15 noviembre 2009

Optimizando la temperatura en las enfriadoras de agua (Parte II)

Ver Parte I


Optimizando la temperatura de condensación

Puede reducirse el consumo energético de las enfriadoras manteniendo la temperatura de condensación lo más baja posible. Típicamente, la depende de la temperatura de condensación, potencia del compresor cae alrededor de un 3 % por cada ºC. El coeficiente de rendimiento (COP) mejora con una temperatura de condensación más baja. 

Sin embargo, no todos los equipos se benefician de la misma forma. El beneficio obtenido depende en gran medida de los diferentes tipos de enfriamiento utilizados.

Los fabricantes de enfriadoras pueden dar una información vaga sobre los requerimientos de la temperatura del condensador, o simplemente pueden especificar temperaturas del condensador sin explicarlas. Como consecuencia de la confusión que suele existir sobre los requerimientos de las enfriadoras, la temperatura de condensación en una planta enfriadora puede quedarse más alta que lo necesario. Corrigiendo este problema habremos avanzado en una importante oportunidad de conservación de la energía.

Sí la planta no tiene controles automáticos que puedan realizar esta función, deberá hacerse manualmente. No obstante, los ajustes manuales no son del todo fiables.

Precauciones

La optimización de la temperatura de condensación no es tan simple como el ajuste de la temperatura del agua fría que vimos en la primera parte de este artículo. Se complica por los siguientes factores:
  • En condensadores que usan ventiladores para enfriamiento, disminuyendo la temperatura de enfriamiento del condensador se incrementa el consumo de energía del ventilador. Los ventiladores para enfriamiento del condensador típicamente consumen entre un 5-20 % del consumo de energía del sistema. En este punto, intentar reducir la temperatura de condensación incrementando la recuperación del ventilador costará más energía de ventilación que la ahorrada en la energía del compresor.
  • Las enfriadoras en la práctica non siempre usan menos energía cuando se reduce la temperatura de condensación. Reduciendo la temperatura de condensación se mejora el COP de todos los tipos de enfriadoras en el rango de temperaturas del extremo superior. Sin embargo, el consumo de energía de algunas enfriadoras pueden incrementarse sea la temperatura de condensación se reduce demasiado. Este comportamiento ocurre principalmente con cargas bajas. Las diferentes marcas de enfriadoras se comportan de forma distinta en esta cuestión.
  • Muchas enfriadoras requieren una temperatura de condensación mínima para operar apropiadamente y evitar daños.
En los casos más complejos la temperatura de condensación óptima debe calcularse para cada combinación de carga y temperatura ambiente.

Cómo el consumo de energía depende de la temperatura de condensación

Los principales consumidores de energía en un sistema de frío son el compresor y el ventilador de rechazo de calor, y ambos son afectados por la temperatura de condensación. La potencia del compresor depende de la temperatura de condensación, que está determinada por la operación de los ventiladores. La potencia de ventilación está determinada por la carga de enfriamiento y por la temperatura del aire (para enfriadores secos) o por la temperatura del bulbo húmedo (para torres de enfriamiento y condensadores evaporativos).
  • Respuesta de la potencia del compresor para la temperatura del condensador: En la mayoría de las enfriadoras bajo la mayoría de las condiciones de carga, disminuyendo la temperatura de condensación se reduce el consumo energético del compresor. Sin embargo, hay excepciones en algunos modelos de enfriadoras, especialmente enfriadoras centrífugas. Estas excepciones ocurren para bajas temperaturas de condensación y cargas bajas.
  • Respuesta de la temperatura del condensador a la potencia del ventilador: la temperatura de condensación está limitada por la temperatura del medio de enfriamiento. Los ventiladores operan a máxima potencia si intentan mantener una temperatura de condensación más baja que lo permitida por la temperatura de aire ambiente. La potencia del ventilador cae rápidamente si el ventilador está controlado para mantener la temperatura de condensación más alta que la temperatura ambiente, pero en la mayoría de los casos se reduce el COP del compresor. Una buena aproximación consiste en establecer la temperatura de control del ventilador entre 3 y 8 ºC más alta que la temperatura del bulbo seco o bulbo húmedo. El diferencial de temperatura óptima depende de la eficiencia de transferencia de calor de la unidad de enfriamiento, y de la carga de enfriamiento. En cargas de enfriamiento más bajas, la temperatura de la unidad de enfriamiento puede estar algo más próxima a la temperatura ambiente, porque hay menos pérdida de temperatura en el sistema del condensador.
  • Potencias del compresor y ventilador combinadas: En cargas altas, la curva de potencia del compresor respecto a la temperatura del condensador es pronunciada, de manera que se mantiene la temperatura del condensador lo más bajo posible, pero ligeramente superior a la temperatura ambiente.
Por qué las máquinas de enfriamiento tienen una temperatura de condensación mínima permitida

Es importante averiguar sin el equipo de enfriamiento tienen un límite inferior de temperatura en el condensador. Las temperaturas del condensador son demasiado bajas para reducir capacidad, eficiencia o causar daño. La mayoría de las máquinas de enfriamiento tienen tales límites. Algunos de los motivos para limitar la temperatura de condensación son:
  • Proporcionar bastante presión para forzar que el a hombres y el riesgo de su entrega o refrigerante del condensador vuelva al evaporador.
  • Con evaporadores de serpentín de aire, evitar que el serpentín se congele.
  • Evitar que el aceite de lubricación se mezcle con el refrigerante y se encharque en el condensador.
  • Con evaporadores inundados, evitar que el refrigerante caiga bajo el nivel de algunos tubos en el evaporador. Esto reduce la transferencia de calor.
  • Con algunas enfriadoras centrífugas, se evita que los gases inestables fluyan a través impulsor.
  • En enfriadoras de absorción, se evita el transporte de sal del generador a la sección del condensador del destilador. Una temperatura de condensación demasiado baja pueden incrementar la velocidad del vapor en el destilador y el vapor puede arrastrar sal sobre el agua pura.
  • En enfriadoras de absorción, se evita el riesgo de cristalización de la solución de sales con cambios repentinos en temperaturas del agua de enfriamiento o cargas. La temperatura del agua de enfriamiento baja incrementa este riesgo.
  • En sistemas operados en climas muy fríos, se limita la excesiva formación de hielo en las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos.
Cómo calcular las temperaturas de condensación óptimas

La temperatura óptima de condensación se calcula basándonos en las características de la enfriadora, la carga de enfriamiento, y la temperatura o entalpía del aire exterior. Pueden crearse una tabla o gráfica de la potencia del compresor del ventilador para todas las condiciones de operación. Sí la enfriadora es moderna los datos necesarios para desarrollar las curvas podrán obtenerse del fabricante.

El ajuste final

Tras analizar el procedimiento completo se harán los controles apropiados. Ya que virtualmente todos los condensadores dependen del ventilador para el enfriamiento, ya sea seco o húmedo, el control de la operación del ventilador es el primer método para controlar la temperatura de condensación.

El sistema puede usar métodos adicionales para mantener la temperatura de condensación mínima. Estos incluyen:
  • Amortiguadores en uno o más ventiladores en la unidad de enfriamiento.
  • Válvula de bypass para desviar el agua de enfriamiento alrededor de los enfriadores húmedos.
  • Válvula de mariposa en la línea de agua de enfriamiento.
  • Inundación del lado del refrigerante del condensador para reducir el área de superficie.
  • Cerrando secciones individuales del condensador.
Bibliografía: Donald R. Wulfinghoff. 1999. Energy efficiency manual. Energy Institute Press
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