automatización del sistema de compresores en un equipo de
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Automatización del Sistema de Compresores en un Equipo de Aire Acondicionado
Tesina de Estadía Para obtener el título de
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta:
TSU Jesús Candelario Rodríguez Flores
Tutor Académico:
M. I. M. Alberto Tudón Martínez
Tutor Académico:
Ing. Marco Antonio Zuñiga Martínez
Soledad de Graciano Sánchez, San Luis Potosí, Noviembre 2015
Automatización del Sistema de Compresores en un Equipo de Aire Acondicionado
Tesina de Estadía
Para obtener el título de
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta:
TSU Jesús Candelario Rodríguez Flores
Asesor Industrial:
Ing. José Luis Santos Morales Tutor Académico:
M. I. M. Alberto Tudón Martínez Tutor Académico:
Ing. Marco Antonio Zuñiga Martínez
Soledad de Graciano Sánchez, San Luis Potosí, Noviembre 2015
DEDICATORIA Y O AGRADECIMIENTOS
Agradezco primero a Dios quién me permitió llegar hasta este momento de mi vida,
por brindarme los conocimientos, el apoyo económico necesario y la fuerza para
seguir adelante en cada etapa del proyecto y de la Ingeniería, así como permitirme
ser el primero de 15 hermanos en terminar una carrera profesional. ¡Gracias Dios!
Agradezco incondicionalmente a mi esposa Jesúa Silhy que me apoyó en todo
momento, en los desvelos que muchas veces pase haciendo este trabajo y en las
materias de la carrera, siempre llenándome de palabras positivas para salir adelante
a pesar de todas los obstáculos que tuve en todo este tiempo.
Agradezco a mi hija Tirza Silhy quien fue inspiración para mí todo el tiempo, para
lograr mis objetivos y día a día tener más fuerza.
Agradezco a mi madre que pudo hacer lo imposible para darme su apoyo, que a
pesar de tantos y tantos problemas por los que hemos pasado la familia Dios nunca
quito su mano sobre nosotros y siempre procuro lo mejor para cada uno.
Agradezco al Ingeniero José Luis Santos por ser flexible con los tiempos de trabajo y
del proyecto, por aguantar mi forma de ser y echarme la mano a pesar de todo.
Agradezco al Ingeniero Alberto Tudón por su exigencia en el proyecto, sé que me
costó mucho adaptarme a su manera de trabajar pero fue una gran lección de vida
que me ayudo a ser más responsable y exigente conmigo mismo. Gracias.
Agradezco a la empresa Acciona Service México por darme la oportunidad de
realizar las prácticas profesionales con la elaboración de un proyecto, asignado en el
área de Mantenimiento para la mejora continua en los objetivos de la empresa.
Agradezco a mis compañeros de trabajo a Ángel Cisneros Rodríguez por el apoyo
técnico que recibí, también agradezco a Juan Gilberto Guzmán Alférez por el apoyo
en la realización de las pruebas del proyecto y a mí amigo Jorge Muñoz Guel.
Agradezco a mis compañeros de la universidad Francisco Chavero Noyola y Pablo
Salazar, a los maestros de los cuales aprendí mucho.
Agradezco a mi padre por sus enseñanzas de vida y el buen ejemplo, también a mis
hermanos a quién quiero mucho. A todos y todas muchas gracias por su apoyo.
Jesús Candelario Rodríguez Flores
GLOSARIO
Absorción: Retención por una sustancia de las moléculas de otra en estado líquido
o gaseoso.
Aire Saturado: Corresponde al aire atmosférico completamente lleno de vapor de
agua, cualquier exceso generaría condensación inmediatamente. Es función de la
temperatura y la presión a la que existe dicho aire.
Aire Seco: Mezcla de gases de composición constante, con ausencia de agua y
demás elementos contaminantes.
Amperímetro: Instrumento diseñado para medir la corriente (A) en corriente alterna
o corriente directa. Se instala en serie al elemento a medir.
Bobina: Arrollamiento de cable eléctrico, formado por una o más vueltas y que se
emplea para crear campos magnéticos.
Btu.- Unidad Térmica Británica.
Caballo de Fuerza: Unidad de potencia equivalente a 745,8 W. Su unidad es el HP y
se define como el trabajo realizado por un caballo promedio para levantar
verticalmente un peso de 33.000 lb, a 1 m y durante 1 s.
Campo Eléctrico: Es el causante de que un cuerpo cargado sea atraído o repelido
por otros cuerpos cargados. Magnitud vectorial que se define como la fuerza por
unidad de carga positiva imaginariamente situada en un punto P.
Campo Magnético: Campo producido por un imán o por cargas eléctricas en
movimiento. Matemáticamente se define como una región del espacio en la que una
carga eléctrica puntual q, desplazándose a una velocidad v, sufre una fuerza
perpendicular y proporcional a la velocidad y a una propiedad del campo, llamada
inducción magnética.
COP: Conferencia de las partes, por sus siglas en inglés, es la reunión de la
Convención Marco de la Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC)
donde se toman las decisiones en la búsqueda de disminuir las emisiones de gases
de efecto invernadero y otros temas relacionados con el apoyo de financiero,
transferencia tecnológica y desarrollo de capacidades a los países en desarrollo
vulnerables al cambio climático.
Circuito Eléctrico: Conjunto de elementos o dispositivos conectados entre sí para
procesar información y/o suministrar la energía eléctrica a un usuario específico.
Circuito Monofásico: Es aquel que alimenta un equipo eléctrico mediante un sólo
conductor energizado. Se dice que el conductor está energizado siempre y cuando
haya una diferencia de potencial (voltaje) entre él y otro conductor de referencia
(llamado neutro), en donde el voltaje es igual a 0 y por el cual retorna la corriente al
cerrase el circuito eléctrico.
Circuito Trifásico: Es un circuito eléctrico con tres conductores energizados o que
presentan una diferencia de potencial "V" respecto a un nodo de referencia (tierra).
Condensado: En sistemas de producción de vapor el condesado es el agua que se
forma luego que el vapor cede su energía a un proceso o equipo.
Conductor: Alambre o cable (de cobre normalmente) debidamente aislado, que
conduce la energía eléctrica hasta los distintos componentes de la instalación. La
sección (grosor) de los conductores de cada circuito será adecuada al nivel de
consumo.
Consumo Específico: Es la relación entre el consumo de energía y la producción
expresada en unidad de masa.
Corriente Alterna (CA): La corriente alterna es aquella que varía en el tiempo y
cambia de polaridad. La señal de corriente alterna puede ser cuadrada, triangular,
rectangular, etc., pero la más utilizada es la senoidal.
Corriente Continua (CC): También llamada Corriente Directa (CD), es aquella que
siempre presenta un valor constante durante todo el intervalo de tiempo, o lo que es
lo mismo, no varía en el tiempo.
Corriente: Cantidad de carga en movimiento (electrones) que atraviesa una
superficie por unidad de tiempo. Flujo de electrones en la unidad de tiempo. Su
unidad es el Amperio (A).
Desecante: Un desecante es un agente deshidratante el cual atrae la humedad de la
atmósfera, absorbe y mantiene partículas de agua consigo. Los tres tipos de
desecante más comunes son arcilla, gel de silicio y tamiz molecular.
Deshumidificación: Proceso contrario a la humidificación, disminuir la humedad
ambiental.
Devanado: Arrollamiento o bobina de cobre en las maquinas eléctricas.
Eficiencia: Es la relación entre la energía requerida para llevar a cabo un proceso y
la energía total suministrada.
Electricidad: Fenómeno físico originado por la existencia de cargas eléctricas y por
la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria,
o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma
región del espacio; cuando está en movimiento, produce además efectos
magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y
movimiento relativos de las partículas con carga.
Electromagnetismo: Ciencia de la física que estudia los campos eléctricos y
campos magnéticos, sus interacciones con la materia y, en general, la electricidad, el
magnetismo y las partículas subatómicas que generan flujo de carga eléctrica.
Electrón: Partícula elemental estable con carga eléctrica negativa. Su carga eléctrica
es de 1,602x10-19 C.
Energía Cinética: Energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento.
Energía Eléctrica: Es el movimiento de cargas eléctricas (electrones) debido a un
voltaje aplicado. Su unidad es el Joule (J), aunque también es práctico definirlo en
kWh (1 kWh = 3,6 x 106 J).
Factor de Potencia: Es la relación que existe entre la potencia activa y la potencia
aparente, que coincide con el desfase entre la corriente y el voltaje. Se debe procurar
que el factor de potencia sea igual a uno para obtener al mayor aprovechamiento de
energía.
Fuerza Eléctrica: Fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos que es
directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que las separa.
Humedad Específica: Es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de
aire seco contenida en una muestra. Tiene unidades de kg de agua/kg de aire seco,
y son valores pequeños que oscilan entre 0,005 y 0,025.
Humedad Relativa: Relación que existe entre la presión parcial de la muestra y la
presión de saturación del vapor de agua a la misma presión y temperatura, o puede
definirse también como la relación entre la masa de vapor de agua de la muestra y la
máxima cantidad de vapor de agua posible a las condiciones dadas. , tiene unidad de
fracción o porcentaje y oscila entre el 0 y el 100%.
Humidificación: Proceso en el que se incrementa la humedad ambiental.
Ley de Ohm: Establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un
elemento es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado e
inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
Líquido Saturado: Es la zona cuyo estado termodinámico corresponde al momento
en el que una sustancia comienza el cambio de fase de líquido a gas a una
determinada temperatura y presión.
Material Aislante: Es aquel que, en su estado natural o normal, no permiten el flujo
de electrones, aunque se puede volver conductor al fomentar en él un desorden
electrónico.
Material Conductor: Es aquel en donde las cargas eléctricas se mueven con
libertad a través de su volumen como consecuencia de un continuo desequilibrio
electrónico.
Motor: Máquina eléctrica rotativa que transforma la energía eléctrica en energía
mecánica.
Potencia Activa: Es la potencia de trabajo en los equipos o que se puede
transformar en otras formas de energía (mecánica, calorífica, luz, etc.). También
llamada Potencia Útil y su unidad es el vatio (W).
Potencia Aparente: También llamada Potencia Total, es el producto vectorial de la
corriente y el voltaje. Sólo es una magnitud de cálculo, puesto que no tiene en cuenta
el desfase entre el voltaje y la corriente. Su unidad es el voltio amperio (VA).
Potencia Aparente: También llamada Potencia Total, es el producto vectorial de la
corriente y el voltaje. Sólo es una magnitud de cálculo, puesto que no tiene en cuenta
el desfase entre el voltaje y la corriente. Su unidad es el voltio amperio (VA).
Potencia Eléctrica: Es la rapidez con la que se consume la energía eléctrica. Su
unidad es el vatio (W).
Potencia Reactiva: Este tipo de potencia se utiliza, en los circuitos de corriente
alterna, para la formación del campo en las bobinas y para la carga de los
capacitores (creación de un campo eléctrico). La potencia reactiva representa una
carga para los generadores, las líneas y los transformadores, y se origina en ellos
una pérdida real de potencia. La potencia reactiva también es llamada Potencia no
Útil y su unidad es el voltiamperio reactivo (VAR).
Potencia: Es la energía gastada para realizar “algo”, o también la cantidad de trabajo
realizado en la unidad de tiempo. La unidad de la potencia es el vatio (W [=] N-m/s
[=] Joule/s), aunque a nivel industrial es común definirla en miles de vatios (kW),
caballos de fuerza (HP) o caballos de vapor (CV).
Presión Parcial: Según la ley de Dalton, en una mezcla de gases se denomina
presión parcial de un componente a la presión que éste ejercería si ocupara todo el
volumen que ocupa la mezcla. En el aire atmosférico se tiene que Ptotal = Pvapor + Paire
seco. Normalmente la fracción de presión del vapor de agua no supera el 5% de la
presión total, sin embargo esa pequeña fracción es determinante en las condiciones
del aire.
Punto Crítico: Es el valor de la temperatura y presión correspondiente a un estado
en donde el volumen del líquido saturado es igual al del vapor saturado. A partir de
este punto no existe una clara definición entre la fase líquida y vapor, en
consecuencia, la sustancia puede ser tratada como ambos.
Resistencia: Dispositivo eléctrico diseñado para oponerse a la circulación de la
corriente eléctrica. Debe operar en forma tal que no sea alterada por la intensidad del
campo, la temperatura, la humedad, la radiación y otros. Su unidad es el ohmio (Ω).
Rotor: Parte giratoria de una máquina eléctrica rotativa.
Señales Análogas: Señales con un comportamiento continúo en el tiempo.
Señales Digitales: Señales con un comportamiento discontinuo en el tiempo.
Señales por pulsos.
Sistema Eléctrico: Conjunto de equipos o sectores productivos encargados de
transmitir la energía eléctrica desde un punto de generación o suministro hasta un
punto de consumo final. A nivel macro, un Sistema Eléctrico se compone de un
Sistema de Generación, un Sistema de Transmisión, un Sistema de Transformación,
un Sistema de Distribución y un Consumidor Final.
Sistema Polifásico: Circuito eléctrico con 2 o más conductores energizados. A nivel
industrial el más utilizado es el circuito trifásico (3 fases).
Temperatura de Bulbo Seco: Es la temperatura medida con un termómetro
convencional, se expresa en ºC o ºF.
Temperatura de Rocío: Temperatura alcanzada si a presión constante se enfría un
determinado aire hasta que comienza la formación de pequeñas gotas, es decir, se
obtiene aire saturado.
T.R.: Toneladas de refrigeración.
Transformador: Máquina eléctrica estática que transmite la energía eléctrica
transformando los niveles de voltaje y/o corriente.
Vac: Voltaje de corriente alterna
Vdc: Voltaje de corriente directa Voltaje de Fase: Es el voltaje o diferencia de potencial entre un conductor
energizado y el neutro de una configuración en estrella (Y). Al voltaje de fase también
se le denomina voltaje línea neutro.
Voltaje de Línea: Es el voltaje o diferencia de potencial entre dos conductores
energizados y que hacen parte de un sistema polifásico.
Voltaje: El voltaje se define como el trabajo requerido para desplazar las cargas
eléctricas desde un punto con potencial A hasta otro punto con potencial B.
Normalmente el punto con potencial A se define para un valor de referencia cero (0).
Su unidad es el voltio (V).
Voltímetro: Instrumento diseñado para medir el voltaje (V) en corriente alterna o
corriente directa. Se instala en paralelo al elemento a medir. [1]
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………….…....1
2. RESUMEN……………………………………………………………………...........3
3. ABSTRAC…………………………………………………………………...………..4
4. DATOS GENERALES DE LA EMPRESA……………..…………………….........5
Nombre…………………………………………………………………………….…....5
Razón social…………………………………………………………………….……....5
Domicilio…………………………………………………………………………......….5
Código postal……………………………………………………………………...…....5
Teléfono…………………………………………………………..…………………......5
Correo electrónico……………………………………………………………………...5
Departamento o área donde se realizó la estadía…………..…………………...…5
Corazón ideológico……………………………........................................................6
4.1 Organigrama…………………………………………………………….……...7
5. DEFINICIÓN DEL PROYECTO…………………………………………….……....8
5.1 Definición del problema o situación problemática…………………….........8
5.2 Nombre del proyecto………………………………………………….….…....9
5.3 Objetivo general…………………………………………………………..........9
5.4 Justificación……………………………………………………………….….....9
5.5 Alcance y delimitaciones……………………………………………...……...10
5.6 Plan de trabajo………………………………………………………………...10
5.7 Cronograma de actividades………………………………………………….13
6. MARCO TEÓRICO…………………………………………………………...……..14
6.1 Marco conceptual…………………………………………………………..….14
6.2 Marco Teórico……………………………………………………………….…17
6.3 Marco referencial……………………………………………………………....55
7. DESARROLLO DEL PROYECTO……………………………………………....…61
7.1 Descripción del proceso seleccionado……………………………………....61
7.2 Diagnóstico…………………………………………………………….............62
7.3 Propuesta de mejora……………………………………………….……….....63
7.4 Selección de mejora…………………………………………………..…….....63
7.5 Implementación de la mejora…………………………………….………...…64
8. RESULTADOS…………………………………………………………………...…100
8.1 Cambios realizados al proceso………………………..…………………….101
8.2 Impacto de la mejora propuesta…………………………………………….102
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………..…….….103
9.1 Conclusión general……………………………………………………………103
9.2 Recomendaciones………………………………………………………...….104
10. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………..……….105
11. ANEXOS……………………………………………………………………………..106
1. INTRODUCCIÓN
En el presente proyecto se desarrollará una alternativa de ahorro de energía eléctrica
en el equipo de aire acondicionado del edificio de centro de cómputo de la
Universidad Politécnica de San Luis Potosí, con la creación de un prototipo de control
electrónico el cual tendrá como función principal automatizar el tiempo de trabajo del
sistema de compresores de la unidad paquete de aire acondicionado con capacidad
de 60 toneladas de enfriamiento.
El proyecto pretende automatizar el trabajo de los compresores del equipo el cual
cuenta con 4 elementos de capacidad de 15 toneladas de enfriamiento cada uno,
haciendo funcionar a 3 compresores por semana y descansando a su vez un
compresor de igual forma.
Toda esta automatización será realizada por un prototipo de control electrónico que
colocará en el sistema de control del equipo y que permitirá manipular la parte de
control en las bobinas de los contactores para dejar fuera a un compresor y rotando
cada uno de ellos de la misma manera cada semana. Esto por su parte traerá
beneficios muy importantes al equipo reduciendo un 25% de gasto de energía anual
en el sistema de compresores y haciendo que el desgaste mecánico en cada
compresor se retarde un poco más.
