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TTULO Gua tcnica sobre procedimientos para la determinacin del rendimiento energtico de plantas enfriadoras de agua y equipos autnomos de tratamiento de aire CONTENIDO Esta publicacin ha sido redactada por la Asociacin Tcnica Espaola de Climatizacin y Refrigeracin (ATECYR) para el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE), con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energa en los edificios.

........................................................Esta publicacin est incluida en el fondo editorial del IDAE, en la serie Ahorro y Eficiencia Energtica en Climatizacin. Cualquier reproduccin, parcial o total, de la presente publicacin debe contar con la aprobacin por escrito del IDAE. Depsito Legal: M-8043-2007 ISBN: 978-84-96680-07-4

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IDAE Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa C/ Madera, 8 E-28004-Madrid [email protected] www.idae.es Madrid, febrero de 2007

NDICEPresentacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 7 9 1315 22

1 Objeto y campo de aplicacin 2 Fundamentos tericos

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3 Mtodos prcticos de determinacin de rendimientos instantneos3.1 Mtodo directo

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3.2 Mtodo Indirecto

4 Procedimientos de medicin y obtencin de datos en equipos de refrigeracin de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Condicionantes para la toma de datos . . . . . 4.2 Instrumental requerido para las tomas de datos 4.3 Protocolos de tomas de datos para determinacin de rendimientos instantneos .

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2929 37 38

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5 Procedimientos de medicin y obtencin de datos en equipos de refrigeracin de aire . . . . . . . .5.1 Condicionantes para la toma de datos . . . . . 5.2 Instrumental requerido para las tomas de datos 5.3 Protocolos de tomas de datos para determinacin de rendimientos instantneos .

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4343 50 51

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6 Ejemplos de clculos de rendimientos

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5555 63

6.1 Equipos de refrigeracin de agua. Clculo del rendimiento instantneo 6.2 Equipos de refrigeracin de aire. Clculo del rendimiento instantneo

7 Extrapolacin para la estimacin de rendimientos estacionales Apndice I: Normas para consulta

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75 77 78 81 82

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Apndice II: Trminos y definiciones Apndice III: Smbolos y unidades Apndice IV: Bibliografa

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P R E S E N TA C I NEl nuevo Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) transpone parcialmente la Directiva 2002/91/CE, de 16 de diciembre, relativa a la eficiencia energtica de los edificios, fijando los requisitos mnimos de eficiencia energtica que deben cumplir las instalaciones trmicas de los edificios nuevos y existentes, y un procedimiento de inspeccin peridica de calderas y de los sistemas de aire acondicionado. El Reglamento se desarrolla con un enfoque basado en prestaciones u objetivos, es decir, expresando los requisitos que deben satisfacer las instalaciones trmicas sin obligar al uso de una determinada tcnica o material ni impidiendo la introduccin de nuevas tecnologas y conceptos en cuanto al diseo, frente al enfoque tradicional de reglamentos prescriptivos que consisten en un conjunto de especificaciones tcnicas detalladas que presentan el inconveniente de limitar la gama de soluciones aceptables e impiden el uso de nuevos productos y de tcnicas innovadoras. As, para justificar que una instalacin cumple las exigencias que se establecen en el RITE podr optarse por una de las siguientes opciones: - adoptar soluciones basadas en las Instrucciones Tcnicas, cuya correcta aplicacin en el diseo y dimensionado, ejecucin, mantenimiento y utilizacin de la instalacin, es suficiente para acreditar el cumplimiento de las exigencias; o - adoptar soluciones alternativas, entendidas como aquellas que se apartan parcial o totalmente de las Instrucciones Tcnicas. El proyectista o el director de la instalacin, bajo su responsabilidad y previa conformidad de la propiedad, pueden adoptar soluciones alternativas, siempre que justifiquen documentalmente que la instalacin diseada satisface las exigencias del RITE porque sus prestaciones son, al menos, equivalentes a las que se obtendran por la aplicacin de las soluciones basadas en las Instrucciones Tcnicas. Por esta razn, el IDAE con el fin de facilitar a los agentes que participan en el diseo y dimensionado, ejecucin, mantenimiento e inspeccin de estas instalaciones, ha promovido la elaboracin de una serie de guas tcnicas de ahorro y eficiencia energtica en climatizacin, que desarrollen soluciones alternativas. En concreto, la que nos ocupa, titulada Procedimientos para la determinacin del rendimiento energtico de plantas enfriadoras de agua y equipos autnomos de tratamiento de aire, pretende ser un procedimiento alternativo, de acuerdo con lo establecido en la IT3 Mantenimiento e IT4 Inspeccin.

NOTA: En este documento todas las menciones al Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios se refieren al ltimo borrador disponible.

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1El marco que establece la IT 4 del nuevo Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios, determina la potestad de los rganos Competentes de las Comunidades Autnomas para llevar a cabo inspecciones de las instalaciones trmicas de los edificios. Tambin establece diferentes modalidades de inspeccin, as como los criterios bsicos a seguir para efectuarlas. Entre las diferentes actuaciones que la citada Instruccin Tcnica preconiza se incluyen las relativas a la comprobacin peridica del rendimiento de los equipos generadores de calor y fro y de las instalaciones trmicas en conjunto, indicando la IT que las inspecciones correspondientes se llevarn a cabo aplicando procedimientos reconocidos. Por otra parte, en el apartado 4.3.2. de la referida IT 4 queda especificada la obligatoriedad de inspeccionar peridicamente los generadores de fro de potencia superior a 12 kW, con independencia de que, por consecuencia de la aplicacin de los criterios de mantenimiento que establece la IT 3, se efecten tomas de datos y mediciones de rendimiento con mayor frecuencia, en funcin de la potencia de los generadores de cada instalacin concreta. Se ha llevado a cabo un anlisis de la disponibilidad de documentos y normas de mbito nacional, autonmico o local, sobre los procedimientos a seguir para la medicin de datos de condiciones de funcionamiento de los equipos y mquinas frigorficas en general y, particularmente, de las que con mayor frecuencia se utilizan en las instalaciones de climatizacin de edificios. Este estudio ha puesto de manifiesto la prctica inexistencia de documentos que puedan ser de aplicacin directa para este cometido. Habida cuenta, por otra parte, de las dificultades que entraa llevar a cabo las mediciones sobre los equipos de una instalacin real y concreta, que son precisas para la medicin de sus rendimientos instantneos, fundamentalmente como consecuencia de las influencias que se

Objeto y campo de aplicacin

ejercen sobre el funcionamiento de las mquinas frigorficas desde el resto de elementos que componen las instalaciones, se ha considerado conveniente redactar un documento especfico en el que se definan los procedimientos a seguir para la medicin y evaluacin de los rendimientos de los equipos frigorficos en las instalaciones de climatizacin, con el objetivo fundamental de marcar criterios uniformes, que sirvan como gua de buena prctica, para facilitar la cumplimentacin de los nuevos requerimientos reglamentarios a los tcnicos encargados de llevar a cabo las correspondientes actuaciones de inspeccin y verificacin de rendimientos. En este documento se resume, con criterios eminentemente prcticos y de aplicacin, la variada y poco concreta informacin disponible sobre esta materia, que se encuentra dispersa en manuales de fabricantes, libros de texto, normas extranjeras, procedimientos de buena prctica no escritos, etc., para configurar una gua del procedimiento a seguir para la determinacin in situ de los rendimientos instantneos de operacin de los equipos frigorficos que, de forma ms frecuente, se encuentran en las instalaciones de climatizacin de nuestros edificios, concretamente de las plantas enfriadoras de agua y de los equipos de refrigeracin de aire por ciclo de compresin mecnica, tanto reversibles como no reversibles, teniendo en cuenta, de forma explcita, las dificultades que entraa la medicin de parmetros de funcionamiento de los equipos frigorficos, lejos de las condiciones de trabajo que facilita un banco de pruebas, y una vez integrados en el contexto de una instalacin real y concreta, por la que se afectan directamente. Este documento es aplicable, en principio y salvo condicionantes singulares que puedan encontrarse en una instalacin especfica, a todo tipo de equipos frigorficos de compresin mecnica que puedan encontrarse formando parte de cualquier instalacin destinada a la climatizacin de edificios para fines de confort.

7

2Este captulo se redacta a modo de prembulo y como recordatorio de los conceptos tericos bsicos de termodinmica en los que se fundamenta la determinacin de rendimientos de un ciclo frigorfico inverso de Carnot. Pese a que se trata de un procedimiento terico que, como tal, no puede ser aplicado directamente para la determinacin del rendimiento instantneo de una mquina frigorfica funcionando en condiciones reales, el mtodo que se comentar a continuacin se utiliza en la actualidad para la definicin de los denominados "Coeficientes de eficiencia energtica" de una mquina frigorfica, tanto desde el punto de vista del aprovechamiento de su evaporador, para la produccin frigorfica (CEEV), como desde el relativo al aprovechamiento de su condensador para la produccin trmica (CEEC). No obstante, los valores de CEEV y de CEEC que se obtienen con este procedimiento, solo pueden considerarse como

Fundamentos tericos

ratios indicativos de la eficiencia de una mquina determinada o como factores de comparacin apriorstica de la eficiencia previsible entre diferentes mquinas, habida cuenta de que dichos valores resultan normalmente muy elevados y no representan la realidad del rendimiento energtico instantneo de una mquina, como quedar explcito en los captulos posteriores de este documento, dado que no tienen en cuenta los consumos energticos reales que se requieren para su funcionamiento. El procedimiento terico de determinacin del rendimiento del ciclo de Carnot se basa en la comparacin de las reas que se definen en la representacin grfica del ciclo sobre el baco termodinmico del agente frigorfico que evoluciona en el interior del circuito de la mquina. Para este fin debe utilizarse un baco P - V (Presin - Volumen) o un baco P - H (Presin - entalpa), como el que se representa en la figura 1.Modo Grfico R-407C

P (bar)

38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

4 430 C 20 C 10 C 0 C -10 C -20 C -30 C -40 C -50 C -60 C

70 C 60 C 50 C 40 C

3

2 2

1 5 5 1

-70 C

Figura 1: Representacin esquemtica de un ciclo frigorfico real.

