Sistema De Acondicionamiento de AireJ. Acosta; J. Colina; R. Gusmán; J. Yela; J.

Departamento de EnergéticaUniversidad Nacional Experimental Francisco de Miranda

El acondicionamiento de aire es un proceso de tratamiento que controla el ambiente interior de una vivienda o local: mediante la refrigeración y la

calefacción según su necesidad. Cuando se cubren ambos servicios se habla de climatización.

Definicon de Acondicionamiento de Aire: El aire acondicionado es un aparato cuyo funcionamiento consiste en regular las condiciones en cuanto a la humedad y la temperatura dentro de un lugar cerrado. Esto lo hace a través de la refrigeración y la calefacción teniendo menor importancia la calefacción por que la humedad necesaria para calentar el aire se añade de manera natural por los procesos de respiración y transpiración de las personas.La función de refrigeración y des humidificación del ambiente se realiza en la temporada de verano por ser calurosa. La humedad en alto nivel hace subir la temperatura. El sistema de refrigeración que se utiliza es el de compresión mecánica el cual consiste en un ciclo de transferencia de calor que va desde las altas temperaturas del interior del lugar hacia el exterior. Mediante la evaporación de una sustancia denominada refrigerante esto se da en un serpentín llamado evaporador.Esta sustancia se encuentra en estado líquido a baja presión y temperatura.La calefacción se realiza en invierno, esta debe humectar el ambiente para impedir que este se vuelva muy seco y peligroso para la salud. Los sistemas de aire acondicionado de dividen en los autónomos y los centralizados siendo los primeros los más comunes son los que encontramos en las casas y los locales entre otros los cuales entregan la energía térmica (calor o frio) y tratan el aire. Y los centralizados que tienen uno o varios acondicionadores que dependen de un sistema central.

Historia del Acondicionamiento de Aire: En 1842, Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios: El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja como cuando enfriamos un café introduciendo una cuchara de metal a la taza esta absorbe el calor El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor. Cuando nos mojamos las manos con alcohol sentimos un frio esto se debe porque al evaporarse absorbe el calor de nuestras manos La presión y la temperatura están directamente relacionadasEn 1902, el estadounidense Willis Haviland Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire enfriado, desarrollando el concepto de climatización de verano.Por esa época, un impresor de Nueva York, tenía serias dificultades durante el proceso de impresión, debido a que los cambios de temperatura y humedad en su taller alteraban ligeramente las dimensiones del papel, impidiendo alinear correctamente las tintasPor lo cual no lograba imprimir una imagen decente a color. Carrier para resolver el problema: diseñó una máquina específica que controlaba la humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la historia.

Gracias al invento se pudo tener un ambiente estable que le permitió imprimir sin ninguna complicación el aparato para tratar el aire fue patentado en 1906.

Aunque Carrier es reconocido como el “padre del aire acondicionado”, el término “aire acondicionado” fue utilizado por primera vez por el ingeniero Stuart H. Cramer , en la patente de un dispositivo que enviaba vapor de agua al aire en las plantas textiles para acondicionar el hilo. Las industrias textiles fueron las siguientes en utilizar el sistema Carrier. Por presentar problemas por la ausencia de humedad esto creaba un exceso de electricidad estática, haciendo que las fibras de algodón se deshilacharan y fuera difícil tejerlas.

En 1915 carrier y 6 amigos ingenieros formaron la compañía Carrier dedicada a la innovación de su único producto el aire acondicionado

En 1921, Carrier patentó la Máquina de Refrigeración Centrífuga. También conocida como refrigerante centrifugado, fue el primero en acondicionar el aire en grandes espacios.

Las máquinas anteriores usaban compresores impulsados por pistones para bombear a través del sistema un refrigerante, a menudo amoníaco, tóxico e inflamable. Carrier diseñó un compresor centrífugo similar a las paletas giratorias de una bomba de agua. El resultado fue un enfriador más seguro y eficiente.

