Presente y futuro de las máquinas usadas en Refrigeración y Aire Acondicionado Expofrío 2013

VIII CONGRESO EXPOFRÍO 2013

Junio 2013

Ingº Ernesto Sanguinetti Remusgo

PRESENTE Y FUTURO DE LAS MÁQUINAS USADAS

EN REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO


Expositor:

Ing. ERNESTO SANGUINETTI REMUSGO


PERIODOS HISTÓRICOS: La Prehistoria

Los períodos en que se acostumbra dividir la historia de la humanidad son:

PREHISTORIA

Desde la aparición del hombre sobre la tierra, pasando por el inicio derelaciones entre sociedades para satisfacer necesidades más elementalesbuscando trabajo colectivo. Aquí se suceden la Edad de Piedra (Paleolítico-Mesolítico-Neolítico) y la Edad de los Metales (Cobre-Bronce-Hierro). Los sereshumanos eran cazadores y recolectores con tecnologías rudimentariasasociadas a la supervivencia y obtención de alimentos. El fuego, lasherramientas de piedra y atuendos primitivos son algunos ejemplos.

Es en el Neolítico donde aparecen instrumentos rudimentarios para laagricultura. Algunos consideran este periodo de la pre-historia hasta los 4000años A.C.


Se considera que se inicia con el desarrollo de laescritura y que termina con la caída del ImperioRomano de Occidente en el siglo V. Se desarrollan lasprimeras civilizaciones (Egipto, Grecia, Roma, China, laIndia, los Inkas, los Mayas).

Aparecen los reinados, estratos sociales, guerras paraobtención de terrenos decultivo, comercio, impuestos, leyes, la cultura, elarte, las religiones.

PERIODOS HISTÓRICOS: Edad Antigua


Es una etapa que comienza con la caída del ImperioRomano de Occidente (alrededor del año 476 d.C.) ytermina con la caída del Imperio Romano de Oriente(Bizancio) en el siglo XV.

Aparecen los relojes, molinos de viento, las gafas, el uso delojal y el botón, la brújula, la vela y el timón para losbarcos, para la guerra: la armadura metálica, la ballesta deacero, grandes edificaciones arquitectónicas de la épocaconocidos como “Castillos”. No hubo progreso científico.

PERIODOS HISTÓRICOS: Edad Media ó Medioevo


Se inicia con la caída del Imperio Romano de Oriente ó Tomade Constantinopla por los Turcos (alrededor del año 1,453 d.C.y dura hasta el estallido de la Revolución Francesa en el sigloXVIII. Caen los señores feudales y con el apoyo de la burguesíase encumbran las Monarquías Absolutas.

Hay grandes descubrimientos geográficos (América en 1492 yotros), grandes progresos literarios, artísticos, científicos.

Entre los siglos XVII y XVIII hay un tremendo progreso de laCiencia y de la Filosofía. Se dan reformas y contra reformasreligiosas. Se forman nuevas Monarquías y nuevos Estados.

PERIODOS HISTÓRICOS: Edad Moderna


Se inicia con la Revolución Francesa enel año 1789 y dura hasta nuestros días.Se empieza a valorar y supervalorar laciencia. Hay muchas guerras paradisputarse posesión de territorios ymanejo de materias primas, así comoacaparar mercados que consuman susproductos (Primera y Segunda GuerraMundial).

Aparecen los conceptos de paísdesarrollado y país sub-desarrollado óen vías de desarrollo.

PERIODOS HISTÓRICOS: Edad Contemporánea


EDAD CONTEMPORANEA

La REVOLUCIÓN INDUSTRIAL (entre la mitad del siglo XVIII einicios del siglo XIX) ocurrida en Gran Bretaña ó Reino Unido yextendida luego al resto de países de Europa realiza la mayortransformación socioeconómica y tecnológica de toda laHistoria de la Humanidad. La economía basada en el trabajomanual es reemplazada por la industria y la manufactura. Seinicia con la mecanización de la Industria Textil en Londres y eldesarrollo de los procesos de transformación del hierro.

Se expande el comercio al mejorar las rutas de transporte ymejor aún al inventarse la máquina de vapor y desarrollarse elferrocarril (aparece un gran contaminante del medioambiente: los gases productos de la combustión al quemarcarbón para producir vapor de agua y mover la máquina).

PERIODOS HISTÓRICOS: Edad Contemporánea(continuación)


Se aumentó la producción, la variedad deproductos y se disminuyó el tiempo deproducirlos sin usar mano de obra calificada. Afinales del siglo XIX e inicios del XX se empezó autilizar la electricidad con fines industriales,aparece el telégrafo (1844), el teléfono (1876), elmotor de combustión interna, el automóvil y elavión entre 1899 y 1914 que contribuyeronenormemente al avance de los medios decomunicación y transporte.

