Guía de diseño de plantas enfriadoras (3ª PARTE)

Ver 2ª PARTE

Determinando los perfiles de carga horarios

Hay varios métodos para determinar los perfiles de carga de enfriamiento dependiendo de en qué etapa del proyecto estamos y los recursos disponibles para el análisis. Los siguientes son métodos comunes para determinar los perfiles de carga de enfriamiento anual:

• Modelos de simulación computerizada.
• Mediciones del sistema.

Algunos recursos de simulación interesantes son los siguientes:

• VisualDOE.
• EnergyPlus. Software de simulación que calcula las cargas de calefacción, refrigeración y ventilación.
• eQuest.
• EnergyPro.
• Trane´s Trace 700.
• Carrier´s HAP. Podemos descargar catálogos electrónicos de producto destinados a la selección y aplicación de equipos, software de diseño de sistemas de climatización, refrigeración y ventilación
• York´s YorkCalc.

Equipamiento de plantas  de agua fría

Las plantas de agua fría son sistemas complejos. Los ingenieros de diseño buscan maximizar el rendimiento y beneficios económicos de una planta enfriadora y para ello es necesario una minuciosa comprensión de los equipos principales de estas plantas.

Ciclo de refrigeración

El ciclo de refrigeración requiere cuatro componentes básicos: Compresor, evaporador, condensador y válvula de expansión. Podemos ver la representación del ciclo en la figura con la que abrimos el artículo.

Determinando los perfiles de carga horarios

Hay varios métodos para determinar los perfiles de carga de enfriamiento dependiendo de en qué etapa del proyecto estamos y los recursos disponibles para el análisis. Los siguientes son métodos comunes para determinar los perfiles de carga de enfriamiento anual:

• Modelos de simulación computerizada.
• Mediciones del sistema.

Algunos recursos de simulación interesantes son los siguientes:

• VisualDOE.
• EnergyPlus. Software de simulación que calcula las cargas de calefacción, refrigeración y ventilación.
• eQuest.
• EnergyPro
•  Trane´s Trace 700.
• Carrier´s HAP. Podemos descargar catálogos electrónicos de producto destinados a la selección y aplicación de equipos, software de diseño de sistemas de climatización, refrigeración y ventilación.
• York´s YorkCalc.

Equipamiento de plantas  de agua fría

Las plantas de agua fría son sistemas complejos. Los ingenieros de diseño buscan maximizar el rendimiento y beneficios económicos de una planta enfriadora y para ello es necesario una minuciosa comprensión de los equipos principales de estas plantas.

Ciclo de refrigeración

El ciclo de refrigeración requiere cuatro componentes básicos: Compresor, evaporador, condensador y válvula de expansión. Podemos ver la representación del ciclo en la figura con la que abrimos el artículo.

El ciclo de refrigeración mostrado en la figura anterior muestra la relación entre los componentes de la planta enfriadora, también conocido como diagrama P-H. Estos diagramas cubren las regiones de líquido-vapor específico al refrigerante del ciclo.

• Comenzando en el punto A.  El refrigerante es un líquido a alta presión. Cuando pasa a través de la válvula de expansión al punto B la presión cae. En el punto B es una mezcla de líquidos y gas. En este punto el gas se llama “flash gas”. En el punto A el refrigrante líquido aguas arriba del dispositivo de estrangulamiento se ha enfriado a una temperatura bajo la saturación. Este efecto es llamado “subenfriamiento” y tiene el efecto de reducir la cantidad de gas flash, como se muestra por el punto B.
• Desde el punto B al punto D el líquido es convertido a un gas absorbiendo calor (efecto de refrigeración). Nótese que el gas dejando el evaporador en el punto D se ha calentado a un nivel mayor que la saturación como se muestra por le punto C. El calor desde el punto C a D se llamado sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento asegura que no hay líquido en el refrigerante cuando se mueve al compresor.
• Desde el punto D el refrigerante es arrastrado a la succión del compresor donde el gas se comprime, como se muestra en el punto E. En el punto E la temperatura y presión del gas se ha incrementado. El refrigerante se llama ahora “gas caliente”. Nótese que este punto está a la derecha de la curva de saturación, que también representa un estado sobrecalentado.
• El gas caliente, punto E, se mueve al condensador donde el medio de condensación (ya sea aire o agua) absorbe calor y cambia el refrigerante de gas a líquido como se muestra por el punto A. En el punto A el líquido está a una temperatura y presión elevado. El líquido es forzado a través de la línea de líquido al dispositivo de estrangulamiento y el ciclo se repite.