Antes de implementar esta propuesta se realizó un análisis de temperaturas,
consumos de carga eléctrica en los compresores, cálculos enfriamiento áreas en
metros cuadrados, mediciones de temperaturas con sólo 3 compresores
funcionando, etc., todo esto para determinar los indicadores actuales con los que
cuenta el servicio del equipo que serán factor determinante para la realización de
este proyecto, ya que con ellos se mostrarán los ahorros de energía eléctrica y
monetarios que se obtendrán a futuro al implementar la mejora en el equipo.
El proyecto se dividirá en 3 etapas en las cuales mostrará el desarrollo del prototipo,
quedando como propuesta de mejora con la posibilidad de que el proyecto sea
mayormente ampliado en una etapa futura donde con más tranquilidad se pueda
llegar a instalar dentro de la cabina del sistema de control del equipo con una nueva
imagen en tablilla fenólica y con una mejor presentación con elementos nuevos.
1
Al dejar fuera a un compresor se reducirá la capacidad de enfriamiento a un 75% por
lo que esto brindará una alternativa al problema que aqueja a los usuarios de ese
edificio ya que constantemente se quejan de tener mucho frío en sus espacios de
trabajo lo que provoca disgustos y enojos hacia la empresa. Todo esto derivado muy
posiblemente de un mal cálculo de instalación ya que se considera que el equipo se
encuentra sobrado en cuanto a su capacidad y al dejar fuera un compresor será más
fácil controlar la temperatura por que actualmente el equipo pone a trabajar a sus 4
compresores sin descanso todo el día por que los usuarios no cierran las puertas de
sus áreas de trabajo lo que provoca que el equipo tenga una lectura errónea en su
sensor de temperatura y que da pie a que la unidad trabaje a su máxima capacidad
provocando enfriamiento excesivo en los espacios.
Es por ello que se invita a leer este proyecto donde se expone una propuesta de
mejora la cual ha sido realizada con mucho esfuerzo y dedicación ya que se
considera una buena alternativa, recordando que en esta vida todo puede llegar a
tener una solución siempre y cuando se cuente con voluntad y perseverancia en un
panorama real y no de fantasía.
2
2. RESUMEN
El prototipo de control electrónico contará con elementos y dispositivos que tendrán
como objetivo manipular cada señal que vendrá de la tarjeta madre electrónica del
sistema de control del equipo hacia los bobinas de los contactores de cada
compresor. Esto permitirá automatizar el tiempo de trabajo del sistema de
compresión que buscará obtener un ahorro de energía y de dinero. Se considera que
esto no afectará para nada el servicio que ofrece la unidad paquete de aire
acondicionado por el contrario los beneficios se harán presentes y el rendimiento
mejorará al implementar esta mejora.
La capacidad de enfriamiento se reducirá a un 75% pero no afectará al servicio de
aire acondicionado ya que se realizaron pruebas al equipo con sólo 3 compresores
trabajando y estos fueron capaces de brindar una temperatura confort de entre 20 y
24oC aún con las puertas abiertas de cada laboratorio y espacio de trabajo lo que
respalda la idea de que el equipo se encuentra sobrado en cuanto a su capacidad de
enfriamiento y se considera que una unidad con sólo 3 compresores hubieran sido
suficientes para brindar el servicio de aire acondicionado con una temperatura
agradable.
Por ello el proyecto de mejora buscará aprovechar ese error de cálculo en ese
edificio y traer como beneficio un ahorro de energía anual de un 25%, donde el
encargado principal de obtener este ahorro será el prototipo de control electrónico
que hasta el momento se considera una buena opción para alcanzar este objetivo.
3
3. ABSTRACT
The prototype will feature electronic control elements and devices that will aim to
manipulate each signal coming from the electronic mother board computer control
system to the coils of contactors for each compressor. This will automate the working
time compression system that will seek savings of energy and money. It is considered
that this in no way affect the service package offered by the air conditioning unit on
the other hand the benefits will be present and will improve performance in
implementing this improvement.
The cooling capacity will be reduced to 75% but will not affect the air conditioning
service as the team tests were performed with only 3 compressors working and they
were able to provide any temperature between 20 and 24oC even with open doors
each laboratory and work space which supports the idea that the team is in terms of
cooling capacity left over and considered a unit with only 3 compressors have been
sufficient to provide the service of air conditioning with a pleasant temperature.
Therefore the improvement project will seek to build on that miscalculation in that
building and bring benefit as annual energy savings of 25%, where the primary
responsibility to obtain these savings will be the prototype electronic control so far is
considered a good option for achieving this goal.
4
4. DATOS GENERALES DE LA EMPRESA
Nombre de la empresa Acciona Service México
Razón social Acciona Servicios Urbanos y Medioambientales México S. A. de C. V.
Domicilio Urbano Villalón No. 500
Colonia Himno Nacional 2ª sección
Código postal 78396, San Luis Potosí, S. L. P.
Teléfono (444)166-76-30
Correo electrónico [email protected]
Departamento o área donde se realizó la estadía Área de Mantenimiento
Corazón Ideológico 5
Misión, Visión y Valores Buscamos satisfacer las necesidades actuales sin comprometer las de generaciones futuras.
Nuestra Misión Ser líderes en la creación, promoción y gestión de infraestructuras, energía y agua
contribuyendo activamente al bienestar social, al desarrollo sostenible y a la
generación de valor para nuestros grupos de interés.
Nuestra Visión Ser capaces de dar respuesta al reto de conseguir un desarrollo sostenible a través
de todas nuestras áreas de actividad, para que generaciones actuales y futuras
disfrutemos de una vida mejor.
Valores • Honestidad.- La empresa como tal busca la honestidad en sus servicios.
• Liderazgo.- Ser líderes nos identifica en el mercado.
• Excelencia.- Trabajar siempre con el mayor esfuerzo para diferenciarnos de los
demás.
• Preocupación por el entorno.- Respeto al medio ambiente.
• Responsabilidad social.- Programas de capacitación de temas del medio ambiente.
• Enfoque a largo Plazo.- Tener visión para crecer día a día.
• Solidez financiera.- Comprometidos con la estabilidad laboral a largo plazo.
• Orientación al cliente.- Dar a conocer nuestros servicios de forma oportuna.
• Innovación.- De cara a la vanguardia siempre.
• Cuidado de las personas.- Fomentar la seguridad como hábito diario.
6
4.1 Organigrama
DIRECTOR DE OPERACIONES
GERENTE DE OPERACIONES
ASISTENTE DE DIRECCIÓN
GERENTE DE INFRAESTRUCTURAS
GERENTE DE MANTENIMIENTO
JEFE DE MANTENIMIENTO
TÉCNICOS DE MANTENIMIENTO
7
5. DEFINICIÓN DEL PROYECTO
5.1 Definición del Problema o situación problemática La empresa Acciona Service México es concesionaria de servicios de la Universidad
Politécnica de San Luis Potosí. Dentro de los servicios que ofrece esta el del aire
acondicionado en el edificio de centro de cómputo, el cual cuenta con una unidad
paquete marca Trane con una capacidad de 60 toneladas de enfriamiento para
abastecer los espacios, laboratorios y áreas en general de ese lugar. La problemática
que existe es que actualmente el equipo se encuentra trabajando cada día en su
máxima capacidad de enfriamiento utilizando los 4 compresores con los que cuenta
el sistema. Se considera que no es necesario que los 4 compresores trabajen de esa
manera porque se desperdicia mucha carga térmica ya que los usuarios de ese
edificio se niegan a cerrar las puertas de esos espacios lo que ocasiona que el
equipo trabaje a su máxima capacidad otorgando temperaturas muy bajas y
desaprovechando la eficiencia del equipo, que además trae consigo un desperdicio
de energía eléctrica por tener todo el día en funcionamiento a todos los compresores
y eso repercute en un acelerado desgaste interno mecánico y a un gasto innecesario
de energía reflejada en el recibo de luz de la institución. Ante estos hechos se
considera que el equipo se encuentra sobrado en cuanto a su capacidad de
enfriamiento ante los espacios en los cuales ofrece el servicio de aire acondicionado
por presentarse un enfriamiento excesivo de entre los 16 y 18 oC. La empresa por su
parte les ha hecho saber que no se ha tenido un control total en el programador set
point (termostato electrónico) con el que cuenta el equipo debido a que no se ha
respetado la manera de trabajar del equipo, es decir que para que el equipo tenga
mayor control de la temperatura en las áreas ocupadas se deben de tener las
puertas cerradas para que el sensor del aire de retorno ofrezca una mejor lectura real
al programador y así la unidad paquete pueda trabajar de manera eficiente e inyectar
la cantidad necesaria de frío y se pueda controlar el tiempo de trabajo de cada
compresor.
Por ello se pretende buscar una solución a este problema para evitar que el equipo
este trabajando todo el tiempo a su máxima capacidad. 8
5.2 Nombre del Proyecto
Automatización del Sistema de Compresores en un Equipo de Aire Acondicionado
5.3 Objetivo General Automatizar el sistema de compresores del equipo de aire acondicionado, lo que va
contribuir a obtener un ahorro anual de un 25% en el consumo de energía eléctrica
del sistema de la unidad paquete y evitar que en los espacios y áreas de trabajo se
presenten temperaturas muy bajas al reducir la capacidad de enfriamiento a un 75%
en el equipo.
5.4 Justificación El presente proyecto surge de la necesidad por la situación actual que se está
presentando en el servicio de aire acondicionado, donde como ya se explicaba antes
existe un descontrol en el funcionamiento de los compresores del equipo. Por ello se
pretende desarrollar una propuesta de mejora con el objetivo de aprovechar al
máximo la carga de enfriamiento que el equipo brinda a los espacios ocupados, por
medio de una automatización de control en el sistema de compresores con un
dispositivo de control electrónico que tendrá como finalidad dejar fuera un compresor
garantizando que el equipo pueda inyectar la carga necesaria en los espacios
ocupados y evitar que el equipo se exceda con temperaturas muy bajas y lograr la
conformidad en el usuario. Pero sobre todo la mayor justificación es que el equipo
obtendrá un ahorro económico de energía eléctrica de un 25% en el sistema de
compresores y que también al hacerlos descansar por una semana al mes se
reducirá el tiempo de desgaste en sus componentes mecánicos y eléctricos, porque
hasta el momento esta posibilidad de ahorro de energía se considera viable ya que
se aprecia por hechos visibles que el proyecto de instalación de la unidad paquete de
aire acondicionado fue mal diseñado en cuanto su distribución y cálculos de
toneladas de enfriamiento por cada metro cuadrado de ese edificio.
9
5.5 Alcances y Delimitaciones El proyecto de mejora tendrá un alcance de propuesta con la realización de un
prototipo de control electrónico, ya que se considera hasta el momento una buena
alternativa de solución al problema de bajas temperaturas y una posibilidad de ahorro
de energía eléctrica en dicho equipo., dicho esto por el jefe de mantenimiento que
apoya la idea de automatizar el sistema de compresores para mejorar el servicio de
aire acondicionado que la empresa hasta hoy día otorga a ese edificio y llegar a tener
un ahorro económico de energía cada año.
5.6 Plan de Trabajo Actividades 1.- Recopilación de información Técnica acerca del equipo. Se recopilará información y datos técnicos del equipo unidad paquete de aire
acondicionado para conocer más acerca de este equipo y de su sistema de
compresores con los cuales cuenta, marca modelo y capacidades. Se tomaran datos
y fotografías.
2.- Análisis del comportamiento de las temperaturas en las áreas de consumo de carga de enfriamiento en BTUS. Se realizará un cálculo de las cargas de enfriamiento en BTUS por medio de los
metros cuadrados de cada área para determinar si el equipo se encuentra sobrado
en cuanto a su capacidad en toneladas de enfriamiento.
Se buscarán parámetros de comparación por tabla de temperatura por zonas
conforme al tipo de clima de nuestro estado para determinar los cálculos en base a
los BTUs requeridos dependiendo del total del área que el equipo de aire
acondicionado está enfriando actualmente.
Se realizarán pruebas al equipo con sólo 3 compresores funcionando para verificar si
éste puede llegar a brindar el servicio de temperatura confort en las áreas y espacios
donde hoy día está enfriando. Se recopilarán fotografías.
10
3.- Recopilación de información técnica del funcionamiento de los compresores. Se investigará y se recopilará información acerca del funcionamiento de los
compresores, características específicas internas, voltaje, consumo de carga en el
equipo, tipo de aceite, tiempo de vida y tipo de mantenimiento que se debe aplicar.
4.- Análisis de consumo de carga de los compresores, costos y ahorros. Se realizará un análisis de consumo para saber la carga real en cada compresor
cuando el equipo este trabajando a su máxima capacidad, así mismo se hará los
cálculos para determinar la cantidad de un ahorro de energía a futuro plazo, el cual
se podrá obtener al dejar fuera de trabajo a 1 compresor y trabajar sólo con 3. Y
como dato extra también se tratará de obtener por medio de un cálculo la cantidad de
dinero aproximada de la energía que dejará de consumir el equipo al implementar la
mejora del proyecto.
5.- Recopilación de información técnica de los elementos y dispositivos de control para la realización de un prototipo electrónico. Etapa 1 y 2. Etapa 1.- Se recopilará información acerca de los elementos de control que servirán
para automatizar el funcionamiento de los compresores. Se investigará el costo,
información técnica, características, funcionamiento, costos e información de
proveedores. Se pedirá asesoría técnica a un compañero de trabajo que tiene un
conocimiento más amplio en programación de microcontroladores PIC y de otros
dispositivos electrónicos para adquirir mayor visión en cuanto a lo que se va realizar.
Etapa 2.- Se comenzará a armar el prototipo, es esta etapa se determinará qué
elementos se quedarán y que otros se descartarán. Se despejarán dudas con la
información técnica y con los conocimientos adquiridos por experiencia laboral, se
tomarán varios caminos hasta encontrar el correcto para suplir las necesidades que
el prototipo requiera.
En esta etapa se mostrará el avance del prototipo de control al asesor industrial y al
tutor académico. Se realizarán pruebas con indicadores leds simulando las señales
11
de control que van a entrar y salir en el dispositivo electrónico. Se recopilarán
fotografías del avance.
6.- Realización del prototipo de control electrónico para automatizar el sistema de compresores. Etapa 3. Etapa 3.- Se realizará el prototipo de control electrónico para la mejora propuesta de
automatización. Se armará el diseño con elementos y dispositivos de control
electrónicos ya determinados que son los siguientes: Protoboards con micro
controlador PIC16F877A-I/P, relevadores de control bobina de 5 vdc, display de 32
bits, focos leds transparentes, focos neón encapsulados, resistencias, capacitores,
switch, potenciómetro, transistores PN2222, diodos 404, oscilador de frecuencia,
regulador de voltaje, clemas, etc.). Se realizarán pruebas al prototipo y ajustes
necesarios según se requiera. Se Recopilarán datos y fotografías.
7.- Realización de pruebas al equipo con el prototipo de control electrónico. Evaluación de resultados. Se realizará una pequeña prueba conectando el prototipo de control electrónico en el
sistema de control de los compresores del equipo, programándolo en modo de
prueba para que trabajen los 4 compresores pero dejando fuera la parte de la fuerza,
sólo se manipulará las señales de control de las bobinas de cada contactor de los
compresores, para verificar que éste haga la función correcta de automatizar el
tiempo de trabajo de cada uno de ellos. Se realizará una simulación en tiempo corto
de 18 segundos por cada ciclo del microprocesador PIC equivalentes en tiempo real
a 1 semana de trabajo (6 días). Se recopilará video y fotografías.
12
6. MARCO TEÓRICO
6.1 Marco Conceptual Conceptos básicos eléctricos Señal eléctrica Las señales eléctricas son llamadas también señales análogas. Pueden tener
cualquier lectura dentro del rango y sólo están limitadas por las características de los
instrumentos registradores e indicadores. Transmiten al controlador en forma
continua los valores.
Resistencia eléctrica Se dice que un material tiene resistencia eléctrica cuando este se opone a la
circulación de la corriente. Esta definición abarca a la corriente continua y la alterna.
En tanto, según el tamaño de resistencia que imponga, el material puede ser
conductor, semiconductor y aislante.
Línea Trifásica Sistema eléctrico. Que tiene tres corrientes eléctricas alternas iguales, procedentes
del mismo generador, cuyas fases respectivas se producen a la distancia de un tercio
de período.
Conceptos básicos de refrigeración BTU La Unidad Térmica Británica (BTU) es una unidad de energía utilizada en las
industrias de energía, generación de vapor, aire acondicionado y calefacción. En los
entornos científicos, la BTU ha sido sustituida por la unidad de energía del Sistema
Internacional, el julio (J).
Refrigeración Es el proceso mediante el cual se busca bajar o reducir la temperatura del ambiente,
de un objeto o de un espacio cerrado a partir del enfriamiento de las partículas.
14
Temperatura confort Es el adecuado control de la temperatura del medio ambiente que circunda el cuerpo
humano elimina el esfuerzo fisiológico de acomodación, obteniéndose con ellos un
mayor confort y la consiguiente mejora del bienestar físico y de las condiciones de
salubridad.
Sensor de temperatura Es un tipo de especial de reóstato de estado sólido, conocido como resistencia
térmica. Se usa para captar líquido refrigerante, y en algunos sistemas la,
temperatura de aire también.