De allí en adelante quedamos cortos para citar losavances científicos y tecnológicos que en nuestrosdías se están dando vertiginosamente.

EDAD CONTEMPORANEAPERIODOS HISTÓRICOS: Edad Contemporánea(continuación)


Antes se transmitían losconocimientos de generaciónen generación con muy pocoscambios, pero ahora laindustria moderna tiene unabase técnico científica quenunca considera los procesosde producción como definitivosporque se ha generado laobsolescencia tecnológica enperíodos cada vez más cortos.

TRANSMISIÓN DE CONOCIMIENTOS



• Lo primero que encontró el hombre fueron las pielesde animales para cubrirse, luego vivir en las cuevas.

• El descubrimiento y uso del fuego permitió un avanceimportante para variar la temperatura del aire que lorodeaba.

• También observaron el efecto de la nieve y el hielosobre sus casas y sobre sus cuerpos, en los lugaresdonde era posible encontrarlos, pero solo seprotegieron de ellos. Llegaron a notar que algunosalimentos en contacto con hielo no se descomponían.

• Los chinos fueron los primeros en almacenar hielo enbodegas de madera y paja, que la utilizaban paraenfriar bebidas.

• Posteriormente los griegos y romanos hicieron lomismo almacenando hielo en pozos ycavernas, igualmente para enfriar sus bebidas.

EVOLUCIÓN DE LA REFRIGERACIÓN Y EL AIRE ACONDICIONADO

El fuego y las cavernas

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Los egipcios por su parte enfriaban el agua almacenándola dentro derecipientes porosos. Debido a la porosidad parte del agua “mojaba” lasuperficie exterior del recipiente y la evaporación de ese líquido porcirculación del aire ambiente, enfriaba el líquido que quedaba en elinterior.

También los egipcios consiguieron tener aire acondicionado enhabitaciones del faraón, construyéndolas con piedra pulida por un ladoy áspera por el otro. Durante la noche las piedras se enfriaban y alamanecer los esclavos construían la habitación para que durante el díase obtengan temperaturas del orden de 23 a 27°C mientras que en elexterior oscilaba entre 35 y 50°C. En la noche desarmaban todo pararepetir el proceso.

Durante siglos , hasta fines del siglo XIX, el hielo natural fue el únicomedio que suministró refrigeración para conservar productosperecederos , enfriar bebidas y fabricar helados.

EVOLUCIÓN DE LA REFRIGERACIÓN Y EL AIRE ACONDICIONADO (continuación)

Enfriamiento de agua y aprovechamiento del hielo

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Recién en 1,823 Michael Faraday ( Londres-Inglaterra) descubrió que algunos gases se enfriabancuando se condensaban a presión constante. Luegoen 1,834 , L.W. Wright logró producir hielo medianteexpansión de aire comprimido y lo siguió elnorteamericano Jacob Perkins al lograrloexpandiendo líquido y su hermano David Perkins lomejoró creando un sistema cerrado de refrigeraciónusando la compresión y expansión del éter, lo patentóy lo llevó a Estados Unidos de Norteamérica.

En 1,842, el Norteamericano John Gorrie, (Florida –USA) descubrió que el amoníaco al escurrirse yexpandirse producía enfriamiento.


John Gorrie

Michael Faraday


En 1,858 el francés Ferdinand Carré desarrollóuna máquina de compresión usando amoníacolíquido. Logró fabricar hielo en pequeños bloquesy a partir de 1,876 aparecen plantas de hielo“artificial”. Otros investigadores hicieron pruebascon el éter etílico y el éter metílico entre 1,856 y1,864.

En 1,875 el suizo Raoul Pictet usó Dióxido deAzufre ó Anhidrido Sulfuroso ( SO2) comorefrigerante y en 1,878 se hacen investigacionescon el Cloruro de Metilo y el Anhidrido Carbónicopara saber si se comportan como refrigerantes.


Ferdinand Carré

Raoul

Pictet


En 1,881 el norteamericano Gustavus Swift introdujo la refrigeración paravagones de ferrocarril que transportaban productos alimenticios.

En 1,894 el francés Marcel Audiffren patentó una máquina para enfriar líquidosque usaba compresor con “yugo escocés” y SO2 como refrigerante.


