INTRODUCCIÓN A LA CLIMATIZACIÓN Sesión 3. Carlos Naranjo Mendoza

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1 INTRODUCCIÓN A LA CLIMATIZACIÓN Sesión 3 Carlos Naranjo Mendoza 25 de agosto del 2014

2 AGENDA 1. Equipos de calefacción Equipos a combustión Equipos eléctricos No convencionales 2. Equipos de refrigeración Por compresión (chillers) Compresores Equipos de disipación Evaporador Unidades de expansión Por absorción 3. Medidas de eficiencia energética en sistemas de climatización

3 AGENDA 1. Equipos de calefacción Equipos a combustión Equipos eléctricos No convencionales 2. Equipos de refrigeración Por compresión (chillers) Compresores Equipos de disipación Evaporador Unidades de expansión Por absorción 3. Medidas de eficiencia energética en sistemas de climatización

4 Sistemas primarios Este tipo de sistemas se conocen como sistemas primarios ya que son los equipos donde se genera el calor o el frío (Planta). Es distribuido mediante los sistemas secundarios (sistemas HVAC)

5 Equipos de calefacción Son los equipos empleados para la producción de calor. Usos puede ser en climatización, calentamiento de agua, generación de vapor, entre otros. Según el modo de producción de calor A combustible: sólido, líquido, gaseoso Eléctricos: resistencia eléctrica, bomba de calor eléctrica No convencionales: solar, geotermia

6 Equipos de calefacción: a combustible Convierten la energía química de los combustibles en energía calórica a través de la combustión. Sólido Carbón Bagazo Leña Líquido Diésel Gasolina Gaseoso Gas Natural Gas licuado de petróleo

7 Equipos de calefacción: a combustible Hornos: Calientan el aire de la edificación directamente

8 Equipos de calefacción: a combustible Hornos: pueden ser de flujo ascendente, descendente u horizontal

9 Equipos de calefacción: a combustible Hornos Ventajas Bajo costo inicial Flexibilidad para uso de diferentes combustibles Inconvenientes Ruidosos Costo alto de operación Mantenimiento complejo Necesidad de ductos

10 Equipos de calefacción: a combustible Calderas: Calientan agua que transporta el calor a la edificación. Transfieren calor de los gases de combustión a un fluido (comúnmente agua) en fase líquida o de vapor.

11 Equipos de calefacción: a combustible Calderas: Pueden clasificarse de diferentes modos Según la disposición del fluido: Acuotubulares Humotubulares https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/36002/mod_resource/content/0/presentaciones_ Teorico/Clasificacion.pdf

12 Equipos de calefacción: a combustible Según la configuración: Verticales Horizontales https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/36002/mod_resource/content/0/presentaciones_ Teorico/Clasificacion.pdf

13 Equipos de calefacción: a combustible Según el tipo de tiro: Natural Forzado

14 Equipos de calefacción: a combustible Calderas Ventajas Costo reducido de operación Silenciosos Alto rendimiento Mantenimiento menos complejo No requiere de ductos de aire Calor se transmite por radiación Inconvenientes Mayor costo inicial Un daño del sistema puede ser difícil de reparar

15 Equipos de calefacción: eléctricos Resistencia eléctrica: La energía eléctrica es transformada en calor a través del uso de resistencias eléctricas. Pueden ser unitarios para cada zona a climatizar o para plantas como es el caso de hornos eléctricos y calderas eléctricas.

