Evaluación de un aire acondicionado de pared con diferentes cargas de propano R290 (página 2)

Esto puede lograrse a través del diseño a prueba de fugas, ventilación y algunos sistemas de protección. Cuando sea posible que se cree una atmósfera inflamable, los responsables de la colocación o instalación del equipo deben asegurarse de que la ignición de una atmósfera inflamable no sea posible, por ejemplo mediante la eliminación de posibles fuentes de ignición. Por lo tanto, es importante para aquellas personas que sean conscientes de la presencia de sustancias inflamables, poner en marcha medidas existentes para controlar el riesgo y reducir la ocurrencia de cualquier incidente a través de la elaboración de planes y procedimientos. Esto también incluye garantizar que los empleados y otros trabajadores estén debidamente informados y capacitados para controlar o hacer frente a los riesgos y en consecuencia también la identificación y clasificación de las zonas del centro de trabajo donde pueden ocurrir atmósferas inflamables y evitar posibles fuentes de ignición en esas zonas [11].

1.4.1 Clasificación de seguridad de los refrigerantes HC.

A la mayoría de los refrigerantes se les asigna una clasificación de seguridad, que está en función de la toxicidad e inflamabilidad. El esquema de clasificación es adoptado por normas tales como la ISO 817 y EN 378. Una visión general de este esquema se muestra en la tabla 6.

Tabla 6. Esquema de clasificación de seguridad del refrigerante.

La clasificación de la toxicidad se basa en si la misma ha sido o no identificada en las concentraciones de menos de 400 ppm en volumen, sobre la base de datos utilizados para determinar el valor umbral límite de tiempo de carga promedio (TLV-TWA) o índices consistente. Hay dos clases de toxicidad:

• Clase A: son aquellos refrigerantes que no se haya observado toxicidad por debajo de 400 ppm.

• Clase B: se trata de refrigerantes en los que la toxicidad se ha observado por debajo de 400 ppm.

La clasificación de la inflamabilidad depende de que las sustancias se puedan o no encender en pruebas estándar, y si es así, cuál es el límite inferior de inflamabilidad (LII) y el calor de la combustión.

Hay tres clases de inflamabilidad:

• Clase 1: son aquellos refrigerantes que no muestran propagación de la llama cuando se probó en el aire a 60 ° C y a presión atmosférica normal.

• Clase 2: en esta clasificación se encuentran los refrigerantes que presentan propagación de la llama cuando se analizaron a 60 ° C y a presión atmosférica normal, pero tienen un LII superior a 3,5% en volumen, y un calor de combustión de menos de 19.000 kJ / kg.

• Clase 3: contiene a los refrigerantes que también presentan la propagación de llama en las pruebas a 60 º C y a presión atmósfera, pero tienen un LII igual o inferior a 3,5% en volumen, o tiene un calor de combustión igual o superior a 19.000 kJ / kg.

Dado que los HCs refrigerantes más comunes (R290, R600, R1270) tienen un TLV-TWA de 1.000 ppm o más (dependiendo de la fuente de información), tienen una clasificación de Clase A de toxicidad. Sin embargo, estos refrigerantes no presentan propagación de la llama bajo condiciones atmosféricas normales, y el LII es típicamente alrededor del 2% con el calor de la combustión, que es alrededor de 50.000 kJ/kg. Así que la clasificación de inflamabilidad es de Clase 3.

En comparación, los más comunes de CFC, HCFC y HFC, así como R744 (dióxido de carbono) tienen una clasificación de A1, a pesar de que algunos HFC presentan una categorización A2. Hay pocos HCFC y HFC que están en la clasificación B1, mientras que el R717 (amoníaco) tiene una clasificación B2. No hay refrigerantes B3 (Aunque esto puede ser posible con ciertas mezclas).

