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ASHRAE PUCP NEWS AVANZANDO EN HVAC&R PARA SERVIR A LA HUMANIDAD Y PROMOVER UN MUNDO SOSTENIBLE VOLUMEN 1 - BOLETÍN N°2 - OCTUBRE 2011

CONTENIDO Presentación Novedades Articulos Técnicos

Presentación Se realiza la segunda entrega del boletín ASHRAE PUCP News. En esta entrega se muestra algunas novedades que ocurren en el mundo referente a HVAC&R.

Bombeo de Refrigerantes Líquidos en Sistemas de Refrigeración Industrial

Dos nuevos artículos técnicos que se publican en las revistas de ASHRAE.

Selección de ventiladores usando la presión total de ventilación para ahorrar energía

Se publican las conferencias y eventos que se realizaron durante el presente ciclo, además de los próximos eventos a realizar.

Conferencias y Eventos Sobre ASHRAE

NOVEDADES HUELLA ECOLÓGICA

Es un indicador que sirve para estimar la sustentabilidad de un grupo humano de llevar su modo de vida dentro de los límites biológicos del planeta. Mide la velocidad a la que consumimos los recursos y generamos desperdicios en comparación con la velocidad a la que la naturaleza puede generar nuevos recursos y absorber los desperdicios. Los países lo utilizan como unidad de medición para saber cuánta emisión de carbono realizan y ver su grado de participación en la contaminación mundial. En este link: http://peruverde.net/blog/2008/02/22/huella-ecologica/ podrás medir el impacto que tiene tu estilo de vida en nuestro planeta.

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Torre solar con aire caliente, electricidad para 100 mil hogares

Una torre solar de 792 m que se levantará en el desierto de Arizona será la segunda estructura más alta del mundo y producirá energía para 100.000 hogares aprovechando el aire caliente. La torre solar, diseñada por EnviroMission, funcionará aprovechando la velocidad del aire calentado en la base, que en su ascensión por la chimenea hará girar 32 turbinas. La torre producirá 200 MW de electricidad cada día y, a diferencia de las torres de concentración, generará electricidad también por la noche gracias al calor acumulado en el suelo. Lo interesante es que la torre funciona sin necesidad de agua. Esta tecnología resulta un poco cara, 750 millones costará construirla, aunque una vez en funcionamiento, los costes de operación son mínimos y su duración será por lo menos de 80 años. La torre se construirá con hormigón, un material con una huella ecológica muy alta, sin embargo, en solo 2 años y medio, la energía renovable producida compensará con creces las emisiones empleadas en su construcción.

ECOHOUSE inauguró la Primera casa verde del Perú

La empresa Inmobiliaria Ecohouse, con el apoyo de Celima, Construtek, Etsa, Josfel, Los Portales, Masisa, Trébol, Ventanas y Estilos presentó el día viernes 30 de Setiembre, en Carabayllo, la Primera Casa Ecológica del Perú. La primera casa verde del Perú, según la evaluación de especialistas LEED AP, tiene certificación preliminar que alcanzaría Nivel Plata con 62.5 puntos, cumple con Estándares de Eficiencia Energética (ASHRAE), cuenta con un Sistema Constructivo + Lean Construction: Acero 100% con 0% en desperdicios, lo cual le da ciertas ventajas frente a las casas convencionales. Lo que diferencia a esta casa de las convencionales es la rapidez en la construcción, menos desperdicios y menos contaminación ambiental, entregas más rápidas, ambientes saludables, eficientes y ecológicos, sistemas de aislamiento térmico eficientes que asegura excelente desempeño térmico en los interiores de la vivienda, ahorros tangibles en conservación energética y agua potable, ventanas PVC selladas, aire interno no contaminado, alta circulación de aire, pinturas con bajo VOC, puertas de madera certificada, reposteros y closet de MDF, muros perimétricos con bloques de adobe hechos con material del lugar y techo-jardín. ECOHOUSE aprovecha las propiedades naturales, antisísmicas y con menor riesgo de incendios del acero galvanizado. Del mismo modo, propone diseños modernos y de vanguardia con la utilización de materiales nacionales.

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ARTÍCULO TÉCNICO

Bombeo de Refrigerantes Líquidos en Sistemas de Refrigeración Industrial Por Todd B. Jekel, Ph.D., P.E. y Douglas T. Reindl, Ph.D., P.E., miembros ASHRAE

ecientes investigaciones de sistemas de refrigeración industrial encontraron que se puede incrementar la capacidad de evaporadores sobre-alimentando con líquido refrigerante la unidad evaporadora. En evaporadores configurados para operar con sobre alimentación, la cantidad de líquido refrigerante suministrado es mucho mayor que la menor cantidad requerida para cumplir con la carga de enfriamiento que sufre el cambio de fase de líquido a vapor. En este caso la mezcla a baja temperatura de líquido y vapor deja el evaporador y regresa al recipiente diseñado para separar el líquido del vapor, para que este pueda ser re-comprimido. Dentro de límites, la capacidad para sobrealimentar evaporadores aumenta debido a la tendencia de que una mayor parte de la superficie interior del evaporador esté mojada por refrigerante líquido saturado. En la Figura 1 se puede ver un sistema de sobrealimentación

típico, diseñado y empleado hoy en día para gran parte de los sistemas industriales de refrigeración. En una sobrealimentación de bombeo mecánico, bombas centrífugas extraen líquido refrigerante saturado a bajas temperaturas del recipiente nombrado ASHRAE PUCP-Student Branch