El nuevo sistema se estrenó en 1924 en una tienda departamental donde los asistentes se sentían mareados por el mal funcionamiento del sistema de ventilación por lo que se instalaron tres refrigerantes centrifugados carrier.

En 1925 ya alrededor de 300 salas de cines contaban con el sistema de aires acondicionado y luego se sumaron los hospitales, oficinas, aeropuertos y hoteles.

Las industrias florecieron con la nueva habilidad para controlar la temperatura y los niveles de humedad durante la producción. Películas, tabaco, carnes procesadas, cápsulas medicinales y otros productos

obtuvieron mejoras significativas en su calidad gracias al aire acondicionado.En 1928, Carrier desarrolló el primer equipo que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacía circular el aire para casas y departamentos, pero la Gran Depresión en los Estados Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares. Las ventas de aparatos para uso residencial no empezaron hasta después de la Segunda Guerra Mundial. A partir de entonces, el confort del aire acondicionado se extendió a todo el mundo.

Funcionamiento A/AEl acondicionador toma aire del interior de una recamara pasando por tubos que están a baja temperatura estos están enfriados por medio de un liquido que a su vez se enfría por medio del condensador, parte del aire se devuelve a una temperatura menor y parte sale expulsada por el panel trasero del aparato, el termómetro esta en el panel frontal para que cuando pase el aire calcule al temperatura a la que está el ambiente dentro de la recamara, y así regulando que tan frío y que tanto debe trabajar el compresor y el condensador.

Componentes A/A1. Compresor: Si hablamos de un

compresor de aire acondicionado, diremos que no sólo hay un tipo de ellos, si no tres: los concéntricos, los giratorios y los reciprocantes.

Concéntrico: Son los llamados sistemas de acondicionamiento del aire centrales

Giratorio: Son los utilizados en viviendas o departamentos, es decir en lugares domésticos, por lo que no requieren de grandes tamaños

Reciprocantes: Son los similares a los de los motores de los automóviles. Es el tipo de compresor adecuado para lugares de alojamiento pequeños.

2. Condensador: Se encarga de enfriar el gas caliente proveniente del compresor del aire acondicionado, lo enfría de tal manera que se evapora y luego se convierte en liquido.

3. Válvula de Expansión: A esta válvula llega el gas licuado procedente del condensador, por  lo que tiene un acoplamiento para entrada 9 y otro de salida 19.

Su construcción podemos considerarla como en forma de cruz.

Entre la entrada y la salida hay un cierre, normalmente una bola de acero 15, que empujada por un resorte 14

efectúa el cierre. Este resorte es regulable por un tornillo inferior 13.

En la parte superior se encuentra una membrana de acero redonda cerrada por dos tapas, una inferior 20 que va soldada al cuerpo de la válvula 12 y otra superior 6 soldadas entre sí. A la tapa superior lleva soldado un tubo capilar 2 al final del cual se efectúa arrollamiento que actuará como sensor.  Este arrollamiento se hace para ganar superficie de sensor pero también se utiliza un tramo de tubo más grueso cerrado por un extremo y con el tubo capilar soldado al otro extremo.

En la parte inferior de la membrana hay un platillo de apoyo y el eje 17 que se apoya en el otro extremo de la bola cierre.

4. Evaporador: es un intercambiador de calor en el cual se efectúa el paso del refrigerante de fase líquida a fase gas.

Este tipo de evaporador está formado por varios serpentines de tubos de cobre o aluminio en forma de horquilla que se montan por un lateral del evaporador entre aletas en forma de placas.Cuando está completado el montaje de tubos en las aletas, estos son expansionados de forma mecánica con lo cual se logra que el tubo quede prensado al alojamiento labiado de las aletas lográndose con ello un prefecto contacto entre el tubo y la aleta y que las aletas queden situadas a la distancia exacta para la que han sido fabricadas.Las placas de aletas, además de los agujeros labiados son prensadas en un ligero zigzag para lograr que el aire al pasar entre ellas lo haga chocando constantemente y así ceda mejor el calor.

Finalmente el panel formado poro los tubos en horquilla y las aletas es acabado soldando las curvas que cierran los serpentines y los acoplamientos de entrada y salida de gas.