Además, hay otra medida para la aplicación de los refrigerantes, llamada la concentración práctica límite (PL). Esto representa el nivel más alto en las concentraciones de un espacio ocupado, que no de lugar a un incidente de escape. Por lo tanto, es principalmente, la más baja "peligrosa" concentración de un refrigerante, con un factor de seguridad aplicable. La estimación de PL se basa en las normas siguientes:

• La toxicidad aguda límite de exposición (ATEL), con sede en la mortalidad (en términos de CL50) y / o sensibilización cardíaca y / o del sistema nervioso central o anestésicos (SNC).

• El oxígeno límite de privación (ODL).

• 20% del límite inferior de inflamabilidad.

Dado que, para los HCs refrigerantes, el 20% del LII representa la concentración más baja, esta es la característica para determinar la PL. El PL se expresa normalmente en términos de masa por unidad volumen, y para los HCs refrigerantes más comunes se aproxima a 0.008 kg/m3, u 8 g/m3. Para otros refrigerantes, como la mayoría de los CFC, los HCFC y los HFC, el PL se basa en los valores ATEL, y por lo tanto tiende a ser mayor que para los HCs En consecuencia, la cantidad de HC refrigerante permitidos tienden a ser mucho menos que la mayoría de los CFC, los HCFC y los HFC. (Sin embargo, los principios generales se le aplican a todos los refrigerantes inflamables, independientemente de si son o no HCs) [11].

Capitulo 2:

Evaluación de un aire acondicionado con R290

En este capitulo se comentan aspectos relacionados con el modelo del equipo montado, así como los que están relacionados con la marca del mismo, cantidad de refrigerante, capacidad de refrigeración, descripción del local donde se encuentra instalado, así como los instrumentos utilizados para las diferentes mediciones y los resultados obtenidos.

2.1 Descripción de la instalación.

La instalación objeto del estudio es un Aire acondicionado de pared montado en el laboratorio del Centro de Estudio de Refrigeración "Luís Fernando Brossard Pérez" de la Universidad de Oriente. Las características del Aire acondicionado de marca TAYSHI de fabricación china se pueden observar en la tabla 7.

Tabla 7. Características del equipo.

El aire acondicionado está instalado en un local del segundo piso de un edificio de tres plantas con un área de piso de 27 m2. Este local cuenta con dos áreas de ventana, una en la pared Oeste y la otra en la pared Este. Las paredes del local están construidas de bloques de hormigón y revestimiento de cemento de aproximadamente 20 cm de espesor. En el primer piso existe un aula especializada que está climatizada, en el tercer piso existe un local de profesores. Al Oeste se encuentra un parque sin ninguna plantación, por la Sur y el Este área verde; y al Norte existe el pasillo que conduce a la parte alta del edificio. Dentro del local existen 2 lámparas de 40 W y un refrigerador marca (Antillano) de 100 W.

2.2 Pasos a seguir para la conversión de un aire acondicionado.

Hay muchas ocasiones donde los sistemas se convierten de HCFCs o HFCs directamente a HCs sin tomar en cuenta todas las medidas, a continuación en la tabla 5 se brinda información detallada de la manera correcta en que se debe realizar la conversión para evitar situaciones peligrosas o no aceptables [9].

Tabla 5. Conversión de un aire acondicionado.

2.3 Cálculo de Carga.

La carga total que debe vencer el sistema de acondicionado de aire es la sumatoria de las diferentes contribuciones de calor [12].

Tabla 9. Cálculo de las áreas.

Según [10]:

• Ganancia de calor.

Calor por conducción: pared norte

Calor por conducción: pared sur

Calor por conducción: pared este

Calor por conducción: pared Oeste

Cálculo de la ganancia total de calor por conducción.

Cálculo de la ganancia total de calor por radiación.

Cálculo del calor generado por los ocupantes

Tabla 10. Valores de ganancia térmica por ocupantes en ambientes acondicionados.

Cálculo de la ganancia de calor por ventilación

Tabla 11. Valores recomendados de flujo de aire por ocupante de acuerdo al local que ocupa.

Tabla 12. Muestra las cargas sensibles y latentes que existen en el local.

