PROYECTOS DE AIRE ACONDICIONADO 67

PROYECTOS DE AIRE ACONDICONADO

MODULO III: INSTRUMENTACIN, CONTROL Y AUTOMATIZACIN PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

Por Carlos Alberto Orozco Hincapi

Profesor Titular Ingeniera Mecnica

Universidad Tecnologica de Pereira.

Miembro ASHRAE.

5. AHORRO DE ENERGIA

Las necesidades de CONFORT TERMICO y CALIDAD DEL AIRE INTERNO (IAQ) son

iIncuestionables. Para lograr dichos propsitos es necesario confirmarlas mediante mediciones

de las temperaturas seca y hmeda , la humedad relativa internas, aparte de obtener una

conformidad del 80 % de los usuarios (STD 55/1992). Adems se verificara la renovacin

mediante la medicin de la cantidad del aire externo: Caudal = Velocidad medida promedio

en la rejilla por el rea, dicha toma en reas que garanticen la limpieza del aire externo y se

verificara .la no existencia de acumulaciones de agua en los serpentines, condensaciones,

filtraciones de humedad, correcta operacin de filtro de aire, inexistencia de contaminantes

y microorganismos, correcto mantenimiento de los elementos del sistema).(STD 62/2001).

Como complemento operar el sistema con el nivel de ruido apropiado, 53 dB o menos para todas

las aplicaciones en sistemas de aire acondicionado.

Verifique el cumplimiento al menos de los artculos 73 ( 1-2 general cfm /ft2, cabinas de soldadura

Elctrica y limpieza abrasiva 100 cfm/ft2) y el articulo 154 (ppm de contaminacin permisibles)

de la resolucin 2400 /1979 del MTSS.

Propuesto: Disee una lista de chequeo que le permita una auditoria de ambos conceptos.

A lo anterior seguiran las pruebas de campo para determinar la eficiencia energtica del sistema.

Surgen entonces las siguientes inquietudes :

i. Que exactitud deben tener los instrumentos?

ii. Como y donde calibrar los instrumentos?

iii. Como establecer el EER del sistema?

Todo lo anterior debe ser manejado dentro de la racionalidad del uso de la energa.

5.2 MARCO LEGAL Y NORMATIVO

Los aspectos legales se fundamentan en la ley 697 de 2001 mediante la cual se fomenta el uso

racional y eficiente de la energa, y promueve la utilizacin de energas alternativas y se dictan

otras disposiciones. Otro soporte son las resoluciones 0165 de 2001 de la UPME, por medio

del cual se determina la lista de equipos de uso final que sern objeto del Programa

Colombiano de Normalizacin, Acreditacin, Certificacin y Etiquetado

de Equipos de Uso final de Energa PROGRAMA CONOCE.

La CREG expide la resolucin 097 del 2000, de esta se muestran algunos apartes que dicen:

Por la cual se establecen pautas para el diseo, normalizacin y uso eficiente de equipos y

aparatos elctricos. LA COMISIN DE REGULACIN DE ENERGA Y GASEn ejercicio de sus facultades legales, en especial de las conferidas por las Leyes 142 y 143 de 1994 y en desarrollo de los Decretos 1524 y 2253 de 1994,

C O N S I D E R A N D O: Que el Gobierno Nacional, a travs del Artculo 1o., Numerales 1 y 2 del Decreto 2740 de 1997

asign a la UPME las siguientes funciones:

Fomentar y disear los programas de uso racional de energa, en todos los campos de la actividad econmica y adelantar las labores de difusin necesarias.

Fomentar, disear y establecer de manera prioritaria los planes, programas y proyectos relacionados con el ahorro, conservacin y uso eficiente de energa;Artculo 1o. mbito de aplicacin. Las pautas establecidas en esta Resolucin, son aplicables para los equipos y aparatos elctricos de uso domstico, comercial o industrial que sean determinados por la Unidad de Planeacin Minero Energtica, o la entidad que haga sus veces en esta materia, antes del 31 de julio de 2001, dando prioridad a aquellos que representan una mayor proporcin del consumo.

Pargrafo: La lista de equipos y aparatos elctricos cobijados por las pautas establecidas en esta Resolucin deber ser consultada con las entidades que tengan funciones de normalizacin en las materias a que se refiere esta Resolucin y podr ser modificada por la UPME peridicamente.

Artculo 2o. Pautas para la normalizacin y diseo de equipos y aparatos que hacen uso eficiente

de la energa elctrica.