-80 C

H (KJ/kg)

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Gua tcnica Procedimientos para la determinacin del rendimiento energtico de plantas enfriadoras de agua y equipos autnomos de tratamiento de aire

Sobre el eje de ordenadas se marcan los valores de las presiones de evaporacin y condensacin en unas condiciones puntuales de funcionamiento de la mquina, por ejemplo en las condiciones nominales de diseo, ver figura 1. A continuacin se trazan las lneas de presin constante (horizontales) correspondientes a esos valores, y sobre ellas se destacan los siguientes puntos de trabajo del ciclo frigorfico terico (ideal): Punto 1: Vapor saturado a la salida del evaporador. Punto 2: Vapor sobrecalentado en la descarga del compresor. Para ubicar este punto es necesario conocer la temperatura de descarga del compresor, que puede medirse sobre la lnea de descarga de la mquina, directamente con un termopar de contacto. Punto 3: Vapor saturado al inicio de la condensacin. Punto 4: Lquido saturado a la salida del condensador. Punto 5: Lquido con ttulo de vapor a la entrada del evaporador. Para ubicar este punto puede trazarse una lnea vertical (transformacin isoentlpica) desde el punto 4 hasta cortar la lnea horizontal correspondiente a la presin de evaporacin. Para obtener una mayor aproximacin en los clculos es conveniente apoyarse en un ciclo ms cercano a la realidad, identificando los siguientes puntos de referencia a las condiciones reales de funcionamiento: Punto 1': Vapor recalentado en la aspiracin del compresor. Para ubicar este punto es preciso obtener el valor del recalentamiento en las condiciones puntuales de funcionamiento que se consideren. Solicitando el valor tpico previsto por el fabricante de la mquina o, preferentemente, si se est trabajando sobre una mquina existente, tomando las medidas de temperatura de saturacin en el evaporador, mediante la lectura en la escala correspondiente del manmetro de baja presin, y de temperatura real de aspiracin, con un termopar de contacto sobre la lnea de aspiracin en un punto de la lnea situado a una distancia intermedia entre la salida del evaporador y la entrada al compresor. Para marcar el punto 1' de forma todava ms precisa, es recomendable considerar la cada de presin entre la de saturacin en el evaporador y la real de aspiracin, para lo cual deber conectarse un manmetro frigorfico en la toma correspondiente de la vlvula de aspiracin del compresor y comparar la lectura obtenida con la del manmetro de baja, siempre que sta se haya podido tomar en un punto diferente de la vlvula de aspiracin del compresor.

Punto 2': Vapor sobrecalentado a la temperatura real de descarga del compresor. Medida con un termmetro sobre la lnea de descarga. Punto 4': Lquido subenfriado a la entrada del dispositivo de laminacin (expansin) de la mquina. Para ubicar este punto es preciso obtener el valor del subenfriamiento en las condiciones puntuales de funcionamiento que se consideren. Como en el caso anterior puede solicitarse el valor tpico previsto por el fabricante de la mquina o, si se est trabajando sobre una mquina real existente, tomar la temperatura de saturacin en el condensador, mediante la lectura en la escala correspondiente del manmetro de alta presin, y la temperatura real del lquido antes de la entrada al dispositivo de expansin, con un termopar de contacto sobre la lnea de lquido en un punto de la lnea situado a una distancia de aproximadamente 10 dimetros de la entrada al dispositivo de laminacin. Tambin, como para el punto 1', y sobre todo si la lnea de lquido es de longitud significativa, con el fin de identificar el punto 4' de manera ms precisa, siempre que sea posible es recomendable considerar la cada de presin entre la de saturacin en el condensador y la real del lquido antes de la expansin, pero para ello es preciso disponer de una vlvula de servicio con toma para manmetro en la lnea de lquido, lo cual no suele ser frecuente, lamentablemente, en la mayora de las mquinas. Si esta toma estuviera disponible, podr conectarse a ella un manmetro frigorfico y comparar la lectura obtenida con la del manmetro de alta. Punto 5': Este punto puede obtenerse con suficiente precisin trazando una lnea vertical desde el punto 4', antes identificado, hasta cortar la lnea horizontal de presin de evaporacin. Una vez representado el ciclo "real" sobre el baco termodinmico del agente frigorgeno, los coeficientes de eficiencia energtica mxima, para las condiciones representadas, se pueden obtener del ciclo inverso de Carnot a partir de las siguientes expresiones: Coeficiente de Eficiencia Energtica mximo del evaporador:CEEV = TEVP TCDS TEVP

[1]

Coeficiente de Eficiencia Energtica mximo del condensador:CEEC = TCDS TCDS TEVP

[2]

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Fundamentos tericos

Siendo: TEVP = Temperatura de saturacin de evaporacin (K). TCDS = Temperatura de saturacin de condensacin (K). Por ejemplo, en las condiciones de trabajo a plena capacidad en las que habitualmente se utilizan la mayora de las plantas enfriadoras de agua en instalaciones de climatizacin de edificios, los valores de las temperaturas de saturacin en el evaporador y en el condensador suelen estar alrededor de 276 K y de 313 K, respectivamente. En estas condiciones, los valores de los CEEV y CEEC mximos tericos de Carnot que se obtendran seran los siguientes:CEEV = 276 276 = = 7,46 313 276 37 313 313 = = 8,46 313 276 37

las lneas de aspiracin suelen estar trmicamente aisladas. En sistemas partidos, con lneas de aspiracin de gran longitud, se deber tener en cuenta tambin el recalentamiento no til que pueda recibir el vapor en su recorrido entre el evaporador y el compresor.

i2' = Entalpa del vapor (gas) sobrecalentadoen la descarga del compresor. Siempre que la lnea de descarga sea de corta longitud, asumiendo que el calor sensible absorbido por el fluido durante la compresin se disipa en su prctica totalidad en el interior del condensador y, consecuentemente, se aprovecha tambin para el calentamiento del fluido externo.

i4' = Entalpa del lquido subenfriado. Asumiendo que el calor sensible correspondiente a la diferencia de temperaturas entre la de saturacin de condensacin y la del lquido subenfriado se disipa tambin al fluido externo del condensador, a lo largo de la superficie de intercambio trmico de este intercambiador de calor.

CEEC =

Para el clculo de los rendimientos del ciclo real se utilizan las entalpas especficas obtenidas del baco termodinmico del agente frigorgeno de que se trate, a partir de la identificacin de los puntos singulares del ciclo frigorfico segn se ha indicado en los prrafos anteriores. Ajustndonos al caso del ciclo frigorfico real, los rendimientos se obtendran por la aplicacin de las siguientes expresiones: Rendimiento frigorfico (lado evaporador):

i5' = Entalpa del lquido con ttulo de vapor a laentrada del evaporador. En las condiciones consideradas para la determinacin de los coeficientes de eficiencia energtica mximos de Carnot, en el ejemplo anterior, aplicadas a un ciclo real (comprimiendo vapor saturado y expandiendo lquido saturado), las entalpas correspondientes a los puntos indicados, utilizando R-134 a como agente frigorgeno, seran las siguientes:

EVP =

i1 i5 i2 i1

[3] ] [3

Rendimiento trmico (lado condensador):

CDS =

i2 i4 i2 i1

i1' = 401 kJ/kg. i2' = 427 kJ/kg. i4' = 257 kJ/kg. i5' = 257 kJ/kg.Consecuentemente, los rendimientos del ciclo para esta mquina, que se obtendran aplicando las ecuaciones [3] y [4], seran:

[4] ] [4

Siendo: i1' = Entalpa del vapor recalentado en la aspiracin del compresor. Asumiendo que todo el recalentamiento, til y no til, que recibe el fluido se produce en el interior del evaporador, es decir, despreciando el recalentamiento que pueda tener lugar a lo largo de la lnea de aspiracin del compresor. Cabe indicar que la longitud de las lneas de aspiracin no es importante en plantas enfriadoras y en equipos autnomos de potencia media - alta y que, adems,

EVP = i 1 i 5' CDS = i 2 i 4i 2 i 1

i 2 i 1

=

401 257 144 = = 5,54 427 401 26

=

427 257 170 = = 6,54 427 401 26

Si solamente se considera aprovechable el calor de la condensacin del agente frigorgeno, es decir, que el vapor entra en el condensador prcticamente en condiciones de

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saturacin y que no se obtiene o no se tiene en cuenta el subenfriamiento, en lugar de las entalpas i4' e i2' habra que utilizar las i4 e i3, y el rendimiento del ciclo en el lado condensador sera de:i3 i4 420 257 163 = = = 6,27 i 2 i 1 427 401 26

CDS ' =

(con un valor de i3 de 420 kJ/kg para el R-134 a en las condiciones indicadas). El factor de recalentamiento, como puede extraerse de la figura 1 efectuando un simple ejercicio de comparacin de entalpas mediante las ecuaciones [3] y [4] y utilizando la entalpa del punto 1 en lugar de la del punto 1', es contrario al rendimiento del ciclo. A mayor recalentamiento menor rendimiento. No obstante es imprescindible aportar al agente frigorgeno un recalentamiento mnimo, normalmente en el propio evaporador, lo que obliga a una merma de rendimiento o a un sobredimensionamiento de este intercambiador, para garantizar que, en cualquier

condicin de carga, no se producen migraciones de lquido que puedan afectar a las partes mecnicas del compresor. Por consiguiente, el recalentamiento debe ser considerado como un factor de seguridad antagnico del rendimiento. Es decir, que cuanto mayor sea el valor del recalentamiento menor rendimiento se obtendr en la produccin frigorfica del evaporador, siempre, claro est, que el recalentamiento se produzca totalmente, o mayoritariamente, en el interior del propio evaporador, como suele ser frecuente en la maquinaria frigorfica de potencia que se aplica en instalaciones de climatizacin. Habida cuenta de que una mquina frigorfica en una aplicacin de climatizacin puede ser utilizada tanto para la refrigeracin de aire o agua, como para la calefaccin de estos medios, cuando se inspeccionen equipos reversibles, o que se utilicen tanto en modo refrigeracin como en modo bomba de calor, habr que considerar los rendimientos instantneos o los Coeficientes de Eficiencia Energtica (CEE) tanto en el evaporador como en el condensador.

