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Eficiencia energética1
Eficiencia energética
Centro de Formación
Polo

Índice
 Balance energético en el evaporador, compresor y
condensador.
 Coeficientes de eficiencia energética
 Relación de compresión y Rendimiento volumétrico
 Volumen de refrigerante desplazado
 Resultados prácticos y globales
 Etiquetado de eficiencia energética
 Ejemplo de una etiqueta
 Uso racional de energía

Balance energético en el evaporador,
compresor y condensador
Polo

Balance en el evaporador
 Producción frigorífica( Cantidad de calor absorbido en el
evaporador): Se determina calculando la diferencia entre el
valor de entalpía a la salida del evaporador (h1) y el valor de
entalpía a la entrada (h4).
 Lo veremos a través de un ejemplo, la cantidad de calor por
kg de refrigerante que se absorbe en el evaporador es
aproximadamente:
 Qe = 410 – 240 = 170kJ/kg

Balance del compresor
 Equivalente térmico del trabajo del compresor: Es la
cantidad de calor que aporta el compresor al refrigerante.
Su valor teórico se calcula haciendo la diferencia entre la
entalpía a la salida del compresor (h2) menos la entalpía a
su entrada (h1).
 En nuestro caso, la cantidad de calor por kg de refrigerante
que se absorbe en el compresor es aproximadamente:
 Wt = 432- 410 = 22 kJ/kg

Balance en el condensador
 Cantidad de calor que debe desprender el condensador: El
calor que cede el refrigerante al medio de enfriamiento (por
ejemplo al ambiente exterior) durante la condensación
teóricamente, será igual a la diferencia entre la entalpía a la
entrada del condensador (h2) y la entalpía a la salida del mismo
(h3).
 En nuestro caso, la cantidad de calor por kg de refrigerante que
desprende el condensador es aproximadamente:
 Qcon = 432 – 240 = 192 kJ/kg

Balance en el condensador
 También podemos obtener el balance como la suma
del calor absorbido en el evaporador más el calor
térmico equivalente en el compresor.
 El resultado en nuestro caso particular será:
 Qcon = 22 + 170 = 192 kJ/kg

Coeficientes de eficiencia
energética
Polo

Coeficientes de eficiencia energética
 En cuanto a los rendimientos de las máquinas
térmicas, el Reglamento de Instalaciones Térmicas
en los Edificios (RITE) define dos coeficientes de
“eficiencia energética”.
 EER (Energy Efficient Ratio)
 COP ( Coefficient Of Performance)

EER (Energy Efficient Ratio)
 Coeficiente de eficiencia energética en la
modalidad de refrigeración y es la relación entre
la potencia frigorífica de la máquina y la potencia
eléctrica absorbida por la misma.

EER (Energy Efficient Ratio)
 La potencia eléctrica absorbida incluye no solo la
potencia del motor del compresor, sino además la
consumida por los elementos de control y seguridad.
 No obstante, se puede decir que la potencia
eléctrica consumida recae sobre el motocompresor y
cometeremos un error aceptable.
 Cuanto más elevado sea el EER, menos trabajo
debe realizar el compresor, por lo que el coste del
frío que hemos producido será más pequeño.

COP ( Coefficient Of Performance)
 Coeficiente de eficiencia energética en la
modalidad de calefacción y es la relación entre la
potencia calorífica de la unidad y la potencia
absorbida por la misma.

Como bomba de calor
La eficiencia energética de un equipo tipo bomba de calor será
mayor, a igualdad de condiciones funcionando en ciclo de calor
que en temporada estival.
Del principio de Carnot se puede deducir que cuanto más
próximas sean las temperaturas de condensación y de
evaporación mayor será la eficiencia.

EER y COP
 Estos coeficientes de
eficiencia energética vienen
impresos en los aparatos
según un código de colores
normalizado y que nos da
idea del ahorro energético
que supone.

Ejemplos de productos

Pérdidas
 Los ciclos reales se alejan en la práctica de los
ciclos teóricos:
– La compresión no sigue exactamente un proceso
adiabático ( se producen pérdidas de calor del gas
refrigerante en el compresor).
– Los procesos de condensación y evaporación no son
isobáricos ( pérdidas de carga por fricción).
– Existe un subenfriamiento del líquido que llega a la válvula
de expansión y un sobrecalentamiento del vapor al llegar
al compresor.

Relación de compresión y
Rendimiento volumétrico
Polo

Relación de compresión
 Es la relación entre la presión absoluta de alta y
la presión absoluta de baja.
Interesa que la relación de compresión o Tasa de compresión
en condiciones de funcionamiento sea pequeña, ya que el
rendimiento volumétrico del compresor ην varía inversamente
con esta relación.