Artculo 7o. Certificacin de la informacin contenida en la etiqueta URE.

7.1 Derecho a la certificacin: Cualquier usuario podr acudir a la Superintendencia de Industria y Comercio, o ante quienes dicha entidad acredite, para obtener una certificacin de la veracidad de la informacin contenida en la etiqueta URE asociada a un modelo o tipo de equipo o aparato elctrico de cualquier marca.

7.2 Certificacin voluntaria: Los fabricantes e importadores de equipos y aparatos elctricos podrn llevar a cabo una certificacin previa de las etiquetas URE de uno o varios de los productos que ofrezcan en el mercado. Sin embargo si se presentan cambios en alguna o algunas de las caractersticas del producto, que implique cambios en la etiqueta URE, la certificacin expedida con anterioridad no aplicar para las etiquetas URE de los nuevos productos que incluyan dichos cambios.

Artculo 8o. Publicacin. La presente Resolucin rige a partir de su publicacin en el Diario Oficial.

PUBLQUESE Y CMPLASE

5.2 CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO Y SUS NORMAS DE ENSAYO

Teniendo en cuenta las fases que tendra el proceso de formulacin de una norma que serian clasificacin, metodologa de ensayo y desempeo energtico, presento entonces a su consideracin los aspectos relacionados con la clasificacin de los equipos de aire acondicionado establecida por la ASHRAE en su 2000 ASHRAE HANDBOOK: HVAC SYSTEMS AND EQUIPMENT. La definicin se presenta textual y una traduccin adaptada al contexto nacional.

5.2.1 UNITARY AIR CONDITIONERS AND HEAT PUMPS

ARI defines unitary air conditioner as one or more factory-made assemblies that normally include an evaporator or cooling coil and a compressor and condenser combination. It may include a heating function as well. Air-source unitary heat pump as consisting of one or more factory-made assemblies, which normally include an indoor conditioning coil, compressor (s), and an outdoor coil.

It must provide a heating function and possibly a cooling function as well.

A water-source unitary heat pump is a factory-made assembly that rejects or extract heat to and from a water loop instead of from ambient air. A Unitary Air Conditioners and Heat Pumps having more than one factory-made assembly (e.g., indoor and outdoor units) is commonly called a SPLIT SYSTEM.

ARI define acondicionadores unitarios uno o mas conjuntos o ensamblajes hechos en fabrica que normalmente incluyen un evaporador o enfriador, un compresor y el condensador. Tambin puede incluir un serpentn de calentamiento (no usado en Colombia). Una bomba de calor unitaria es un conjunto de fabrica de una o mas partes que incluye un serpentn acondicionador interno, un compresor y un serpentn externo. El calor puede ser extrado o rechazado de un ciclo de agua o aire. Cuando las partes a ensamblar son mas de una se dice que el sistema es dividido (SPLIT), caso de manejadoras y condensadoras.

STD 37-1988R: unitary air conditioners and heat pumps

La NOM-011-ENER 1996 sugiere un COP de 2.93 Wt/We, como valor mnimo de eficiencia energtica para equipos tipo paquete o sistema dividido, operados elctricamente con capacidades de enfriamiento de 10540 W hasta 17580 W, que funcionan por compresin mecnica y que incluyen un serpentn evaporador enfriador de aire, un compresor y un serpentn condensador enfriado por aire o agua.

Para este caso aplica la norma NTC 3292.? Si. La norma lo especifica en el numeral 2.1 prrafo segundo.

5.2.2 ROOM AIR CONDITIONERS, PACKAGED TERMINAL AIR CONDITIONERS AND DEHUMIDIFIERS.

Room air conditioners are encased assemblies designed primarily for mounting in a window or through a wall, are designed for the delivery of cool or warn conditioned air to the room, either without ducts or very short ducts (up to max 1200 m.m). The basic function is to provide comfort by cooling, dehumidifying, filtering or cleaning and circulating the room air. It may also provide ventilation by introducing outdoor air into the room and /or exhausting room air to the outside.

ARI defines a packaged terminal air conditioner (PTAC) as a wall sleeve and a separate unencased combination of heating and cooling assemblies intended for mounting through the wall. A PTAC unit includes refrigeration components, separable outdoor louvers, forced ventilation and heating by hot water, steam or electric resistance.