Componentes del ciclo de refrigeración

Compresores

Hay cuatro tipos básicos de compresores usados en enfriadoras de agua compactas. Estos son:

• Recíprocos.
• Rotatorios.
• Centrífugos.

Adicionalmente a estos tres, hay tres enfriadoras de absorción que es un proceso de compresión térmica.

Recíprocos

Un compresor recíproco puede ser una máquina de desplazamiento positivo que trabaja de forma muy similar al motor de un automóvil. Un pistón es accionado a través de un perno y varilla de conexión desde un cigüeñal, que es accionado por un motor. Cuando el pistón se mueve hacia abajo, la succión resultante abre una válvula y permite al refrigerante ser arrastrado al cilindro. En el golpe hacia arriba la presión incrementada cierra la válvula de succión. Cuando la presión del cilindro excede la presión de la línea de descarga, la válvula se abre y el gas caliente es liberado a la tubería de descarga.

El compresor recíproco puede ser abierto o hermético. Los compresores abiertos son aquellos en los que el eje se extiende a través de un sello en el cigüeñal por una transmisión externa. Los compresores herméticos son aquellos en los que el motor y el compresor están contenidos dentro de la misma carcasa, así el refrigerante se usa para enfriar el motor. El eje del motor es integral con el cigüeñal del compresor y el motor está en contacto con el refrigerante. Los compresores herméticos son con mucho las enfriadoras de agua más comunes (excepto cuando se usa amoniaco). Un compresor semi-hermético puede tener tantos como 16 cilindros pero entre 4 y 6 es lo más común.

Típicamente, la capacidad de enfriamiento de los compresores recíprocos está controlada por:

·         Ciclos on/off, con o sin compresores múltiples.

·         Usando descargadores de cilindros.

·         Usando bypass de gas caliente (HGBP); o

·         Todos los tres métodos

El ciclado del compresor on/off es una estrategia efectiva en costes y eficiente en energía, particularmente cuando se usan compresores múltiples. El ciclado del compresor demasiado rápidamente puede causar fallos del motor. Para prevenir el control del fallo del motor, los relés del circuito demorarán el re-arranque del compresor y otros relés forzarán al compresor a funcionar una mínima cantidad de tiempo. Estos dispositivos de seguridad pueden causar fluctuaciones de temperatura del agua fría muy desiguales.

Los descargadores son dispositivos que levantan la válvula de gas de succión de forma que el pistón no comprime el gas. Ya que el compresor hermético es enfriado con el refrigerante, un número mínimo de cilindros debe ser siempre cargado. Los descargadores son una estrategia de control eficiente energéticamente y efectivo en costes. Debido a que los pistones continúan moviéndose en una condición descargada, la eficiencia energética en carga parcial es algo menor que el método del ciclaje. Las descargas pueden ser cicladas a menudo sin perjuicio al motor.

El bypass de gas caliente trabaja desviando el gas caliente desde la descarga del compresor al evaporador. Esto es usualmente controlado desde la presión de succión baja. Cuando se usa será establecido para opera sólo después de que haya ocurrido la última etapa de descarga. El bypass de gas caliente permite a la máquina funcionar a muy bajas cargas y cargas de enfriamiento sin ciclaje del compresor. Con bypass de gas caliente no hay ahorro energético ya que la máquina se descarga. Como resultado, el bypass de gas caliente se usará para aplicaciones de carga baja crítica.

Ver 4ª PARTE