Temperatura de rocío. - Humadad específica. - Entalpía. - Humadad relativa.

21

Analísis de Cargas Térmicas

Para una estimaci6n de la carga de refiigeraci6n es fundamental el estudio de los componentes de carga en el espacio a acondicionar, para lo cual se dividirii en dos grupos: cargas térmicas variables y cargas térmicas fijas.

Las cargas térmicas variables son aquellas que a diferente hora varian, por circunstancias externas e internas y son principalmente:

a) Orientacibn del edificio: Efectos del sol, temperaturas del aire etc.

b) Ocupantes: Número, tiempo de ocupaci6n y actividad

c) Ventilaci6n: metros cubicos por persona o por metro cuadrado.

d) Horario del funcionamiento del sistema ( 12, 16 o 24 hrs del día ).

e) Funcionamiento continuo o intermitente.

Las cargas térmicas fijas son aquellas que sin importar la hora son constantes y no les afectan las condiciones externas y son :

a) Dimensiones del local: Largo, ancho y alto.

b) Ventanas: Dimensiones y situaci6n.

c) Puertas: Situacibn, dimensiones y frecuencia de empleo.

d) Alumbrado, equipo y motores .

Las ecuaciones de conservaci6n para el ambiente que se desea acondicionar son:

W, + mh, = M + A hl+, ( 17) . . m = M A x

donde:

M = flujo de aire seco introducido en el ambiente (Kg/s)

A hl+, = aumento de entalpia (diferencia entre las entalpías que corresponden a los estados psicométricos del aire ambiente y el aire que proviene de la instalaci6n de acondicionamiento de aire e introducido en el ambiente).

22

El cambio de entalpía es debido al flujo &mico W, y a la introducci6n, en el ambiente, de agua con la entalpía h,. El flujo tkrmico es la suma algebraica del calor que entra, proveniente del ambiente, y el calor que proviene del aire introducido. La cantidad de masa m corresponde al flujo mhico de vapor de 'agua producido en el ambiente mediante fuentes específicas o mecanismos fisiol6gicos de la respiraci6n y del sudor de las personas:

h, = h, = r, + cpvT = 2500 1.9 T

La ecuaci6n (18) es el balance de masa del sistema; A x es el incremento de humedad específica debido a la entrada del flujo de agua m y corresponde a la diferencia entre los valores de la humedad específica en relaci6n con los estados psicomCtricos del aire en el ambiente y del aire tratado cuando se introduce en el ambiente.

La ecuaci6n es la misma si el agua es introducida en forma líquida o gaseosa. Entonces se tiene:

Cuando m corresponde a la cantidad de flujo de masa de agua líquida se encuentra generalmente en forma de aire acondicionado, debido a los fen6menos de humidifaci6n y deshumidificacidn que tienen lugar en las unidades de acondicionamiento de aire. W, es denominado calor sensible y mh, calor latente.

De la ecuaci6n anterior se obtiene:

Esta ecuaci6n da la inclinaci6n de la denominada línea de carga, que caracteriza el volumen interior del aire acondicionado. En esta línea estb todos los puntos correspondientes a los estados psicomCtricos del aire relativos a las ecuaciones 17 y 18. El segmento de la línea estrecha que conecta el punto de diseiio representativa del estado de entrada representa la transformaci6n termohigromCtrica del aire introducido en la habitaci6n.

Los valores de dh,+,/dX se indican en los lados del diagrama de Mollier; el valor infinito corresponde a la inclinacidn que caracteriza la transformaci6n psicromktrica sin cambios de la humedad específica; el valor O corresponde a las transformaciones isoentíllpicas y a los valores negativos correspondientes a la estacidn fría, cuando el flujo de calor transmitido al aire ambiente es negativo, es decir que el calor es transmitido del aire al exterior.

TambiCn se acostumbra utilizar el siguiente parámetro, denominado factor t6rmico del ambiente e indicado a un lado del diagrama de Mollier:

2 3

4.2. Eleccih de la disposici6n de los elementos.

Una vez determinada la carga thrmica de la edificación, el diseñador puede elegir entre las diferentes condiciones psicrométricas del aire a introducir. El confort thrmico de los ocupantes y el consumo de energía son dos factores importantes a considerar en el momento de efectuar la elección.

En la temporada cálida, puede ser conveniente introducir el aire con una temperatura mínima, de acuerdo con la fuente de frío disponible. En este caso, la diferencia miixima de entalpía debería ser producida con la mínima cantidad de flujo de aire y, por lo tanto, usando un conducto y una potencia en el ventilador mínima. De otra forma, la corriente de aire frio podría molestar a los inquilinos. Un buen sistema de distribución debe mezclar el aire frío con el aire ambiente, disminuyendo su velocidad e incrementando su temperatura. En la práctica, la temperatura del aire acondicionado que se introduce en una edificación no debe ser inferior de 8 a 10°C de la temperatura del ambiente.

El estado psicométrico del aire que se introducirii en el interior de una construcción está determinado por dos condiciones:

a) Debe corresponder a la línea estrecha dh/dx que caracteriza el ambiente que será acondicionado y que pasa a travks del punto representativo de las condiciones del proyecto.

b) Debe corresponder a la línea isotérmica que caracteriza la temperatura elegida para el aire introducido.

Los parámetros en los que es posible intervenir son: carga térmica W,,, las condiciones termohigrométricas del aire introducido y las condiciones de confort que deberían ser mantenidas en el ambiente acondicionado.

Se pueden efectuar ahorros sustanciales de energía en tres Areas principales:

La reducción de la carga de acondicionamiento de aire puede efectuarse mediante la disminución de las contribuciones positivas al balance, como la radiación solar, con el uso de vidrios reflejantes, persianas o protecciones, orientando adecuadamente las ventanas, empleado aislantes térmicos, etc.

Mediante la selección de un sistema de distribución adecuado del aire de alimentación, de manera tal que permita seleccionar una temperatura baja del aire acondicionado que entra y por ende, una menor cantidad de flujo másico.

Mediante la elección de condiciones termohigrométricas menos extremas.

24

"-

4.3. Padmetros importantes en los procesos de aire acondicionado.

El punto de rocío. Es aquella temperatura a la que tiene lugar la condensaci6n del vapor de agua contenida en el aire. Si una superficie se encuentra por debajo de la temperatura de rocío y se pone en contacto con el aire, se producir6 sobre ella la condensacibn del vapor de agua y, entonces, el aire se seca o pierde humedad. Temperatura húmeda. Es la temperatura que se lee en un term6metro de mercurio convencional, cuyo dep6sito estA recubierto con UM tela fina, empapada en agua y situada en contacto con el aire húmedo ambiente. Si este aire no est5 saturado, existir6 una tendencia a la evaporaci6n del agua de la tela, con extracci6n de calor del propio aire; tanto mayor cuanto mayor sea la evaporaci6n entre m k seco est6 el aire.

Aire seco. Se le llama aire seco al desprovisto de vapor de agua. En psicrometría se considera que el aire seco se comporta como un gas perfecto y se pueden aplicar las leyes de los gases ideales. Se asigna un valor de 29.27 m/"K a la constante universal de los gases para el aire seco.

Calor especrfico del aire. Para una presi6n de 760 mm Hg, el calor específico del aire seco tiene un valor de 0.24 kcal/kg"C. Entalpía del aire seco. Es la cantidad de calor que contiene el aire seco. En la pr6ctica y como referencia se toma como valor cero de la entalpía del aire el que correspondería a una temperatura de 0°C y una presi6n de 760 mm de Hg. Por lo tanto, la entalpía de un kg de aire seco a la temperatura t se expresa con la f6rmula:

ha = 0.24 t (23)

donde:

h, = es la entalpía del aire seco en kcallkg t = es la temperatura de bulbo seco en "C

- Temperatura de bulbo seco. Es la temperatura indicada por un term6metro ordinario y se expresa en grados centígrados.

- Vapor de agua. Como ya se ha indicado, el aire atmosf6rico contiene UM cierta cantidad de vapor de agua, normalmente en estado de vapor sobrecalentado, ' a baja presi6n parcial y baja temperatura.

- Calor especrfico del vapor de agua. En lo se refiere al campo del aire acondicionado, se ha adoptado como calor específico del vapor de agua el valor constante de 0.46 kcal/kg "C.

- Entalpía del vapor de agua. Es la cantidad de calor que contiene el vapor de agua. Se toma como origen de la entalpía, el correspondiente al líquido saturado a O "C. El valor de la entalpía del vapor de agua se define por la siguiente expresi6n:

25

h, = 595 + 0.46 t (kcal/kg) (24)

El valor de 595 kcal/kg se refiere al calor de vaporizaci6n necesario para evaporar un kg de agua desde la fase líquida a la de vapor saturado.

- Aire saturado. Significa un estado del aire húmedo, a una determinada temperatura, en el que la fracci6n de vapor de agua ha alcanzado el mhximo posible. Cualquier incremento en la cantidad de vapor 'de agua en el aire saturado ocasionarti su condensaci6n o la formaci6n de niebla.

Diagramas psicrom6trícos.

Como ya se ha visto, existen una serie de magnitudes variables y conceptos que definen las diversas características del aire húmedo, a saber:

- Temperatura de bulbo seco, - temperatura de bulbo húmedo, - temperatura de rocío, - humedad específica, - humedad relativa, - entalpía, - calor latente, - calor sensible.

AdemAs de las características intrínsecas de los gases:

- Calor específico del aire seco, - calor específico del vapor de agua, - volumen específico, - presiones parciales de vapor de agua.

Todas estas variables y magnitudes esan íntimamente relacionadas entre si en una determinada mezcla de aire, y conociendo dos de ellas se pueden conocer todas las demL. De igual manera, conociendo las características de los estados diferentes del aire húmedo se pueden conocer todas las características de sus mezclas.

Existen diferentes tipos de diagramas psicomktricos; los mAs conocidos son el diagrama de Mollier, el de Carrier y el ASHRAE. Los diagramas mAs comunes se refieren a una presi6n normal de 760 mm Hg y a 1 Kg de aire seco, con un contenido variable de vapor de agua.

26

Transformaciones psicrom6tricas.

Los diagramas psicom6tricos son la herramienta fundamental para analizar y estudiar cualquier tipo de evolución y proceso a sufrir por el aire húmedo, en los sistemas de climatizacibn, y para determinar las condiciones del aire, las cantidades de calor puestas en juego en los procesos, el dimensionamiento de los componentes de los sistemas de climatización (acondicionamiento), los flujos de aire a tratar, el dimensionamiento de los ventiladores, las potencias caloríficas y frigoríficas, el dimensionamiento de baterías de calefacción y refrigeración, las necesidades de deshumidificación o de humidificacibn, etc .

A continuación se describen, de un manera sencilla, los principales procesos a los que se somete el aire húmedo en la tknica de aire acondicionado, con ayuda del diagrama de Carrier. Conviene señalar que sobre los diagramas psicromCtricos todas las magnitudes se refieren a 1 kg de aire seco. En la prhctica los flujos miisicos o gastos se expresan miis frecuentemente en m3/hora que en kg/hora. Se toma como valor de referencia del volumen específico como 0.833 m3 por kg de aire seco, que corresponde al denominado "aire esdndar", definido como aire seco a una presibn de 760 mm de Hg y a una temperatura de 2 l. 1 "C.

Es conveniente representar el tratamiento del aire en un diagrama psicrom6trico.

Las ecuaciones correspondientes, aplicando el principio de conservación de la energía y la materia, para un climatizador que trate aire exterior y aire de retorno son:

donde: h = entalpía en cal/g de aire seco, x = relacibn entre las masas de los dos gastos = MJM,, W = humedad de aire en g de agua/g de aire seco, m = indicador de mezcla de aire, r = indicador de aire de retorno, e = indicador de aire exterior.

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Aunque la temperatura exacta de la mezcla se puede obtener en el diagrama psicrométrico, un valor aproximado se consigue gracias a la expresibn:

t , + x t , t, = """"""""""_

l + x

donde: t,,, = temperatura seca del aire en "C

De esta manera el calor específico del aire seco, cuyo valor es de 0.24 kc allkg "C, se puede tomar como 0.24/0.833 = 0.29-expresado en kcal/m3 " C , para los dlculos de transferencia de calor aplicados a flujos o volúmenes de aire expresados en m3.

Asimismo, las lecturas establecidas en los diagramas para la humedad específica vienen en gramos de vapor de agua por kg de aire seco, y para su conversibn a gramos de agua por m3 de aire seco se deberhn multiplicar por 1.2 (U0.833).

Lo mismo sucede con la escala de entalpías, que en los diagramas se dan en kcal por kg de aire seco y para convertirlas a kcal por m3 de aire seco se deberhn multiplicar por 1.2.

Ejemplo de como utilizar un diagrama psicométrico.

Se tiene aire a 25 "C (temperatura de bulbo seco), con una humedad de 50% (obtenida por medicibn con un higrbmetro); el punto A, interseccibn de la vertical, por el punto de 25 "C en la escala de temperaturas y la curva de 50%, permite reconocer (figura 13):

0 una recta de contenido de vapor de agua constante u horizontal por A, que corta la escala de contenido de vapor en los 0.010 kg/kg;

0 una recta de temperatura húmeda constante o recta inclinada que, pasando por A, corta la curva de 100 % , en un punto por el que pasa la recta de temperatura constante correspondiente a 18 "C.

0 una recta de entalpia constante o recta inclinada del haz provisto de escala auxiliar (kcal/kg) y que corresponde a una entalpía de 12.1 kcal/kg.

Con el ejemplo anterior es fhcil comprender cuhles son los cambios que puede experimentar el aire húmedo cuando, estando a unas condiciones dadas, se pone en contacto con una superficie fría a una temperatura inferior al punto de rocío del aire. Se producirh una condensacibn que harh que el aire se seque (perdiendo humedad absoluta) y, al mismo tiempo, se enfríe aproximadamente a la temperatura de la superficie. El enfriamiento depender¿í de las condiciones en que tenga lugar la transmisibn de calor.

2 8

5. METODOS DE ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL.

5.1. Introducci6n.

Existen cuatro metodos o tratamientos distintos para lograr el acondicionamiento ambiental: Ventilacibn. Calefaccibn. Refrigeracibn. Humidificacibn y deshumidificacibn.

Ventilacidn.

El proposito de la ventilacih es el de proporcionar confort y garantizar el nivel de oxígeno requerido en el lugar a acondicionar, a s í como el diluir la concentracih de contaminantes , remover el calor generado y eliminar olores; Mediante el empleo de la ventilacibn se mantiene y controla el grado de pureza del aire de un recinto; ademh, ayuda a mantener niveles aceptables de temperatura y humedad. El consumo de energía por este proceso se debe a los siguientes aspectos:

a) Para mover el aire a traves de los conductos existentes entre el aire ambiente limpio exterior y el espacio interior a acondicionar.

b) Para calentar el aire exterior (en climas fríos) hasta la temperatura interior seleccionada.

c) Para enfriar y secar el aire exterior caliente y húmedo (en kpocas de clima dido), hasta alcanzar las condiciones interiores requeridas.

