Aire Acondicionado

Introducción: Un aire acondicionado trabaja con la evaporación de un refrigerante, como el R 134, con el fin de mover calor de un lugar con cierta temperatura a otro de mayor temperatura. La mecánica de evaporación en un aire acondicionado es la misma que la de un refrigerador.

¿Cómo trabaja el ciclo de refrigeración de un AA?

1. El compresor comprime el gas de R 134, causando un incremento de la temperatura y de presión del gas 2.

Este gas caliente y a alta presión fluye por intercambiador de calor con el fin de disipar todo el calor y volverse líquido por condensación 3. El R 134 líquido y con alta presión pasa a través de una válvula de expansión, la cual gasifica el refrigerante ocasionando una disminución importante de temperatura http://home.howstuffworks.com/ac.htm

4. El R 134 frío corre a través de un nuevo intercambiador de calor mediante el cual se absorbe el calor del interior del cuarto

Entrada de energía eléctrica

El R 134 lleva una pequeña cantidad de aceite ligero, el cual lubrica el compresor En un aire acondicionado los equipos internos que consumen energía eléctrica, son el VENTILADOR y el COMPRESOR http://home.howstuffworks.com/ac.htm

Tonelada de refrigeración

dQ/dt 2000 lb Hielo a 32 °F 24 horas después 2000 lb Agua a 32 °F .

Q



dQ dt

  2000 , lb     144 , Btu lb  1 24 , h  12 , 000 Btu h

Energy Efficiency Ratio (ERR)

• Es el cociente de la potencia térmica removida del ambiente entre la potencia eléctrica consumida por el equipo • La potencia térmica se mide en Btu/h y la eléctrica en watts resultando el EER en la razón de energía térmica removida contra la energía eléctrica consumida (Btu/W-h) • El EER mínimo lo establece una norma de eficiencia energética y el valor depende de las capacidades de los equipos de A.A.

EFICIENCIA

•

REE = COP R

Relación de Eficiencia Energética de un acondicionador de aire y se determina dividiendo el valor del efecto neto de enfriamiento en el lado interno, en W t , entre el valor de la potencia eléctrica de entrada, en W e •

SEER

. Relación de Eficiencia de Acuerdo a la Temporada. Sus unidades son Btu/W-h •

COP H

.=

1+COP R

Valor del efecto neto de calentamiento en Wt / el valor de potencia eléctrica de entrada en We

Norma Oficial Mexicana de Aire Acondicionado

NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000 Los acondicionadores de aire para habitación , se clasifican por su capacidad de enfriamiento, así como sus características específicas de diseño, conforme la tabla siguiente: TIPO CLASE

sin ciclo inverso y con ranuras laterales sin ciclo inverso y sin ranuras laterales con ciclo inverso y con ranuras laterales con ciclo inverso y sin ranuras laterales 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 12 14

CAPACIDAD DE ENFRIAMIENTO, Watts

menor o igual a 1 758 mayor a 1 759 hasta 2 343 mayor a 2 344 hasta 4 101 mayor a 4 102 hasta 5 859 mayor a 5 860 hasta 10 600 menor o igual a 1 758 mayor a 1 759 hasta 2 343 mayor a 2 344 hasta 4 101 mayor a 4 102 hasta 5 859 mayor a 5 860 hasta 10 600 menor o igual a 5 859 mayor a 5 860 hasta 10 600 menor o igual a 4 101 de 4 102 a 10 600

NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000

Eficiencia energética Fabricante marca en etiqueta valor REE en W t / W e , no menor valor tabla

Clase

1 2 . 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

REE , W t / W e

2,84 2,84 2,87 2,84 2,49 2,64 2,64 2,49 2,49 2,49 2,64 2,49 2,49 2,34

Ahorro de Energía

REE = Efecto neto de enfriamiento , W Potencia Eléctrica , W

EFICIENCIA ENERGÉTICA

Relación de Eficiencia Energética (REE) determinada como se establece en la

NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000 REE= Efecto neto de enfriamiento (W) Potencia eléctrica (W)

Marca:

SUPER-IRIS

Potencia eléctrica:

1325 W

Modelo:

TGV024R200B

Efecto neto de enfriamiento:

3 500 W REE establecida en la norma en ( W/W ) 2,49 REE de este aparato en ( W/W ) Ahorro de energía de este aparato

    REE Ahorro de Energía: REE de este establecid a aparato en (W/W) en la norma  en (W/W)     1   100 % REE = 3500 W 1325 W = 2.64

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Menor Ahorro

El ahorro de energía efectivo dependerá de los hábitos de uso y localización del aparato

Mayor Ahorro IMPORTANTE

Este aparato cumple con los requisitos de seguridad al usuario y no daña la capa de ozono La etiqueta no debe retirarse del aparato hasta que haya sido adquirido por el consumidor final % Ahorro Energía = 2.64

2.49

-1 x 100% = 6.024 %

Tabla de Conversiones

KW/ton EER EER REE COP R Tabla de Conversión de Unidades útiles para el cálculo en aire acondicionado = = = = = 12 / EER 12 / KW / ton COP R x 3.412

EER / 3.412

12/ (KW/ton) / 3.412



m a

,

kg s



T

, 

K

 

V a

, 

T e m



A

,

s



T s

, 

C



m

2  

Q Sen

,

kW

 

m a

,

kg s



a

,

kg m

3  

Cp a

,

kJ kg



K

   

T

, 

K

 

w

,

kgH

2

O kgA

seco   

w

1 

w

2 ,

kgH

2

O kgA

seco   

Q Lat

,

kW

 

m a

,

kg s

  

w

,

kgH

2

O kgA

seco     

H vH

2

O

,

kJ kgH

2 0   TonRef ,

TR



Btu EER

,

h W e

 

Q Sen

 

Q Lat

,

kW

3412

Btu h

1

kW TR

12000

Btu h



Q Sen

 

Q Lat



P e

,

kW

, 

kW

3412

Btu h

1

kW

1000

W kW Donde

: 

m a

 Flujo de aire a la salida del evaporador

Cp a

 Calor Específico 

H vH

2

O

 Calor latente de del aire vaporizac

w

1 ,

w

2  Relación de humedad ión del agua

V a

,

A

,

T s

,

w s T e

,

w e



a

 1 .

