primer foro de ahorro en puerto escondido, oax...

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Primer Foro de Ahorro en Puerto Escondido, Oax.

Agradecemos la Distinguida Presencia a la

Presentación de:

Ahorro de Energía Eléctrica en

Sistemas de Aire Acondicionado

Agosto 25, 2011

[email protected]

Aire Acondicionado

• Es una operación energética

cuya manifestación en el

consumo de energía es

eléctrica,

• El manejo para disminuirlo es

térmico.

• Puede representar el 20% de los

costos de construcción de un

edificio.

• En climas calurosos puede llegar

a ser el mayor consumidor de

energía.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0

1

2

3

4

5

6

7

Q (m3/h)

I (W/m2)

Aire Acondicionado

• Debe proporcionar confort

Temperatura

Humedad

Limpieza, Ventilación

Sin olores, ni partículas

Temperatura exterior.

Radiación solar. Su efecto se traducirá siempre en un

calentamiento o ganancia de calor.

Iluminación artificial. produce calentamiento o ganancia de

calor, en virtud de su eficiencia de conversión.

Maquinaria y Equipos. produce calentamiento o ganancia de

calor.

Personas. una ganancia de calor que depende del tipo de

actividad desarrollada.

Las Causas

Temperatura

• Escalas comunes de temperaturas son la Celsius y la

Fahrenheit,

• La escala Celsius usa la unidad

"Grado Celsius" (cuyo símbolo es ºC) que es igual en amplitud a

la unidad "kelvin“ K

• Kelvin es un sistema de referencia absoluta para la medición de

temperaturas.

• En 0 Kelvin la materia carece de movimiento

• Toda la materia es sólida

Si Tc representa la temperatura Celsius entonces

Tc = TK - 273.15

TK = TC + 273.15

La Tonelada de Refrigeración.

Una Toneladas de Refrigeración (TR),

es la potencia frigorífica capaz de congelar

una tonelada de agua de 0°C hasta hielo a 0°C,

en un intervalo de tiempo de 24 horas.

1 TR = 12,000 BTU / h o bien 200 BTU / min

1 TR = 211 kJ / min =12,660 kJ /h = 3.516 kW

1 TR = 50.4 kcal / min = 3024 kcal /h = 72,576 kcal / día

Relación de Eficiencia Energética [REE]

Índice que manifiesta la potencia eléctrica que debe

absorber un equipo de refrigeración para producir

una tonelada de refrigeración.

kiloWatt /Tonelada de Refrigeración un equipo es

más eficiente entre menor sea este indicador.

)TR(nfrigeracióRedeToneladas

)kW(queridaReEléctricaPotencia=EnergéticaEficienciadelaciónRe

)TR(nfrigeracióRedeToneladas

)kW(queridaReEléctricaPotencia=EnergéticaEficienciadelaciónRe

Reciprocante Centrifugo 60´s Actual

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Reciprocante Centrifugo 60´s Actual

La Norma NOM-021-

ENER/SCFI/ECOL-2000,

especifica la Relación de

Eficiencia Energética (REE).

Los aparatos sujetos al cumplimiento de

esta Norma, deben tener un valor de REE

mayor o igual que los valores

especificados en la Tabla.