La energía empleada es funcibn directa de la cantidad de aire a manejar; por ello el flujo mhico del aire exterior a introducir a un local debe ser cuidadosamente calculado para no sobredimensionar la potencia del equipamiento necesario. Así mismo, debe tenerse precaucih de disminuir y controlar las infiltraciones no deseadas de aire externo. En la tabla 1 se presentan algunos valores sugeFidos de los valores recomendados de niveles de ventilacibn.

Los valores de flujo de ventilacibn requeridos son independientes de la climatizaci6n que se proporcione a un determinado espacio

Calefaccih de aire. En general este tratamiento afecta únicamente al control de la temperatura del ambiente. Para conseguir lo anterior se utilizan tknicas basadas en las distintas formas de transferencia de calor, que son:

- Conduccibn, - conveccibn, - radiacih.

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Donde el papel que desempeiia la transferencia de calor por radiación es muy importante, no sólo desde el punto de vista de la transmisión de la energía calorífica a los distintos fluidos, sino tambiCn desde el punto de vista de la fisiología humana.

Tabla 1. Valores de ventilacidn recomendados.

APLICACION Flujo de aire exterior [m3/h persona]

Viviendas

Teatros y cines

40 Habitaciones privadas

10 Almacen

100 Escuelas

20 Bancos

15 Fiíbricas

50 Salas de reuniones

20 Despachos y oficinas

50 Cocinas

40 Cafeterías

20 Restaurantes

10

10

Laboratorios 25

El cuerpo humano es muy sensible al efecto de superficies a temperatura m h alta o m h baja que la temperatura propia. Para proceder a la calefacción de un ambiente es preciso calentar el aire del mismo hasta una temperatura adecuada o bien calentar únicajnente las personas y en menor grado el aire ambiente.

En el primer caso el mecanismo de la transmisión de calor se basa fundamentalmente en la convección; el aire ambiente caliente intercambia calor con el cuerpo humano bhicamente por convección. El calentamiento del aire ambiente podrií hacerse de muy diversas maneras, contando con una fuente calorífica básica que puede ser muy variada. Si se pretende calentar fundamentalmente las personas, habría que recurrir a sistemas que utilicen la transmisi6n de calor por radiación. Desde el punto de vista energktico, la calefacción es un proceso que utiliza energía por dos motivos:

a) Generación de calor para compensar las perdidas experimentadas por los locales. b) Transporte y distribución del calor.

30

152477

Refrigeracidn.

Mediante la refrigeración se pretende controlar la temperatura ambiente de un local y de modo indirecto la humedad mhima del mismo. Normalmente el enfriamiento y deshumidificación del aire se realizan empleando baterías de refrigeración o intercambiadores de calor, constituidos por un haz de tubos situados en varias capas paralelas (varias hileras de tubos), cuya superficie de intercambio se aumenta al disponer sobre los tubos unas delgadas aletas mealicas, perpendiculares al eje de los tubos y paralelas al flujo de aire. Por el interior de los tubos fluye agua fría o un refrigerante a baja temperatura.

La evolución que experimenta el aire al pasar a travks de una batería de tipo esandar en la que circula un fluido frío depender& de los siguientes aspectos:

- de las condiciones iniciales del aire, - del número de hileras de tubos, - de la temperatura del fluido frío.

Dicha evolución es prkticamente independiente de la característica constructiva de la batería. En la gr&fica de la figura 14 se indica la evolución que experimenta el aire al pasar a travks de una batería de tipo esandar a travks de la que circula un fluido frío.

Naturalmente, dada una característica determinada (número de hileras, etc.) de una batería, el punto final de la evolución del aire depender& de la temperatura del fluido frío.

La humidificación del aire es aquel proceso mediante el cual se incrementa el contenido absoluto de humedad de una masa de aire. La deshumidificación es el proceso inverso. La humidificación del aire puede obtenerse, bhicamente, mediante los siguientes mCtodos:

- Mezcla de dos masas de aire con humedad absoluta distinta, - evaporación de agua en el seno seco del aire, - inyección de vapor.

En cada caso se tiene una evolución distinta del aire. Cuando se mezclan dos corrientes, se obtiene la humidificación de una, a costa de la deshumidificación de la otra (figura 15).

La evaporación de agua recoge únicamente el caso de la humidificación adiabitica, que es la m h usada en las aplicaciones del acondicionamiento. Esto se consigue pulverizando agua, que se recircula continuamente, en el aire (figura 16). En la humidificación adiabhica, en el punto A sigue la recta del diagrama y el punto B no llega a la curva de saturacidn, porque no existe ningún humidificador que tenga el 100 % de rendimiento. La temperatura del agua se hace igual a la del termómetro húmedo del aire y puede demostrarse que el proceso termodimimico que tiene lugar es, en condiciones tales,

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que el calor necesario para la evaporaci6n del agua procede del propio aire, el cual sufre un enfriamiento a la vez que se humidifica.

En el caso de la inyecci6n de vapor (figura 17) tiene lugar una humidificaci6n acompañada de un calentamiento del aire.

Generalmente, los procesos de humidificacibn descritos tienen aplicaci6n en actividades industriales, en contraposici6n a una aplicaci6n para el confort ambiental simple.

La deshumidificaci6n del aire para el confort ambiental de las heas de trabajo suele realizarse en beneficio de la actividad industrial propiamente dicha. Cuando se acondiciona un ambiente mediante refiigeraci6n se produce una deshumidificaci6n, tal como se explic6 anteriormente. Pero hay que puntualizar que raramente se controla la humedad ambiental en beneficio de la ocupaci6n por personas, debido a que la sensibilidad humana no es muy marcada ante la humedad absoluta. La sensación de confort es buena entre humedades relativas del 40 % al 60%.

3 2

Fig. 13. Diagrama psicrom6trico: condiciones del aire en un punto.

.

L

.

1

W m

...

'D

O

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5.2. Descripci6n de los sistemas de acondicionamiento de aire. El diseño y funcionamiento de estos sistemas, gira alrededor de un fluido refrigerante, el cual

mediente una serie de dispositivos se le hace realizar el trabajo fundamental de absorber calor de un lugar, transportarlo y ceder ese calor en otro lugar.

Un sistema bhico estií compuesto de los siguientes elementos:

- Compresor - Condensador - Elemento de control de flujo ( vAlvula de expansih ) - Evaporador

Estos elementos incorporados en un circuito cerrado que se completa por medio de tuberías de interconexión, permite hacer circular el fluido refrigerante, durante el ciclo, de forma continua.

A medida que el refrigerante circula no sufre cambios químicos, pero esa constantemente cambiando su estado físico. Puede ser líquido o gas o una mezcla de los dos, dependiendo de donde se encuentre durante el ciclo.

SISTEMA BASIC0

8 W

En el CONDENSADOR ( normalmente formado por un serpentin aleteado para aumentar su superficie de intercambio de calor o por un haz tubular y una envolvente ) el refrigerante pierde primero su recalentamineto, se satura, parte líquido, parte vapor y mientras continúa perdiendo calor se condensa totalmente.

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UM vez que el refrigerante se licúa, se enfría algo m& y pasa atravk de la LINEA DE LIQUIDO al CONTROL DE FLUJO donde, forzado *6s de una restricci6n ( vdvula de expansi6n ), pasa abruptamente a un espacio que se mantiene a un nivel de baja presibn, donde se expande formando una mezcla fria de líquido y vapor que entra en el EVAPORADOR ( otro serpentin aleteado o haz tubular con envolvente ) por donde a medida que avanza, sigue evaporhdose, absorbiendo para ello calor de las paredes de los tubos y aletas que lo contienen. Seguir6 absorbiendo calor hasta vaporizarse completamente, siendo posteriormente recalentado y aspirado por el compresor, reanudando de nuevo el ciclo. Con este dispositivo se consiguen las dos aplicaciones de refrigeraci6n m& usuales en AIRE ACONDICIONADO.

En los sistemas unitarios o compactos, se hace pasar el aire que deseamos tratar a travCs del evaporador con lo que se enfría y regula su humedad. La distribuci6n del aire tratado en el recinto que se acondiciona puede realizarse por impulsi6n directa del mismo, desde el equipo para un solo recinto o canalizhdolo a travk de conductos provistos de rejillas o aerodifusores situados en distintas zonas o dependencias a acondicionar . FIGURAS " B "

FIGURA "C"

1 5 2 4 7 7

Sistemas de ventilacih ambiental.

La ventilaci6n natural es el mejor medio para acondicionar.

Existen tres tipos de sistemas de ventilaci6n:

Extraccibn. El aire interior de la zona a ventilar es renovado mediante su extraccidn con ventiladores axiales o centrífugos, los cuales extraen el aire a travks de aberturas en la pared o por sistemas de ductos. La entrada de aire debe estar lo miis alejado posible del ventilador de extraccidn para evitar la existencia de zonas sin ventilar.

Impulsibn. En este sistema el aire es impulsado dentro del lugar a ventilar por medio de ventiladores, los cuales introducen el aire a la construcci6n a travts de aberturas en las paredes o por un sistema de conductos. Con estos sistemas el local estarh a una presi6n ligeramente superior de la exterior, lo cual impide la entrada de aire y particulas no deseadas.

Impulsibn-atraccibn. Un control de la ventilaci6n se logra usando a la vez ventiladores de impulsi6n y extracción; de esta manera se asegura una distribucidn uniforme del aire. Con este sistema se puede tener la zona ventilada en sobrepresi6n o depresi6n respecto al exterior, según convenga. permitiendo un mejor control de los cambios de aire en el espacio a ventilar.

Sistemas de ventilacidn de procesos.

Muchos procesos industriales requieren ventilaci6n para mantener condiciones satisfactorias de trabajo; las principales funciones de la ventilaci6n en procesos industriales son:

Eliminacibn de neblinas. La funci6n de este tipo de instalaci6n es la de impulsar en el ambiente un flujo de aire exterior calentado y con baja humedad específica, suficiente para mantener el punto de rocío del aire ambiente por debajo de la temperatura de los muros y del techo. Con estos sistemas se elimina la condensacibn en el interior de las naves y sobre la maquinaria.

Control de cargas térmicas a temperatura elevada. Frecuentemente, la cantidad de calor disipada por los procesos supera con mucho la energía ermica que generan los empleados y los otros dispositivos elktricos. La ventilaci6n puede contribuir a evacuar el calor producido, no obstante, no debe perderse de vista el inter& que representa aislar previamente los equipos que estén disipando energía en grandes cantidades, ya que a s í se aprovecharh en mayor medida la energía empleada y ademh se minimizar6 el consumo de energía en ventilaci6n.

Eliminacibn de humos y polvos. A menudo se emplea la ventilaci6n para eliminar humos y polvo, incrementando el número de renovaciones de aire, sin embargo, esto no resuelve de manera definitiva los problemas, por lo que se recomienda emplear alguno de los sistemas de separaci6n de polvos.

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Sistemas de calefaccih ambiental.

Los sistemas de calefacci6n miis utilizados hoy en día y que generalmente integran las instalaciones de aire acondicionado son las siguientes:

0 Calefacci6n por agua caliente con circulaci6n forzada. En este tipo de instalaciones, el agua caliente producida por una caldera circula por las redes de tuberías, impulsada por una bomba de tipo centrífuga, hasta los elementos de intercambio de calor, que pueden ser: radiadores, panel radiante, aerotermos, climatizadores, etc.

Toda instalaci6n de calefacci6n de agua caliente tiene que ir provista de un dep6sito de expansih, que pueda contener el aumento de volumen del agua al calentarse. Estos dep6sitos pueden ser de tipo abierto, que deben estar colocados en la parte m& alta de la instalacibn, o de tipo cerrado, los cuales se pueden instalar a cualquier nivel de la instalacibn, aunque lo 16gico es instalarlos en la sala de calderas.

El agua caliente tambiCn se puede producir en un intercambiador, en el que el fluido primario puede ser agua sobrecalentada o fluido drmico, según el fluido de que se disponga para el proceso de fabricación.

O

O

O

Calefmcih por vapor. En este tipo de instalaciones, el vapor producido en la caldera es conducido por una red de tuberías a los elementos calefactores, en los que condensa cediendo su calor de condensaci6n. El agua formada vuelve a la caldera de modo que la instalacidn funciona en rCgimen continuo. Pueden ser a baja, o media presibn. Es normal considerar como sistemas a baja presih, aquellos en los que la presi6n en la caldera no supera 0.5 kg/cm2, y a media presibn, cuando Csta oscila entre 1 y 4 kg/cm2. Los elementos calefactores pueden ser, radiadores aerotermos, climatizadores, etc.

Agua sobrecalentada. Es un sistema de instalaci6n parecido al descrito para el agua caliente, sblo que el agua alcanza temperaturas entre 100 "C y 180 "C. Los elementos necesarios son los mismos. En caso de que el dep6sito de aspiraci6n sea de tipo abierto, debe estar a una altura determinada, según la temperatura del agua a la salida de la caldera. En general habrii que recurrir a dep6sitos de expansi6n debidamente presurizados.

Calefmci6n por generadores de aire caliente. La instalaci6n de generadores de aire caliente es muy empleada para calentar grandes naves industriales a las que s610 se les tenga que equipar de calefacci6n. Este tipo de instalaciones esan formadas por un generador de aire caliente en donde el aire mezclado del interior y exterior es filtrado y calentado.

La descarga del aire caliente al ambiente puede ser directa, o por una red de conductos de distribuci6n del aire a baja velocidad. Los generadores de aire caliente se fabrican para funcionar con diferentes combustibles como diesel o combust6leo y tambiCn se fabrican a base de gas para instalaciones domksticas de pequeña potencia.

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Un sistema con base de radiadores de vapor integrado a la caldera general, puede resultar econ6mico, pero se recomienda instalar calderas seccionables para generar únicamente el calor necesario.

Sistemas de refrigeracih ambiental o climatizaci6n.

Existen diferentes tipos de instalaciones según el tipo de fluido que emplean, por ejemplo:

0 Aire exclusivamente. En estas instalaciones el aire es el Único fluido que se emplea para adecuar las condiciones ambientales.

Agua exclusivamente. En este tipo de instalaciones, el agua es el Único fluido de trabajo en el sistema de aire acondicionado.

Aire-agua. Se usan ambos fluidos para conferir el acondicionamiento del espacio ambiental.

0 Acondicionadores de apansidn directa o unidades de ventana.

Los sistemas que manejan aire y aire-agua se clasifican en sistemas de alta y baja velocidad; de acuerdo con la velocidad de circulaci6n del aire en los conductos van de 11 a 20 m/s.