2.4 Descripción y resultados de la evaluación

Las mediciones se realizaron cada media hora, excepto el consumo de corriente eléctrica que se hacía cada quince minutos, se medía potencia, voltaje, amperaje, humedad relativa de salida y retorno, temperatura de salida y retorno así como temperatura ambiente. Los datos de cada uno de los componentes utilizados para las mediciones se muestran en los (anexos 1, 2, 3, 4). Como podemos apreciar los resultados obtenidos son promediados y mostrados en la tabla 13 (anexo 5), donde se ve el comportamiento de las principales variables evaluadas para los diferentes refrigerantes R22 y R290 (este último con diferentes cargas).

Al evaluar el sistema con propano con una carga de 400g aproximadamente el 50% de R22 y gracias a sus excelentes propiedades termodinámicas se observa un menor consumo horario de energía eléctrica de aproximadamente 11% que con R22. Para el caso de la potencia, tuvo un comportamiento similar ya que el consumo de energía eléctrica no es más que la potencia en el tiempo y las mediciones se tomaron en nuestro caso cada una hora. Se evidencia que el sistema demanda una menor potencia con propano. La corriente también tuvo una disminución de 11%, manteniéndose el voltaje en valores prácticamente constantes. En resumen se puede observar que los parámetros eléctricos son menores en un 11% para el sistema funcionado con propano con respecto al R22.

Por otra parte la capacidad frigorífica con propano fue menor aproximadamente en 7%. Este resultado se corresponde a otras evaluaciones realizadas por expertos de otros países. La temperatura del local, podemos decir que se mantuvo bastante pareja para las primeras dos evaluaciones, haciendo mención a otros como la humedad relativa de salida, la cual se mantuvo constante, hubo un aumento en la temperatura de salida de 21%, la humedad relativa de retorno también aumentó en un 10%, no así la temperatura de retorno que se mantuvo bastante similar.

Al realizar una tercera evaluación con una carga de 430g de propano principalmente se buscaba conocer el comportamiento de la capacidad frigorífica. El aumento del flujo de refrigerante trajo consigo que la potencia aumentara un poco comparado con la carga inicial de R290, pero siguió siendo menor que con R22. La potencia tuvo un aumento nada significativo solo un 1% comparado con la anterior evaluación de propano con 400g, claro y como ya sabemos, si aumenta la potencia aumenta el consumo de corriente eléctrica, por otro lado la intensidad aumentó en un 2%, lo que demuestra que está muy relacionada a la potencia.

Con esta carga de refrigerante la capacidad frigorífica disminuyó en un 7% con respecto a la anterior evaluación de propano, y la temperatura del local descendió en un 6%, esto seguramente influenciado porque retiraron una computadora del local y el Split del primer piso comenzó a funcionar a una temperatura de 18ºC, lo que posibilita una sección de calor, no es significativo pero hay que tenerlo en cuenta. Es importante señalar que parámetros como la temperatura de salida, la temperatura de retorno y humedad relativa de retorno disminuyeron a 9.22 oC, 23.63 oC y 50.6, respectivamente.

Conclusiones

• 1. Al evaluar el aire acondicionado marca TAYSHI con los refrigerantes R22 y 290 (400 gramos, 50% de la carga inicial) se obtuvieron los siguientes resultados:

• a. La capacidad de enfriamiento con R290 es menor en un 7.3%

• b. El consumo de energía eléctrica con R 290 fue menor en 11.4%

• 2. Al evaluar el aire acondicionado marca TAYSHI con el refrigerante 290 (430 gramos, 53 % de la carga inicial) se obtuvieron los siguientes resultados:

• a. La capacidad de enfriamiento con R290 disminuyó al aumentar la cantidad de refrigerante

• b. El consumo de energía eléctrica con R 290 fue menor en 9.78%

• 3. Al evaluar el aire con una carga de refrigerante mayor no se cumplieron con las condiciones que existían al evaluar el sistema con R22 y con la primera carga de propano.

Recomendaciones

• 1. Crear las condiciones iníciales de evaluación para comprobar el efecto del aumento de la carga de refrigerante en la capacidad frigorífica.

