Aire Acondicionado

UMSNH

Aire acondicionado INSTALACIONES ESPECIALES

CEDEÑO ORTIZ DIANA LAURA GALEANA TAPIA RIGOBERTO SECCION:12 FACULTAD DE ARQUITECTURA PROF. RAFAEL MAGDALENO CASTILLO

UMSNH

Contenido AIRE ACONDICIONADO........................................................................................................................ 4 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN ............................................................................................................ 4 ACONDICIONAMIENTO DE AIRE .......................................................................................................... 5 CARGA TÉRMICA ................................................................................................................................. 5 TONELADA DE REFRIGERACIÓN .......................................................................................................... 6 SUMIDERO ........................................................................................................................................... 6 TEMPERATURA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN ............................................................................. 7 FLUIDOS DE TRABAJO – REFRIGERANTES............................................................................................ 7 CLASIFICACIÓN .................................................................................................................................... 8 SEGÚN EL GRADO DE SEGURIDAD ...................................................................................................... 8 SEGÚN SU FUNCIÓN ............................................................................................................................ 9 SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA ................................................................................................. 10 PROPIEDADES .................................................................................................................................... 10 PRESIÓN Y TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN Y CONDENSACIÓN ................................................... 11 PUNTO DE CONGELACIÓN................................................................................................................. 11 EFECTOS FISIOLÓGICOS ..................................................................................................................... 12 EFECTO INVERNADERO Y EN LA CAPA DE OZONO ............................................................................ 13 ELECCIÓN DE REFRIGERANTE ............................................................................................................ 13 APLICACIONES ................................................................................................................................... 15 CLASIFICACIÓN .................................................................................................................................. 15 REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR................................................................................ 16 CICLO REAL E IDEAL DE COMPRESIÓN DE VAPOR ............................................................................. 17 VARIANTES DE LOS SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE MECÁNICA ...................................................... 18 COMPRESIÓN EN UNA ETAPA ........................................................................................................... 18 COMPRESIÓN EN VARIAS ETAPAS Y UTILIZACIÓN DE REFRIGERANTES SECUNDARIOS ................... 18 FORMAS DE ALIMENTACIÓN DEL LÍQUIDO AL EVAPORADOR .......................................................... 19 INTERENFRIAMIENTO ........................................................................................................................ 20 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE PROPÓSITO MÚLTIPLE CON UN SOLO COMPRESOR .................... 20 REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN .................................................................................................... 21 SISTEMAS MÁS UTILIZADOS .............................................................................................................. 21 REFRIGERACIÓN POR OTROS SISTEMAS ........................................................................................... 22 1

COMPONENTES BÁSICOS .................................................................................................................. 23 COMPRESOR ...................................................................................................................................... 24 TIPOS DE COMPRESORES .................................................................................................................. 25 CONDENSADOR ................................................................................................................................. 26 TIPOS DE CONDENSADORES.............................................................................................................. 27 DISPOSITIVOS DE EXPANSIÓN ........................................................................................................... 28 EVAPORADOR .................................................................................................................................... 28 TIPOS DE EVAPORADORES ................................................................................................................ 29 ELEMENTOS SECUNDARIOS .............................................................................................................. 30 GENERADOR ...................................................................................................................................... 31 ABSORBEDOR .................................................................................................................................... 32 EQUIPO DE BOMBEO......................................................................................................................... 32 RENDIMIENTO O EFICIENCIAS ........................................................................................................... 33 APLICACIONES ................................................................................................................................... 34 BOMBAS DE CALOR ........................................................................................................................... 35 REFRIGERACIÓN CASERA – NEVERAS ................................................................................................ 36 CAVAS Y REFRIGERADORES INDUSTRIALES ....................................................................................... 36 ACONDICIONAMIENTO DE AIRE ........................................................................................................ 38 CONFORT ........................................................................................................................................... 38 PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE ................................................................................ 39 TIPOS DE EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE ................................................................... 40 PROGRAMAS DE USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ............................................................................. 41 METODOLOGÍA DE ANÁLISIS ............................................................................................................. 41 BALANCE ENERGÉTICO ...................................................................................................................... 42 MEJORAS ENERGÉTICAS POSIBLES .................................................................................................... 43 AISLAMIENTO Y OTROS ELEMENTOS DEL EDIFICIO .......................................................................... 43 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN .............................................................................................................. 44 REGULACIÓN Y CONTROL .................................................................................................................. 45 REDUCCIÓN DE TRABAJO EN EL COMPRESOR .................................................................................. 46 EN ACONDICIONAMIENTO DE AIRE .................................................................................................. 46 CAMBIO DE CONDENSADOR ENFRIADO POR AIRE A ENFRIADO POR AGUA .................................... 47 REEMPLAZO DE REFRIGERANTE Y COMPRESOR ............................................................................... 48 2

INSTALACIÓN DE INTERCAMBIADOR DE PLACAS EN EL EVAPORADOR ............................................ 48

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AIRE ACONDICIONADO La refrigeración y el acondicionamiento de aire constituyen sistemas ampliamente utilizados para distintas aplicaciones industriales y domesticas, además involucran equipos que demandan altos consumos energéticos y materiales con un alto riesgo ambiental, por esto es necesario tener precauciones en su instalación y manejo, que permitan un funcionamiento apropiado sin afectar el medio ambiente y de una manera rentable. Los sistemas termodinámicos para producir frío, son necesarios para la conservación de alimentos, medicamentos, acondicionamiento de ambientes y para el control de la temperatura de procesos exotérmicos. Las necesidades de refrigeración a escala mundial se ven afectadas por diversos factores tales como el agotamiento de las energías convencionales (combustibles fósiles) y la deficiencia en el suministro de la energía eléctrica debido en gran medida a la falta de infraestructura, como consecuencia de los altos costos de inversión y de la dificultad para el acceso a ciertas zonas de topografía especial, principalmente para regiones habitadas pero alejadas de las grandes metrópolis. En México, gran parte de la población requiere de un sistema de refrigeración para lograr los niveles de confort adecuados, la conservación de los alimentos y el desarrollo económico de ciertas regiones que tienen necesidades de conservación en frío de sus productos. Los estratos uno, dos y tres de las zonas urbanas y las zonas rurales de topografía especial son los menos favorecidos porque no tienen acceso a la tecnología. El uso de sistemas de refrigeración demanda altos consumos de energía, sobre todo de energía eléctrica. Por lo tanto, es relevante buscar estrategias conducentes al ahorro energético y al uso eficiente de la energía para garantizar la sustentabilidad en la edificacion.

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Los sistemas de refrigeración consisten en ciclos termodinámicos, mediante los cuales es posible tomar un flujo de calor de una fuente de baja temperatura y trabajo u otra fuente de energía para transmitir calor a un sumidero de mayor temperatura. El ciclo termodinámico se realiza utilizando una sustancia de trabajo que se denomina refrigerante, la cual cambia de estado durante el ciclo, permitiendo la transferencia de calor mencionada.