REE W/W

Térmico/Elec

REE (TR

/kWElec)}

REE (TR /HP

Elec)}BTUh/W

Equivalente

kW/TR

Elec/Térmico

1 0.28 0.38 3.41 3.52

1.2 0.34 0.46 4.09 2.93

1.4 0.40 0.53 4.78 2.51

1.6 0.45 0.61 5.46 2.20

1.8 0.51 0.69 6.14 1.95

2 0.57 0.76 6.82 1.76

2.2 0.63 0.84 7.51 1.60

2.4 0.68 0.91 8.19 1.47

2.6 0.74 0.99 8.87 1.35

2.8 0.80 1.07 9.55 1.26

3 0.85 1.14 10.24 1.17

3.2 0.91 1.22 10.92 1.10

3.4 0.97 1.30 11.60 1.03

3.6 1.02 1.37 12.28 0.98

3.8 1.08 1.45 12.97 0.93

4 1.14 1.52 13.65 0.88

4.2 1.19 1.60 14.33 0.84

4.4 1.25 1.68 15.01 0.80

4.6 1.31 1.75 15.70 0.76

4.8 1.36 1.83 16.38 0.73

5 1.42 1.91 17.06 0.70

5.2 1.48 1.98 17.74 0.68

5.4 1.54 2.06 18.42 0.65

5.6 1.59 2.13 19.11 0.63

5.8 1.65 2.21 19.79 0.61

6 1.71 2.29 20.47 0.59

6.2 1.76 2.36 21.15 0.57

6.4 1.82 2.44 21.84 0.55

6.6 1.88 2.52 22.52 0.53

6.8 1.93 2.59 23.20 0.52

7 1.99 2.67 23.88 0.50

Equivalencias

Formas de transferencia de calor

• Conducción

• Convección

• RadiaciónConducción

|x

)T - T(kA- = q 21

q = (T - T )

x

k A +

x

k A +

x

k A

1 4

A

A

B

B

C

C

MATERIALES DE CONSTRUCCION K

(W/m°C)

Muro de tepetate o arenisca calcárea al

interior0.93

Muro de adobes al exterior 0.93

Muro de adobes al interior 0.582

Muro de embarro (con paja - carrizo) 0.465

Granito, basalto 3.49

Piedra de cal, mármol 2.442

Piedra porosa como arenisca y caliza blanda

o arenosa2,326

Yeso 0.372

Adobe 0.93

Concreto armado 1.74

Concreto pobre al exterior 1.28

Vidrio 1.81

Paredes compuestas

Convección

q = h A (T - T )s

Fenómeno h (W/m2°C)

(Btu/hr-

pie2°F)

Convección natural, aire. de 5 a 25 de 1 a 5

Convección forzada, aire. 10-500 2-100

Convección forzada, agua. 100-15000 20-3000

Agua en ebullición. 2500-25000 500-5000

Condensación de vapor de

agua.500-100000 1000-20000

Tabla. Valores de coeficientes de transferencia de calor por

Radiación Solar

Valores de Emitancia

q = T4

Material Emitancia

Aluminio Oxidado 0.12

Aluminio Pulido 0.05

Cromo 0.17

Cobre pulido 0.05

Cobre oxidado 0.83

Hielo 0.97

Hierro Pulido 0.08

Hierro Oxidado 0.66

Ladrillo 0.9

Papel Blanco 0.95

Pintura Amarilla 0.95

Pintura Blanca 0.95

Pintura Roja 0.96

Plata pulida 0.02

Oro pulido 0.02

Radiación Solar

San Salvador Latitud 13° 42' N Longitud 89° 13' W

Radiación Solar

Ventilación.Mediante la ventilación se mantiene y controla

el grado de pureza del aire de un recinto;

además, se ayuda a mantener niveles aceptables

de temperatura y humedad.

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%80%

90%

Zona de Confort

Calculo de la Carga térmica

Conducción a través de la estructura exterior.

Qp = U*Ap*DTCE

donde :

Qp = flujo de calor (kcal/h):

U = coeficiente global de transmisión (kcal/h * m2 * oC)

Ap = superficie considerada (m2).

DTCE = diferencia de temperatura para carga de enfriamiento (oC).

Calculo de la Resistencia Térmica (U) para Techos

Y Muros

U: coeficiente global de transmisión

Depende de los materiales de construcción

n

1/U = (1 / hi ) + (ei / Ki) + (1 / he )

i =1

hi : coeficiente de transferencia de calor por convección interior

he: coeficiente de transferencia de calor por convección exterior

ei : Espesor de los diferentes materiales que componen el techo o pared

Ki : Conductividad térmica de los diferentes materiales que componen el

techo o muro (W/m°C)

Las fórmulas se simplifican con:

Techos: hi = 5.8 W / m2 °C

he = 23.3 W / m2 °C (vel. viento = 2 m/s)

Muros: hi = 8.1 W / m2 °C

he = 23.3 W / m2 °C (vel. viento = 2 m/s)

La siguiente imagen representa los materiales de construcción de una pared,

en la tabla de presentan las características térmicas de los mismos.