“recirculador de bombeo”, “acumulador de bombeo”, “recirculador” o “recibidor de baja presión”; e incrementa la presión del líquido suministrado por uno o más evaporadores con la misma temperatura de evaporación. Una vez presurizado por la bomba, el refrigerante pasa de líquido saturado a líquido subenfriado a la salida de la bomba y entra luego a la “línea de suministro de líquido recirculado”. Cuando los evaporadores requieran individualmente enfriamiento, controles locales simplemente abrirán la válvula solenoide de alimentación de líquido, que permite el flujo hacia el evaporador de líquido presurizado a baja temperatura. Válvulas de expansión manualmente ajustables son usadas en cada evaporador como medio para Octubre 2011

balancear el suministro de líquido a cada evaporador a lo largo del sistema. Las válvulas de expansión son ajustadas para cumplir apropiadamente las tasas de sobrealimentación requeridas por el diseño de los evaporadores. Saliendo de cada unidad de evaporación, existirá una mezcla de vapor saturado producido por la absorción de calor de las cargas de refrigeración y líquido saturado que fue sobrealimentado. La mezcla bifásica es regresada al mismo recipiente acumulador a través de la línea de retorno de recirculación de líquido (Retorno de Succión Figura 1: Arreglo de sistema de bombeo de líquido sobrealimentado. Húmeda). El recipiente separa el líquido sobrealimentado del vapor y el líquido cae hacia el fondo del recipiente (2) para ser bombeado nuevamente mientras que el vapor saturado es dirigido a los compresores a través de la “línea de succión seca”. La parte del Donde mliquido es el flujo másico de la fase líquida líquido que se convierte en vapor es compensada de refrigerante a la salida del evaporador en kg/s y con la línea de alta presión proveniente de los mvapor es el flujo másico de la fase vapor de refrigercondensadores que ingresa al recipiente acumuante a la salida del evaporador kg/s. lador donde la parte del líquido que se convirtió en El flujo másico total de líquido que las bombas vapor al caer la presión también es separada. deben entregar es por tanto: ¿Cuánto líquido refrigerante requiere circular? (3) Para sistemas de refrigeración industrial que emplean amoniaco como refrigerante, el caudal de Donde mrefbomb representa el flujo de refrigerante refrigerante entregado por la bomba a los evaporaque las bombas deben suministrar a los evaporadores conectados es relativamente bajo debido al dores sobrealimentados conectados expresada en calor latente de vaporización del refrigerante. El flujo kg/s. El término (1+OR) está comúnmente llamado total de bombeo dependerá del mínimo flujo másico como tasa de circulación, Nr. La tasa de circulación requerido para cumplir la capacidad agregada a los representa la relación másica del líquido bombeado evaporadores conectados y la sobrealimentación hacia los evaporadores y la parte que del líquido recomendada para los evaporadores. El mínimo que se vaporiza en el evaporador. La Tabla 1 muesflujo másico de líquido requerido para cumplir la tra el caudal de líquido de recirculación expresado capacidad de refrigeración agregada se obtiene de: en galones por minuto de líquido por cada tonelada de refrigeración sobre un rango de temperaturas de (1) evaporación y tasas de circulación. ¿Qué tasa de sobrealimentación se requiere para un evaporador individual? Donde mrefmin es el mínimo líquido refrigerante Fabricantes de evaporadores típicamente publican que debe ser suministrado a todos los evaporadores tasas de sobrealimentación recomendadas en conectados para cumplir su carga agregada en kg/s, unidades específicas diseñadas. Desviarse signifiQtotal es la carga de refrigeración agregada en kW, y cativamente de de la tasa recomendada por el fabrihfg es el calor latente de vaporización del refrigercante conduce a una disminución en la capacidad ante a la presión de succión en kJ/kg. La tasa de operativa del evaporador. Un flujo de refrigerante sobrealimentación es la relación entre el flujo muy bajo puede restringir la capacidad de la unidad másico de líquido y el flujo másico de vapor a la pero un suministro excesivo de líquido hará que el salida del evaporador:

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evaporador se llene de líquido. Un flujo excesivo de líquido refrigerante aumenta la probabilidad de cavitación en las bombas. Finalmente una excesiva sobrealimentación de líquido a los evaporadores aumenta la dificultad asociada con el retorno de líquido sin usar al recirculador cuando el trayecto de retorno involucra una subida vertical. En Tabla 1: Caudal recirculado en galones por minuto por tonelada de refrigeración. este caso existe una tendencia del líquido a acumularse en los evaporadores. Anatomía de una bomba centrífuga En un nivel fundamental, la bomba centrífuga usada para recircular refrigerantes es similar a las bombas centrífugas usadas para mover agua u otros fluidos secundarios. En la Figura 2 se muestra una bomba centrífuga de una etapa común para mover líquidos comunes. La principal característica de una bomba centrífuga es el impelente, que rota dentro de la carcasa de la bomba creando una zona de baja presión en la cercanía al centro (el ojo). Esta área de baja presión succiona el líquido hacia la bomba donde el impelente giratorio aumenta la energía cinética del fluido acelerando el líquido rápidamente hacia las puntas del extremo. Cuando el líquido deja las puntas del el impelente su energía cinética está en su punto máximo. El alojamiento de la bomba o voluta que rodea el impelente asume el control de ordenadamente reunir el líquido que sale del impelente. El proceso de reunir el líquido en la voluta convierte la energía cinética del fluido en presión (energía potencial). El fluido con la máxima presión abandona la bomba a través de la línea de descarga. Debido a que la bomba está moviendo un fluido volátil, es altamente sensible a la cavitación durante la operación. Para reducir la probabilidad de cavitación, bombas de refrigerante líquido incluyen detalles de diseño que difieren de las bombas típicas de bombeo de agua para disminuir la caída de presión a través de la succión de la bomba. Bombeo de Refrigerantes Líquidos Antes de discutir los detalles de operación de de una bomba centrífuga para refrigeración, es importante considerar unos conceptos fundamentales para su exitosa operación. Uno de de los más importantes conceptos es columna neta positiva de succión NPSH (net positive suction head). De manera simple, “columna de succión” representa la presión en la succión de la bomba. El término “neta positiva” pretende tomar en cuenta las presiones

Figura 2: Bomba centrífuga de una etapa.