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Mtodos prcticos de determinacin de rendimientos instantneos

Toda la normativa y documentacin tcnica relativa a la medicin de rendimientos en maquinaria frigorfica que ha podido ser localizada para la confeccin de este documento, est destinada fundamentalmente a los fabricantes de equipos ms que a los tcnicos que explotan instalaciones reales, y focalizada para la estandarizacin de datos tcnicos, la homologacin de sus fabricados y el establecimiento de criterios que permitan comparar las caractersticas de eficiencia de diferentes productos. Consecuentemente, toda la informacin que se ha podido extraer de la documentacin consultada se refiere, de forma explcita, a los procedimientos y criterios a seguir para la medicin de rendimientos de mquinas frigorficas en banco de pruebas. Por otra parte, la referida documentacin tcnica establece, tambin explcitamente, las dificultades, en algunos casos insalvables, que entraa poder conseguir situaciones estables de trabajo de las mquinas frigorficas en condiciones diferentes de las que pueden obtenerse en un banco de pruebas adecuado y, concretamente, en las circunstancias que habitualmente se materializan en una instalacin real. En la realidad de cualquier aplicacin concreta, el funcionamiento de las mquinas se afecta, directa e indirectamente, por condicionantes externos, de ndole diversa, con origen en la propia instalacin y fuera de ella, que perturban la consecucin de las condiciones de estabilidad que se requieren para efectuar adecuadamente las mediciones necesarias, en diferentes situaciones de capacidad o de demanda, para determinar su rendimiento instantneo y, de forma an ms acusada, para analizar la eficiencia energtica real que proveen los equipos. Entre los condicionantes que de forma ms comn y habitual afectan al funcionamiento de una mquina frigorfica en una instalacin real, destacan los que se resumen a continuacin:

Variabilidad de las condiciones de ambiente exterior que son difcilmente controlables por los tcnicos responsables de la instalacin, e incluso por los sistemas informticos de gestin ms sofisticados, para ajustar el funcionamiento de la mquina a la situacin de capacidad deseada. Variabilidad de las ganancias externas e internas de calor del edificio, durante cualquier periodo de tiempo determinado, que afectan directamente a la potencia frigorfica demandada en cada instante. Funcionamiento defectuoso de elementos y componentes de las instalaciones que, an siendo ajenos a las mquinas de produccin, afectan directamente a sus condiciones de trabajo. Por ejemplo, el mal funcionamiento del dispositivo de control de las condiciones ambientales de una zona en un edificio implica situaciones de demanda anmalas para los equipos de produccin, que pueden perturbar su estabilidad originando, entre otros efectos, arranques y paradas frecuentes de los compresores. La inestabilidad de operacin de una mquina frigorfica es, normalmente, una consecuencia inmediata de la presencia de uno solo, o del conjunto, de los factores que pueden afectar a sus condiciones de funcionamiento. La falta de estabilidad impide disponer del tiempo necesario para efectuar tomas de datos de funcionamiento coherentes, en las diferentes condiciones de capacidad que sera necesario analizar en una mquina concreta. Adems, es muy frecuente padecer carencias de elementos de medida adecuados en la mayora de las instalaciones, lo que implica la imposibilidad de tomar datos de algunos parmetros, como por ejemplo de los caudales de agua en circulacin a travs de los intercambiadores de calor de la mquina,

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o bien faltas de precisin en las medidas de otros parmetros, por ejemplo de los caudales de aire, como consecuencia de interferencias sobre los flujos, provocadas por la presencia de la persona que efecta las mediciones y, en muchos casos, debida tambin a la falta o exceso de sensibilidad de los instrumentos de medida que se pueden utilizar. No es tampoco un obstculo menor la necesidad de efectuar las mediciones con la instalacin en carga, intentando conseguir las condiciones de plena capacidad o las demandas de refrigeracin o calefaccin mximas que puedan alcanzarse en el momento en el que tengan que efectuarse las tomas de datos, lo que implicar que el edificio se encuentre ocupado y que, consecuentemente, deban tomarse las precauciones oportunas para perturbar lo mnimo posible el confort de los usuarios. Por otra parte, la experiencia indica que no es comn disponer en los edificios de toda la informacin de los fabricantes que se considera precisa para efectuar el clculo de los rendimientos por los procedimientos accesibles y con la precisin suficiente. Como se expondr en los apartados siguientes de este captulo, para efectuar los clculos por el procedimiento que hemos denominado "directo" es preciso conocer el caudal de agente frigorgeno que evoluciona en el interior de los circuitos de las mquinas, en diferentes condiciones de capacidad, dado que el valor de plena carga no ser fcil de conseguir en las situaciones reales en las que se efectuarn las visitas de inspeccin y las tomas de datos. La informacin relativa a los caudales de agente frigorgeno en circulacin por un circuito, en diferentes situaciones de demanda, solo puede obtenerse de forma fiable de los fabricantes de las mquinas o, de forma suficientemente aproximada, de los fabricantes de los compresores que, en este caso, deber particularizarse para las condiciones de presiones de aspiracin y descarga en las que la mquina se encuentre funcionando en cada momento. Igualmente, para el clculo por el procedimiento que denominamos "indirecto" se requiere conocer, de la forma ms precisa que sea posible, los caudales de agua o de aire que estn circulando a travs del evaporador de la mquina, o del condensador cuando se pretende analizar la eficiencia de una mquina que se aprovecha para calefaccin. La medicin directa de caudales de aire entraa errores, por las causas antes mencionadas, y la medicin directa de caudales de agua no es viable, en la mayora de las instalaciones, por carecer stas de caudalmetros fijos. Este es el caso de la prctica totalidad de

instalaciones existentes antes de la entrada en vigor del RITE actual. Para la identificacin indirecta del caudal de agua en circulacin puede optarse por dos procedimientos: medir las cadas de presin entre la entrada y la salida de agua del intercambiador de calor en estudio y determinar el caudal a partir de sus curvas caractersticas de prdida de carga-caudal, que slo los fabricantes pueden facilitar, o bien medir el consumo de los motores y la presin total neta de la bomba o bombas que recirculen el agua a travs del intercambiador, y determinar el caudal bombeado en las curvas caractersticas de esas bombas, que tambin deben facilitar los fabricantes. Teniendo en cuenta, adems, que en la mayora de las instalaciones que pueden encontrarse en la realidad de nuestros edificios se dispone de instrumentos de medida de calidad y precisin baja o media y, en todo caso, inferior a la que ofrece normalmente la instrumentacin disponible en un banco de pruebas, queda patente la dificultad que entraa la toma de datos de campo fiables para la determinacin de la eficiencia de los equipos frigorficos en su utilizacin real y prctica. Por todo lo expuesto y como consecuencia de las premisas de dificultad que se han indicado, es preciso dejar patente, de antemano, que las evaluaciones que puedan obtenerse sobre los rendimientos instantneos de las mquinas frigorficas a partir de mediciones "en campo" solo podrn ser considerados como aproximados, y que en todas mediciones que se realicen se asumir un margen de error, de mayor o menor magnitud, en funcin de las condiciones en las que se efecten las tomas de datos y de la precisin de los instrumentos de medida que se utilicen. Teniendo siempre presentes estas premisas de falta de precisin, en los apartados que siguen se definen los dos mtodos de determinacin de rendimientos instantneos de mquinas frigorficas que es posible aplicar sobre equipos existentes en instalaciones reales, utilizando medios actualmente al alcance de cualquier tcnico. La definiciones que siguen se remiten a la identificacin de los datos que es preciso recabar para la aplicacin de cada mtodo y a la especificacin de los clculos a realizar para la determinacin de los rendimientos. Las descripciones de los procedimientos prcticos a seguir para la toma de datos, de las condiciones en las que deben efectuarse las mediciones y de los instrumentos de medida que deben utilizarse se recogen en los captulos 4 y 5 de esta gua, para equipos de produccin de agua fra y para equipos de refrigeracin de aire, respectivamente.

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3.1 Mtodo directoDenominamos "mtodo directo", para la determinacin del rendimiento instantneo o eficiencia instantnea de una mquina frigorfica, al que se basa en la toma y evaluacin de datos de funcionamiento correspondientes al fluido frigorgeno que evoluciona en el interior de sus circuitos. Dado que a priori el mtodo directo no requiere conocimiento de datos sobre los fluidos exteriores de la mquina, la descripcin que sigue es genrica y, consecuentemente, aplicable tanto a plantas enfriadoras de agua como a equipos de tratamiento de aire. Para la aplicacin de este mtodo de clculo a la determinacin del rendimiento de un circuito frigorfico concreto ser imprescindible conocer previamente los datos que se indicarn a continuacin y que debern obtenerse siguiendo los procedimientos y condicionantes que se especificarn en los captulos 4 y 5 de este documento, en funcin del tipo de mquina de que se trate. Algunos de Q 7 estos datos, como en cada caso se apuntar, solo podrn obtenerse a partir de informacin tcnica que debern facilitar los fabricantes de los equipos en cuestin. Para la determinacin de rendimientos o coeficientes de eficiencia energtica de un circuito frigorfico por el mtodo directo de clculo se utilizarn las siguientes expresiones:

P

WCDS, es la potencia instantnea cedida por el agente frigorgeno al fluido exterior del condensador, en KW. PABS, es la potencia elctrica instantnea absorbida por la mquina para su funcionamiento, en KW. Este mtodo de clculo no tiene en consideracin la energa consumida para la circulacin de los fluidos exteriores al circuito frigorfico (agua o aire) por lo que determina exclusivamente el rendimiento frigorfico instantneo del evaporador o del condensador de la mquina, es decir, el rendimiento del circuito frigorfico propiamente dicho. Los valores de WEVP, WCDS y de PABS se determinan mediante las siguientes expresiones:

W EVP = QVAP iEVPo bien:

[7] 7

[ ][7]' 7

=

W EVP = DV dVAP iEVP[8] 8

[ ] =

WCDS = QVAP iCDSo bien:

[ ]

CEE V =

WEVP PABS

Q=

[5] [5] [6]] [6

8

WCDS = DV dVAP iCDSPABS' = VF IT 3 Cos 1000

8 [8]'

[ ][9]

CEE C =

WCDS PABS

[9]

En las que: CEEV, es el coeficiente de eficiencia energtica lado evaporador. CEEC, es el coeficiente de eficiencia energtica lado condensador. Aplicable cuando se trata de determinar la eficiencia de un equipo frigorfico en la transferencia de calor en su condensador (bomba de calor). , es el rendimiento frigorfico instantneo, equivalente al CEE V. WEVP , es la potencia instantnea absorbida por el agente frigorgeno en el evaporador. O, dicho de otra forma, la potencia instantnea cedida por el fluido exterior del evaporador al agente frigorgeno, en KW.