Turbina Es una máquina que consiste en una rueda en el interior de un tambor provista de
paletas curvas sobre las cuales actúa la presión de un fluido de manera continua, y
que la atraviesa en un movimiento rotativo de un eje.
Válvula de expansión Una válvula de expansión termostática (a menudo abreviado como VET o
válvula TX en inglés) es un dispositivo de expansión el cual es un componente clave
en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, que tiene la capacidad de generar
la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador en el sistema.
Ciclo de Carnot Se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de
la fuente de alta temperatura, cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo
un trabajo sobre el exterior.
El eficiencia viene definida por la ecuación No. 1, donde T1=temperatura 1, y
T2=temperatura 2
𝜂𝜂 = 1 − 𝑇𝑇2𝑇𝑇1
(1)
15
A partir del segundo teorema de Carnot se puede decir que, como dos máquinas
reversibles tienen el mismo rendimiento, éste será independiente de la sustancia de
trabajo de las máquinas, las propiedades o la forma en la que se realice el ciclo. Tan
solo dependerá de las temperaturas de las fuentes entre las que trabaje. Si tenemos
una máquina que trabaja entre fuentes a temperatura T1 y T2, el rendimiento será una
función de las dos como variables, tal como se muestra en la ecuación No. 2.
𝜂𝜂 = 1 − 𝑄𝑄2𝑄𝑄1
= 𝜙𝜙� 𝑇𝑇1, 𝑇𝑇2 � ⟹ 𝑄𝑄1𝑄𝑄2
= 11−𝜙𝜙(𝑇𝑇1, 𝑇𝑇2)
= ∱ (𝑇𝑇1,𝑇𝑇2) (2)
Por lo tanto, el cociente entre los calores transferidos es función de las temperaturas
de las fuentes. Nótese que como, por la segunda ley de la termodinámica, el
rendimiento nunca pude ser igual a la unidad, la función f está siempre definida.
Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo
puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a
la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de
esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si
es ceder calor a la fuente caliente, bomba de calor.
Conceptos básicos de control Bobina En un inductor o en una bobina se denominará inductancia a la relación que se
establecerá entre el flujo magnético y la intensidad de la corriente eléctrica.
Inductancia Es la propiedad que ostentan los circuitos eléctricos por la cual se produce una
fuerza electromotriz una vez que existe una variación en la corriente que pasa, ya
sea por el propio circuito o por otro próximo a él.
Contactor Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o
instalación con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones 16
de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por
parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de
funcionamiento se llama de "todo o nada".
Contactor electromagnético Su accionamiento se realiza a través de un electroimán.
Termostato electrónico Es un aparato que sirve para mantener estable la temperatura de un local o
dispositivo dentro de ciertos márgenes, estos serán más o menos estrechos de
acuerdo a las exigencias del uso.
Programador set point Es el punto de ajuste del valor objetivo de un sistema de control automático para
determinada función, por ejemplo la temperatura.
Reóstato Es un componente eléctrico para regular la intensidad de la corriente sin necesidad
de abrir el circuito y que consiste en una resistencia eléctrica que puede variarse a
voluntad. [2]
6.2 Marco Teórico
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.
17
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 y
la competitividad en la empresa.
En la figura No. 1, se muestra un esquema de un sistema de refrigeración simple
donde se utiliza una fuente de energía térmica o eléctrica.
Figura No. 1, Sistema de refrigeración, fuente de energía eléctrica
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.
Un circuito frigorífico está conformado por varios elementos mecánicos y eléctricos
encargados el ciclo termodinámico para extraer el calor de un lugar y disiparlo en
otro, como se muestra en la figura No. 2.
18
Figura No. 2, Circuito frigorífico con elementos mecánicos y eléctricos.
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.
En la figura No. 3, se muestra el ejemplo de un equipo de aire acondicionado de tipo
ventana, el cual cumple con el objetivo de sacar el aire caliente del lugar hacia el
exterior, por medio de la recirculación del aire frío que genera el equipo,
disminuyendo la temperatura del aire interior. El ciclo se repite constantemente.
En la actualidad el equipo el equipo de aire acondicionado de tipo ventana ya se usa
muy poco, ahora la innovación son los equipos mini Split, que consta de 2 unidades
separadas que son el evaporador y el condensador, unidas por tuberías cuya función
es la misma de absorber el calor del lugar donde se instale el evaporador, o cosa
contraria también por medio de una válvula intercambiadora el evaporador se vuelve
condensador y luego el condensador evaporador, esto con el fin de ofrecer el servicio
de calefacción. 19
Figura No. 3, Aire acondicionado de tipo ventana
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.
En la figura No. 4, se muestra las partes donde se ubica la carga térmica generada
por el exterior, el equipo, el producto interno e infiltraciones extras.
Figura No. 4, Ubicación de las cargas térmicas
20
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 (T.R),
equivalentes a 3.024 Kcal/h o 3,516 kW.
La relación del tiempo y el calor absorbido define el valor de una tonelada de
refrigeración, como se muestra en la figura No. 5.
Figura No. 5, Tonelada de refrigeración
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. En la figura No. 6, se muestra el lugar o depósito donde puede ser disipado el
calor extraído dependiendo el proceso con el cual fue realizado.
Muchos de los sistemas de refrigeración disipan el calor absorbido hacia al ambiente
exterior, pero también se puede aprovechar como una fuente de calor para cierto
uso.
21
Figura No. 6, Depósitos del calor
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. En la figura No. 7, se muestra una escala de temperatura de una
transferencia de calor de mayor a menor.
Figura No. 7, Escala de temperatura
Fluidos de trabajo – refrigerantes Los refrigerantes son todos aquellos fluidos que se utilizan para transmitir el calor en
un sistema frigorífico que absorbe 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.
22
Los refrigerantes R-22 y R-134ª son empleados en los sistemas de refrigeración
doméstico y comercial (casa, oficina o negocio), como se muestra en la figura No. 8.
Figura No. 8, Refrigerantes R-22 y R-134a
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.
23
En la figura No. 9, se muestra los refrigerantes primarios y secundarios y la forma en
que absorben el calor para posteriormente disiparlo dependiendo el proceso al cual
es sometido.
Figura No. 9, Refrigerantes primarios y secundarios
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.
Otras características deseables para el refrigerante son tener una baja tendencia a
las fugas y posibilidad de detección, baja viscosidad, alta conductividad térmica, baja
24
acción inhibitoria sobre el aceite y las válvulas, disponibilidad, preferencia personal y
bajo costo. En la tabla No. 1, se muestra las propiedades de algunos refrigerantes
para elegirlo según el criterio de uso que se requiere. [3]
Tabla No. 1, Propiedades de los refrigerantes
Puntos 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.
En la tabla No. 2, se muestra el valor de las temperaturas de congelación a las cuales
no se debe rebasar para evitar que el sistema se obstruya por congelación del
refrigerante.
Tabla No. 2, Temperaturas de congelación de los refrigerante
Elección del refrigerante Al escoger el refrigerante más apropiado para una aplicación específica, se deben
tener en cuenta factores operativos y de seguridad como los siguientes.
25
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
refrigeración (kWh/Kcal). Sería deseable la sustancia con el mayor valor del COP, el
más cercano al COP del ciclo de Carnot.
En la tabla No. 3, se muestra la relación entre el refrigerante y el sistema COP, donde
el valor para una temperatura de evaporación es de -15 oC y para la condensación es
de 30 oC.
Tabla No. 3, Relación del refrigerante con el COP
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 más de uno
que cumpla con los requisitos técnicos, allí se debe entrar a evaluar los otros
criterios, costo, medio ambiente, seguridad, etc.
La aplicación más común de los refrigerantes, en las áreas industriales y no
industriales, se muestra a continuación en la tabla No. 4.
26
Tabla No. 4, Aplicación de los refrigerantes
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. La clasificación de los sistemas de
refrigeración en donde los más usados son por compresión de vapor y por absorción,
como se muestra en la figura No. 10.
Figura No. 10, Clasificación de los sistemas
27
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.
En la figura No. 11, se muestra el ciclo del sistema de refrigeración por compresión
de vapor, que se define en 4 etapas: 1ª vapor a baja presión., 2ª vapor a alta
presión., 3ª líquido y 4ª líquido + vapor. [4]
Figura No. 11, Ciclo de refrigeración
28
Entalpía Como se sabe una de las unidades de la medida del calor es la caloría, que se define
como el calor que es necesario aplicar a un gramo de agua, para que
su temperatura aumente de 14,5°C a 15,5°C o sea 1°C.
La caloría está relacionada con otras unidades de energía así: 1 caloría = 0,001 Kcal
= 3,96 x 10-3 BTU = 4,186 Joul = 4,186 x 107 ergios. La entalpía es la cantidad de
energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno.
Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del
sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción.
En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del
sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de
temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la
capacidad calorífica del sistema a presión constante.
El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850.
Matemáticamente, la entalpía se representa por la ecuación No.3
𝐻𝐻 = 𝑈𝑈 + 𝑝𝑝𝑝𝑝 (3)
Donde
U= es la energía interna
p= es la presión
V= es el volumen
H se mide en julios.
Cuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se
mide el cambio de entalpía (Δ H), y se representa así: ΔH = Hf – Hi
La entalpía recibe diferentes denominaciones según el proceso, así:
Entalpía de reacción, entalpía de formación, entalpía de combustión, entalpía de
disolución, entalpía de enlace, etc., siendo las más importantes:
Entalpia de reacción Es el calor absorbido o desprendido durante una reacción química, a presión
constante.
29
Entalpía de formación Es el calor necesario para formar un mol de una sustancia, a presión constante y a
partir de los elementos que la constituyen.
Ejemplo:
H2 (g) + ½ O2 (g) = > H2O + 68.3Kcal
Cuando se forma una mol de agua (18 g) a partir de hidrógeno y oxígeno se
producen 68.3 Kcal, lo que se denomina entalpía de formación del agua.
Entalpía de combustión Es el calor liberado, a presión constante, cuando se quema un mol de sustancia.
Ejemplo:
CH4 (g) + 2O2 (g) => 2CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH = -212.8 Kcal
Lo que significa que cuando se queman 16 g de metano se desprenden 212.8 Kcal.
Estas entalpías se determinan normalmente a 25°C y 1 atm. [5]
Ciclo real e ideal de compresión de vapor Todo ciclo de refrigeración real presenta variaciones respecto del ciclo ideal entre
ellas está 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.
En las figuras No. 12 y 13 se muestra el esquema de un sistema de ciclo ideal y un
sistema de ciclo real, la diferencia entre ellos son las etapas que se van presentando
desde una perspectiva técnica de funcionamiento, es decir lo real define el verdadero
comportamiento del sistema de refrigeración en términos internos y de tiempo real en
cada parte del proceso.
30
Figura No. 12, Sistema de ciclo ideal
Figura No. 13, Sistema de ciclo real
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 - 30 oC y 0 oC.
El esquema de los componentes que conforman un sistema de compresión de vapor,
como ejemplo se puede nombrar a un refrigerador doméstico cuya disipación de calor
31
se realiza en el condensador que se ubica en la parte inferior del equipo donde se
encuentra un micromotor con aspas para disipar la energía calorífica, como se
muestra en la figura No. 14.
Figura No. 14, Sistema de compresión de vapor
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. En la figura No. 15, se
muestra la forma por expansión directa del refrigerante de líquido a vapor.
Figura No. 15, Expansión directa
32
En la figura No. 16, se muestra que también se puede expandir el refrigerante de fase
líquido a gas de la forma por evaporador sobre alimentado, se le agrega una bomba
al sistema o ciclo, la cual se va encargar de sobrealimentar al evaporador para que
llegue al recipiente separador en forma líquido + vapor y sólo el estado gaseoso
regresa al compresor.
Figura No. 16, Evaporador sobrealimentado
Por último existe el método por evaporador inundado, como se muestra en la figura
No. 17, el cual consiste en mantener lleno de líquido al evaporador por medio de un
separador en el recipiente de llegada de gas de la válvula de expansión. [6]
Figura No. 17, Evaporador inundado
33
Tipos de sistemas de aire acondicionado Unidad paquete de aire acondicionado Conocidos también como unidades centrales, toman su nombre del término UP o
RTU (Unit Package o Roof Top Unit de sus siglas en inglés).
La unidad paquete de marca York, contiene los 4 elementos del circuito básico de
refrigeración en un solo gabinete (condensador, evaporador, compresor y elemento
expansor), como se muestra en la figura No. 18
Figura No. 18, Unidad paquete marca York
Aire acondicionado tipo paquete residenciales A todos los equipos no mayores a 5 toneladas de refrigeración normalmente se les
conoce como Equipos Residenciales, por lo que un aire acondicionado tipo paquete
residencial es toda unidad central de 5 toneladas de refrigeración o menor.
En la figura No. 19, se muestra el ejemplo de un equipo de aire acondicionado con
capacidad de 3 toneladas de enfriamiento de marca Carrier.
Figura No. 19, Equipo de 3 T.R marca Carrier
34
Aire acondicionado tipo paquetes comerciales A todos los equipos mayores a 5 toneladas de refrigeración normalmente se les
conoce como Equipos Comerciales, por lo que un paquete comercial es toda unidad
central de 5 toneladas de refrigeración o mayor. En la figura No. 20, se muestra el
ejemplo de un equipo de aire acondicionado de 7 toneladas de refrigeración de
marca York.
Figura No. 20, Unidad de aire acondicionado de 7 T.R
Tipos de aire acondicionado Aire acondicionado tipo paquete sólo frío
Estas unidades cuentan con la capacidad de enfriamiento en base a un circuito de
refrigeración.
Aire acondicionado tipo paquete frío/calor Estas unidades utilizan el mismo circuito de refrigeración pero se le agrega una
resistencia eléctrica para la calefacción. Las resistencias eléctricas para éste tipo de
paquetes normalmente se suministran para que sean instaladas en campo, es decir,
se venden por separado.
La capacidad de calefacción de las resistencias eléctricas se mide en kW. En
paquetes de capacidades de 15 toneladas de refrigeración o más puede ser que la
resistencia venga instalada desde fábrica.
35
Aire acondicionado tipo paquete con calefacción heat pump
El término heat pump es muy utilizado por los profesionales del aire acondicionado y
en algunos casos se le traduce como bomba de calor, o también son llamados de
ciclo reversible. Es la misma unidad básica pero con algunos accesorios adicionales
que permiten una inversión en el sentido del ciclo de refrigeración, de aquí lo
reversible.
No requiere ningún tipo de instalación adicional a la eléctrica y se pueden utilizar
gabinetes muy básicos lo que lo convierte en una opción económica.
Aire acondicionado tipo paquete con calefacción a gas
Las unidades con calefacción a gas utilizan a la unidad base (sólo enfriamiento) pero
le agregan un intercambiador de calor a fuego indirecto que utiliza como fuente de
energía el suministro de gas.
Para proveer calefacción se prende una chispa que junto con una válvula de gas
encienden una flama que fluye a través de una tubería que puede ser de acero
aluminizado o de acero inoxidable.
El fuego nunca entra en contacto con el aire (por eso se llama de fuego indirecto).
Como la mayoría de estas unidades van para el mercado americano los quemadores
vienen con válvulas para gas natural, por lo que si tu instalación es con gas LP se
requiere un cambio de válvulas que no suele ser muy costoso.
La capacidad de calefacción es éstas unidades se mide en MBH (miles de BTU por
hora).
Garantía que tienen las unidades tipo paquete La garantía para equipos de aire acondicionado tipo paquete residencial y comercial
ligeros suele ser de 5 años en compresor y 1 año en partes, siempre y cuando la
unidad opere bajo las indicaciones aprobadas por el fabricante.
La garantía es sólo en partes y no incluye mano de obra por instalación. Para
equipos comerciales industriales, esto es mayor a 25 TR, la garantía puede variar a 1
año en compresor y partes. [7]
36
Figura No. 21, Termopar económico
Se puede escoger entre diferentes tipos de termopares asignados con letras
mayúsculas que indican su composición de acuerdo al American National Standards
Institute (ANSI). Los tipos de termopares más comunes incluyen B, E, K, N, R, S y T.
Sensores de temperatura Tipos de sensores de temperatura La temperatura es una medida del promedio de energía cinética de las partículas en
una unidad de masa, expresada en unidades de grados en una escala estándar. Se
Puede medir la temperatura de diferentes maneras que varían de acuerdo al costo
del equipo y la precisión. Los tipos de sensores más comunes son los termopares,
RTDs y termistores.
Termopares Un termopar se crea cuando dos metales diferentes se juntan y el punto de contacto
produce un pequeño voltaje de circuito abierto como una función de temperatura.
Puede usar este voltaje termoeléctrico, conocido como voltaje Seebeck para calcular
la temperatura. Para pequeños cambios en temperatura, el voltaje es
aproximadamente lineal. En la figura No. 21, se muestra el Termopar que es el
sensor de temperatura utilizado con mayor frecuencia porque es preciso,
relativamente económico y que puede operar en un amplio rango de temperaturas.
37
RTD Un RTD de platino es un dispositivo hecho de bobinas o películas de metal (platino
generalmente). Al calentarse, la resistencia del metal aumenta; al enfriarse, la
resistencia disminuye. Pasar corriente a través de un RTD genera un voltaje en el
RTD. Al medir este voltaje, usted puede determinar su resistencia y por lo tanto, su
temperatura. La relación entre la resistencia y la temperatura es relativamente lineal.
