Sistemas de Aire Acondicionado

Sistemas de Aire Acondicionado (AA)Universidad Tecnolgica de ChihuahuaIngeniera en Energas Renovables

Gilberto MrquezElizandro GonzlezAndrea OlivasOscar Acosta

Qu es el Aire Acondicionado?Un aparato de aire acondicionado sirve, tal y como indica su nombre, para el acondicionamiento del aire. ste es el proceso ms completo de tratamiento del ambiente en un local cerrado y consiste en regular la temperatura, ya sea calefaccin o refrigeracin, el grado de humedad, la renovacin o circulacin del aire y su limpieza, es decir, su filtrado o purificacin.

Los Climatizadores Evaporativos y los Aires Acondicionados son dos cosas distintasLos Climatizadores Evaporativos se basan en un principio bastante sencillo, principalmente constan de un ventilador y de algn elemento que permita que se evapore agua al colocarlo frente al flujo de aire. De manera queel resultado es un chorro de aire ms fro y hmedo que el ambiente.

Historia y AntecedentesEn 1842, Lord Kelvin invent el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el cientfico cre un circuito frigorfico hermtico basado en la absorcin del calor a travs de un gas refrigerante.

En 1902, el estadounidense Willis Haviland Carrier sent las bases de la refrigeracin moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificacin del aire enfriado, desarroll el concepto de climatizacin de verano.

Las industrias florecieron con la nueva habilidad para controlar la temperatura y los niveles de humedad durante la produccin. Pelculas, tabaco, carnes procesadas, cpsulas medicinales y otros productos obtuvieron mejoras significativas en su calidad gracias al aire acondicionado.

En 1928, Willis Haviland Carrier desarroll el primer equipo que enfriaba, calentaba, limpiaba y haca circular el aire para casas y departamentos, pero la Gran Depresin en los Estados Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares. Las ventas de aparatos para uso residencial no empezaron hasta despus de la Segunda Guerra Mundial. A partir de entonces, el confort del aire acondicionado se extendi a todo el mundo.

Principios de RefrigeracinCoeficientesEER(Energy Efficiency Ratio) yCOP (Coefficient of Performance)La caracterstica fundamental de los equipos de aire acondicionado para determinar suficiencia energticaviene determinada por los coeficientesEERyCOP.

EER(Energy Efficiency Ratio)El EER es elndice de eficiencia energticade una mquina frigorfica en la modalidad de refrigeracin y expresa la relacin entre la potencia frigorfica total que genera el equipo y la potencia elctrica consumida.COP (Coefficient of Performance)El COP es elcoeficiente de rendimientode una mquina frigorfica en la modalidad de calefaccin y se refiera a la relacin entre la potencia calorfica total y la potencia consumida por el sistema de aire acondicionado, ambos son sinnimos de eficiencia.A continuacin se muestran los coeficientes EER y COP y las clases de eficiencia energtica a la que corresponden para equipos que tienen una unidad exterior y dos o ms unidades interiores.

Calor LatenteCuando un lquido pasa al estado gaseoso, toma calor latente; cuando un gas se condensa y pasa al estado lquido, cede calor latente. Durante esos procesos la temperatura no experimentar cambio alguno.Calor SensibleCantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado fsico (cambio de fase). Cuando a un cuerpo se le suministracalorsensible en este aumenta latemperatura.Presin atmosfrica o Baromtrica: es la presin que genera la columna de masa de aire que se encuentra sobre un cuerpo a la intemperie.Presin manomtrica: es la presin que se encuentra dentro de un sistema cerrado pudiendo ser presin o vaco, ejemplo.- la presin dentro de un tanque de gas.

Presin Absoluta: es la presin que se mide desde el cero absoluto, lo que significa que no se contempla el vaco cuando la presin es menor a 1ATM= 1 atmosfera.Presin relativa: es la presin que se toma a partir de la presin atmosfrica tomando cualquier presin menor a 1ATM como presin negativa vaco o succin.

Ciclo de CarnotEl ciclo de Carnot se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad decalorQ1de la fuente de alta temperatura, cede un calor Q2a la de baja temperatura produciendo untrabajosobre el exterior.El rendimiento del las maquinas cclicas de Carnot es mayor que es de cualquier mquina que funcione cclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. Unamquina trmica que realiza este ciclo se denominaMquina de Carnot.Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la mquina absorbe calor de la fuente fra y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la mquina. Si el objetivo de esta mquina es extraer calor de la fuente fra se denominamquina frigorfica y si es ceder calor a la fuente caliente,bomba de calor.