En 1,902 el norteamericano Willis Carrierdiseña un nuevo sistema de aireacondicionado con regulación de lahumedad. Se le considera el PADRE DEL AIREACONDICIONADO no solo por ello sino quecreó una pequeña escuela para enseñar losprincipios de ese sistema. En 1,915 junto conotros ingenieros fundó la empresa CarrierEngineering que sigue hasta la actualidadcomo Carrier Corporation.

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En 1,918 la empresa Kelvinator empieza a fabricar pequeñosrefrigeradores dando inicio a la refrigeración doméstica. Pero launidad de condensación era remota. Luego en 1,919 la GeneralMotors empieza a fabricar refrigeradoras con la marga FRIGIDAIREque se empiezan a comercializar masivamente. En 1,923 se fabricala primera máquina para helados con la marca Nizer que al pocotiempo se asoció con Kelvinator. En 1,926 la firma Savage introduceel uso de compresores sin pistón que usaban una columna demercurio que comprimía al refrigerante. No prosperó.

En 1,928 Paul Crosley introduce las refrigeradoras a absorción queno usaban electricidad sino una llama de un combustible alquemarse, siendo el refrigerante amoníaco que era absorbido yliberado por el agua en un ciclo cerrado.

Entre 1,929 y 1,930 Thomas Mifgley desarrolla el refrigerante R-12 (CFC-12) el cuál es producido luego por DuPont y su uso se extienderápidamente. La misma DuPont desarrolla en 1,932 el CFC-11, y en1,935 el CFC-22.

EVOLUCIÓN Y NUEVOS REFRIGERANTES

Primeras refrigeradoras

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• En 1,939 la empresa COPELAND COMPANY desarrolla elprimer compresor semihermético que a diferencia de losanteriores ( hermeticos) era un compresor que se podíareparar mecánica y eléctricamente.

• Entre 1,950 y 1,960 se experimentan con mezclasapareciendo el R-500 ( Carrene) para aire acondicionado yen 1,963 aparece el R-502 como refrigerante paraaplicaciones de baja temperatura.

• En 1,974 dos profesores de la Universidad de California:Sherwood Rowland y Mario Molina presentan suhipótesis sobre “ la destrucción de la capa de ozono” poracción de los refrigerantes CFC.

• En 1,985 se realiza la reunión de varios paísespreocupados por el daño a la atmósfera y se suscribe elConvenio de Viena en Austria.

EVOLUCIÓN Y EFECTOS EN LA ATMÓSFERA TERRESTRE

Compresores , unidades, racks

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• En 1,987 los representantes de más de 30 países se reúnen enCanadá y aprueban el PROTOCOLO DE MONTREAL relativo alcontrol de las sustancias que dañan ó agotan a la capa deozono. En 1,990 se reúnen nuevamente en Londres- Inglaterrapara revisar todo lo actuado y aprueban la Enmienda delProtocolo de Montreal y la denominan ENMIENDA DELONDRES. En 1,992 nuevamente se reúnen en Copenhague –Dinamarca y aprueban la ENMIENDA DE COPENHAGUE.

• En 1,997 se reúnen en Japón, los representantes de los paísespara tratar sobre la reducción de la emisión de gases hacia laatmósfera que producen “el efecto invernadero” óCALENTAMIENTO GLOBAL y se firma el Protocolo de Kyoto.

EVOLUCIÓN Y PROTECCIÓN DE LA ATMÓSFERA


• En Estados Unidos de Norteamérica el gobierno crea el Consejo de la Construcción Verde ó US Green Building Council (USGBC) que entre 1,998 y el 2,000 establece y diseña un sistema de calificación para la construcción de Edificios Sostenibles que lo denominan LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) ó Liderazgo en Diseño Energético y Ambiental) para lograr una mejora global en el impacto entre el medio ambiente y la industria de la construcción.

• Los edificios son la fuente más importante de demanda de energía y materiales, por ello son la mayor fuente de gases invernadero que son los derivados de la energía que consumen y materiales de construcción.

EVOLUCIÓN Y PROTECCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE


Tomando como base lo anterior, a partirdel 2,007 los países con mayordesarrollo toman muy en serio laprotección del medio ambiente y apoyana otros países para evitar ó por lo menosir reduciendo el calentamiento global yempiezan a transmitir los sistemas decalificación para que las construccionestengan un consumo eficiente de laenergía, reduzcan todacontaminación, ahorren agua , seanamigables con el lugar donde seconstruyen y sobretodo seanSOSTENIBLES.

Aparece el concepto de EDIFICIO VERDEy EDIFICIO VERDE INTELIGENTE.

