Diseño de una enfriadora aire agua de 50 kW para edificios

Abstract

Los retos actuales de nuestra sociedad, de limitación de la demanda mundial de energía, de reducción drástica de las emisiones de CO2 y del efecto invernadero justifican los esfuerzos orientados a diseñar los equipos eléctricos con mejores eficiencias y por tanto menor consumo de electricidad. Las enfriadoras aire-agua integran sistemas de generación, de frío y calor para confort, en grandes consumidores de energía eléctrica tales como: hoteles, hospitales, centros de enseñanza, edificios centralizados y grandes centros comerciales. En este trabajo se diseña el sistema frigorífico de una máquina enfriadora aire-agua de 50 kW, que funciona con el ciclo compresión de vapor enfriando agua y que también opera como bomba de calor, calentando agua, mediante la inversión del ciclo de compresión. La enfriadora aire-agua se diseña para uso en la climatización de edificios, con alta eficiencia energética, minimizando el impacto en la capa de ozono y el efecto invernadero. El estudio incluye una revisión de los equipos fabricados (referencia) en el mercado español. El diseño también considera aspectos tales como: determinación del refrigerante, de las prestaciones necesarias y de los límites de operación, cálculo de los parámetros termodinámicos característicos, selección de un compresor scroll hermético de alto rendimiento, cálculo del condensador de batería de tubos de cobre y aletas de aluminio, selección de un intercambiador de placas, selección del dispositivos de expansión, cálculo del ventilador de condensación, selección de la válvula de 4 vías, cálculo del depósito de líquido y cálculo de las tuberías y accesorios necesarios. Un aspecto innovador del trabajo es el uso del programa informático IMST-ART para el diseño, cálculo y simulación de sistemas frigoríficos. El programa IMST-ART acelera el proceso de diseño y aumenta la precisión de los cálculos. El equipo, diseñado para el refrigerante R410A; es verificado en el rango de operación permitido tanto funcionando como enfriadora de agua (aire acondicionado), como equipo de calentamiento de agua (calefacción). Se estudia el diseño con otros refrigerantes (propano R290) con menor impacto en el medioambiente, comprobándose que el propano tiene unas mejores prestaciones en cuanta eficiencia energética pero dispensando una menor capacidad térmica. Para el refrigerante R410A, se determina la capacidad y los indicadores de eficiencia energética (EER y COP) de la enfriadora/bomba de calor aire-agua diseñada. Por otra parte, se calculan las prestaciones estacionales y se determina el índice de eficiencia estacional ESEER de la enfriadora de aire-agua. El cálculo de las capacidades e indicadores energéticos se realiza en base al procedimiento de certificación de EUROVENT. Las prestaciones del equipo diseñado se comparan con las prestaciones de un equipo semejante de un fabricante reconocido certificado por EUROVENT. Los valores previamente determinados de EER, COP y ESEER calculados para el equipo diseñado superan los del equipo de referencia.