El BTU (British Thermal Unit)Unidad de Energa Trmica usada mayormente en los Estados Unidos y en Inglaterra. Equivale aproximadamente a:1 BTU = 252caloras = 1054.35 Joules.La FrigoraEs una unidad de energa informal para medir la absorcin de energa trmica. Mide el calor transferido de un lugar a otro. Se utiliza nicamente en medicin para refrigeracin y aire acondicionado.1 Frigora = 4 BTU.

Tonelada de Refrigeracin (TRF)Es la unidadnominal de potencia empleada en algunos pases, especialmente de Norteamrica, para referirse a la capacidad de extraccin de cargatrmica(enfriamiento) de los equiposfrigorficosy deaire acondicionado. Puede definirse como la cantidad decalor latenteabsorbida por lafusinde unatonelada cotade hielo slido puro en 24 horas.1 TRF = 12000 BTU/h= 3516.85 Watts Tonelada Corta = 907.184 Kg

Conceptos y Definiciones en Relacin al Aire Acondicionado Segn la NOM011ENER2006

Aire estndar Aire seco a 21,1C y a 101,3 kPa; a estas condiciones, el aire seco tiene una densidad de masa de 1,2 kg/m3.Capacidad de deshumidificacinCapacidad que tiene el equipo para remover la humedad del aire de un espacio cerrado.Capacidad de enfriamiento Capacidad que tiene el equipo para remover el calor de un espacio cerrado, en watts.

Capacidad total de enfriamiento Es la razn a la cual el equipo remueve el calor del aire que pasa a travs de ste, bajo condiciones especficas de operacin, expresada en watts.Coeficiente de degradacin (CD) La medida de la prdida de eficiencia debida a la realizacin de ciclos del equipo.

Equipo tipo dividido Es un equipo de aire acondicionado tipo central en el cual uno o ms de los componentes principales son separados unos de otros y que son diseados para trabajar en conjunto.Equipo tipo paquete Es un equipo de aire acondicionado tipo central, en el cual todos los componentes principales son acoplados en un solo gabinete.

Lado exterior (condensador) Es la parte del equipo que rechaza calor a una fuente externa al flujo de aire interior.Lado interior (evaporador) Es la parte del equipo que remueve el calor del flujo de aire interior.Presin baromtrica estndar101,1 kPa.

Relacin de Eficiencia Energtica Estacional (REEE) Es la relacin del enfriamiento total de un equipo de aires acondicionado tipo central en watts trmicos (Wt), transferidos del interior al exterior, durante un ao de uso, dividido entre la potencia elctrica total suministrada al equipo en watts elctricos (We) durante el mismo lapso.

Serpentn condensador Es el intercambiador de calor, el cual desecha el calor removido del espacio por acondicionar a una fuente externa.Serpentn evaporador Es el intercambiador de calor que remueve el calor del espacio por acondicionar.

Como FuncionanExisten muchos tipos de sistemas de aire acondicionado que se pueden utilizar en el hogar, incluyendo de ventana, porttil, sin ductos y aire acondicionado central. Sin embargo, todos ellos utilizan los siguientes componentes y refrigeracin de expansin directa.

Refrigerante El refrigerante es la "sangre" que bombea a travs del sistema de aire acondicionado. Cambia de estado de vapor de gas a lquido a medida que recoge el calor de la casa y lo saca al exterior. El refrigerante es especial, ya que tiene un punto de ebullicin muy bajo, lo que quiere decir que cambia de lquido a vapor a bajas temperaturas.

Compresor Piense en el compresor como una especie de "corazn" del sistema que bombea refrigerante por todos los componentes de refrigeracin en un gran bucle. El refrigerante entra al compresor como un vapor caliente de baja presin y sale de all como un vapor caliente de alta presin.

Condensador Desde el compresor, el vapor de refrigerante caliente pasa al condensador. Aqu, el vapor de refrigerante caliente a alta presin es enfriado por el aire que es soplado sobre las bobinas de condensacin con aletas por el ventilador del condensador, a medida que se desplaza por las bobinas con aletas. A medida que el refrigerante se "enfra", cambia de estado de vapor caliente a lquido caliente a alta presin y pasa a la vlvula de expansin.

Vlvula de Expansin La vlvula de expansin es lo que realmente hace el trabajo. A medida que el lquido refrigerante caliente pasa a travs de una pequea abertura a alta presin en la vlvula por un lado, sale como una niebla fra a baja presin por el otro lado porque a medida que un gas se expande, se enfra. As que ahora tenemos un vapor fro lquido a baja presin que pasa a la bobina del evaporador.