Siendo: iEVP, la diferencia de entalpas especficas entre la del lquido a la entrada del evaporador (i LIQ) y la del vapor a la salida del evaporador (i ASP), en kJ/kg. iCDS, la diferencia de entalpas entre la del vapor a la entrada del condensador (iDSC) y la del lquido a la salida del condensador (iLIQ), en kJ/kg. QVAP, el caudal msico de vapor bombeado por el compresor o el total bombeado por el conjunto de los compresores conectados al mismo circuito, en kg/s. DV, el desplazamiento volumtrico del compresor o el total de todos los compresores conectados al mismo circuito, en m3/s. dVAP, la densidad del vapor aspirado por el compresor, en kg/m3.

15


VF, la tensin de fase de suministro elctrico a la mquina, en Voltios. IT, la intensidad de fase total absorbida por la mquina, en Amperios. Cos , el coseno de medio de la mquina.

Si hubiera ms de un compresor conectado en paralelo en el mismo circuito frigorfico del evaporador, se sumara el desplazamiento volumtrico o el caudal msico de todos, as como la potencia elctrica de todos ellos, es decir, como si se tratase de un compresor virtual suma de todos los instalados en el circuito. Si la mquina tuviera varios circuitos frigorficos intercambiando calor con un nico circuito de fluido exterior, se debern calcular los rendimientos de cada circuito por separado para, acto seguido, determinar le eficiencia energtica de la mquina, como la media de los rendimientos de cada circuito ponderada por sus potencias respecto la potencia total del equipo. En consecuencia con todas estas premisas, para poder efectuar los clculos de rendimientos por el "mtodo directo", aplicando las ecuaciones indicadas anteriormente ([5], [6], [7], [7'], [8], [8'] y [9]), los datos imprescindibles que se deben obtener en la inspeccin de una mquina concreta y los procedimientos para obtenerlos son los que se indican a continuacin: iLIQ, Entalpa del lquido subenfriado a la salida del condensador de la mquina (equivalente a la entalpa del lquido a la entrada del evaporador, siempre que la expansin se efecte en las proximidades de este y asumiendo que el proceso de expansin sea realmente isentlpico). Para obtener este valor se debern medir las presiones (instantneas) de evaporacin (PEVP) y de condensacin (PCDS), utilizando los manmetros de la mquina o bien manmetros porttiles debidamente contrastados, y la temperatura real del lquido a la entrada de la vlvula de expansin (TLIQ), como se ha indicado en el captulo 2 (Punto 4' del diagrama de la figura 1) y apoyndose en el diagrama del ciclo especfico, configurado de manera similar a la que se ha referido en el captulo 2 (figura 1), determinar el valor de la entalpa correspondiente, leyndolo sobre la escala del eje de abcisas. Entalpa del vapor recalentado en la aspiracin del compresor. Con el apoyo del mismo diagrama anterior se marcar el punto de condiciones de aspiracin del compresor (Punto 1' del ciclo),

para lo cual ser preciso medir con un manmetro la presin de aspiracin (PASP) y con un termopar de contacto la temperatura de aspiracin (TASP), siguiendo las indicaciones apuntadas para la determinacin del punto 1' en el captulo 2 de este documento. El valor de la entalpa de aspiracin se obtendr proyectando una vertical desde el punto 1' hasta el eje de abcisas del diagrama del ciclo real. iDSC, Entalpa del vapor en la descarga del compresor (asumiendo que sta sea la condicin del vapor a la entrada del condensador). Para determinar este valor ser preciso marcar el punto 2 sobre el diagrama termodinmico del ciclo real. Siguiendo las indicaciones apuntadas en el captulo 2 para la identificacin de este punto, ser preciso medir con un termopar contrastado la temperatura instantnea de descarga (TDSC) y la presin de descarga (PDSC) del compresor, con un manmetro contrastado, o , en defecto de una conexin adecuada para el manmetro en descarga, apoyarse en el valor de la presin de condensacin (PCDS). Una vez identificado el punto 2 en el diagrama, el valor de la entalpa correspondiente se leer sobre la escala del eje de abcisas, trazando una vertical desde el punto hasta cortar dicho eje. El caudal msico bombeado por el compresor, o por el conjunto de compresores conectados a un mismo circuito no es posible medirlo directamente sobre una mquina concreta. Este dato deber ser solicitado al fabricante de la mquina o al fabricante del compresor. Normalmente el fabricante facilitar una informacin basada en las curvas de rendimiento de cada compresor especfico, sobre estas curvas debern particularizarse las condiciones de funcionamiento del circuito en las que se estn efectuando las tomas de datos. Concretamente, el caudal msico bombeado ser funcin de la relacin de compresin (Presin absoluta de descarga/Presin absoluta de aspiracin) y de la temperatura de aspiracin (temperatura de evaporacin + recalentamiento). En los casos en los que el compresor disponga de regulacin de capacidad deber tambin identificarse la condicin de carga en la que se encuentre en el momento de las medidas, preferentemente tomando datos de la intensidad instantnea absorbida, para entrar en la curva de potencia del compresor como punto de partida para determinar el valor del caudal bombeado.

QVAP,

iASP,

16


DV,

Desplazamiento volumtrico del compresor. Este parmetro podr utilizarse como paso inP termedio para calcular el caudal msico. El desplazamiento volumtrico es tambin un dato que debe ser facilitado por los fabricantes de la mquina o del compresor. Para compresores volumtricos este dato es, normalmente, ms accesible que el caudal msico bombeado, ya que se suele encontrar en la informacin tcnica de la mayora de los fabricantes de compresores frigorficos. En el caso de mquinas con compresores centrfugos es preferible obtener directamente de los fabricantes el dato del caudal msico bombeado, ya que este parmetro no solamente depende del tamao y caractersticas del compresor utilizado en una mquina concreta, sino tambin de sus presiones de aspiracin y de descarga en unas condiciones de trabajo determinadas. Adems, los compresores centrfugos suelen estar dotados de dispositivos de parcializacin continua de capacidad que varan el caudal bombeado directamente en funcin del nivel de parcializacin de capacidad en el que se encuentre trabajando una mquina. Consecuentemente, en ambos tipos de compresores, el procedimiento ms fiable para determinar el valor del desplazamiento volumtrico de un compresor es solicitarlo al fabricante, especificando las condiciones de trabajo para las que se solicita. Densidad (o peso especfico) del vapor en las condiciones de estado en las que es aspirado por el compresor. Este parmetro se utiliza para calcular el caudal msico bombeado a partir del dato de desplazamiento volumtrico del compresor, aplicando las ecuaciones [7'] u [8'], segn el caso. Las densidades, pesos especficos y volmenes especficos de los agentes frigorgenos, figuran normalmente en las tablas de propiedades de estado de los fluidos y, en algunos casos, tambin en los diagramas termodinmicos de los mismos. Es preciso recordar que las tablas de propiedades de estado se refieren a condiciones de saturacin de los respectivos fluidos, por lo que para determinar el valor de la densidad del vapor de aspiracin, con la mayor precisin posible, teniendo en cuenta que este no se encuentra normalmente en condiciones de saturacin sino recalentado, se deber tomar el dato directamente del baco termodinmico para las condiciones del punto 1', si se dispone de un baco en el que estn representadas las curvas de peso-volumen especfico, o de la tabla de

propiedades de estado del agente frigorgeno de que se trate, con suficiente aproximacin, por interpolacin entre los valores correspondientes a las presiones reales de aspiracin y de evaporacin, en las condiciones de medida. En nuestros das se encuentran a disposicin aplicaciones especficas de software en las que pueden obtenerse, de forma directa y precisa, los valores de propiedades de estado de todos los fluidos frigorgenos de uso comn en la actualidad. V F, La tensin de fase de suministro elctrico a la mquina deber obtenerse por medicin directa con un voltmetro de la tensin instantnea de fase en las bornas generales de entrada al equipo. En equipos trifsicos, que sern los ms frecuentes, se medirn las tensiones entre las tres fases de alimentacin elctrica a la mquina y se calcular la media aritmtica de los tres valores obtenidos. Cuando sea posible discriminar los consumos particulares de cada circuito, como suele ser el caso en las plantas enfriadoras de agua, los valores de tensin se tomarn en la entrada del circuito elctrico separativo correspondiente a los consumidores de cada circuito frigorfico en su conjunto. Los valores de tensin media obtenidos con este criterio de medida dan lugar a resultados de clculo ms precisos que si se toman los valores de tensin en bornas de los compresores, por razones similares a las que se expondrn en el punto siguiente para las medidas de intensidades. La intensidad de fase total absorbida por la mquina deber medirse con un ampermetro de pinza, contrastado, en los conductores generales de suministro elctrico a la mquina, por ejemplo a la salida del seccionador general. Previamente se deber comprobar que no existen desequilibrios superiores a un 5% entre las intensidades de las fases, lo que podra ser sntoma de algn defecto interno de la mquina que invalidar las medidas. Se obtendr la media aritmtica de los consumos de las tres fases y el valor resultante se utilizar para el clculo en la ecuacin [9]. Como se ha indicado para la medicin de tensin, en el punto anterior, cuando sea posible discriminar los consumos particulares de cada circuito, en mquinas con varios circuitos frigorficos, los valores de intensidad se tomarn en la entrada del circuito elctrico separativo correspondiente a los consumidores de cada circuito frigorfico en su