196

kg m

3

Cp a

 1 .

007

kJ kg



K



H T ext vH

2

O



kJ

2257

kgH

2

O

 35 

C P e

EJEMPLO: TONELADAS DE REFRIGERACI ÓN Y RELACIÓN DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Las mediciones en un aire acondicionado de ventana resultan en los siguientes valores: • Velocidad del aire a la salida del evaporador: 4.187m/s • Área del ducto de salida del evaporador: 660 cm^2 • Temperatura a la salida del evaporador: 8.6°C • Relación de humedad a la salida del evaporador: 6.26 g de agua/kg de aire seco • Temperatura a la entrada del evaporador: 25.8°C • Relación de humedad a la entrada del evaporador: 8.016 g de agua/kg de aire seco • Potencia eléctrica de entrada: 2.400 kW • Densidad del aire: 1.196 kg/m^3 • Temperatura exterior: 35°C Determine las toneladas de refrigeración, TR y la EER con unidades inglesas

Te=35 °C

DIAGRAMA

Te=25.8

°C 8.06gH2O/kg Aire

P=2.400 kW  =1.196 kg/m^3

Te=8.6

°C V=4.187m/s A=660m^2 6.26gH2O/kg Aire

Cp a

 1 .

007

kJ kgK



m a



V a A



a

  4 .

187

m s

  0 .

066

m

2  1 .

196

kg m

3 

m a

 0 .

3305

kg s



Q Sen

 

m a Cp a



T

 0 .

3305

kg s

    1 .

007

kJ kgK



Q Sen

 5 .

7267

kJ s

 5 .

7267

kW

 17 .

2

K

 

H vH

2

O

 2257

kJ kg w

1  8 .

016

gH

2

O kgAS y w

2  6 .

26

gH

2

O kgAS



w

 1 .

756

gH

2

O kgAS

 1 .

756  10  3

kgH

2

O kgAS



Q Lat

 

m a



w



H vH

2

O

 0 .

3305

kg AS s

    1 .

756  10  3

kgH

2

O kgAS

    2257

kJ kgH

2

O



Q Lat

 1 .

3099

kJ s

 1 .

3099

kW



Q Sen

 

Q Lat



Q Sen

 

Q Lat EER

   5 .

7267

kW

 1 .

3099

kW

     24 .

0099

MBTU

0 .

9478

BTU hr

   12 1

TR MBTU

1

kW s

   3 , 600 1

hr hr

    2 .

0008

TR s



Q Sen

 

Q Lat P e

 24 , 009 .

9797

BTU

2400

W hr

 10 .

0041

BTU W



hr

 24 , 009 .

9797

BTU hr

Solución usando la carta psicométrica:

Punto A: • T = 25.8° C • 8.016 gH

2

O/kgAS • h

A

= 47.5 kJ/kgAS • v

A

= 0.858 m

3

/kgAS Punto B: • T = 86° C • 6.26 gH

2

O/kgAS • h

B

= 25 kJ/kgAS • v

B

= 0.806 m

3

/kgAS

Ecuaciones: Balance de Aire Seco  : m

A

  m

B

  m Balance de Agua Balance de Energía  : m

A w A

:   m

i h i

  m

B w B

   m

W

 Q

S

   m

f h f

   m

W

 Q

S

  m

A



w A



w B

   m

A



h

1 

h

2    m

w h w



m B



V B A B v B



Solución:

 4 .

187

m s

  0 .

066

m

2   0 .

806

m

3

kgAS

0 .

3429

kgAS s



m w

 

m B

(

w

1 

w

2 )  0 .

3429

kgAS s

  0 .

008016

kgH

2

O kgAS

 0 .

00626

kgH

2

O kgAS



m w

 6 .

0206  10  4

kgH

2

O s

De la tabla A 4 para agua saturada del libro de Termodinám ica de Cengel h [email protected]

 C  36 .

1216

kJ kgH

2

O



Q S

 

m B



h A



h B

  

m w

h [email protected]

 C  0 .

3429

kgAS s

  47 .

5

kJ kgAS

 25

kJ kgAS

 6 .

0206  10  4

kgH

2

O s

  36 .

1216

kJ kgH

2

O



Q S

 7 .

6925

kJ s

 7 .

6925

kW

1

TR

 12

MBTU hr

7 .

6925

kW

   3 .

4121916

MBTU

1

kW hr

      12 1

TR MBTU hr

    2 .

1874

TR



Q S



Q S

  7 .

2263

kW

    0 .

9478

BTU

 24 .

6567

MBTU

1

kW s

   3 , 600

s

1

hr hr

   1

TR

12

MBTU hr

     24 , 656 2 .

0547

TR

.

7137

BTU EER

 

Q S P e

 2400

W hr

 10 .

2736

BTU W



hr hr