Aire Acondicionado_Teoría by Pablo Formoso Estrada

Aire Acondicionado 1

Introducción

¿ Que se entiende por aire acondicionado ? Es la técnica que modifica las condiciones ambientales desfavorables del local , transformándolas en confortables y saludables para la vida del ser humano.

Los aparatos de aire acondicionado actúan: - sobre la temperatura, - humedad, - distribución y purificación del aire

para obtener el CONFORT.

Partes de una instalación de climatización

Unidad interior Tuberías con refrigerante Cableado eléctrico

Unidad exterior

Las instalaciones de climatización se pueden clasificar:

a) Según la cantidad de elementos empleados para climatizar.

b) Según la producción de aire.

c) Según el modo de refrigeración de los equipos.

Clasificación de los equipos, según la cantidad de elementos empleados.

Instalación descentralizada. ( 1 Unidad exterior y hasta 4 unidades interiores )

Unidad Exterior

Unidad Interior

Unidad Exterior

Unidad Interior

2x1

1x1

Unidad Interior

3x1

Instalación centralizada. ( 1 Unidad exterior y más de 4 unidades interiores )

Unidad Exterior

Unidad Interior

…

Unidad Interior

Clasificación de los equipos, según la producción de aire.

- Máquinas de solo Frío . Se emplean para producir frío.

- Máquinas con bomba de calor. Permiten obtener frío ó calor.

Rendimiento de una máquina de aire acondicionado.

E.E.R.

C.O.P.

C.O.P. y E.E.R.

E.E.R. = Rendimiento energético en modo REFRIGERACIÓN Pot. Frigorífica E.E.R. = Pot. Consumida

C.O.P. = Rendimiento energético en modo CALEFACCIÓN Pot. Calorífica C.O.P. = Pot. Consumida

Potencia consumida

Potencia calorífica

Potencia frigorífica

C.O.P. = E.E.R. + 1 8

Rendimiento de una máquina de aire acondicionado.

C.O.P. =

4,14 =

3.600 w 870 w 9

Potencia Calefacción Potencia consumida

3.600 w 870 w

Rendimiento de una receptor con Efecto Joule ( Resistencias eléctricas )

Emisores Térmicos

1.000 w 1.000 w 1.000 w 1.000 w

Acumuladores

Elementos de una instalación de aire acondicionado.

Intercambiador Intercambiador Expansor

Ventilador tangencial

Unidad Interior

Ventilador axial

Compresor

Unidad Exterior

Funcionamiento de equipos de sólo frío

• La refrigeración mecánica se usa para remover calor de un medio más frío y expulsarlo a un medio más calido usando las propiedades de calor latente del refrigerante. El sistema de refrigeración debe proporcionar una temperatura de refrigerante inferior a la temperatura del medio que se va a enfriar y elevar la temperatura del refrigerante a un nivel superior a la temperatura del medio que se utiliza para la expulsión. Los elementos básicos que se requieren para la refrigeración mecánica son: el compresor, el evaporador, el condensador, y la válvula de expansión termostática. • Si el líquido refrigerante en el punto A absorbe calor a presión constante, comenzará a ebullir. La evaporación tiene lugar sin que haya cambios de temperatura. A medida que se añade calor, la entalpía aumenta y entra en un estado de mezcla de vapor y líquido (región húmeda). En el punto B , la mezcla se convierte en vapor saturado, cualquier cantidad de calor que se le aplique a presión constante hace que el refrigerante entre en la región sobrecalentada indicada por el punto C . En la evaporación, el refrigerante entra en el evaporador como una mezcla de de vapor y líquido en el punto D , entra en el evaporador dosificándose a través de la válvula de expansión termostática, que disminuye su presión y por consiguiente su temperatura según el diagrama del punto J al D . Al absorber calor en el evaporador el refrigerante empieza a ebullir hasta estar completamente vapor llegando al punto E ; sin embargo, se le aplica calor adicional hasta llegar al punto F esto es con el fin de evitar la condensación de líquido en la línea de gas para evitar daños en el compresor. Además, la válvula de expansión requiere de este calor adicional para funcionar adecuadamente. • Después de que el refrigerante se encuentra como vapor sobrecalentado punto F entra en el compresor para comprimirse y aumentar su presión, durante este proceso el refrigerante absorbe calor hasta lograr la entalpía y presión del punto H . El gas en estas condiciones pasa por el condensador donde se le retira el calor absorbido en la etapa de compresión y es expulsado al medio ambiente (o agua). La condensación ocurre a temperatura constante del punto H al punto J en donde es condensado en líquido totalmente y permanece a presión constante. Y de allí continua el líquido a través de la tubería hasta la válvula de expansión nuevamente para iniciar el ciclo. Hay otros elementos adicionales que puede tener el sistema y se instalan en sistemas de aire acondicionado y refrigeración sólo con el fin de tener mayor control como lo es el filtro secador que es el encargado de retener la humedad que pueda contener el sistema. La mirilla o visor de líquido nos da la indicación de presencia de humedad en el sistema y se puede ver si la cantidad de refrigerante en el sistema es el adecuado. Otro elemento adicional es el tanque acumulador de líquido que por lo general se instala en los sistemas de refrigeración con el fin de garantizar y tener una cantidad de refrigerante remanente o de reserva en el sistema. • En el gráfico, arriba, se ilustra el sistema mecánico típico de un ciclo de refrigeración en donde el elemento de control que regula la temperatura deseada es el termostato y es quien también actúa sobre el compresor para iniciar y apagar el sistema.

