AIRE ACONDICIONADO: CLAVE PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN UN PROCESO DE GESTIÓN

Actualizado: jun 21


Los sistemas de aire acondicionado consumen entre el 40% y el 65% del consumo total de energía eléctrica en lugares con temperatura ambiente de 35°C (95°F), como: Hospitales, Hoteles, Centros Comerciales, Almacenes de cadena, etc.

- Sólo los compresores nuevos con altas eficiencias y de sistemas de regulación de carga brindan mayores ventajas en el ahorro de energía, permitiendo una reducción del consumo entre un 30% al 40%.

- Tal inversión se recupera en menos de dos años con base a los ahorros alcanzados.


De allí la importancia de socializar los aspectos que pueden hacer más eficiente los sistemas de refrigeración para ahorrar energía y de paso aportar a la mitigación del cambio climático o al impacto de éste sobre la generación hidroeléctrica o al mismo deterioro ambiental y social que genera la construcción de centrales hidroeléctricas por deforestación, cambios en la biodiversidad, distribución inequitativa de beneficios, etc. (estudio concluye que la flora y fauna no se puede recuperar en menos de 200 años y se genera descomposición de materia orgánica con gases efecto invernadero como metano - representando el 1.3% del global). La ONUDI (Organización de las Naciones unidas para el Desarrollo industrial) espera impactar positivamente en un 38% el cambio climático en el año 2050, mediante programas de eficiencia energética; programas considerados de mejor beneficio ante su costo, que la simple implementación de energías alternativas (origen fotovoltaico, eólico, biomasa, mareomotriz, aunque esta última sea considerada de mejor eficiencia, etc.).


Adicionalmente es importante recordar que la eficiencia energética, junto con la calidad de la energía (que permite, entre otros, mitigar reactivos causal de futura penalización) y la seguridad de los sistemas eléctricos tanto para el personal como para los mismos equipos eléctricos interconectados, son tres aspectos que hacen parte de un sistema o proceso de Gestión energética integral.


"Las recomendaciones de los procesos de gestión energética, dentro de una organización, influirán en gran medida con mejor precisión técnica, en las compras de futuros equipos, en las políticas de expansión comercial y en las políticas de presupuesto.

Existen problemas, que sin un proceso de gestión energética, no serían identificados"



Sobre la eficiencia energética en sistemas de aire acondicionado, detallaremos a continuación:

  1. Conceptos técnicos sobre eficiencia de los aires acondicionados.

  2. Eficiencia en algunos de sus principales elementos: Compresor y refrigeración

  3. Factores que incrementan el consumo de energía: OPERATIVOS y de SELECCIÓN/INSTALACIÓN

  4. Mejoras en sistemas de Aire acondicionado: Condensador, Evaporador, Compresor


EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO.



1. CONCEPTOS TÉCNICOS


Cuatro componentes principales de cualquier equipo de A.A son:

• Compresor

• Condensador

• Mecanismo de Expansión

• Evaporador




Un compresor y condensador se localiza en el exterior y se conectan por líneas de refrigerantes a un evaporador montado en el interior. Sistema de tubos se usa tanto para la distribución del aire caliente como frío.




Circuito de refrigeración:


Un sistema de enfriamiento tiene una rata de eficiencia energética que especifica cuánta energía es removida por cada vatio de energía utilizado, el cual se denomina el coeficiente de operación (COP) y que se busca sea alto para lograr una mayor eficiencia.





Sistemas evaporativos tienen COPs mayores de 1.5, con frecuencia sobre 3, mientras que en sistemas por absorción el COP está entre 0 y 1.

La diferencia está en que mucha de la energía usada por el último ciclo causante del bajo COP es térmica (por lo que se pueden aprovechar calores residuales de la planta), pero esta puede ser aprovechada y resultar más barata que la energía eléctrica usada por el ciclo evaporativo.

· Para sistemas de aire acondicionado independientes, generalmente se tiene un

rango de 5.500 a 14.000 Btu por hora. Si se está en un clima templado se

recomienda tener COP de 9,0 y en climas cálidos un COP por encima de 10.

· El aire acondicionado centralizado tiene un COP entre 9.7 y 10 e incluso se

pueden encontrar sistemas con COP de hasta 17.

En el caso de los sistemas industriales se pueden hacer las siguientes anotaciones:

En términos de refrigeración la idea fundamental es que existen unas necesidades

de calor de enfriamiento. Para lograr esto, se requiere un suministro de energía en los compresores.

En la relación entre la potencia W y el calor QL, COP o coeficiente de Rendimiento, los equipos para este tipo de aplicaciones deberían tener COP al menos de 1.5, pero se consiguen equipos con COP del orden de 3.

Igualmente se DEBE considerar lo siguiente:

Los equipos de refrigeración trabajan de acuerdo con los puntos de ajuste de las

presiones y temperaturas del refrigerante en su paso por el condensador a alta

temperatura y en su paso por el evaporador a baja temperatura. Estos puntos tienen rangos óptimos que dan lugar a los menores consumos de energía.


Los equipos deben estar instrumentados para medir estos puntos. Se recomienda

instalar manómetros (que a la vez miden temperatura por tratarse de sustancias en puntos de saturación) con el debido cuidado e instrucciones de manejo para evitar fugas de refrigerante.