positivas (estática, es decir, altura y presión absoluta sobre la presión de vapor del fluido) y negativas (pérdidas) debidas al flujo. Efectivamente, NPSH es la diferencia en presión del refrigerante en la succión de la bomba y la presión de saturación del refrigerante. Un NPSH de 0 para una bomba que intenta mover un líquido volátil indica que este líquido cambiará de fase de líquido a vapor instantáneamente cuando ingrese a la bomba. Dos tipos de NPSH tiene que ser considerados para asegurar el correcto funcionamiento de la bomba, NPSH requerido y NPSH disponible. NPSH requerido es el menor valor de la columna neta positiva de succión requerida para prevenir que el líquido refrigerante se convierta en vapor instantáneamente. Esta es una característica de cada bomba y de varias con el mismo punto de operación de bombeo (altura y caudal) como el previsto por el fabricante. NPSH disponible es la columna neta de la bomba considerando todos los factores que efectivamente incrementan la columna (columna estática de elevación del líquido sobre la succión de la bomba, subenfriamiento del líquido refrigerante en el interior del recipiente) y las que la disminuyen (pérdidas de

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fricción y accesorios, y ganancias de calor). Para prevenir la cavitación en bombas, el NPSH disponible debe ser mayor al mínimo requerido por la bomba. (4)

Si una bomba de refrigeración está cavitando, existen pocas opciones para solucionar la situación. Primero, determinar el diámetro del impelente original en la documentación de la instalación del equipo o de los datos de placa. Luego, leer la presión en la descarga de la bomba durante la operación y compararla con la presión del recipiente recirculador para determinar si la bomba está realizando un incremento y anotar la magnitud de este. Además, se debe obtener la curva para el modelo específico de la bomba y diámetro de impelente. Con esta información, mirar la curva de la bomba del fabricante y determinar con el valor de la ganancia de presión el caudal y el NPSH requerido correspondiente a ese punto de operación en la curva de la bomba. Si la bomba está cavitando debido a que está operando “fuera de la curva” (hacia la derecha de la curva de la bomba), una recomendación para solucionar esta cavitación es cerrar las válvulas de expansión manuales donde el líquido de sobrealimentación es suministrado a los evaporadores. Cerrar las válvulas incrementará la presión de descarga; y así, se disminuirá el caudal y el correspondiente NPHS requerido. Este proceso debe ser enfocado en los evaporadores más grandes primero, debido a que ellos tienen el mayor impacto en la demanda de líquido. Si con este método no se logra eliminar la cavitación y el recipiente recirculador está equipado con un sistema de control de nivel empleando sensores capacitivos, es posible incrementar el nivel de operación del líquido para aumentar el NSPH disponible. Sin embargo, incrementar el nivel de operación reduce la capacidad del recipiente de recirculación para un flujo inesperado de retorno de líquido del sistema. Otra posible razón para la cavitación en bombas es el exceso de calor “parasito” ganado entre el recipiente y la succión de la bomba. Congelamiento visible en la tubería de succión, como se muestra en la Figura 3, es una señal de la pérdida de integridad del aislamiento, que incrementa la ganancia de calor del refrigerante. Para remediar esto se requerirá re-aislar la tubería de succión. Otras consideraciones Protección de Flujo Mínimo: Durante la operación, las bombas de líquido refrigerante siempre necesitan mover alguna cantidad de líquido para evitar la formación de vapor dentro de la bomba

Figura 3: Paquete de recirculación de refrigerante mostrando una excesiva acumulación de hielo en el asilamiento indicando una falla en el sistema de aislamiento con el correspondiente incremento en la temperatura del líquido refrigerante.

debido a la adición de calor por la ineficiencia del productor y la bomba. El calor agregado a condiciones de bajo caudal puede causar también que el líquido en la bomba cambie de fase, conduciendo a la cavitación. Para prevenir esta forma de cavitación, una linea bypass (o flujo mínimo) de la descarga de la bomba de regreso al recirculador de bombeo o al retorno del líquido recirculado a través de una tobera fijada en el caudal mínimo establecido por el fabricante. La ganancia de calor en condiciones de operación no supera 0.1ºC. Presencia de EPRs en el requerimiento de la presión de descarga: Bombear líquidos con reguladores de presión de evaporación EPR (Evaporator Pressure Regulators) requiere especial atención. Primero, La presión de alimentación en el evaporador y la presión de descarga de la bomba deben ser mayores que la presión establecida en el EPR para que pase líquido al evaporador. Segundo, es importante darse cuenta que el líquido refrigerante bombeado que va a ser suministrado al EPR debe ser líquido subenfriado a la entrada del evaporador. El líquido refrigerante que entra al evaporador está a la temperatura del líquido en el recirculador (adicionando una pequeña ganancia de calor en la bomba y en las tuberías). Desde que la temperatura del líquido suministrado está por debajo de la temperatura de saturación correspondiente a la presión establecida en el EPR, el líquido refrigerante que entra al evaporador tiene que absorber calor sensible para aumentar su temperatura hasta alcanzar la de saturación correspondiente a la presión de operación antes de poder cambiar de fase. Evaporadores operando con líquido refrigerante suministrado a temperaturas mayores a 5 ºC por debajo de

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de la temperatura de saturación obtendrán bajos rendimientos. Requerimientos de altura estática en lazos abiertos (¿Por qué los variadores de frecuencia no son muy buenos para bombas de refrigeración?): Otro problema con los circuitos de bombeo de lazo abierto es que la altura estática requerida establece la mínima presión de descarga requerida para permitir el flujo a los evaporadores. Esto significa que antes de existir un flujo de refrigerante a los evaporadores, la presión requerida para elevar el líquido a los evaporadores debe ser superada. Si la presión generada por la bomba no es suficiente, la bomba operará en su caudal mínimo y una columna de líquido mantenida en su punto superior suministrando líquido refrigerante hacia los evaporadores. En otras palabras, la bomba no es capaz de entregar caudal a los evaporadores. Esta es la principal razón para que los variadores de frecuencia VFDs (variable frequency drives) generalmente no sean adecuados para las aplicaciones de bombeo de refrigerante en aplicaciones de sobrealimentación de líquido. Nótese que 15 metros de elevación de una línea de amoniaco requieren una diferencia de presión de aproximadamente 100 kPa solo para elevar el líquido al techo. Confinamiento Hidrostático (Hydrostatic lockup): El confinamiento hidrostático es una captura de líquido subenfriado en un volumen fijo y exponiendo este volumen capturado a una fuente de calor. Conforme el líquido capturado absorbe calor, la temperatura del líquido aumentará, lo que causará que el líquido se expanda volumétricamente llevando a un considerable aumento en la presión del refrigerante y aumentando también la probabilidad de que el componente falle. Es importante identificar las localizaciones donde el sistema de refrigeración puede atrapar líquido y proveer una adecuada protección contra una sobrepresión. El ASHRAE Standart 15-2010, Safety Standard for Refrigerant Systems (Normativa de Seguridad para Sistema de Refrigeración), estable los requerimientos para la protección del confinamiento hidrostático. La válvula de alimentación enseriada a un evaporador sobrealimentado es un lugar donde el bloque hidrostático es solo un peligro durante el mantenimiento; por lo que, puede ser controlado con procedimientos y entrenamientos adecuados. Sin embargo, la tubería se suministro de líquido entre la válvula check de la descarga de la bomba y las válvulas solenoides de alimentación de líquido a los evaporadores debe ser protegida del bloqueo hidrostático en un evento de falla en el suministro de energía de la planta.