16 Equipos de calefacción: eléctricos Hornos eléctricos Calderas eléctricas (termostatos)

17 Equipos de calefacción: eléctricos Equipos de resistencia eléctrica Ventajas Menor costo de inversión inicial Más eficientes Menos contaminantes No emiten gases Más seguros Inconvenientes Mayor costo de operación Consumo de energía primaria

18 Equipos de calefacción: eléctricos Bombas de calor eléctricas: Comportamiento como el ciclo de refrigeración por compresión pero en sentido inverso. El condensador se encuentra en el lado a calentar. Se requiere de un foco frío y uno caliente. Puede darse el transporte de calor por: Aire-aire Aire-agua Aire-tierra

19 Equipos de calefacción: eléctricos Aire-aire Aire-agua Tierra-aire

20 Equipos de calefacción: eléctricos Bombas de calor eléctricas Ventajas Rendimiento alto, COP=3 Menor consumo eléctrico Puede ser reversible Al usar suelo o agua como sumidero se consigue aún mayor rendimiento Inconvenientes Ruidoso Mayor costo comparado con sistemas de resistencia Dependiendo las fuentes de calor puede convertirse en un sistema complejo

21 Equipos de calefacción: no convencional Emplean fuentes no convencionales o alternativas para el calentamiento. Calefacción solar

22 Equipos de calefacción: no convencional Calefacción geotérmica

23 AGENDA 1. Equipos de calefacción Equipos a combustión Equipos eléctricos No convencionales 2. Equipos de refrigeración Por compresión (chillers) Compresores Equipos de disipación Evaporador Unidades de expansión Por absorción 3. Medidas de eficiencia energética en sistemas de climatización

24 Equipos de refrigeración: compresión Se basan en el ciclo de refrigeración por compresión Compresor Evaporador y condensador son elementos sencillos: intercambiadores de calor Evaporador Elementos principales Condensador Válvula de expansión, para reducir la presión del líquido Válvula de expansión Compresor, el elemento más importante y de mayor consumo energético

25 Equipos de refrigeración: compresión Compresores: Disminuyen la presión de un gas, no de líquidos Los tres principales tipos de compresores son de pistón, centrífugos y de tornillo. Compresores de pistón: es el más común, potencias pequeñas y medias, buena eficiencia

26 Equipos de refrigeración: compresión Compresores centrífugos: para grandes potencias de refrigeración, eficiencia poco menor al de pistón

27 Equipos de refrigeración: compresión Compresores de tornillo: para potencias medias, mayor a las de pistón y menor a las centrífugas, son muy compactos, eficiencia baja a cargas variables.

28 Equipos de refrigeración: disipación El calor que gana el condensador debe ser disipado. En sistemas de pequeña potencia se disipa por aire con ayuda de ventiladores mientras que en sistemas de gran potencia se disipa con agua proveniente de una torre de enfriamiento. Condensador enfriado por aire Condensador enfriado por agua Torre de refrigeración

29 Equipos de refrigeración: absorción Reemplaza el compresor eléctrico, por un compresor térmico que absorbe el vapor para ser bombeado como líquido y luego separado con calor El calor puede provenir de fuentes renovables como solar

30 AGENDA 1. Equipos de calefacción Equipos a combustión Equipos eléctricos No convencionales 2. Equipos de refrigeración Por compresión (chillers) Compresores Equipos de disipación Evaporador Unidades de expansión Por absorción 3. Medidas de eficiencia energética en sistemas de climatización

31 Eficiencia energética La principal medida de eficiencia energética inicia con un correcto diseño. Dimensionamiento adecuado considerando la mayor parte de los detalles: evitar sobredimensionamiento. Estudios paramétricos de los sistemas, iteraciones hasta un diseño deseado. Tratar de reducir las cargas mediante el uso de aislante, elementos de sombras. Tomar en cuenta la zonificación de los espacios a climatizar. Uso de sistemas de control. Almacenamiento de energía cuando sea conveniente. Recuperación de calor para otros usos.

32 Bibliografía Kreider, Jan F., Peter Curtiss, and Ari Rabl. Heating and cooling of buildings: design for efficiency. New York: McGraw-Hill, McDowall, Robert. Fundamentals of HVAC systems. Academic Press, Keith, E Herold, Radermacher Reinhard et A Klein Sanford Absorption chillers and heat pumps. CRC Press, USA. Quadri, Nestor Pedro Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. Librería y Editorial Alsina. Standard, ASHRAE "Standard " Energy standard for buildings except low-rise residential buildings (2004).

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