En la figura No. 22, se muestra el RTD que tiene una resistencia generalmente de
100 Ω a 0 oC y pueden medir temperaturas hasta 850 oC.
Figura No. 22, RTDs miden temperaturas de hasta 850 °C
Termistor Un termistor es una pieza de semiconductor hecha de óxidos de metal que están
comprimidos en una pieza, disco, oblea u otra forma y son sometidos a altas
temperaturas. Por último son cubiertos con epoxi o vidrio. Al igual que con los RTDs,
se puede pasar una corriente a través de un termistor para leer el voltaje en él y
determinar su temperatura. Sin embargo, a diferencia de los RTDs, los termistores
tienen más alta resistencia (2,000 a 10,000 Ω) y una sensibilidad mucho más alta
(~200 Ω/oC), permitiéndoles alcanzar más alto rango de temperatura limitado (hasta
300 oC).
Las características físicas del termistor que son muy diferentes a las del RTD, se
muestran en la figura No. 23, además de una propiedad propia que es la de mayor
rango de sensibilidad. [8]
38
Figura No. 23, Termistor, sensibilidad de entre 200 Ω/oC
Microcontrolador Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad
central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de
entrada y salida y periféricos. Estas partes están interconectadas dentro del
microcontrolador, y en conjunto forman lo que se le conoce como
microcomputadora. Se puede decir con toda propiedad que un microcontrolador es
una microcomputadora completa encapsulada en un circuito integrado.
En la figura No. 24, se muestra la interconexión que existe entre las principales
partes que conforman un circuito integrado.
Figura No. 24, Interconexión entre los elementos internos
39
Toda microcomputadora requiere de un programa para que realice una función
específica. Este se almacena normalmente en la memoria rom. No está de más
mencionar que sin un programa, los microcontroladores carecen de utilidad.
El propósito fundamental de los microcontroladores es el de leer y ejecutar los
programas que el usuario le escribe, es por esto que la programación es una
actividad básica e indispensable cuando se diseñan circuitos y sistemas que los
incluyan. El carácter programable de los microcontroladores simplifica el diseño de
circuitos electrónicos. Permiten modularidad y flexibilidad, ya que un mismo circuito
se puede utilizar para que realice diferentes funciones con solo cambiar el programa
del microcontrolador.
Las aplicaciones de los microcontroladores son vastas, se puede decir que solo
están limitadas por la imaginación del usuario. Es común encontrar
microcontroladores en campos como la robótica y el automatismo, en la industria del
entretenimiento, en las telecomunicaciones, en la instrumentación, en el hogar, en la
industria automotriz, etc.
Escritura de los programas Los microcontroladores están diseñados para interpretar y procesar datos e
instrucciones en forma binaria. Patrones de 1's y 0's conforman el lenguaje máquina
de los microcontroladores, y es lo único que son capaces de entender. Estos 1's y
0's representan la unidad mínima de información, conocida como bit, ya que solo
puede adoptar uno de dos valores posibles: 0 o 1.
La representación de datos, instrucciones y señales en forma de bits resulta
dificultosa y tediosa para aquellas personas que no estén familiarizadas con el
sistema de numeración binario. Aún para los usuarios expertos no resulta tan
evidente la interpretación de instrucciones en forma binaria o lenguaje máquina (el
lenguaje maquina se le conoce también como lenguaje de bajo nivel debido a que
las instrucciones no son propias del lenguaje humano). Es por esto que la
programación comúnmente se lleva a cabo en un lenguaje de alto nivel, es decir, un
lenguaje que utilice frases o palabras semejantes o propias del lenguaje humano.
Las sentencias de los lenguajes de alto nivel facilitan enormemente la programación
40
ya que son familiares a nuestra manera de comunicarnos. Lenguajes como el C o
Basic son comúnmente utilizados en la programación de microcontroladores.
Otro tipo de lenguaje más especializado es el lenguaje ensamblador. El lenguaje
ensamblador es una lista con un limitado número instrucciones a los cuales puede
responder un microcontrolador. Estas instrucciones son palabras o abreviaciones
que representan las instrucciones en lenguaje máquina del microcontrolador.
Las instrucciones en lenguaje ensamblador, también conocidas como nemotécnicos,
son fáciles de entender y permiten operar directamente con los registros de memoria
así como con las instrucciones intrínsecas del microcontrolador. Es por esto que el
lenguaje ensamblador es sin lugar a dudas el lenguaje por excelencia en la
programación de microcontroladores, ya que permite hacer un uso eficiente de la
memoria y minimizar el tiempo de ejecución de un programa. Cualquiera que sea el
lenguaje que se utilice en la programación de microcontroladores, es de lo más
recomendable profundizar en su arquitectura interna, ya que con este conocimiento
se pueden aprovechar más y mejor las capacidades de un microcontrolador dado.
Compilación Todo programa escrito en un lenguaje de alto nivel debe ser transformado en código
máquina. Los programas que escribimos los entendemos nosotros, no así el
microcontrolador. Un software de computadora, llamado compilador, traduce y
transforma nuestro programa en código máquina, que es lo que realmente puede
leer e interpretar el microcontrolador. Una vez compilado el programa, es momento
de transferir nuestro código maquina hacia la memoria interna del microcontrolador,
usualmente hacia la rom. Para esta tarea se utiliza un programador físico, que es
una pieza de hardware que tiene el propósito de escribir el programa en la memoria
interna del micro, tal como se muestra en la figura No. 25.
Figura No. 25, Programación en la memoria interna del micro
41
Elección del microcontrolador Existen varios fabricantes de microcontroladores tales como texas instruments,
motorola, atmel, intel, microchip, toshiba, nacional, etc. todos ellos ofrecen
microcontroladores con características más o menos similares, sin embargo, en
términos generales se puede decir que todos sirven para lo mismo: leer y ejecutar
los programas del usuario.
Evidentemente algunos modelos tienen más capacidad que otros, en cuanto a
memoria, velocidad, periféricos, etc.
En el diseño de un sistema con microcontrolador se pueden elegir dispositivos de
cualquiera de los fabricantes y satisfacer la necesidad del sistema en cuestión.
Puntos importantes para elegir un microcontrolador
• Disponibilidad de los microcontroladores en el mercado local y/o global. algunos
microcontroladores son más comúnmente encontrados en las casas de electrónica
que otros. no es conveniente emprender un proyecto basado en cierto
microcontrolador que escasea en el mercado local y/o global ya que podría no
satisfacer nuestra demanda y detener el proyecto.
• Disponibilidad de información y herramientas de desarrollo. actualmente la mayoría
de los fabricantes de microcontroladores ofrecen información suficiente para
entender la operación y funcionamiento de sus dispositivos. el punto débil de algunos
fabricantes es la pobre distribución de sus herramientas de desarrollo
(programadores, emuladores, software, etc.) o bien su alto costo.
• Precio. Existe gente y/o empresas que tienen los recursos para pagar lo que sea
necesario cuando se trata de tecnología, sin embargo, la mayoría prefiere ahorrarse
dinero, por lo que el precio resulta un punto a favor en la selección de un fabricante
de microcontroladores.
• El modelo de microcontrolador específico que se debe elegir depende de la
aplicación, aunque uno puede hacer un juicio sobre la capacidad de un
microcontrolador tomando en cuenta su capacidad de memoria, la cantidad de
puertos de entrada y salida, los periféricos, la velocidad a la cual ejecuta las
instrucciones, etc.
42
Microcontroladores PIC Los PIC, de microchip, son una opción más dentro del vasto mercado de
microcontroladores. La popularidad de estos micros radica en su alta disponibilidad
en el mercado y bajo precio. Se considera que los PIC son los más fáciles de
programar. Por otro lado, se han desarrollado una serie de herramientas de bajo
costo por parte de terceros (empresas, profesionales y aficionados), como son
programadores, software, etc., que facilitan el uso y programación de estos
dispositivos.
Compiladores de C y Basic están disponibles para programar a los PIC y de reciente
aparición son los PICAXE, que es un sistema que permite al usuario implementar
una función con microcontrolador PIC sin siquiera conocer las instrucciones ni la
arquitectura propia del microcontrolador. En las figuras No. 26 y 27 se muestran dos
tipos de microcontroladores PIC, que son comunes en el mercado.
Figura No. 26, Microcontrolador PIC1655A-748
Figura No. 27, Microcontrolador PIC1650
Relevador Un relevador, también conocido en algunos países como relé o relay, es
un interruptor cuyo control corre por cuenta de un circuito eléctrico. Desarrollado en
la primera mitad del siglo XIX por el físico norteamericano Joseph Henry, a través de
una bobina y un electroimán incide sobre diversos contactos para la apertura o el
cierre de otros circuitos, que funcionan de manera independiente. 43
Lo que hace la bobina es crear un campo magnético que lleva a los contactos a
establecer una conexión. El electroimán, por su parte, permite el cierre de los
contactos. De esta forma, el relevador actúa como un interruptor que puede fomentar
el paso de la corriente eléctrica o su interrupción.
De acuerdo a lo que demora la desactivación y activación, la intensidad que toleran y
la cantidad de contactos, es posible clasificar a los relevadores de diferentes
formas: relevadores de estado sólido, relevadores de láminas, relevadores
electromecánicos, relevadores de corriente alterna, etc.
En la figura No. 28 y 29, se muestra dos modelos de relevadores de control, uno con
un voltaje de corriente directa de 5 vdc y el otro de 24 vdc.
Figura No. 28, Relevador, bobina a 5vdc
Los relevadores, en definitiva, permiten desarrollar una conmutación a la distancia,
controlando altas tensiones con un bajo voltaje en retorno. También sirven para
interrumpir la alimentación de corriente alterna. Los automóviles y las centrales telefónicas, por ejemplo, cuentan con relevadores. En palabras más sencillas, el
relevador permite controlar una gran cantidad de electricidad operando con una
cantidad muy pequeña.
Figura No. 29, Bobina a 25vdc
44
Se trata de instrumentos que brindan una mayor seguridad en distintos dispositivos
que funcionan con el uso de energía eléctrica, ya que sus contactos permiten abrir o
cerrar circuitos eléctricos (es decir, generar o interrumpir la conexión).
El relevador de control se conforma de 5 terminales donde 2 corresponden a la
bobina, 1 al común (C) y otras 2 al normalmente cerrado (NC) y normalmente abierto
(NA), tal como se muestra en la figura No. 30.
Figura No. 30, Terminales del relevador
Transistor PN2222 El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja
potencia de uso general. Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de
conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias;
por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede
trabajar a frecuencias medianamente altas.
Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentemente utilizados
en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Es uno de los
transistores oficiales utilizados en el BITX. Su versatilidad ha permitido incluso al club
de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío de construir un transceptor de
radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares de este transistor - y ningún circuito
integrado.
Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500
miliamperios, 50 voltios de tensión de colector, y hasta 500 milivatios de potencia. La
frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz, lo que permite utilizarlo en
45
aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). La beta (factor de
amplificación, hFe) del transistor es de por lo menos 100; valores de 150 son típicos.
El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos, los más comunes son los TO-92, TO-
18, SOT-23, y SOT-223.
Su complemento PNP es el 2N2907. El 2N3904 es un transistor de características
similares pero que sólo puede transportar un décimo de la corriente que el 2N2222
puede transportar; puede usarse como reemplazo del 2N2222 en caso de señales
pequeñas.
Las características físicas, simbología y técnicas del transistor PN2222 se muestran
en la figura No. 31 y en la tabla No. 5, respectivamente.
Figura No. 31, Simbología del transistor
Tabla No. 5, Características técnicas del transistor PN 2222
46
Las resistencias o resistores Una resistencia o resistor es un componente eléctrico que ofrece resistencia al paso
de la corriente. Las resistencias son construidas de materiales poco conductores
principalmente carbón mineral, las de mayor potencia utilizan un arrollado metálico
(Niquel-Cromo).
El valor de la resistencia se mide en ohmios representado por la letra Omega Ω, se
utilizan 2 símbolos electrónicos como se muestra en la figura No. 32 y en la figura
No. 33 se muestra las características físicas con un valor agregado por un código de
colores, es este caso la resistencia tiene un valor de 3.3 Komhs.
Figura No. 32, Simbología de la resistencia
En la práctica se define el valor sin letras para ohmios, para miles K de KiloOhmios,
y M para MegaOhmios o Millones de ohmios.
Para definir su valor normalmente se utiliza un código de colores.
Figura No. 33, Resistencia de 3.3 Komhs
Para resistencias comunes (4 franjas): Convertimos cada color en números los
primeros 2 dígitos y el tercero es el "número de ceros", (7,8 y 9 ceros al final no
recuerdo haber visto). Cuando la tercera franja es oro se dividen los 2 primeros
dígitos entre 10 y si es plata se dividen entre 100. La cuarta franja representa la
"tolerancia" o bien el porcentaje de variación que se puede dar, tanto para arriba
como para abajo. Cuando no tiene color donde debiera ir la cuarta franja la tolerancia
es del 20% y solo es común en resistencias de carbón antiguas, en equipos a tubos.
El valor de tolerancia más común es 5% (oro), los valores de 1% y 2% son comunes
en resistencias de precisión de 5 franjas.
47
En la tabla No. 6 se muestra el código de colores para determinar el valor en cada
resistencia electrónica dependiendo de cada color con el que cuenta en cada franja.
Tabla No. 6, Código de colores para el valor de las resistencias
Color Franja 1 Franja 2 Franja 3 Franja 4
Negro 0 0
Café 1 1 0 1%
Rojo 2 2 00 2%
Naranja 3 3 000
Amarillo 4 4 0000 4%
Verde 5 5 00000 0,5%
Azul 6 6 000000 0,25%
Violeta 7 7 0000000 0,1%
Gris 8 8 00000000 0.05%
Blanco 9 9 000000000
Oro
÷10 5%
Plata
÷100 10%
También tenemos las resistencias variables o potenciómetros
Resistencias variables Las resistencias variables han sido muy utilizadas para ajustar niveles, voltajes y en
muchos circuitos donde es difícil o no se puede conocer el valor exacto de la
resistencia.
Por lo general es una pista de carbón por la que se desplaza un contacto de cobre o
bronce. Su número es el valor de su resistencia de lado a lado.
El potenciómetro es una resistencia variable, pero con un eje donde se coloca una
perilla para ajustar en cualquier momento, por ello debe soportar mayor trabajo que 48
la resistencia variable convencional. Aunque siempre sufre desgaste, produciendo
ruidos o falsos contactos. El uso más común de los potenciómetros fue como control
de volumen. El cual es por lo general logarítmico que en el inicio cambia de valor
lentamente para ayudar a lograr el sonido adecuado a bajos niveles de volumen.
También se utilizan en ecualizadores y filtros de audio, pero en este caso se utilizan
potenciómetros lineales que al centro del recorrido tienen la mitad del valor de
resistencia total.
Existen diferentes modelos de potenciómetros tal como se muestra en la figura No.
34.
Figura No. 34, Potenciómetros
Oscilador de cristal El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de
fase, dada por el resonador. La frecuencia es estable frente a variaciones de la
tensión de alimentación. La dependencia con la temperatura depende del resonador,
pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25 °C, en el
margen de 0 a 70 °C. Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia,
con un condensador en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este,
de la resonancia serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para
modular su salida. Un Oscilador controlado por tensión o VCO (Voltage-controlled
oscillator) es un dispositivo electrónico que usa amplificación, realimentación y
circuitos resonantes que da a su salida una señal eléctrica de frecuencia proporcional
a la tensión de entrada. Típicamente esa salida es una señal senoidal, aunque en
VCOs digitales es una señal cuadrada.
49
Cuando la entrada es 0V, el VCO tiene una señal con una frecuencia
llamada frecuencia libre de oscilación y ante variaciones de la entrada, sube o baja la
frecuencia de su salida de forma proporcional.
Una aplicación típica de los VCO es generar señales moduladas en frecuencia (FM).
También son usados como parte de Bucles de enganche de fase. Suelen emplearse
en aplicaciones electrónicas de comunicaciones.
En su construcción pueden emplearse distintos dispositivos, siendo los más
habituales los diodos varicap y los cristales de cuarzo.
Este tipo de osciladores suele presentar problemas debido a que los cambios de
temperatura (humedad) afectan a la afinación del mismo. En la figura No. 35, se
muestra algunos tipos de osciladores.
Figura No. 35, Tipos de osciladores
Capacitor Los capacitores son elementos de un circuito que tienen una mayor reacción a las
señales que cambian rápidamente, en comparación con las señales que cambian
lentamente o las que son estáticas. Los capacitores pueden almacenar la energía a
partir de señales rápidamente cambiantes y regresan la energía al circuito en la
forma deseada.
La utilización más común de los capacitores, es absorber el ruido, el cual es por
definición una señal rápidamente cambiante, y la desvía alejándola de la señal que
interesa.
Se necesitan diferentes valores de capacitor para lograr atrapar diferentes tipos de
ruido. Utiliza estos consejos para aprender a leer las designaciones del capacitor y
determinar así el valor del mismo.
50
En la figura No. 36, se muestra las características físicas de un tipo de capacitor.
Figura No. 36, Características del capacitor
Regulador de voltaje 78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión positiva.
Es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Tienen tres
terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares
que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o en la intensidad. La
intensidad máxima depende del código intercalado tras los dos primeros dígitos. La
simbología de conexión y las características físicas del regulador de voltaje se
muestran en la figura No. 37.