Componentes de las máquinas de aire acondicionado.

Funcionamiento de equipos con bomba de calor

Válvula inversora

Funcionamiento - Frío

Funcionamiento - Calor

Ver aplicación

Funcionamiento de equipos con bomba de calor

Clasificación de los equipos, según el modo de refrigeración.

Equipos aire - aire Se utiliza como fluido de intercambio el aire tanto en la unidad interior como en la exterior.

Unidad interior

Unidad exterior

Tuberías con refrigerante

Clasificación de los equipos, según el modo de refrigeración.

Equipos aire – agua. Se utiliza como fluido de intercambio el aire para la unidad interior y agua para la exterior.

Tuberías con agua

Equipos aire – agua. Tipos de intercambiadores:

Intercambiador de placas soldadas - Muy sensible a microcongelaciones. - Disminuye el rendimiento con el ensuciamiento ( complejo proceso de mantenimiento )

Intercambiador coaxial - Menor eficacia que un interc. de placas. - Mayor volumen de refrigerante.

Equipos aire -agua

Esquema de una máquina aire - agua con fan-coils:

Equipos aire -agua

Tipos de unidades interiores:

Tuberías con agua

- Fan –coil

( doméstico )

- Aerotermos

( industrial )

Equipos para climatización

Dimensionado de la potencia de la máquina de aire acondicionado

= Superficie del recinto (m2 )

140

Necesidades ( Kcal / h) = Superficie del recinto (m2 )

120 ( Kcal / h x m2 )

Necesidades ( w )

( w / m2 )

1 Kw

860 Kcal / h

1 Btu / h =

¼ Kcal / h

1 fg / h

1 Kcal / h

Clasificación de las unidades exteriores

Las unidades exteriores se pueden clasificar: - En función de la capacidad térmica ( Kw - Kcal / h - “Frigorías” ). 1 Kw = 1 Btu / h = 1 fg / h =

860 Kcal / h ¼ Kcal / h 1 Kcal / h

- En función del número de unidades interiores que se le pueden conectar.

- En función de la tecnología de control del compresor. - Convencional. - Inverter.

Clasificación de las unidades exteriores

Tecnología Inverter. Se trata de una tecnología que aplica: Una reducción o aumento progresivo de la potencia frigorífica a la salida de la unidad exterior en función de la temperatura deseada en cada momento.

Arranques

Convencional

Arranques

Tiempo

Inverter

Tiempo

Clasificación de las unidades exteriores

Ventajas de las máquinas con tecnología Inverter.

- Disminución del consumo eléctrico del equipo.

( Aprox. 30 % ).

- Reducción de la facturación eléctrica. - Equipos menos ruidosos. - Rangos de temperaturas de trabajo más extremos. - Se prolonga la vida útil del aparato de climatización

( Reducción del número

de puestas en marchas y paro del compresor ).

- Se obtiene una temperatura más uniforme

( Más confort ).

Ventajas de las maquinas con tecnología Inverter.

- Rangos de temperaturas de trabajo más extremos.

- Oscilaciones de temperaturas de trabajo .

Inverter: Oscilaciones de

0,5 ºC

Sistemas convencionales: Oscilaciones de ± 2 ºC

Clasificación de las unidades interiores

Dependiendo de las necesidades del usuario existen diferentes modelos de unidades interiores: - De ventana. - Portátil. Acondicionadores por aire: - Split.

- De suelo. - De pared. - De techo. - Cassette. - Conductos.

- Fan - coil

- De suelo. - De techo. - Cassette. - Conductos.