Calculo de la Resistencia TérmicaParedes Material Espesor (m) k W/mC

interior 1 2 3 exterior Capa 1 Azulejo (marmolina) planchado 0.01 1.047

Capa 2 Tabique gris de arena y grava 0.1 0.872

Capa 3 Cemento y Arena 0.01 0.814

Coeficiente de transmisión de calor por convección

h interior aire W/m2 C 8.10

h exterior aire W/m2 C 23.30

Coeficiente Global U (W/Cm2) 3.30

2mC

w3.3U

3.23

1

814.0

01.0

872.0

1.0

047.1

01.0

1.8

1

U

1

MATERIALES DE CONSTRUCCIONDENSIDAD K MATERIALES DE CONSTRUCCIONDENSIDAD K

(Kg/m3) (W/m°C) (Kg/m3) (W/m°C)

Siporex al exterior con recubri--

Muro de ladrillo al exterior 0.872 miento impermeable por fuera. 660 -0.209

Muro de ladrillo al exterior con 510 0.163

recubrimiento impermeable por 410 0.14

fuera. 0.768 Siprex al interior en espacio

Muro de ladrillo interiores 0.698 seco. 660 0.186

Muro de ladrillo comprimido vi- 510 0.151

driado para acabado aparente, 410 0.128

extrior. 1.28 Concreto armado 2,300 1.74

Muro de tabique ligero con recu- Concreto pobre al exterior 2,200 1.28

brimiento impermeable por fuera. 1,600 0.698 Concreto ligero al exterior 1,250 0.698

1,400 0.582 Concreto ligero al interior 1,250 0.582

1,200 0.523 Concreto ligero al exterior 800 0.465

1,000 0.407 Concreto ligero al interior 800 0.349

Muro de tabique ligero al exte-- Muro de tepetate o arenisca

rior. 1,600 0.814 calcárea al exterior 1.047

Placas de asbesto cemento 1,800 0.582

Conductividad térmica (k) Varios materiales

Ejemplo de coeficiente global de transmisión

Dimensiones Alto Largo Area Orientación

Recamara 1 m m m2

Pared SO 2.3 14.65 33.70 SO

Pared SE 2.3 6.63 15.25 SE

Pared NE 2.3 14.65 33.70 NE

Pared NO 2.3 6.63 15.25 NO

Ventana SE 1.36 1.36 1.86 SE

Techo 88.78

Coeficiente Global de Transferencia de Calor

CASA SIN AISLAMIENTOMaterial de paredes y techo. U (W/°Cm

2)

Paredes, tabique gris de arena y grava, recubierto de una 1.991

capa de arena y cemento

Techo de loza de concreto con recubrimiento impermeabilizante y yeso en el interior 2.896Vidrio sencillo 3 mm de espesor 5.893

Puerta de madera de 3.8 cm de espesor 0.9

CASA CON AISLAMIENTO

Material de paredes y techo. U (W/°Cm2)

Paredes, tabique gris de arena y grava, recubierto de capa de arena y cemento 1.991

Techo de loza de concreto con aislante térmico de poliuretano espreado

de 1 1/4" recubrimiento impermeabilizante y yeso en el interior 0.445Vidrio sencillo 3 mm de espesor 5.893


Ganancia de Calor solar a través de vidrios.

Q = GM x A x CS

Donde.

GM: Ganancia máxima de radiación solar.

A: Area total de vidrio

CS=Coeficiente de sombreado

(cantidad proporcional GM,

debido a sombreado,

película reflejante o persianas).

Epoca Orientación 0� 10� 20� 30� 40� 50�

N 92 43 38 38 38 57

NE 382 352 320 292 276 317

E 442 442 447 447 439 442

24-ago SE 214 254 306 349 396 387

y S 38 38 38 170 276 287

20-abr SO 214 254 306 349 396 387

O 442 442 447 447 439 442

NO 382 352 320 292 276 317

Horizontal 664 678 669 637 580 572

N 38 38 38 38 38 32

NE 320 279 235 244 157 157

E 452 444 442 428 404 374

22-sep SE 320 344 379 412 439 442

y S 38 75 176 284 379 428

22-mar SO 320 344 379 412 439 442

O 452 444 442 428 404 374

NO 320 279 235 244 157 157

Horizontal 678 669 631 574 496 401

Ganancias por infiltraciones y ventilación.