dVAP,

I T,

17


conjunto, con el fin de poder determinar el rendimiento de cada circuito. No es conveniente tomar medidas de intensidad sobre las fases de alimentacin a compresores, puesto que la mayora de las mquinas generan otros consumos elctricos adems de los propios de los compresores, que son imprescindibles para que los compresores puedan funcionar. Nos referimos a los consumos propios de la mquina, no externos, como los correspondientes a ventiladores de condensacin, circuitos de regulacin y control, resistencias calefactoras de crter de los propios compresores, etc., que deben ser considerados en el cmputo de potencia absorbida por una mquina, o por un circuito frigorfico en particular, a efectos de la determinacin de su rendimiento. Con este mismo criterio, cuando se pretenda hacer una comparacin entre las eficiencias de diferentes tipos de mquinas, se deberan considerar los consumos de todos los elementos imprescindibles para su funcionamiento intrnseco, por ejemplo los consumos de energa de las torres de refrigeracin y de las bombas de recirculacin de agua para los condensadores de plantas enfriadoras condensadas por agua de torre. Por el contrario, para determinar el rendimiento propio de una planta enfriadora no es necesario computar los consumos de las bombas de recirculacin de agua enfriada, ya que estas bombas sern necesarias y de la misma potencia para cualquiera que sea el tipo de planta enfriadora que se considere, a igualdad de potencia frigorfica, por supuesto. No obstante, pueden computarse tambin los consumos de agua fra siempre que se haga indicacin de que se han considerado y que se resee especficamente el consumo considerado por este concepto. Cos , El valor del cos instantneo, puede obtenerse directamente utilizando un analizador de redes, o un instrumento especfico para la medicin de este parmetro, conectado a los conductores principales de suministro elctrico a la mquina. No obstante, dado que no es frecuente disponer de estos equipos en las instalaciones reales, y, sobre todo, que la componente de energa reactiva en la mayora de la maquinaria frigorfica de uso ms comn suele ser bastante estable y dar lugar a valores del cos comprendidos entre 0,7 y 0,85, para una mquina concreta, recomendamos que, siempre que no se disponga de instrumental de medida elctrica fiable en la instalacin, se adopten valores de cos = 0,8, para su aplicacin en la ecuacin [9],

lo que permitir una aproximacin suficiente en los resultados. Para clculos de mayor precisin tambin puede solicitarse este dato a los fabricantes de los compresores o de los motores. Indicamos en este punto que la potencia elctrica absorbida por una mquina puede tambin ser determinada directamente utilizando un vatmetro conectado entre los conductores principales de suministro, lo que obviara la aplicacin de la ecuacin [9] excepto para efectuar comprobaciones de las medidas obtenidas. Notas: Recordamos al lector que los valores de presiones que figuran en los bacos termodinmicos y en las tablas de propiedades de estado se refieren a presiones absolutas. Deber tenerse en cuenta este detalle en la determinacin de otros parmetros a partir de la presin as como para la representacin de diagramas del ciclo frigorfico, para evitar errores. Las medidas de campo tomadas con manmetros darn valores de presin (manomtrica) que debern corregirse aadindoles el valor de la presin atmosfrica del lugar, en el momento en el que se efecten las medidas, para obtener los valores de las presiones absolutas correspondientes. Tambin recordamos que las propiedades de estado varan para cada agente frigorgeno, aunque estos puedan evolucionar en un circuito entre condiciones idnticas de presin. Consecuentemente, a efectos de determinacin de parmetros para el clculo de rendimientos, no ser vlida la utilizacin de bacos y tablas termodinmicas diferentes de las especficas para el agente frigorgeno con el que est cargado el circuito objeto de estudio. Podrn tambin utilizarse manmetros frigorficos con escalas de temperaturas de saturacin, y reglas de conversin de propiedades de saturacin especficas para el agente frigorgeno de que se trate.

3.1.1 Casos singularesEl "mtodo directo" para el clculo de rendimientos frigorficos y coeficientes de eficiencia energtica lado condensador, que se ha descrito en los prrafos anteriores puede considerarse "universal", es decir, de aplicacin general a cualquier tipo de circuitos frigorficos de las mquinas que se utilizan en las instalaciones de climatizacin de edificios, con independencia de sus caractersticas de diseo y de uso, as como de las condiciones entre las que evolucionen en su funcionamiento habitual. No obstante, para aclarar algunas dudas que, previsiblemente, pudieran surgir a la hora de determinar

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los rendimientos instantneos de algunos tipos de mquinas con funciones especiales, o al menos no tan P frecuentes como las puramente destinadas al aprovechamiento frigorfico o trmico de sus evaporadores o condensadores, respectivamente, recogemos a continuacin algunas consideraciones sobre los criterios que deben seguirse para la determinacin de rendimientos en estas mquinas "especiales".

a la eficiencia en su evaporador y otra correspondiente a la recuperacin de calor. En resumidas cuentas algo que difiere poco del caso considerado en el epgrafe anterior. De hecho, para la determinacin del rendimiento de estas mquinas se seguir el mismo criterio. Para determinar la potencia elctrica total instantnea absorbida por la mquina se puede utilizar la ecuacin [9], considerando todos los consumidores intrnsecos imprescindibles para el funcionamiento de los circuitos frigorficos, tambin pueden considerarse los consumidores exteriores; bombas de recirculacin de agua fra y de agua caliente, concretamente; siempre que se deje indicacin de que se han considerado y que se reflejen por separado los consumos correspondientes a estos equipos. El rendimiento global instantneo de la mquina puede calcularse aplicando la ecuacin [10] indicada en el epgrafe anterior, con las ecuaciones [7] o [7'] para determinar el valor instantneo de WEVP y teniendo en consideracin que los valores de los parmetros a medir o determinar para calcular WCDS, mediante las ecuaciones [8] u [8'] corresponderan a las condiciones de funcionamiento instantneas del condensador de recuperacin de calor. Es preciso advertir que cuando la recuperacin de calor es total el condensador principal de la mquina no estar, normalmente, en servicio, y ser perfectamente vlido el criterio indicado, pero si la recuperacin de calor es solo parcial funcionarn ambos condensadores, el principal y el de recuperacin, simultneamente, repartindose el caudal msico de fluido frigorgeno bombeado por el compresor entre los dos condensadores de forma no lineal, lo que complicar el clculo del rendimiento global por el "mtodo directo". En estas circunstancias de recuperacin parcial de calor, con los dos condensadores en servicio simultneo, es recomendable determinar el rendimiento de este tipo de mquinas aplicando el "mtodo indirecto" que se definir en el apartado 3.2.

A) Mquinas en las que se aprovecha simultneamente la produccin frigorfica en el evaporador y la disipacin de calor en el condensadorPara determinar el rendimiento instantneo de este tipo de mquinas se deber aplicar la siguiente ecuacin:

=

WEVP + WCDS P ABS

[10]] [ 10

Con la misma significacin de smbolos que se ha indicado anteriormente. Los valores instantneos de potencia absorbida en el evaporador (WEVP) y de potencia cedida en el condensador (WCDS) se calcularn aplicando las ecuaciones [7] y [8] o [7'] y [8'], procurando que las tomas de datos de los parmetros correspondientes se efecten lo ms rpidamente posible, para que los datos obtenidos sean coherentes y que no existan variaciones significativas de las condiciones de estado entre unas mediciones y otras. Para calcular el valor de la potencia instantnea absorbida por la mquina, se seguir el procedimiento indicado en la descripcin general del mtodo directo, aplicando la ecuacin [9] y considerando la tensin media de suministro elctrico y la intensidad total instantnea consumida por la mquina en su conjunto, en el momento de la toma de datos, es decir; cerciorndose de que se estn computando todos los consumos reales que se estn produciendo para el funcionamiento de la mquina en un momento dado.

B) Plantas enfriadoras con condensador de recuperacin de calorLas mquinas denominadas "recuperadoras de calor" basan su funcionamiento en la produccin frigorfica en el evaporador y aprovechan, de forma total o parcial, el calor aportado al agente frigorgeno en el evaporador ms el calor de compresin, para utilizarlo en el calentamiento de un fluido exterior, aire o agua ms frecuentemente. En consecuencia, el rendimiento global de este tipo de mquinas deber tener una componente correspondiente

C) Bombas de calor con recuperacin de froTambin es frecuente encontrar, en las instalaciones trmicas de los edificios, equipos frigorficos denominados de cuatro ciclos, que estn configuradas como plantas enfriadoras de agua de ciclo reversible, normalmente de condensacin por aire, con condensador de recuperacin y con la posibilidad de recuperar fro en el evaporador principal o mediante un evaporador auxiliar. Estos equipos se denominan de cuatro ciclos precisamente porque permiten el aprovechamiento de la produccin frigorfica y trmica

19


en cuatro modos de funcionamiento, lgicamente siempre que la instalacin en la que se encuentren est prevista para ello. Estos modos de funcionamiento son los siguientes: Primer ciclo: Produccin frigorfica en el evaporador (modo solo fro).

=

WEVP + WCDS + WEVP Recuperado PABS

[12] ] [12

=

WEVP + WCDS + WCDS Recuperado PABS

Segundo ciclo: Produccin trmica en el condensador (modo bomba de calor). Tercer ciclo: Produccin frigorfica y recuperacin de calor (modo recuperacin de calor). Cuarto ciclo: Produccin trmica y recuperacin de fro (modo bomba de calor y aprovechamiento simultneo de la produccin frigorfica). Para la determinacin del rendimiento instantneo de estas mquinas deber tenerse en consideracin el modo en el que se encuentren funcionando. El modo de funcionamiento definido como primer ciclo corresponde al de una mquina frigorfica simple, por lo que su rendimiento instantneo se determinar por el procedimiento referido en la descripcin general del mtodo directo en este captulo, efectuando la toma de los datos de los parmetros indicados y aplicando las ecuaciones [5], [7] o [7] y [9]. La determinacin del rendimiento instantneo de la mquina funcionando en el modo definido como segundo ciclo corresponde tambin al procedimiento general, aplicando en este caso las ecuaciones [6], [8] u [8] y [9] El tercer ciclo corresponde a las plantas enfriadoras con condensador de recuperacin de calor, por lo que el procedimiento para determinacin de su rendimiento sera el indicado en el apartado B de este epgrafe. El procedimiento para la determinacin del rendimiento de la mquina funcionando en el cuarto ciclo sera similar al referido en el apartado B, cambiando las referencias al condensador de recuperacin por las equivalentes al evaporador de recuperacin. Si la mquina funcionara de manera habitual, o hubiera sido proyectada para funcionar en un modo que fuera composicin de los ciclos definidos, es decir, produccin de fro y calor y recuperacin simultnea de calor, o bien produccin de fro y calor y recuperacin simultnea de fro, para la determinacin de su rendimiento instantneo sera preciso agregar las diferentes componentes para dar lugar, respectivamente, a las expresiones siguientes:

[11]] [11

y componer tambin los procedimientos definidos en los epgrafes A y B, en consecuencia con la recuperacin de energa que se aproveche, siendo igualmente vlidas las consideraciones y recomendaciones apuntadas sobre la dificultad de determinar los caudales msicos en circulacin por los intercambiadores de recuperacin de energa, tanto de fro como de calor, cuando la mquina se encuentre funcionando a capacidad de recuperacin parcial. Por ltimo indicamos que, para este tipo de mquinas, lo correcto sera determinar su rendimiento global, cuando se aprovechen todas sus posibilidades de produccin y recuperacin de energa trmica, es decir, cuando la mquina funcione en los cuatro ciclos de forma simultnea, siempre que la mquina haya sido proyectada con este objetivo y que pueda conseguirse esta condicin de funcionamiento en la instalacin realmente realizada. En esta hiptesis, la expresin a utilizar para determinar el rendimiento instantneo sera la siguiente:WEVP + WCDS + WCDS Re cuperado + WEVP Re cuperado P ABS

=

[13]

D) Mquinas con aprovechamiento del calor sensible del gas de descarga (desuperheaters)Aunque con menor frecuencia, se encuentran tambin en las instalaciones trmicas de los edificios equipos frigorficos diseados con un intercambiador de calor auxiliar o complementario instalado en la lnea de descarga del compresor, en uno o en varios circuitos, que se destina a la recuperacin del calor sensible del vapor de descarga, en ningn caso a la condensacin de este vapor, para su aprovechamiento en otro sistema o instalacin del edificio, por ejemplo para el precalentamiento del agua fra de suministro al sistema de preparacin de agua caliente sanitaria, como aplicacin ms frecuente. Estos intercambiadores auxiliares se identifican convencionalmente con la denominacin desuperheaters,

20


que podramos traducir al castellano literalmente como desobrecalentadores, dado que realmente su funcin P es aprovechar el sobrecalentamiento que recibe el vapor en su proceso de compresin, llevando al vapor, como lmite, hasta la condicin de saturacin que corresponda a la presin de condensacin en la que la mquina est trabajando. La determinacin del rendimiento instantneo de este tipo de mquinas implicara la adicin de la potencia recuperada (calor sensible) al calor de condensacin, si la mquina se aprovecha en modo calefaccin, o al calor de evaporacin si la mquina se aprovecha en modo refrigeracin, o a ambos, evaporacin y condensacin, si la mquina se utiliza en ambos ciclos simultneamente. Aunque lo ms frecuente, tanto si la mquina se aprovecha en este modo simultneo como si se aprovecha como recuperadora de calor, la funcin del desuperheater quede integrada en el condensador principal o en el condensador de recuperacin de la mquina, es decir, no discriminando la recuperacin de calor sensible de la compresin de la del calor latente de la condensacin del vapor. Para los casos especficos en los que exista el intercambiador auxiliar para efectuar la funcin de desobrecalentamiento exclusivamente, se deber asumir que el condensador de la mquina se destina nicamente a la condensacin, por lo que el rendimiento instantneo de la mquina deber calcularse aplicando las siguientes expresiones: Si se aprovecha la produccin frigorfica en el evaporador ms el calor sensible de la compresin:

correspondiente al calor sensible recuperado en el desuperheater. La potencias trmicas tiles del evaporador (WEVP) y del condensador (WCDS) se calculan como se ha indicado al inicio de este captulo, aplicando las ecuaciones [7] o [7] y [8] u [8], respectivamente. La potencia trmica sensible recuperada en el desuperheater (WSRD) se determina mediante la ecuaciones:

W SRD = QVAP (iDSC iCDS )o bien:

[15] 15

[ ] [15']

W SRD = DV dVAP (iDSC iCDS )

[15]

=

WEVP + WSRD P ABS

[ ] 14 [14]

Siendo: iDSC, La entalpa del vapor en la descarga del compresor. Para determinar este valor ser preciso marcar el punto 2 sobre el diagrama termodinmico del ciclo real. Siguiendo las indicaciones apuntadas en el captulo 5 para la identificacin de este punto, ser preciso medir con un termopar contrastado la temperatura instantnea de descarga (TDSC) y la presin de descarga (PDSC) del compresor, con un manmetro contrastado, o , en defecto de una conexin adecuada para el manmetro en descarga, apoyarse en el valor de la presin de condensacin (PCDS) que provee una aproximacin suficientemente precisa, dado que la prdida de carga es prcticamente inapreciable en la mayora de las mquinas compactas. Una vez identificado el punto 2 en el diagrama, el valor de la entalpa correspondiente se leer sobre la escala del eje de abcisas, trazando una vertical desde el punto hasta cortar dicho eje. iCDS, La entalpa de saturacin del vapor. Para determinar este valor ser preciso marcar el punto 3 sobre el diagrama termodinmico del ciclo real, a partir de la lnea de presin constante de condensacin, obteniendo este valor de la lectura instantnea del manmetro de alta, en su interseccin con la rama de vapor saturado de la curva de saturacin. Una vez identificado el punto 3 en el diagrama, el valor de la entalpa correspondiente se leer sobre la escala del eje de abcisas, trazando una vertical desde el punto hasta cortar dicho eje. QVAP, el caudal msico de vapor bombeado por el compresor o el total bombeado por el conjunto de los compresores conectados al mismo circuito, en kg/s.

Si se aprovecha la produccin trmica en el condensador ms el calor sensible de la compresin:

=

WCDS + WSRD PABS

[14] [ ] 14'

Si se aprovecha la produccin frigorfica en el evaporador y la produccin trmica en el condensador segregando el calor sensible de la compresin para otro uso:

=

WEVP + WCDS + WSRD PABS

[14]] [14' '

Utilizando en todos los casos la simbologa ya definida y denominando W SRD a la potencia trmica

21


DV, el desplazamiento volumtrico del compresor o el total de todos los compresores conectados al mismo circuito, en m3/s. dVAP, la densidad del vapor aspirado por el compresor, en kg/m3. Es preciso advertir que, como se ha indicado, el aprovechamiento del desuperheater se limita al calor sensible de la compresin, no alcanzando nunca el vapor en su interior la condicin de saturacin, siempre que el intercambiador est correctamente dimensionado, con el fin de prevenir interferencias en el flujo del fluido que pudieran acarrear problemas mecnicos en los compresores. Por ello, en el clculo de su rendimiento se partir de la entalpa de descarga para alcanzar la entalpa de saturacin de condensacin, tambin como valor lmite, que nunca debe ser superado en estas aplicaciones.

PT la potencia trmica instantnea consumida por el motor(es) trmico de accionamiento del compresor(es) de cada circuito objeto de estudio. Para determinar la potencia trmica instantnea que aporta un motor trmico ser preciso recurrir a las curvas de potencia (kW) velocidad angular (rpm), especficas de cada motor, que solo podr facilitar su fabricante, o el fabricante de la mquina frigorfica. La velocidad instantnea de rotacin del motor deber medirse in situ, en las condiciones del momento en el que se efecte la toma datos de funcionamiento de la mquina, utilizando un taqumetro contrastado y tomando las debidas precauciones de seguridad para efectuar esta medicin. Como para los motores elctricos, se considerarn despreciables las prdidas de energa en la transmisin motor compresor.

E) Mquinas con compresores abiertos accionados por motor elctrico o trmico

3.2 MTODO INDIRECTOEl clculo del rendimiento instantneo de mquinas o circuitos frigorficos cuyos compresores estn accionados por motores trmicos, se efecta siguiendo los mismos criterios y procedimientos que se han definido en los diferentes epgrafes de este apartado, para cada tipo de mquinas y dependiendo de los aprovechamientos que se obtengan de ellas segn las variantes que se han identificado. La nica diferencia a tener en cuenta en los clculos, respecto a las ecuaciones a utilizar en cada caso, se refiere a la determinacin de la potencia instantnea absorbida por la mquina. En las mquinas con compresores accionados por motores trmicos, el trmino P ABS, que aparece en el denominador de todas las ecuaciones de rendimiento, deber considerarse integrado por dos componentes: El mtodo que denominamos "indirecto", para la determinacin del rendimiento instantneo o eficiencia instantnea de una mquina frigorfica, se basa en la toma y evaluacin de datos de funcionamiento correspondientes a los fluidos externos a la mquina. Este mtodo es el que se aplica con mayor asiduidad, aunque no mejora la precisin del mtodo directo y adolece de dificultades similares para la medida de algunos de los parmetros que se utilizan en el clculo. Para la aplicacin de este mtodo de clculo a la determinacin del rendimiento de un circuito frigorfico concreto ser imprescindible efectuar las oportunas mediciones de los parmetros que intervienen en el clculo y que se irn identificando en este apartado, y que debern obtenerse teniendo en cuenta los condicionantes que se especificarn en los captulos 4 y 5 de este documento, en funcin del tipo de mquina de que se trate. Algunos de estos datos, como en cada caso se apuntar, solo podrn obtenerse a partir de informacin tcnica que debern facilitar los fabricantes de los equipos objeto de anlisis. Para el clculo del rendimiento instantneo de una mquina frigorfica por el mtodo indirecto, se utilizan las mismas ecuaciones que en el mtodo directo:

PABS = PE + P T

[16 [16]]

Siendo: PE, la potencia elctrica instantnea consumida por los componentes de la mquina que funcionan con energa elctrica, tales como: ventiladores de los condensadores, circuitos de maniobra y otros especficos en algunos casos; que se calculara aplicando la ecuacin [9] con los criterios de medicin de tensiones e intensidades elctricas en las bornas de entrada del suministro a la mquina.

CEE V =

WEVP = PABS

[5 [5]]

22


CEE C =

WCDS PABS

P

[6 [6]]

TLM =

(TS1 TE2 ) (TE1 TS2 ) (T T ) ln S1 E2 (TE1 TS2 )

Con la misma significacin de trminos y smbolos que se indic en el apartado 3.1. Sin embargo, este mtodo indirecto difiere del directo en el clculo de las potencias instantneas WEVP y de WCDS, que en este caso se determinan desde el lado exterior de los intercambiadores, aplicando las leyes fsicas del intercambio de calor sensible, sin cambio de estado, que se utilizan para el diseo y dimensionamiento de cualquier tipo de intercambiador de calor:

W = K A TW = Q1 Ce1 T1 = Q 2 Ce2 T 2En las que: W es la potencia trmica transferida entre los fluidos que evolucionan en los circuitos primario y secundario del intercambiador de calor, en kW. K es el coeficiente global de transmisin de calor entre los fluidos primario y secundario, incluyendo los trminos de conduccin y conveccin forzada, expresado en kW/m2 K. A es la superficie total de intercambio trmico del intercambiador, entre los fluidos primario y secundario, expresada en m2. T es la diferencia de temperatura que se considera a efectos del intercambio de calor, expresada en grados Kelvin o en grados centgrados, que puede referirse al fluido de cada circuito, como en la ecuacin anterior, en la que T1 expresa la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del fluido en el circuito primario del intercambiador y T 2 la equivalente en el circuito secundario, o bien, en trminos globales, considerando el intercambio entre los dos fluidos, en cuyo caso se utiliza la denominada Diferencia logartmico media de temperaturas. Siendo, respectivamente, TE1, TS1 y TE2, TS2, las temperaturas absolutos de entrada y salida de los fluidos primario y secundario del intercambiador.