Ninguna cantidad de procedimientos o entrenamientos puede mitigar este escenario de bloqueo hidrostático; por lo cual, se requiere la instalación de un dispositivo de alivio hidrostático luego de la válvula check en la descarga de la bomba conectado con el recipiente recirculador. Conclusiones Este artículo introduce conceptos distintivos del bombeo de refrigerantes empleando bombas centrifugas. En sistemas de refrigeración industriales, el uso de bombas centrífugas para suministrar líquido refrigerante a bajas temperaturas a las cargas se ha vuelto común. A pesar de su concepto sencillo, un diseño, instalación y operación exitosos de bombas centrífugas de líquido refrigerante requiere cuidado y atención en un número de detalles. Uno de los problemas operacionales más comunes es la cavitación en bombas de refrigerante. En un número de instalaciones, hemos encontrado que la raíz de los problemas de cavitación es el exceso de de flujo de refrigerante a través de la bomba debido a que las válvulas de expansión manuales en cada evaporador están muy abiertas. Cuando se presenta cavitación, la capacidad de refrigeración disminuye y aumenta la probabilidad de que se presente una falla prematura en la bomba o en el motor. Esperamos que este artículo lo ayude a entender y solucionar los potenciales problemas que se pueden presentar en sistemas de bombeo de refrigerante.

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ARTÍCULO TÉCNICO

Selección de ventiladores usando la presión total de ventilación para ahorrar energía Por Jhon Cermak, Ph.D., P.Eng., Member ASHRAE; and John Murphy, Ph.D., miembros ASHRAE

n estudio reciente coloca al consumo de energía usada por los ventiladores como el 23% del consumo total de energía a nivel mundial. ASHRAE inició el proceso de definir la dirección y metas del programa de reducción de consumo de energía en ventiladores en el año 2007. Analizando los temas involucrados, se volvió evidente que aunque la dirección más obvia a seguir es incrementar la eficiencia energética de los ventiladores, es más rápido obtener resultados favorables mejorando el proceso de selección de ventiladores. Mejores resultados serán obtenidos con la combinación de ambos enfoques. Los requisitos para lograr un nivel mínimo de eficiencia energética del ventilador y mantener la selección del ventilador con un punto de operación cercano al pico de eficiencia energética del mismo, están siendo tratados en una recomendación a la propuesta de mantenimiento continuo de la norma 90.1 de ASHRAE/IES. La propuesta para esta recomendación fue hecha por el Comité Técnico 5.1, Diseño de Ventiladores y Aplicación de ASHRAE, y AMCA Internacional. El primer debate documentado sobre los ventiladores (dispositivos que usan palas impulsoras creando un flujo de aire como consecuencia de la

rotación proporcionado por una fuente mecánica de energía) es una publicación donde se revisan los logros en los procesos de minería y metalurgia desde tiempos antiguos hasta el siglo XVI. El principio de Bernoulli fue publicado en el año 1738, y es en ese momento en que la energía entregada por el ventilador fue definida como presión estática, que era referida a una presión estática local. El adjetivo “ventilado (acción de dar velocidad al aire)” no pudo haber sido usado. Mucho después, los términos “presión total del ventilador” y “presión estática del ventilador” fueron introducidos.

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En parte debido a esta historia, la práctica común en Estados Unidos ha sido usar la presión estática como base para el diseño del sistema de ventilación y la selección del ventilador. Esta práctica es incorrecta y a menudo conlleva al consumo excesivo de energía. Este artículo presenta técnicas de selección de ventiladores basada en el uso de la presión total y compara los resultados a aquellos obtenidos usando la presión estática. ¿Por qué presión total de ventilador? El propósito de cualquier sistema de manejo de aire es el proveer movimiento de aire para asegurar la comodidad y seguridad de los ocupantes de un determinado espacio. Notar la palabra clave “movimiento”, la cual indica porque es incorrecto usar la presión estática (definida como carencia de movimiento). Es el movimiento del aire lo que es importante. Para proveer la energía requerida para mover el aire, nosotros debemos producir una diferencia de presiones que favorezca el movimiento en la dirección deseada. Octubre 2011

Normalmente, el aire es confinado a moverse a través de ductos o espacios debido a las paredes de dichos ductos o espacios. La resistencia al movimiento es causada por la fricción a lo largo de las paredes y por las pérdidas de energía en componentes cuyo propósito es cambiar alguna propiedad del aire (como los filtros, espirales, silenciadores y rejillas). Cuando la resistencia del sistema es graficada como presión total vs. distancia, la presión total disminuirá en cualquier punto excepto en su paso por el ventilador. Por lo tanto, el resto de componentes del equipo, que no sean el ventilador en sí, tendrán una pérdida de presión total asociada a ellos. Debe prestarse una atención especial aquellos componentes en los que ocurra un cambio de sección abrupto, dado que las pérdidas de presión total en estos puede ser significativamente mayor. La práctica tradicional de uso de la presión estática conduce al uso de términos engañosos, tales como “recuperación estática” o “recobrar la presión estática” para describir lo que en realidad es “conversión de presión dinámica a presión estática”.