Acondicionadores por agua: - Aerotermos.

Tipos de unidades interiores.

Tipologías de los sistemas de aire acondicionado

1x1

Sistema Múltiple ( Multitubería )

Sistema Múltiple ( Con distribuidores )

Sistemas 1x1 33

Unidad interior de ventana

Características: - Equipo unitario, compacto y de descarga directa. - Normalmente se coloca uno por habitación o, si el local es de gran superficie, se colocan varios según las necesidades. - La instalación se realiza en ventana o muro. La sección exterior requiere toma de aire y expulsión a través del hueco practicado.

Unidad interior portátil

Características:

- Equipo unitario, compacto, de descarga directa y transportable de una habitación a otra. - Sólo requiere, para su instalación, una sencilla abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcón. - Resuelve de forma adecuada las necesidades mínimas de acondicionamiento en habitaciones de viviendas y en pequeños locales.

Unidad interior split – de suelo / techo.

Características: - Equipo partido. - La unidad interior se coloca apoyada en el suelo.

- Se coloca un conjunto o varios en cada habitación según las necesidades del local.

Unidad interior split – de pared

Características: -Equipo partido. -La unidad interior se coloca en la pared.

- Se coloca un conjunto o varios en cada habitación según las necesidades del local.

Unidad interior split – de techo

Características: - Equipo partido. - La unidad interior se coloca en el techo.

- Se coloca un conjunto o varios en cada habitación según las necesidades del local.

Unidad interior split – de cassette

Características:

- Equipo partido. - La unidad interior se coloca empotrada en los falsos techos.

- Disponen de varias vías de salida de aire.

Cada una de éstas salidas se llaman vías

Características técnicas de los sistemas descentralizados.

Unidad interior split – de conductos

Conducto con rejilla de retorno y conducto flexible

Características: - Equipo partido. -La unidad interior se coloca en el falso techo. - Precisan de dos canales de comunicación con la estancia a climatizar.

Unidad interior multi - split de conductos

Sistemas Múltiples

El diámetro de la tubería que hay que respetar es siempre el de la unidad interior. En caso de que los diámetros no coincidan con las válvulas de servicio, se colocarán las reducciones al llegar a éstas. 45

Sistema Syncro.

Syncro Permite combinar hasta 4 unidades interiores, funcionando como una sola unidad interior ( Todas las unid. Int. están gobernadas por un solo mando y arrancan secuencialmente ).

Disponible en monofásico

Sistemas múltiples.

Multi Inverter

Multi Split

Multi M ( 2x1 , 3x1, 4x1 )

Multi Inverter

Multi F ( 2x1 , 3x1, 5x1 )

Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1 )

Monofásico

Multi Inverter

Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1, 9x1 )

Trifásico 47

MULTI SPLIT MPS Variable Tech.

Compresor de Vel. constante

MULTI SPLIT Tipo de funcionamiento Exterior

Comparación de consumo de energía

Unidad A Consumo de energía

Ahorro de energía

Unidad B

Convencional

Unidad C

100%

Unidad D

Carga Necesaria

60% 50%

Funcionando 4 Uds.

Exterior

Unidad A

40%

Unidad B

Multi MPS

Funcionando 2 - 3 Uds. Funcionando 1 Ud.

Combinación

Unidad C 40%

60%

Unidad D

Control Convencional Control MPS

Sistemas múltiples.

Multi Split Multi M (2x1 , 3x1, 4x1)

Sistemas múltiples.

Multi Split Multi M

M14AH UE0

Sistemas múltiples.

Multi Inverter Multi F (2x1 , 3x1, 4x1)

MULTI

MPS Inverter Tech.

Compresor de Velocidad constante

Compresor Inverter

Sistemas múltiples.

Multi Inverter Multi F (2x1 , 3x1, 4x1)

Sistemas múltiples.

Multi Inverter Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1 ) Monofásico

Multi Inverter Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1, 9x1 ) Trifásico

Sistemas múltiples.

Multi Inverter Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1 ) Monofásico

Multi Inverter Multi F DX ( 6x1 , 7x1, 8x1, 9x1 ) Trifásico

MULTI

: Máx. longitudes

Hasta el distribuidor 50m

Longitud total

120M

Hasta la derivación Total ramales Hasta una habitación

50M 70M 15M

Desnivel Desnivel entre interiores

Sistemas múltiples.

Accesorios: Multi F DX Monofásico y Trifásico

Monofásico

Trifásico

Roof Top

Bajo nivel sonoro Al estar ubicada en el exterior, el ruido y la vibración no se transmiten a la sala acondicionada.