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ACONDICIONAMIENTO DE AIRE El acondicionamiento del aire es el proceso de tratamiento necesario para mantener las condiciones ambientales de temperatura, humedad relativa, movimiento y limpieza del aire de un lugar en los valores deseados para garantizar el confort o el grado de higiene requerido.

CARGA TÉRMICA La carga térmica es la cantidad de calor que un sistema debe retirar de un producto o de un recinto que se desea refrigerar. La carga corresponde al calor sensible procedente del exterior o los alrededores, a la aportada por el producto a enfriar, a la carga sensible interna debida a equipos como los motores, infiltraciones de aire caliente en el sistema, etc.

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TONELADA DE REFRIGERACIÓN La tonelada de refrigeración se define como la cantidad de calor absorbida por la fusión de una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas. Puesto que el calor latente de fusión de una libra de hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada americana (2.000 libras) de hielo, o sea 288.000 BTU por 24 horas. Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre las 24 horas, lo cual da una cantidad de 12.000 BTU/h, que recibe el nombre de “Tonelada de Refrigeración”, equivalentes a 3.024 Kcal/h o 3,516 kW.

SUMIDERO El sumidero es el lugar en el que se deposita el calor residual del proceso de refrigeración, generalmente este lugar es el aire de la atmósfera o una corriente de agua.

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TEMPERATURA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía en forma de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro.

FLUIDOS DE TRABAJO – REFRIGERANTES Los refrigerantes son todos aquellos fluidos que se utilizan para transmitir el calor en un sistema frigorífico, que absorben calor a bajas temperaturas y presiones, y lo ceden a temperaturas y presiones más elevadas, generalmente con cambios de estado del fluido. Son cualquier sustancia que absorbe calor de un cuerpo o sustancia enfriándolo.

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CLASIFICACIÓN Existen varias formas de clasificar los refrigerantes según diferentes criterios. De acuerdo con el grado de seguridad, teniendo en cuenta su toxicidad, reactividad y límites de explosión; de acuerdo con su función, dependiendo si se usa directamente en el sistema, o si es solo un agente para transportar el frío que se produce con otro refrigerante; y con base en su composición química.

SEGÚN EL GRADO DE SEGURIDAD Los fluidos refrigerantes pueden clasificarse en tres grupos dependiendo del grado de seguridad o peligrosidad de los mismos de la siguiente manera: Grupo primero. Corresponden a este grupo los refrigerantes que no son combustibles, cuyos efectos sobre la salud son despreciables.

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Grupo segundo. Corresponden a este grupo los refrigerantes que son tóxicos o corrosivos o que al combinarse con el aire, en una porción del 3,5% o más en volumen, pueden formar una mezcla combustible o explosiva. Grupo tercero. Corresponden a este grupo los refrigerantes que al combinarse con el aire en proporción inferior al 3,5 % en volumen pueden constituir una mezcla combustible o explosiva.

SEGÚN SU FUNCIÓN Según su función los refrigerantes se pueden clasificar en primarios y secundarios; los primarios son aquellos que absorben calor al evaporarse a baja temperatura y lo ceden al condensarse a alta temperatura y presión, mientras que los secundarios, son aquellos que son enfriados por otro refrigerante y circulan como fluidos que transportan el calor. Por ejemplo, las salmueras son refrigerantes secundarios, porque constituyen un sistema indirecto cerrado que transfiere el efecto frigorífico desde un sistema primario de refrigeración; Son seguras, de baja toxicidad, fáciles de transportar y de poco mantenimiento, por lo cual, son ideales para el transporte de frío a distancia y la industria de alimentos. Hay salmueras de tipo salino, como las soluciones de cloruro sódico y de cloruro cálcico, salmueras a partir de glicol, formadas por soluciones de etilenglicol y propilenglicol, salmueras para bajas temperaturas, que son sustancias puras como el cloruro de metileno, el tricloroetileno, el R-11, la acetona, el alcohol metílico y el alcohol etílico, y salmueras para aplicaciones especiales, que son sustancias o soluciones particulares para ciertas aplicaciones, como las fracciones destiladas de petróleo, aceites sintéticos, etc.

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SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA Los refrigerantes se clasifican según su composición química en distintos grupos: Hidrocarburos halogenados, Hidrocarburos cíclicos, Mezclas azeotrópicas, Compuestos inorgánicos y otros Hidrocarburos.

PROPIEDADES Para la selección de un refrigerante se deben tener en cuenta varias propiedades y características, desde el punto de vista termodinámico se requiere no tener presiones de condensación excesivas, poseer un bajo punto de ebullición, una alta temperatura crítica, un alto calor latente de vaporización, un bajo calor específico del líquido, un bajo volumen específico del vapor, un volumen y potencia bajos por cada tonelada de refrigeración, tener un COP alto, y no causar corrosión en los metales usados; todas estas condiciones garantizan el no tener condiciones extremas en el proceso y lograr una alta eficiencia en el ciclo. De otro lado, las propiedades químicas que benefician la elección del refrigerante, al garantizar la seguridad para los operadores del sistema y para el producto, son el no ser inflamable ni explosivo, tener baja toxicidad y efectos sobre el ambiente, reaccionar poco con los materiales de construcción y no producir daños a los productos refrigerados en caso de fugas. 10

Otras características deseables para el refrigerante son tener una baja tendencia a las fugas y posibilidad de detección, baja viscosidad, alta conductividad térmica, baja acción inhibitoria sobre el aceite y las válvulas, disponibilidad, preferencia personal y bajo costo.

PRESIÓN Y TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN Y CONDENSACIÓN La temperatura de condensación depende de las condiciones ambientales o del medio que recibe el calor (sumidero), debe ser superior a la temperatura del ambiente en cinco grados o más. La temperatura de evaporación es dependiente del proceso y debe estar cinco grados o más por debajo del requerimiento de temperatura. A manera de ejemplo, si la sustancia a refrigerar se requiere a 4°C, la temperatura de evaporación del refrigerante a las condiciones del evaporador debe estar por debajo de -1°C. Para el caso de un condensador evaporativo que intercambia calor con el medio ambiente que se mantiene a 25°C, la temperatura de condensación debe ser superior a los 30°C.

PUNTO DE CONGELACIÓN Para evitar taponamientos en el sistema de refrigeración, la temperatura de congelación normal del refrigerante debe estar por debajo de todas las temperaturas de dicho sistema.

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EFECTOS FISIOLÓGICOS Los efectos fisiológicos que los refrigerantes pueden causar se relacionan con los efectos soporíferos, disminución en la cantidad de oxígeno, originando sofoco y peligro de asfixia, efectos tóxicos y mortales, irritabilidad, etc.. En las Tablas se tiene que las letras de la columna “otros” significan: A: Altas concentraciones producen efectos soporíferos. B: Altas concentraciones provocan una disminución en la cantidad de oxígeno, originando sofoco y peligro de asfixia. C: No posee olor característico, pero posee un margen muy pequeño entre los efectos no tóxicos y mortales D: Olor característico, incluso a concentraciones muy bajas E: Irritante, incluso a concentraciones muy bajas F: Muy soporífero G: Refrigerantes no tóxicos, los cuales no producen lesiones letales cuando su concentración esta por debajo de sus límites de explosión.