• 2. Continuar la introducción del R290 como sustituto directo del R22 en aires acondicionados de ventana teniendo en cuenta los resultados de la evaluación.

Bibliografía

[1] Quintero Ricardo Rafael: Seminario uso de los hidrocarburos refrigerantes en equipos domésticos y comerciales pequeños. Centro de Estudios de Refrigeración "Luis F. Brossard Pérez".

[2] www.airliquide.com.Enciclopedia de gases.

[3] Bitzer: Refrigerant Report 16.

[4] Guía HCs: Manual de capacitación sobre productos refrigerantes de hidrocarburo.

[5] Corberán José M: Use of Hydrocarbons as Working Fluids in Heat Pumps and Refrigeration Equipment. Universidad Politécnica de Valencia, Instituto de Ingeniería Energética, España. Natural Refrigerants, GTZ 2010

[6] Colbourne Daniel: Safety performance of room air-conditioners using hydrocarbon refrigerants. Guangzhou, PR China. Noviembre 26, 2008

[7] Regreso al Futuro: Trabajar sin riesgos con HC. GTZ, UNEP, GREENPEACE.

[8] Suwono Aryadi: Experience in conversion of various HCFC 22 Systems to Hydrocarbon. Bangkok, Thailand. Octubre 8, 2008. Natural Refrigerants, GTZ 2010

[9] Devotta Sukumar: Seminar on the use of hydrocarbon refrigerants in air conditioning. Bangkok, Thailand. Noviembre 8, 2008.

[10] Taylor Ladas: Application of hydrocarbon refrigerants in existing large systems. Energy Resources Group, Australia.

[11] Proklima: Natural Refrigerants. Sustainable Ozone- and Climate-Friendly Alternatives to HCFCs. Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ). German

[12] Polaino De Los Santos Lázara y Otros: Instalaciones de Refrigeración. Páginas 74-152, Editorial ISPJAE, México, junio de 1997.

Anexos

Anexo 1: Termómetro eléctrico modelo SH66A para medir temperatura rango -40 a 150 0C.

Anexo 2: Termómetro eléctrico modelo SRH77A para medir temperatura con rango -17 a 54 0C y de humedad relativa de 10 a 95 %.

Anexo 3: Watimetro EML-2020.

Anexo 4: Pesa SPS capacidad de 50 Kg precisión ± 10g.

Anexo 5: Tabla 13 .Comportamiento de las principales variables evaluadas.

Anexo 6: Comparación de la capacidad frigorífica.

Anexo 6: Comparación de la potencia.

DEDICATORIA

• A mis padres y en especial a mi querida madre y demás familiares por todo el amor y apoyo que me demostraron en cada momento, haciendo posible la materialización de esta tesis.

• A nuestra Revolución Socialista y a nuestro Comandante en Jefe por permitirnos ejercer esta profesión.

AGRADECIMIENTOS

Este es el momento más difícil en todo el trabajo de investigación que ha enfrentado obstáculos y retos, es el momento de agradecer a todas las personas que con su ayuda y confianza han desarrollado la tenacidad, el ingenio y la creatividad con el fin de lograr alcanzar una nueva meta.

Mis más sinceros agradecimientos:

· A mi madre por brindarme todos los medios y el apoyo necesario para la realización de este sueño.

· A mi tutor MSc. Ing. Rafael Quintero Ricardo por su guía, ayuda y confianza en mí, tanto en los momentos felices como en los difíciles durante el desarrollo de esta investigación.

· Al Dr. Ing. Reinaldo Guillen por sus enseñanzas como profesor y sus consejos para la vida.

· A todos mis amigos y familiares por su apoyo, que aportaron su granito de arena.

En fin a todos muchas gracias, pues fueron muchos los involucrados en el desarrollo de mi carrera.

Autor:

Leodanis Labañino Rojas

Tutor: MCs.Ing Rafael Quintero Ricardo

MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD DE ORIENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

SANTIAGO DE CUBA