Sistemas de gasto constante.

Este tipo de sistemas se utiliza para climatizar el ambiente de una carga que es constante. El climatizador esd formado por una &ara de mezcla del aire de retorno con el exterior, filtros, baterías de refrigeracidn y calefacci611, ventilador y una red de conductos de impulsibn, distribuye el aire tratado al ambiente por medio de rejillas o difusores. El retorno se realiza a través de un conducto general.

Flujo constante con recalentamiento. EL sistema de flujo constante y temperatura variable representa una ampliaci6n al descrito anteriormente, en el sentido de que todo el flujo de aire es enfriado centralmente en un climatizador, en un grado tal que es capaz de satisfacer las exigencias de la zona cuya carga térmica de refrigeracih sea miixima. Para cada zona, la regulaci6n de la temperatura se realiza independientemente, recalentando el aire con una batería instalada en cada conducto de alimentacih, hasta alcanzar la temperatura demandada; la temperatura ambiente es regulada con un termostato que actúa sobre la batería de recalentamiento.

Multizona. Es un sistema de caudal constante y temperatura variable que se aplica a regiones de múltiples componentes con control individual de temperatura. El climatizador del sistema esd constituido por una secci6n de mezclado del aire de recirculacih con el aire exterior, la secci6n de filtros y la del ventilador que impulsa el aire a través de una seccih de varios juegos de baterías, una calefactora y otra refrigerante, colocadas en paralelo frente al climatizador.

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Una parte del aire se calentar& al pasar por la batería calefactora, mientras que, simultheamente, otra parte del aire se enfriar& por su paso en la zona de enfriamiento. El flujo mhico total es constante.

En cada regi6n existe un juego de vAlvulas, de control independiente para cada zona; el aire resultante es impulsado hacia el espacio a climatizar hasta las rejillas o difusores.

Doble conducto. En la instalaci6n del doble conducto, todo el aire es tratado en un climatizador central, compuesto de &ara de mezcla, filtros, baterías de frío y calor y ventilador. Posteriormente, es distribuido a los diferentes locales mediante dos conductos, generalmente paralelos, uno frío y otro caliente.

Para cada uno de los espacios a acondicionar, un dispositivo terminal, comandado por un termostato de ambiente, mezcla aire frío y caliente en una proporci6n adecuada para eliminar los efectos ambientales.

0 Caudal de aire variable. Este sistema de climatizaci6n estií compuesto por un climatizador central, donde el aire es filtrado, calentado o enfriado, e impulsado por un ventilador de flujo variable, que actúa por medio de un regulador de presi6n estiítica que comanda una compuerta motorizada situada en la aspiraci6n del ventilador, manteniendo una diferencia de presi6n estiítica constante entre la boca de impulsi6n del ventilador y del espacio climatizado.

En este sistema, la temperatura del aire es constante. Los elementos de distribuci6n del aire, las rejillas o difusores, estiín provistos de un dispositivo que regula el gasto de aire según la demanda t6rmica en cada zona. Este tipo de instalaci6n es muy econ6mico, ya que los flujos mhicos que llegan a cada zona son funci6n de las variaciones de la carga demandada.

0 VentiZadores-convectores. La climatizaci6n con ventiladores-convectivos o "fan-coils" se aplica mucho en edificaciones en donde se requiere un control individual de temperatura. Este dispositivo esd formado por una batería de aletas, una secci6n de ventiladores y una parte dedicada a la filtraci6n.

Los ventiladores recirculan el aire del interior del local, desput% de que &te ha sido filtrado y calentado O enfriado en la batería, por donde circula agua caliente 0 fria, respectivamente, proveniente del sistema central.

Ademh del sistema de tuberías se complementa con una instalaci6n elktrica para la alimentacibn de los motores, generalmente monofhicos. Los ventiladores tienen varios pasos de velocidad. Los ventiladores-conectores se fabrican de tipo vertical y horizontal, provistos de envolvente o que pueden ir empotrados.

El aporte de aire desde el exterior se puede realizar de cuatro maneras:

a) Directo del exterior hasta el dispositivo. b) Directo del exterior al interior del local.

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c) Centralizada e introducida a local mediante UM red de conductos y sin ningún

d) Centralizada con tratamiento del aire exterior. tratamiento.

Ademk de los elementos descritos en la instalaci6n de este tipo es necesaria UM red de drenaje del agua de condensaci6n del evaporador. La tubería de drenaje deberi tener la pendiente necesaria para un buen funcionamiento.

0 Indwcibn. Este tipo de instalaciones se basa en el uso de un dispositivo esttitico, que funciona por induccibn, denominado inductor. Sus elementos principales son: caja de entrada de aire, registro para equilibrado, toberas o boquillas para salida del aire y baterías para intercambio t6rmico.

El inductor recibe UM cierta cantidad de aire que dispone de UM cierta presi6n esatica, y que, posteriormente, sale a travbs de las toberas, transformando la presi6n esttitica en d i h i c a .

El aire enviado al inductor es conocido como aire primario, induce al aire ambiente a que atraviese las baterías de intercambio. La mezcla de aire primario e inducido es introducida al espacio por la parte superior.

La forma de realizarse el aporte de frío y de calor con este sistema implica UM importante ventaja de tipo mednico, dado que en el local acondicionado no existe ningún 6rgano en movimiento. El mantenimiento, entonces, se limita a la limpieza de los filtros.

0 B p m i b n directa. El acondicionador de ventana es el sistema m k sencillo de climatizaci6n, dado que son independientes y de colocaci6n mida, constan de un compresor frigorífico, condensador enfriado por aire, batería de enfriamiento y deshumidificaci6n de expansi6n directa, filtro y ventiladores para circulaci6n del aire acondicionado y del aire exterior de condensaci6n.

estos sistemas se utilizan para capacidades hasta de 80 T.R.

La calefacci6n normalmente se hace con UM batería elktrica y los sistemas m k modernos cuentan con bombas de calor, de mayor eficiencia.

Los acondicionadores de ventana tienen potencias que van de l o 0 0 a 6OOO kcal/h. Los acondicionadores autbnomos son m k grandes y pueden ser con condensador de agua o aire; la potencia va de 7500 a 60000 kcalh. Generalmente, en estos equipos el evaporador viene por separado del condensador y del compresor. En el primero se lleva a cabo el acondicionamiento de aire, las dos partes esttin unidas por los conductos de refrigerante: gas y líquido.

Sistemas de humidifaci6n de aire en procesos.

Existen procesos en los que debe mantenerse un ambiente con UM humedad relativa alta, generalmente superior al 60 % . En estos sistemas el aire se pone en contacto intimo con el agua en UM dmara en donde se pulveriza hasta saturar el aire.

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A la salida de la &mara, el aire estar6 a una humedad cercana a la de saturaci6n, con una temperatura de bulbo seco inferior a la que entr6 y con una entalpía similar con la que entr6.

Sistemas de agua refrigerada.

Se utilizan para capacidades mayores de 80 T.R., los equipos que integran estos sistemas son: la unidad manejadora de aire, la unidad generadora de agua refrigerada, los sistemas de distribuci6n y retorno de aire, los circuitos de tuberia refrigeraci6n y agua de enfriamiento, sistemas de bombeo para agua refrigerada y los circuitos elktricos de protecci6n y control.

5.3. Componentes de un sistema de aire acondicionado.

Ventiladores.

Hay tres tipos bhicos de ventiladores:

Ventiladores centdfugos.

Este tipo de ventiladores junto con serpentines constituyen una manejadora de aire que operan con sistemas de refrigeraci6n tipo de expansi6n directa, caja de filtros y compuertas para regulaci6n del aire.

Este tipo de ventilador esa formado por una turbina que gira dentro de una envolvente, que tiene dos bocas: la de aspiracih, situada en el eje de la turbina, y la de impulsi611, perpendicular a este eje. El aire entra en forma axial, gira en Angulo recto a traves de los Alabes y es despedido en forma radial. La finalidad de la envolvente es transformar la presi6n estAtica en didmica desarrollada en la extremidad de los Alabes. De acuerdo con el tipo de turbina, los ventiladores pueden ser:

a) Ventiladores con Alabes curvados hacia adelante, para presiones hasta 50 mm. La presi6n te6rica desarrollada por la turbina crece con el flujo.

b) Ventiladores con Alabes curvados hacia atrh, para presiones desde 50 mm. La presi6n te6rica desarrollada por la turbina decrece con el flujo.

c) Ventiladores dispuestos radialmente. La presi6n te6rica desarrollada por la turbina permanece constante al aumentar el flujo.

Según la envolvente pueden ser de aspiraci6n simple o doble. El accionamiento es por motor elktrico, acoplado directamente o por transmisi6n trapezoidal.

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Ventiladores helicoidales.

Este tipo de ventiladores tienen un amplio campo de aplicaci6n, en donde la resistencia al flujo de aire es baja. Por regla general se usan en lugares donde no hay sistema de conductos o en el caso de que la perdida de carga sea mínima. En la mayoría de los casos mueve el aire a traves de un orificio practicado en la pared.

Constan de una hClice con cuatro o mils Alabes, colocadas de manera angular con relaci6n al eje. Los ventiladores pueden ser de accionamiento directo o por correas trapemidales. Se aplican para desplazar el aire bajo condici6n de libre aspiraci6n y descarga, o en caso de presiones est4ticas inferiores a los 15 mm.c.d.a.

Ventiladores axiales.

Estos ventiladores comprenden impulsores con Alabes de secci6n aerodidmica, girando dentro de una carcasa cilíndrica. El flujo de aire a travh del ventilador es priicticamente paralelo al eje del impulsor. El rendimiento normal de estos ventiladores est4 entre 70 y 80 % .

El paso directo de aire a traves permite al ventilador ser montado directamente en conductos rectos. El sistema de conducci6n es m& simple que en el caso de ventiladores centrifugos, los cuales requieren de conexiones a 90". El tamaño de un ventilador de flujo axial es menor que el de un ventilador centrífugo para el mismo efecto útil. Un ventilador axial de construcci6n normal es capaz de vencer presiones por encima de los 60 mm de columna de agua.

Climatizadores.

Estos dispositivos se dedican a la climatizaci6n del aire y se construyen para resolver las necesidades de un caso específico. Su aplicaci6n se hace en aquellos problemas en los que el climatizador aut6nomo no cumple los requerimientos debido a la magnitud de la carga o al precisi6n de la regulaci6n.

La seleccidn de un sistema de climatizaci6n depende del flujo de aire a tratar de la selecci6n y acoplamiento de manera id6nea de los siguientes m6dulos:

Esta formado por el ventilador, el motor y las transmisiones; se instala en el interior de una caja metidica. El ventilador puede ser de tipo axial o centrífugo. El motor síncrono, opcionalmente de velocidad variable. El m6dulo va forrado con aislamiento tkrmico y acústico.

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0 Seccibn de batedas de frfo y calor.

Se trata generalmente de una caja metiilica, generalmente abierta por delante y detrh, para dejar circular libremente el aire. En su interior se ubica la batería de frío, dispuesta sobre rieles para facilitar su extramih. Alrededor de la batería se coloca un marco de chapa para evitar los "bypass" de aire. En la parte baja de esta secci6n va una charola para el dep6sito del agua de condensaci6n. La velocidad frontal del aire esa limitada a 2.75 m/s, para evitar que las gotas salgan de la charola. En la batería de calor no se tiene charola de condensados.

Seccibn de humectacibn.

En esta secci6n se ubican los elementos necesarios para la humidificaci6n del aire:

a) Rejilla antilluvia. Evita el retroceso del agua a las secciones anteriores y proporciona al aire una turbulencia que redundar& en un mayor rendimiento del humectador.

b) Colectores pulverizadores. Arrojan el agua al aire.

c) Separador de gotas. Esa formado por 16minas de chapa mealica o plhtica colocada a m", de manera tal que el aire sufra choques bruscos con estas superficies, dejando las gotas.

Seccibn de mezcla.

Consiste en un caj6n, normalmente metiilico, que tiene adosadas dos compuertas para la regulaci6n del paso de aire: una para el exterior y otra para el recirculado. Una vez reguladas las dos corrientes, se mezclan en esta secci6n. En algunas ocasiones tambiCn se incluyen filtros.

Torres de enfriamiento.

El objetivo de las torres de enfriamiento es refrigerar el agua sin grandes firdidas de la misma. En las torres de refrigeraci6n de tiro forzado, el agua proveniente del condensador es atomizada por una red de toberas, en contacto intimo con el aire impulsado por un ventilador, de tipo helicoidal o centrífugo. El conjunto estA recubierto por una envoltura mealica o plhtica.

Alrededor del 1 % del agua en circulaci6n se evapora, absorbiendo calor de los alrededores, por lo que el agua restante baja su temperatura. La temperatura mínima a alcanzar es, &ricamente, la de bulbo húmedo del aire ambiente. En la prktica, se acostumbra dimensionar con una temperatura de salida del agua superior en 4°C de la de bulbo húmedo.

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Condensadores refrigerados por aire. En este tipo de condensadores, el refrigerante que llega del compresor es enfriado y licuado en un radiador previsto de aletas, montado sobre un marco medlico, que es atravesado por una corriente de aire exterior producida por uno o m& ventiladores.

El condensador refrigerado por aire tuvo sus inicios en las unidades pequeñas de ventana, pero, en virtud de que no consume agua, empieza a tener gran Cxito en otras aplicaciones. Adicionalmente, tiene la ventaja de que no se producen infiltraciones, corrosi6n ni hielo. Con respecto a las torres de refrigeracibn, presenta la desventaja de exigir mayores temperaturas de condensaci6n, ya que su límite tebrico inferior ser& la de bulbo seco de aire aspirado.

5.4. Elementos de las instalaciones de calefacci6n.

Toda instalaci6n de calefacci6n por agua caliente se compone de tres partes, que se describen a continuaci6n.

Producci6n de calor.

El calor se puede producir en calderas o en intercambiadores. El intercambiador tiene aplicacidn cuando se dispone de vapor, agua sobrecalentada o qceite tkrmico, para el proceso de fabricaci6n.

Distribucibn de calor.

El agua caliente circula por las tuberías (una de ida y otra de retorno) impulsada por bombas centrífugas, lo que permite dimensionarlas con didmetros inferiores a los empleados en los sistemas de circulaci6n por termosif6n; se logra una puesta en marcha m& rapida y se consigue una regulaci6n m L fhcil.

La temperatura del agua caliente a la salida normalmente esd comprendida entre los 70 y 90 "C, y el salto tkrmico de la misma entre el retorno y la impulsi6n, esa entre 10 y 20 "C.

Las bombas empleadas en calefacci6n son de tipo centrífugo, y para un correcto funcionamiento deben instalarse v&lvulas de seccionamiento de compuerta, de bola o mariposa, en la entrada y salida; una valvula asiento para la regulaci6n del flujo en la impu3si6n; valvula de retenci6n en la impulsi6n; filtro en la aspiraci6n y man6metros en la aspiraci6n e inrpulsi6n. En caso en que se necesite asegurar el suministro de calefacci6n es conveniente el montaje de una segunda bomba como reserva.

La red de tuberías normalmente se realiza con tubos de ida y retorno, aunque tambiCn hay instalaciones con un s6lo tubo; este sistema se utiliza para instalaciones pequeñas o domCsticas y consiste en una sola tubería en la que se conecta el elemento calefactor, por lo que cada elemento recibe el agua cada vez a menor temperatura; por consiguiente, para una misma potencia de radiador se necesitar& m& superficie de calefacci6n en el elemento m& alejado de la caldera.

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0 Elementos de difusibn de calor.

Como elementos de difusi6n de calor se tienen los radiadores, aerotermos, climatizadores, paneles radiantes y convectores.

Radiadores. Los radiadores son los elementos miis conocidos. Su fabricacibn es en hierro fundido, en chapa y en aluminio, y tienen aplicaci6n s610 en recintos pequeños. Su regulaci6n puede ser con una valvula termosttltica en cada radiador.

Aerotennos. Los aerotermos son elementos que tienen su campo de aplicaci6n en la calefacci6n por aire caliente en naves industriales, almacenes, invernaderos, etc.; adem& sirven para calefacci6n puntual en una zona concreta. Esa formado por UM batería de intercambio de tubos de cobre y aletas de aluminio, de una o dos hileras, montada dentro de UM caja envolvente en la que estA ubicado un ventilador helicoidal con motor directamente acoplado; pueden ser de tipo de pared (vertical) o para instalar en el techo (horizontal). Ademk se le suele acoplar una toma de aire exterior capaz de dar de O a 100% del flujo del aire exterior.

Según la necesidad, se les puede acoplar un tramo de conducto de retorno o de impulsibn, siempre que se elija el ventilador adecuado. La regulaci6n en aerotermos se realiza normalmente con el paro del motor mediante un termostato todo-nada; tambiCn pueden estar regulados por una vdvula de tres vías todo-nada o modulante.

Estos tipos de regulaci6n se pueden aplicar a un solo aerotermo o a varios, que correspondan a una misma zona. Según el tipo de instalaci6n puede ser necesario el filtro de aire en el retorno, siempre que se tenga en cuenta la presi6n disponible del ventilador; para un buen funcionamiento deben ir provistos de un purgador automatico de aire en la parte superior de la batería; es conveniente realizar la entrada del agua caliente por la parte inferior y a la salida por la parte superior, para favorecer la salida de aire cuando se llena la instalaci6n.

- Climatizadores. Los climatizadores se utilizan cuando las exigencias de la temperatura del aire son muy estrictas; en ellos esth ubicados la batería de calefaccidn, construida de tubos de cobre y aletas de aluminio, con elementos hechos a la medida donde, para una potencia de calefacci6n definida, se fijan el flujo miisico de agua y aire y temperaturas de entrada y salida.

La regulaci6n utilizada es la valvula de tres vías todo-nada, o modulante. La batería debe ir provista de un purgador automatico de aire y de vdvula de vaciado; en la conexi6n de la batería con las dos tuberías de agua, se deben prever una vdvula de seccionamiento en la entrada y salida, UM vdvula de asiento de regulaci6n en la salida y filtro en la vdvula de tres vías.

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- Paneles rudiuntes. Los paneles radiantes son utilizados cada vez con m& regularidad y están formados por un serpentin de tubo de acero estirado sin soldadura, colocado debajo del piso. El agua caliente circula en el interior de este serpentín; la temperatura del agua en la impulsi6n no debe pasar de 65 "C. La regulaci6n se puede hacer por vavula de tres vías en cada zona o habitacidn. Hay que prestar mucha atenci6n en el montaje del serpentín, que haya espacio para la dilataci6n de los tubos y tambiCn poner puntos de purga de aire. TambiCn se utilizan paneles radiantes instalados en el techo en naves industriales.

- Convector. El convector es otro tipo de elemento calefactor; consta de tubos aleteados en los que se les coloca una chapa envolvente con abertura en la parte inferior y superior, para provocar la convecci6n del aire; su regulaci6n es igual a la de los radiadores, manual o por vavulas termosthticas, si es regulacidn unitaria; si se precisa un control de varios convectores, se puede agrupar y regularse por una vzilvula de tres vías.

5.5. Equipos de regulaci6n y control.

Para mantener unas condiciones climhticas constantes en el interior de los edificios, una instalacibn de climatizaci6n reúne una serie de equipos y elementos que deben funcionar de forma sincronizada entre si, de la forma m& simple posible y con el mínimo costo de consumo de energía. Es deseable que las instalaciones funcionen de forma automhtica, sin intervencibn manual, y de forma tal que las continuas variaciones de estados de funcionamiento que se produzcan sean controladas de forma automkica. Para ello se instalan sistemas de regulaci6n y control automhico del funcionamiento de las instalaciones de climatizaci6n.

Los sistemas y equipos de regulaci6n y control son los componentes que m& han evolucionado en los últimos años, en la tecnología de climatizach.

Se pueden clasificar en funci6n de su evoluci6n en el tiempo en:

Sistemas de tipo electromechico, sistemas electr6nicos, sistemas digitales.

A su vez, de acuerdo con el tipo de funci6n de cada elemento de control, se dividen en:

a) Elementos de detecci6n: Termostatos, humidostatos, presostatos, sensores.

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b) Elementos de regulaci6n: Reguladores,

0 programadores, 0 optimizadores, 0 controladores.

c) Elementos de acci6n: 0 Vtilvulas motorizadas, 0 servomotores ,

Sistemas de control electromhnico.

Son los sistemas m b tradicionales. Hoy día ya prticticamente superados en la mayoría de las aplicaciones de regulacidn por los sistemas electr6nicos y digitales, pero que todavía se utilizan para determinadas funciones de control. Las funciones de control que realizan estos sistemas generalmente se limitan al control de la temperatura en el agua de un circuito, conductos, en el ambiente exterior o interior, etc.

En funci6n de la temperatura del ambiente controlado y de la temperatura consignada en el elemento de control, estos elementos actúan sobre el estado de funcionamiento de uno o varios elementos de una instalacibn, como puede ser un servomotor de una vtilvula, un servomotor de compuerta, sobre la marcha y parada de un equipo, una alarma, etc., pero siempre actuaciones del tipo todo-nada, es decir, no producen una regulaci6n como tal de la variable controlada, sino que actúan sobre el estado de funcionamiento o posici6n de un elemento de regulacibn, eligiendo entre dos posiciones o estados.

A esta gama pertenecen los clbicos termostatos, que pueden ser de muy variados tipos:

Los que actúan sobre los equipos climatizadores authornos, ponibndolos en marcha o partindolos en funci6n de si la temperatura del ambiente controlado es superior o inferior a una temperatura determinada que se ha fijado en el termostato.

Los termostatos que actúan poniendo en marcha o parando el motor de un ventilador terminal o abriendo o cerrando la valvula de tres vías situada en la alimentaci6n de agua a su batería.

Los termostatos de ambiente que actúan sobre el motor de un ventilador de un climatizador ponikndolo en marcha o partindolo.

Los termostatos que se instalan en las calderas para actuar sobre el funcionamiento del quemador de la misma en funci6n de la temperatura del agua caliente a la salida de la caldera.

Los termostatos de seguridad de las calderas, que cortan el funcionamiento del quemador cuando en la salida del agua caliente de la caldera se sobrepasa una determinada temperatura mihima.

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- Los termostatos de chimenea que se instalan en la salida de humos de las calderas y que cortan el funcionamiento del quemador cuando se sobrepasa una determinada temperatura límite.

- Los humidostatos que actúan los sistemas de humectaci6n y los paran en funcidn de la humedad detectada en el ambiente.

Estos elementos se siguen utilizando en las instalaciones de climatizaci6n para funciones concretas dentro el conjunto de la instalacih, fundamentalmente por su bajo precio, y en aplicaciones que no exigen regulaci6n proporcional de los 6rganos de actuaci6n ante variaciones de la magnitud de la variable controlada.

Sistemas de control electr6nico.

Estos sistemas son los utilizados normalmente en la actualidad cuando se precisa una regulaci6n proporcional del elemento actuador de regulaci6n. El sistema actúa de la siguiente forma: un sensor mide la magnitud de la variable controlada (temperatura ambiente, temperatura de agua, humedad, presibn, etc.) y la transmite a un elemento regulador de tipo electr6nico, que, en funci6n de la magnitud de la variaci6n detectada, actúa sobre el elemento regulador (servomotor, vhlvula de corriente, etc.) posicionhdolo proporcionalmente a la desviaci6n de la magnitud detectada en relaci6n al valor de consigna de la misma.

Este tipo de regulaci6n es el utilizado normalmente en la regulaci6n de las vhlvulas motorizadas de regulaci6n que controlan la alimentacibn de agua fría y/o caliente en climatizadores, vhlvulas de regulaci6n de temperatura de agua en circuitos por mezcla, etc.

Se le denomina a este tipo de regulaci6n proporcional, precisamente porque las variaciones de la aportaci6n de frío o calor en un sistema, se regulan proporcionalmente a la variaci6n de la magnitud controlada. Los elementos de acci6n son normalmente vhlvulas motorizadas en los circuitos de agua y compuertas motorizadas en los circuitos de aire.

Sistemas de control digital.

El control digital permite una gran exactitud en la medici6n de las variables controladas, así como una gran precisi6n y rapidez de respuesta de los elementos de acci6n. Se basa en los elementos denominados gen6ricamente controladores distribuidos, dotados de microprocesador, al que se conectan los sensores de deteccibn, a s í como todos los elementos que se desean controlar. Al controlador le llegan seiiales de los elementos detectores, que pueden ser fundamentalmente de dos tipos:

a) Entradas anal6gicas y b) entrad@ digitales.

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Las entradas anal6gicas corresponden a los sensores que miden magnitudes variables (temperatura, humedad, presidn, etc.), es decir, que pueden presentar diferentes valores dentro de una gama de variaci6n. Las entradas digitales corresponden a estados todo-nada, marcha-paro, etc., que pueden tener únicamente dos valores, como es el caso de sehlizaci6n del estado de funcionamiento de un motor, etc.

Dentro de las entradas digitales, se consideran las entradas correspondientes a medici6n de horas de funcionamiento, consumo de electricidad, etc., que se transmiten por medio de impulsos que el controlador cuenta.

Las salidas de regulaci6n y control del controlador pueden tambiCn ser de dos tipos: anal6gicas y digitales. Las salidas anal6gicas son aquellas que implican variaci6n de una magnitud y corresponden a las salidas de señal que regulan la actuaci6n de los servomotores de actuaci6n de las viilvulas y compuertas de forma proporcional. Las digitales corresponden a sehles de mando de acci6n todo-nada, tales como la puesta en marcha o parada de cualquiera de los elementos controlados por el sistema.

El controlador recibe informaci6n de todas las señales de entrada y, en funci6n de los programas de aplicaci6n que previamente se han programado en su microprocesador, actúa sobre los elementos del sistema a traves de sus seiiales de mando (salidas). Este tipo de sistemas se pueden programar de manera que la instalacidn actúe bajo las instrucciones que se desee.

Las vhlvulas motorizadas.

Las viilvulas motorizadas son uno de los elementos fundamentales en las instalaciones de climatizaci6n, ya que son los elementos que regulan y controlan el intercambio tkrmico que se produce del agua al aire en todos los equipos de climatizaci6n, ya sean &tos de tipo climatizador, unidades terminales (fan- coils, inductores), así como los intercambios thrmicos que se producen en los intercambiadores de calor, mezcla de fluidos a diferentes temperaturas para control de Csta, etc.

Las viilvulas motorizadas pueden ser de dos, tres y cuatro vías. Las m L utilizadas son las viilvulas motorizadas de tres vías, en funciones de regulaci6n y las de dos vías en funciones de control de secuencia de funcionamiento de equipos.

Las válvulas de tres vías son de tipo de asiento y disponen de tres vías de agua: una común, por la que circula la totalidad del flujo de agua controlando y las otras dos vías en las que se produce la variaci6n del flujo, en funci6n de mezcla (vhlvulas de tres vías mezcladoras) o en funcidn diversora de flujo (viilvulas de tres vías diversoras).

Las viilvulas de dos vías son normalmente de esfera o mariposa y su funci6n es del tipo todo-nada, permitiendo o impidiendo la circulaci6n de agua en un determinado circuito o equipo, abriendo o cerrando.

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Las viilvulas de tres vías van equipadas con un servomotor de actuaci6n proporcional que, en funci6n de la seiial que recibe del regulador o controlador, actúa por medio de un vhtago posicionando el asiento de la viilvula entre dos posiciones extremas.

El asiento de la viilvula esa diseñado de tal manera que la variaci6n de flujos a través de las vías de flujo variable resulte exactamente proporcional a la posicih del vktago de la viilvula, que a su vez es posicionado por el servomotor en funci6n de la seiial de corriente que le envía el regulador.

Las v~lvulas de tres vías se instalan, en las alimentaciones de agua fría y caliente, a las baterías de los climatizadores y elementos terminales de los climatizaci6n, con objeto de regular el flujo de agua que pasa a través de la batería de intercambio grmico, en funci6n de las necesidades de aportacidn de calor o frío que acusa el sistema de regulach.

Compuertas motorizadas.

Otro de los elementos de regulaci6n del funcionamiento de los sistemas de climatizaci6n lo constituyen las compuertas motorizadas, que regulan el intercambio de calor entre corrientes de aire.

Las compuertas motorizadas se instalan en los climatizadores, de manera que cuando el sistema de control, a través de sus sensores de temperatura o entalpía situados en el aire de retorno del local al climatizador y en el aire exterior, determina que se puede aportar refrigeraci6n gratuita al local climatizado, utilizando aire exterior como elemento de refrigeracibn, posiciona las compuertas de toma de aire de recirculaci6n, expulsi6n y by-pass del climatizador de manera que la temperatura de la mezcla de aire exterior y aire de recirculaci6n sea la adecuada para satisfacer las necesidades de refrigeracibn.

Las compuertas de regulaci6n se componen de una estructura de aletas que, accionadas por el eje del servomotor de regulacibn, abren o cierran el paso del aire.

También se instalan en los climatizadores compuertas todo-nada en las tomas de aire exterior, enclavadas con el motor del ventilador, de manera que cuando no funcione &te, la toma de aire exterior permanece cerrada, para evitar la entrada indiscriminada e indeseada de aire exterior al local.

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6. ANALISIS ENERGETIC0 DE SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO.

