Aire Acondicionado
Introducción:
Un aire acondicionado trabaja con la
evaporación de un refrigerante, como el R134, con el fin de mover calor de un lugar
con cierta temperatura a otro de mayor
temperatura. La mecánica de evaporación
en un aire acondicionado es la misma que la
de un refrigerador.
¿Cómo trabaja el ciclo de
refrigeración de un AA?
1. El compresor comprime el gas de R134, causando un incremento de la
temperatura y de presión del gas
2. Este gas caliente y a alta presión
fluye por intercambiador de calor
con el fin de disipar todo el calor y
volverse líquido por condensación
3. El R-134 líquido y con alta presión
pasa a través de una válvula de
expansión, la cual gasifica el
refrigerante ocasionando una
disminución importante de
temperatura
http://home.howstuffworks.com/ac.htm
4. El R-134 frío corre a través de un
nuevo intercambiador de calor
mediante el cual se absorbe el calor
del interior del cuarto
Entrada de energía eléctrica
El R-134 lleva una pequeña cantidad de
aceite ligero, el cual lubrica el
compresor
En un aire acondicionado los equipos
internos que consumen energía
eléctrica, son el VENTILADOR y el
COMPRESOR
http://home.howstuffworks.com/ac.htm
Tonelada de refrigeración
dQ/dt
2000 lb
Hielo a 32 °F
24 horas
después
2000 lb
Agua a 32 °F
Btu 
1
Btu

Q 
  2000 , lb    144 ,
 12 , 000

dt
lb  24 , h
h

.
dQ
Energy Efficiency Ratio (ERR)
• Es el cociente de la potencia térmica removida del
ambiente entre la potencia eléctrica consumida por el
equipo
• La potencia térmica se mide en Btu/h y la eléctrica en watts
resultando el EER en la razón de energía térmica removida
contra la energía eléctrica consumida (Btu/W-h)
• El EER mínimo lo establece una norma de eficiencia
energética y el valor depende de las capacidades de los
equipos de A.A.
EFICIENCIA
• REE = COPR Relación de Eficiencia Energética de un
acondicionador de aire y se determina dividiendo el valor
del efecto neto de enfriamiento en el lado interno, en Wt,
entre el valor de la potencia eléctrica de entrada, en We
• SEER. Relación de Eficiencia de Acuerdo a la
Temporada. Sus unidades son Btu/W-h
• COPH.=1+COPR Valor del efecto neto de calentamiento
en Wt / el valor de potencia eléctrica de entrada en We
Norma Oficial Mexicana de Aire Acondicionado
NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000
Los acondicionadores de aire para habitación, se clasifican por su
capacidad de enfriamiento, así como sus características específicas de
diseño, conforme la tabla siguiente:
TIPO
CLASE
CAPACIDAD DE
ENFRIAMIENTO, Watts
sin ciclo inverso y con ranuras
laterales
1
2
3
4
5
menor o igual a 1 758
mayor a 1 759 hasta 2 343
mayor a 2 344 hasta 4 101
mayor a 4 102 hasta 5 859
mayor a 5 860 hasta 10 600
sin ciclo inverso y sin ranuras
laterales
6
7
8
9
10
menor o igual a 1 758
mayor a 1 759 hasta 2 343
mayor a 2 344 hasta 4 101
mayor a 4 102 hasta 5 859
mayor a 5 860 hasta 10 600
con ciclo inverso
y con ranuras laterales
11
13
menor o igual a 5 859
mayor a 5 860 hasta 10 600
con ciclo inverso
y sin ranuras laterales
12
14
menor o igual a 4 101
de 4 102 a 10 600
NOM-021-ENER/SCFI/ECOL-2000
Clase
REE , Wt / We
1
2,84
2
2,84
3
2,87
4
2,84
5
2,49
6
2,64
7
2,64
8
2,49
9
2,49
10
2,49
11
2,64
12
2,49
13
2,49
14
2,34
Eficiencia energética
Fabricante marca en
etiqueta valor REE
en Wt / We, no
menor valor tabla
.
Ahorro de Energía
E F IC IE N C IA E N E R G É T IC A
R e la ció n d e E fic ie n cia E n e rg é tica (R E E )
d e te rm in a d a co m o se e sta b le ce e n la
REE = Efecto neto de enfriamiento , W
Potencia Eléctrica , W
N O M -0 2 1 -E N E R /S C F I/E C O L -2 0 0 0
REE=
Ahorro de Energía:
E fe c to n e to d e e n fria m ie n to (W )
P o te n c ia e lé c tric a (W )
M a rca: S U P E R -IR IS
M o de lo: T G V 0 24 R 20 0B
P oten cia e léctrica : 1 3 2 5 W
E fe cto ne to de e nfriam ien to : 3 5 0 0 W