Equipos de ventana o recinto son aquellos diseados para ser instalados sobre muros o en ventanas con el fin de enfriar o tibiar un cuarto, sin o con ducto (mximo 1.2m). El equipo provee confort enfriando, deshumectando, filtrando o limpiando y recirculando el aire del recinto. Puede tambin proveer renovacin de aire.

ARI define un paquete terminal de aire acondicionado (PTAC) una perimtrica y no encapsulada combinacin de serpentines de calentamiento y enfriamiento montados a travs de la pared. En nuestro medio lo mas comn son los fan-coils para enfriamiento, que podran incluir serpentn de calefaccin.

ASHRAE STD 79-1984 (RA-91): Room Fan-coil

ASHRAE STD 16-1983 (RA 88)

ASHRAE 127-1988: Computer and Data processing Room unitary air-conditioners.

NTC 4295

NTC 4366: Eficiencias mximas consideradas 2.4-2.637, para equipos de 1758-10548 W

5.3 RELACION DE EFICIENCIA ENERGTICA (REE)

Por definicin es la relacin entre La capacidad de enfriamiento y la potencia demandada. .

Este es un numero adimensional o (Wt/We). REE =

APLICACIN No 5.1

Los fabricantes lo expresan como el EER.(BTU/W-H). La norma mexicana sugiere un valor

mnimo de 2,93 (EER = 10 BTU/W-H), para sistemas divididos.

APLICACIN No 5.2

Para el caso de equipos de ventana, ASHRAE 2000, pagina 46.3, Tabla 1, sugiere:

Capacidad (W) COP (Wt/We)

1200-2900 2.9

3500-5900 3.1

7000-7900 3.2

APLICACIN No 5.3

La nueva norma NTC-4366/2002 (en consulta publica) sugiere los siguientes rangos:

TIPO A 3.05-EEC: EERC (BTU/W-H)

TIPO B2.9-3.0510.4TIPO C2.75-2.99.89TIPO D2.6-2.759.38TIPO E 2.45-2.68.87TIPO F 2.3-2.458.36

TIPO G 0- 2.37.85

APLICACIN No 5.4

La siguiente es la forma de la etiqueta genricas de Eficiencia Energtica de equipos.

Figura 5.1. La figura mostrada ser representa la etiqueta genrica.

APLICACIN No 5.5

La nueva norma tcnica para equipos unitarios sugiere los siguientes valores de relacin de eficiencia energtica.:

TABLA 1. RANGOS DE LA RELACION DE EFICIENCIA ENERGTICA

PARA EQUIPOS UNITARIOS

Rangos de eficiencia energtica

(Wt/We)

RangoLmite inferior

(incluido)Lmite superior

A4.35EEC

B4.004.35

C3.654.00

D3.303.65

E2.953.30

F2.602.95

G0.002.60

5.4 AHORRO DE ENERGIA EN VENTILADORES , COMPRESORES Y MOTORES

Para el caso de los ventiladores la potencia del motor en HP, se puede estimar asi::

Mantener pocas perdidas (SP) para impulsar un caudal de aire (CFM) a un local es lo

ideal. Esto depender del diseo del sistema de ductos .y la seleccin de un ventilador

de alta eficiencia, motor de alta eficiencia y para grandes sistemas hasta un variador de

velocidad o RPM que mantenga la eficiencia esttica en el mximo valor.

Respecto al accionamiento es preferible acople directo: =1 en este caso,

otros, 0.94-0.98, siendo en transmisin por correas la mas baja.

Se tendr perdida de potencia con la altura sobre el mar, esto se refleja con

, cuyo valor es 1 a nivel del mar, 0.97

Algo similar ocurre con los compresores.

El consumo esta definido por la carga trmica , lo que significa que si se implementan

estrategias para reducir esta se reduce la potencia. Igualmente si se mejora el efecto

frigorfico, , se reduce la potencia, esto se logra sobrecalentado o subenfriando el

sistema. Igualmente cambiar de compresor implica mejorar la eficiencia isentrpica

o de otra manera se reducen los kW/TR, como se puede apreciar en el numeral 1.5

La energa consumida ser en KWH/mes :

EC = Factor carga x HPM x 0.745 x 24 H/dia x 30 dias/mes

5.5 DISEO DE SISTEMAS HVAC (ESTRATEGIAS DE AHORRO)

Un alto COP no es la respuesta completa para reducir costos de energa.