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EFECTO INVERNADERO Y EN LA CAPA DE OZONO Algunos refrigerantes pueden ser causantes del efecto invernadero o calentamiento global del planeta tierra, este efecto es causado por un desequilibrio entre la radiación incidente del sol en la tierra y la que emite ésta al universo, generándose una acumulación de energía en la atmósfera que se traduce en un incremento de la temperatura. Si bien, la atmósfera es relativamente transparente a la radiación solar, la radiación infrarroja se absorbe en la atmósfera por muchos gases menos abundantes que impiden que una buena parte de la radiación infrarroja se escape directamente al espacio, al frenar este flujo al espacio los gases calientan la atmósfera y superficie terrestre. Otro gran problema ambiental lo causa el cloro que contienen algunas sustancias químicas liberadas a la atmósfera, las cuales son las principales responsables del agotamiento de la capa de ozono en la estratosfera. Una gran parte de estos compuestos están constituidos por CFC’s (clorofluorocarbonados) y halones (agentes de extinción de incendios). Los primeros han sido utilizados por años como refrigerantes, disolventes o agentes espumantes. Los más peligrosos de estos elementos tienen larga vida, por ejemplo el CFC R-11 dura un promedio de 50 años en la atmósfera, el CFC R-12 un promedio de 102 años y el CFC R-113 un promedio de 85 años, es por este motivo que las sustancias químicas influirán en el proceso de agotamiento por muchos años.

ELECCIÓN DE REFRIGERANTE Al escoger el refrigerante más apropiado para una aplicación específica, se deben tener en cuenta factores operativos y de seguridad como los siguientes: Relación con el COP. Una característica importante al momento de elegir un refrigerante es el coeficiente de funcionamiento COP, o la potencia que se necesita para generar una unidad de 13

refrigeración (kWh/Kcal). Seria deseable la sustancia con el mayor valor del COP, el más cercano al COP del ciclo de Carnot.

Inflamabilidad. Al escoger un refrigerante se prefieren aquellos que no presentan un peligro de inflamabilidad o de explosión, y para las aplicaciones en las que éstos son los ideales, se deben tomar precauciones de seguridad adecuadas. Toxicidad. Se consideran tóxicos aquellos refrigerantes, que mezclados con aire en concentraciones bajas, son nocivos para la salud humana. Se prefieren los refrigerantes menos tóxicos especialmente en aplicaciones donde el riesgo de fugas sea alto o en industrias como las de alimentos. Materiales de construcción. Generalmente el tipo de refrigerante escogido para una aplicación dada determina el material del que estarán hechos los elementos que entren en contacto con el mismo y no al contrario. Daño a los productos refrigerados. Se debe tener en cuenta la posibilidad de que el refrigerante entre en contacto con el producto refrigerado durante periodos prolongados o en altas concentraciones, de allí que se escoja un refrigerante que produzca los mínimos efectos nocivos posibles y que se tomen medidas preventivas para estos posibles incidentes. Tendencia a fugas. Los refrigerantes tienen la tendencia a presentar fugas, las cuales pueden ser peligrosas y siempre tienen un costo asociado, por esto, detectarlas y corregirlas prontamente es fundamental para no perjudicar el proceso y minimizar costos. Cada refrigerante tiene métodos o tecnologías asociadas a la detección y corrección de fugas, estos deben implementarse efectivamente. Otros. Además de los anteriores, se deben tener en cuenta otros aspectos del refrigerante como el impacto ambiental, que tenga baja viscosidad y conductividad térmica alta para tener una buena transferencia de calor, el costo, la acción sobre el aceite y la preferencia personal.

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APLICACIONES Según las características particulares de cada refrigerante serán sus aplicaciones, además debe evaluarse cada caso particular según las necesidades específicas y las exigencias del proceso. Para las aplicaciones más comunes los refrigerantes compiten y habrá mas de uno que cumpla con los requisitos técnicos, allí se debe entrar a evaluar los otros criterios, costo, medio ambiente, seguridad, etc.

CLASIFICACIÓN Existen dos tecnologías para la refrigeración ampliamente utilizadas, los sistemas de compresión de vapor y los de absorción, además de sistemas no convencionales como los de chorro de vapor, chorro de aire, etc. y cada uno tiene variaciones según la aplicación específica, como pueden ser, la compresión en varias etapas, la utilización de refrigerantes secundarios, interenfriamiento, refrigeración solar, refrigeración de gas con regeneración, etc.

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REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR Los procesos en el que los refrigerantes son sometidos a un ciclo termodinámico de compresión, condensación, expansión y evaporación se denominan Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor, los cuales son ampliamente utilizados en el mundo, con una participación superior al 98% de las aplicaciones frigoríficas. En este sistema se incrementa la presión del vapor del refrigerante, desde la que tiene en el evaporador hasta la necesaria en el condensador, mediante la incorporación de energía eléctrica proporcionada al compresor. En el compresor, el refrigerante entra en forma de vapor saturado a baja presión y recibe un trabajo mecánico que eleva su presión, temperatura y entalpía hasta llevarlo a un estado de vapor sobrecalentado, luego, en el condensador, el refrigerante es enfriado pasando por vapor saturado a alta presión y posteriormente hasta condensarlo, entregando al ambiente energía en forma de calor; posteriormente este líquido a presión pasa por un dispositivo de estrangulación que lo expande súbitamente llevándolo al estado de vapor húmedo a baja presión, lo cual a su vez enfría el refrigerante preparándolo para ser la fuente de frío del proceso; finalmente, en el evaporador el refrigerante extraerá calor del material refrigerado para pasar de nuevo al estado de vapor saturado a baja presión, el cual pasa al compresor cerrando el ciclo.

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CICLO REAL E IDEAL DE COMPRESIÓN DE VAPOR Todo ciclo de refrigeración real presenta variaciones respecto del ciclo ideal, entre ellas esta la caída de presión que experimenta el fluido al pasar por las tuberías y los equipos, un sobrecalentamiento del gas refrigerante que sale del evaporador, que afecta negativamente el COP del sistema, y el subenfriamiento del líquido en el condensador.

Para compensar los efectos del sobrecalentamiento del vapor, se puede instalar un intercambiador de calor que subenfríe el condensado con el vapor, con esto se logra un aumento en el efecto refrigerante, aunque el COP del sistema no mejore en comparación con un sistema ideal.

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VARIANTES DE LOS SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE MECÁNICA Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor tienen variantes en el número de etapas de compresión, en la forma de alimentar el líquido al evaporador y algunas particularidades como el utilizar interenfriamiento, recircular el refrigerante líquido o utilizar refrigerantes secundarios.

COMPRESIÓN EN UNA ETAPA La compresión en una etapa es la configuración básica del sistema de refrigeración por compresión de vapor, conformado por un compresor, un condensador, un dispositivo de expansión, y un evaporador. Generalmente trabaja temperaturas de evaporación entre 30ºC y 0ºC.