Evaporador El lquido fro a baja presin que sale de la vlvula de expansin ahora pasa por la bobina del evaporador situada en la cmara de mezcla del horno. Aqu el aire caliente de tu casa sale a travs de la bobina del evaporador y lo calienta, mientras que la bobina fra enfra el aire que sopla a travs de ella y lo devuelve al hogar. A medida que el refrigerante se calienta, hierve y cambia de lquido fro y se evapora en un vapor caliente. A partir de ah pasa nuevamente al compresor y la unidad de condensacin exterior y el ciclo de enfriamiento continua.

Diagrama de un sistema de AA

MantenimientoPara asegurar el funcionamiento del equipo de aire acondicionado, y as poder predecir o detectar alguna falla.

Independientemente del tipo y su capacidad, se recomienda contar con un programa de mantenimiento, realizar inspecciones generales, as como tomar peridicamente lecturas de corriente, voltaje, temperatura, presin, flujo y niveles de fluidos del equipo.

La lubricacin y alineacin de motores, verificacin y ajuste de las correas, el lavado del serpentn y el reemplazo de filtros, mantendr su Equipo funcionando eficientemente durante un largo plazo, estas actividades se realizan dentro de un programa de mantenimiento preventivo.

Diferentes Tecnologas de Aire Acondicionado

Clasificacin Los equipos tipo central, incluidos en el alcance de esta norma, deben ser clasificados de la siguiente forma: Segn la disposicin de los componentes Equipos tipo dividido.Equipos tipo paquete. Segn el mtodo de intercambio de calor del serpentn condensador Enfriado por aire.Enfriado por agua.Segn el mtodo de intercambio de calor del serpentn condensador.

Compresin MecnicaEs un mtodo derefrigeracinque consiste en forzar mecnicamente la circulacin de un refrigerante en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presin con el propsito de que el fluido absorba calor en el evaporador y lo ceda en el condensador, los hay residenciales, comerciales e industriales.

Clasificacin segn la disposicin de los componentes

PorttilIncorporan todo el sistema en una caja acoplada con ruedas de tal forma que se puede transportar fcilmente de una estancia a otra. No requiere de instalacin, sin embargo dependen de un conducto o compresor (segn modelo) que habr que sacar al exterior a travs de una ventana. Se transportan con facilidad.

Porttil

VentanaUna caja cuadrada contiene todas las partes funcionales del sistema. Debe colocarse en una ventana de tal forma que quede una mitad del aparato en el exterior y la otra mitad en el interior. Bajo costo de instalacin que normalmente requiere una base metlica fijada al muro o soldada al marco de herrera.

Ventana

Mini SplitSon los equipos que ms se estn instalando en la actualidad ya que presentan muchas ventajas frente a los de ventana y son relativamente econmicos. La unidad que contiene el compresor se encuentra en el exterior (condensador) de la casa o edificio y se comunica con la unidad interior (evaporador) mediante unos tubos por lo que el agujero que hay que practicar en la pared es relativamente pequeo.

Mini Split

ChillerUn chiller es un equipo que genera agua helada, son utilizados en diferentes aplicaciones tanto en el aires acondicionados centrales o en la industria, en ambos campos de aplicacin se genera calor o lo que se conoce como carga trmica, este calor debe de ser removido.Chiller

Algunos modelos de Aire Acondicionado

PorttilSplitVentanaEn la siguiente tabla se presenta los rangos de precios por cada tipo de aire acondicionado y su capacidad.

Rangos de precios en aires acondicionadosCapacidad BTUMini SplitSplitVentana9 000$3,000$5,000$4,000$8,000$2,000$4,00012 000$3,500$8,000$4,500$13,000$2,500$3,50018 000$3,500$12,000$5,000$14,000$3,500$8,00024 000$8,000$15,000$7,500$24,000$6,000$7,700Informacin adicional sobre los precios de los aires acondicionados tipo Mini Split.

