Mejorar el rendimiento de máquinas térmicas y frigoríficas no solo reduce el consumo de energía, sino también la huella de carbono. Este artículo explica los conceptos clave y su importancia en la búsqueda de un uso energético más responsable.
Por: Ing. Ernesto Sanguinetti R
Eficiencia térmica
La eficiencia en una máquina térmica es la relación entre la energía que deseamos obtener de dicha máquina (energía útil = trabajo que nos entrega) y la energía consumida en su funcionamiento (energía suministrada = energía absorbida). Por ejemplo, en una central térmica para producir energía eléctrica, la eficiencia térmica se refiere a la proporción de calor producido por la combustión de un combustible fósil que se convierte en energía útil que es el trabajo que un generador lo convierte en electricidad. Se expresa generalmente en porcentaje y se calcula dividiendo la cantidad de energía útil producida entre la cantidad total de energía térmica suministrada.
Lo que debería ser la “eficiencia” en una máquina frigorífica es la relación entre la energía térmica que se extrae usando dicha máquina (energía útil = la refrigeración) y la energía consumida para su funcionamiento (trabajo consumido = energía absorbida), pero como esa “eficiencia” puede ser mayor que uno (o mayor a 100%) y la Segunda Ley de la Termodinámica dice que “el calor solo se transmite desde sustancias de mayor temperatura hacia sustancias a menor temperatura” y se complementa diciendo “las máquinas térmicas nunca pueden alcanzar el 100% de eficiencia”, entonces por ello es que en las máquinas frigoríficas (de refrigeración, de aire acondicionado y bombas de calor) no se usa el término eficiencia usándose en su lugar el término Efecto Frigorífico o más comúnmente Coeficiente de Funcionamiento o Coeficiente de Performance.
Esquemáticamente se pueden observar los principios del comportamiento de una máquina térmica y una máquina frigorífica:
Para la máquina térmica la eficiencia se expresa mediante la siguiente relación entre el trabajo W entregado por la máquina y el calor extraído Q1 del foco caliente:
Para la máquina frigorífica el efecto frigorífico o coeficiente de funcionamiento se expresa mediante la siguiente relación entre el calor extraído Q2 del foco frío y el trabajo W utilizado por la máquina:
Eficiencia energética
Se define la eficiencia energética como el uso eficiente de la energía. Una máquina térmica, una máquina frigorífica, un aparato cualquiera o un proceso o una instalación es energéticamente eficiente cuando consume una cantidad inferior a la media de energía para realizar la actividad comparado con máquinas, aparatos, procesos o instalaciones similares.
Es la capacidad para obtener los mejores resultados en cualquier actividad empleando la menor cantidad posible de recursos energéticos. Impulsa a la búsqueda y al uso de equipos cada vez más eficientes, que ahora adquiere más importancia porque permite reducir el consumo de cualquier tipo de energía y si la energía eléctrica proviene de Centrales Térmicas; donde el calor Q1 viene del foco caliente (combustión de un combustible) que siempre elimina en los “humos” el CO2; estaremos disminuyendo “la huella de carbono” y los posibles impactos ambientales asociados a ella. Por ello, además de buscar equipos que necesiten menos energía para realizar el mismo trabajo, también incentiva la búsqueda de abastecer, total o parcialmente, con fuentes de energías renovables que no dañen al medio ambiente.
Destacamos que la eficiencia energética busca proteger el medio ambiente mediante la reducción del consumo de energía habituando al usuario a consumir lo necesario y no más. Las emisiones de CO2 que enviamos a la atmósfera son cada vez mayores y su “efecto invernadero” está causando el calentamiento atmosférico o global que al final produce el cambio climático cuyas funestas consecuencias ya las estamos observando, por ello, la mejora de la eficiencia energética se ha convertido en una de las formas de cuidar nuestro planeta.
Indicadores energéticos
En equipos de refrigeración y de aire acondicionado todavía se usa el Coeficiente de Funcionamiento o Coeficiente de Perfomance (COP) y la Relación de Eficiencia Energética (EER) pero como solo son indicadores del efecto frigorífico al 100% de la capacidad, ellos, van dejando de ser referentes de eficiencia energética, pues como la mayoría de equipos suelen funcionar a carga parcial (porque varía la carga térmica la mayor parte del tiempo), ahora va en aumento el uso de variadores de velocidad para los motores que accionan los compresores (tecnología “inverter”) y los ventiladores de velocidad variable. Esa “tecnología inverter” que aumenta la velocidad del compresor si aumenta la carga térmica, y disminuye la velocidad del compresor si disminuye la carga térmica logra un considerable ahorro de energía.
En aire acondicionado, por ejemplo, ha propiciado y acelerado el uso de los sistemas VRV o VRF porque con ellos conforme se va alcanzando la temperatura deseada, se reduce la velocidad del compresor por lo que para lograr las temperaturas deseadas y mantenerlas se consume mucho menos energía.
Por otro lado, de acuerdo a la variación de las estaciones varía la temperatura del medio ambiente a lo largo del año, por lo tanto, por éste factor la carga térmica tampoco es constante; es por ello que en equipos de aire acondicionado se han establecido otros Indicadores Energéticos que también toman en cuenta esas variaciones estacionales.
Por razones de espacio no definiremos todos, pero podemos indicar que ahora tenemos varios indicadores energéticos:
- Coef. de Funcionamiento = Coef. de Comportamiento = Coef. de Perfomance = COP
- Relación de Eficiencia Energética = Energy Efficiency Ratio = EER
- Coef. de Comportamiento Estacional = Seasonal Coefficient of Performance = SCOP.
- Relación de Eficiencia Energética Estacional = Seasonal Energy Efficiency Ratio = SEER.
- Relación de Eficiencia Energética Integrada = Integrated Energy Efficiency Ratio = IEER.
- Relación de Eficiencia Energética Combinada = Combined Energy Efficiency Ratio = CEER.
- Relación del consumo de potencia y capacidad de enfriamiento KW/TON = Integrated Part Load Value = IPLV.
Escrito por: Ing. Ernesto Sanguinetti R., – Gerente de la División de Ingeniería de COLD IMPORT S.A.- Lima – Perú.