Tipos A/A 1. Expansión directa

A/A ventana: Una caja cuadrada contiene todas las partes funcionales del sistema. Debe colocarse en un boquete practicado a la pared de tal forma que quede una mitad del aparato en el exterior y la otra mitad en el interior. Ventajas: Bajo costo de instalación. Fácil mantenimiento. Inconvenientes: Suelen consumir un poco más de electricidad. Son, por lo general, ruidosos y en algunas comunidades no se permiten al tener que hacer un gran boquete en la pared del edificio.

split y multisplit: split (de pared): Son los equipos

que más se están instalando en la actualidad ya que presentan muchas ventajas frente a los de ventana y

son relativamente económicos.

La unidad que contiene el compresor se encuentra en el exterior del edificio y se comunica con la unidad interior (evaporador - condensador) mediante unos tubos por lo que el agujero que hay que practicar en la pared es relativamente pequeño.

split (consola de techo): Su funcionamiento es similar a los de pared aunque suelen ser de mayor capacidad. Su instalación es mas costosa y compleja. Ventajas: Elevada capacidad en un solo equipo (desde 36000 hasta 60000 BTU) muy indicados para grandes espacios.

Multisplit: es sistema con unidades interiores que funcionan de manera

independiente unas de otras según la necesidad de cada local, conectadas a una unidad exterior.

La aplicación de estos sistemas se encuentra en instalaciones de gran variabilidad térmica y diferente demanda de potencia y/o diferentes modalidades de uso. Como lo son hoteles, oficinas; también en instalaciones donde no es posible instalar grandes ductos, ni se pueden hacer remodelaciones como ocurriría si se usara un A/A de ventana.

Sistemas de caudal variable de refrigeranteen el mercado se conocen por las siglas CVR ,VRF o VRV. Permiten conectar varias unidades interiores a una sola unidad exterior o conjunto de unidades exteriores (se acoplan en filas para sumar potencia) por medio de un circuito principal de 2 3 ó 4 tuberías de cobre debidamente aisladas. Utilizan la tecnología Inverter y válvulas de expansión electrónicas para conseguir un control continuo del caudal de refrigerante en función de la demanda de la instalación. El sistema VRF controla individualmente cada unidad interior. Los elementos fundamentales del sistema: son 3: el convertidor, el inverter y el compresor. •Convertidor: componente del Inverter cuya función específica es transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).•Inverter: el elemento fundamental del sistema es un dispositivo electrónico de control situado en la unidad exterior que permite modificar la frecuencia de la corriente, y de este modo, la velocidad del compresor.

•Compresor: compresor especial de velocidad variable. Modula la capacidad para ajustarse a la demanda. Tambien se combinan varios compresores normales con uno de velocidad variable.La red de tubos de cobre puede variar de diámetro para adecuarlos a la potencia

requerida. La Clasificacion de sistemas CVR según el modo de suministro térmico: Solo Frio: las unidades interiores

solo pueden refrigerar . Bomba de calor: las unidades

interiores funcionan simultáneamente en modo de refrigeración o en modo calefacción.

Recuperación de calor: se dispone simultáneamente la posibilidad de

calentar o enfriar

Características control continuo del caudal de

refrigerante varia la corriente en el compresor

de alterna a continua para ajustar su capacidad a la demanda energéticas

alcanza antes la temperatura deseada y se reducen las fluctuaciones de temperatura.

Ventajas Menores espacios de paso de tuberías Múltiples tipos de unidades interioresDesventajas Elevado costo inicial La red de tubos puede ser

susceptible a fugas

2. Evaporador: A/C agua helada

Sistema Chiller: Un Chiller (o enfriador de agua) es un aparato industrial que produce agua fría para el enfriamiento de procesos industriales. Un chiller es un sistema completo de refrigeración que incluye un compresor, un condensador, evaporador, válvula de expansión (evaporación), refrigerante y tuberías, además de bomba de impulsión de agua a/desde el proceso, sistema electrónico de control del sistema, depósito de agua, gabinete, etc.