EVOLUCIÓN Y PROTECCIÓN DEL MEDIO AMBIENTE (continuación)


El crecimiento de la población a nivel mundial fue explosivo durante elsiglo XX, casi duplicándose cada medio siglo. Se estima que ahora somosaproximadamente 7,000 millones de habitantes y que hacia el 2050seremos 9,000 millones.

El mayor incremento poblacional se dá en países en vías de desarrollo.Economías emergentes como China y la India aspiran a tener “standares “de vida similares a los países occidentales y esas son también lasaspiraciones del resto de países no industrializados.

La combinación de un rápido crecimiento poblacional con sus legítimasaspiraciones a lograr niveles de consumo como el de los paísesindustrializados, es uno de los grandes desafíos que tiene que enfrentar elDESARROLLO SOSTENIBLE en el futuro.

POBLACIÓN MUNDIAL


POBLACIÓN MUNDIAL


POBLACIÓN MUNDIAL

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ENERGÍA ELÉCTRICA EN UNA CASA (160 a 320m2): 10 a 15 Kw

CONSUMO DE ENERGÍA EN LAS GRANDES CIUDADES DEL PERÚ

ENERGÍA EN UN EDIFICIO de 10 PISOS (160 a 320 m2): 100 a 150 Kw


1. Aire Acondicionado

2. Iluminación

3. Ascensores

4. Bombas

5. Teléfonos

6. Equipos de Oficina

7. Computadores

45%

55%

100%

CONSUMO ENERGÉTICO PROMEDIO EN EDIFICIOS


CONSUMO DE ENERGÍA


• ENERGÍA EN UN SUPERMERCADO CHICO : 25 a 40 Kw (Refrigeración)12 a 18 Kw (Aire Acondicionado)

• ENERGÍA EN UN SUPERMERCADO Mediano : 40 a 60 Kw (Refrigeración)18 a 25 Kw (Aire Acondicionado)

• ENERGÍA EN UN SUPERMERCADO GRANDE : 60 a 80 Kw (Refrigeración)25 a 35 Kw (Aire Acondicionado)

SUPERMERCADOS:CONSUMO DE ENERGÍA


SUPERMERCADOS PERUANOS

PLAZA VEA: 85 locales aprox.

VIVANDA: 10 Locales aprox.

MASS: 10 Locales aprox.

ECONOMAX:

CENCOSUD

WONG: 65 Locales aprox.

METRO: 60 Locales aprox.

SUPERMERCADOS:LOS MÁS CONOCIDOS


SUPERMERCADOS:LOS MÁS CONOCIDOS

TOTTUS: 40 locales aprox.

MAYORSA: 20 locales aprox.

MAKRO: 15 locales aprox.

CANDY: 1 local

FRANCO (Arequipa): 1 local

FERIA 13 (Huancayo): 1 local

Ingº Ernesto Sanguinetti RemusgoIngº Ernesto Sanguinetti Remusgo

SUPERMERCADOS: CONSUMO ENERGÉTICO PROMEDIO


ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PERÚ:DATOS DEL COES




COES = Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional


Los NO de la situación mundial actual

• NO podemos evitar el aumento de la población

• NO podemos disminuir el consumo de energía

• NO podemos bajar costos de la energía producida

• NO debemos contribuir al daño de la Capa de Ozonoque rodea la tierra

• NO debemos contribuir al calentamiento de laatmósfera ó calentamiento global

SITUACIÓN ACTUAL


Qué podemos hacer los que nos dedicamos a laRefrigeración y al Acondicionamiento de Aire parahacer más eficiente el consumo de energía.

A. Etapa de ante proyecto y proyecto• En cada proyecto pequeño, mediano ó grande: Tomar datos correctos.• Dibujar y hacer planos ó esquemas preliminares con la mayor cantidad de

detalles posible• Calcular las cargas térmicas en la forma más precisa que se pueda. Factor

de seguridad• Elegir el sistema de refrigeración ó aire acondicionado adecuado.

Alternativas, aire, agua.

BÚSQUEDA DE SOLUCIONES


• Consultar la disponibilidad y elegir la energía eléctrica a usar.Voltaje, carga instalada.

• Seleccionar el refrigerante que se adapte mejor al tipo deaplicación del proyecto. “Refrigerantes ecológicos”.

• Seleccionar los equipos para que sus capacidades se acerquen alas cargas térmicas calculadas.

• Seleccionar los accesorios, controles é instrumentos quepermitan buen funcionamiento.

• Cálculos de diámetros de tuberías, mangueras aislantes,accesorios y diseño de su distribución.

• Cálculos de secciones de los ductos, aislamiento necesario ydiseño de su distribución.