6.1. Metodologia de antibis.

Al proyectar y seleccionar un sistema de aire acondicionado independientemente del tipo que se elija, siempre se hace con el criterio de que el sistema deber& operar totalmente en forma conjunta, automitica y eficientemente para lo cual se elijen los controles de protecci6n y operaci6n m& adecuados para el equipo; estos deberan estar sincronizados para trabajar en forma correcta.

En los siguientes incisos se describe un mbtodo para el adlisis de los sistemas de aire acondicionado.

Definici6n del sistema.

Toda instalaci6n de acondicionamiento ambiental estA formada por varios subconjuntos o m6dulos en función del tipo de uso final requerido. Conviene que esta definici6n sea lo m& clara y completa posible para el adlisis energbtico correcto. En el cuadro 2 se presentan algunos ejemplos de instalaciones desglosadas en sus procesos elementales.

Tabla 2. Categorías de las instalaciones.

INSTALACION PROCESOS ELEMENTALES

Secado y humidificacibn

Extracci6n de aire

Producci6n de agua caliente

Climatizaci6n

Calefacci6n ambiental

Ventilaci6n

Ventilaci6n Calefacción Humidificaci6n Refrigeraci6n (*)

Ventilaci6n

Calefacci6n

Ventilación Calefaccidn Refrigeración Humidifiwi6n (*)

Calefacción Ventilaci6n (*)

Ventilaci6n

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Comprobaci6n del funcionamiento.

La primera acci6n que debe ejecutarse es la de verificar que todos los elementos del sistema de aire acondicionado esen operando correctamente. Para ello debe seguirse la rutina de puesta en marcha inicial y verificar los componentes principales que aseguren el estado actual de funcionamiento; ya que la selecci6n del equipo debe ser para un funcionamiento con carga mhxima, aunque en realidad esta carga mhxima ocurre pocas veces al año y el funcionamiento del equipo se realiza predominantemente en condiciones de un 80% de la carga total.

Puesta en marcha de la instalaci6n.

El objetivo de esta etapa es el de verificar que la instalaci6n funcione de acuerdo con las normas de diseño, lo cual supone el mínimo costo de operaci6n. Esta acci6n incluye todas las actividades encaminadas a probar, controlar, calibrar y ajustar los componentes de la instalaci6n para asegurar el cumplimiento de las condiciones de diseíío. Entre los principales trabajos a realizar se tiene:

a) Equilibrado de las distribuciones de aire y agua.

b) Ajustar todos los sistemas de la instalaci6n para asegurar el cumplimiento de los datos de diseño.

c) Medici6n de las variables elktricas.

d) Verificacidn del funcionamiento y eficiencia de todos los equipos, aparatos e instrumentos de la instalaci6n de aire acondicionado.

Es muy conveniente ir creando una biblioteca de los planos, diagramas e informacih tknica en general de la instalacibn, a s í como de las modificaciones que puede sufrir durante su vida útil, identificando cuidadosamente el tipo y descripci6n de todos y cada uno de los elementos constituyentes de una instalaci6n.

TambiCn es conveniente elaborar un manual de puesta en operaci6n que contenga la informaci6n pertinente de los valores de consigna de los equipos importantes, a s i como los siguientes rubros:

Bases de ciilculo del proyecto: cargas &micas desglosadas, datos climatol6gicos, ventilacibn, ocupaci6n, uso, etc.

Condiciones de consigna de temperatura y humedad por espacio.

Especificaciones mechicas, ermicas y elktricas de los equipos: velocidad, potencias calorífica, temperaturas, corriente nominal y mhxima, puntos de control, etc.

Diagramas de flujo de fluidos.

Diagramas de regulacidn y control.

Preparaci6n de la instalaci6n.

Es muy importante comprobar que los circuitos de agua o vapor y aire, los filtros y los intercambiadores esth limpios y libres de incrustaciones. TambiCn debe comprobarse que los elementos de accionamiento y control operen correctamente.

Antes de la puesta en operaci6n deberhn comprobarse que los equipos mdnicos funcionen bien: sentido de giro adecuado, transmisiones en buen estado, lubricaci6n de cojinetes y rodamientos, etc., a s í como los accesorios y dispositivos anexos. Los equipos elktricos deberhn trabajar con fusibles correctos y a la tensi6n permitida. En los equipos frigoríficos deberh comprobarse la presi6n de funcionamiento del refrigerante.

Planeacih de las pruebas a efectuar.

Es conveniente realizar un plan de pruebas iniciales que contemple el tipo de ensayos a realizar, instrumentaci6n, secuencia de operaciones, etc. En el plan tambiCn debe verificarse la existencia de - puntos de medici6n.

Se recomienda primero al ajuste y equilibrado de los sistemas de aire y despuCs a los de agua o vapor. Esto se hace ya que el aire es el fluido termoportador final que controla el buen o mal funcionamiento de la instalaci6n. El ajuste, ensayo y equilibrado de los sistemas de aire, no presenta dificultades especiales salvo en lo relativo a la determinaci6n precisa del valor de la temperatura de bulbo húmedo. Por el contrario; el equilibrado de los sistemas de agua caliente, agua enfriada o vapor; puede presentar ciertas exigencias relativas a la presici6n de las mediciones a realizar, bhicamente debido al comportamiento de los elementos de intercambio de calor.

Así, en el caso de una instalaci6n de calefacci6n por agua, el equilibrado del lado agua no suele presentar dificultades especiales por cuanto la precisi6n exigida no es crítica.

En el caso de la calefacci6n por vapor la situacibn ya no es tan favorable, ya que la relaci6n entre el flujo mhico de vapor (Kg/h) a travbs del radiador o batería y la potencia calorífica, es prhcticamente lineal. Esto significa que una variaci6n del flujo de un lo%, por ejemplo, modifica en 10% la potencia calorífica suministrada por el intercambiador.

Finalmente, hay que conceder la mayor importancia al trabajo de ajuste, ensayo y equilibrado de las instalaciones de agua enfriada. Efectivamente, los elementos terminales de intercambio que funcionan con agua fría (4 y lO"C), toleran muy mal las variaciones de flujo. Ello es a s í por que las diferencias medias de temperatura entre el agua y aire son muy pequeñas, en comparaci6n con lo que Ocurre en el caso de la calefacci6n.

De todo lo anterior se deduce que el equilibrado del lado agua o vapor debe hacerse con mayor esmero, en el caso de agua enfriada, que en el caso del vapor o del agua caliente, y en cualquier caso, con clara intenci6n de conseguir que la capacidad de transmisi6n de calor se dC para las condiciones de funcionamiento previstas.

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Procedimiento general de puesta en marcha.

La puesta en marcha se clasifica en:

Puesta en marcha lado aire.

Abrir todos los registradores de regulaci6n en el sistema.

Ajustar los registros de aire exterior al minimo y los de retorno al mhimo. Comprobar que los registros de aire exterior, al pasar a 100 %, abiertos, corresponden con los de aire de retorno totalmente cerrados.

Comprobar la velocidad de giro de todos los ventiladores ,mediante el tadmetro. Hacer varias lecturas y promediar.

Medir el consumo de los motores elhtricos con el amperímetro en cada una de las fases. Este consumo no debe superar el valor nominal de placa.

Medir el caudal total de aire suministrado por el ventilador en:

a) la batería de calefacci6n, b) los filtros, c) el conducto principal.

Comprobar que el voltaje de los motores sea el adecuado.

Ajustar 10s registros en los conductos o ramales secundarios hasta obtener en ellos 10s caudales de aire exigidos.

Medir y ajustar el flujo de aire en cada difusor o rejilla.

Puesta en marcha del agua.

Para tener un sistema bien equilibrado debe comprobarse que:

- todos los purgadores de agua funcionen correctamente y que todas las v6lvulas manuales esth en posici6n de abierto y funcionen bien.

- las v6lvulas de regulaci6n automzltia responden adecuadamente a los elementos de control.

- el voltaje en los motores de las bombas es el adecuado.

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I

También debe medirse:

- el consumo de los motores elktricos de las bombas para determinar, aproximadamente, la potencia absorbida.

- las presiones a la aspiraci6n y a la impulsi6n de las bombas, a gasto total y nulo. Medir también la presi6n diferencial.

- Con lo anterior determinar sobre la curva de la bomba el gasto suministrado.

- A continuaci6n se ajustarían las viilvulas en la central de bombeo, de modo que el gasto suministrado sea un 10 % mayor que el de diseño; a medida que avance el equilibrado se mantendrii lo miis constante posible, que podrii llegar a ser, al final, igual al de diseño.

- Los ramales que salgan de la central se ajustariin a sus flujos de diseño comenzando por los miis cortos y acabando por los miis largos. Para este fin serh muy útiles los dispositivos de medida incorporados en el sistema de tuberías.

- El equilibrado del gasto en los aparatos terminales se harii midiendo el flujo con base a lecturas de presiones y compariindolas con los datos del fabricante, o bien haciendo un balance aire-agua a través de la medicidn de temperaturas. El ajuste requeririi la manipulaci6n de las viilvulas manuales existentes.

Mlisii de informacidn.

Una vez terminada la fase de comprobaci6n del funcionamiento, se dispone de un conjunto de datos cuantitativos que hay que valorar para poder extraer conclusiones sobre el comportamiento energético de las instalaciones. Esta valoracidn puede sistematizarse atendiendo a los puntos que a continuaci6n se señalan.

Comparacidn del diseño de sistemas de acondicionamiento.

Al ensayarlos puede constatarse que muchos equipos son incapaces de dar las especificaciones de proyecto. Es importante que el adisis de la instalaci6n tenga presente que el sistema de acondicionamiento fue diseiiado para producir un ambiente de trabajo agradable.

Estratifícaciones de aire.

Comprobar si existe estratificacibn de aire o un gradiente importante de temperaturas entre el suelo y el techo. Este fendmeno se da en los períodos de calefaccidn formiindose una capa de aire caliente bajo la cubierta. Esta circunstancia hace que el flujo de calor al exterior quede incrementado sobre el

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valor que tendría si la temperatura fuese uniforme. Dado que el flujo de calor depende dela diferencia de temperaturas interior y exterior, si la temperatura interior bajo cubierta es superior a la que habría sin estratificacibn, las pCrdidas caloríficas serhn mayores. En verano, la estratificaci6n puede ser benkfica por lo que el flujo de calor entre la cubierta y la navt? disminuir&

Necesidades de extraccih de aire para control de contaminantes.

Es conveniente hacer una clasificaci6n de zonas con extracci6n general y lugares de trabajo con extracci6n localizada. En el primer caso se recomienda analizar uno por uno cada zona, comprobando si es posible transformarlos en extracciones localizadas que requieren menos aire, con lo que se obtienen, generalmente, mejores resultados sobre el control de la contaminacidn ambiental.

En el caso de las extracciones localizadas se comprobar6 que el gasto de aire extraído no sea superior al necesario para un buen control de las manipulaciones que se realizan.

Areas no ocupadas y con acondicionamiento de aire t6rmico.

A menudo aparecen lugares en una planta industrial que antiguamente se destinaron a una actividad que requería del acondicionamiento ambiental, pero que al ser posteriormente destinadas a otras actividades ya no necesitan esos niveles pero se siguen manteniendo las mismas condiciones de temperatura. Es importante detectar estas zonas para poder decidir quk se puede hacer con los sistemas de acondicionamiento ambiental. Adogamente hay que fijarse en todas las zonas de una planta anormalmente calientes en invierno o exageradamente frías en verano. Ello es seal de un consumo energktico excesivo. Probablemente estos lugares tendr6n las puertas y ventanas abiertas para intentar compensar la deficiencia, y pudiendo originar quejas por descompensaci6n en las heas circundantes.

Programa de mantenimiento preventivo.

Comprobar que existe un programa de mantenimiento preventivo que realmente se aplica a todos los elementos y equipos relacionados con la energía en las instalaciones de acondicionamiento.

Tales elementos son:

0 Intercambiadores de calor líquido-líquido o vapor-líquido (limpieza de superficies de intercambio, etc.).

0 Intercambiadores de calor líquido-aire o vapor-aire (superficie de tubos limpia, limpieza de la superficie de las aletas, etc.).

0 Filtros en tuberías de agua y vapor.

0 Filtros de aire en conductos y climatizadores.

0 Ventiladores (estado de las transmisiones, limpieza de rodetes, etc.).

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0 Aislamiento (estado general, grado de humedad, etc.).

0 Elementos de regulacidn y control (movimiento, puntos de ajuste).

La ausencia o falta de cumplimiento del programa de mantenimiento darh lugar a que los equipos funcionen lejos de su 6ptimo rendimiento y consuman m& energía. Por ejemplo, unos filtros de aire sucios producen una p6rdida de carga mayor, que se traduce en menos gasto de aire y un consumo energktico mayor.

Formulaci6n de conclusiones.

Con la toma de datos y el anillisis realizado a la vista de ellos, se dispone de una informaci6n que cualitativamente puede valorarse. Esta valoraci6n cualitativa debe hacerse a travks de una serie de conclusiones que posteriormente, cuando se haya hecho el balance energktico, permitirh el plantear las soluciones energkticas a aplicar.

En las conclusiones se indicarh los puntos dkbiles sobre los que se pueda actuar; el balance energktico indica la importancia que pueden tener tales puntos dkbiles. Por tanto, a partir de aquí se pueden plantear las soluciones energkticas de modo realista.

Toma de datos.

Una vez que se ha descrito la metodología del adisis de una instalaci6n de acondicionamiento que se ha basado en una puesta a punto de la misma. Para ello es necesario el realizar una serie de mediciones de parhmetros físicos que cabe definir como una toma de datos b&icos de la instalacibn.

Los parimetros físicos a medir son:

- Temperatura de bulbo seco del aire,

- temperatura de bulbo húmedo del aire,

- presi6n del aire,

- humedad relativa del aire,

- velocidad de rotaci6n de miquinas,

- intensidad elktrica de mhquinas,

- temperatura del agua,

- velocidad del aire,

- presi6n del agua,

- presi6n del vapor,

- voltaje de las mhquinas,

- flujo de agua,

- potencia elktrica de miquinas.

62

6.2. Optimizacidn energ&ica de las instalaciones de aire acondicionado.

Las instalaciones de climatizaci6n consumen una cantidad importante de energia. Este consumo se debe racionalizar y optimizar, de manera que resulte el mínimo compatible con la obtenci6n de las condiciones de bienestar para las que fueron diseiiadas.

Se han desarrollado tknicas, tanto en la construcci6n de los equipos que integran las instalaciones, como en el diseiio de las mismas, que contribuyen notablemente a conseguir el objetivo de optimizaci6n del consumo energ6tico. En este sentido, en el diseíío y proyecto de las nuevas instalaciones se deberfin considerar aspectos encaminados a racionalizar el consumo energktico, tales como:

0 Fraccionamiento de potencia en los equipos de producci6n. 0 Calidad, espesor, etc., del aislamiento de tuberías y ductos. 0 Utilizacidn de equipos de alta eficiencia energktica. 0 Diseiio de sistemas de mantenimiento preventivo adecuados.