Relación de compresión
 ην = 1 – 0,05 Rcompresión
 A mayor relación de compresión, menor rendimiento
volumétrico y por lo tanto, más pequeña será la cantidad de
refrigerante en circulación y menor potencia frigorífica.
 La relación de compresión determina la relación entre el
volumen aspirado y el comprimido y junto al exponente
isoentrópico deben de ser pequeños.

Influencia de la Relación de compresión y el
exponente isentrópico en el EER

Rendimiento volumétrico
 Es la relación entre el caudal volumétrico (V) y el
volumen teórico a desplazar por el compresor ( Vt).
 ην = V / Vt
 ην: Rendimiento volumétrico
 V: Caudal volumétrico
 Vt : Volumen teórico de refrigerante desplazado

Volumen de refrigerante
desplazado
Polo

Volumen de refrigerante desplazado
 Para completar el análisis energético del
sistema debemos saber el volumen
desplazado.
 El volumen desplazado es función de:
– la capacidad,
– tipo de compresor y
– las condiciones del refrigerante en la succión.

Caudal másico
 Para calcular el volumen de refrigerante
desplazado primero debemos conocer el
caudal másico.
 Caudal másico: Es la cantidad de
refrigerante que está circulando por el
evaporador.
 Lo podemos medir en kg/hora o en
gramos /segundo.
Medidor de caudal
Másico

Caudal másico
M : Caudal másico
Pfrigorífica: Potencia frigorífica que queremos del evaporador
Qe: Producción frigorífica en el evaporador.
M = Pfrigorífica / Qe

Un ejemplo de cálculo de caudal
másico
 En el ejemplo donde calculamos el balance de
evaporador, el valor fue Qe = 170 kJ/kg.
 Si además queremos tener una potencia frigorífica
del evaporador de 1,7 kW….
 M = 1,7 kJ/s / 170 kJ/ kg = 1x10-2
kg/s = 10 g/s

Caudal volumétrico
 Después de calcular el caudal másico, debemos
calcular el caudal volumétrico que debe aspirar el
compresor.
 V = M . Ve (dm3
/s o m3
/h)
 V: Caudal volumétrico
 M: Caudal másico
 Ve: Volumen específico del refrigerante en la aspiración del
compresor

Volumen de refrigerante desplazado
teórico
 Por último, teniendo calculado el caudal volumétrico,
podemos despejar el volumen desplazado, a partir
del rendimiento volumétrico del compresor.
ην = V / Vt
Vt = V / ην
ην: Rendimiento volumétrico
V: Caudal volumétrico
Vt : Volumen teórico de
refrigerante desplazado

Nota:
 En las clases presenciales se aprenderá a
partir de un ejemplo, cómo calcular:
– EER y COP
– Relación de compresión
– Rendimiento volumétrico aproximado
– Volumen teórico desplazado en el compresor

Resultados prácticos y globales
Polo

Caso ideal
 Ciclos ideales (Carnot)
 EER teor = T2 /( T2- T1)
– Servicio de refrigeración: absorbe el calor en el evaporador y cede
en el condensador
 COP teor = T1 / ( T2-T1)
– Servicio de climatización: absorbe el calor en la condensadora
exterior y cede en la evaporadora interior
 T2 = Calor en unidad interior
 T1 = Calor en unidad exterior
 Las temperatura se expresan grados Kelvin 1 ºC = 273 ºK

Caso práctico
 EER pract = a [T2 / ( T2- T1)]
 COP pract = a [T1 /( T2-T1)]
 a: coeficiente por falta de condiciones ideales
(actividad)
 a = 0,4 máquinas pequeñas
 a = 0,65 compresores de gran capacidad y potencia

Caso práctico y global
 EER global = E1 * E2 * a [T2 ( T2- T1)]
 COP global = E1 * E2 *a [T1( T2-T1)]
 E1: rendimiento del motor eléctrico
 E2 : rendimiento promedio de la transformación
termoeléctrica en electricidad

Ejemplo de un compresor frigorífico
 Temperatura del refrigerante primario requerida = -5ºC, 268 ºK
 Temperatura de la corriente que absorbe calor en el
condensador = 35 ºC, 308 ºK
 Temperatura del refrigerante amoniaco en el evaporador = -10
ºC = 263 ºK
 Temperatura del refrigerante amoniaco en el condensador =
40 ºC = 313 ºK
 Asumimos coeficiente de actividad a = 0,5 por el tipo medio de
compresor
 Rendimiento del motor eléctrico es 0,9
 Rendimiento promedio de la transformación termoeléctrica en
electricidad = 0,35

Resultados
 Ofrece unos rendimientos en base combustible primario
cercano a la unidad.
 Casi toda la fuerza para generar la electricidad que mueve el
motor eléctrico del compresor, se ha convertido en energía útil,
– aprovechándose el 98 % de la energía primaria.
 No existe otra máquina capaz de aprovechar tan alto porciento
de energía primaria, por lo menos hasta el día de hoy.