COMPRESIÓN EN VARIAS ETAPAS Y UTILIZACIÓN DE REFRIGERANTES SECUNDARIOS Cuando se requieren temperaturas por debajo de los -40ºC resultan más económicos la utilización de refrigerantes secundarios o los sistemas de compresión en varias etapas. Los ciclos mecánicos de refrigeración con varias etapas de compresión de vapor pueden 18

ser sistemas compuestos, con varios compresores para alcanzar temperaturas entre 20ºC y -80ºC, y los sistemas en cascada, son aquellos que usan más de un refrigerante para alcanzar temperaturas por debajo de -80ºC.

FORMAS DE ALIMENTACIÓN DEL LÍQUIDO AL EVAPORADOR La alimentación al evaporador debe generar una expansión del líquido saturado o subenfriado para obtener el enfriamiento deseado; para lograrlo se puede producir una expansión directa a la entrada del evaporador, una sobrealimentación de la fase líquida separada previamente en otro recipiente o una mezcla de los dos métodos anteriores que sería el uso de un evaporador inundado.

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INTERENFRIAMIENTO Esta configuración consiste en burbujear el vapor sobrecalentado en el refrigerante líquido a la presión intermedia. Se emplea principalmente para la reducción de la temperatura de descarga en el compresor de alta.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE PROPÓSITO MÚLTIPLE CON UN SOLO COMPRESOR Consiste en realizar la expansión del refrigerante en dos etapas, y en cada una utilizar el efecto frigorífico con distintos propósitos o para distintas temperaturas de refrigeración.

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REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN Los sistemas de refrigeración por absorción difieren de los convencionales por compresión de vapor, en el hecho de que la etapa de compresión es reemplazada por 2 procesos: generación y absorción. Estos sistemas aprovechan la capacidad de absorción y desorción que tienen ciertas sustancias sobre otras (por ejemplo agua y amoníaco) para generar el efecto de refrigeración. El ciclo de absorción funciona así: La mezcla de refrigerante y absorbente rica en refrigerante se bombea al generador, donde se calienta para evaporar gran parte del refrigerante, el cual pasa al condensador donde se enfría; el refrigerante sigue su camino por un dispositivo de expansión donde pierde presión y en consecuencia es enfriado aún más; luego va al evaporador a baja presión, donde el refrigerante absorbe energía térmica del medio externo evaporándose y logrando el efecto de refrigeración requerido; seguidamente el refrigerante va al absorbedor donde se encuentra con una mezcla rica en absorbente que regresa del generador, allí se mezclan absorbente y refrigerante para ser bombeados una vez más al generador. El rendimiento para el ciclo de absorción, es menor que en el método por compresión de vapor (COP entre 0,8 y 1,2 frente a 3 y 5,5 para compresión de vapor), sin embargo, en algunos casos esto se justifica cuando la energía proviene de una fuente térmica más económica (comparando con la energía eléctrica), incluso residual o un subproducto destinado a desecharse.

SISTEMAS MÁS UTILIZADOS En los sistemas de refrigeración por absorción usados para las aplicaciones de aire acondicionado y temperaturas mayores a 0°C, la mezcla de refrigerante y solvente que se utiliza es agua y bromuro de litio; mientras que para temperaturas hasta -60°C se utiliza amoniaco y agua. No se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de adsorción, en los que el refrigerante es adsorbido en matrices sólidas de zeolitas. Sistema Agua – Amoniaco. 21

En este sistema el refrigerante es el amoniaco y el absorbente el agua. Es un ciclo utilizado en aplicaciones industriales por las altas temperaturas que maneja en el generador, el cual es una torre de destilación, y por la toxicidad del amoniaco. Los valores del rendimiento o COP están entre 0,4 y 0,5 para enfriar agua a 7ºC. Sistema Bromuro de Litio – Agua. En este sistema el refrigerante es el agua y el absorbente el bromuro de litio. Es un ciclo que tiene aplicaciones no industriales, principalmente enfriamiento de agua a 6,5ºC. Generalmente el valor del COP es de 0,7 o mayor.

REFRIGERACIÓN POR OTROS SISTEMAS Además de los sistemas de refrigeración por compresión de vapor y de absorción, en ciertas aplicaciones se utilizan otros métodos para la obtención de bajas temperaturas, estos métodos se basan en el efecto termoeléctrico o efecto Seebeck, en la termoacústica, en el ciclo del aire (chorro de aire), del vapor (chorro de vapor), etc. Chorro de vapor. Producen agua fría entre 2ºC y 20ºC y tienen aplicación principalmente en procesos donde el producto a tratar se evapora directamente, como concentrados de jugos naturales o alimentos que se deterioran con el calor. En este sistema el efecto refrigerante se produce enfriando agua en el evaporador a expensas del agua evaporada a baja presión, y el incremento de la presión del vapor se logra mediante eyectores. Chorro de aire. Consiste en generar un chorro de aire comprimido, tangencial a una placa, a velocidades próximas a la del sonido; de esta forma se separa el flujo en dos corrientes, una interior, que se expande y enfría, y una exterior que se calienta por la disipación de calor del interior. El enfriamiento del aire interno es el que se aprovecha para refrigerar, con un rendimiento del 10% de un ciclo de compresión de vapor comparable. Sin embargo es un sistema sencillo y seguro con aplicaciones en sistemas electrónicos principalmente . 22

Ciclos de Adsorción. Es una alternativa energética utilizada por ejemplo, para el acondicionamiento de aire, donde de usa un dispositivo deshumidificador que posee desecantes (en este caso sílica gel, que adsorbe agua), una recuperador de calor sensible, un calentador y un par de humidificadores.

COMPONENTES BÁSICOS Cada tipo de sistema de refrigeración esta compuesto de varios elementos básicos, el sistema de compresión de vapor, por ejemplo, tiene el compresor, el evaporador, el condensador y el dispositivo de expansión y el sistema de absorción tiene el generador, el condensador de refrigerante, el evaporador, el absorbedor y el equipo de bombeo.

