12IntroduccinEl acondicionamiento de aire es el proceso que se considera ms completo en el tratamiento del aire ambiente deloslocaleshabitados.Consisteenregularlascondicionesencuantoatemperatura,humedad,limpieza (renovacin, fltrado) y el movimiento del aire dentro de las reas acondicionadas. El aire acondicionado en nuestro pasesutilizado principalmente en:Acondicionamiento de recintos paraconfort humano en edifcacionesadministrativas o comerciales.Acondicionamiento en el procesamiento deproductos mdicos o alimentarios.Confort a los clientes hoteleros de las zonascosteras o bien residencias.En sntesis, podemos decir que elusodeaireacondicionadoestasociadoal confort humano en un espacio determinado.3Fundamentos TericosEl acondicionamiento de aire es el proceso mediante el cual elaire ambiente interiorde un recinto es tratado con el fn de establecer y mantener los estndares requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento.El proceso trabaja bajo el mismo principio que los sistemas de refrigeracin, y se diferenciaen la temperatura, ya que los sistemas de acondicionamiento de airetrabajan comnmente por arriba de los 16 C. La principal funcindel aire acondicionado es el control de:1. Temperatura: La temperatura del aire se controla calentndolo o enfrindolo.2. Humedad: La humedad, es el contenido de vapor de agua en el aire, se controla agregando o eliminando vapor en el aire (humidifcacin o des humidifcacin).3. Limpieza: La limpiezadel aire se controla mediante la fltracin que es la eliminacin de contaminantes indeseables o mediante la ventilacin, que es la introduccin de aire exterior alespacio interior, con el cual se diluye la concentracin de contaminantes.4. Movimiento: Se refere a la velocidad del aire y a los lugares hacia donde se distribuye. Se controlamediante el equipo adecuado para distribucin de aire.El acondicionamiento de aire se logra aprovechando del calor de cambio de fase (calor latente) de un fuido, mediante la evaporacin de un fuido refrigerante en un circuito cerrado y posterior condensacin, por medio de una energa externa, para repetir el ciclo. Parasaberconclaridadelestadodeconfortaalcanzar,esimportantehacerelanlisisdelosgrfcos psicomtricos. En el caso de este documento nicamente nos enfocaremos al acondicionamiento de aire por medio de circuito cerrado. Dicho proceso se basa en el ciclo saturado simple cuyo anlisis se logra mediante el clculo de sus variables en las cuatro etapas termodinmicas al que est expuesto el refrigerante en el diagrama de presin -entalpa, este sistema consta bsicamente de cuatro equipos primordiales que son: el evaporador, el compresor, el condensador y la vlvula de expansin.4Ciclo ideal de refrigeracin por compresin En este ciclo, el refrigerante se evapora y se condensa, comprimindolo, alternativamente para luego volver a la fase de vapor. Est compuesto por cuatro procesos:Compresin isentrpica en un compresor, donde se lleva a cabo la compresin del gas refrigerante.Disipacin de calor a presin constante en un condensador. Las tecnologas del condensadorabarcan el de aire forzado, transferencia por agua o evaporativo.Estrangulamiento en un dispositivo de expansin y consiguiente evaporacin.Absorcin de calor a presin constante en un evaporador.Regi nde L qui do Subenfri adoVl vul adeexpansi nEvaporadorCondensadorCompresorRegi nde Cambi odeFaseRegi ndeVaporSobrecal entadoEntal p a5Tal como se mencion con anterioridad, el refrigerante recorre el circuito cerrado y es obligado a pasar por los estados de la materia lquido gaseoso, gaseoso lquido. Cada refrigerante tiene propiedades termodinmicas diferentes.A nivel industrial esto se logra mediante la mquina llamada Chiller, la cual es un tipo de mquina trmica generadora que transforma algn tipo de energa, habitualmente mecnica, en energa trmica para obtener y mantener en un recinto una temperatura menor que la