Etiquetado de eficiencia
energética
Polo

Etiquetado de eficiencia energética
¿Cuándo entró en vigor dicha normativa?
 Obligatorio desde finales de junio de 2004 para equipos cuya
potencia no supere los 12 kW de refrigeración.
¿Qué se debe reflejar en la etiqueta identificativa
de los equipos?
 Identificación y logotipo del fabricante del equipo y el modelo y
referencia detallada de la unidad exterior o interior.

Ejemplo de datos de una etiqueta
energética
Polo

Ejemplo de consumo energético
 Consumo anual de energía: 245 kWh en modo
refrigeración
– (el consumo dependerá del clima y de cómo se utilice la
unidad)
 Potencia de refrigeración kW: 2
 Potencia de calefacción kW : 2,7
 Relación de eficiencia energética: 4.08
– (a plena carga, cuanto más mejor)
 Rendimiento de calefacción: A

Indicación del consumo anual de
energía
 Esta cifra indica la cantidad aproximada de energía
que la unidad consumirá en un año.
– basándose en un modelo estándar para aplicación
doméstica.
– El consumo anual se calcula multiplicando la potencia
consumida total por una media de 500 horas al año EN
MODO REFRIGERACION Y A PLENA CARGA.
– Para estimar el coste total del consumo de energía para un
año, simplemente deberá multiplicar esta cantidad por su
tarifa de electricidad.

Potencia en refrigeración
 Capacidad de refrigeración del aparato en kW,
funcionando en modo refrigeración y a carga
completa.
– Importante adquirir una unidad de sistema de climatización
con una potencia nominal de refrigeración suficiente.
– Una unidad demasiado grande puede suponer frecuentes
paradas y puestas en marcha de la unidad, lo que reduce
su vida útil.
– Una unidad demasiado pequeña no podrá satisfacer sus
necesidades de refrigeración o calefacción.

Factor de energía (energy efficiency
ratio, ERR)
 Es la potencia de refrigeración de la unidad
dividida por la cantidad de energía eléctrica
que la unidad necesita para producirla
(consumo total de potencia).
 Cuanto mayor sea el EER, mayor será la
eficiencia energética de la unidad.

Otros datos
 Tipo de unidad: sistema de solo frío o de
refrigeración/calefacción.
 Modo de refrigeración: refrigerado por aire o por
agua.
 Potencia de calefacción: Capacidad de calefacción
del equipo bomba de calor en kW, funcionando en
modo calefacción y a carga completa.

Coeficiente de rendimiento (coeficient of
performance, COP)
 Consiste en la potencia de calefacción de la
unidad dividida por la cantidad de energía
eléctrica que la unidad necesita para
producirla (consumo total de potencia).
 Cuanto mayor sea el COP, mayor será la
eficiencia energética de la unidad y menor el
consumo.

Uso racional de energía
Polo

Uso racional de energía
 Que tenga un buen EER y COP no es
garantía de un alto desempeño del sistema.
 Un Uso Racional de la Energía se obtiene:
– Seleccionando o diseñando la unidad apropiada
(cálculo adecuado de cargas térmicas)
– Minimizando las infiltraciones de aire externo.
– Alta eficiencia de ventiladores, compresores y
motores eléctricos.

Uso Racional de la Energía
 Usar una velocidad variable en ventiladores de la
condensadora.
– Con la presión de descarga se controla.
 Optimización del diseño de conductos y distribución
del aire.
 Aplicar un programa de mantenimiento apropiado
( preventivo y predictivo).
 Emplear sistemas de recuperación de calor.

 Aumentar la temperatura de evaporación:
– Mientras mayor sea la temperatura de
evaporación de un sistema de refrigeración,
menor será su consumo de energía.
– Un aumento de 1ºC, podría significar ahorros que
van entre un 1% y un 4%.

 La reducción del volumen específico del refrigerante,
asociado al aumento de la temperatura de
evaporación
– Afecta:
 la capacidad frigorífica del compresor y
 las pérdidas en la línea de succión.
– Es posible estimar que por cada 1ºC de aumento en la Tevap.,
puede obtenerse un aumento de un 4% a un 6% en la capacidad
frigorífica del compresor.

Algunas maneras de reducir la
temperatura de evaporación son:
 Mantener los evaporadores sin hielo.
 Evitar obstrucciones al flujo de aire en las cámaras
de frío.
 Mantener los intercambiadores de calor libre de
obstrucciones, aceite, etc.
 Evitar la acumulación de aceite en los evaporadores.
– Dimensionar correctamente las líneas de aspiración.
– Utilizar separadores de aceite eficientes.

Algunas maneras de aumentar la
eficiencia energética son:
 Limpiar o cambiar periódicamente los filtros
de refrigerante.
– Evitar minimizar las pérdidas de presión a través
de ellos.
 Elevar la temperatura de evaporación hasta
el mayor valor posible,
– En función de las necesidades del proyecto.

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