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COMPRESOR El compresor es el corazón del sistema de refrigeración , en él se transforma energía eléctrica en entalpía y presión del gas, permitiendo mantener dos niveles de presión en el sistema, uno donde se evapora el refrigerante y el otro donde se condensa. Las características más importantes del funcionamiento de un compresor son su capacidad de refrigeración y su potencia; estas dependen principalmente de la presión de succión y de descarga. Los aspectos que pueden afectar el compresor, disminuyendo la capacidad de refrigeración e incrementando la potencia necesaria para su funcionamiento son: pérdidas de presión, calentamiento, fugas, exceso de aceite, ineficiencia de las válvulas y espacios muertos en la compresión. Una ecuación general que describe la capacidad de enfriamiento y el consumo de energía por parte del compresor es la siguiente: Donde: Welec : Consumo de energía eléctrica en el compresor (kW). Qevap : Capacidad de enfriamiento o carga térmica del sistema (kW) m : Flujo másico de refrigerante (kg/s) ηiso : Eficiencia isoentrópica ηvol : Eficiencia volumétrica ηmec : Eficiencia mecánica ηele : Eficiencia eléctrica n : Relación de calores específicos Pin , Pout : Presión de entrada y salida del compresor (kPa) Vin : Volumen específico a la entrada al compresor (m3/kg) La eficiencia isoentrópica, ηiso, depende de la temperatura de salida del refrigerante del compresor. En la mayoría de los casos en compresores que no están refrigerados la ηiso varía entre 0,8 y 0,9, mientras que en compresores que poseen sistemas de refrigeración la ηiso puede ser de 1,1 a 1,3. La eficiencia volumétrica, ηvol, depende del tipo de compresor, normalmente varía de 0,85 a 0,9, la eficiencia mecánica, ηmec, depende del tipo de acople o transmisión mecánica, normalmente varía de 0,8 a 0,85 y La eficiencia eléctrica, ηele, depende del tipo de motor, normalmente varía de 0,85 a 0,9. La relación de calores específicos, n, depende del tipo de refrigerante, al igual que el volumen específico.

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TIPOS DE COMPRESORES Los tres tipos de compresores más comunes usados en refrigeración son los Alternativos, los Rotativos y los Centrífugos. Los alternativos consisten en un émbolo que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, con válvulas de entrada y salida que permiten la compresión; Los Rotativos tienen piezas giratorias en desplazamiento positivo que realizan el trabajo y los centrífugos, también poseen elementos giratorios pero lo que aprovechan es la fuerza centrífuga.

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CONDENSADOR El condensador es el intercambiador de calor donde el refrigerante en forma de vapor proveniente del compresor o del generador se enfría y se condensa por medio de una transferencia de calor hacia un sumidero que generalmente es aire o agua, de esta forma el calor del proceso de refrigeración es retirado del sistema. En general los condensadores enfriados por agua son más eficientes que los enfriados por aire, sin embargo presentan riesgos de formación de incrustaciones, corrosión o congelación. Los enfriados por aire son comunes en aplicaciones de menos de un caballo de vapor de potencia de refrigeración aunque también son usados para sistemas de mayor potencia.

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TIPOS DE CONDENSADORES Existen condensadores de dos tipos, enfriados por agua y enfriados por aire .Entre los enfriados por agua se encuentran el horizontal con tubos y envolvente (el más utilizado), el vertical con tubos y envolvente, el de serpentín y envolvente, el de doble tubo y el evaporativo.

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DISPOSITIVOS DE EXPANSIÓN Los dispositivos de expansión son aquellos destinados a disminuir la presión del líquido y a controlar el flujo de refrigerante hacia el evaporador . El tubo capilar es el más usado para sistemas de refrigeración de potencia menor de un caballo de vapor, para sistemas de tamaño medio, lo más frecuente es el uso de válvulas de expansión termostáticas. Para los evaporadores inundados se utilizan las válvulas de flotador.

EVAPORADOR El evaporador es un intercambiador de calor que permite el enfriamiento o refrigeración del material que interesa refrigerar, mientras el refrigerante que proviene del dispositivo de expansión, ebulle al recibir dicho calor. Los evaporadores de circulación natural son usados principalmente en las cámaras de almacenamiento de frío, ocupan poca superficie, tienen costos de mantenimiento bajos, 28

pero tienen bajos coeficientes de transferencia de calor lo que hace necesaria una superficie mayor que la de los evaporadores de circulación forzada y una mayor carga de refrigerante por su mayor volumen interno. Los evaporadores inundados, por su configuración, no permiten la salida de aceite, por lo tanto, se necesita separarlo antes. Cuando se requiere enfriar un líquido, lo más conveniente es usar un evaporador de tipo envolvente. Para acondicionamiento de aire, el evaporador de expansión directa se usa cuando el evaporador esta cerca del compresor, en caso contrario, es preferible enfriar agua y llevarla a una batería de enfriamiento del aire.

TIPOS DE EVAPORADORES Los evaporadores se pueden clasificar en evaporadores de circulación natural o circulación forzada, dependiendo si una bomba o ventilador impulsa el fluido a enfriar hacia las superficies de transferencia de calor o si este movimiento se da de forma natural por la diferencia en las densidades del fluido frío y caliente; también se pueden clasificar como evaporadores donde el refrigerante ebulle dentro o fuera de los tubos; Finalmente se puede diferenciar entre evaporadores inundados o secos, según si el refrigerante esta sobre toda la superficie de transferencia de calor o si parte de esta se usa para sobrecalentar el vapor.

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ELEMENTOS SECUNDARIOS En una instalación de refrigeración son necesarios otros elementos para el correcto funcionamiento del ciclo, entre los cuales están: Recibidor de líquido. Consiste en un tanque de almacenamiento para el refrigerante líquido que es utilizado prácticamente en todas las unidades enfriadas por aire equipadas por válvulas de expansión. Intercambiador de calor. Equipo utilizado para evitar la escarcha o la condensación, para subenfriar el refrigerante liquido suficientemente para impedir la formación de gas en el conducto de líquido o para evaporar cualquier refrigerante que salga del evaporador. Acumulador de succión. Su función es interceptar el refrigerante líquido antes de que pueda alcanzar el compresor. Separador de aceite. Requerido con mayor frecuencia en los sistemas de temperaturas muy bajas, con evaporadores inundados; un separador de aceite es básicamente una cámara de separación para el aceite y el gas de descarga. Deshidratador. Mantiene al mínimo el nivel de humedad, con el fin de evitar alteraciones en el funcionamiento del sistema o el deterioro del compresor. Los Filtros para la línea de succión, usados para proteger al compresor de basuras dejadas en el sistema. Eliminadores de vibración.

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Evitan la transmisión de ruido y vibración procedente del compresor a través de las tuberías de refrigeración, un serpentín de tubería puede ser adecuado en compresores pequeños, para los grandes se utiliza frecuentemente un conducto metálico flexible. Colador. Se monta en las líneas de refrigeración para eliminar la suciedad; consiste en una carcasa con un filtro de malla fina que generalmente se instala antes de las válvulas de expansión y solenoides. Indicador de humedad y líquido. Permite al operario observar el flujo del refrigerante en el sistema, por ejemplo para determinar si el sistema esta adecuadamente cargado cuando se añade refrigerante, y en el caso que la humedad haya penetrado al sistema de refrigeración, indica que el filtro deshidratador debe ser reemplazado. Calefactor de cárter. Cuando el compresor esta expuesto a una temperatura ambiente más fría que el evaporador y con la finalidad de establecer una protección contra la posibilidad de migración, se emplean los calefactores de cárter que mantienen el aceite en el cárter a una temperatura suficientemente elevada, de modo que cualquier cantidad de liquido refrigerante que penetre en el cárter se evapora y crea una presión suficiente que evita la migración de refrigerante al compresor.

GENERADOR El Generador es un intercambiador de calor en donde una mezcla de refrigerante y absorbente rica en refrigerante se calienta para evaporar gran parte del refrigerante, el cual pasa al condensador.