Cuando el sistema lleva Unidad Generadora de Agua y este tiene Condensador Enfriado por Agua, requiere de dos circuitos:

1. Un circuito que transporte y distribuya el Agua Helada que demande la Carga Térmica del Edificio.

2. Otro circuito que transporte el Agua de Condensación para proporcionar el gasto necesario y eliminar el calor rechazado por el Refrigerante en el Condensador de la Unidad Generadora de Agua, y la Torre de Enfriamiento.

Cuando la Unidad Generadora de Agua utiliza Condensador Enfriado por Aire, entonces únicamente se requiere el circuito de agua helada.

Como funciona El chiller básicamente opera como lo indica el ciclo de Carnot: un fluido refrigerante (usualmente conocido a través de la marca comercial Freón) en estado líquido, se fuerza a experimentar su evaporación debido a una baja de presión en el sector conocido como evaporador adonde además y fundamentalmente, toma calor del agua con la que indirectamente se pone en contacto. Es exactamente en ese lugar adonde se produce el enfriamiento propiamente dicho del agua.

Refrigerante:Es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente.Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes mencionado, debe poseer ciertas propiedades físicas, químicas y termodinámicas que lo hagan seguro durante su uso.Propiedades del refrigerante Baja temperatura de ebullición Fácilmente manejable en estado

líquido Alto calor latente de vaporización No inflamable No corrosivo Químicamente estable Moderadas presiones de trabajo Fácil detección y localización de

pérdidas Inocuo para los aceites lubricantes Bajo punto de congelación Alta temperatura crítica Moderado volumen específico de

vapor Bajo costo

Mantenimiento preventivo A/A En equipos individuales verificar con cierta frecuencia la carga de refrigerante, presiones de funcionamiento y amperajes de consumo. Se supone que el sistema debe poseer un adecuado contrato de mantenimiento. Se debe destacar que en un equipolon serpentines sucios no se transfiere el calor adecuadamente y por lo tanto consume más energía.Limpiar los serpentines o superficies de intercambio de calor de los condensadores, evaporadores y filtros de aire de los equiposunitarios o individuales según el uso. Por ejemplo, equipos en zonas de poca contaminación requieren que esto se haga unao dos veces al año.Desincrustar los condensadores de las unidades enfriadoras de agua (chillers) con la frecuencia requerida en equipos centrales. Para 64 65

desincrustar los condensadores se debe abrir parcialmente elchiller y mediante métodos mecánicos y/o químicos se procedea eliminar la pequeña capa de carbonato de calcio o “incrustaciones“ adheridas en la parte interna de los tubos del intercambiador de calor. Estas Incrustaciones se deben a las sales y otras sustancias disueltas en el agua, llamadas también “durezas del agua”, las

cuales al depositarse en los tubos internos del equipo reducen notablemente su transferencia de calor. Para reducir estas incrustaciones, cuando el agua es muy “dura”, se requiere de una planta de tratamiento. Mantener adecuadamente las plantas de tratamiento de agua y lastorres de enfriamiento del sistema.Verificar el buen funcionamiento de bombas, válvulas de control y otros elementos del sistema. Comprobar las conexiones eléctricas, cada año.Controlar el aislamiento de los conductores de agua fría cada año. Controlar el aislamiento de los conductos refrigerantes cada año.Verificar la carga de refrigerante, presiones de funcionamiento y amperajes de consumo con cierta frecuencia. Es recomendable que el sistema posea un adecuado contrato de mantenimiento.

Referencias

Universidad Central de Venezuela (UCV).Guía de Operaciones de Ahorro de Energía Eléctrica en Edificaciones Públicas. (2002), pág.64

Foro frío [internet] www.forofrio.comDisponible en: http://www.forofrio.com/index.php?option=com_content&view=article&id=93:sistemas-de-caudal-variable-de-refrigerante&catid=9:actualidad&Itemid=54

Nomenclatura: A/A: aire acondicionadoCVR: caudal variable de refrigerante