Qs = Cpa ma (T2 - T1)a

donde

Qs : calor sensible agregado o eliminado del aire

Cpa : calor específico del aire = 1.005 kJ/kg °C (desde 0

hasta 38°C)

ma : flujo másico del aire = Velocidad x área

(T2 - T1)a : cambio de temperatura aire

La densidad del aire es 1.29 kg/m3 a 0°C y 1.14 a 38°C

Ganancias térmicas debidas a los ocupantes

Ganancias debidas a equipos calientes.

La carga térmica se calcula con la expresión:

q = h A (T - T )s

Donde:

h = Coeficiente de transferencia de calor por convección .

Su valor puede estar comprendido en rango de 5 a 25 W/m2°K,

dependiendo del tipo de superficie y siempre que no exista un flujo de aire,

es decir que se trate de convección natural.

Ts es la temperatura de la superficie caliente.

T∞ es la temperatura del medio ambiente

A es el área de la superficie caliente.

Cálculo de la carga térmica

Q total. = (qp + qt + qvent + qinf + qocup + qalum + q equip )

Se expreso en Toneladas de Refigeración

1 TR = 12,000.00 Btu/hr = 3,024.2 Kcal/hr

Reducir las ganancia a través de techos

y paredes exteriores.

Qp = U*A*DTCE

donde :

Qp = flujo de calor

U = coeficiente global de transmisión

Depende de los materiales de construcción,

A = superficie considerada

DTCE = diferencia de temperatura corregida

Ejemplo de coeficiente global de transmisión

Dimensiones Alto Largo Area Orientación

Recamara 1 m m m2

Pared SO 2.3 14.65 33.70 SO

Pared SE 2.3 6.63 15.25 SE

Pared NE 2.3 14.65 33.70 NE

Pared NO 2.3 6.63 15.25 NO

Ventana SE 1.36 1.36 1.86 SE

Techo 88.78

Coeficiente Global de Transferencia de Calor

CASA SIN AISLAMIENTOMaterial de paredes y techo. U (W/°Cm

2)

Paredes, tabique gris de arena y grava, recubierto de una 1.991

capa de arena y cemento

Techo de loza de concreto con recubrimiento impermeabilizante y yeso en el interior 2.896Vidrio sencillo 3 mm de espesor 5.893


CASA CON AISLAMIENTO

Material de paredes y techo. U (W/°Cm2)

Paredes, tabique gris de arena y grava, recubierto de capa de arena y cemento 1.991

Techo de loza de concreto con aislante térmico de poliuretano espreado

de 1 1/4" recubrimiento impermeabilizante y yeso en el interior 0.445Vidrio sencillo 3 mm de espesor 5.893


Comparación Carga Termica en una Casa

CASA SIN AISLAMIENTO CASA CON AISLAMIENTO

TIPOQ Tonelada

Refrigeración

%

ParticipaciónTIPO

Q Tonelada

Refrigeración

%

Participación

Conducción Exterior - Interior Conducción Exterior - Interior

Pared SO 0.243 4.82% Pared SO 0.243 13.59%

Pared SE 0.099 1.96% Pared SE 0.099 5.53%

Pared NE 0.224 4.46% Pared NE 0.224 12.56%

Pared NO 0.110 2.18% Pared NO 0.110 6.15%

Ventana SO 0.040 0.79% Ventana SO 0.040 2.22%

Techo 3.836 76.23% Techo 0.590 33.02%

Subtotal 4.55 90.44% Subtotal 1.31 73.07%Conducción Interior - Interior Conducción Interior - Interior

Pared SO 0.000 0.00% Pared SO 0.000 0.00%

Pared SE 0.000 0.00% Pared SE 0.000 0.00%

Pared NE 0.000 0.00% Pared NE 0.000 0.00%

Pared NO 0.000 0.00% Pared NO 0.000 0.00%


Techo 0.000 0.00% Techo 0.000 0.00%

Subtotal 0.00 0.00% Subtotal 0.00 0.00%

Radiación Radiación


Equipos 0.15 3.06% Equipos 0.15 8.63%

Personas 0.16 3.14% Personas 0.16 8.84%

Infiltraciones 0.12 2.47% Infiltraciones 0.12 6.97%

TOTAL en TR 5.03 100.00% TOTAL en TR 1.79 100.00%

POLIURETANO

Posee un coeficiente de transmisión térmico de

0,018 Kcal/m.h.°C.