REE de este aparato en (W/W) 

  REE establecid a en la norma en (W/W)



  1   100 %




2 ,4 9
R E E e s ta b le c id a e n la n o rm a e n ( W /W )
R E E d e e s te a p a ra to e n ( W /W )
A h o rro d e e n e rg ía d e e s te a p a ra to
5%
0%
1 0%
1 5%
2 0%
2 5%
3 0%
3 5%
4 0%
REE =
4 5%
5 0%
M ay o r
A h o rro
M en o r
A h o rro
E l ah orro de en erg ía efe ctivo de pe nd erá de lo s há bito s
de uso y lo caliza ció n de l ap ara to
IM P O R TA N T E
E ste apa ra to cum p le co n lo s req uisito s d e
seg urida d a l usua rio y n o d añ a la ca pa d e o zon o
La etiq ue ta no d eb e re tira rse d el ap arato
ha sta qu e h aya sid o a dq uirido por el con sum ido r fina l
3500 W
= 2.64
1325 W
% Ahorro Energía = 2.64 -1 x 100% = 6.024 %
2.49
Tabla de Conversiones
Tabla de Conversión de Unidades útiles para el cálculo en aire
acondicionado
KW/ton
=
12 / EER
EER
=
12 / KW / ton
EER
=
COPR x 3.412
REE
=
EER / 3.412
COPR
=
12/ (KW/ton) / 3.412

ma,
m
kg 

2 
 Va ,  A, m   a , 3 
s
s 
m 



kg

V a , A , Ts , w s
 T ,  K  T e  T s ,  C 
kJ
  kg  
Q Sen , kW   m a ,
  Cp a ,
s 
kg  K


   T ,  K


w,

Q Lat

kgH 2 O
  w1  w 2 ,
kgA seco
kgA seco

kgH 2 O
kgH 2 O
  kg  
, kW   m a ,
   w ,
s 
kgA seco





TonRef , TR   Q Sen  Q Lat , kW 






3412
Btu
TR
h
1kW
12000
Btu
h
Btu
EER , h
We

3412



h
 Q Sen  Q Lat , kW 

 1kW

1000 W 
 Pe , kW 

 kW 
ma
 Flujo de aire a la salida del evaporador
Cp a
 Calor Específico
 Relación
 a  1 . 196
de humedad
m
3
kJ
kg  K
 H vH 2 O  2257
T ext  35 C

ión del agua
kg
Cp a  1 . 007
del aire
 H vH 2 O  Calor latente de vaporizac
w1 , w 2
Te , w e
Btu
Donde :

Pe

kJ 

   H vH 2 O ,

kgH
0

2

kJ
kgH 2 O
EJEMPLO:
TONELADAS DE REFRIGERACIÓN Y RELACIÓN DE
EFICIENCIA ENERGÉTICA
Las mediciones en un aire acondicionado de ventana resultan en los siguientes
valores:
• Velocidad del aire a la salida del evaporador: 4.187m/s
• Área del ducto de salida del evaporador: 660 cm^2
• Temperatura a la salida del evaporador: 8.6°C
• Relación de humedad a la salida del evaporador: 6.26 g de agua/kg de aire
seco
• Temperatura a la entrada del evaporador: 25.8°C
• Relación de humedad a la entrada del evaporador: 8.016 g de agua/kg de aire
seco
• Potencia eléctrica de entrada: 2.400 kW
• Densidad del aire: 1.196 kg/m^3
• Temperatura exterior: 35°C
Determine las toneladas de refrigeración, TR y la EER con unidades inglesas
DIAGRAMA
Te=25.8°C
8.06gH2O/kg Aire
Te=35°C
Te=8.6°C
V=4.187m/s
P=2.400 kW
=1.196 kg/m^3
A=660m^2
6.26gH2O/kg Aire
Cp a  1 . 007 kJ
kgK


