Evaluación y propuesta de solución del sistema de suministro de agua para la climatización de las habitaciones de un hotel de.

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1 Evaluación y propuesta de solución del sistema de suministro de agua para la climatización de las habitaciones de un hotel de No.0411 Folio: 137 Tomo 1 Vol.3 No.1 Año 004 Varadero Autores: Ing. Julio Rodríguez Lozano M. Cs. Ing. Marlene Orama Ortega Dr. C. T. M. Cs. Ing. José Luis Sánchez Avila Ing. Julio Rodríguez Lozano: Mecánico General en el Hotel Sol Club Las Sirenas Dirección: Calle K Reparto La Torre, Varadero, Cuba Código postal: 400 Teléfono: Fax: y Dirección electrónica: ssttj.scs@.solmelia.com M. Cs. Ing. Marlene Orama Ortega: Profesora Asistente de la Universidad de Matanzas Dr. C.T. M. Cs. Ing. José Luis Sánchez Avila: Profesor Auxiliar de la Universidad de Matanzas Grupo de Investigación de Mantenimiento y Ahorro de Energía GIMAE Centro de Estudios de Combustión y Energía CECYEN Dirección: Autopista Matanzas a varadero km 3, Matanzas, Cuba Código postal: Teléfono: 6143 Fax: Dirección electrónica: jlsacm@yahoo.com

2 RESUMEN A partir de un estudio sobre el sistema centralizado de aire acondicionado de un hotel de Varadero, que en estos momentos presenta problemas con la zona numero uno de habitaciones en cuanto a su climatización, se hace un análisis evaluando el sistema secundario de agua fría de dicho sistema. De resolverse con esta investigación los problemas existentes se obtendría un beneficio económico para el hotel y un mayor confort en las habitaciones, haciendo este más competitivo, sin incurrir en un sobreconsumo injustificado de energía. Palabras claves: Ahorro de Energía, Climatización, Turismo. SUMMARY Starting from a study on the centralized system of conditioned air of a hotel of Varadero, that at the moment presents problems with area number one of rooms in relation to their air conditioning, an analysis is made evaluating the secondary system of cold water of this system. Of the existing problems are solved with this investigation, economic benefits it would be obtained for the hotel as well as a greater comfort in the rooms, making this hotel a competitive one, without any unjustified consumption of energy. Key words: Saving of Energy, Air conditioning, Tourism.

3 El hotel es de categoría 4 estrellas, posee 50 habitaciones y se comercializa bajo el sistema de Todo incluido. El sistema de climatización está formado por 3 enfriadoras de la marca York, con una capacidad de 10 Tnr (Toneladas de refrigeración) cada una, por lo que posee un total instalado de 306 Tnr; posee tres bombas activas y una de reserva que son las encargadas de bombear el agua fría hacia las enfriadoras (conocidas como bombas primarias), también posee cinco bombas para el suministro de agua a los fan coil para las cinco zonas de habitaciones en que se encuentra dividido el hotel, constando cada zona con una bomba distinta e independiente en este sistema, conocido como circuito secundario de agua fría. El hotel tiene instalado en sus habitaciones un total de 5 fan coil de diferentes capacidades frigoríficas, que garantizan el confort de las habitaciones de acuerdo con la carga térmica a vencer en cada una de ellas. No obstante en la instalación existen problemas de climatización con 10 habitaciones de la zona 1, y algunas veces en algunas habitaciones de la zona 3. Las 6 habitaciones de la zona 1 en la temporada de alza turística no se pueden alquilar por problemas en la climatización; y si, por alguna necesidad se alquilan, las quejas son inmediatas por falta de confort en la temperatura de acondicionamiento de aire. Por lo que durante los 4 meses de alza turística se pueden perder USD por concepto de alquiler de esas habitaciones, calculándose a partir de una media de 45 USD por habitación durante 4 meses, lo que permite constatar la importancia económica de los problemas técnicos actuales que presenta el hotel. A continuación se realizan los cálculos comparativos por zonas de habitaciones, utilizando ecuaciones de las metodologías desarrolladas por [1], [6] y [7], que se basan en la comparación del caudal de la bomba instalada en el sistema secundario de agua fría y el caudal total de todos los fan coil que abastece la misma, siendo el número positivo en la diferencia la cantidad de caudal de subdimensionamiento, y el signo negativo el caudal de sobredimensionamiento.