Es la casa del Sr. Abel Camacho, Hermosillo

Medición eléctrica en la misma casa

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0:0

0

0:5

0

1:4

0

2:3

0

3:2

0

4:1

0

5:0

0

5:5

0

6:4

0

7:3

0

8:2

0

9:1

0

10

:00

10

:50

11

:40

12

:30

13

:20

14

:10

15

:00

15

:50

16

:40

17

:30

18

:20

19

:10

20

:00

20

:50

21

:40

22

:30

23

:20

Hora

Po

ten

cia

(kW

)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0:0

0

0:5

0

1:4

0

2:3

0

3:2

0

4:1

0

5:0

0

5:5

0

6:4

0

7:3

0

8:2

0

9:1

0

10

:00

10

:50

11

:40

12

:30

13

:20

14

:10

15

:00

15

:50

16

:40

17

:30

18

:20

19

:10

20

:00

20

:50

21

:40

22

:30

23

:20

Hora

Po

ten

cia

(k

W)

Antes Con Aislamiento

POLIURETANO

Factor R : Resistencia a la conductividad térmica

El poliuretano espreado (espuma de poliuretano) aísla contra el calor en mayor medida que el poliestireno, la fibra de vidrio, y la lámina mineral.

Comparación Carga Termica en una Casa

CASA SIN AISLAMIENTO CASA CON AISLAMIENTO

TIPOQ Tonelada

Refrigeración

%

ParticipaciónTIPO

Q Tonelada

Refrigeración

%

Participación

Conducción Exterior - Interior Conducción Exterior - Interior

Pared SO 0.243 4.82% Pared SO 0.243 13.59%

Pared SE 0.099 1.96% Pared SE 0.099 5.53%

Pared NE 0.224 4.46% Pared NE 0.224 12.56%

Pared NO 0.110 2.18% Pared NO 0.110 6.15%


Techo 3.836 76.23% Techo 0.590 33.02%

Subtotal 4.55 90.44% Subtotal 1.31 73.07%Conducción Interior - Interior Conducción Interior - Interior

Pared SO 0.000 0.00% Pared SO 0.000 0.00%

Pared SE 0.000 0.00% Pared SE 0.000 0.00%

Pared NE 0.000 0.00% Pared NE 0.000 0.00%

Pared NO 0.000 0.00% Pared NO 0.000 0.00%


Techo 0.000 0.00% Techo 0.000 0.00%

Subtotal 0.00 0.00% Subtotal 0.00 0.00%

Radiación Radiación


Equipos 0.15 3.06% Equipos 0.15 8.63%

Personas 0.16 3.14% Personas 0.16 8.84%

Infiltraciones 0.12 2.47% Infiltraciones 0.12 6.97%

TOTAL en TR 5.03 100.00% TOTAL en TR 1.79 100.00%

Tipos de Equipos de Aire Acondicionado

Equipos Individuales

Unidades de Ventana

Unidades Mini- Split

Equipos Paquete

Equipos Compartidos o Centrales

Unidades Multi- Split

Equipos de Expansión Directa

Generadores de agua helada enfriados por aire

Generadores de agua helada enfriados por agua

Unidades de Ventana

Sistemas Mini y Multi -Split

Unidades Paquete (Expansión Directa)

Compacto Convertible

Modelo: TCC Refrigerante: R22 Aplicación: Residencial, Comercial, Centro Comercial, Hotel, Hipermercado, Comercial / Industrial Capacidad: 1 1/2 a 5 Toneladas