m a  V a A  a  4 . 187 m

m a  0 . 3305

kg


0 . 066 m  1 . 196
s
m

2
3



kg
s

kg  

Q Sen  m a Cp a  T   0 . 3305
  1 . 007 kJ kgK  17 . 2 K
s 



Q Sen  5 . 7267 kJ
s
 H vH 2 O  2257 kJ
w1  8 . 016
 w  1 . 756


 5 . 7267 kW
kg
gH 2 O
kgAS
gH 2 O
kgAS
y
w 2  6 . 26
 1 . 756  10

3
gH 2 O
kgAS
kgH 2 O
kgAS
 3 kgH 2 O
kg AS  


Q Lat  m a  w  H vH 2 O   0 . 3305
2257 kJ
  1 . 756  10


kgAS  
kgH 2 O 
s 


Q Lat  1 . 3099 kJ
s
 1 . 3099 kW




Q Sen  Q Lat
Q Sen  Q Lat
 0 . 9478 BTU


  3 , 600 s 
s
 5 . 7267 kW  1 . 3099 kW 
 24 , 009 . 9797 BTU



  1hr 
hr
1kW


 24 . 0099 MBTU

EER 

Q Sen  Q Lat
Pe


1TR

hr  12 MBTU
hr

24 , 009 . 9797 BTU
2400 W


 2 . 0008 TR


hr  10 . 0041 BTU
W  hr
Solución usando la carta psicométrica:
Punto A:
• T = 25.8° C
• 8.016 gH2O/kgAS
• hA = 47.5 kJ/kgAS
• vA = 0.858 m3/kgAS
Punto B:
• T = 86° C
• 6.26 gH2O/kgAS
• hB = 25 kJ/kgAS
• vB = 0.806 m3/kgAS
Ecuaciones:

Balance
de Aire Seco :

mA  mB  m


Balance
de Energía

m A w A  m B wB  m W
de Agua :

Balance

:
m

i
hi  Q S 


m
f
hf



m W  m A w A  w B 



Q S  m A  h1  h 2   m w h w
Solución:

mB 
V B AB


 4 . 187
vB
m s  0 . 066 m
0 . 806 m
3
2
  0 . 3429
kgAS
s
kgAS


kgH 2 O
kgAS

  0 . 008016 kgH 2 O
m w  m B ( w1  w 2 )   0 . 3429
 0 . 00626



s
kgAS
kgAS




m w  6 . 0206  10
4
kgH 2 O
s
De la tabla A - 4 para agua saturada
h [email protected]

C
 36 . 1216 kJ

Q S  7 . 6925 kJ

1TR  12 MBTU
s
ica de Cengel
kgH 2 O
Q S  m B  h A  h B   m w h [email protected]

del libro de Termodinám
C
kgAS

  47 . 5 kJ
   6 . 0206  10  4 kgH 2 O   36 . 1216 kJ
  0 . 3429
 25 kJ

 


s
kgAS
kgAS
s
kgH
O


 
2


 7 . 6925 kW
hr
 3 . 4121916 MBTU

1TR

hr  
7 . 6925 kW

  12 MBTU
1kW
hr







2 . 1874 TR

QS

QS
 0 . 9478 BTU


  3 , 600 s 
s
 7 . 2263 kW 
 24 , 656 . 7137 BTU



  1hr 
hr
1kW


 24 . 6567 MBTU

EER 
QS
Pe


1TR

hr  12 MBTU
hr

24 , 656 . 7137 BTU
2400 W


 2 . 0547 TR


hr  10 . 2736 BTU
W  hr
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Energy Efficiency Ratio (ERR)