Con los datos de los instrumentos y el consumo de potencia medido con

amperímetro, se puede estimar el rendimiento de los equipos. Pero ello requiere la intervención de una persona entrenada y que conozca el lenguaje respectivo. Se recomienda contactar una empresa especializada en equipos de refrigeración para instrumentar los equipos y entrenar a alguien de la empresa para interpretar la información en términos de rendimiento.


Por lo anterior el COP DEBE ser igualmente considerado en un Programa de Gestión Energética Integral (GEI).

• COP = Q / W

COP: Coeficiente de operación: Rendimiento del ciclo de frío.

Q: Efecto frigorífico útil en el equipo evaporador.

W: Potencia consumida por el ciclo de frío.

• COP aumenta (consumo eléctrico disminuye) si:

• Se reduce la temperatura de condensación. (Si esta temperatura disminuye 1ºC, se consigue un ahorro eléctrico del 2-4%)

• Se mejora el rendimiento de los elementos del sistema (compresor).

Algunos problemas comunes con estos sistemas resultan de un mantenimiento inadecuado o de una instalación Inadecuada:

Puede resultar en ductos con fugas y bajos flujos de aire, procedimientos pobres de servicio o la carga del refrigerante no está ajustada a las especificaciones del fabricante y por lo tanto, durante la instalación del sistema, se debe hacer una carga adecuada para evitar comprometer la eficiencia y desempeño de la unidad.


2. EFICIENCIA EN ALGUNOS PRINCIPALES ELEMENTOS DEL AIRE ACONDICIONADO


2.1 EFICIENCIA EN COMPRESOR DE CLIMATIZACION


Nuevos compresores con altas eficiencias y de sistemas de regulación de carga brindan mayores ventajas en el ahorro de energía, permiten una reducción del consumo en un 30% a 40%.

Cuando hablamos de qué tan bien se hacen las cosas, nos referimos indirectamente a qué tan eficiente o ineficientemente las hacemos. Una máquina motriz será más eficiente si realiza su trabajo en menos tiempo y con la menor cantidad de energía suministrada.

Las máquinas térmicas motrices requieren una cantidad de energía para poder realizar un trabajo como el combustible que se transforma en energía calorífica en el caso de un motor de combustión interna de automóvil. En el caso de una máquina de refrigeración el ciclo se invierte, se requiere darle una cantidad de trabajo para mover una cantidad de energía térmica o calorífica.

Toda máquina térmica, ya sea motriz o de refrigeración, requiere ceder indudablemente una cantidad de calor al medio ambiente, por lo que su funcionamiento está gobernado por nuestra naturaleza o las condiciones ambientales que la rodean.

Un mismo refrigerador o sistema de aire acondicionado operan muy diferente en Bogotá o en Cali, en la Ciudad de Barranquilla o en la ciudad de Pasto, Inclusive el mismo equipo no funciona igual en diferentes condiciones ambientales o épocas del año (en invierno y en verano).

La eficiencia en una máquina motriz es la relación de la energía de entrada entre el trabajo (energía útil) de salida, entre la energía de entrada (calor).


En una máquina frigorífica o de enfriamiento, es la relación del calor o energía de entrada (refrigeración), entre el trabajo o energía de entrada requerida para producir la refrigeración. Fig. 1. Diagrama de flujo de energías en máquinas frigoríficas


Eficiencia Eléctrica en compresores: Es debida a que las pérdidas suceden en los motores de los Compresores eléctricos, la mayor de éstas está en el cobre, debido a las pérdidas por efecto Joule P=I2R, (proporcional al cuadrado de la corriente de operación del motor por la resistencia eléctrica de sus devanados). Diseños de mejor eficiencia utilizan conductores de mayor diámetro, para acomodarlos dentro del motor se requiere que éste sea de mayor tamaño con ranuras mayores, aumentando también el número de laminaciones.



Otras pérdidas son las Pérdidas en el Hierro y en las Laminaciones, las cuales se dividen en Pérdidas por Corrientes Parásitas o de Foucault, las que se producen proporcionalmente por el efecto inductivo magnetizante de la corriente y su frecuencia eléctrica.




Otras pérdidas son por Histéresis causada por la magnetización y desmagnetización del rotor y el estator del motor, las cuales son función de la frecuencia eléctrica, y de los materiales de las laminaciones.



La disminución del espesor de las laminaciones, aisladas eléctricamente entre ellas, y aleaciones de hierro adecuadas reducen considerablemente estas pérdidas. Rotores más grandes ayudan a disminuir estos problemas, pero las laminaciones son el factor principal para su reducción.


La mayoría de los motores de uso común usan laminaciones de acero al carbón, de espesores del orden de 0.025 pg. con pérdidas aprox. de 6 Watts por kg. Motores de alta eficiencia usan laminaciones de Acero al Silicio con espesores del orden de 0.018 pg. con pérdidas del orden de 3 Watts por kg. Además de reducir las pérdidas magnéticas en los motores de alta eficiencia su temperatura de operación disminuye, y la vida del motor se aumenta: Por cada 10 °F de reducción de temperatura la vida del motor y sus devanados se dobla.


Eficiencia Térmica en compresores: Relacionado con las pérdidas de calor en la compresión del gas en el compresor. La compresión no es perfectamente adiabática (proceso en el cual el sistema termodinámico no intercambia calor con su entorno) . La alta temperatura de la compresión hace disipar calor a través del cuerpo y las paredes del cilindro del compresor, es energía o calor perdido al medio ambiente.


2.2 EFICIENCIA EN EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN: