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    • Abstract: Colegio de Ingenieros del PerúXXI CONGRESO PANAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA,ELECTRICA, INDUSTRIAL Y RAMAS AFINES10-12 Octubre del 2007“ COPIMERA 2007 “Área y Sub-Área Temática: MECANICA / MEC.12

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Colegio de Ingenieros del Perú
XXI CONGRESO PANAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA,
ELECTRICA, INDUSTRIAL Y RAMAS AFINES
10-12 Octubre del 2007
“ COPIMERA 2007 “
Área y Sub-Área Temática: MECANICA / MEC.12
Título del Trabajo:
SISTEMAS DE CLIMATIZACION:
Elementos que mejoran su eficiencia y ahorran energía
Nombre del Autor:
JORGE GALLO NAVARRO
Institución que representa:
CIMEQH
Dirección Postal:
P.O. Box 2446, Tegucigalpa, Honduras, CA.
Colonia Florencia Sur, Calle Principal, 4423,
contiguo a Residencia del Embajador del Perú
TEL. (504) 239-68-68/239-96-37
FAX (504) 239-73-47/232-48-45
E-Mail: [email protected]; [email protected]
HOJA DE VIDA RESUMIDA DE JORGE GALLO NAVARRO
1. MBA, orientado a Finanzas, UNAH, 1993
2. Diplomado en Energía Renovable, SIES & PHOEBUS, Italia, 1983
3. Diplomado en Petróleo, USCG, Guatemala, 1979
4. MSc., en Ingeniería Mecánica, área de Termofluidos, UFRJ, Brasil, 1978.
5. ME., Ingeniero Mecánico con grado de Licenciado, UNAH, 1976.
6. Profesor Titular de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad
Nacional Autónoma de Honduras “UNAH”; octubre de 1978 al presente. Mecánica
de Fluidos, Turbomáquinas, Termodinámica Aplicada, Transferencia de Calor y Aire
Acondicionado.
7. Vice-Decano Facultad de Ingeniería/UNAH (1982-85), Asesor Académico
Departamento de Ingeniería Mecánica. Presidente Nacional Asociación de
Docentes de la UNAH “ADUNAH” (2001-03).
8. Presidente Colegio de Ingenieros Mecánicos, Electricistas y Químicos de honduras
“CIMEQH” (1998-2000). Presidente Fundación Internacional para el Desarrollo de
la Educación Superior, las Ciencias y las Artes “FIDESCA” (2005-2009). Presidente
Confederación Panamericana de Ingeniería Mecánica, Eléctrica, Industrial y Ramas
Afines “COPIMERA” (2006-08)
9. Ingeniero Consultor Mecánico (1978 al presente), desarrollando más de treinta
proyectos importantes en Aire Acondicionado, Red de Gases Médicos, Vapor de
Agua, Sistemas de Bombeo y de Combustibles a nivel de diseño y supervisión; así
como en la construcción de obras electromecánicas.
10. Consultor Temporal del PNUD, AID-Honduras, TRI-GEN Corporation e
ISOTECH INC, de Miami, Florida.
11. Como autor ha participado en varios congresos y exposiciones, siendo los
principales:
a) Cogeneración y Recuperación Energética para un Sistema de Aire
Acondicionado, Sao Paulo, Brasil, agosto 1995, III Congreso Iberoamericano de
Refrigeración "CIAR" y V Congreso Brasilero de Refrigeración, Ventilación y
Acondicionamiento del Aire.
b) Generador de Energía Térmica a partir de Desechos Orgánicos,
Memoria EXPO-85, Sofía, Bulgaria, septiembre 1985, Congreso y Exposición
Mundial de Logros de Jóvenes Inventores.
c) Heat Transfer in Fluidized Bed with Horizontal and Vertical Inmersed Tubes
(coautor), Ciudad del Cabo, Sud África 10-20 enero 1981, Fluidized Combustion
Conference/ Energy Research Institute University of Cape Town.
d) Transferencia de Calor en Lecho Fluidizado con Tubos Horizontales
Inmersos, Río Claro, Sao Paulo, Brasil, junio 1978, VI Congreso sobre Medios
Porosos.
1
RESUMEN
El trabajo analiza los ciclos termodinámicos de refrigeración por compresión de
vapor y absorción de un gas refrigerante como parte inherente de los sistemas de
climatización. Explica y conceptualiza los diferentes sistemas de climatización usados
comercialmente, definidos como todo aire, agua-aire y todo agua. Revisa, analiza y
explica el comportamiento de la distribución de consumo de potencia por los sectores
Residencial, Comercial e Industrial. Dentro de la matriz de Consumo de Energía
Eléctrica “CEE” analiza el impacto de los sistemas de climatización para cada uno de
los sectores de la economía.
Examina conceptos del desempeño en equipos principales de climatización
según normas estandarizadas y aclara aspectos técnicos de interés para la mejor
selección de equipos y sistemas. Establece el porqué de la diferencia en el CEE entre
unidades reciprocantes y rotativas. Investiga el comportamiento de las unidades
enfriadoras en diferentes modalidades de compresión y el impacto de los equipos
complementarios en Unidades Enfriadoras a velocidad constante y variable.
Estudia y conceptualiza cada uno de los elementos que mejoran la eficiencia
global en los sistemas de climatización. Establece comparación en los sistemas de
modulación mecánica y electrónica generadores de ahorros de energía en equipos y
sistemas complementarios.
2
I. FUNDAMENTOS
Los sistemas de climatización tienen su fundamento en el ciclo termodinámico de
refrigeración por compresión o por absorción de un gas refrigerante. El ciclo de
Refrigeración por compresión se compone de cuatro procesos: Compresión,
condensación, expansión y evaporación del gas refrigerante como sustancia de trabajo.
En el ciclo por absorción, además de que la sustancia de trabajo y su compresión es
diferente, el proceso y equipo de compresión del primero se sustituye por un
mecanismo de absorción compuesto por un absorbedor, una bomba, un generador,
un regenerador, una válvula de expansión y un rectificador. El primero utiliza una
fuente de energía normalmente eléctrica para el compresor y, el segundo, una fuente de
calor disponible más económica (Çengel Yunus A. y Boles Michael A., 2003) 1.
La figura 1 ilustra conceptualmente el ciclo de Refrigeración por compresión de
un gas Refrigerante. Durante el proceso de compresión el gas refrigerante es
comprimido hasta la presión del condensador, alcanzando una temperatura bastante
superior a la del medio circundante, valor que es reducido a la temperatura de
saturación a presión constante en el proceso de condensación y una sustancia
secundaria –aire o agua- absorbe la energía térmica en el condensador. En la
expansión el refrigerante se estrangula hasta la presión del evaporador, descendiendo
la temperatura del refrigerante por debajo de la del espacio refrigerado durante el
proceso. En el proceso de evaporación, el gas refrigerante, en su condición de mezcla
saturada de baja calidad,
circula por el evaporador y
se evapora totalmente
absorbiendo el calor del
espacio refrigerado por
medio de otra sustancia
secundaria –aire o agua-.
El evaporador descarga el
gas refrigerante como
vapor saturado al
compresor para cerrar el
ciclo termodinámico. Este
ciclo puede ser de una o
varias etapas con algunas
mejoras en su
funcionamiento. Figura 1: Ciclo de Refrigeración por compresión
En la figura 2 se aprecia conceptualmente el ciclo de Refrigeración por
absorción. En este ciclo la sustancia de trabajo es una solución compuesta por un
refrigerante y un absorbente, siendo más común la solución acuosa de amoníaco, la
de bromuro de litio y la de cloruro de litio respectivamente. En la primera, el
amoníaco actúa como refrigerante y el agua como medio de transporte. En las dos
soluciones acuosas restantes, el agua es el refrigerante y el bromuro o cloruro de
litio el absorbente y medio de transporte. Los dos últimos son más comúnmente
3
utilizados en los sistemas de climatización, donde la temperatura mínima está por
encima del punto de congelación del agua.