Capacidad 12 000 BTUMARCAMODELOPrecio nicoCadenaEKTMES1-12CM$3,699ElektraLGG121CB$3,250ElektraWhirlpoolWA1041Q$3,999ElektraWhirlpoolWA1010$4,699CoppelMirageSMCC1221X$4,990Bodega AurreraMirageSMEC1221X$4,990Bodega AurreraAuxASW-12A3/EX$5,499SorianaDaewooDSA-129L$5,599CoppelYorkYHCA12FSAADK$5,795SorianaGEAS12HDBI/E$5,799CoppelMirageSMEC1211X$5,999LiverpoolMirageEXE121G$5,999LiverpoolSamsungAS12UUAEX$6,099Wal-MartPanasonicCS-YC12MKV$6,499LiverpoolSamsungAS12UBAXA$6,599CoppelYorkYHCA12FSAADK$6,599CoppelLGSJ122CD$6,669LiverpoolLGG122CA$6,699CoppelLGSJ122CD$7,199CoppelLGSJ123FG$7,999CoppelCapacidad 18000 BTUMARCAMODELOPrecio nicoCadenaEKTMES-18CR$3,509ElektraWhirlpoolWA3110Q$8,099CoppelYorkYHCA18FSAADK$6,999CoppelAuxASW-18B2/HSA$6,998SorianaLGSJ182CD$10,199CoppelCapacidad 24 000 BTUMARCAMODELOPrecio nicoCadenaSamsungAS24FBLX$8,990WalmartDaewooDSA-249L$10,699CoppelSamsungAS24UBAXAX$10,799CoppelGEAS24CDBI$11,999CoppelLGSJ242CD$12,199CoppelYorkYHCA24FSAA$13,799CoppelSistema de Dimensionamiento para Aires AcondicionadosCmo Seleccionar la Capacidad de su Aire Acondicionado?1. Calcula el rea (largo x ancho) de la oficina o habitacin donde instalars tu aire acondicionado, de esta forma obtendrs los metros cuadrados.2. Con los metros cuadrados obtenidos en el punto anterior identifica esa cantidad en tu zona de residencia y la columna de TR (Toneladas de Refrigeracin) te indicar la capacidad ideal de tu unidad.

Normativas

Norma Oficial Mexicana NOM011ENER2006, Eficiencia Energtica en Acondicionadores de Aire Tipo Central, Paquete o Dividido.

http://www.sener.gob.mx/res/Acerca_de/NOM011ENER2006.pdf

Introduccin La elaboracin de la presente norma responde a la necesidad de incrementar el ahorro de energa y la preservacin de recursos energticos; adems de proteger al consumidor de productos de menor calidad y consumo excesivo de energa elctrica que pudieran llegar al mercado nacional.

Objetivo Esta Norma Oficial Mexicana establece el nivel mnimo de Relacin de Eficiencia Energtica Estacional (REEE) que deben cumplir los acondicionadores de aire tipo central; especifica adems los mtodos de prueba que deben usarse para verificar dicho cumplimiento y define los requisitos que se deben de incluir en la etiqueta de informacin al pblico.Campo de AplicacinEsta norma aplica para los acondicionadores de aire tipo central, tipo paquete o tipo dividido, operados con energa elctrica, en capacidades nominales de enfriamiento de 8 800 W hasta 19 050 W que funcionan por compresin mecnica y que incluyen un serpentn evaporador enfriador de aire, un compresor y un serpentn condensador enfriado por aire o por agua, comercializados en los Estados Unidos Mexicanos. Esta norma no incluye mtodos de prueba para evaluar la eficiencia de componentes individuales de los equipos.

Referencias Para la correcta aplicacin de esta Norma Oficial Mexicana debe consultarse y aplicarse las normas oficiales mexicanas siguientes o la que las sustituyan: NOM-008-SCFI-2002, Sistema General de Unidades de Medida, publicada en el Diario Oficial de la Federacin el 27 de noviembre de 2002. NOM-050-SCFI-2004, Informacin Comercial. Etiquetado General de Productos, publicada en el Diario Oficial de la Federacin el 1 de junio de 2004.Lmite de valor de Relacin de Eficiencia Energtica Estacional (REEE) Los equipos objeto de esta Norma Oficial Mexicana deben cumplir con el siguiente valor de Relacin de Eficiencia Energtica Estacional: TABLA 1.- Nivel de Relacin de Eficiencia Energtica Estacional (REEE), en acondicionadores de aire tipo central Paquete o Dividido:

Capacidad de enfriamiento (Watts)REEE (Wt/We)De 8,800 a 19,0503.81Determinacin de los valores de REEE Determinacin de los valores de REEE Para determinar los valores de la Relacin de Eficiencia Energtica Estacional REEE, de los acondicionadores de aire, objeto de esta norma, se debe aplicar nicamente el mtodo de prueba descrito en el Captulo 9, especficamente en el inciso 9.7.