• Cálculo de los conductores eléctricos, contactores, accesorioseléctricos y diseño de su distribución.

• Elegir el sistema de control adecuado. Edificios “inteligentes”,edificios “verdes inteligentes”.

• Elegir cuidadosamente la ubicación de los componentesprincipales de los equipos.

• En cámaras refrigeradas calcular el aislante y espesoradecuados. Paredes, techos, pisos.

• En cámaras refrigeradas elegir las puertas adecuadas.Antecámaras, cortinas plásticas y de aire.

• Elaborar memoria descriptiva y los planos que permitirán llevara cabo la obra.



B. Etapa de Instalación

• Antes del inicio, coordinar con el propietario,constructor, Ing. Civil, Arquitecto, detalles de obraque permitan ejecutarla tal como estaba prevista ycomo figura en planos.

• Verificar en obra si las ubicaciones que tendrán losequipos está de acuerdo con los planos y si es viable.

• Verificar si vigas y columnas no afectan distribuciónde tuberías y ductos. Replanteos. Optimizar.



• Supervisar ubicaciones de equipos, anclajes,soportes, colgadores, soldaduras, aislamientos.

• Supervisar que se empleen los materiales ycaracterísticas especificadas en memoria descriptiva.

• Supervisar que los procedimientos de instalación secumplan y también normas de seguridad. PDR.

• Soldadura de tubos y accesorios de cobre usandonitrógeno a baja presión. Residuos.

• Utilización de herramientas é instrumentos en buenestado. Calibración.



C. Etapa post instalación

• Regulaciones y ajustes.

• Verificación de la calidad de la energía eléctrica.

• Mantenimiento: Predictivo, preventivo, correctivo.Historial. Monitoreo in situ y a distancia.

D. Personal

• Preparar profesionales y técnicos provenientes deUniversidades, Institutos. Ayudantes.



Qué hacen los fabricantes de equipos

A. Mejoran la eficiencia de cada componente delsistema frigorífico

• Condensadores con mayor área, mayor turbulencia.Disminuye DT.

• Condensadores enfriados por agua.• Evaporadores con mayor área, mayor turbulencia.• Válvulas de expansión termostáticas. Igualador externo

de Presiones. Válvulas Electrónicas

PRESENTE Y FUTURO


• Compresores más eficientes: Pistón condescargadores de cilindros, Pistón con válvulas Discusy con descargadores de cilindros, Pistón con válvulasDiscus y digitales, scroll, scroll digital, uso devariadores de velocidad (Inverter), scroll coninyección de líquido/vapor, tornillo con variador decapacidad, tornillo con variador de velocidad,centrífugo con variador de capacidad.

PRESENTE Y FUTURO

Qué hacen los fabricantes de equipos


Compresor semihermético Discus y compresores herméticos Scroll

PRESENTE Y FUTURO


PRESENTE Y FUTURO


PRESENTE Y FUTURO


PRESENTE Y FUTURO


TECNOLOGÍA MÁS AVANZADA PARA UNA MAYOR EFICIENCIA Y CONFIABILIDAD





Compresor scroll digital






B. Mejoran la eficiencia de un equipo, como conjunto

• Unidades de Condensación con varios compresoresen paralelo. RACKS.

• Enfriadores de agua (Chillers) con varios compresoresen paralelo.

• Uso de una toma del aire ambiente exterior, enequipo de aire acondicionado , en lugares de clima“frío” (Free cooling)

• Se quiere que la capacidad del equipo se acerque entodo momento a la variación de la carga térmica.

TECNOLOGÍA MÁS AVANZADA PARA UNA MAYOR EFICIENCIA Y CONFIABILIDADPRESENTE Y FUTURO


PRESENTE Y FUTURO

CARGA TÉRMICA VARÍA A TRAVÉS DEL TIEMPO


PRESENTE Y FUTURO


PRESENTE Y FUTURO

MODULACIÓN DE LA CAPACIDAD


COMPRESOR TORNILLO CON VARIACIÓN DE CAPACIDAD


MODULACIÓN DE LA CAPACIDAD TRABAJANDO LOS COMPRESORES DE ACUERDO A CARGA TÉRMICA


MODULACIÓN DE LA CAPACIDAD TRABAJANDO

LOS COMPRESORES DE ACUERDO A CARGA TÉRMICA


CHILLERS CON MÚLTIPLES COMPRESORES


SISTEMA VRF – COMPRESORES INVERTER


SISTEMA INVERTER


GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Ing. Ernesto Sanguinetti R.

[email protected]

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Presente y futuro de las máquinas usadas en Refrigeración y Aire Acondicionado Expofrío 2013