En este ciclo, el proceso de
compresión se sustituye por el
mecanismo de absorción ya
indicado. El refrigerante como
vapor saturado que descarga
el evaporador lo entrega al
absorbedor y, mediante una
reacción química exotérmica
con el absorbente, se disuelve
en una solución líquida
formada por el refrigerante y el
absorbente, liberando calor
durante el proceso. La
cantidad de refrigerante que
pueda disolverse en el medio
de transporte es inversamente
proporcional a la temperatura,
de ahí la importancia de
enfriar el absorbedor, a fin de
Figura 2: Ciclo de Refrigeración por Absorción
que su temperatura sea lo
más baja posible y maximizar
la cantidad de refrigerante disuelto. Esta solución líquida se bombea al generador de
absorción pasando previamente por un regenerador. La energía térmica suministrada al
generador es absorbida por la solución líquida, evaporándose una parte. El vapor rico
en refrigerante pasa por un rectificador que separa el absorbente, retornándolo al
generador y, el refrigerante puro de alta presión, circula por el resto del ciclo
desarrollando los procesos ya definidos en el ciclo por compresión. La solución caliente,
pobre en refrigerante, es enviada al absorbedor pasando previamente por el
regenerador, con el objeto de precalentar la solución líquida bombeada al generador,
luego es estrangulada hasta la presión del absorbedor y se mezcla con el refrigerante
que entrega el evaporador, donde se cierra el ciclo termodinámico.
Al comparar ambos ciclos se encuentra que los sistemas de refrigeración por
absorción tienen una ventaja comparativa ya que comprimen una solución líquida en
lugar de vapor y, consecuentemente, la potencia suministrada por este proceso es
sustancialmente menor, en el orden de 1% del calor suministrado al generador, y
operan con una fuente de calor disponible más económica que la energía eléctrica. No
obstante lo anterior, son más costosos y voluminosos, menos eficientes, requieren de
torres de enfriamiento mucho más grandes y son más difíciles de mantener que los del
ciclo por compresión de vapor.
Partiendo de cualquiera de ambos ciclos termodinámicos, se desarrolla la
climatización de ambientes bajo el concepto de enfriamiento o de confort térmico. Así, la
climatización es el proceso de tratamiento del aire en un ambiente controlado, con
el fin de establecer y mantener los estándares requeridos de temperatura,
4
humedad, limpieza y movimiento del aire en una aplicación específica. Para lograr
este objetivo se fabrican equipos de refrigeración que corresponden a sistemas todo
aire, agua-aire y todo agua; diferenciándose, uno del otro, en el medio de transporte
de calor –aire o agua- utilizado para retirar y suministrar el calor de condensación y
evaporación respectivamente; así como en los rangos de capacidades pertinentes y
algunos accesorios. En una aplicación típica de aire acondicionado, este proceso da
como resultado que la sustancia secundaria con que se retira el calor de condensación
se calentará y la que suministra el calor de evaporación se enfriará, convirtiéndose en la
fuente utilizada directa o indirectamente para climatizar el recinto.
Los sistemas todo aire son unidades con condensador enfriado por aire
expulsado al ambiente exterior y evaporador calentado por aire que climatiza al área
controlada. Los sistemas agua-aire son fabricados en dos grupos hidrónicos
diferentes: Uno correspondiente a los sistemas de expansión directa con condensador
enfriado por agua en un circuito abierto, que a su vez se enfría en un banco de torres
de enfriamiento y, el evaporador, es calentado por aire utilizado para climatizar
directamente el recinto, denominado unidades autocontenidas. El otro, corresponde a
los sistemas de agua helada con condensador enfriado por aire y evaporador calentado
por agua en un circuito cerrado de agua helada, haciéndola recircular por unidades
manejadoras de aire y/o ventiladores serpentín, donde circula aire para climatizar
directamente al área específica. Los sistemas todo agua, por lo general son producidos
en unidades paquetes con condensador enfriado por agua y ésta enfriada en un banco
de torres de enfriamiento en un circuito abierto, con evaporador calentado por agua en
un circuito cerrado de agua helada explicado en el párrafo anterior con los mismos
equipos y accesorios complementarios.