Figura No. 37, Características del regulador de voltaje
51
LED El LED, acrónimo de “Light Emitting Diode”, o diodo emisor de luz de estado
sólido, constituye un tipo especial de semiconductor, cuya característica principal es
convertir en luz la corriente eléctrica de bajo voltaje que atraviesa su chip. Desde el
punto de vista físico un Led común se presenta como un bulbo miniaturizado, carente
de filamento o de cualquier otro tipo de elemento o material peligroso, con la ventaja
sobre otras tecnologías que no contamina el medio ambiente. En sus inicios el
principal uso del primer diodo Led de luz visible de color rojo que se comercializó
estuvo limitado a indicar solamente si un equipo o aparato eléctrico o electrónico se
encontraba conectado a la fuente de suministro de corriente eléctrica, o en
funcionamiento.
Posteriormente este diodo comenzó a formar parte también de paneles informativos,
aunque en sus inicios su uso estuvo muy limitado a otras aplicaciones prácticas
debido a la escasa variedad de colores disponibles y su baja eficiencia lumínica. En
las figuras No. 38 se muestra la variedad de colores de los focos Leds.
Figura No. 38, Variedad de colores
DIP switch Se trata de un conjunto de interruptores eléctricos que se presenta en un formato
encapsulado (en lo que se denomina Dual In-line Package), la totalidad del paquete
de interruptores se puede también referir como interruptor DIP en singular.
Características Este tipo de interruptor se diseña para ser utilizado en un tablero similar al de circuito
impreso junto con otros componentes electrónicos y se utiliza comúnmente para
52
modificar/personalizar el comportamiento hardware de un dispositivo electrónico en
ciertas situaciones específicas. Fueron utilizados considerablemente en las viejas
tarjetas ISA (Acrónimo de Industry Standard Architecture).
Las características físicas del interruptor dip switch se muestra en la figura No. 39.
Figura No. 39, Dip switch 4 polos
Los interruptores DIP son una alternativa a los jumper. Su ventaja principal es que
son más rápidos y fáciles de configurar y cambiar y no hay piezas sueltas que
perder.
Se pueden considerar como conjunto de interruptores minúsculos para ser insertados
en circuitos impresos. El encapsulado para los interruptores es el DIP donde la
separación estándar entre patas es de una décima de pulgada.
Usos Los interruptores DIP permiten al usuario configurar un circuito impreso para un tipo
particular de computadora o de uso específico. Las instrucciones de instalación
deben decir perfectamente cómo fijar los interruptores del DIP. Los interruptores DIP
son siempre interruptores de tipo palanca, en los cuales los centrales tienen dos
posiciones posibles "ON" o "OFF" (en vez de por intervalos) y generalmente se
puede ver los números 1 y 0.
Una de las ventajas históricas del Macintosh sobre el PC es que permitía la
configuración de los circuitos incorporando comandos del software en vez de fijar los
interruptores DIP. Sin embargo, los nuevos estándares plug and play hicieron que los
interruptores DIP se volvieran obsoletos en las PC modernas.
53
Push button Un pulsador (pulsador también deletreado) o, simplemente llamarlo botón. Es un
sencillo interruptor mecanismo para controlar algún aspecto de una máquina o
un proceso. Botones son típicamente hechos de material duro, por lo general de
plástico o de metal.
La superficie es generalmente plana o en forma para acomodar el dedo o la mano
humana, de modo que sea fácilmente deprimido o empujado. Los botones son más a
menudo interruptores polarizados, aunque incluso muchos botones un-sesgada
(debido a su naturaleza física) requerirá una primavera para volver a su estado no
presionado.
Diferentes personas utilizan diferentes términos para el "empuje" del botón,
como prensa, deprimir, puré, golpeado, y ponche.
En las figuras No. 40 y 41, se muestra el dip switch y su representación en símbolo
en un diagrama. [9]
Figura No. 40, Dip switch
Figura No. 41, Símbolo del dip switch
54
6.3 Marco Referencial
Microcontrolador PIC 16F877 Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz de realizar
diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y
del control y comunicación digital de diferentes dispositivos.
Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos de
datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y
los registros, es decir, los datos que el usuario maneja, así como registros especiales
para el control de las diferentes funciones del microcontrolador.
Los microcontroladores se programan en Assembler y cada microcontrolador varía
su conjunto de instrucciones de acuerdo a su fabricante y modelo. De acuerdo al
número de instrucciones que el microcontrolador maneja se le denomina
de arquitectura RISC (reducido) o CISC (complejo). Los microcontroladores poseen
principalmente una ALU (Unidad Lógico Aritmética), memoria del programa, memoria de
registros, y pines I/O (entrada y/0 salida). La ALU es la encargada de procesar los datos
dependiendo de las instrucciones que se ejecuten (ADD, OR, AND), mientras que los pines
son los que se encargan de comunicar al microcontrolador con el medio externo;
la función de los pines puede ser de transmisión de datos, alimentación de corriente para el
funcionamiento de éste o pines de control especifico. En este proyecto se utilizó el PIC
16F877. Este microcontrolador es fabricado por MicroChip familia a la cual se le denomina
PIC. El modelo 16F877 posee varias características que hacen a este microcontrolador un
dispositivo muy versátil, eficiente y práctico para ser empleado en la aplicación que
posteriormente será detallada.
Algunas de estas características se muestran a continuación:
• Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
• Amplia memoria para datos y programa.
• Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH;
este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F" en
el modelo).
• Set de instrucciones reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias
para facilitar su manejo.
55
Características En la siguiente tabla No. 7, se muestra las características más relevantes del
dispositivo.
Tabla No. 7, Características del PIC16F877
CARACTERÍSTICAS 16F877 Frecuencia máxima DX-20MHz Memoria de programa flash palabra de 14 bits 8KB Posiciones RAM de datos 368 Posiciones EEPROM de datos 256 Puertos E/S A,B,C,D,E Número de pines 40 Interrupciones 14 Timers 3 Módulos CCP 2 Comunicaciones Serie MSSP, USART Comunicaciones paralelo PSP Líneas de entrada de CAD de 10 bits 8 Juego de instrucciones 35 Instrucciones Longitud de la instrucción 14 bits Arquitectura Harvard CPU Risc Canales Pwm 2
Pila Harware -
Ejecución En 1 Ciclo Máquina -
Descripción de los puertos Puerto A: • Puerto de e/s de 6 pines
• RA0 e RA0 y AN0
• RA1 e RA1 y AN1
• RA2 e RA2, AN2 y Vref-
• RA3 e RA3, AN3 y Vref+
• RA4 e RA4 (Salida en colector abierto) y T0CKI (Entrada de reloj del módulo
Timer0)
• RA5 e RA5, AN4 y SS (Selección esclavo para el puerto serie síncrono) 56
Puerto B: • Puerto e/s 8 pines
• Resistencias pull-up programables
• RB0 e Interrupción externa
• RB4-7 e Interrupción por cambio de flanco
• RB5-RB7 y RB3 è programación y debugger in circuit
Puerto C: • Puerto e/s de 8 pines
• RC0 e RC0, T1OSO (Timer1 salida oscilador) y T1CKI (Entrada de reloj del módulo
Timer1).
• RC1-RC2 è PWM/COMP/CAPT
• RC1 e T1OSI (entrada osc timer1)
• RC3-4 e IIC
• RC3-5 e SPI
• RC6-7 e USART
Puerto D: • Puerto e/s de 8 pines
• Bus de datos en PPS (Puerto paralelo esclavo)
Puerto E: • Puerto de e/s de 3 pines
• RE0 e RE0 y AN5 y Read de PPS
• RE1 e RE1 y AN6 y Write de PPS
• RE2 e RE2 y AN7 y CS de PPS
Dispositivos periféricos: • Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits
• Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede incrementarse
en modo sleep de forma externa por un cristal/clock.
• Timer2: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler y postescaler.
• Dos módulos de Captura, Comparación, PWM (Modulación de Anchura de
Impulsos).
• Conversor A/D de 1 0 bits.
• Puerto Serie Síncrono Master (MSSP) con SPI e I2C (Master/Slave).
57
• USART/SCI (Universal Syncheronus Asynchronous Receiver Transmitter) con 9 bit.
• Puerta Paralela Esclava (PSP) solo en encapsulados con 40 pines.
En la tabla No. 8, se muestra las características del dispositivo PIC16F877 de sus
puertos de entradas y salidas en cada pin que contiene.
Tabla No. 8, Puertos de entradas y salidas de los pines del microprocesador PIC16F877
NOMBRE DEL PIN PIN TIPO TIPO DE BUFFER
DESCRIPCIÓN
OSC1/CLKIN 13 I ST/MOS Entrada del oscilador de cristal / Entrada de señal de reloj externa
OSC2/CLKOUT 14 O - Salida del oscilador de cristal MCLR/Vpp/THV 1 I/P ST Entrada del Master clear (Reset) o entrada de
voltaje de programación o modo de control high voltaje test
RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/ Vref- RA3/AN3/Vref+ RA4/T0CKI RA5/SS/AN4
2 3 4 5 6 7
I/O I/O I/O I/O I/O I/O
TTL TTL TTL TTL ST TTL
PORTA es un puerto I/O bidireccional RAO: puede ser salida analógica 0 RA1: puede ser salida analógica 1 RA2: puede ser salida analógica 2 o referencia negativa de voltaje RA3: puede ser salida analógica 3 o referencia positiva de voltaje RA4: puede ser entrada de reloj el timer0. RA5: puede ser salida analógica 4 o el esclavo seleccionado por el puerto serial síncrono.
RBO/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD
33 34 35 36 37 38 39 40
I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O
TTL/ST TTL TTL TTL TTL TTL
TTL/ST TTL/ST
PORTB es un puerto I/O bidireccional. Puede ser programado todo como entradas RB0 pude ser pin de interrupción externo. RB3: puede ser la entada de programación de bajo voltaje Pin de interrupción Pin de interrupción Pin de interrupción. Reloj de programación serial
RCO/T1OSO/T1CKI RC1/T1OS1/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SD1/SDA RC5/SD0 RC6/Tx/CK RC7/RX/DT
15 16 17
18
23 24 25 26
I/O I/O I/O
I/O
I/O I/O I/O I/O
ST ST ST
ST
ST ST ST ST
PORTC es un puerto I/O bidireccional RCO puede ser la salida del oscilador timer1 o la entrada de reloj del timer1 RC1 puede ser la entrada del oscilador timer1 o salida PMW 2 RC2 puede ser una entrada de captura y comparación o salida PWN RC3 puede ser la entrada o salida serial de reloj síncrono para modos SPI e I2C RC4 puede ser la entrada de datos SPI y modo I2C RC5 puede ser la salida de datos SPI RC6 puede ser el transmisor asíncrono USART o el reloj síncrono. RC7 puede ser el receptor asíncrono USART
58
o datos síncronos RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7
19 20 21 22 27 28 29 30
I/O
I/O I/O I/O I/O I/O I/O
I/O
ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL ST/TTL
PORTD es un puerto bidireccional paralelo
REO/RD/AN5 RE1/WR/AN RE2/CS/AN7
8 9
10
I/O
I/O
I/O
ST/TTL
ST/TTL
ST/TTL
PORTE es un puerto I/O bidireccional REO: puede ser control de lectura para el puerto esclavo paralelo o entrada analógica 5 RE1: puede ser escritura de control para el puerto paralelo esclavo o entrada analógica 6 RE2: puede ser el selector de control para el puerto paralelo esclavo o la entrada analógica 7.
Vss 12.31 P - Referencia de tierra para los pines lógicos y de I/O
Vdd 11.32 P - Fuente positiva para los pines lógicos y de I/O
NC - - - No está conectado internamente
Referencia del autor de un ejemplo en una aplicación Objetivo El proyecto presentado tendrá como objetivo principal, diseñar un controlador
de temperatura usando un microcontrolador.
Se parte del hecho de que para realizar el control, hay que sensar la variable
de proceso en primer lugar, posteriormente se debe enviar las señales e
instrucciones respectivas al elemento de control (microcontrolador) para que este
actué en consecuencias realizando la acción de control.
Se tiene como elemento principal un microcontrolador PIC16F877, el cual recibirá a
través de pulsadores, el valor de Setpoint que desee el usuario.
Se utilizará una pantalla de LCD, donde se visualizarán los valores de Setpoint. El
manejo de dicha pantalla se realizará a través de los puertos de salida del
microcontrolador.
59
Planteamiento del problema En los procesos industriales es necesario tener un registro y control eficiente sobre
todas las variables que intervienen en el proceso, con el fin de conocer
el comportamiento de la misma durante cada una de las fases del proceso, de
manera tal que esta información realizar las acciones necesarias para un
control seguro y eficiente. Basándonos en esto se desea diseñar un controlador de
temperatura.
Factibilidad Puede decirse que el presente proyecto es factible puesto que todos los dispositivos
que intervienen el, están disponibles en el mercado al igual que la información
referente a su funcionamiento y los costos de los mismos son accesibles. También
podemos mencionar entre otras razones que se cuenta con los equipos y accesoria
técnica para la programación del PIC (dispositivo principal) así como también para la
manipulación de los de más dispositivos que intervienen en el proyecto. Se ha
realizados proyectos similares anteriormente obteniéndose buenos resultados. [10]
60
7. DESARROLLO DEL PROYECTO
7.1 Descripción del proceso seleccionado La empresa Acciona Service México por contrato con la institución está obligada a
prestar el servicio de aire acondicionado en diferentes espacios y laboratorios del
edifico de centro de cómputo.
Para dicho servicio la empresa utiliza un equipo unidad paquete de aire
acondicionado Intellipak de 60 T.R. para abastecer de aire frío en las áreas
solicitadas, en un horario de trabajo de lunes a viernes de 9 am a 7 pm y sábados de
9am a 1 pm.
El equipo de aire acondicionado utiliza un sistema de refrigeración por compresión de
vapor, el cual cuenta con un sistema mecánico, eléctrico y de control para trabajar de
manera eficiente y así poder brindar un servicio adecuado siempre y cuando se
cumpla con las recomendaciones del fabricante para obtener un mejor rendimiento
en el proceso de enfriamiento.
El usuario en repetidas ocasiones levanta reportes de inconformidad de la
temperatura argumentando que existe demasiado frío en las áreas donde realiza sus
actividades de trabajo.
El departamento del centro de atención de usuarios de la empresa atiende el reporte
generado y le ofrece una respuesta técnica escrita del por qué existe demasiado frío
en los espacios ocupados, se le hace la observación de que debe de tener las
puertas y ventanas cerradas mientras el equipo este trabajando, de lo contrario no
trabajará de forma eficiente, provocando el enfriamiento constante a causa de un
descontrol en la detección real de la temperatura en el sensor del equipo.
El usuario entiende la problemática pero aun así se niega a respetar estas
indicaciones que la empresa le ha hecho saber.
En esta parte del proceso el más afectado es el equipo, ya que se está acelerando el
desgaste en sus componentes mecánicos y eléctricos, porque su sistema de
compresores está trabajando de manera ineficiente, generando la máxima carga de
enfriamiento, la cual no es aprovechada de manera correcta por el usuario, por lo
61
que obliga al equipo a trabajar de manera inestable, provocando inconformidad en el
servicio y propiciando al desperdicio de energía eléctrica.
Final del proceso. Se pretende mejorar el proceso implementando una mejora al
equipo para satisfacer las necesidades del usuario y generar la eficiencia necesaria
que el servicio requiere, acoplándose al sistema de condiciones actuales para un
mejor aprovechamiento de energía.
7.2 Diagnóstico
El equipo de aire acondicionado no presenta algún problema en cuanto a su
funcionamiento, sus componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos aún se
encuentran en un estado adecuado trabajando de forma normal, ofreciendo hasta
hoy un servicio dentro de lo que cabe aceptable. Pero se tiene un diagnóstico malo
por parte de los usuarios por no respetan las indicaciones técnicas que requiere el
equipo, por tal motivo se vuelve inestable el servicio a causa de esta situación.
Se detectó que lamentablemente los usuarios no cierran las puertas de las áreas de
trabajo donde existe el aire acondicionado, lo que propicia a la pérdida excesiva de
carga de enfriamiento y obliga a la unidad paquete de aire acondicionado a trabajar a
su máxima capacidad ya que no se tiene un control en la temperatura a causa de no
obedecer las recomendaciones del fabricante, la cuales dicen que para obtener una
temperatura agradable y constante (20 a 24 oC) se tiene que tener cerrada las
ventanas, puertas o algún espacio abierto que propicie la pérdida del aire frío de lo
contrario la temperatura variara según la temperatura exterior y otros factores
técnicos que hacen que el equipo se vuelva inestable e ineficiente.
A lo anterior se recomienda cerrar las puertas y ventanas de cada espacio ocupado
para mejorar la temperatura del lugar y así permitir que el equipo pueda trabajar de
una manera correcta y eficiente., de lo contrario buscar otra posible solución para
remediar este problema.
Se realizó al equipo una nueva inspección de funcionamiento, se puso a trabajar en
el modo de prueba y se obtuvo como resultado que el equipo se encuentra
trabajando muy bien, descartando la posibilidad de que el problema central sea por
causa de un mal funcionamiento en algún elemento mecánico, de control o eléctrico.
62
7.3 Propuestas de Mejora
1.- Se propone automatizar el sistema de compresores del equipo por medio de
varios elementos y dispositivos de control, cuya función será dejar fuera de trabajo a
1 compresor cada semana esto con el fin de disminuir la carga de enfriamiento en un
25%, dejando sólo 3 compresores trabajando para obtener con espacios abiertos una
temperatura de entre los 20 y 24 oC.