temperatura exterior. La energa mecnica necesaria puede ser obtenida previamente a partir de otro tipo de energa, como la energa elctrica mediante un motor elctrico, otros tipos de tecnologas utilizados son los conocidos aires acondicionados tipo Split, multisplit, VRV, Cassette, ventana, entre otros.En resumen, el evaporador absorbe el calor del recinto que queremos enfriar, el compresor aumenta la presin del refrigerante para facilitar la condensaciny posibilitar la circulacin del fuido. La vlvula de expansin reduce la presin provocando el enfriamiento del refrigerante.LaefcienciadelsistemadeaireacondicionadoselogramedianteelclculodelCOP(Coefcientede rendimiento) COP = Calor Extrado / Trabajo realizado por el motorEn cuanto a sistemas split o multiSplit, VRV o tipo cassette, la efciencia energtica tambin se logra calcular mediante la frmula:Razn Efciencia Energtica (REE) = Capacidad de enfriamiento del equipo / Potencia promedio de entradaREE = (BTU/h) / WREE = 3,413 x COPREE 0,875 x SEER 121. Sistema de Volumende Refrigerante Variable.2. Razn de efciencia Energtica Estacional por sus siglas en ingls.EntradadeCal orEl ectri ci dadSl i dade Cal or2) Compresi n3) Condensaci n4) Expansi n1) Evaporaci nEvaporador( a) Vl vul ade Expansi nCondensadorMotor6Las oportunidades de ahorro energtico deben estar orientadas directamente a solucionar las causas que provocan un alto consumo, producto de la prdida de efciencia del equipo por obsolescencia tecnolgica o los malos hbitos en el uso de los equipos, dichas causas pueden ser de diseo e instalacin de los equipos o bien en la operacin del mismo.Buenas PrcticasDiseo e InstalacinRealizar el diseo de cargas trmicas para asegurar la correcta capacidad a instalarse.Valorar la instalacin de unidades de alto COP (> 4) o bien REE (> 14).Polarizar vidrios con lminas que permitan el paso de luz visible, pero no radiacin infrarroja o bieninstalar persianas o algn obstructor de radiacin directa. Los equipos Multi Split o VRV son los ms efcientes del mercado.Utilizar pintura de techo blanco en los recintos acondicionados.Instalacin del condensador sin obstrucciones en la salida de aire como una pared u otro condensador.Ubicar el condensador en un lugar donde la mayor cantidad de horas al da no reciba radiacin solardirecta pero si agua de lluvia.Si el condensador se instala en el techo, ste deber estar al menos a 25 cm o ms de distancia delmismo.OperacinControl adecuado de temperatura, la temperatura se establece en el estndar 55 Condicionesambientales trmicas para las personasde la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeratingand Air Conditioning Engineers), dicho estndar estudia las diferentes condiciones en las que estexpuesta la persona en un ambiente laboral y estableceel mbito como temperatura de confort entre22C y 25C con una humedad relativa del 60%. Desde el punto de vista prctico y terico se calculaun 4% de reduccin de energa por cada grado centgrado de aumento de temperatura.Mantenimiento y limpieza regularesMal diseoBajaeficienciaFugas de refrigeranteAlta temperaturapor ingreso de calordebido a mal aislamientoOperacin del sistema de A/C sin ocupacin delrecinto climatizadoCausas de prdida de Efciencia Energtica7Sistema de refrigeracin operando inefcientementeUn hotel costero requiere de la adquisicin de equipos de aire acondicionado para mejorar el confort de los huspedes, de acuerdo con el anlisis del diseo del sistema requerido, se establece que se requiere un sistema con una capacidad de 18.000 BTU/h (4.535 kcal/h), se estima que el equipo va a funcionar 10 horas al da, 3 das a la semana. Determine:Se tienen 2 opciones:Sistema Split 18.000 BTU/h conun SEER de 13 Sistema Split 18.000 BTU/h conun SEER de 18Cul es la mejor opcin para el empresario?Cunto ahorro representa el preestablecer una temperatura de 23C en lugar de 20C en las habitaciones?Cunto se ahorra si