II. OBJETIVOS
El trabajo aspira contribuir con sus lectores y participantes en el Congreso para
que obtengan una visión y comprensión clara, sobre:
1. La diferencia entre el ciclo termodinámico por compresión y el de absorción de un
gas refrigerante.
2. Los diferentes sistemas de climatización y componentes principales.
3. La distribución de la demanda de potencia eléctrica por sectores y el impacto de los
sistemas de climatización
4. Los elementos que mejoran su eficiencia y ahorran energía.
III. DISTRIBUCION DEL CONSUMO DE POTENCIA POR SECTORES
El uso de motores eléctricos en los diferentes equipos y sistemas generan un
impacto importante en el consumo de potencia en los sectores Residencial, Comercial
e Industrial; y los sistemas de climatización forman parte de la matriz de consumo.
Cada uno de estos sectores ha sido estudiado para Europa y Estados Unidos.
5
La figura 3 muestra el
comportamiento de la matriz
para el Sector Residencial
en USA, en ella se aprecia
que el uso de los motores
eléctricos es de 61%, 25%,
6%, y 8% respectivamente
para acondicionamiento de
espacios -calefacción,
ventilación y aire
acondicionado-, refrigeración,
lavandería y otros usos;
concluyendo que los motores
eléctricos de los dos primeros
consumen el 38% de la
demanda total de energía del Figura 3: Distribución para el Sector Residencial
sector residencial de 1,192
TWh/año.
La figura 4 muestra el comportamiento en el Sector Comercial para USA y la
Unión Europea. La distribución en el uso de motores eléctricos del sector es: 27%, 22%,
32%, 8% y 11% respectivamente para acondicio-namiento de aire, refrigeración,
ventiladores, bombas y otros usos;
para un consumo de energía
eléctrica del 37% de un total de
1,540 TWh/año del sector, siendo
dominantes el aire acondicionado, la
refrigeración y la ventilación.
La figura 5 presenta la distribución en
USA y la Unión Europea para el
Sector Industrial, determinando que
es de: 7%, 17%, 15%, 24% y 37%
para compresores de enfriamiento,
compresores de aire, ventiladores,
Figura 4: Distribución para el sector comercial bombas y, manejo y procesamiento
de materiales y otros; dando como resultado que los motores eléctricos del sector
consumen el 74% de 2,007 TWh/año; con bombas y procesamiento de materiales
como usos finales dominantes, seguido de los ventiladores y compresores con un
consumo importante, (Nadel S. et al, 2002) 2.
Por otro lado, la disminución del 39% de la intensidad energética de los Estados
Unidos de 1975 al 2000 representó al año 2000 una fuente efectiva de energía
equivalente a 1.7 veces el consumo de petróleo de los USA, concluyéndose que la
Eficiencia Eléctrica “EE” es generalmente la mayor, menos costosa, más benigna,
más fácilmente implementable, menos comprendida y menos considerada de
6
proveer servicios energéticos
(Lovins A.B., 2004) 3. Por lo tanto, si
en la matriz de Consumo de Energía
Eléctrica “CEE”, los sistemas de
climatización con todos sus
componentes de equipo y
accesorios complementarios ocupan
un lugar preponderante; política,
económica y socialmente es
conveniente que sean eficientes, por
lo que los Estados deben impulsar
políticas públicas conducentes a
promover su uso; a fin de disminuir
el CEE por TR producida y Figura 5: Distribución para el Sector Industrial
demandada y, por ende,
indirectamente contribuir a disminuir
los niveles de contaminación ambiental por menos demanda de energía térmica.