2.- Se propone que cada fin de semana se deje fuera manualmente un compresor
bajando el interruptor de energía y rotándolos de igual forma cada semana para que
el desgaste sea igual en cada uno.
3.- Se propone que se elimine un compresor de los 4 existentes, que se desmonte
del circuito de tuberías de refrigeración, se realicen los cambios necesarios al equipo
y se deje en el almacén como stock para cuando se descomponga alguno de los 3
restantes.
7.4 Selección de Mejora Se optó por escoger la propuesta número 1, ya que es considerada la mejor opción
por lo siguiente. Es una propuesta de mejora que pretende automatizar la forma de
trabajo del sistema de compresores de la unidad paquete de aire acondicionado de
capacidad de 60 T.R, para lograr obtener una ahorro de energía eléctrica, un ahorro
económico y una temperatura confort de entre los 20 y 24 oC, por medio de distintos
dispositivos de control, que van a permitir dejar fuera de trabajo a 1 compresor
semanalmente (rotando cada 7 días a 1 compresor de los 4 existentes en los días y
horario que está programando el equipo para funcionar) lo que va ocasionar que se
reduzca la carga de enfriamiento en un 25%, permitiendo así tener mayor control en
la temperatura ya que los usuarios de ese edifico no lo permiten por tener todo el
tiempo las puertas abiertas. Por ello se ha optado por atacar el problema de la
manera en que se puedan controlar las señales eléctricas que provienen de la tarjeta
electrónica principal del equipo, ya que éstas son enviadas a las bobinas de los
contactores trifásicos que permiten el paso de energía que hacen trabajar al sistema
de compresores. Es ahí donde la propuesta de mejora pretende desviar esas señales
63
eléctricas por medio de relevadores de control y otros dispositivos integrados a un
protoboard con un display de lectura, con la finalidad de manipular a placer el tiempo
de trabajo de los compresores y poder llegar a obtener buenos resultados que
podrían evitar el enfriamiento excesivo que hoy día aqueja a los usuarios del edificio
de centro de cómputo.
7.5 Implementación de la Mejora 1.- Recopilación de información Técnica acerca del equipo. Se recopiló información acerca del equipo de aire acondicionado que se utiliza
actualmente en el edificio de centro de cómputo la cual se muestra a continuación,
con el objetivo de conocer más a fondo las características técnicas y de
funcionamiento de dicha unidad.
Nombre del equipo Unidad paquete de aire acondicionado Intellipak
Características Capacidad: 60 toneladas de enfriamiento Marca: Trane Modelo: SEHFF55FQC00S7BA1E000000000000000000000S Número de serie: C08E04384
En la figura No. 42, se muestra la imagen de las características físicas de costado del
equipo unidad paquete de aire acondicionado, el cual es utilizado para abastecer de
aire frío el edificio de centro de cómputo, capacidad 60 T.R.
Figura No. 42, Unidad paquete de aire acondicionado
64
El equipo cuenta con 4 compresores de tipo 3-D Scroll de capacidad de 15 toneladas
de enfriamiento cada uno, tal como se muestra en las figuras No. 43 y 44, los cuales
pertenecen al sistema de refrigeración y son activados de manera automática por
medio de una tarjeta electrónica que es controlada por un sensor de temperatura la
cual envía una señal eléctrica a la bobina del contactor trifásico y este permite el
paso de energía que hace trabajar al compresor conforme a la demanda de carga de
enfriamiento hacia el equipo.
Figura No. 43, Compresores de tipo 3-D Scroll, de 15 T.R cada uno
Figura No. 44, Circuito de 4 compresores 3-D Scroll
Pero en este caso los 4 compresores trabajan en gran parte del día puesto que no se
tiene un control exacto en la temperatura por que como se mencionó anteriormente
65
los usuarios no han respetado el cerrar las puertas y eso provoca que el equipo
trabaje a su máxima capacidad ya que el sensor de temperatura del aire de retorno le
hace creer a la tarjeta electrónica que aún no ha llegado a su objetivo de
enfriamiento programado en el set point por consecuencia la tarjeta madre sigue
mandando señal eléctrica a los contactores evitando que descansen los compresores
a no ser que exista un día fresco, nublado, de lluvia o de mucho frío, ya que eso
mantiene a temperatura confort los espacios y permite descansar al equipo
funcionando únicamente la turbina que hace inyectar aire del exterior el cual se
encuentra fresco, frío o helado según la temporada del año.
Proceso de funcionamiento del equipo de aire acondicionado A).- Detección de la lectura de temperatura del aire de retorno hacia el equipo Como primer paso del proceso se encuentra la detección de la temperatura del aire
de retorno que llega al equipo, el cual es llevado por medio de un ducto de lámina
forrado e impermeabilizado, donde es atraído por una turbina instalada en la cabina
del evaporador. El dispositivo termopar se encuentra ubicado cerca de la rejilla
T.A.E (toma de aire exterior) dentro del mismo ducto y se encarga de capturar la
temperatura que se encuentra en el flujo de aire de retorno.
La lectura de temperatura que generó el termopar es transmitida al programador set
point en forma de señal eléctrica (valor resistencia en Omhs). El programador por su
parte define con parámetros numéricos la demanda de enfriamiento que se debe de
aplicar dependiendo del rango de temperatura a la cual se programó el equipo,
contra la lectura de temperatura que se está generando en ese momento por el
termopar.
La tarjeta madre electrónica por su parte está en sincronía con el programador set
point todo el tiempo y ésta recibe la señal para definir en base a las temperatura
registrada el número de compresores que debe de poner a trabajar.
En la figura No. 45, se muestra el esquema de transmisión de señales eléctricas de
control y fuerza que se generan en el termopar hacia el programador, éste hacia la
tarjeta madre electrónica y por último en las bobinas de los contactores, que a su vez
activan el paso de energía (fuerza) hacia los contactores para que estos empiecen a
66
trabajar y comience el ciclo de compresión, condensación y evaporación del sistema
de refrigeración.
Figura No. 45, Esquema de transmisión de señales eléctricas de control y fuerza
El aire de retorno del equipo se conforma de 2 tipos: el del ambiente, y el rezagado
en el ambiente. Es decir se crea una mezcla entre el aire del ambiente del lugar y un
porcentaje de aire frío que no fue aprovechado en el intercambio de temperatura y
que será recirculado en el equipo para ser procesado nuevamente.
Nota: En esta parte del proceso si no se respeta el servicio que brinda el equipo de
mantener correctamente el confinamiento de las áreas (dejando mal cerradas las
ventanas, puertas, etc.) se dice que el equipo puede llegar a perder eficiencia por no
ser aprovechado al máximo su capacidad de enfriamiento. Se puede llegar a perder
gran parte de la carga de enfriamiento generada, se aceleraría el desgaste en los
componentes del equipo y se podría llegar a volver inestable por causa de estos
efectos.
Detección de la temperatura del aire de retorno por medio del termopar y lectura en el programador set point
Los Compresores trabajan recibiendo energía eléctrica por medio de los contactores activados por la tarjeta madre
Termopar tipo J
67
B).- Enfriamiento del aire de retorno El equipo cuenta con un sistema de refrigeración dividido en 2 circuitos, compuesto
por 4 compresores con capacidad de 15 toneladas de enfriamiento, un evaporador,
un condensador, una turbina de aire, 6 ventiladores y un sistema de tuberías con 2
válvulas de expansión, 2 válvulas de servicio y 45 kg aproximados de refrigerante R-
22, un sistema eléctrico de control y fuerza y varios elementos mecánicos, eléctricos,
electrónicos, etc. En conjunto todos estos elementos en el proceso se encargan de
hacer que la temperatura del aire de retorno disminuya de forma precipitada del
intercambio de energía de aire caliente en la tubería fría del evaporador. El aire de
retorno fluye a través de los serpentines del condensador provocando el intercambio
de energía calorífica haciendo que el aire del ambiente se vuelva frío súbitamente.
Para que el evaporador tenga una temperatura fría de entre 2 a 5 oC los compresores
se encargan de aumentar la presión y la temperatura al refrigerante R-22 que es
llevado por la tubería de descarga hacia el condensador, pasando después por la
válvula de expansión que permite disminuir la presión y la temperatura del
refrigerante de líquido a gas en el evaporador. De ahí se cumple que el refrigerante
de tipo primario a menor temperatura y menor presión absorbe calor y a mayor
presión y mayor temperatura disipa el calor.
En la figura No. 46, se muestra el componente válvula de expansión que se encarga
de disminuir la presión y la temperatura del gas refrigerante (de líquido a gas)
permitiendo que el ciclo de refrigeración se cumpla, sin este elemento no se podría
realizar el trabajo de absorción de calor.
Figura No. 46, Válvula de expansión
68
En la parte del condensador el refrigerante fluye a alta presión a causa de la
compresión generada en él, el calor absorbido por el evaporador y el calor generado
por las altas presiones (fricción) es disipado por medio de los ventiladores que están
ubicados encima del condensador en la parte superior del equipo, si los ventiladores
llegasen a fallar el ciclo del sistema de refrigeración tampoco se cumpliría ya que no
habría la disipación de calor. Las principales partes que conforman a la unidad
paquete de aire acondicionado en donde se aprecia el comportamiento de la
temperatura del aire de retorno la cual es de entre 24 a 28 oC, como se muestra en la
figura No. 47. El aire pasa por el evaporador en donde se realiza el intercambio de
temperatura (absorción de calor) obteniendo hasta ese momento una temperatura de
entre 8-10 oC, luego el aire frío es llevado por medio de un ducto grande de lámina
galvanizada, impermeabilizado y forrado con fibra de vidrio (esto para evitar que se
eleve la temperatura del aire frío en el trascurso del tiempo que tarda en llegar a su
destino) y se divide en ramales llamados gusanos o ductos flexibles que en sus
extremos van conectados a las rejillas de difusión las cuales se encargan de inyectar
el aire de manera uniforme en las áreas y espacios del edificio de centro de cómputo
a una temperatura de entre 15 a 18 oC aproximadamente. Obteniendo así en la
disipación real una temperatura de entre 20 y 24oC de temperatura confort.
Figura No. 47, Principales partes de la unidad paquete de aire acondicionado
CALOR
69
C).- Regreso del aire ambiente hacia el equipo, el ciclo se repite. El equipo por medio de la turbina lleva de regreso al aire del ambiente que se
encuentra en las áreas y espacios del edificio, y nuevamente se repite el ciclo
comenzando con la parte de censar la temperatura por medio del termopar y de ahí
se generan todas las señales de control entre el programador y la tarjeta electrónica,
posteriormente aparecen las señales de fuerza que hacen funcionar toda la parte
mecánica y eléctrica, haciendo constante el proceso de enfriamiento y volviendo
estable la eficiencia del equipo.
2.- Análisis del comportamiento de las temperaturas en las áreas de consumo de carga de enfriamiento en BTUS. Se realizó una investigación de campo para conocer el comportamiento de la
temperatura en las áreas donde el equipo enfría actualmente y se recabaron por
medio de un análisis de medición de temperaturas los siguientes resultados.
Se determinó por medio de la medición de temperaturas en varios espacios que el
equipo esta sobrado en cuanto a su capacidad ante las áreas que debe de enfriar, es
decir, el equipo está consumiendo energía de un compresor demás, deducido
teóricamente por las mediciones realizadas en varios laboratorios y áreas donde el
equipo inyecta aire frío, ya que se obtuvo como resultado temperaturas de hasta 17
grados centígrados, por lo que se podría deducir que la carga de enfriamiento se
llegara a abastecer con sólo 3 compresores manteniendo la temperatura solicitada
por contrato entre la institución educativa y la empresa de entre 20 a 24 oC.
Para llegar a esta conclusión antes mencionada se procedió al día siguiente a
realizar tomas de temperaturas en los mismos lugares pero esta vez sólo se puso a
trabajar a 3 compresores del equipo y el resultado fue que se obtuvieron
temperaturas agradables de entre 20 y 23 oC teniendo como referencia una
temperatura exterior a la sombra de 28.4 oC.
En la figura No. 48, se muestra la lectura de temperatura que se obtuvo en el
laboratorio del aula número 9 de centro de cómputo donde se utilizó como
instrumento de medición un termómetro de marca Amprobe (calibrado) que fue de
20.8 oC, lo que nos confirma hasta el momento que el equipo si puede llegar a
brindar el servicio solicitado con sólo 3 compresores trabajando.
70
Estos resultados dan la posibilidad de implementar la mejora al equipo adaptándose
a las condiciones actuales de servicio, es decir tratar de mejorar lo existente aún con
todo y la negligencia del usuario de tener las puertas y ventanas abiertas.
Figura No. 48, Temperatura aula No. 9
Las dimensiones visuales de la parte exterior de algunos laboratorios de cómputo, se
muestran a continuación en la figura No. 49.
Figura No. 49, Laboratorios de cómputo CC17 Y CC18, UPSLP
Con el fin de dar a conocer de una manera más clara la capacidad de enfriamiento
del equipo de aire acondicionado se realizaron los siguientes cálculos de cada
compresor en la unidad de medida de carga frigorífica=BTUs
Recordemos que una tonelada de refrigeración equivale a 12,000 BTU/h,
equivalentes a 3.024 Kcal/h o 3,516 kW.
71
Se añadieron los siguientes datos:
Capacidades de cada compresor Datos del compresor 1 (15 T.R.) Capacidad de tonelaje= 15 T.R. x 12,000 BTUS= 180,000 BTUS
Datos del compresor 2 (15 T. R.) Capacidad de tonelaje= 10 T.R. x 12,000 BTUS= 180,000 BTUS
Datos del compresor 3 (15 T.R.) Capacidad de tonelaje= 15 T.R. x 12,000 BTUS= 180,000 BTUS
Datos del compresor 4 (15 T.R.) Capacidad de tonelaje= 15 T.R. x 12,000 BTUS= 180,000 BTUS
Total capacidad de enfriamiento del equipo = 720,000 BTUS
En la figura No. 50, se muestra el esquema de las medidas en mts2 de las áreas
donde actualmente el equipo de aire acondicionado se encuentra brindando el
servicio en el edificio de centro de cómputo de la universidad, dándonos un total de
510 mts2 aproximadamente.
Total de áreas en mts2 donde enfría el equipo de aire acondicionado actualmente:
Figura No. 50, Áreas donde el equipo enfría actualmente
1 tonelada de enfriamiento equivale a 12,000 BTUS
72
Con estos datos se pudo determinar con el apoyo de la tabla No.10 el cálculo
aproximado de la capacidad de enfriamiento que el equipo pude llegar a solventar
todo en base a los mts2 de cada área y espacio en donde debe de enfriar. Más
adelante se encuentran estos cálculos.
A continuación se muestra la Tabla No. 9, en la cual se muestra la clasificación de
los estados por zonas de la república mexica, referente al clima que se representa en
cada una de las entidades, con el fin de indicarnos la capacidad en BTUs que se
deben aplicar dependiendo de la zona y de la medida del área en mts2 a la cual se va
enfriar o colocar un aire acondicionado.
Tabla No. 9, Clasificación por zonas de temperaturas de las ciudades de la república mexicana
Zona 1 Aguascalientes
Colima Guanajuato
Jalisco Nayarit Tlaxcala Zacatecas
Zona 2 D.F
Edo. de México Hidalgo
Michoacán Morelos Puebla
Querétaro
Zona 3 B. California Sur
Guerrero Oaxaca
San Luis Potosí Tamaulipas Veracruz
Zona 4 Baja
California Quintana
Roo Campeche Sinaloa Chiapas Sonora
Chihuahua Tabasco Coahuila Yucatán
Durango Nuevo León
Metros Cuadrados
(m2) Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4
0 a 4 6000 BTU 5400 BTU 6600 BTU 7200 BTU
4 a 8 8000 BTU 7200 BTU 8800 BTU 9600 BTU
8 a 12 10000 BTU 9000 BTU 11000 BTU 12000 BTU
12 a 16 12000 BTU 10800 BTU 13200 BTU 14400 BTU
16 a 20 14000 BTU 12600 BTU 15400 BTU 16800 BTU
20 a 25 18000 BTU 16200 BTU 19800 BTU 21600 BTU
25 a 30 24000 BTU 21600 BTU 26400 BTU 28800 BTU
73
La tabla sirvió como referencia para ubicar al estado de San Luis Potosí en la zona 3
y nos dice que de 26 a 30 mts2 se necesita una carga frigorífica de aproximadamente
26,400 BTUs para solventar esa área en mts2 que se requiere enfriar. En la figura
No. 51, se muestra los tipos de clima que se presentan en las 4 zonas geográficas
del estado de San Luis Potosí que son: Centro, Altiplano, Media y Huasteca.
Se puede apreciar que el tipo de clima que más abunda es el seco y semiseco, es
por ello que se considera un estado caluroso en la temporada de Verano y por ende
se requiere hacer uso de un equipo de aire acondicionado.
71%*
10%*
15%*
2.5%*
1.5%*
0.2%* *Referido al total de la superficie estatal. FUENTE: Elaborado con base en INEGI. Carta de Climas 1:1 000 000.