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ABSORBEDOR El Absorbedor es el equipo donde se encuentra una solución pobre capaz de absorber el vapor del refrigerante que proviene del evaporador, para convertirse en una mezcla rica en absorbente que regresa al generador.

EQUIPO DE BOMBEO Generalmente el equipo de bombeo es una bomba que impulsa la solución rica en refrigerante desde el absorbedor hasta el generador.

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RENDIMIENTO O EFICIENCIAS Para analizar el rendimiento de los equipos o sistemas de refrigeración se debe tener en cuenta el ciclo termodinámico que se desarrolla y el tipo de fuente energética utilizada. El rendimiento de un ciclo de refrigeración es usualmente descrito como el coeficiente de operación o COP (coefficient of performance), éste se define como la relación del beneficio obtenido del ciclo (cantidad de calor removido del material refrigerado) y la cantidad de energía requerida para operar el ciclo. Para el ciclo teórico se define COP de un refrigerador: COP = Calor extraído al producto / Trabajo del compresor COP = QL / W entrada Para un ciclo ideal de refrigeración tenemos la eficiencia de Carnot, que en un ciclo de refrigeración por compresión de vapor, al ser un proceso ideal, es decir reversible, las temperaturas del medio enfriado (TL) y del sumidero (TH), representan los valores de los calores extraído (QL) y de desecho (QH) y por tanto puede expresarse así: COP = QL / W = QL / (QH – QL) = TL / (TH – TL) El COP de los sistemas reales dependerá principalmente de las temperaturas del foco frío y el sumidero de calor, pero se encontrará fuertemente influenciado por el tipo de refrigerante que se use, de la configuración del sistema (seco, inundado, con recirculación, etc.) y de la tecnología empleada en los equipos de compresión (eficiencia isoentrópica, volumétrica, mecánica y eléctrica). El ciclo de absorción requiere principalmente de energía térmica que se utiliza para la destilación en el generador, aunque también necesita de energía mecánica para bombear la mezcla desde el absorbedor hasta el generador. La expresión para calcular el COP en este ciclo es la siguiente: COP = Calor extraído al producto / Calor aportado al generador COP = QL / Qg 33

En una bomba de calor tenemos que la expresión para el calculo del COP es: COP = Calor enviado al producto / Trabajo del compresor COP = QH / W entrada

APLICACIONES Los sistemas de refrigeración o producción de frío tienen diferentes aplicaciones, tanto para refrigeración industrial como para acondicionamiento ambiental de confort y aunque existen diferencias en los sistemas o procesos, los principios básicos en que se basan son los mismos. Para el acondicionamiento de aire las condiciones de temperatura varían en un pequeño margen, entre 24ºC y 28ºC, mientras que para las aplicaciones industriales los objetivos de refrigeración pueden estar en condiciones muy variadas, desde unos pocos grados por encima del cero absoluto hasta unos grados por debajo de la temperatura ambiente normal. Dentro de las aplicaciones se puede encontrar los sistemas de bombas de calor, la refrigeración residencial, comercial, producción de frío para cárnicos, embotelladoras, cerveceras, aplicaciones industriales, transporte y almacenamiento de productos refrigerados, acondicionamiento de aire, etc.

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BOMBAS DE CALOR Las bombas de calor utilizan los mismos equipos que el sistema de refrigeración para realizar un proceso de recuperación de calor residual, el cual se absorbe en el evaporador del ciclo, y se complementa con el trabajo del compresor, el cual aumenta la cantidad de energía para luego entregarla en otro punto por medio del condensador del ciclo o bomba de calor. Su uso más común es como un sistema de doble efecto: calefacción en invierno y aire acondicionado en verano, además, este sistema puede usarse en otras aplicaciones, por ejemplo en una torre de destilación, para recuperar el calor del vapor que sale de la torre por el condensador y luego entregar la energía en el rehervidor, disminuyendo los consumos de vapor en el rehervidor y el agua de enfriamiento en el condensador de la torre.

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REFRIGERACIÓN CASERA – NEVERAS En los hogares, el sistema de refrigeración que utilizamos hace funcionar nuestras neveras y utiliza un ciclo de compresión de vapor para ello; generalmente utiliza un refrigerante como el Freón, el compresor es de tipo reciprocante y hermético ubicado al interior de la nevera, el condensador es el intercambiador de tiro natural ubicado en la parte posterior y es enfriado por aire, el dispositivo de expansión es un tubo capilar y el evaporador esta al interior de la nevera, siendo la superficie del congelador en las neveras tradicionales o ubicado internamente y enfriando el aire que circula en las neveras no Frost.

CAVAS Y REFRIGERADORES INDUSTRIALES Algunas industrias, los supermercados, tiendas y almacenes, hacen parte de la cadena de frío, la cual es la encargada de mantener los productos en óptimas condiciones hasta el consumidor final. Por otra parte, las empresas invierten en instalaciones de acondicionamiento de aire para satisfacer las necesidades de confort del cliente. Entre los sectores más importantes que pueden mencionarse como usuarios de sistemas de refrigeración están los siguientes: Cárnicos. El control de calidad e higiene en la industria cárnica exige la instalación de grandes sistemas de refrigeración. Estos productos son sensibles a las condiciones ambientales y bajo circunstancias desfavorables sería inevitable la pérdida del producto por descomposición. Embotelladoras. Un problema en el sistema de refrigeración representaría un paro en la producción de una embotelladora, debido a que las bebidas requieren de un proceso de pasteurización (calor

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+ frío) y aquellas que contienen CO2 deben ser enfriadas aun más para disolver este gas en la bebida.

Cerveceras. La refrigeración es de vital importancia para el proceso de producción de la cerveza: elaboración de la malta, fermentación y maduración. Durante el proceso, la cerveza requiere de prolongados periodos de almacenamiento en grandes tanques que necesitan importantes cantidades de frío. Industria Química. El control de procesos en una industria química requiere de grandes instalaciones frigoríficas. Por ejemplo, la generación de calor que se da en las reacciones químicas es controlada principalmente con sistemas de generación de frío. Plásticos. En la industria del plástico se requiere de agua de enfriamiento para refrigerar la maquinaria y los moldes de inyección; si no se dispone de ella, se debe interrumpir la producción. Textiles. Se necesita mantener ambientes controlados en humedad y temperatura para evitar la rotura de los hilos. Para el correcto funcionamiento de algunas maquinas, es necesario el suministro de agua de enfriamiento proveniente de torres. Si la empresa posee una central de generación termoeléctrica, se requieren también, enormes cantidades de agua para evacuar el calor de los condensadores de la central. Transporte. La cadena de frío exige controlar las condiciones del producto a lo largo de su trasporte hacia el destinatario final. En el transporte aéreo, terrestre y marítimo se deben tomar las precauciones del caso para llevar el producto desde la fuente hasta el destino con las mínimas variaciones posibles. Por ejemplo, durante el transporte del banano se realiza parte del proceso de maduración.