Voyager

Modelo: TCD Descarga Vertical - TCH Horizontal Refrigerante: R22 Aplicacón: Residencial, Comercial, Industrial, Centro Comercial, Hipermercado, Comercial / Industrial Capacidad: 3 a 25 Toneladas (disponibilidad alta eficiencia)

IntelliPak

Modelo: SFHF, SXHG Refrigerante: R22 Aplicación: Industrial, Farmacéutica, Centro Comercial, Petroquímica, Hospital, Hipermercado, Comercial / Industrial Capacidad: 20 a 130 Toneladas

Voyager Alta Capacidad

Modelo: TCD Descarga Vertical - TCH Horizontal Refrigerante: R22 Aplicación: Comercial, Industrial, Centro Comercial, Petroquímica, Hospital, Hipermercado, Comercial / Industrial Capacidad: 27 a 50 tons (disponibilidad alta eficiencia)

Chillers enfriados por aire.

Ventajas y Desventajas de los diferentes tipos de equipos.

Tipo de

EquipoAplicaciones Ventajas Desventajas

Cuartos

IndividualesEconómicos Son ruidosos

Ventana Recamaras No requiere ductos Mayor consumo de energía???

Usos Esporádicos Acondicionamiento IndividualPara una gran instalación sería

costosa su operación

Algunos cuentan con control de

temperatura.

Mayor mantenimiento con mayor

uso

Cuartos

IndividualesAcondicionamiento Individual Mayor Costo de Compra

Recamaras No requiere ductos Mayor consumo de energía???

Salas y

comedoresMayor sensación de confort

Para una gran instalación sería

costosa su operación

Mini SplitOficinas

PequeñasOperación silenciosa

Requieren espacio adicional

para el condensador

Usos Esporádicos Cuentan con Temporizador

Una mala ubicación del

condensador incrementa el

consumo de energía

Bibliotecas Son programablesNo incluyen un retorno de aire al

exterior

Amplia gama de modelos No ayudan a la ventilación

Salas de JuntasCuentan con control de

temperatura.

No es adecuado para lugares

donde se vicie el aire.


Tipo de

EquipoAplicaciones Ventajas Desventajas

OficinasAcondicionamiento para varias

áreasMayor Costo de Compra

Una vivienda

completa

Menor consumo de energía que

el equivalente de Equipos

Ventana y Mini Split

Requiere ductos de inyección y

retorno

Laboratorios No

Controlados

Acondicionamiento a zonas más

grandesMayor mantenimiento

Unidades

Paquete

Centros

Comerciales

Mayor capacidad en un solo

equipo

Es compleja la lógica de control

en ductos

Edificios

pequeños y

medianos

Amplia gama de tamaños

Una mala ubicación del

condensador incrementa el

consumo de energía

Bibliotecas Pueden automatizarseDesperdicio de energía en malas

instalaciones

EscuelasLos ductos de inyección deben ir

aislados

Salas de Juntas


Tipo de Equipo Aplicaciones Ventajas Desventajas

Grandes

Consumidores de

Aire

Acondicionado

Acondicionamiento para varias áreasMayor costo de compra y de

inversión del todo el sistema

Industrias

Menor consumo de energía que el

equivalente de Equipos Ventana,

Mini Split y Paquetes

Requiere bombas, tuberías,

manejadoras de aire, válvulas,

sistemas control, ductos de inyección

y retorno

Sistemas

Centrales con

Laboratorios

Controlados

Acondicionamiento a zonas más

grandes

Requiere de Bombas y Tuberías

para el agua de condensación

Generadores de

Agua Helada

Centros

ComercialesMayor capacidad en un solo equipo

Se requiere de especialistas para

automatizar su operación

Edificios

pequeños,

medianos y

grandes

Amplia gama de tamañosUna mala ubicación del condensador

incrementa el consumo de energía

Bibliotecas Pueden automatizarseDesperdicio de energía en

instalaciones NO automatizadas

Escuelas

En versiones de volumen variable

permite un optimo control de su

operación

Mayor mantenimiento

HotelesEn los enfriados por agua el costo de

la misma puede ser significativo

Los enfriados por aire son menos

eficientes

[email protected]

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