Figura No. 51, Diferentes climas del estado de S. L. P
74
Posteriormente se realizaron los siguientes nuevos cálculos
Datos La sumatoria antes realizada de las áreas en mts2 fue de 510 mts2
Apoyándonos en la tabla anterior se concluye lo siguiente:
Promedio de 30 mts2---------------------------26,400 BTUS de referencia
Reales 510 mts2-------------------------------448,800 BTUS requeridos
Tomando los datos reales del equipo el cual tiene la capacidad de otorgar =720,000
BTUs, se dedujo lo siguiente.
Los cálculos dicen que el equipo puede estar trabajando con 3 compresores y
descansando 1 compresor de capacidad de 15 T.R.
Se puede llegar a automatizar y hacer que vayan trabajando semanalmente (6 días)
de forma aleatoria, es decir que el desgaste en ellos sea parejo.
720,000 BTUs total que nos otorga el equipo
-448,000 BTUs requeridos aproximados por la cantidad de área en mts2
272,000 BTUs sobrados
-180,000 BTUs equivalentes a un compresor descansado
92,000 BTUs Se tendría a favor para compensar la carga calorífica que ejercen las
personas, computadoras y alumbrado.
Datos referenciales para realizar el consumo real en las áreas Por cada persona se requiere aproximadamente-------500 BTUs
Por computadora encendida----------------------------------400 BTUs
Por lámpara encendida-----------------------------------------400 BTUs
La universidad cuenta con 8 laboratorios en planta alta de los cuales 6 son de
capacidad para 40 alumnos y 2 con capacidad de 20 alumnos.
• En promedio ingresan 25 alumnos + 1 profesor en 4 laboratorios de cómputo cada
hora. (Existen 8 laboratorios los cuales se van ocupando aleatoriamente cada
hora).*
• Existen trabajando 5 personas administrativas en planta alta.
• Cuenta con 15 lámparas de alumbrado los laboratorios para 40 alumnos y cuenta
con 8 lámparas los laboratorios de capacidad de 20 alumnos.
• Se ocupan 26 computadoras en cada laboratorio solicitado.
(Datos promedio proporcionados por personal administrativo de la universidad).
75
Totales 109 personas x 500 BTUs = 54,500 BTUs
53 lámparas x 400 BTUs = 21,200 BTUs
104 computadoras x 400 BTUs = 41,600 BTUs
-------------------------------------------------------------------------
Total = 117,300 BTUs
BTUs a favor -92,000 BTUs
-------------------------------------------------------------------------
BTUs por compensar 25,300 BTUs
Estos BTUs requeridos por compensar variaran a causa de las temporadas del año,
pero ese dato por el momento no es posible calcular a ciencia cierta ya que se
requiere hacer un estudio de análisis de temperaturas en cada temporada para
determinar con datos las variantes que existirán a beneficio o en contra para el
equipo.
3.- Recopilación de información técnica del funcionamiento de los compresores. Se recopiló información acerca del tipo de compresor que utiliza el sistema de
refrigeración del equipo, con el propósito de conocer y entender el funcionamiento de
los elementos internos y externos del elemento, además de comprender el papel
importante que tiene en el sistema de refrigeración.
Por tal motivo se investigó a grandes rasgos la información de las características
técnicas y la manera de trabajar del compresor, la cual se muestra a continuación.
Datos técnicos del compresor Tipo de compresor Scroll 3-D
Capacidad 15 toneladas de enfriamiento (15 T.R.)
Alimentación y consumo Voltaje: Trifásico 220 Vca. Consumo de Carga: 13.4 Kilowatts
76
Tipo de aceite que utiliza Marca: Acemire 150. Rendimiento del aceite: 10,000
horas de lubricación Tiempo de vida 100,000 horas de trabajo
Tipo de refrigerante que comprime Gas freón R-22
Tipo de mantenimiento que se debe aplicar Preventivo: Cambio de aceite cada año
Predictivo: Por horas uso de trabajo
Correctivo: Dependiendo de la falla que llegara a presentar por un desgaste
mecánico en el Scroll, detectando compresión baja o por dejar pasar refrigerante
líquido en la succión.
En la figura No. 52, se muestra el tipo de compresor de tipo Scroll 3-D el cual se
encuentra en el sistema de refrigeración de la unidad paquete de aire acondicionado
Intellipak.
Figura No. 52, Tipo Scroll 3-D
Funcionamiento y características del compresor Los principios de funcionamiento En la figura No. 53, se muestran los pasos de trabajo del funcionamiento interno del
compresor de tipo Scroll 3-D.
77
Como primer paso el gas de aspiración se introduce en el compresor (A succión). El
gas pasa a través de la brecha entre el rotor y el estator (B), refrigeración del motor
(C). Luego, el gas entra en la cámara de toma (D) que rodea los rollos.
El aceite en el gas de aspiración se separa por cambiar de dirección y que incide
sobre las superficies dentro del compresor y luego drenar de nuevo al cárter de
aceite. Por último, el gas de succión se dibuja en el conjunto de desplazamiento
donde se comprime y se descarga en la cúpula del compresor. La cúpula de este
compresor actúa como un silenciador de gases calientes que amortigua las
pulsaciones antes de que el gas entre en la línea de descarga (E). [11]
Figura No. 53, Funcionamiento interno del compresor
Se investigó también la siguiente información para entender más a fondo el
funcionamiento de un compresor en un sistema de refrigeración.
78
Compresor en un sistema de refrigeración 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.
En la figura No. 54 se muestra el diagrama de etapas de refrigeración en donde
intervienen el condensador, la válvula de expansión y el evaporador, se observa que
se presenta en las etapas un a presión alta y una presión baja.
Figura No. 54, Diagrama de etapas de refrigeración
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.
En la ecuación general No. 4, se describe la capacidad de enfriamiento y el consumo
de energía por parte del compresor.
𝑊𝑊𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑚𝑚 ×
𝑛𝑛𝑛𝑛−1 × 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑛𝑛𝑉𝑉𝑖𝑖𝑛𝑛��𝑃𝑃𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑃𝑃𝑖𝑖𝑛𝑛
�𝑛𝑛−1𝑛𝑛 −1�
𝑛𝑛𝑖𝑖𝑖𝑖𝑜𝑜 × 𝑛𝑛𝑣𝑣𝑜𝑜𝑣𝑣 × 𝑛𝑛𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝑛𝑛𝑚𝑚𝑣𝑣𝑚𝑚 (4)
Dónde
Welec: Consumo de energía eléctrica en el compresor (kW).
Qevap: Capacidad de enfriamiento o carga térmica del sistema (kW)
79
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. [12]
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, como se muestra en la figura No. 55.
Figura No. 55, Compresor alternativo
80
En las figuras No. 56, 57 y 58, se muestra el ejemplo de los compresores rotativos
que poseen piezas giratorias en desplazamiento positivo que realizan el trabajo de
compresión de vapor a baja presión lo convierten a alta presión o en forma líquida
como es el caso del compresor de tipo Scroll, y los otros dos que son: de tornillo y de
lóbulos.
Figura No. 56, Compresor de tornillo
Figura No. 57, Compresor de lóbulos
81
Figura No. 58, Compresor tipo Scroll
Los compresores centrífugos, también poseen elementos giratorios pero lo que
aprovechan es la fuerza centrífuga, como se observa en la figura No. 59. [13]
Figura No. 59, Compresor centrífugo
82
4.- Análisis de consumo de carga de los compresores, costos y ahorros. Con el fin de conocer el consumo real de carga de cada compresor se realizaron las
siguientes mediciones con un amperímetro de gancho de marca Fluke. A
continuación se muestran los datos recabados los cuales serán de gran ayuda para
que más adelante se pueda calcular el consumo aproximado de potencia en cada
uno.
Datos de consumo de carga de cada compresor El compresor 1 de 15 T.R consume 41.2 amperes de carga.
El compresor 2 de 15 T.R consume 41.6 amperes de consumo de carga.
El compresor 3 de 15 T.R consume 41 amperes de consumo de carga.
El compresor 4 de 15 T.R consume 42.1 amperes de consumo de carga.
En la figura No. 60, se muestra el momento en que se está realizando la toma de
lectura de consumo de carga en la línea 1 del compresor 1, la cual fue de 41.2
amperes utilizando el instrumento de medición de nombre amperímetro de gancho.
El instrumento de medición fue proporcionado por el encargado del primer turno del
departamento de mantenimiento de nombre Pedro Gabriel Lobato Moreno.
Figura No. 60, Toma de lectura
Ya que se obtuvieron estos datos se procedió a realizar los siguientes cálculos para
obtener la potencia que consume cada compresor para fines de realizar cálculos de
costo de energía.
83
Ecuación No. 5, empleada para el cálculo de la potencia en un sistema trifásico
𝑃𝑃 = 𝑆𝑆 × cos𝜑𝜑 = √3 × 𝑝𝑝𝐿𝐿 × 𝐼𝐼𝐿𝐿 × cos𝜑𝜑 (𝑊𝑊) (5)
Dónde
P: Potencia activa en (W)
Cosφ: Factor de potencia
VL: Tensión de línea de la red trifásica
IL: Corriente de línea absorbida por la carga trifásica
Cálculo de consumo de potencia en Watts de cada compresor Cálculo compresor 1
Potencia= √3 (220v) (41.2 amps) (0.85 factor de potencia)
Potencia= 13,344.41 watts.
Cálculo compresor 2
Potencia= √3 (220v) (41.6 amps) (0.85 factor de potencia)
Potencia= 13,473.96 watts.
Cálculo compresor 3
Potencia= √3 (220v) (41 amps) (0.85 factor de potencia)
Potencia= 13,279.63 watts.
Cálculo compresor 4
Potencia= √3 (220v) (42.1 amps) (0.85 factor de potencia)
Potencia= 13,635.91 watts.
Ya obtenidos los cálculos anteriores de potencia en cada compresor se dedujo que si
se dejara descansar un compresor el resultado sería teóricamente hablando el
siguiente:
Poniendo como ejemplo el compresor 2 13,473.96 watts -----potencia de consumo
Horas de trabajo del compresor semanal 43 horas
Horas de trabajo del compresor mensual 172 horas
84
Horas de trabajo del compresor mensual 172 horas x 10 meses aproximados de trabajo = 1720 horas
Nota: Se está restando del año 2 meses donde se descansa al equipo por la
temporada de vacaciones (semana santa, verano y diciembre).
Cálculo de ahorro anual aproximado en pesos mexicanos
13,473.96 watts x 1720 horas de uso anual del compresor = 23, 175,211.2 watts.
23,175.21 kilowatts x $0.92 pesos (*tarifa intermedia recibo de luz del mes de Agosto 2015)
= $21,321.19 Ahorro anual aproximado
5.- Recopilación de información técnica de los elementos y dispositivos de control para la realización de un prototipo electrónico. Etapa 1 y 2. Etapa 1.- Se pidió la asesoría con un técnico electrónico de la universidad politécnica
de San Luis Potosí su nombre es Ángel Antonio Cisneros Rodríguez el cual brindó la
información necesaria acerca de las dudas que se tenían para poder desarrollar un
prototipo electrónico de control que satisficiera las necesidades que implicaba la
propuesta de mejora de automatizar la manera de trabajar del sistema de
compresores. Por lo cual hubo necesidad de reunirse con él varias ocasiones en el
taller de mantenimiento para tener una mayor visión de lo que se tenía que realizar,
utilizando un pintarron como herramienta de apoyo para plasmar las ideas y dar paso
a la creación del prototipo antes mencionado. Dentro de las actividades que se tuvieron que realizar fue la de solicitar una
cotización a la empresa Steren de los elementos y dispositivos electrónicos de mayor
importancia para conocer el costo y tiempo de entrega para poder comenzar a armar
el prototipo. Ver anexo 1.
Cabe mencionar que parte de la realización de este prototipo de control electrónico
fue gracias a los conocimientos adquiridos años atrás en las materias de control y
automatización recibidas en la Universidad Tecnológica de San Luis Potosí en los
85
años de la carrera Técnica e Ingeniería., y obviamente por los años de experiencia
de trabajo en otras empresas.
Se investigó la información técnica de los elementos cotizados para darle mayor
peso a las ideas planteadas y reforzar los conocimientos acerca de estos dispositivos
de control.
Gran parte de esta información se encuentra en la parte del marco teórico y del
marco referencial de este proyecto, por lo que en esta actividad sólo se agregó lo
más importante como fichas técnicas, simbología de cada uno de ellos y el costo del
material el cual se mencionó anteriormente que se encuentra en el anexo 1.
A continuación se muestra la lista del material que fue cotizado el cual se va utilizar
para armar el prototipo para la automatización del sistema de compresores de la
unidad paquete de aire acondicionado de 60 T.R.
Material utilizado: 2.- Protoboard
1.- Microcontrolador PIC modelo 16F877A-I/P
8.- Relevadores a 110 vca bobina a 5 vdc
4.- Transistores PN 2222
1.- Potenciómetro de 5 Komhs
11.- Resistencias de 330 Omhs
1.- Oscilador de 4 mega Hertz
2.- Capacitores de 1 microfaradio
1.- Regulador de voltaje modelo 7805
11.- Focos leds diferentes colores
1.- Dip switch 4 polos
1.- Push button
4.- Diodos 404
4.- Focos neón encapsulados 110 vca
1.- Display de 32 bits
1.- Pila de 9 vdc
Cables, cintas etc.
86
Etapa 2.- Se acude a la tienda de productos electrónicos a surtir la lista de materiales
cotizados unos días antes y posteriormente después de varios análisis de diagramas
en el pintarron se determinó a empezar a tomar un camino que nos permitiera llevar
el sentido lógico de cómo se quería que trabajase el prototipo de manera que
satisfaciera lo requerido que era permitir que el equipo trabajara con 3 compresores y
se descansara uno y que cada semana posterior realizará la misma coordinación
pero ahora descansando a otro compresor y que pusiera a trabajar al que ya había
dejado fuera esa semana, por lo que se determinó que primero se mandará a
programar el Microcontrolador PIC con otro compañero que se dedica a realizar ese
trabajo por medio de un software de nombre Proteus y otros elementos que él utilizo
para dejar listo al dispositivo para que mandase los pulsos necesarios simulando el
tiempo de trabajo de cada compresor y así poder manipular esos pulsos y
automatizar el sistema por medio de los elementos de control de los cuales no todos
fueron aceptados puesto que no cumplían con ciertas funciones para poder ser
viable el sentido lógico que el control requería.
En la figura No. 61 se muestra parte del material y la herramienta del trabajo
realizado con los elementos con los cuales se comenzó a armar el prototipo, se
puede apreciar también un multímetro, una etiquetadora y otras cosas que fueron
parte del desarrollo para la creación del prototipo de control electrónico.
Figura No. 61, Material y herramienta para crear el prototipo.
Fueron horas de trabajo y mucha paciencia para que poco a poco se viera el avance
del armado del prototipo de control electrónico con la colocación de los relevadores
con sus respectivas etiquetas como primer paso tal como se muestra en las figuras 87
No. 62 y 63. También se observa que se tenía mano de la herramienta del internet en
una laptop para que si surgía alguna duda en cuanto a un dispositivo de inmediato
recurrir a esta excelente ayuda.
Figura No. 62, Se comienza a colocar los relevadores en el protoboard
Figura No. 63, Colocación de las etiquetas a los relevadores
En las figuras No. 64 y 65 se muestra parte del avance en el protoboard, se observa
en las figuras que ya se encuentran colocados los relevadores con las nomenclaturas
K1, K2, K3, K4 Y A1, A2, A3, A4, las cuales representan las letras K, a los
compresores y las letras A, a las alarmas. También se observa que ya se encuentra
instalado algunas clemas, cables y una pila de 9vcd ya que se hicieron pruebas de
continuidad con el multímetro para verificar que los relevadores estuvieran
trabajando y cumplieran las funciones de normalmente abierto (N.A) y normalmente
88
cerrado (N.C) y así tener la seguridad que los elementos de control enviarán la señal
correcta al momento de ser accionados.
Figura No. 64, Nomenclatura de los relevadores de 5vdc bobina
Figura No. 65, Colocación de cables para las señales
Hasta esta etapa el prototipo se encuentra tal como se muestra en la figura No. 66
realizando las primeras funciones de simulación representadas con los indicadores
leds en K1, K2, K3 Y K4, los cuales muestran que el microcontrolador PIC envía
pulsos de 5vdc en ciclos de 18 segundos permitiendo que esas señales sean
utilizadas para accionar a los relevadores en normalmente cerrado y así hacer
trabajar a sólo 3 compresores y dejando fuera a uno, al cambiar el ciclo ahora el
compresor 1 que había quedado fuera (todo esto se puede apreciar en tiempo real 89
en el display con las nomenclaturas K1X, K2A,K3A,K4A en donde la X representa
que el compresor esta deshabilitado mientras que los otros están funcionando y que
a su vez se indica en los focos leds donde 3 están encendidos y 1 apagado en cada
ciclo de 18 segundos que vienen a representar 1 semana de trabajo y así cumplir
hasta el momento con lo requerido en el proyecto de mejora para la automatización
por medio de este prototipo.
Figura No. 66, Prototipo realizando ya ciertas funciones
6.- Realización del prototipo de control electrónico para automatizar el sistema de compresores. Etapa 3. Etapa 3.- Se mejoró el diseño del prototipo de control electrónico para la
automatización del sistema de compresores con los elementos y dispositivos de
control electrónicos ya determinados que son los siguientes: Protoboards con micro
controlador PIC16F877A-I/P, relevadores de control bobina de 5 vdc, display de 32
bits, focos leds transparentes, focos neón encapsulados, resistencias, capacitores,
switch, potenciómetro, transistores PN2222, diodos 404, oscilador de frecuencia,
regulador de voltaje, clemas, etc.). Se realizaron pruebas al prototipo y ajustes
necesarios. Se Recopiló video y fotografías.