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ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Generalmente, los acondicionadores de aire funcionan según un ciclo frigorífico similar al de los refrigeradores domésticos, poseen cuatro componentes principales: Evaporador, Compresor, Condensador y Válvula de expansión. El proceso de acondicionamiento de aire consiste en enfriar o calentar el aire, dependiendo de las condiciones ambientales de invierno o verano, y limpiar y hacer circular aire con una humedad controlada para satisfacer las necesidades de confort de los habitantes de un recinto. El equipo de acondicionamiento de aire es el que se encarga de producir frío o calor y de impulsar el aire tratado a la vivienda o local.

CONFORT Confort térmico, según la ASHRAE, es esa condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico. El confort está influenciado por muchas variables. Se define confort cuando el 85% de las personas se sienten cómodas. Sin embargo, no existen parámetros de condiciones que den confort a todas las personas. En México, la temperatura de confort recomendada para el verano se sitúa en 25ºC, con un margen habitual de 1ºC y la temperatura de confort recomendada para invierno es de 20ºC, y suele variar entre 18 y 21ºC según la utilización de las habitaciones.

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PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Los procesos de acondicionamiento de aire pueden ser por calentamiento con humidificación, calentamiento y enfriamiento simples, humidificación, enfriamiento con deshumidificación o enfriamiento evaporativo. Por otra parte, la deshumidificación es una alternativa energética para el acondicionamiento de aire utilizando un dispositivo deshumidificador que posee desecantes (que puede ser sílica gel), una recuperador de calor sensible, un calentador y un par de humidificadores. También existen procesos que utilizan como fuente energética al sol.

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TIPOS DE EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Existen equipos acondicionadores condensados por aire y condensados por agua. Así mismo, los equipos pueden ser compactos (equipo de una pieza) y partidos. Los primeros constan de una sola unidad, mientras que los partidos están formados por dos o más unidades. En cuanto al servicio que prestan, los equipos se denominan unitarios o individuales, si se trata de equipos independientes en cada habitación, o centralizados, cuando un solo equipo atiende al conjunto de la vivienda o local. Acondicionador de ventana. Es un equipo unitario, compacto y de descarga directa. Normalmente se coloca uno por habitación o, si el local es de gran superficie, se colocan varios según las necesidades. La instalación se realiza en ventana o muro. La sección exterior requiere toma de aire y expulsión a través del hueco practicado. Acondicionador de consola. Equipo unitario, compacto y de descarga directa. Se coloca una consola o varias en cada habitación según las necesidades del local. La instalación se realiza en muro, precisando toma de aire exterior a través del hueco practicado, cuyas dimensiones son similares a las de la consola. Esta se puede colocar apoyada en el suelo o colgada del muro. Acondicionador portátil. Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de una habitación a otra. Sólo requiere, para su instalación, una sencilla abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcón. Equipos partidos. Son equipos unitarios de descarga directa. Se diferencian de los compactos en que la unidad formada por el compresor y el condensador va al exterior, mientras que la unidad evaporadora se instala en el interior. Ambas unidades se conectan mediante las líneas de refrigerante.

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PROGRAMAS DE USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA Los sistemas de la tecnología frigorífica tienen un intensivo consumo energético, lo cual se ve reflejado principalmente en los altos requerimientos de energía eléctrica, por esto es necesario establecer principios y estrategias que conduzcan al ahorro energético y al uso eficiente de la energía con un fuerte carácter de sustentabilidad. En la figura se ve la escala usada generalmente para identificar el grado de eficiencia de diferentes equipos.

METODOLOGÍA DE ANÁLISIS La metodología de análisis tiene los siguientes pasos: Definición del sistema. El primer paso para analizar el funcionamiento de un sistema de refrigeración es definir el sistema, y para ello se debe reconocer cada parte o equipo que lo conforma y su finalidad o función. Comprobación de funcionamiento. Para la evaluación del sistema de refrigeración se debe realizar una nueva puesta en marcha, en la cual se ensaya, controla, calibra y ajustan todos los componentes del sistema; para ésto, se requiere inicialmente toda la información del diseño de la instalación, condiciones nominales, prestaciones, planos, etc.; luego se verifica el funcionamiento de los dispositivos de accionamiento, equipos mecánicos y la limpieza de los equipos y filtros para poder continuar y realizar las mediciones del compresor, el aire y los líquidos en general. Análisis de la información. Luego de verificar como es el comportamiento de los sistemas de producción de frío, se analizan los datos tomados para sacar conclusiones acerca del comportamiento energético del sistema y proceder a realizar modificaciones o mejoras al sistema. Dentro de este análisis debe tenerse en cuenta: confirmar que el diseño básico de los sistemas es el correcto, verificar la correspondencia entre el funcionamiento a cargas parciales y la 41

potencia global instalada, comprobar la efectividad o necesidad de un sistema de control de presión en el evaporador, revisar la existencia o posible aplicación de un sistema de control de la presión de condensación, analizar la forma de almacenar los productos en la cámara frigorífica, estudiar las condiciones de descongelación de los evaporadores, comprobar la existencia de un programa de mantenimiento preventivo, etc. Conclusiones. Luego del análisis de los datos tomados y de realizar el balance energético del sistema, se pueden plantear las soluciones o mejoras energéticas posibles teniendo en cuenta el conocimiento de cada instalación particular.

BALANCE ENERGÉTICO Un Balance energético tiene dos componentes fundamentales: Análisis de equipos y componentes. El balance energético consiste en la contabilización de los consumos energéticos en el tiempo por parte de los equipos del sistema. Para el análisis de cada equipo o componente, según el tipo, se deben recoger datos específicos de temperaturas, flujos, presiones, humedades, etc. para calcular los valores de potencias o rendimientos y compararlos con los valores nominales, de esta comparación se analizan posibles modificaciones. Contabilidad energética. Para determinar el comportamiento de una planta a lo largo del tiempo se debe hacer la contabilidad energética de la misma, tanto de forma global, como particularizando cada subsistema; para esto se puede acudir a las facturaciones de las empresas que suministran la energía y a sistemas de contadores que deben instalarse para determinar los consumos de los sistemas de producción de frío. A partir de lo anterior se construye la gráfica de consumo energético en el tiempo y se deben identificar los elementos que contribuyen a dicho consumo y su porcentaje de participación, de donde pueden inferirse posibles modificaciones o mejoras al sistema. Las mediciones de las variables del sistema deben coincidir con el balance general del sistema: Calor de evaporación + Trabajo aplicado al compresor = Calor de condensación + Pérdidas El Coeficiente de Operación del sistema (COPreal) puede calcularse así:

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COPreal = Calor de evaporación / Trabajo aplicado al compresor.

MEJORAS ENERGÉTICAS POSIBLES Los sistemas de refrigeración y aire acondicionado están constituidos por equipos mecánicos (ventiladores, bombas, compresores, tuberías, conductos, etc.) y por instalaciones eléctricas auxiliares, todo esto en un espacio físico específico. Se deben analizar cada uno de estos componentes, individualmente y en interacción unos con otros, para evaluar y mejorar el uso de la energía, ya que estos sistemas son grandes consumidores de este recurso y se pueden lograr ahorros significativos que recuperen la inversión en tiempos moderadamente cortos. Por ejemplo, utilizar el agua de condensación para precalentar agua que se utilice en sistemas de calefacción a baja temperatura o usar el agua caliente a la salida del condensador como medio frío en otra instalación de refrigeración que funcione como bomba de calor.