El proyecto de optimizaci6n energktica consta de las siguientes etapas:

Adlisis energ6tico. Diagnbstico de funcionamiento. Diagn6stico de mantenimiento. Auditoría energktica. Proyecto de actividades. Evaluaci6n de la rentabilidad de las inversiones. Implantaci6n de sistemas de supervisi6n y control adecuados. Seguimiento de los resultados. Reconsideraci6n de nuevas medidas o modificaciones y ampliaciones de las existentes.

AnB'Lisis energkico.

- Proyecto de la instalacibn.

Es importante disponer del proyecto de ejecuci6n. Si no existiesen planos de las instalaciones, o kstos no fuesen confiables, se proceder6 a confeccionar los esquemas biisicos de funcionamiento de la instalacidn.

- Recopilaci6n de datos.

I

+ Toma de datos de los equipos bhicos de la instalacibn, con detalle de sus marcas, modelos, potencias de motores y elementos consumidores de energía, estado de funcionamiento y conservaci611, etc.

63

1

4 Horarios de funcionamiento de.las instalaciones y sus componentes, en las diversas kpocas del año.

4 Consumos de energía anuales, con detalle del tipo de energía, consumos por año, por temporada, por meses si es posible.

4 Costo de servicios de mantenimiento.

4 Tipo de mantenimiento, frecuencia, etc.

Esta informacibn, UM vez recopilada, se ordenar6 debidamente para su posterior utilizaci6n. Es de importancia fundamental, la observaci6n e identificacibn del estado de conservaci6n de las instalaciones y sus equipos detallando aspectos como:

0 Detecci6n de anomalías de funcionamiento, 0 temperaturas en los locales, 0 funcionamiento de los sistemas de regulaci6n y control,

horarios de funcionamiento de cada equipo, existencia de fugas de agua o aire en tuberías y conductos.

- Mediciones a realizar.

Las distintas mediciones a realizar en las instalaciones de climatizaci6n son:

+ O

O O

O

O

O

+ O

O

Grupos de producci6n de agua fría.

Medir el consumo elktrico de los motores. Medir las temperaturas de entrada y salida. Medir las presiones del agua a enfriar, antes y despuks del enfriador. Conociendo la pkrdida de carga en el enfriador se deducir6 el gasto de agua a enfriar, mediante el empleo de datos proporcionados por el fabricante del equipo. Conociendo el gasto de agua y la diferencia de temperaturas entre entrada y salida, se determinad la potencia frigorífica producida por el equipo. De los datos suministrados por el fabricante sed posible conocer si el funcionamiento del equipo se tiene a potencia parcial, o sea, a potencia inferior a la potencia que nominalmente podría suministrar el equipo en iguales condiciones de condensaci6n. A potencia parcial los grupos de enfriamiento funcionan con un rendimiento inferior al 6ptimo.

Calderas de agua caliente.

Medir las temperaturas de entrada y salida del agua de la caldera. Medir el gasto de agua que circula por la caldera. Esta medici6n es la correspondiente a la bomba de circulaci6n.

64

La potencia útil de la caldera sera:

Potencia = Gasto x (temp. agua sal. - temp.agua entrada.) (28)

+ Torres de enfriamiento.

0 Medir la temperatura de bulbo húmedo exterior. 0 Medir las temperaturas de entrada y salida del agua de condensaci6n a la torre. 0 El flujo de condensacidn se habra medido con anterioridad en el grupo de enfriamiento de agua.

Con el gasto y las temperaturas del agua de condensaci6n, se conocera la potencia de la torre:

Potencia = Gasto (temp. entrada - temp. salida) (29)

Una torre de enfriamiento debe suministrar agua a una temperatura mkima de salida. Si dicha temperatura es inferior a la exigida, la torre tendrii capacidad sobrada, por lo cual convendd pensar en adaptar mejor esta capacidad a las necesidades de condensaci6n.

+ O

O

O

O

O

Ventiladores.

Medir la potencia absorbida por el motor de acondicionamiento. Medir la presi6n total en la boca de aspiraci6n y hacer lo mismo en la de impulsibn. La diferencia entre ambas medidas dar6 indicaci6n de la elevaci6n de presi6n generada por el equipo. Medir el gasto de aire impulsado por el ventilador, haciendo la medici6n ya sea en el lado de la impulsi6n o aspiraci6n. Medir la temperatura del aire en la aspiraci6n para determinar el valor de la densidad. Conociendo el gasto y la elevaci6n de presi6n total se puede determinar la potencia útil del ventilador:

Potencia útil = Gasto x Elevaci6n presi6n total (30)

Comparando esta potencia útil con la potencia absorbida medida, se tiene el rendimiento con el que trabaja el ventilador.

Rendimiento (%) = (Potencia útil/Potencia absorbida) x 1 0 0 (31)

Lo anterior es valido para cualquier tipo de ventilador.

65

+ Bombas centrífugas.

0 Medir la potencia absorbida por el motor elktrico de accionamiento. 0 Medir la presi6n a la aspiracih y a la impulsi6n de la bomba, en puntos al mismo nivel. La

0 Medir el gasto de agua impulsado por la bomba. Con la elevacidn de presi6n y el gasto, se calcularií la potencia útil:

diferencia dar6 la elevaci6n de presi6n.

Potencia útil = Gasto x Elevaci6n presi6n total (32)

Del conocimiento de la potencia útil y de la potencia absorbida se obtiene el rendimiento con que trabaja el equipo:

Rendimiento (%) = (Potencia útil/Potencia absorbida) x 1 0 0 (33)

En esta etapa debe contrastarse la informaci6n obtenida con la suministrada por el fabricante.

+ Baterías de agua para enfriamiento y calentamiento de aire.

0 Medir el gasto de aire que pasa a travtk de la batería. 0 Medir las temperaturas de bulbo seco y húmedo del aire, a la entrada y a la salida de la batería,

en caso de tratarse de una batería de enfriamiento. Si la batería es para calentamiento de aire bastar6 con medir las temperaturas de bulbo seco. Medir las temperaturas de entrada y salida del agua en las conexiones de la batería.

El gasto de agua que circula por la batería se determina a travCs del balance energCtico, entre el agua y el aire. Con Cl se puede evaluar la participaci6n de potencia que representa sobre el valor nominal, con lo cual pueden examinarse las posibles modificaciones a introducir.

El balance energCtico para determinar el flujo de agua caliente es inmediato y requiere solamente el conocimiento de los datos medidos:

En el caso de las baterías para enfriamiento del aire, hay que determinar las entalpías del aire a la entrada y a la salida de la batería partiendo de los valores medios de las temperaturas de bulbo seco y húmedo. Una vez conocidas l a s entalpías del aire, el balance energCtico permite determinar el gasto de agua:

donde:

Q = gasto del aire. he = entalpía del aire a la entrada en kcal/h x m. h, = entalpía del aire a la salida en kcalh x m. Te = temperatura del agua a la entrada en "C. T, = temperatura del agua a la salida en "C.

+ Baterías de vapor para calentamiento del aire.

En este caso se seguir6n los mismos pasos que se han descrito para las baterías de agua, salvo en lo referente a las temperaturas del agua, que ahora deberhn ser las de vapor y condensaci6n. Para el vapor hay que determinar su presi6n de entrada, con lo cual se conocer6 la entalpía y el calor de vaporizaci6n, que permitir6 determinar el gasto de vapor. aWt0 de vlpor (kgh) = 0.29 x Q (m'h) x (T, - T> (36)

donde: 0.29 = calor específico medio del aire.

Q = gasto de aire en m3h. Te = temperatura aire a la entrada en "C. T, = temperatura aire a la salida en "C.

La diferencia entre la entalpía del vapor y del condensado cuando el vapor es saturado corresponde con el calor de vaporizaci6n.

+ Filtros de aire.

Medir el gasto de aire a travb del filtro. Medir la presi6n esthtica del filtro. La diferencia de presiones seWar6 la perdida de carga del filtro.

El conocimiento de dicha perdida de carga es muy útil desde el punto de vista de mantenimiento, porque da idea del grado de suciedad del elemento filtrante. La potencia empleada en vencer la resistencia del filtro podr6 ahora determinarse:

Potencia = Gasto de aire x Perdida de carga (37)

Este valor, por sí mismo, no es significativo. Sin embargo, con el tiempo, ser& muy útil al realizar una contabilizaci6n de los consumos energeticos, de la que se extrae& conclusiones interesantes en lo que se refiere a la búsqueda de soluciones energkticamente mejores (sea por sustituci6n y limpieza m& frecuente de los filtros, etc.).

67

+ Climatizadores.

En estos apartados se tienen componentes de los ya descritos, a los que hay que aplicar las mismas consideraciones. Ademh de ello, aparecen los registros de toma de aire exterior, en los que interesa medir el gasto del aire y la temperatura de bulbo seco y húmedo, si el climatizador es para calentamiento del aire.

+ O

O

O

+ O O

+ O

O

Red de ductos principales.

Medir el gasto de aire circulante. Medir la pbrdida de presi6n total en cada tramo en el que se ha medido el gasto de aire. La potencia necesaria para vehicular el aire a travbs del tramo de conductos serti:

Potencia = Gasto aire x Pkrdida de carga (38)

Red de tuberías de agua.

Medir el gasto de agua circulante. Medir la pkrdida de carga o diferencia de presiones entre dos puntos de la red, cuidando de tomar en consideraci6n los desniveles que existan en la instalacih.

Locales climatizados.

Medir la temperatura del aire ambiente. Medir los flujos del aire de impulsi6n y de retorno.

Efectivamente, existir& una diferencia entre los caudales de impulsi6n y retorno, que dartin lugar a la depresi6n o sobrepresi6n existente. Ello querrti decir que la potencia puesta en juego, y no necesaria, para mantener tal situaci6n, es:

Potencia = Diferencia de flujos x Diferencia de presi6n (39)

Metodologfa para realizar el balance energ&ico de un sistema de acondicionamiento de aire. a) Definicibn clara de los límites de cada sistema a analizar, con determinacibn precisa de los equipos

y componentes principales.

b) Toma de datos de funcionamiento de los equipos y componentes principales. Se contrastariín con los valores obtenidos al realizar la puesta en marcha para tener la certeza de que las condiciones de cada sistema son las exigidas.

68

I

Con base en lo anterior se determinari la calidad energktica de los equipos y componentes, examinando la posibilidad de modificaci6n de los mismos o mejora de sus especificaciones.

Recopilaci6n de los valores globales de los consumos energkticos mensuales, referidos a varios sistemas o al conjunto de ellos. La fuente de informaci6n serin las facturas libradas por el suministrador. Con ello se elaborarin las grificas de energía correspondientes.

Estimaci6n de las horas de funcionamiento mensual en las distintas condiciones de carga que se habrin detectado al realizar la toma de datos. Estas horas de funcionamiento servirin para calcular los consumos energkticos anuales de los distintos equipos y componentes.

Los distintos equipos y componentes se agruparin de modo 16gico y por grupos homogkneos o funcionales (por ejemplo, ventiladores de impulsibn; extractores; aerotermos; grupos de calefacci6n; grupos de producci6n de agua fría; bombas, etc.), de tal modo que se obtendrh grificas anuales de consumo para cada grupo.

Se contrastarin todas las grificas de los grupos, con el comportamiento energbtico global obtenido en (d).

Observando las diferencias entre las griificas en (g), se modificariin las hip6tesis hechas en (e), hasta conseguir una correcta coincidencia con la realidad.

Las hip6tesis modificadas darin idea de culles pueden ser las mejoras energkticas a introducir en el funcionamiento de los sistemas.

Despuks de esto pueden emprenderse estudios de modificaci6n de los sistemas. Estos estudios deberh hacerse, partiendo del establecimiento de un modelo matemiitico de los sistemas que permita introducir modificaciones de los equipos y componentes.

Para concluir el balance energktico, se a n a l h i la economía energktica a obtener con las modificaciones propuestas, y se comprobari su rentabilidad econ6mica, al contrastarlas con las estimaciones de la inversi6n a realizar y a la vista de los tipos de inter& u otros indices que se estime conveniente aplicar al estudio.

Diagn6stico de funcionamiento.

Del adlisis energktico se determinan las anomalías de funcionamiento, que deberh recoger, por UM parte, aquellos en los que se ha observado un funcionamiento irregular, tales como:

Defectos de funcionamiento. 0 Defectos de regulaci6n y control.

Mal funcionamiento. Defectos en elementos de medici6n.

0 Desequilibrios entre flujos de agua y/o aire.

69

. ._ .

Por otra parte, se recogerfin aquellos aspectos que supongan carencias de la instalaci6n o defectos de diseño, que originen un mayor gasto energttico, y como tales resulten factibles de reforma y mejora.

Diagn6stico de mantenimiento.

Del adlisis energttico anterior se determinar6n las anomalías de mantenimiento y conservaci6n de las instalaciones por motivos, tales como:

Carencia del correcto servicio de mantenimiento. Escasa secuencia del mantenimiento. Falta de limpieza de filtros y correcta instalaci6n. Defectos de funcionamiento de equipos. Fugas de agua ylo aire en tuberías y ductos. Elementos o equipos fuera de servicio. Combusti6n irregular en calderas. Mal funcionamiento de compuertas de regulaci6n.

Auditoría energ&ica.

Las tres etapas anteriores indican dmo funciona la instalaci6n, sus anomalías, consumos, etc.; el siguiente paso es un adisis en profundidad, comparando el consumo de energía 6ptimo. Este aspecto es de gran importancia para evaluar la capacidad frigorifica y calorífica instalada, detectar posibles sobredimensionamientos, etc., en relaci6n con la potencia necesaria para el edificio.

En primer lugar la auditoría energttica calcula las necesidades grmicas de la edificaci6n, las potencias necesarias, los consumos 6ptimos, etc., los compara con los consumos reales y, en funci6n de ello, establece criterios para instrumentar un proyecto de actividades para adaptar los consumos reales a los estimados como 6ptimos.

La auditoría deber6 incluir las siguientes etapas:

Recopilaci6n de informaci6n. Adlisis de la demanda energttica. Adlisis de la explotacibn. Propuestas de ahorro energttico. Evaluaci6n de las propuestas. Adlisis econ6mico. Rentabilidad de la inversi6n. Período de recupe.raci6n de la inversi6n.

A partir de estos datos podrh tomarse las decisiones de inversi6n que se consideren rentables. Estas decisiones se fundamentarh en un proyecto de reformas.

70

El proyecto de actividades debe contemplar los aspectos de:

Normas de funcionamiento. 0 Normas de mantenimiento.