4 Tabla 1: Zona uno de habitaciones. Tipos de fan coil Flujo (m 3 /hr) Cantidad de fan coil Flujo total (m 3 /hr) 1 Tnr. 0,6 7 16, 1 y ¼ Tnr 0, ,4 1 y ½ Tnr 1,01 6 6,07 ½ Tnr 0,3 1 0,3 Total de flujo de los fan coil. 56,97 Flujo de la bomba instalada en la zona 5,89 Diferencia de flujos 31,08 Tabla : Zona dos de habitaciones Tipos de fan coil Flujo (m 3 /hr) Cantidad de fan coil Flujo total (m 3 /hr) 1 Tnr. 0, y ¼ Tnr 0, ,4 ¾ Tnr 0,4 0,8 ½ Tnr 0,3 16 4,8 Total de flujo de los fan coil. 8 Flujo de la bomba instalada en la zona 37,9 Diferencia de flujos 9,9 Tabla 3: Zona tres de habitaciones Tipos de fan coil Flujo (m 3 /hr) Cantidad de fan coil Flujo total (m 3 /hr) 1 Tnr. 0, y ¼ Tnr 0, ¾ Tnr 0,4 0,8 ½ Tnr 0,3 0,6 Total de flujo de los fan coil. 31,4 Flujo de la bomba instalada en la zona 5,89 Diferencia de flujos 5,51

5 Tabla 4: Zona cuatro de habitaciones Tipos de fan coil Flujo (m 3 /hr) Cantidad de fan coil Flujo total (m 3 /hr) 1 Tnr. 0,6 8 16,8 1 y ¼ Tnr 0,8 11 8,8 Total de flujo de los fan coil. 5,6 Flujo de la bomba instalada en la zona 5,89 Diferencia de flujos 0,9 Tabla 5: Zona cinco de habitaciones Tipos de fan coil Flujo (m 3 /hr) Cantidad de fan coil Flujo total (m 3 /hr) 1 Tnr. 0,6 3 13,8 1 y ¼ Tnr 0, ,4 Total de flujo de los fan coil. 4, Flujo de la bomba instalada en la zona 5,89 Diferencia de flujos 1,69 Como puede observarse las zonas 1 y 3 poseen bombas que no abastecen el caudal necesario para garantizar el confort adecuado de las habitaciones, obteniéndose precisamente la mayor diferencia en la zona uno, donde la capacidad de la bomba no es capaz de garantizar siquiera la mitad del caudal necesario. Sin embargo la bomba de la zona se encuentra sobredimensionada en 9,9 m 3 /hr, pero ella en conjunto a la bomba actual de la zona 1 (5,89 m 3 /hr), alcanzaría para esa zona ya que sumadas se obtiene un flujo de 63,79 m 3 /hr, con un sobredimensionamiento aceptable para esa capacidad de 6,8 m 3 /hr. Debiéndose comprar para la zona una bomba con un caudal de 8 m 3 /hr, y para la zona 3 una bomba con un caudal de 31,4 m 3 /hr, para la capacidad de ambos casos se permite un sonbredimensionamiento menor de 3 m 3 /hr.