AISLAMIENTO Y OTROS ELEMENTOS DEL EDIFICIO El aislamiento térmico es el factor más influyente en el consumo energético, tanto por los aportes de las entradas de calor al sistema como por la dificultad de cambiarlo una vez se halla instalado. El tamaño y la geometría de las cámaras de refrigeración debe cuidarse para necesitar la mínima cantidad de aislamiento por unidad de volumen refrigerado, un valor aceptado es de 2,2 m3 refrigerados por m2 de aislamiento. Conviene acondicionar las cámaras o lugares a la entrada de las cámaras de refrigeración para controlar la entrada de calor y humedad. Por último, las puertas de las cámaras son otra fuente de entradas de calor, éstas deben estar cerradas la mayor parte del tiempo y si son muy altas, la instalación de puertas de tiras reducirá en un 70% las entradas de aire o también pueden instalarse puertas de accionamiento mecánico.

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SISTEMAS DE PRODUCCIÓN En los sistemas de producción existen varios aspectos que deben evaluarse a la hora de analizar el consumo energético del proceso, entre estos están: Cambiar los compresores herméticos por abiertos para eliminar del sistema el calor proveniente de las pérdidas del motor. Usar sistemas de compresión en varias etapas, con enfriamiento intermedio y separación de líquido los cuales son más eficientes. Usar compresores de tipo tornillo conjuntamente con compresores alternativos para ajustar eficientemente la capacidad del sistema a las necesidades de carga parcial. Ampliar la capacidad de los condensadores, bajar la presión de condensación lo máximo posible (depende de las condiciones ambientales). Considerar el aumento en la temperatura de evaporación, según las condiciones del proceso, lo cual se ve reflejado en la eficiencia del proceso. Usar variadores de velocidad en los motores eléctricos que tengan carga variable. Utilizar motores de capacidades que se ajusten a los requerimientos de carga. Reemplazar evaporadores de tiro forzado por unos con menor caudal de aire, cuando las condiciones lo permitan.

Evaluar según las capacidades del sistema y las condiciones ambientales, el tipo de condensadores, húmedo (torre de agua o evaporativo) o condensador de aire. Cuando se trabaje en climas templados y húmedos, instalar equipos centralizados y de unidades de refrigeración separadas. 44

Favorecer el consumo de energía en las "horas valle" que tienen tarifas más bajas. Utilizar la iluminación en las cámaras de refrigeración lo menos posible, reemplazar iluminación incandescente por fluorescente. Usar instalaciones independientes cuando se necesita producir frío a diferentes temperaturas. Revisar los aislamientos de tuberías y equipos. En plantas que funcionen por temporadas a diferentes capacidades, disponer de un número de compresores que le permita operar con buen rendimiento. Establecer un buen programa de mantenimiento preventivo: limpieza de filtros, revisar y corregir fugas, tratar adecuadamente las aguas para evitar suciedad e incrustaciones, verificar periódicamente la purga de las torres, etc.

REGULACIÓN Y CONTROL Para favorecer la eficiencia energética y para mantener un buen funcionamiento de estos sistemas, en el tema de regulación y control de los procesos frigoríficos se busca automatizar en lo posible todas las instalaciones; debe revisarse con frecuencia la calibración de los elementos de regulación del sistema, mantener fuera del alcance del personal no autorizado los elementos de control, controlar el descongelamiento de la escarcha en los evaporadores, verificar el funcionamiento de los relojes programadores que apagan los ventiladores durante el descongelamiento, entre otros.

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REDUCCIÓN DE TRABAJO EN EL COMPRESOR El compresor es el equipo de mayor consumo energético dentro del sistema y por tanto una reducción en el trabajo aplicado al mismo traerá un ahorro considerable para el sistema completo. Para lograr esto se pueden cambiar por compresores flexibles que permitan variación de la carga; disminuir la presión de descarga al disminuir la temperatura de condensación; aumentar la presión de succión al aumentar la temperatura de evaporación; mejorar el interenfriamiento de los compresores, o cambiar el tipo de refrigerante.

EN ACONDICIONAMIENTO DE AIRE En los sistemas de acondicionamiento de aire las modificaciones más frecuentemente realizadas para mejorar el consumo de energía del sistema están centradas en la estructura física o local refrigerado y se refieren a modificaciones en las paredes, puertas y ventanas como el eliminar la incidencia directa de los rayos del sol o iluminación con excesivo aporte de calor, eliminación de puertas abiertas o abatibles, aislamiento adecuado (materiales de construcción, tipo de ventanas, divisiones, etc.) y cambio en los colores de las estructuras y paredes. Sin embargo, también se pueden realizar otras modificaciones tales como el cambio a enfriamiento evaporativo, control de operación sólo cuando el enfriamiento sea necesario, controles de tiempo de operación, controles de ocupación y corte o suministro de aire exterior, entre otros.

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CAMBIO DE CONDENSADOR ENFRIADO POR AIRE A ENFRIADO POR AGUA Al pasar de un condensador enfriado por aire a uno enfriado por agua, cambia la temperatura a la cual se puede condensar el refrigerante, de 40ºC cuando se utiliza aire, a 35ºC cuando se usa agua; por lo anterior, la presión de descarga del compresor, el flujo de refrigerante, y el trabajo eléctrico requerido disminuyen. Las cifras para este caso se pueden ver en las figuras a y b (en rojo están los valores que cambian respecto a la situación inicial). Con esta mejora se puede obtener un ahorro del 14,22% de la energía consumida en el compresor.

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REEMPLAZO DE REFRIGERANTE Y COMPRESOR Reemplazar el refrigerante R22 por Amoniaco, el cual tiene un cambio en la entalpía mayor, involucra un menor flujo de refrigerante y por tanto un menor trabajo en el compresor. Por otra parte, un cambio de compresor por uno nuevo y de un tipo más eficiente mejora el desempeño de la compresión disminuyendo el consumo de energía. Las cifras para este caso se pueden ver en las figuras a y b (en rojo están los valores que cambian respecto a la situación inicial). Con esta mejora se puede obtener un ahorro del 17,66% de la energía consumida en el compresor.

INSTALACIÓN DE INTERCAMBIADOR DE PLACAS EN EL EVAPORADOR Al instalar intercambiadores de placas en el evaporador, los cuales son mas eficientes que los de coraza y tubos, la temperatura de salida del refrigerante aumenta, y pasa en este caso de -5ºC a 0ºC, con esto la presión de entrada al compresor aumenta y el requerimiento energético del mismo disminuye. Las cifras para este caso se pueden ver en las figuras a y b (en rojo están los valores que cambian respecto a la situación inicial). Con esta mejora se puede obtener un ahorro del 14,63% de la energía consumida en el compresor.

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