Criterios de uso de la edificaci6n. Reformas y adaptaciones de peque- inversi6n. Adaptaciones reglamentarias. Reformas de las instalaciones con inversi6n. Renovaci6n de las instalaciones.

En la evaluaci6n de la rentabilidad de las inversiones, los partimetros econ6micos servirh como base para la toma de decisiones sobre la conveniencia, posibilidad y oportunidad de las inversiones a realizar propuestas en el proyecto de actividades.

Modificaciones para una mejora energ6tica.

Del adisis efectuado surgirhn modificaciones de tipo puesta a punto, limpiezas, regulaci6n adecuada, etc., con escasa o nula inversidn que obviamente constituirh el primer .grupo de medidas que se deben acometer de inmediato por su elevada efectividad.

El plan de actividades resultado del adisis efectuado incluir& las medidas por bloques según el criterio que m& interese a la propiedad, pudiendo escoger criterios de amortizaci6n, de preferencia, de necesidad, etc. A continuaci6n se exponen las posibles modificaciones divididas en tres grupos:

Opciones con nula o baja inversih:

O

O

O

O

+ + +

+

Instalar o añadir aislamiento a las cubiertas, falsos techos y muros. Modificar el techo para disminuir la ganancia solar (color claro). Ventilar los espacios vacíos por debajo de las cubiertas de los edificios. En las ventanas, instalar vidrio reflejante o l&minas plhticas reflejantes para disminuir la ganancia de calor por radiaci6n solar en los espacios refrigerados. Utilizar colores claros en las paredes exteriores, con esto se evita la concentraci6n de calor. Orientar al usuario instalando en lugar visible un term6metro que contenga las indicaciones para regular la temperatura ideal. Los aparatos de tipo ventana normalmente funcionan con dos fases, por lo cual es conveniente protegerlos con un interruptor bipolar para evitar que en caso de falla de una fase, continuen trabajando, ya que esto puede dañarlos. Revisar el proyecto original del edificio referente a la ocupaci6n de y el uso de los patrones ambientales.

Es importante valorar el efecto que esta soluci6n tiene en el caso de que normalmente se utilice la luz natural como elemento fundamental de alumbrado, ya que conviene llegar al equilibrio entre los consumos de energía para refrigeraci6n y para alumbrado artificial.

71

O

O

O

O

O

O

O

+ + + + + + + + + + + + +

Colocar persianas o elementos semejantes, con la consideracidn antes mencionada. Instalar vidrios dobles en lugar de vidrio simple. Mejorar la hermeticidad de las juntas en puertas y ventanas. Sellar las juntas existentes en las uniones a base de paneles mealicos, estkn o no aislados. Revisar y sellar las uniones entre cubierta ligera y los muros. Reparar los vidrios rotos en las ventanas. Instalar toldos o parasoles en ventanas soleadas. Revisidn de ductos para el chequeo de deterioro y/o fugas Las entradas de ventilacidn no deben obstruirse. Las trayectorias de ventilacidn deben estar libres de obstrucciones para permitir una mezcla completa con el aire del interior. El Area de las aberturas de entrada y salida debe ser aproximadamente la misma. En caso de utilizar ventilacidn natural, la salida del aire debe situarse a mayor altura que la entrada. Cerrar ventanas y puertas, mientras el edificio se este enfriando. Asegurarse que todos los termostatos funcionen correctamente, y estos sean operados solo por personal autorizado, para evitar un manejo inadecuado de ellos. Eliminar el uso de enfriamiento mdnico cuando los locales no se encuentren ocupados. Minimice las entradas de aire del exterior. Limpiar los filtros periodicamente, para evitar que se perjudique su rendimiemto. Siempre es conveniente prender el aire acondicionado una hora antes de su utilizacidn y apagarlo una hora antes de su termino. Reparar fugas de aire, agua o fluido refrigerante. Verifique que el tratamiento del agua de condensacidn es el adecuado Utilize preferencialmente liimparas fluorescentes en ambientes climatizados.

Modificaciones con escasa inversibn.

+ Exceso de aire en carga real. Corregir el equilibrado del sistema por mbtodos de temperatura

0 Exceso de humedad en la carga real. Corregir el equilibrado del sistema por metodos de

Exceso de vapor. Corregir reemplazando las viilvulas o accesorios que funcionan mal. Comprobar todos los factores de consumo de los motores y qonsiderar su posible sustitucidn.

0 Sistema de regulacidn que actúe en. funcidn de la demanda por ZOM con el fin de reducir el

diferencial.

temperatura diferencial.

consumo de energía.

72

Medidas con inversibn apreciable.

e Sistemas de recalentamiento.

Los sistemas con recalentamiento en unidades terminales son grandes consumidoras de energía y necesitan una especial consideraci6n para minimizar el recalentamiento durante los períodos de escaso funcionamiento y reajustar las temperaturas de impulsi6n de aire. Conversi6n del sistema a otro con flujo de aire variable por adici6n de sistemas de modulaci6n de aire en los ventiladores. Los sistemas que suministran un determinado número de zonas homogtneas pod& convertirse en unizona con temperatura variable y volumen constante.

Sistemas de doble conducto.

Estos sistemas tienen que estar provistos de un control que automhticamente mantenga: a) la corriente de aire frío a la temperatura m& alta que satisfaga la zona que necesite aire m& frío, y b) la corriente de aire caliente a la temperatura m& baja que satisfaga la zona que necesite aire m& dido.

0 Sistemas de reenfriamiento.

En los sistemas en los que el aire calentando se enfiía directa o indirectamente para mantener la temperatura, se instalarh controles que automhicamente fijen la temperatura a la que se calienta el aire al menor nivel que satisfaga a la zona que necesite el aire m& caliente.

0 Sistemas de vapor.

Se deben considerar las siguientes modificaciones para controlar correctamente los sistemas de calefacci6n por vapor y minimizar las ptkdidas de energía por sobredimensionamiento de los locales a acondicionar:

a) Conversi6n del sistema en otro de doble tubería con una temperatura de vapor proporcional a las

b) Conversi6n del sistema en otro de vacío variable con control de vacío parcial que responda a las

c) Subdividir el sistema en zonas, como sea m& apropiado, para minimizar las necesidades

d) Instalar vhlvulas de control operadas termosthticamente en todas las unidades de distribucibn de

condiciones exteriores.

condiciones climhticas externas.

energtticas y sacar ventaja de las ganancias internas de calor del edificio.

calor.

0 Sistemas de agua fría.

Se deben considerar las siguientes modificaciones para minimizar las pbrdidas de energía y mantener el control del sistema.

a) Instalaci6n de sistemas de compensaci6n de flujo entre las diversas unidades de refrigeraci6n.

73

b) Unidades de refrigeracih cíclica en secuencia proporcional a la demanda.

Recuperaci6n de calor del aire de extracci6n.

En el caso de que la recuperacih de calor tenga lugar s610 por calor sensible, estas diferencias de entalpías se traducen en diferencias de temperaturas. Los sistemas de intercambio ermico aire-aire, directos o indirectos, se clasifican en:

EstAticos aire-aire. Rotativos aire-aire. Aire-aire tipo heat pipe. Aire-agua. Aire-bomba de calor-aire.

Los tres primeros sistemas requieren que el aire exterior mínimo y el aire de expulsi6n sean conducidos en el mismo lugar donde est6 instalado el intercambiador y, ademk, en contracorriente, lo que puede dar lugar a grandes dificultades en la disposicih de los conductos y a fuertes incrementos de costos.

Sistemas integrados.

El simple hecho de enfriar las luminarias por medio de aire de retorno del sistema de acondicionamiento, o por medio de agua, reduce la carga interior de los locales y el gasto de aire necesario.

Como efectos secundarios del enfriamiento de las luminarias, pero no por ello menos importantes, est6n el aumento de la eficiencia lumínica de los aparatos y el alargamiento de su vida útil.

La energía consumida por las lhparas se disipa de distintas maneras. Una gran parte de calor emitido por las luminarias, del 35 al 80 %, puede ser eliminado a trav6s de varios sistemas de ventilaci6n o refrigeracibn, antes de que entre al espacio acondicionado. El aire y, en menor medida el agua son los medios mk comúnmente usados para remover el calor.

Enfriamiento gratuito por aire exterior.

Se hace notar que el control, del que el dispositivo de enfriamiento gratuito debe ir equipado, deber6 evitar el enfriamiento de los locales por debajo de las condiciones mínimas de proyecto para obviar la necesidad de su sucesivo calentamiento. Para ello, es necesario, una vez m k , estudiar detenidamente su subdivisih del edificio en sistemas y subsistemas, de tal manera que cada uno de ellos sirva locales cuya carga tenga un perfil similar en el tiempo.

El COP de estos dispositivos es muy elevado y para su mantenimiento en el tiempo es suficiente un control basado en las diferencias de entalpías que, en algunos casos, podr6 ser sustituida por un control basado en diferencias de temperaturas. .

74

7. METODOLOGIA DE 'DIAGNOSTICO ENERGETICO.

Al comenzar la revis6n de una instalaci6n de aire acondicionado, es necesario acopiar previamente los siguientes datos, que ahorrarh visitas e inspecciones al local, antes de comenzar cualquier dculo. Ademas es necesario tener una visi6n integral de los problemas de un equipo de aire acondicionado para realizar un diagn6stico mucho m& completo.

DATOS DE PARTIDA

Planos del local : planta, secci6n y fachadas. Situaci6n : latitud, altura, tipo de atm6sfera ( contaminada industrialmente ). Tipo de instalacibn. Envolvente constructiva : secci6n de paredes,muros, suelos y techos. Características de cerramientos : ventanas, puertas, etc. Uso del local Condiciones interiores : temperatura y humedad en invierno y verano. Condiciones interiores de los locales contiguos. Densidad de personas por metro cuadrado. Maquinaria instalada y horarios de funcionamiento. Iluminaci6n instalada y horarios de funcionamiento. Otros aparatos como fotocopiadoras, computadoras, etc. fuentes de cargas latentes como bafios, duchas, depbitos y temperaturas. Horario de funcionamiento del local. Condiciones exteriores de base : temperatura y humedad en invierno y en verano. Grado de tolerancia para la temperatura y humedad interiores. Medio con el cual se refrigera el condensador : agua o aire. Temperatura del agua disponible y flujo. Tipo de combustible de la calefacci6n. Características de la energía elktrica: tensibn, frecuencia, consumo, demanda etc. Dimensiones y situaci6n de la sala de mhquinas. Renovaciones de aire necesarias. Otras observaciones como : sombras de otros edificios, color de las superficies exteriores,uso de persianas o parasoles, color de paredes y cortinas, velocidad del aire en la localidad y direcci6n m& frecuente, etc.

Con todos estos datos podemos calcular las aportaciones y pCrdidas de calor a compensar.

* CONDICIONES INTERIORES

Es otro de los datos de partida importantes a fijar en el dculo de un acondicionamiento. Este apartado viene totalmente influenciado por las caracteristicas del local; por el cual podemos saber :

75

- Número de ocupantes del local. - Actividad que desarrollan. - Clima del lugar. - Tiempo de utilizacibn.

* ESTUDIO DEL CONFORT A OBTENER

- Mbimo confort. - Confort normal. - Mínimo confort.

* TEMPERATURA DEL AGUA

Monitorear la temperatura del agua helada, tanto a la salida del enfriador como al retorno, sensando el gasto del agua obtenido, y la potencia consumida del enfriador, con esto se dcula las toneladas de refrigeracibn demandadas y se puede tomar decisiones de encender o apagar enfriadores, si estos se encuentran en batería.

EXISTEN CINCO FALLAS PRINCIPALES EN EL AIRE ACONDICIONADO

1) La unidad no arranca. 2) La unidad arranca pero para enseguida. 3) La unidad trabaja pero no enfría. 4) La unidad hace demasiado ruido. 5) La unidad trabaja pero enfría demasiado.

1) LA UNIDAD NO ARRANCA

- Verifique si hay voltaje - Verifique si la capacidad es apropiada - Verifique los fusibles ( si esth quemados investigar porquC ) - Verifique el term6stato (i contactos cerrados ?, ¿cable suelto?) - Verifique los interruptores de alta y baja presi6n.

Control de bJa presi6n abierto :

y Restricci6n en las líneas de líquido o succi6n. y Poco refrigerante en el sistema. y Retorno de aire pobre sobre el serpentín evaporador. y Vhlvula de expansi6n termostdtica bloqueada o tubo capilar obstruido.

76

Control de alta presidn abierto :

y Poco flujo de aire( o agua ) al condensador. y Presi6n de succi6n excesiva. y Condensador sucio. y Sobre carga de refrigerante.

Falla en los controles:

y Verifique el transformador del circuito de control ( ¿se cierran los contactos o se mantienen

y Verifique las conexiones de los terminales y el contactor. abiertos?.

2) LA UNIDAD ARRANCA PERO PARA ENSEGUIDA

- Verifique los interruptores de seguridad de alta y baja presi6n. - Verifique si no existe demasiado sobrecalentamiento. Excesivo sobrecalentamiento indica

que no hay suficiente refrigerante liquido entrando al serpentín.

Cortes por control de baja:

4. Restriccibn en l a s líneas de líquido o succi6n. 4. Poco aire sobre el evaporador. 4. Poco refrigerante. Puede ser que se estA evaporando antes de llegar a la vAlvula de expansi6n

o capilar debido a la caída de presibn, como en el caso de un evaporador que esd lo suficientemente lejos por encima del condensador como para que haya m¿% caída de presidn por friccibn de la que se puede compensar con el subenfriamineto.

Cortes por control de alta:

4 Alta presi6n de succi6n. 4 No-condensables .

Verifique los t6rmicos de sobrecarga

4 Aunque este control requiere tiempo para reconectar, puede de todos modos obligar a la unidad a parar depues de un corto tiempo de operaci6n.

Verifique el consumo de amperios

' 4 Vea la placa de identificacibn. El amperaje real no debe exceder el de la placa por m& del 10%

77

Un consumo alto de corriente se puede deber a:

d Alta presi6n de descarga. 4 RelC de arranque defectuoso. 4 Capacitor defectuoso. 4 Alto o bajo voltaje. En un compresor hermktico este voltaje no debe variar m& del 10% por

d Alambrado incorrecto. 6 Compresor frenado. d Contactos quemados.

encima del voltaje de placa o menos del 5 % por debajo del voltaje de placa de la unidad.

3) LA UNIDAD TRABAJA PERO NO ENFRIA

- Primero hay que saber si el equipo alguna vez ha enfriado a satisfaccih. - Verifique el diferencial de temperatura a travCs del evaporador. Un diferencial de -7.7"C

a -5.5"C, indica que la unidad esta trabajando correctamente. - Si el equipo enfriaba bien anteriormente, hay que buscar un cambio físico dentro del lugar a

enfriar. ( es decir si el lugar ahora tiene otro uso que el anterior, si hay m& cargas internas, se esth abriendo las puertas con m& frecuencia ).