IV. ELEMENTOS QUE MEJORAN LA EFICIENCIA Y AHORRAN ENERGIA
La práctica profesional demuestra que el consumo típico de energía por aire
acondicionado, en nuestros países, oscila entre 35% y 65% de la carga eléctrica total
del edificio, dependiendo del sistema, capacidades, características técnicas y el sector
de la economía. Los equipos de Aire Acondicionado generalmente son fabricados con
capacidades estandarizados que van desde 0.75 Toneladas de Refrigeración (TR) en
adelante, según tipo de equipo, necesidades del proyecto y aplicación específica.
Comercialmente se ofrecen unidades tanto en el ciclo de compresión como en el de
absorción, siendo el primero el más generalizado.
La American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
“ASHRAE” y Air-Conditioning and Refrigeration Institute “ARI” definen la eficiencia del
ciclo de refrigeración de los sistemas de climatización en términos del Coeficiente de
Funcionamiento “COP”, Razón de Eficiencia Eléctrica “EER”, Razón de Eficiencia
Eléctrica Estacional “SEER” y Valor Integrado/Aplicado de Carga Parcial
“IPLV”/“APLV”. Estos conceptos son elementos y parámetros estandarizados que
facilitan al Ingeniero Consultor seleccionar al equipo principal de climatización
más idóneo para una aplicación determinada; como también, establecer una
comparación técnica y ética de los diferentes productos y marcas que puedan
satisfacer de mejor manera una necesidad específica. A más alto el valor corresponde
una unidad más eficiente. Con base a ello el COP: “Es el cuociente de la razón de
remoción de calor a la razón de demanda de energía, en unidades consistentes, para
un sistema de refrigeración completo o para alguna porción específica del sistema bajo
condiciones de operación definidas”
Capacidad de enfriamiento(BTU / H )
Ecuación 1: COP ≡
Potencia eléctrica consumida(BTU / H )
7
Capacidad de enfriamiento(BTU / H )
Ecuación 1a: COP ≡
Energía sumistrada generador (BTU / H )
La EER: “Es el cuociente entre la capacidad neta de enfriamiento en MBH (Miles
de BTU/H) y la potencia eléctrica demanda en KW bajo condiciones de operación
dadas”
Capacidad de enfriamiento(MBH )
Ecuación 2: EER ≡
Potencia eléctrica consumida(KW )
La SEER: “Capacidad de enfriamiento total de un aire acondicionado durante su
período normal de operación anual en BTU dividido por el consumo total de energía
eléctrica durante el mismo período en W-h”
Capacidad de enfriamiento(BTU )
Ecuación 3: SEER ≡
Potencia eléctrica consumida(W − h )
El IPLV ó APLV: “Cifra de mérito basada en carga parcial de EER, COP ó
TR/KW, expresando la eficiencia a carga parcial para aires acondicionados y equipo de
bombas de calor basado en la operación ponderada a varias capacidades de carga del
equipo”
1
Ecuación 4: IPLV ó APLV ≡
0.17 / A + 0.39 / B + 0.33 / C + 0.11 / D
1
Ecuación 4a: IPLV ó APLV ≡
0.01 / A + 0.42 / B + 0.45 / C + 0.12 / D
Donde la ecuación 1a corresponde al ciclo de absorción y la 4a es la misma 4
actualizada de conformidad a los últimos descubrimientos. En ecuaciones 4 y 4a: A, B,
C y D son la EER a carga parcial de: 100%, 75%, 50% y 25% respectivamente.
(ASHRAE Standard 90.1-1999) 4, incluidos en el ARI Standard 550/590 5. Estos
conceptos corresponden únicamente al ciclo de refrigeración y solo consideran la
capacidad de enfriamiento de la unidad de refrigeración y la potencia consumida
por la unidad de compresión o la energía suministrada al generador de absorción
respectivamente para el ciclo por compresión o por absorción de un gas refrigerante.