de ductos es evidenciada por la pendiente de la curva de presión total vs distancia. Por lo tanto, la pérdida en cualquier accesorio, longitud de ducto o componente es el cambio (siempre en reducción) de presión a través del componente. Una vez que las dimensiones del ducto sean conocidas, la presión estática puede ser calculada para cualquier punto a partir de la presión total y el flujo. Los resultados del diseño de un ducto serán entonces una gráfica (o tabla) de presión total vs distancia. La presión total negativa a la entrada del ventilador puede ser determinada luego de que los valores de diseño de la presión total de ingreso son establecidos. La diferencia de presión total entre la salida del ventilador y la salida del sistema puede conocerse por el diseño del sistema de ductos. La presión total positiva requerida a la salida del ventilador puede ser determinada una vez los valores de diseño de la presión total de salida (del sistema) son establecidos. La presión total del ventilador es simplemente la suma algebraica de los valores de entrada y salida del ventilador. El término común “presión estática total” es claramente un oxímoron (expresión contradictoria en sí misma). Esta es usada para identificar la suma de las pérdidas de presión estática en el sistema de ductos, y, por tanto, a menudo usado para definir la performance del ventilador requerida. Dicha práctica no sólo es peligrosa, es además incor-

La consecución de los parámetros de diseño de los sistemas de manejo de aire es cada vez más importante para los dueños de las propiedades equipadas con estos equipos. Se Figura 1: Perfil de presiones en la entrada y salida del ventilador. requiere de la recta. Como se notó anteriormente, todas las pérdimedición del comportamiento del sistema para das en los ductos, accesorios y otros componentes confirmar su correcta operación. El uso de la son pérdidas de presión total. Es cierto que, para medición de la presión estática en las paredes del cualquier accesorio o componente que no implica ducto en las etapas anterior y posterior al ventilador un cambio de sección en el área de flujo, la pérdida para este propósito es inadecuado y sólo crea de presión estática es igual a la pérdida de presión confusión en la evaluación del comportamiento en total. Esta afirmación resulta incorrecta para acceoperación de un sistema de manejo de aire. sorios y componentes que impliquen un cambio de sección en el área de flujo, tales como los difusores El capítulo de diseño del ducto en el ASHRAE Hando accesorios de derivación. book 2005- Fundamentals (Chapter 35) deja en claro que la resistencia al flujo de aire en un sistema

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Como veremos en la siguiente sección, si la resistencia del sistema es (correctamente) establecida como la presión total vs flujo, es de alta importancia que este requerimiento corresponda a la performance del ventilador establecida como la presión total vs flujo. Ventiladores y presiones Un ventilador es un dispositivo diseñado principalmente para proporcionar un flujo, usualmente de aire, a una presión relativamente baja. El ventilador tiene una abertura de ingreso por donde el aire entra al ventilador y una apertura de salida por donde el aire es expulsado del ventilador. El flujo a través de estas aberturas es el Figura 2: Selección de un ventilador realizada mediante la intersección mismo y crea una velocidad en cada una de la curva de caída de presión del sistema vs la curva de presión estática de estas. El motor, usualmente eléctrico, del ventilador entrega energía al impulsor del ventilador y el impulsor transforma dicha energía en la energía del aire manejado por el ventilador. Si definimos superficies de control las aberturas de entrada y salida, la energía de aire proporcionada por el ventilador es la diferencia entre la energía del aire en la abertura de salida menos la energía del aire en la abertura de entrada del ventilador. Esta energía tiene dos componentes, la estática y la dinámica. Dado que el flujo es el mismo tanto en la entrada como en la salida, debemos definir la energía adicionada como el cambio de presión entre las dos aberturas. La presión total del ventilador es entonces definida Figura 3: Selección de un ventilador realizada mediante la intersección como la diferencia de las presiones totales de la curva de caída de presión del sistema vs la curva de presión total de las aberturas de ingreso y salida del del ventilador ventilador. entrada y salida. En tal caso, la presión estática del Las relaciones entre estas presiones están repreventilador es igual al aumento de la presión estática sentadas en la Figura 1. a través del ventilador. Estas presiones son definidas en la norma ISO 5801 y ANSI/AMCA Standard 210-07/ANSI/ASHRAE 51-07, Labortory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. Cualquier otro término como la presión estática total, presión estática externa y presión estática externa total no están definidas y, por lo tanto, no deben ser usadas. La presión estática del ventilador como es definida generalmente no puede ser medida por una prueba de ventilador excepto en un ventilador que tenga la misma velocidad de aire en sus aberturas de

Uso de la presión estática del ventilador para la selección de ventiladores Primero, debemos recalcar que la performance del ventilador es, usualmente, presentada en términos de FTP (Fan total pressure) vs flujo o FSP (Fan static pressure) vs flujo. En las figuras 2 y 3, ambas presentaciones son usadas simultáneamente para un ventilador centrífugo de uso típico de 24” (0.6 m) de diámetro. El punto de operación requerido para el sistema es 13000 cfm (6135 l/s) a una presión de 1.5 m.c.a. (374 Pa), con una densidad estándar del aire.