Verificacih de ductos :

d.

d.

d.

d.

El Area a la que menos atenci6n se le presta cuando se estA tratando de diagnosticar un problema es a la de los ductos inadecuados o mal instalados, los cuales son con mayor frecuencia, la causa bhica de la mala operaci6n, especialmente cuando el sistema de aire acondicionado ha sido "adicionado" a un sistema de calefacci6n ya existente.

El mayor problema parecen ser los retornos de aire inadecuados. La soluci6n m& común es la de instalar retornos adicionales, primero hay que mirar los difusores de suministro para asegurar que los suministros sean del tipo, ta mano y cantidad adecuados para garantizar una operacidn eficiente.

Para reducir costos en lugar de instalar retornos adicionales se pueden remplazar por rejillas y difusores m& adecuados y mejor situados los cuales mejorarfin la eficiencia del sistema. Lo principal es que los nuevos difusores sean del tipo de multiples aletas, ajustables vertical y horizontalmente para ajustar la direcci6n de la descarga del aire.

Todo el sistema de ductos debe ser el adecuado para la distribucih de aire pesado sin sobrecargar demasiado el ventilador o el motor.

78

Circuito de refrigeraci6n con aire

4. Queda aire en el sistema cuando se hace un vacío incompleto. El aire en el sistema es algo indeseable ya que no es condensable e incrementa la presi6n de condensaci6n. Demasiado aire en el sistema puede aumentar la presi6n de descarga en 2.1 6 2.8 kg/cm2, (30 o 40 lb/pulg2).

4) UNIDAD DEMASIADO RUIDOSA

- Verificar si se trata de un ruidos mdnicos extraños, ya que estos son el comienzo de fallas mechicas graves.

- Sonidos como de motor a reacci6n y silbidos se deben generalmente a sistemas de ductos inadecuados que obligan al aire a moverse a velocidades muy altas. Al aumentar el tamaño de los de los suministros y de las rejillas de retorno se pueden reducir inmediatamente la velocidad y los ruidos producidos de esta forma.

5) LA UNIDAD TRABAJA PERO ENFRIA DEMASIADO

- Verificar que el termóstato este instalado en un sitio donde se pueda "sensar" la temperatura promedio del espacio acondicionado.

- El control del ventilador de ser colocado en el sitio de operaci6n constante durante la epoca de enfriamiento, con el objeto de recircular el aire y evitar la estratificacibn.

- Un term6stato "descalibrado" o atascado es una de las causas miis comunes de esta condici6n. Un term6stato que no tiene anticipador de enfriamiento debe ser remplazado por otro que sí lo tenga para obtener un control de temperatura mucho miis exacto.

BUSQUEDA DE FALLAS

Cuando un sistema de aire acondicionado falla y no opera correctamente, la raz6n bhica estarA generalmente dentro de UM de las siguientes cuatro categorías :

1.- FALLA DE ALGUN COMPONENTE

A Defectuoso desde fAbrica A Expuesto a condiciones de trabajo superiores a su capacidad A Falta de mantenimiento apropiado A Desgastado

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2.- AJUSTE EQUIVOCADO

A Demasiado aire exterior A Suciedad, bxido, incrustach * Controles descalibrados A Balanceo del regulador según la estacidn del año

3.- INSTALACION DEFECTUOSA

A Equipos sin acceso o ruidosos . A Torre o condensador enfriado por aire ruidoso A Tubería de refrigeracion mal puesta A Conductos de aire mal instalados

4.- DISEÑO MAL HECHO

A Equipo falto de capacidad A Falta de sistemas de ductos requeridos A Mala distribucidn del aire A Controles escogidos equivocadamente A Cambios en las condiciones de operaci6n

l. 1 .- La falla de algún componente es el problema m& fk i l de corregir, puesto que una vez que se ha detectado, el simple cambio del respuesto permite que el sistema vuelva a operar satisfactoriamente.

- Cualquier componente que funciona normalmente durante un alio, tiene una probabilidad muy alta de permanecer en buenas condiciones de operaci6n.

- Las partes que fallan porque son expuestas a condiciones m& alla de su capacidad son generalmente de tipo elktrico tales corno motores y controles.

- Una parte que falla debido a la falta de mantenimiento apropiado, puede ser de tipo elktrico o de tipo mednico.

Cualquier componente que requiera lubricacidn periMica, estar& sujeto a fallar prematuramente si el mantenimiento general lubricativo es ignorado. Como los rodamientos de los motores y de los ventiladores, a s í como el compresor mismo y sobre todo si es de tipo abierto, donde el aceite se puede escapar del sistema.

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En algunas ocasiones si el sistema necesita refrigerante, y solamente porque se salt6 el control de baja no quiere decir que el sistema necesite refrigerante. La mayor parte de las veces se debe a una restricci6n del flujo del aire atravks del evaporador. Al cambiar unos filtros sucios o al efectuar el ajuste necesario en el ventilador el problema quedar6 resuelto.

- Estas fallas son por el uso y el desgaste.

2.1.- Comparando un sistema que no funciona debido a la falla de una pieza con un sistema que no funciona por que no ha sido bien calibrado, en este ultimo aumenta el mal uso del sistema de aire acondicionado; ya que un sistema que se ha ido descalibrando gradualmente puede llevar a

a) Disminuir su capacidad de enfriamiento. b) Su enfriamiento es disparejo e irregular. c) Que su costo de operaci6n aumente. d) Que su nivel de ruido est6 subiendo.

Un cambio que ocurre lentamente a travh de un largo periodo de tiempo es la reducci6n en aire acondicionado, debido a la acumulaci6n de mugre en el filtro. Una reducci6n del 5% en la cantidad del aire implica una reduccidn del 1 % en la capacidad de enfriamiento.

Otro cambio en las condiciones de operaci6n que reduce la capacidad de un sistema estA relacionado con el condesador. Si este es enfriado por agua, acumularti una capa de 6xido y mugre en el lado de los tubos que da al agua, lo cual reduciri la transferencia de calor del refrigerante al agua. Como resultado de esto, el compresor deber6 trabajar con presiones y temperaturas de descarga m& altas, con la correspondiente reduccidn en la capacidad.

Las condiciones de operaci6n con altas presiones de descarga, pueden darse tambiCn en un condensador enfriado por aire cuya eficiencia ha sido disminuida por la acumulaci6n de polvo, recirculaci6n de aire caliente o patinaje de una banda mal tensionada.

Cuando los costos de operaci6n aumentan se debe comenzar verificando la carga del refrigerante Si esta es baja, la capacidad del sistema se habh reducido a la mitad a tal punto que obliga a los compresores a trabajar m& tiempo de lo normal. A veces un aumento en el costo de operaci6n se debe a cambios de horario de trabajo del equipo o a la cantidad de aire exterior que este toma.

3.1 .- Los escapes de refrigerante son probablemente la causa m k frecuente de que el sistema falle. Los tubos de cobre blando son los m& frecuentemente usados para la línea de interconexi6n del circuito de refrigerante. Con cierta frecuencia los escapes se presentan cerca de las uniones que han sido soldadas con llama, si se uso m k calor para soldar la uni6n o si la misma unidn ha sido soldada varias veces. Asi pues para evitar el escape lo mejor es remplazar toda la secci6n de tubo existente hasta las uniones m& cercanas.

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4.1 .- En instalaciones o diseflos mal hechos no se puede añadir capacidad a las unidades, pero sin embargo es posible reducir la carga de calor usando alternativas- como los aislamientos &micos adicionales. en los sistemas de ductos que han resultado muy pequeños algunas veces pueden ser habilitados añadiendo uno o dos ramales. Una distribuci6n que no es satisfactoria debido al enfriamiento desigual puede ser mejorado en ciertas ocasiones, relocalizando un difusor de suministro o una rejilla de retorno.

Hay problemas de instalaci6n cuando un sistema "partido", donde la unidad condensadora estA muy lejos de la enfriadora, donde se utiliz6 el diametro incorrecto de tubería, donde la localizacih de la condensadora permite la recirculaci6n del aire o no permite que le llegue suficiente, donde no se penso en el retorno del aceite o en la localizacidn apropiada del termosthto, o donde los ductos y la localizaci6n de los difusores de suministro y rejillas de retorno es inadecuada.

Lo importante es determinar cui1 es la causa de que un equipo no funcione correctamente u este operando deficientemente y principalmente el porque se present6 la falla o el problema. Encontrarla y dar la mejor alternativa de soluci6n.

REVISION DEL EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO

Descripci6n general de los equipos que conforman el sistema de aire acondicionado ( marca, capacidad de refrigeracih, número de compresores y tipo, modelo, bombas, etc. ). Ver las condiciones de funcionamiento del equipo de aire acondicionado. Verifique el estado físico del aislamiento ( de las lineas de agua y retorno, de las manejadoras, de los condensadores,paredes, etc. ).

Checar los filtros del aire acondicionado.

Revisar la operaci6n mechica de la unidad.

Revise que la caja de mezcla de aire nuevo y de retorno este operando adecuadamente, para evitar que el extractor saque aire acondicionado en su descarga.

Verifique que la carga del refrigerante sea el requerido.

Revisi6n de motores, alambrados, y termostato.

Verificar en las instalaciones de aire que no haya aberturas entre la pared o ventana y el equipo, a s í como en las unidades centrales, que los ductos hayan sido " revestidos " con aislamiento &-mico para que no dejen " escapar " el aire fresco.

Revise la instalaci6n elktrica, de manera que todo est6 bien conectado.

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ACCIONES CORRECTIVAS.

:lktrica utilizada en aire * El aislamiento tkrmico le puede ahorrar hasta un 50 % de la energía e acondicionado o calefacci6n.

* La instalacih de ventanas de doble vidrio con hueco de aire en medio, le ayuda a eliminar el 70 % de la filtraci6n de rayos solares; Así su sistema de aire acondicionado trabaja m k eficientemente.

* Mantener la temperatura adecuada; ya que por cada grado abajo de los 25.5 "C en el verano su recibo aumentar& un 16 % al mes y por cada grado que sobrepase los 20"C, en invierno le costarh 12 % m k al mes.

* Mantenimiento frecuente del filtro del aire acondicionado; ya que un filtro sucio incrementa su consumo de elktricidad en un 3 % m k por cada tonelada de refrigeraci6n.

* El mantenimiento del equipo es muy importante porque se ha demostrado que a los equipos que en dos años o miis no se les ha proporcionado mantenimiento esth operando 50 % o m k abajo de lo normal. Esto significa que al estar operando con un equipo de aire acondicionado sin mantenimiento se esa pagando dos veces m k de energía elktrica.

* La carga del refrigerante en el sistema es importante, porque si esta es menor que la normal, hay una p6rdida de eficiencia en el enfriamiento y consecuentemente un consumo innecesario de energía en los compresores.

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CONCLUSIONES

Lo miis importante en cuanto a la aportacidn del presente proyecto, es el estudio y adisis de la metodología de Diagn6stico energbtico, la cual puede aplicarse en cualquier proyecto de ahorro de energía en los sistemas de acondicionamiento ambiental.

Aplicado al ahorro de energía, hoy en día se requiere del uso eficiente de la energía, el cual puede obtenerse con el estudio energetico de las diferentes instalaciones como pueden ser edificios, escuelas, hoteles, centros comerciales, industria etc., y pricipalmente con la aplicacidn de las acciones correctívas que se deriven del estudio energktico.

El acondicionamiento ambiental es una de las principales areas de oportunidad donde podemos mejorar la eficiencia de los sistemas, contribuir en el ahorro de energía y mantener o mejorar el confort donde se requiere el aire acondicionado.

Por todo lo anterior es importante el saber realizar un balance t6rmico en cualquier instalaci6n para conocer l a s contribuciones energeticas de equipo y ocupantes asi como ganancia solar avb de muros y techumbres, con lo cual podemos saber si el equipo instalado esti dando 1 S toneladas de refrigeraci6n requeridas, o esta sobredimensionado. El conocer los aspectos fundamentales y el principio de operaci6n de cualquier sistema de acondicionamiento ambiental nos permite detectar fallas en cualquier parte del ciclo, o bi&, cuando se analisen areas de oportunidad de ahorro de energía, estas puedan llevarse a cabo sin afectar el buen funcionamiento del sistema y mejorar la eficiencia energktica.

La medici6n de los parAmetros que influyen directamente en el sistema de aire acondicionado son de vital importancia para conocer el estado actual de funcionamiento del equipo, su eficiencia y con ello conocer los parámetros que podemos variar para aumentar la eficiencia energbtica del sistema y detectar areas de oportunidad para el ahorro de energía. Para llevar acabo la medici6n es necesario planearla, lo cual me permite ordenar los parámetros a medir y realizar el adisis en menor tiempo.

El conocer los mktodos de acondicionamiento ambiental ayuda para la mejor elecci6n en el momento de analizar las propuestas, tomandose en cuenta el tipo de clima, lugar, condiciones, aplicacibn, etc., la buena seleccibn de los equipos de regulaci6n y control, permite un equilibrio entre la inversi6n y el ahorro, manteniendose el confort.

El llevar a la prActica la presente metodología permite conocer el funcionamiento del sistema, el estado actual de las instalaciones, planear, analizar y obtener las mejores propuestas tknicas que permitan su aplicaci6n en cualquier tipo de proyecto donde se haga uso del acondicionamiento ambiental o bien la mejor seleccidn del equipo de aire acondicionado donde se requiera, con un excelente diseño.

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BIBLIOGRAFIA.

[l] Modern Air Conditionig Practice.

[2] Ociidiz, H. "Evaluaci6n de las viviendas solares prototipo de INFONAVIT en La Paz, B.C.S. y San Luis Potosí, S.L.P.". Seminario de Proyectos. U.A.M.-I. Mexico, febrero de 1989.

[3] "Passive Solar Design Handbook". Van Nonstrand Reinhold Co. EUA, 1984.

[4] "Principios Tknicos en el Uso de Energía en las Construcciones.

[5] Optimizaci6n energetics de las instalaciones de aire acondicionado. Instituto para la diversificaci6n y Ahorro de Energía (IDAE).

[6] Acondicionamiento de Locales. Manuales Tknicos y de construccih para Conservaci6n de Energía. (IDAE).

[ 7 l Refrigeraci6n y Aire Acondicionado. Air- Conditioning and Refrigeration Institute. (ARI). Prentice Hall (PHH).

[8] Fundamentos de Aire Acondicionado y Refiigeraci6n.- Eduardo Hernandez Garibar, LIMUSA. 1975.

[9] Fundamentos de Calefaccibn, Ventilaci6n y Aire Acondicionado.- Haverall, Edit. Mc Graw Hill.

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