Q1 y Q2 son los caudales msicos de los fluidos en circulacin por los circuitos primario y secundario del intercambiador, respectivamente, expresados en kg/s. Dada la dificultad que implica la medida directa y la determinacin indirecta de caudales msicos en circulacin a travs de un intercambiador de calor, en la prctica se utilizan los caudales volumtricos, cuya medida es ms inmediata. Recordamos que el caudal msico Q (kg/s) se obtiene como producto del caudal volumtrico V (m3/s) por la densidad del fluido . Q = V . Ce1 y Ce2, representan el calor especfico de los fluidos primario y secundario que circulan por el intercambiador, respectivamente, expresados en kJ/kg K. Estas ecuaciones son vlidas para el clculo de la potencia trmica transferida en cualquier tipo de intercambiador de calor que podamos considerar en una mquina o circuito frigorfico, tanto si se trata del evaporador, como del condensador, como de un condensador auxiliar para recuperacin de calor, como de un desuperheater, etc., siempre que se apliquen a fluidos que no cambien de estado durante el proceso de transferencia de calor. Son, por lo tanto, aplicables a los fluidos exteriores de las mquinas frigorficas, normalmente aire, agua o cualquier tipo de salmuera o solucin anticongelante, ya que en ellos no se produce cambio de estado en las condiciones habituales de funcionamiento de las mquinas que equipan las instalaciones trmicas de los edificios. Para los intercambiadores que pueden encontrarse en los circuitos de las mquinas frigorficas de uso comn en instalaciones trmicas de edificios, la potencia trmica transferida a los fluidos exteriores, en funcin del tipo de fluido que sirva de medio caloportador, se determina a partir de las siguientes ecuaciones: Potencia trmica transferida al agua o salmuera exterior en un evaporador:

W EVP = VW pw Ce w (T EW T SW

) [17] [

23


Potencia trmica transferida al agua o salmuera exterior en un condensador:

WCDS

WCDS = VW pw Ce w (TSW T EW )

[18] 18

[ ]

Potencia trmica transferida al agua o salmuera exterior en un intercambiador para recuperacin de calor, condensador auxiliar de recuperacin, desuperheater, o cualquier otro intercambiador de calor entre el fluido frigorgeno y agua o salmuera:

Potencia trmica instantnea cedida a un fluido caloportador externo en el condensador de una mquina frigorfica o en un intercambiador para calefaccin o para recuperacin de calor, de cualquier tipo. Se expresa en kW. Se determina analticamente mediante las expresiones [18] o [21] indicadas anteriormente. La energa trmica transferida puede ser medida directamente mediante un contador de energa, como se ha indicado en el punto anterior. Potencia trmica instantnea transferida a un fluido caloportador externo en cualquier tipo de intercambiador para calefaccin o refrigeracin. Se expresa en kW. Se determina analticamente mediante las expresiones [19], [20] o [21], indicadas anteriormente. Caudal volumtrico de un fluido caloportador lquido, normalmente agua o salmuera de bajo punto de congelacin, a travs de un intercambiador de calor. Se expresa en l/s, m3/s o m3/h. Se utiliza en las ecuaciones de potencia como factor del caudal msico: QW = VW W., dado que es ms fcil de medir en la prctica. Puede medirse directamente mediante un caudalmetro, de cualquiera de los diferentes tipos existentes en el mercado, instalado en la tubera del circuito exterior del intercambiador de calor a analizar. Si no se dispone de caudalmetro fijo en la instalacin, el caudal del fluido en circulacin puede obtenerse indirectamente por los siguientes procedimientos: Medicin de las presiones de entrada y salida del fluido al intercambiador. Determinacin de la prdida de carga por diferencia entre las dos presiones anteriores. Traslado del valor de cada de presin obtenido a la curva caracterstica Caudal-Prdida de carga del intercambiador en cuestin y determinacin del caudal terico en circulacin en funcin de la cada de presin real medida. Las curvas caractersticas de los intercambiadores de calor deben ser facilitadas por los fabricantes, para cada caso concreto. Medicin de la presin neta instantnea con la que est funcionando la bomba (o bombas) que se utilicen para la recirculacin del fluido a travs del intercambiador, por diferencia entre las lecturas de un manmetro situado alternativamente en la aspiracin y en la descarga de la bomba.

W REC = V W pw Ce w (T SW T EW )

[19] 19

WREC

[ ]

Potencia trmica (Calor total) transferida al aire que circula por el exterior de un evaporador o de un recuperador de fro, agente frigorgeno-aire, o agua, o salmuera-aire:

VW

W EVP = WREC = V A p A (i SA i EA )

[20] 20

[ ]

Potencia trmica (Calor sensible) transferida al aire que circula por el exterior de un condensador o de un recuperador de calor, agente frigorgeno-aire, o agua, o salmuera-aire:

WCDS = WREC = VA p A Ce A (TsSA TsEA )

[21 [21] ]

Los smbolos empleados en estas ecuaciones tienen los significados que se especifican a continuacin. Se indica tambin para cada parmetro el procedimiento a seguir para su determinacin o medida directa en campo: WEVP Potencia trmica instantnea absorbida por un fluido caloportador externo en el evaporador de una mquina frigorfica o en un intercambiador de calor para refrigeracin. Se expresa en kW. Se determina analticamente mediante las expresiones [17] o [20] indicadas anteriormente. Considerada como trmino de energa trmica puede ser medida directamente, en enfriadoras de agua, utilizando un contador de energa intercalado en la tubera del circuito exterior del evaporador. Estos contadores se basan en la aplicacin de la ecuacin [17] con medicin directa del caudal en circulacin a travs del evaporador y medicin directa de la temperatura del fluido exterior a la entrada y a la salida del evaporador.

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Medicin del consumo instantneo de la bomba (o bombas) y determinacin de la P potencia absorbida. Traslado de los valores de presin y potencia obtenidos a las curvas caractersticas Caudal-Presin y Caudal-Potencia de la bomba (o bombas) en cuestin y determinacin del caudal terico en circulacin por coincidencia de las lecturas sobre las respectivas curvas. Las curvas caractersticas de las bombas deben ser facilitadas por los fabricantes y formar parte, imprescindible, de la documentacin tcnica de cualquier instalacin trmica. VA Caudal volumtrico del aire en circulacin por el circuito exterior de un evaporador, condensador o cualquier tipo de intercambiador de calor de una mquina frigorfica. Se expresa en l/s, m3/s o m3/h. Como para fluidos lquidos, el caudal volumtrico de aire se utiliza en las ecuaciones de potencia como factor del caudal msico: QA = VA A., dado que la medicin del caudal msico "en campo" no es posible. El caudal volumtrico puede medirse directamente sobre una mquina concreta, siguiendo las recomendaciones que establece la norma UNE 100010-2: 1989, (Climatizacin. Pruebas de ajuste y equilibrado. Parte 2: Mediciones), a este respecto, y con las precauciones que se indicarn en el captulo 5 de este documento, utilizando un anemmetro, preferentemente rotativo, o de cualquiera de los diferentes tipos existentes en el mercado. Recordamos que, aunque los anemmetros digitales modernos pueden aportar medidas de valores de caudal directamente, lo ms frecuente es que den valores de velocidad del aire en circulacin, para determinar el caudal a partir de mediciones de velocidad en una vena de aire, se deber aplicar la ecuacin de continuidad de flujo de Bernouilli:

caudal volumtrico de aire podra obtenerse indirectamente a partir de los datos correspondientes a los caudales y presiones de funcionamiento de los ventiladores instalados en una mquina concreta que deber facilitar el fabricante. En estos casos se debern medir, mediante un tubo de Pitot y un manmetro, las presiones de aspiracin y descarga de los ventiladores que se encuentren funcionando en el momento de la inspeccin de la mquina, as como los consumos elctricos de dichos ventiladores y sus velocidades de rotacin, y trasladar los valores de la presin neta, de la velocidad de rotacin y de la potencia absorbida que se obtengan a la curva de Caudal-Presin correspondiente, para determinar sobre su eje de abcisas el caudal terico instantneo. Durante la toma de datos, tanto de caudales como de presiones, se deber evitar al mximo posible que la persona que realiza las medidas cree interferencias en el flujo de aire o perturbe las medidas obtenidas con el manmetro.W

VA = v M ASiendo:

[22] 22

[ ]

VA el caudal volumtrico en m3/s. vM la velocidad (media) de circulacin en m/s. y A la seccin frontal de paso de aire en m2. Si la medicin directa del caudal en circulacin no fuera posible, por cualquier razn, el

Densidad (o peso especfico) del fluido caloportador lquido que circula a travs del circuito externo del intercambiador de calor que se estudie. Este parmetro se utiliza para calcular el caudal msico bombeado a partir del dato de caudal volumtrico. Se expresa en kg/dm3 o kg/m3. Con suficiente aproximacin, se considera una densidad para el agua de 1 kg/dm3 en los rangos de presiones y temperaturas en los que evolucionan normalmente los fluidos de una instalacin de refrigeracin. Las densidades relativas de las salmueras o soluciones de bajo punto de congelacin que pueden utilizarse en las instalaciones de climatizacin de edificios, se determinarn a partir de las concentraciones en peso de las diferentes sustancias que se disuelvan en agua para constituir la salmuera. Las densidades de estas sustancias se encuentran normalmente en manuales o vademcums de fcil acceso. Tambin pueden solicitarse los datos correspondientes a los fabricantes de la mquina, aunque dada la variabilidad de posibilidades que pueden darse en este tipo de soluciones, as como la previsible variacin de las condiciones de concentracin que, respecto de las nominales, pueden encontrarse en una instalacin real, es muy recomendable determinar en cada caso la densidad de la solucin de que se trate, por medicin directa con un densmetro sobre una muestra del fluido utilizado.