se instala un polarizado en las ventanas que dan directamente a la radiacin solar con un coefciente de sombreado de 60%, son 2ventanas y juntas miden 2 m de rea, enlos 8 latitud SE en el mes ms caluroso, abril.Solucin: Segn la frmula REE 0,875 SEER, se tiene:Opcin a: Para un SEER de 13 se tieneentonces un REE = 0,875 x 13, lo que nos da un REE de 11,38. Si la capacidad de enfriamiento es de 18.000 BTU/h, entonces la potencia elctrica (P = (BTU/h) / REE) de esta opcin es de 1.582 Watts.Se supone que el A/C actual en operacin es del tipo a cuyo consumo de energa anual con un SEER es de13= 1.585 Watts x 10 horas/da x 3 das/semana x 52 semanas/ao= 2.473 kWh/aoCaso Prctico8Opcin b : Para un SEER de 18 se tieneentonces un REE = 0,875 x 18, lo que nos da un REE de 15,75. Si la capacidad de enfriamiento es de 18.000 BTU/h, entonces la potencia elctrica (P = (BTU/h) / REE) de esta opcin es de 1.143 Watts.Por lo tanto, energticamente se obtiene un ahorro de 439 Watts por cada unidad tipo b que se elija. Anualmente el ahorro de electricidad representa lo siguiente para un factor de uso igual a 1:Ahorro anual = 439 Watts x 10 horas/da x 3 das/ semana x 52 semanas/ao= 685 kWh al ao/ unidadUn 28% de ahorro respecto al uso del A/C con un SEER de 13El empresario debe elegir el A/C con un SEER de 18Suponiendo que el A/C en operacin es del tipo a se tiene un consumo energtico anual 2.473 kWh/ao. Segn el ejemplo anterior,estimamos que se encuentra trabajando a 20 C y lo queremos subir a la temperatura de 23C. Debemos saber que la reduccin del consumo energtico es de cerca de un 4% por cada grado centgrado de aumento en la temperatura al alcanzar ms pronto el nivel de modulacin, por lo tanto, con el aumento de 3 C se reduce un 12 % el consumo de electricidad.kWh Ahorrados = 297 kWh / ao / unidadUn 12% de ahorro respecto al uso del A/C con un SEER de 139Al tener 2 ventanas de 1 m, se tiene un rea total de 2 m (21.52 ft), por lo tanto, por medio de la siguiente expresin calculamos:Q = FGCS x A x CS x FCE Donde: Q= Ganancia neta por radiacin solar a travs del vidrio.FGCS = Factor de ganancia mxima de calor solar, y es medido enBTU/h-ftA= rea del vidrio, ftCS= Coefciente de sombreadoFCE = Factor de carga de enfriamiento para el vidrio. Es el caso de Costa Rica se localiza en la latitud 10 N, y se calcula para el 21 de abriluna radiacin de los vidrios proveniente del SE, que para este caso FGCSes 184 BTU/h-ft el rea es 21.52 ft, el CS es 0.83 al no tener polarizado, y fnalmente el FCE es 0.57Entonces; Q = 184 x 21,52 x 0,83 x 0,57Q = 1.873 BTU/hSi le ponemos un cobertor polarizado con un CS = 0.60Entonces; Q = 184 x 21,52 x 0,60 x 0,57Q = 1.354 BTU/hDe esta forma, el ahorro energtico que se obtiene por la reduccin de carga trmica irradiada hacia el recinto acondicionado, es de: Q = 1.873 1.354 = 519 BTU/h reducidos.3453. Datos tomados del libro Aire acondicionado, principios y sistemas de Edward G. Pita.4. Es la ganancia mxima de calor solar a travs del vidrio de 1/8 de pulgada en un mes, orientacin y latitud dados.5. Para visualizacin de datos, consultar ASHRAE Handbook.10Continuando con el ejercicio, el A/C de referencia es el tipo a con un SEER de 13 (REE = 11,38), por lo tanto la potencia ahorrada por el polarizado es de:P = (519BTU/h)/11,38) = 46 WLa energa elctrica anual ahorrada es de:E = 46 W x 10 horas/da x 3 das/semana x 52 semanas/aoE = 72 kWh/aoPor lo tanto, representa una disminucin en el consumo de energa de un 3,0%; es decir,72kWh/ao.Un 3.0% de ahorro de energa con la instalacin de refectores de calor, con un coefciente de sombreado de un 60% al estar operando un A/C con un SEER de 13.11Instalacin deA/C eficientes685kWh/ao28%Aumento detemperatura297kWh/ao12%Polarizado72kWh/ao3%Medidas de ahorro de energaEnergaahorradaPorcentajede ahorroConsumo actualdel equipo deA/C con unSEER de 132.473kWh/aoResumen de ahorros de energa:12