Considerando todo el sistema de climatización, los elementos más destacables
que influyen en la eficiencia global del sistema son los principales componentes
consumidores de energía y los sistemas de modulación y manejo tanto del
circuito de refrigeración como de agua helada y de aire. En el circuito de
refrigeración el elemento con mayor consumo de energía es el compresor. En la
compresión del gas refrigerante se utilizan compresores reciprocantes, rotativos tipo
scroll, tornillo y centrífugos; que son propulsados por motores eléctricos, a
8
combustión interna o por turbinas de gas o de vapor. Se obtienen mejores
rendimientos con los rotativos y centrífugos que con los reciprocantes, debido
esencialmente a la drástica disminución de la variación del torque de los primeros
con relación al segundo (TRANE, 2004) 6 y; por lo tanto, son una fuente principal para
el ahorro de energía y cada fabricante ofrece alternativas con tecnologías y
desempeño similares. La figura 6 compara al compresor reciprocante con el Scroll.
Figura 6: Comparación del Torque entre compresor reciprocante y el Scroll
Bajo el criterio del ASHRAE Standard 90.1 y el ARI Standard 550/590 se
comprueba que el COP de las unidades enfriadoras de agua ha cambiado desde 1977
a la fecha, debido esencialmente a mejoras en los medios de compresión, expansión y
transporte de calor.
La figura 7 compara
el desempeño de las
unidades enfria-doras
reciprocante, Scroll,
Tornillo y Centrífugas
(TRANE, 2007) 7. En esta
gráfica se aprecia que el
desempeño global de la
primera está por debajo de
las rotativas, generando las
últimas un ahorro sustantivo
en costos de operación. Figura 7: Historia del Desempeño Enfriadora de Agua
9
En los sistemas de climatización existen otros elementos complementarios que
son altos consumidores de energía y que no están incorporados en las ecuaciones 1 a
4a de ASHRAE Standard 90.1 y el ARI Standard 550/590, tales como: Bombas,
Torres de Enfriamiento y Ventiladores/Centrífugos que impulsan los fluidos
secundarios. En el lado del condensador y del evaporador del circuito de refrigeración,
el fluido utilizado para retirar y suministrar el calor del condensador y del evaporador
respectivamente –aire o agua- es impulsado por motores eléctricos que proveen la
energía a los ventiladores/
centrífugos –aire-, a las
bombas –agua- y al centrífugo
tanto de la torre de
enfriamiento para enfriar al
agua del condensador como al
de las manejadoras de aire y
ventiladores serpentín que
impulsan el aire para
climatizar el ambiente
controlado; debiendo estos
motores ser lo más eficientes
posible ofrecidos por el
mercado. El Impacto del
Figura 8: Impacto del Equipo Complementario Com-
Equipo Complementario en
parado con Unidad Enfriadora Normal
los Sistemas de Climatización
comparando el porcentaje del consumo de energía de la planta enfriadora con respecto
a las bombas de agua helada, bomba de agua de enfriamiento y ventiladores de las
torres de enfriamiento, tomando datos de 1970 y los de hoy en día a carga plena y
parcial para las Unidades Enfriadoras normales y para las VAV, ha sido estudiado
(TRANE, 2007) 8. La figura 8 y la 9 muestran los resultados de su investigación para la
Unidad Enfriadora Normal a
carga plena y parcial y la del
VAV respectivamente,
encontrando que desde
1970 a 2007 ha habido una
variación por mejoras
sustanciales más
significativas en las
unidades enfriadoras;
siendo aún mejor y
acortándose más las
diferencias en las VAV
Generalmente el equipo
complementario opera a
velocidad constante
independientemente de la Figura 9: Impacto del Equipo Complementario Com-
demanda del sistema de parado con Unidad Enfriadora VAV
climatización, esto hace que
10
el costo de operación del equipo sea más alto. Por eso es preferible disponer de
medios que permitan operar a velocidad variable ayudando a una mejor modulación
en función de la carga térmica demandada; permitiendo que el movimiento del fluido
secundario pueda efectuarse con unidades de velocidad variable por medio de
modulación mecánica o electrónica. Cada fabricante ofrece su propia versión y modo
tecnológico de resolver esta circunstancia. Pueden ser utilizados en Manejadoras de
Aire, Ventiladores Serpentín,
Bombas y Torres de
Enfriamiento y; en algunos
casos, en las propias
unidades enfriadoras.