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En la figura 2, la curva de caída de presión del sistema ha sido intersecada con la curva FSP, de lo que se obtuvo que la velocidad de operación del ventilador debería ser de 1035 rpm y que la potencia de operación debería ser de 6.22 bhp (61 kW). Pero, en realidad, el ventilador a esa velocidad debería operar a un flujo de 13 625 cfm (6430 l/s) y con una caída de presión del sistema de 1.65 m.c.a. (411 Pa). El flujo en el sistema es cerca de 5% mayor y la potencia utilizada es de 6.05 bhp (59 kw). En la figura 3, la curva de caída de presión del sistema ha sido intersectada con la curva FTP, de lo que se obtuvo una velocidad de operación del ventilador de 989 rpm y una potencia requerida de 5.29 bhp (52 kW). El flujo ahora coincide con el solicitado, la velocidad es menor en un 5% con respecto a la elección anterior y la potencia solicitada es 12.5% menor. Los beneficios de la correcta intersección de las curvas del sistema con las curvas de operación del ventilador son una velocidad más baja, menos ruido producido y una solicitud de potencia significativamente menor. Podemos observar que la selección del ventilador debe ser realizada mediante la intersección de la curva de performance del ventilador (presión total vs flujo) con la curva del sistema. Muchos fabricantes de ventiladores presentan los datos de performance en el formato de tablas de múltiple rango, las cuales incluyen valores de flujo, presión estática, velocidad y potencia. La conversión de esta información a presión total es simple (la presión dinámica es calculada a partir del flujo y el área de la salida), pero se asume que la conexión del ventilador al sistema es tal que la conversión de presión dinámica a presión estática en la salida del ventilador es idéntica a la conversión experimentada en la prueba de montaje de donde fueron extraídos los datos. El uso de la presión total hace esta suposición obvia, mientras que el uso de la presión estática para la selección del ventilador, mientrasque el valor del flujo concuerde con el valor requerido por el sistema, no pondría en tela de juicio la validez de la selección. La presión total del ventilador es simplemente la diferencia entre la presión total a la salida y la presión total a la entrada. La presión estática del ventilador está definida como la presión total del ventilador menos la presión dinámica a la salida de este. Equiparar la presión estática del ventilador con la “presión estática total” resultará en una elección de ventilador inadecuada.

A modo de ejemplo, considerar un sistema de soplado usando un par de ventiladores axiales cuyas salidas serán conectadas a un plentum que contiene un conjunto de volutas, filtros y silenciadores. El plentum es de 7 ft de alto por 14 ft de ancho (2m de alto por 4m de ancho) y para un flujo requerido de 150 000 cfm (70 792 l/s) la suma de las pérdidas de presión total desde la entrada del plentum hasta la descarga del sistema es de 8 m.c.a. (1992 Pa) con una densidad de 0.075 lbs/ft² (0.03 kg/m²). (En muchos casos las pérdidas de presión total y las pérdidas de presión estática pueden ser iguales y, en esos casos, puede permitirse la suma simple de las pérdidas de presión estática.) Un ventilador de 48 in. (1 m) de diámetro operando a 4 velocidades de polo (1780 rpm) es una selección razonable usando un cono de expansión entre la salida y el plentum. La presión total que el ventilador debe desarrollar a 75 000 cfm (35 396 l/s) para producir una presión estática del ventilador de 8 m.c.a. (1992 Pa) es de 10.6 m.c.a. (2639 Pa). Si, no obstante, se asume al ventilador unido al cono como una unidad, la presión total requerida para producir la presión estática del ventilador es de 9.04 m.c.a. (2250 Pa). Esta diferencia representa un cambio de 3.1 grados en el ángulo de los alabes. Conclusiones La necesidad de abordar los problemas de energía significa que debemos abandonar la práctica incorrecta de usar la presión estática del ventilador. ASHRAE está liderando el manejo para la reducción de uso de energía en sistemas de manipulación de aire y ha incluido requerimientos para los ventiladores en sus consideraciones. Para facilitar el uso de ventiladores de alta eficiencia, AMCA ha desarrollado el estándar 205-10, Energy Efficiency Clasification for Fans, donde se define el procedimiento para establecer el grado de eficiencia de un ventilador (FEG - Fan efficient grade), que es un número que identifica la calidad aerodinámica del ventilador. El valor FEG está basado en la eficiencia total pico del ventilador. Aunque este estándar define meramente como se establece el valor FEG, provee un mecanismo para los entes reguladores para especificar la eficiencia mínima aceptable para ventiladores. ASHRAE Standing Standards Project Comitte 90.1 está evaluando una recomendación para fijar un valor mínimo aceptable de eficiencia de un ventilador expresado en términos del valor FEG, así como seleccionar los ventiladores para un punto cercano al pico de eficiencia total del ventilador. Estos requerimientos están respaldados por el estándar AMCA 205-10 y que armoniza con la ISO 12759:2010.

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CONFERENCIAS Y EVENTOS Charlas realizadas "Reducción de Emisiones de GEI en Proyectos de Eficiencia Energética" Expositor: Ing. Mauro Chávez Rodríguez

Ingeniero Mecánico Electricista Magíster en Planeamiento de Sistemas Energéticos UNICAMP | Brasil Ministerio de Energía y Minas

======================================= Temas: - Cambio climático, Protocolo de Kioto y Mecanismo de Desarrollo Limpio. - Metodologías de cálculo en sistemas energéticos de Mecanismos de Desarrollo Limpio. - Ejercicios de reducción de emisiones de GEI en proyectos de eficiencia energética. - Cambio de combustible en calderas.

"REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL: Tratamiento Post-Cosecha de frutas, Enfriamiento y Almacenaje" Expositores: Ing. Moisés Ventocilla

Refrigerator Manager | Johnson Controls Perú

Ing. Ronald Torrejon

Industrial Refrigerator Engineer | Johnson Controls Perú

======================================= Temas: - Proceso de Post-Cosecha de las frutas de exportación. - Operación de un túnel de Pre-Frío tipo California - Cálculo de Carga Térmica involucrada en el proceso. - Dimensionamiento y Selección de componentes del Sistema de Refrigeración.

ASHRAE PUCP-Student Branch

Octubre 2011

Visitas realizadas

Visita a la Central Térmica Las Flores - Chilca Ubicada en el distrito de Chilca, provincia de Cañete, es la última central construida tras una inversión de US$110 millones y ha sido diseñada para operar con gas y evolucionar a un ciclo combinado. Cuenta con una capacidad instalada de generación de 192.5MW.