6 La propuesta es la de adquirir dos bombas de agua, pero en vez de una de 56,97 m 3 /hr y otra de 31,4 m 3 /hr, lo que debe hacerse es adquirir una de 8 m 3 /hr y otra de 31,4 m 3 /hr, entonces se pasaría la bomba de la zona hacia la zona 1 y se compraría una para la zona y otra para la zona 3, quedando de reserva la que actualmente se encuentra en la zona 3, esto permitirá racionalizar la inversión al ahorrarse cerca de 000 USD, además de evitarse sobreconsumos de energía al cambiarse la bomba de la zona, además de quedarse una bomba de reserva que no tiene actualmente el circuito secundario, lo cual es muy peligroso ya que se puede descomercializar cualquiera de las cinco zonas del hotel ante una rotura imprevista. Selección de la bomba del circuito secundario de la zona # Aplicando la ecuación de Bernoulli según [3], [4] y [5]. P1 ρ α V P α V 1 + Z + + Hb = + Z + + h 1 g ρ g Donde: P1: Presión de succión de la bomba, (kg/m ). P: Presión de descarga de la bomba, (kg/m ). α: Coeficiente de irregularidad en la distribución de velocidad, α = 1 para régimen turbulento y α = para régimen laminar. ρ: Densidad del fluido, (kg/m 3 ). V 1 y V : Velocidades medidas en las secciones 1 y respectivamente, (m/s). Z 1 y Z : Representan las cotas geométricas de posición en relación con el nivel de referencia. (m). h : Pérdidas de cargas totales (m). g: Aceleración de la gravedad, (m/s ). Hb: Carga de la bomba, (m). L :Longitud de la tubería, (m). d: Diámetro de la tubería, (m).

7 ν: Viscosidad dinámica del fluido, (kg/m.s). e: Rugosidad absoluta de la tubería. k : Sumatoria de perdidas locales. Q: Flujo de agua, (m 3 /hr). f: Factor o coeficiente de fricción. Se tiene en cuenta que el término α V g es el mismo ya que es una misma línea de tubería con un mismo régimen de circulación; Z 1 es cero ya que se toma el punto 1 como nivel de referencia. Despejando de la ecuación Bernoulli se obtiene: P P 1 Hb = + Z + h ρ Las pérdidas de carga se determinan por la siguiente expresión [3], [4] y [5]: f L V h = + K d g 4Q Donde: V = π d Para conocer el valor de f primero se determina el valor del número adimensional de Reynold [3], [4] y [5]: ρ V d Re = υ Donde: Re: Número adimensional de Reynold.

8 Re = 0, El valor obtenido del número de Reynold es mayor que 100, por lo que se puede afirmar que el régimen de circulación del fluido es turbulento El valor de f esta en función de Re y e/d : e d 4 = 6 10 f = 0,035 anexo [4] ( 131,36 + K) Hb = 11,0m + 11,4m + 8 Q m 0,0035 s 5 Para determinar las pérdidas locales (K) se utiliza la tabla A..3 de la página 90 de [4]: Para codos de 90º K = 0,5 (15 codos) K = 7,5 Para codo de 45º K = 0,63 (6 codos) K = 3,78 Para válvulas de globos K = 5,47 ( válvulas) K = 10,94 K =, hr Hb =,4m + 0,0917 m 5 ( Q ) Sustituyendo los valores de flujo en la ecuación de la carga, se obtiene el gráfico para seleccionar la bomba.

9 Hb (m. c.a.) Q (m 3 /hr),4 0,88 4 4,8 8 6,6 1 9, , , 4 45,8 8 5,9 3 60, 36 Gráfico del sistema de tuberías de la zona de habitaciones Hb m.c.a Q m3/h Con el gráfico del sistema de tubería se selecciona la curva de la bomba necesaria para esta zona de habitación en el catálogo [], teniéndose en cuenta que el flujo necesario en esa zona es de 8 m 3 /hr, es decir este es el punto donde tienen que coincidir ambas curvas y el punto de operación de la bomba.

10 Los datos de la bomba seleccionada son Modelo: Itur Potencia: 7,81 Hp Altura máxima de aspiración: 6, m Selección de la bomba del circuito secundario de la zona #3 Aplicando la ecuación de Bernoulli según [3], [4] y [5]. P3 ρ α V P α V Z + + Hb = + Z + + h 1 g ρ g Donde: P3: presión de succión de la bomba.(kg/m ). P4: presión de descarga de la bomba.(kg/m ). L 3 :longitud de la tubería (m). Bernoulli: Haciendo las mismas consideraciones del caso anterior y despejando de la ecuación de P P 4 3 Hb = + Z + h ρ Las pérdidas de carga se determinan por la siguiente expresión: f L3 V h = + K d g Para conocer el valor de f primero se determina el valor del Reynold:

11 ρ V d Re = υ Re = 0, El valor obtenido del número de Reynold es mayor que 100, por lo que se puede afirmar que el régimen de circulación del fluido es turbulento El valor de f esta en función de Re y e/d : e d 4 = 6 10 f = 0,035 anexo [4] ( 9,7 + K) Hb = 15,8m + 11,4m + 8 Q3 m 0,0035 s 5 Para determinar las pérdidas se utiliza la Tabla A..3 de la página 90 de [4] Para codos de 90º K=0,5 (13 codos) K= 6,5 Para codo de 45º K=0,63(4 codos) K=,5 Para válvulas de globos K=5,47 ( válvulas) K=10,94 K =19,96 hr Hb = 7,m + 0,0139 m 5 ( Q ) 3

12 Sustituyendo los valores de flujo en la ecuación de la carga obtenemos el gráfico para seleccionar la bomba. Hb (m. c.a.) Q 3 (m 3 /hr) 7, 0 7,56 4 8, ,30 1 3, , , , ,1 3 54, ,44 40 Gráfico del sistema de tuberías de la zona 3 de habitaciones Hb m.c.a Q3 m3/h Con el gráfico del sistema de tubería se selecciona la curva de la bomba necesaria para esta zona de habitación en el catálogo [], teniéndose en cuenta que el flujo necesario en esa zona es

13 de 3 m 3 /hr, es decir este es el punto donde tienen que coincidir ambas curva. y el punto de operación de la bomba. Los datos de la bomba seleccionada son: Modelo Itur Poencia: 8,68 Hp Altura máxima de aspiración: 6,8 m Cálculo económico El ahorro que se logra debido a la posibilidad de alquilar las 10 habitaciones de la zona 1 con problemas de confort sería de USD; teniendo en cuenta que el precio de las dos bombas según ofertas está en los USD, esta inversión, según [8], se recuperaría en: Inversión 4500 Tr = = = 0,138 años = 1 mes y 0 días Ahorro 3400

14 CONCLUSIONES Podemos concluir que de realizarse la inversión propuesta, no solo se garantizará el confort que no puede lograr las bombas de las zonas 1 y 3, sino que además representará para el hotel un ahorro 000 USD por concepto de inversión. Ejecutar la inversión propuesta permitirá un ahorro anual de USD al año, lográndose recuperar la inversión en un mes y 0 días, con un incremento sustancial de dinero y por tanto un aumento futuro de sus utilidades. Realizar el cambio de la bomba de la zona, que se encuentra sobredimensionada, evitará sobreconsumos de energía, y ayudará a compensar el necesario incremento de consumo de energía en la zona 1. Las bombas de las zonas 4 y 5 se encuentran bien seleccionadas. RECOMENDACIÓN En las nuevas inversiones tener muy presente el caudal de suministro de las bombas mediante una adecuada selección de estos equipos, debido a que si quedan subdimensionados afectaran el confort de la instalación, y si se encuentran sobredimensionados provocarán sobreconsumos de energía.

15 BIBLIOGRAFÍA 1. Franco Raúl; Estudio del comportamiento de un sistema de refrigeración con la variación de la velocidad del agua en el evaporador; Universidad de Matanzas; Trabajo de diploma, Catálogo de bombas Itur. España, Karassik I.J. Bombas Centrifugas y factores hidráulicos del sistema. Worthington Div Mc Graw Edison Co Moreno Figueredo Conrado: Problemas de mecánica de los Fluidos. Editorial ISPJAE, Nekrasov B. Hidráulica. Editorial Pueblo y Educación Orama Ortega, Marlene: Propuesta de inversión para el Sistema Centralizado de Aire Acondicionado del Complejo Hotelero Paradiso-Puntarena. Universidad de Matanzas; Tesis de Maestría, Rabenin, Guerman. Máquinas e instalaciones frigoríficas. Ed. ORBE. Ciudad de La Habana Sánchez Ávila, J.L.: Desarrollo y aplicación del diagnóstico y pronóstico técnico al mantenimiento de los sistemas centralizados de aire acondicionado. Tesis Doctoral, Universidad de Matanzas, Matanzas, 1999.