Ejemplos típicos de los
dispositivos electrónicos son
los Moduladores de Aire,
Turbomoduladores de la
YORK, Inversores de
Frecuencia de la TRANE, y
otros de diversos fabricantes.
Figura 10: Variación de la Carga Térmica en función
Del porcentaje del Tiempo de Operación
Con estos dispositivos se pueden
obtener ahorros de energía, ya que en
la práctica se ha demostrado que el
98% del tiempo de operación es con
demanda a carga térmica parcial y
solamente en un porcentaje ligeramente
inferior al 2.00% del tiempo lo hace a
carga plena; siendo esto más
concordante con lo establecido en la
ecuación 4a de la ASHRAE Standard
90.1 y el ARI Standard 550/590 para la
unidad enfriadora; ilustrándose este
hecho en la figura 10. Por consiguiente,
estos elementos complementarios son
constitutivos de ahorros sustanciales
de energía que oscila entre un 20 a
60%, dependiendo del sistema y equipo
(YORK, 1992) 9. Con base a lo anterior,
si a los propulsores del aire tanto en las
Manejadoras de Aire, como en los Figura 11: Modulación de Carga Comparan-
Ventiladores Serpentín y Torres de do el Modulador de Aire y dispo-
Enfriamiento se le incorporan sitivos Mecánicos de las VAV
dispositivos mecánicos en la entrada
11
y salida de los centrífugos con diseño de Compuertas de Descarga Regulables,
Alabes de Entrada Variable para la circulación del aire o un sistema de modulación
electrónica, los ahorros en los costos de operación son importantes; ya que
reducen sustancialmente la potencia eléctrica consumida por sus respectivos
motores eléctricos (YORK, 1992) 10 y (TRANE, 1994) 11.
Las figuras 11 y 12 ilustran
esta situación particular
comparando el sistema de
velocidad constante y el de
velocidad variable con una gama
de alternativas. La primera
corresponde a los distintos
sistemas de modulación para VAV
que ofrece YORK y la segunda
para las alternativas que ofrece
TRANE; estos mismos
dispositivos con similares
características los producen los
demás fabricantes. En ambas
figuras se aprecia que en el pico de
la demanda estos sistemas son
comparables con los de velocidad
constante; ya que en ella operan a
Figura 12: Modulación de Carga Comparando plena carga térmica y tienen similar
el Inversor de Frecuencia y disposi- consumo de energía. Su
tivos Mecánicos de las VAV importancia radica cuando el
equipo trabaja a carga parcial, que
es el 98% del tiempo de operación.
En la figura 11 se aprecia que es mejor el sistema con Modulación Electrónica
(Modulador de Aire) que con sus pares mecánicos con Compuertas de Descarga y
Alabes de Entrada Variable. Similar circunstancia se aprecia en la figura 12, donde el
comportamiento de consumo de energía es más beneficiosa con la Modulación
Electrónica (Inversor de Frecuencia) que con sus pares mecánicos como el
Ventilador Tipo Blower con Compuertas de Descarga, Ventilador Tipo Aero-Folio
con Alabes de Entrada, Ventilador Centrífugo con Compuertas de Descarga,
Embrague Corriente Eddy, Ventilador Tipo Centrífugo con Alabes de Entrada y,
solamente es ligeramente comparable con el de Velocidad Ajustable por Banda.
Dispositivos que se fundamentan en las leyes que rigen a los centrífugos y
ventiladores, Principios, dispositivos y medios de que dispone el Ingeniero Consultor y,
profesionalmente, debe hacer sus diseños consecuente con las características del
proyecto en particular y la disponibilidad financiera del mismo; a fin de que su diseño e
implementación, esté a la altura de las necesidades del Proyecto con soluciones éticas
y responsables, haciendo una obligada comparación técnica y económica de las
diferentes alternativas y productos que ofrecen los fabricantes y no limitarse a una sola
12
marca y tipo de equipo, en procura de llegar a una mejor solución en el sistema de
climatización.