Próximas conferencias y eventos

Ciclo de Conferencias:ExpoASHRAE-PUCP Climatización SOSTENIBLE Fecha: 24 y 25 de Noviembre Lugar: Auditorio de Ingeniería - Pontificia Universidad Católica del Perú Cupo límite de asistentes: 150 personas - Ingreso Libre Costo de Certificado: 20 nuevos soles ExpoASHRAE PUCP, es un evento que tiene como objeto brindar a los estudiantes y profesionales, involucrados en las ciencias HVAC&R, una visión actual sobre la posición que tienen los profesionales frente a la problemática que aqueja nuestro planeta, así como dar a conocer avances tecnológicos relacionados en HVAC&R para mejorar la calidad de vida de las personas. Para lograr ello, ExpoASHRAE PUCP ofrecerá al público asistente un ciclo de conferencias de dos días de duración con ponentes de empresas líderes de la industria nacional en HVAC&R, con lo cual se busca, de alguna manera, dar a conocer desde la fuente y de primera mano el funcionamiento y organización de las mismas, lo que ciertamente brindará, además, un gran ejemplo de cómo se deben llevar a cabo proyectos relacionados en nuestro país. En general, consideramos que esta actividad contribuirá a familiarizar a los estudiantes con las exigencias de la realidad de la actividad profesional de hoy en nuestro país, y a concientizarlos acerca de las cualidades que éste debe tener para lograr un máximo desempeño en el ejercicio profesional de cara a satisfacer las necesidades de las empresas en el país, lo que, finalmente, redundará en beneficios mutuos.

ASHRAE PUCP-Student Branch

Octubre 2011

2011

ExpoASHRAE

ASHRAE PUCP Student Branch AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS

PUCP

EFICIENCIA Energética

CICLO DE CONFERENCIAS Edificios con certificación LEED: Nuevas exigencias para Aire Acondicionado Ing. Yanio Tejeda Torres | Gerente Comercial INGESIN S.A.C.

Tecnologías eficientes: Ahorro de energía con el uso de variadores de velocidad en aplicaciones de bombas y ventiladores

Ing. Rafael Cortina Mendoza | LV Drives Channel Manager de ABB PERÚ S.A.

Aplicación de la refrigeración por absorción en sistemas de cogeneración

Ing. Rafael Castillo Figueroa | Gerente General SAEG PERÚ S.A.

Eficiencia energética y terminología usada en equipos de refrigeración y aire acondicionado

24 y 25 Nov. Auditorio de Ingeniería

Pontificia Universidad Católica del Perú

Ingreso Libre

Coffee break

Costo por certificado: S/.20.00 Informes e inscripciones: Telf.: 626-2000 anexo 4860 ashrae@pucp.edu.pe ORGANIZA:

Ing. Ernesto Sanguinetti Remusgo | Gerente de Ingeniería COLD IMPORT

Eficiencia Energética para un Desarrollo Sustentable

COLABORAN:

Ing. Juan Olazabal Reyes | Director del Proyecto de Eficiencia Energética de FONAM

Ingeniería y Sistemas Inteligentes S.A.C.

Automatización de sistemas HVAC

Ing. Oscar Ariza Castillo | Systems Controls Sales Engineer - JOHNSON CONTROLS PERÚ

LABORATORIO DE ENERGIA Porque nos gusta lo que hacemos

COLD IMPORT S.A.

LA PERFECCION DEL FRIO

Fondo Nacional del Ambiente - Perú

Power and productivity for a better worldTM

24 de Noviembre Apertura del ciclo de conferencias ASHRAE-PUCP Climatización SOSTENIBLE Ponente: Ing. Gerson Sulla Ochoa | Presidente ASHRAE PUCP St. Branch Ing. Luis Yamada Tanaka | Presidente Sección ASHRAE PERÚ Tema: Actividades de la Rama estudiantil y los beneficios de ser miembro. El presidente de la Sección ASHRAE PERÚ abordará el tema de los posibles caminos por los que puede optar un profesional en el ejercicio de su carrera. Edificios con certificación LEED. Nuevas exigencias para Aire Acondicionado Ponente: Ing. Yanio Tejeda Torres | Gerente Comercial INGESIN S.A.C. Trayectoria: Ingeniero Mecánico. Especialista en Sistemas de Climatización y Refrigeración. Con veinte años de experiencia en el campo de la Climatización Especializada en la Industria Biotecnológica, Farmacéutica y Hospitalaria, y en la filtración de aire en sistemas climatizados. También en diseños de sistemas de Aire Acondicionado comercial e industrial, ventilación, presurización de escaleras y extracción de CO. Validación y diseño de Áreas Limpias y Salones de Operación, Diseño e Instalación de Sistemas de Control Automático, Monitoreo y Ahorro Energético. Tema: Nuevas exigencias del ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007 y ANSI/ASHRAE/USGBC/IES Standard 189.1-2009 para los sistemas de HVAC. Eficiencia minima de los equipos. Controles. Construcción y Aislamiento de los sistemas HVAC. Rutas prescriptivas. Documentación y entrega. Conclusiones. Tecnologías eficientes: Ahorro de energía con el uso de variadores de velocidad en aplicaciones de bombas y ventiladores Ponente: Ing. Rafael Cortina Mendoza | LV Drives Channel Manager de ABB PERU Trayectoria: Ingeniero Electrónico y de Marketing Industrial. Profesional con 6 años de experiencia en la gestión de negocios de productos de automatización y en el diseño e implementación de proyectos de innovación tecnológica. Actualmente se desempeña como Jefe de Canales y Jefe de Producto de Variadores de Velocidad en la empresa ABB, donde lleva laborando desde el año 2006. Durante este periodo, sus cargos le han permitido promover la eficiencia energética través del uso de variadores de velocidad en los diferentes sectores productivos del país, mediante visitas en las empresas, así como, a través conferencias en ferias internacionales del sector de la energía, electricidad y la automatización industrial. Ha sido recientemente nombrado Embajador de Eficiencia Energética de ABB Perú. Tema: Presentación de como el uso de esta tecnología (variadores de velocidad) contribuye al uso eficiente de la energía eléctrica de los motores de las bombas y ventiladores utilizados en los sectores productivos y de infraestructura, además de cuales sus ventajas y beneficios en comparación a otras tecnologías existentes y de uso más difundido. Aplicación de la refrigeración por absorción en sistemas de cogeneración Ponente: Ing. Rafael Castillo Figueroa | Gerente General SAEG PERU S.A. Trayectoria: Ingeniero Mecánico. CIP con 20 años de experiencia profesional en manejo de fluidos, realizando proyectos de ingeniería y diseño de plantas industriales. Consultor y conferencista especializado en sistemas de refrigeración, climatización, ventilación, procesos térmicos y ahorro de energía. Estudios profesionales en la PUCP, estudios de gestión en ESAN y escuelas de Lima, estudios continuos de especialización técnica en escuelas tecnológicas de EEUU. Miembro fundador del APVARC y la sección ASHRAE PERU.