Un Uso Racional de la Energa de los sistemas de A.A. se obtiene:

Diseando la unidad apropiada (clculo apropiado de cargas trmicas)

Minimizando las infiltraciones de aire externo

Reduciendo el U de paredes

Mejorando la eficiencia de la iluminacin.

Alta eficiencia de los equipos empleados en aire acondicionado alto COP o EE.

Alta eficiencia de ventiladores, compresores y motores elctricos.

Usar velocidad variable en turbomaquinas y MDP (Desplazamiento Positivo)

Optimizacin del diseo de ductos (2-6 m/s)

Aplicar un programa de mantenimiento apropiado (preventivo o predictivo)

Emplear del control automtico y con programacin de eventos.

Los costos actuales de un controlador de estas caractersticas puede estar entre 100-150 dlares.

Para cada caso es necesario disear un procedimiento de calculo de los ahorros y estimar el tiempo de

Recuperacin de capital.

5.6 CONSUMOS DE ENERGA DE COMPRESORES EN HOTELES

Tipo de Medio de

kW/T.RI.P.L.V.

Compresor Condensacin

.

Reciprocante Aire

1.1

10.5 EER

Rotativo (Scroll) Aire

1.1 11.5 EER

Tornillo

Aire 1.1

12.2 EER

Reciprocante Agua

0.9 15.7 EER

Tipo de

Medio de

kW/TRkW/TR

CompresorCondensacin

Promedio

Tornillo

Agua

0.65

0.575

Centrfugo

Agua

0.55

0.523

CentrfugoAgua

0.55

0.460

c/VariadorLos datos de kW/T.R. estn dados a condiciones ARI (American Refrigeracin Institute).

El I.P.L.V. , es el valor integrado del comportamiento a cargas parciales.

Aunque el kW/T.R. es una referencia inicial, no debe tomarse como algo absoluto,

APLICACIN No 5.6

Se puede hacer un clculo muy rpido para tener una idea del potencial de ahorro de

energa que podemos tener con el cambio de un enfriador antiguo, por uno actual de

mayor eficiencia.

Capacidad del Enfriador: 300 T.R.

Eficiencia equipo en uso: 0.90 kWT.R

Eficiencia equipo nuevo: 0.60 kW/T.R.

Costo de uso energa elctrica: 0.35 $/kWh

Factor de diversidad: 0.60 (Este se relaciona con el nivel de ocupacin promedio)

Clculo 1 (Enfriador en uso)

0.6 X 300 T.R. X 0.90 kW/T.R. X 200 $/kWh X 365 Das/Ao X 24 h/Da =

283.824.000 $/Ao

Clculo 2 (Enfriador nuevo)

0.6 X 300 T.R. X 0.65 kW/T.R. X 200 $/kWh X 365 Das/Ao X 24 h/Da =

204.984.000 $/Ao

Diferencia: 78.840.000 $/Ao

5.7 RECUPERACION DE LAS INVERSIONES CON EL AHORRO DE ENERGIA

Para el caso de un reemplazo el tornillo podra costar 2 veces el reciprocarte. Asumiendo

2x 1.6 millones/TR, el costo podra ser de 960.000.000, los cuales se recuperaran en

2.2 meses. Esto en economa simple.

Veamos un calculo mas preciso para una inflacin energtica del 16% y una devaluacin del 20%.

El tiempo de la recuperacin de capital: se calcular con los intereses nominales mensuales. Se vera poca discrepancia para el caso de periodos cortos de recuperacin de capital.

5.8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1]MASANA TARDA, JOSE. Ventiladores y Turbocompresores. Barcelona: Marcombo, 1966.

[2]OROZCO HINCAPIE., CARLOS ALBERTO. Mquinas Trmicas. Pereira, Colombia: UTP, notas de Clase, I Semestre, 2002.

[3]RASE, HOWARD F. et. al. Ingeniera de Proyectos para Plantas en Proceso. Mjico: CECSA, 1973.

[4]SANZ, LUIS FERNANDO. Mquinas de Vapor. Pereira, Colombia, UTP, notas de Clase, I Semestre, 1977.

[5] Resoluciones 0165 /2001 UPME y 097/2000 de la CREG.

[6] NTC 4366, NTC 4295, PROYECTOS DE NORMA NTC: EER y ensayo de equipos unitarios.

[7] ASHRAE Handbook . 2000 HVAC SYSTEMS AND EQUIPMENT . Atlanta, GA, USA: 2000 ASHRAE.

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