Free - Cooling

Consiste en aprovechar la temperatura del aire exterior cuando sus condiciones son favorables ( p.e. en el verano ), para disminuir el uso de los equipos de aire acondicionado.

Free - Cooling Se observa que durante el intervalo horario AB, la temperatura del aire de impulsión es menor que el de impulsión de modo que el sistema modula las compuertas hasta lograr que la mezcla del aire exterior con el aire recirculado alcance el valor determinado por la curva de temperatura de impulsión, siendo innecesaria la producción de frío, por lo que, el enfriamiento gratuito. En el intervalo BC el aire exterior es mayor que la temperatura de impulsión pero inferior a la temperatura de retorno que es el del local, en ese ínterin el sistema frigorífico debe operar parcialmente para bajar la temperatura del aire exterior que se introduce en un 100% hasta alcanzar la temperatura de impulsión requerido por los locales y cuando la temperatura del aire exterior alcanza a la del local constituye el límite del enfriamiento gratuito. Durante el período CD, donde la temperatura del aire exterior es superior a la temperatura de retorno de los locales, la instalación funciona en forma convencional, para satisfacer las necesidades de ventilación de los locales.

Sistemas múltiples.

Control de los sistemas Multi F

¿ Qué ventajas aportan los sistemas Múltiples ? - Conexión de mayor cantidad de equipos. - Optimización de consumos. - Mayores distancias de conexión entre equipos.

Los acondicionadores de agua pueden ser de dos tipos:

Aerotermos ( aplicaciones industriales )

Fan-coils ( aplicaciones domésticas )

Ventilo - convector

Fan - coils

Dependiendo de la aplicación del fan-coil, tenemos:

- Sistema de dos tubos ( sólo enfriamiento ). - Sistema de doble tubería ( enfriamiento y calentamiento ). - Sistema de cuatro tubos ( enfriamiento y calentamiento ).

Fan - coils

-Sistema de dos tubos ( sólo enfriamiento ).

En los fan-coils hay una única batería ( intercambiador ). La función de calefacción puede realizarse a través de un sistema estático de radiadores.

F-C

Drenaje de condensados

Sólo frío

Fan - coils

-Sistema de doble tubería ( enfriamiento y calentamiento ). Una sola batería en los fan-coils permite obtener refrigeración ó calefacción. Invirtiendo el ciclo de funcionamiento de la bomba de calor, se puede enfriar o alternativamente calentar las estancias.

Tuberías de

Opción

calefacción Caldera

F-C

Drenaje de condensados

Bomba de calor

Fan - coils

-Sistema de cuatro tubos ( enfriamiento y calentamiento ). Estos fan-coils están provistos de dos baterías ( una para refrigeración y otra para calefacción). Es habitual emplear un sistema de caldera para obtener una mejor respuesta del sistema cuando lo que se precisa es calefacción.

Tuberías de calefacción

F-C

Caldera

F-C

Drenaje de condensados

Tuberías de refrigeración

Sólo Frío

calor

agua caliente

frío

La instalación interior es convencional de agua, mediante fan coils, suelo radiante o radiadores de baja temperatura.

Unidad Interior Unidad Exterior

“Hydrokit”

Depósito de acumulación de A.C.S. Salida Entrada 55 C

Sensor

Bomba de calor

Salida

Válvula de 3 vías

Entrada

Volúmenes de 150, 200 y 300 litros

Agua Caliente

Agua Fría

ALTHERMA

Rango de temperaturas de funcionamiento frío/calor

Temperatura agua (°C)

Resistencia

55°C

B/C

MODO CALOR

30 25°C 20°C

B/C

10 5°C

MODO FRÍO

0 -10 -20

-15°C - 20°C

Temperatura ambiente (°C)

-10

10°C

43°C

¿Cómo funciona en invierno?

Cuando: Tambiente < Tmínima temp ambiente (definido por usuario), 1) La válvula de 3 vias envía agua caliente al espacio acondicionado 2) ACS se produce : - Durante el funcionamiento por la noche - por medio de energía solar térmica - por medio de la resistencia del depósito

¿Cómo funciona en verano? Contactos libres de tensión controlados por el Hydro-kit

Suelo radiante desactivado

Cuando la demanda de refrigeración esta satisfecha, invierte ciclo y se produce ACS en modo bomba de calor. Demanda B/C

Frio

ACS

Frio

ACS

55°C 7°C

Tiempo

Dielectro Industrial les agradece su participación y asistencia 77