Tema: La refrigeración por absorción a diferencia de la refrigeración tradicional por compresión de vapor, utiliza como energía una fuente de calor que puede provenir de gas natural o de aprovechar los efluentes calientes gaseosos o líquidos de las industrias. Al utilizar estos efluentes, se cogenera energía térmica y los sistemas operan a mayores eficiencias y por tanto se contribuye a soluciones de construcciones mas sostenibles energéticamente.

25 de Noviembre Eficiencia energética y terminología usada en equipos de refrigeración y aire acondicionado Ponente: Ing. Ernesto Sanguinetti Remusgo | Gerente de Ingeniería COLD IMPORT Trayectoria: Ingeniero Mecánico Electricista. Asesor y Consultor de Empresas Públicas y Privadas. Conferencista Internacional en temas de Refrigeración y A.A. Gerente de la División de Ingeniería de COLD IMPORT S.A. Miembro de la Junta Directiva de la Asociación Peruana de Ventilación, Aire Acondicionado, Refrigeración y Calefacción (APVARC). Miembro de la Directiva de la Asociación de Técnicos en Refrigeración, Aire Acondicionado y Equipamiento (ATRAE – Perú). Tema: Conceptos termodinámicos. ¿Qué es eficiencia energética y formas de medir la eficiencia energética? Instituciones que normalizan los equipos y nomenclatura que usan para "eficiencias’’. Información que brindan los fabricantes de compresores y equipos de Refrig. y de A.A. Eficiencia Energética para un Desarrollo Sustentable Ponente: Ing. Juan Olazabal Reyes | Director del Proyecto de Eficiencia Energética de FONAM Trayectoria: Ingeniero electricista. Actual Director de Proyecto, del Proyecto de “Oportunidades de mercado para las energías limpias y eficiencia energética en el Perú” del Convenio FONAM-BID/FOMIN, Experiencia profesional de más de 30 años en planeamiento energético y eléctrico, con entrenamiento profesional en Estados de Norteamérica, Alemania y Japón. Participante de comisiones que elaboraron y redactaron diversas propuestas normativas y reglamentarias para promover el uso eficiente de la energía y el uso de las energías renovables. Miembro del directorio del Centro de Conservación de la Energía y del Ambiente –CENERGIA y coordinador nacional ante la Organización Latinoamericana de Energía OLADE. Tema: Se expondrá la importancia del uso eficiente de la energía y las energías renovables tiene para el país y en especial para la empresas de bienes y servicios. Los beneficios técnicos, económicos y ambientales como base para un desarrollo sustentable. Automatización de sistemas HVAC Ponente: Ing. Oscar Ariza Castillo | Systems Controls Sales Engineer - JOHNSON CONTROLS PERÚ Trayectoria: Ingeniero de Diseño y Automatización Electrónica con habilidades Comerciales y técnicas para identificar y desarrollar oportunidades de negocios relacionadas con la automatización de edificios, seguridad electrónica y sistemas de información, con conocimientos en áreas de negocios, control y automatización. Tema: La charla esta enfocada a describir los principales componentes de un sistema de control para aplicación es sistemas de aire acondicionado, se presentarán conceptos genéricos como arquitectura de control, componentes y software. Ejemplos de instrumentación y secuencias de control para aplicaciones como manejadoras de aire, platas de agua helada y control de aire acondicionado en aplicaciones hoteleras. Así como el impacto de los sistema de control de aire acondicionado en la eficiencia energética de los edificios modernos.

ASHRAE PUCP-Student Branch

Octubre 2011

La asociación de estudiantes ASHRAE PUCP Student Branch esta organizada por alumnos de la Especialidad de Ingeniería Mecánica bajo el asesoramiento de los Docentes del Laboratorio de Energía y la Sección ASHRAE Perú. La AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR-CONDITIONING ENGINEERS autoriza nuestra asociación bajo el nombre ‘’ASHRAE PUCP Student Branch’’ el 21 de enero del 2008, desde aquella fecha somos conocidos como el primer ASHRAE Student Branch constituido en Sudamérica.

ASHRAE es la Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado. Organización internacional técnica dedicada a mejorar la calidad de vida a través de avances tecnológicos relacionados en la Calefacción, Ventilación, Aire Acondicionado y Refrigeración (HVAC&R). MISIÓN: Desarrollar y divulgar las ciencias de la Calefacción, Ventilación, Aire Acondicionado y Refrigeración para servir a la humanidad y promover un mundo sustentable. VISIÓN: Ser el Líder Global, la fuente principal de información técnica y educativa, y el proveedor principal de oportunidades para el crecimento profesional en las ciencias de la calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración.

¿Quiénes pueden ser miembros ASHRAE? Los miembros ASHRAE son representados por estudiantes universitarios, Ingenieros Mecánicos, Ingenieros Electrónicos, Ingenieros Civiles, Arquitectos, Consultores, Técnicos Instaladores, Diseñadores de Sistemas, Propietarios de Inmuebles, Institutos Educativos, Organizaciones de Investigación o cualquier persona relacionada con las ciencias y artes de HVAC&R y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE.

¿QUIERES SABER MÁS? VISÍTANOS EN: ASHRAE PUCP Student Branch Laboratorio de Energía - Sección de Ingeniería Mecánica Pontificia Universidad Católica del Perú Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima 32 - Perú Telf.: (511) 626-2000 anexo 4860

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ESCRIBENOS A: ashrae@pucp.edu.pe