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Gua tcnica Procedimientos para la determinacin del rendimiento energtico de plantas enfriadoras de agua y equipos autnomos de tratamiento de aireA.

Densidad (o peso especfico) del aire que circula a travs del circuito externo del intercambiador de calor en estudio. Se expresa normalmente kg/m3. Para clculos de suficiente grado de aproximacin puede utilizarse un valor de densidad del aire de 1,2 kg/m3. Para obtener mayor precisin es necesario tomar medidas de al menos dos de las condiciones de estado del aire, por ejemplo de sus temperaturas de bulbo seco y de bulbo hmedo, antes y despus de su paso a travs del intercambiador. Con los valores de temperaturas obtenidos se situarn los puntos de condiciones de estado correspondientes sobre un diagrama Psicromtrico, confeccionado para la altitud (presin atmosfrica) adecuada al caso en estudio, y se determinarn grficamente sobre el diagrama los valores de los volmenes especficos correspondientes a esas condiciones de estado. La inversa del valor del volumen especfico obtenido ser el peso especfico a utilizar en las ecuaciones [20] o [21]. Calor especfico (a presin constante) del fluido caloportador lquido que circula a travs del circuito externo del intercambiador de calor que se analice. Se expresa en kJ/kg k. En el entorno de las temperaturas y presiones normales a las que se utiliza el agua para instalaciones de climatizacin de edificios el calor especfico se considera constante, con un valor para el agua de 4.18 kJ/kg K. El calor especfico de las soluciones de bajo punto de congelacin que se utilizan en instalaciones para refrigeracin de edificios deber determinarse en funcin de las sustancias que las compongan y de su concentracin. Se recomienda solicitar este dato al fabricante del producto anticongelante que se utilice y determinar el calor especfico de la solucin como media de los calores especficos de sus componentes ponderados por sus concentraciones. Calor especfico (a presin constante) del aire en circulacin por el circuito externo del intercambiador de calor que se analice. Se expresa en kJ/kg k. En el entorno de las condiciones en las que evoluciona el aire destinado a la climatizacin de edificios, su calor especfico se considera constante, con un valor de 1,003 kJ/kg K. Para otras condiciones pueden obtenerse valores precisos del calor especfico del aire en las tablas de propiedades de estado del aire hmedo.

TEW

Ce W

Temperatura de entrada del fluido caloportador lquido al intercambiador de calor en estudio. Se expresa normalmente en 0C, aunque en los clculos se refieren valores en K, la magnitud de ambas unidades de temperatura es idntica, por lo que cuando se utilizan diferencias de temperaturas en los clculos, como sucede en todas las ecuaciones indicadas en este captulo, ser indiferente consignar las temperaturas en 0C o K, siempre que se utilicen unidades coherentes en la misma ecuacin, lgicamente. Los valores de temperatura se tomarn in situ, en cada instalacin concreta, empleando termmetros o termopares contrastados, preferentemente con sensores de inmersin que se utilizarn insertndolos en los pocillos o dedos de guante que deben estar disponibles para este fin en las tuberas correspondientes. En los casos en los que no existan estos elementos, podrn utilizarse los termmetros existentes en la instalacin, siempre que ofrezcan la fiabilidad y precisin suficientes, preferentemente utilizando el mismo termmetro para efectuar todas las tomas de datos, con el fin de eliminar errores sistemticos. No es recomendable el uso de termopares o sensores de temperatura de contacto, por la faltas de precisin en las medidas a las que pueden dar lugar. Temperatura de salida del fluido caloportador lquido al intercambiador de calor en estudio. Son vlidas todas las consideraciones y recomendaciones para toma de datos que se han indicado en el punto anterior, para la temperatura de entrada. Temperatura de bulbo seco a la salida del aire del intercambiador de calor en estudio. Se expresa en 0C o en K, aunque normalmente se mide en 0C. Son vlidas las consideraciones a este respecto en los puntos dedicados a las temperaturas de fluidos lquidos. Los valores de temperatura seca del aire (o de bulbo seco) se tomarn "in situ", en cada instalacin concreta, empleando termmetros o termopares contrastados, preferentemente con sensores de inmersin o de ambiente, que se debern situar en las zonas centrales del flujo o en un punto en el que las condiciones del flujo del aire se consideren homogneas, evitando acercar demasiado los elementos sensibles de medida a la superficie de las bateras de intercambio trmico, para que las medidas de temperatura en la masa del aire no se afecten por las temperaturas superficiales

TSW

Ts SA

Ce A

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de las bateras, ya que stas pueden ser mucho ms bajas o mucho ms altas, con diferencias P que pueden superar los 20 0C, que las de la masa del aire en circulacin. Asimismo, durante la toma de datos se deber evitar al mximo posible que la persona que realiza las medidas cree interferencias en el flujo de aire o perturbe las medidas obtenidas con el termmetro. Ts EA Temperatura de bulbo seco a la entrada del aire en el intercambiador de calor en estudio. Son vlidas todas las consideraciones y recomendaciones indicadas en el punto anterior. Temperatura de bulbo hmedo a la salida del aire de la batera de intercambio trmico en estudio. Se expresa en 0C o en K, como la temperatura seca. Los valores de temperatura hmeda del aire (o de bulbo hmedo) se tomarn in situ, en cada instalacin concreta, empleando termmetros de bulbo hmedo o psicrmetros que permitan la medida simultnea de las temperaturas seca y hmeda sobre el mismo flujo de aire. Deber comprobarse antes de efectuar ninguna medida que el agua que impregna la mecha del termmetro hmedo se encuentra a la misma temperatura que el aire sobre el que se van a efectuar las mediciones. Tambin debern observarse las mismas precauciones indicadas en puntos anteriores para las tomas de datos de temperaturas y caudales de aire. Los valores de temperatura hmeda de funcionamiento en una instalacin real no se van a utilizar directamente para el clculo de rendimientos energticos sino como parmetro de apoyo para la determinacin de los valores de entalpa necesarios en el clculo de rendimientos de mquinas frigorficas de refrigeracin de aire, segn se indicar en los puntos siguientes. Las bateras de refrigeracin de estas mquinas suelen trabajar con temperaturas superficiales por debajo del valor del punto de roco de la masa de aire que refrigeran, es decir en rgimen hmedo, por lo que el tratamiento que recibe el aire implica la disminucin de sus temperaturas seca y hmeda, ya que tambin se reduce su contenido en humedad (humedad absoluta). Consecuentemente, el anlisis de la transformacin sufrida por el aire y de la potencia trmica transferida en esa transformacin, deber considerar las variaciones de los contenidos de calor sensible y de calor latente de la masa de aire tratado, y no limitarse al anlisis de la transferencia de calor

Th SA

exclusivamente sensible que solamente es vlido cuando el aire se calienta en su paso a travs de un intercambiador de calor, sin modificar su contenido en humedad, como sucede por ejemplo en los condensadores de las mquinas frigorficas. Por ello, para los clculos en mquinas de refrigeracin de aire debe utilizarse la ecuacin [20], que computa la potencia total transferida al aire en circulacin, en funcin de la variacin de sus niveles de entalpa. Las tomas de datos de temperaturas hmedas pueden sustituirse por mediciones de la humedad relativa del aire, efectuadas en este caso mediante un higrmetro, siempre que stas resulten ms factibles o sencillas de llevar a cabo. Th EA Temperatura de bulbo hmedo a la entrada del aire en el intercambiador de calor en estudio. Son vlidas todas las consideraciones y recomendaciones indicadas en el punto anterior. Entalpa especfica del aire hmedo a la entrada del evaporador de la mquina de una batera de refrigeracin, o de cualquier tipo de intercambiador en el que se refrigere aire. Se expresa en kJ/kg y no es posible medirla directamente "en campo". Para su determinacin ser preciso apoyarse en un diagrama Psicromtrico confeccionado para la presin de trabajo adecuada al caso en estudio. Se situar sobre el diagrama el punto correspondiente a las condiciones de estado del aire a la entrada del intercambiador, haciendo uso de los valores de la temperatura seca TsEA y de la temperatura hmeda ThEA, o de la humedad relativa, obtenidos con los procedimientos de medida que se han indicado anteriormente. Una vez localizado el punto representativo de las condiciones de entrada de aire, se trazar desde l una perpendicular al eje de entalpas especficas del diagrama, para identificar en su interseccin con este eje el valor de iEA que se utilizar en la ecuacin [20]. Entalpa especfica del aire hmedo a la salida de la batera de refrigeracin de aire. El valor de iSA a utilizar en la misma ecuacin [20] se obtendr siguiendo un procedimiento idntico al indicado en el punto anterior pero empleando los valores correspondientes a las condiciones de estado del aire a la salida del intercambiador, TsSA y ThSA, o bien el de la humedad relativa correspondiente en lugar de la temperatura de bulbo hmedo.

iEA

iSA

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Estos valores de la entalpa del aire pueden tambin obtenerse directamente, de forma muy precisa, utilizando las aplicaciones especficas de software para clculos psicromtricos que se encuentran disponibles actualmente. Para el clculo del rendimiento instantneo de una mquina concreta, objeto de anlisis, en el numerador de las expresiones [5] o [6] se computar la suma de potencias tiles instantneas, calculadas mediante las ecuaciones [17], [18], [19], [20] o [21], para todos y cada uno de los intercambiadores que se aprovechen simultneamente en la mquina, segn los casos y el coeficiente de rendimiento que se pretenda calcular, con los mismos criterios de cmputo de potencias instantneas simultneas que tambin se han indicado en los casos singulares referidos en el "mtodo directo". En tanto que en denominador se considerar la potencia elctrica o trmica instantnea absorbida por la mquina para su funcionamiento, PABS, que se calcular, para cualquiera de los casos posibles, mediante la expresin [9], para potencia elctrica, con los criterios para la medicin de parmetros elctricos que se han indicado en el apartado 6.1 (mtodo directo). O bien, en el caso de mquinas con compresores accionados por motores trmicos, por el procedimiento para determinar la potencia trmica instantnea absorbida p

guia calculo cop idae

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