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