En las figuras No. 67 y 68 se muestra el desarrollo de la 3ª etapa de la realización del
prototipo donde se le agregaron nuevos dispositivos indicadores para verificar que
las salidas del relevador fueran correctas, se le dio mayor presentación en el 90
protoboard y se realizaron pruebas de tiempo conforme a los pulsos enviados
directamente del microcontrolador PIC.
Figura No. 67, Se agregan nuevos indicadores para las señales
Figura No. 68, Desarrollo y ajustes del prototipo mejorado
En esta etapa también se logró que el diseño tuviera un cambio en cuanto a los
elementos indicadores con otros 4 focos leds de color rojo para las salidas de N.A de
los otros 4 relevadores que representan las alarmas, se añadieron los dispositivos de
control transistores PN2222, ya que por sí sola la señal que sale del PIC no lograba
tener la potencia suficiente para lograr magnetizar las bobinas de los relevadores y
esto impedía que el prototipo no funcionara de manera eficiente, pero con los
transistores se puedo inducir la señal directamente de la fuente que en este caso es
91
una pila de 9 vdc reducida a 5 vdc por el reductor de voltaje para que no dañara al
microcontrolador, tal como se muestra en las figuras No. 69 y 70.
Figura No. 69, Se agregan los 4 transistores PN2222 y focos leds
Figura No. 70, Cada relevador con su indicador led
El prototipo en esta etapa ya lograba coordinar las señales de salida del
microcontrolador PIC con la activación de los relevadores por la señal de entrada de
la fuente de la pila de 9vdc. Dicho voltaje reducido a 5vdc es inducido por el
transistor del colector al emisor hacia las bobinas de cada relevador. También en el
display se aprecia la lectura de las señales que a su vez de igual forma es
coordinada por el tiempo del ciclo de cambio del microcontrolador (18 segundos) y se 92
puede apreciar que mientras están 3 focos encendidos color verde (indican 3
compresores funcionando y 1 no funcionando) está activado el indicador A2 led rojo
que representa el K2 apagado y respectivamente en el display como K2X=
compresor inhabilitado, tal como se muestra en la figura No. 71.
Figura No. 71, Señales del PIC coordinadas con los indicadores
7.- Realización de pruebas al equipo con el prototipo de control electrónico. Evaluación de resultados. Se realizó el diagrama de conexión y simbología de todos los elementos utilizados en
la realización del prototipo de control electrónico de la etapa 3. Ver anexo 2
Se le volvió a dar una nueva presentación de imagen al prototipo, se le agregaron 4
focos neón encapsulado a 110vca, los cuales representan al voltaje de entrada de
las bobinas reales de los contactores del sistema de compresores, se le agregaron
nuevas conexiones, se le retiraron 2 relevadores (A3 y A4), ya que al momento de
estar frente al equipo realizando algunas pruebas se detectó que de los 4
contactores sólo 2 poseen switch auxiliares a 24vcd que representan en el indicador
digital de mando del equipo a los circuitos de los compresores (Circuito 1 y Circuito
2) teniendo como referencia a los contactores 2 y 4 del sistema quienes poseen un
switch auxiliar del lado derecho, tal como se observa en la figura No. 72 y 73 que
tienen como función mandar una señal a la tarjeta (N.C y N.A) por si algún día
llegara a fallar una bobina o algún contactor encendiéndose un indicador led de color
rojo que representa una alarma en el display de mando y la tarjeta madre deja de 93
mandar la señal a las bobinas y así dejar fuera algún compresor dependiendo del
problema ya sea de fuerza o de control, tal como se muestra en la figura No. 74.
Figura No. 72, Switch auxiliar a 24vdc
Figura No. 73, Switch de alarma
94
Figura No. 74, Display donde aparece la señal de alarma
Se procedió a realizar una pequeña prueba en la unidad paquete de aire
acondicionado conectando el prototipo de control electrónico en el sistema de control
de los compresores, pero antes se tomó la decisión por parte del jefe de
mantenimiento que se programara el equipo en modo de prueba en el display de
control para que trabajasen los 4 compresores pero dejando fuera la parte de la
fuerza eléctrica en los interruptores termo magnéticos ya que el prototipo hasta este
momento está programado a cierto tiempo de ciclo de 18 segundos que no es el
suficiente para estar encendiendo y apagando a los compresores de una manera real
ya que esto podría ocasionales algún daño mecánico, además de que la tubería del
sistema de refrigeración cuenta con sensores de presión que deben de cumplir cierto
tiempo de lectura y se encargan de liberar una señal generada por la compresión en
el sistema al momento de poner a trabajar a los compresores, y si no se respeta el
tiempo de ciclo esto podría quizá llegar a afectar a la tarjeta madre electrónica.
Por ello por precaución a no dañar el equipo se realizó la prueba sólo en los 4
contactores trabajando con las señales de las bobinas que estaban activas por la
tarjeta madre ya que estaba en modo de prueba a voluntad propia pero fuera de
programación porque era sábado por la tarde. Se recopilaron fotografías y un video.
95
A Continuación se muestra la secuencia de programación que se utilizó en el
microcontrolador PIC16F877A-I/P con la ayuda un software de programación de
nombre Proteus y la ayuda de mi compañero de trabajo.
Programación: sbit LCD RS at RB4_bit;
sbit LCD EN at RB5_bit;
sbit LCD D4 at RB0_bit;
sbit LCD D5 at RB1_bit;
sbit LCD D6 at RB2_bit;
sbit LCD D7 at RB3_bit;
sbit LCD RS Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD N Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD D4 Direction at TRISB0_bit;
sbit LCD D5 Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD D6 Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;
unsigned char ch;
unsigned int adc_rd;
char *text;
long tlong;
void main() {
INTCON = 0;
TRISD= 0;
TRISC=0;
PORTD= 255;
delay_ms(1000);
PORTD= 0;
delay_ms(500);
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
96
text = "KNDELAS";
Lcd_Out(1,1,text);
text = "K1 K2 K3 K4 ";
Lcd_Out(2,1,text);
delay_ms(1000);
while (1) {
PORTD= 238;
Delay_ms(500);
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
text = "l m m j v s d";
Lcd_Out(1,1,text);
text = "K1X K2A K3A K4A ";
Lcd_Out(2,1,text);
delay_ms(2000);
PORTD= 221;
delay_ms(500);
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
text = "l m m j v s d";
Lcd_Out(1,1,text);
text = "K1A K2X K3A K4A ";
Lcd_Out(2,1,text);
delay_ms(2000);
PORTD= 187;
delay_ms(500);
Lcd_Init();
97
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
text = "l m m j v s d";
Lcd_Out(1,1,text);
text = "K1A K2A K3X K4A ";
Lcd_Out(2,1,text);
delay_ms(2000);
PORTD= 119;
delay_ms(500);
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
text = "l m m j v s d";
Lcd_Out(1,1,text);
text = "K1A K2A K3A K4X ";
Lcd_Out(2,1,text);
delay_ms(2000);
}
98
8. RESULTADOS
Se logró automatizar el sistema de compresores de la unidad paquete de aire
acondicionado por medio del prototipo de control electrónico. El resultado en
pruebas, cálculos y referencias teóricas de la propuesta de mejora sostiene que la
unidad paquete de aire acondicionado puede trabajar con sólo 3 compresores sin
afectar el rendimiento y la eficiencia requerida en el servicio.
Se pretende obtener a futuro un 25% de ahorro anual de energía en el sistema de
compresores del equipo, el cual se verá reflejado en el recibo de energía de C.F.E y
será comparado con la cantidad total anual contra la del año anterior, pero hasta el
momento realizando los cálculos proporcionales a estos 2 meses (Octubre y
Noviembre del 2015) el ahorro económico quedaría de esta manera:
Resultados: Consumo de carga de un compresor: 13,473.96 watts
Horas de trabajo en 2 meses: 344 horas
Total de consumo de carga en estos 2 meses: 4, 635,042. 24 watts.
Tarifa intermedia recibo de luz del mes de Agosto 2015: $0.92 Pesos M.N por Kw
4,635.04 Kilowatts x $0.92 = $4,264.23 Pesos ----- Ahorro aproximado en 2 meses
Por su parte se dejaran de consumir aproximadamente 23,175.21 kilowatts de
consumo de carga anual y se ahorrará un estimado monetario de $21, 321.19
basando el cálculo en la tarifa actual intermedia de C.F.E (cálculos realizados en la
actividad 4).
De la mano con la propuesta de mejora se creó un prototipo electrónico el cual en las
pruebas realizadas en el equipo logró manipular las señales de control de las
bobinas de cada contactor simulando una automatización de trabajo de cada
compresor, se verificó que hiciera las funciones correctas en cada uno de ellos. Se
realizó una prueba en tiempo corto de 18 segundos por cada ciclo del
microprocesador PIC equivalentes en un futuro (cuando el prototipo sea aceptado y
autorizado para implementación) a un tiempo real a 1 semana de trabajo (6 días),
99
donde hasta el momento el diseño se considera aceptable por parte del asesor
industrial.
Con la prueba realizada y con los resultados positivos obtenidos hasta el momento
donde se pudo simular la automatización del trabajo de los compresores por medio
de un prototipo de control electrónico a un determinado ciclo de tiempo se puede
decir teóricamente hablando que el objetivo se está cumpliendo, razón fundamentada
como principio de todo en los cálculos realizados en la actividad 2, donde se
demostró por medio de una prueba y lecturas tomadas de temperaturas haciendo
funcionar al equipo con sólo 3 compresores se obtuvieron como resultado
temperaturas de entre 20 y 24 oC., esto quiere decir que realmente si se puede dejar
fuera 1 compresor y convertir ese descanso semanal en ahorro de energía sin
afectar el servicio que brinda el equipo.
En la figura No. 76 y 77 se muestra parte de lo que fue la prueba obteniendo un
resultado positivo a lo que se esperaba, pero que aún se tendrán que realizar otras
pruebas futuras para hacer una simulación con un clima quizá de época de verano
donde se puede mejorar los cálculos de eficiencia y obtener resultados más reales a
los que se han obtenido. Se logró que el prototipo mandara las señales necesarias
para el control de trabajo de cada compresor conforme al tiempo de ciclo al cual está
programado el microcontrolador PIC.
Figura No. 75, Pruebas realizadas al equipo con el prototipo de control
100
Figura No. 76, Señales de las bobinas manipuladas con el prototipo
8.1 Cambios Realizados al Proceso Cuando se integre por completo el prototipo en una tablilla fenólica en un tiempo
futuro con la autorización del jefe inmediato, los relevadores A1 y A2, serán los
encargados de seguir mandando la señal normalmente cerrada hacia la tarjeta para
que el dispositivo funcione de una manera que permita que no se alarme el equipo,
es decir se va a engañar a la tarjeta haciendo que aunque deje de funcionar un
compresor ella crea que el sistema sigue trabajando normal, pero esto no quiere
decir que el sistema será afectado, el funcionamiento seguirá igual pero como ya se
ha mencionada en repetidas ocasiones quedará fuera un compresor cada semana
para mejorar el servicio que el equipo brinda y se obtendrá un ahorro estimado de
energía a largo plazo calculado en la actividad 4 de la implementación del proyecto.
Las modificaciones antes mencionadas al prototipo se muestran en la figura No. 75,
ya sin 2 relevadores haciendo un total de sólo 6, haciendo que el dispositivo trabaje
de manera normal ya que no fue afectado en ninguna manera.
101
Figura No. 75, Prototipo renovado en imagen y ahora con sólo 6 relevadores
8.2 Impacto de la Mejora Propuesta
Como se ha mencionado anteriormente el proyecto es una propuesta de mejora que
ha tenido como resultado de cálculos de estos 2 meses un ahorro de $4,264.23
pesos M.N y un no consumo de energía de 4,635.04 kilo watts en el sistema de
compresores. También se ha mencionado que traerá beneficios en cuanto al
desgaste mecánico de cada compresor ya que estos dejarían de trabajar 10
semanas al año (2 meses y medio aproximadamente) lo que retardará el tiempo de
desgaste en ellos.
Otro de los impactos que traerá el proyecto de mejora es que al reducir la capacidad
de enfriamiento de un 100% a un 75% ya no existirá la posibilidad de tener
temperaturas menores a 20 oC por que 3 compresores generarían la cantidad de
540,000 BTUs en un área de 510 mts2 donde por cálculos se requieren sólo 448,800
BTUS para esa cantidad de área. Se evitará el sobre enfriamiento ya que el equipo
perderá capacidad para alcanzar temperaturas muy bajas pero seguirá cumpliendo
con la requeridas de 20 a 24 oC.
102
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
9.1 Conclusión General
Se concluye que era necesaria la elaboración del presente proyecto para obtener un
considerable ahorro de energía eléctrica en el sistema de compresores del equipo.
La propuesta de mejora ha dejado ver que se pueden llegar a realizar algunas
modificaciones al equipo de aire acondicionado para mejorar el servicio que hoy día
se ejerce en el edificio de centro de cómputo de la institución. Hay ciertas cosas que
se dejan de apreciar cuando los procesos de trabajo se hacen monótonos pero que
en realidad hay mucho que hacer para enriquecer el servicio y que a su vez puede
traer beneficios de ahorro como los que ya se han mencionado.
El prototipo de control electrónico es un ejemplo claro de que se puede modificar la
forma de trabajar de un equipo. Es bueno desarrollar las ideas que llegan a tener
fruto para el beneficio de la empresa y por qué no decirlo también de la humanidad.
En este caso en particular queda demostrado en forma teórica que no siempre los
diseños de instalaciones estarán hechos correctamente. En el tiempo que llevo
trabajando en la empresa siempre tuve la inquietud de por qué el equipo de aire
acondicionado enfriaba demasiado, todo este tiempo sólo manipulaba el
programador para dejar fuera algún o algunos compresores para compensar la carga
frigorífica, pero realmente esa no era la solución correcta ya que el problema seguiría
repitiéndose cada semana y eso era porque todo el tiempo las puertas de las aulas
de los laboratorios estarían abiertas y que hasta la fecha siguen igual. Es ahí donde
me di la tarea de investigar más a fondo qué posible solución se podría aplicar ante
esta situación, lo que me llevo a realizar varios cálculos y determinar que
efectivamente el equipo de aire acondicionado estaba sobrado y que había sido un
mal diseño de distribución de carga. Con esto se optó por llegar más allá de una
simple idea de sólo apagar manualmente un compresor cada semana, sino que lo
mejor sería hacerlo de forma automática. Es ahí donde nace la idea de automatizar
el sistema de compresores sin afectar al equipo y al servicio, que traería como
beneficio el descubrimiento de que se obtendrá matemáticamente hablando un
considerable ahorro de energía en el sistema. 103
9.2 Recomendaciones
Las aplicaciones más importantes que se pueden extraer de este proyecto son las de
automatización del sistema de control del tiempo de trabajo de los compresores del
equipo, con esto se resuelven los principales problemas del servicio que son el
exceso de enfriamiento y se rescata un importante ahorro de energía que tiene
también tiene un impacto ecológico evitando el mal uso de esta, por lo cual también
se hacen las siguientes recomendaciones.
• Continuar desarrollando el prototipo hasta mejorar el funcionamiento ya con el
microprocesador PIC programando en tiempo real equivalente a una jornada
de trabajo diario del equipo.
• Realizar el prototipo nuevamente pero ahora sobre una tablilla fenólica
soldado, ya que el actual se le pueden llegar a mover algunos cables y
dispositivos a causa de la vibración que ejerce el equipo.
• Realizar pruebas al prototipo de control electrónico en temporada de la
estación de verano ya que se consideran que es la mejor temporada para
realizar pruebas y cálculos más reales acerca de la temperatura que se
pretende obtener ya que el equipo trabajará solo a un 75 % de capacidad de
enfriamiento.
• Una vez ya implementado el prototipo e instalado en la cabina del sistema de
control se recomienda monitorearlo cada 2 días como prevención de que no
vaya a fallar, hacer esto por todo un mes cada 2 días, posteriormente hacerlo
cada semana, sólo como medida preventiva para seguir cumpliendo con el
servicio de aire acondicionado en ese edificio.
104
10. BIBLIOGRAFÍA
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[2] Muller, C.F. (2010). Manual de aire acondicionado y calefacción (42ª. ed.) México,
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[4] ANDI. EPM. UPB. (1998). Guías para el uso racional de energía por procesos en
la industria. Segunda Edición. Medellín: Editorial UPB.
[5] Yunus A, Cengel. Boles, Michael (2003). Termodinámica. Cuarta edición. México:
Mc Graw Hill.
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[7] www.paquetesdeaireacondicionado.com/aire-acondicionado-tipo-paquete.html,
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[8] http://www.ni.com/white-paper/10635/es/, Octubre 2015.
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[10] Br. Aníbal Hernández, Br. Danny Herrera (2004) IX Electrónica República
Bolivariana de Venezuela. Ministerio de la defensa Universidad nacional
experimental de la fuerza armada núcleo Maracay. Departamento
de electrónica, Maracay.
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[13] INACAP, Luis Coloma Rodríguez. Manual de Capacitación Buenas prácticas en
sistemas de refrigeración. Consultado en Marzo 30, 2006 en
www.conama.cl/portal/1255/articles-28343_recurso_2.pdf.
105
10. ANEXOS
Anexo 1
106
Anexo 2
107
108