Es importante señalar que en la práctica profesional está demostrado que las
unidades de los sistemas de climatización con mejor desempeño son más caras
que las de menor desempeño, incrementando la inversión con un costo adicional en
equipo y accesorios que oscila entre un 10 a 45% del equipo base, dependiendo del
tipo de equipo y dispositivos agregados para mejorar su desempeño global. No obstante
lo anterior, las primeras tienen costos de operación más bajos que el de las
segundas, lo cual es un beneficio en el mediano y largo plazo para el
inversionista.
Este elemento es un factor importante, ya que un análisis de costos indica una
tasa interna de retorno favorable por diferenciales en costos de inversión con respecto a
los de operación, resultando que la diferencia del costo de inversión es recuperada
en un tiempo prudencialmente corto, oscilando entre uno y cinco años, dependiendo
del tipo de equipo, capacidad y elementos que incorpore al sistema para mejorar su
desempeño global. El resto del tiempo durante la vida útil del equipo con relación al de
la tasa interna de retorno, representa un ahorro por costos de operación en compra
de energía a los precios presentes con relación a los precios futuros que tienen
una tendencia alcista.
En el análisis de costos de operación e inversión, no solamente debe tener
presente el EER y/o el IPLV/APLV, sino que también los resultantes de los elementos
complementarios que no están incluidos en los primeros; por lo que el análisis de costos
debe ser completo, con lo cual el Ingeniero Consultor beneficia al Inversionista, se
prestigia el mismo como persona y profesional y contribuye responsablemente
con la sociedad a impulsar sistemas más eficientes y más amigables con el medio
ambiente; ya que cada KW-h que se deja de consumir por la operación de sistemas
más eficientes representa energía eléctrica que se deja de producir de fuentes
contaminantes.
V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
1. El ciclo termodinámico de refrigeración por compresión de vapor es el
más generalizado en los sistemas de climatización, pero no menos
importante es el de absorción en aplicaciones puntuales de proyectos
específicos que beneficien su utilización.
2. Los sistemas de climatización son altos consumidores de energía
ocupando una posición predominante en la matriz de CEE, siendo más
relevante en el Sector Residencial y Comercial que en el Industrial.
3. Existen opciones viables técnica y económicamente para disminuir costos
operativos de los Sistemas de Climatización, mediante la utilización de
equipos más eficientes y/o la incorporación de elementos
complementarios que conduzcan a una mejor modulación, adecuándolos a
las condiciones del proyecto específico.
13
4. Los conceptos de COP, EER, SEER e IPLV/APLV solamente consideran la
Capacidad de Enfriamiento de la Unidad de Climatización y la Potencia
Eléctrica Suministrada al Compresor o la Energía proveída al Generador de
Absorción; por lo que estos se refieren únicamente a la unidad principal de
climatización y no considera el consumo del Equipo Complementario.
5. El Equipo Complementario representa un CEE importante en el Sistema de
Climatización que debe ser tomado en consideración por el Ingeniero
Consultor y el Inversionista conducente a buscar mejores soluciones.
5.2 RECOMENDACIONES
1. El Ingeniero Consultor debe hacer una evaluación completa de equipos,
sistemas, elementos complementarios, marcas y costos; tal que lo conduzca
objetiva y éticamente a obtener la mejor solución para cada proyecto
particular.
2. Aunque exista resistencia para disponer recursos financieros adicionales al
proyecto por mejores alternativas tecnológicas; el Ingeniero Consultor debe
buscar desarrollar la habilidad de comunicación y convencimiento que le
permita vender profesionalmente su proyecto más adecuado, indicando sus
bondades y beneficios en un leguaje digerible para el inversionista.
BIBLIOGRAFIA
1. Çengel Yunus A. y Boles Michael A. “Termodinámica”. Cuarta edición.
McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A de CV. (México); 2003. p. 551-73
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