26 noviembre 2012

Guía de diseño de plantas enfriadoras (6ª PARTE)

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La recuperación de calor de las enfriadoras puede ser usada para calentar edificios, agua caliente doméstica, o una amplia variedad de aplicaciones térmicas. Dos tipos de recuperadores de calor pueden ser aplicados a las enfriadoras; un condensador atemperador colocado inmediatamente en la descarga del compresor y en serie con el condensador, y condensadores en paralelo llamados condensadores de doble haz. Los condensadores usados para calentar agua caliente potable tienen un tubo doble venteado tal que cualquier pérdida de refrigerante puede no contaminar el circuito de agua doméstica. La economía de la aplicación de los condensadores de recuperación de calor debe considerar el perfil de carga de la fuente que va a calentarse.

Los condensadores atemperadores generalmente se aplican a las enfriadoras recíprocas, particularmente máquinas enfriadas por aire. Estos condensadores aproximadamente recuperan el 30 % de la capacidad de rechazo de calor de la enfriadora y pueden a menudo calentar agua hasta 140 ºF dependiendo de la carga y las temperaturas de condensación. Los atemperadores pueden ligeramente mejorar las eficiencias de las enfriadoras. Como estos condensadores se localizan en serie con el condensador principal de la unidad, deben diseñarse para bajas caídas de presión del refrigerante.

Los condensadores de doble haz se aplican usualmente a enfriadoras centrífugas y pueden recuperar la capacidad de rechazo de calor de la máquina. Un condensador de doble haz se divide típicamente en dos haces de tubos separados, o dos condensadores separados, con el agua caliente a un lado y el agua fría a otro. El calor es primero rechazado para calentar el haz y cuando el requerimiento de calor decrece, el calor extra es rechazado a la torre de enfriamiento.

Eficiencia de una enfriadora

En las condiciones de diseño pico la eficiencia de las enfriadoras de agua se denominan “coeficiente de rendimiento” o COP. El COP es la relación de la tasa de retirada de calor respecto a la tasa de energía en un unidades consistentes para un sistema de refrigeración completo o algunas porciones específicas de este sistema bajo condiciones de operación designadas. La fórmula para COP es:

Cuanto más alto es el número, mayor es la eficiencia energética de la máquina.

Los parámetros de eficiencia establecidos por ARI (American Refrigeration Institute) son los siguientes:

Temperatura de agua fría de salida
44 ºF
Caudal de agua del evaporador
2,4 gpm/ton
Temperatura del agua a la entrada del condensador
85 ºF
Caudal de agua del condensador (eléctrico)
3 gpm/ton
Caudal de agua del condensador (absorbedor)
3,6 gpm/ton (etapa simple)
4,5 gpm/ton (dos etapas)
Aire ambiente (enfriado por aire)
95 ºF
Factor de ensuciamiento (Fouling)
0,00010 h-ft2-F/Btu (Evaporador)
0,00025 h-ft2-F/Btu (Condensador)

Otro ratio de eficiencia energética útil es el valor de carga parcil integrado o IPLV. El IPLV es una cifra de un solo número basada en el COP de carga parcial o kW/ton. La eficiencia de carga parcial del equipo se basa en la operación ponderada en varias capacidades de carga para el equipo.

El COP del equipo es derivado de cargas del 100 %, 75 %, 50 % y 25 % (con consideraciones para alivio de agua del condensador) y se basa en el porcentaje ponderado de horas operacionales (asumido) en cada condición.

El valor de carga parcial no estándar o NPLV es otro ratio de eficiencia energética útil. Esto se usa para personalizar el IPLV cuando cambia algún valor en el cálculo de IPLV, tal como usar 42 ºF dejando agua fría en lugar de 44 ºF, o modificando el número de horas en cada carga.

Si bien IPLV y NPLV son indicadores de rendimiento de energía útiles para enfriadoras individuales, recientes datos ARI muestran que un 80 % de todas las enfriadoras están instaladas en plantas de enfriadoras múltiples. Las enfriadoras individuales operando en plantas de enfriamiento múltiples pueden estar profundamente cargadas en relación a enfriadoras simples dentro de los sistemas de enfriadoras simples. Cuando evaluamos una planta de enfriamiento múltiple, debe usarse un análisis exhaustivo para predecir el rendimiento del sistema de agua fría. Cuando evaluamos una planta enfriadora múltiple, debe realizarse un análisis para predecir el rendimiento del sistema de agua.

Enfriadoras recíprocas y scroll

Estas enfriadoras se usan en rangos que van de 50 a 230 tons, aunque están disponibles en tamaños mucho más grandes (400 ton y más). Más frecuentemente el diseño del compresor es de compresores semiherméticos. Aunque algunos fabricantes aún ofrecen compresores recíprocos, los scroll han tomado ampliamente este mercado. La modulación de la capacidad se alcanza a través de compresores múltiples que están agrupados en paralelo en varios circuitos. Esto crea alguna redundancia por si un compresor falla. Como máquinas de desplazamiento positivo, retienen casi toda la capacidad de enfriamiento incluso cuando operan en condiciones por encima de las condiciones de diseño, y son, por lo tanto, muy convenientes para aplicaciones refrigeradas por aire. Por el mismo motivo, también son convenientes para su uso como máquinas de recuperación de calor. Por el mismo motivo, también son convenientes para su uso como máquinas de recuperación de calor. El control se alcanza por descargadores por pasos y compresores cíclicos on/off, lo cual crean una curva de rendimiento parcial agitado. Las enfriadoras recíprocas y scroll tienden a ser máquinas con primer coste bajo.

Enfriadoras de tornillo rotatorio

Las enfriadoras de tornillo rotatorio son máquinas de desplazamiento positivo. Como las máquinas recíprocas y scroll, son particularmente convenientes como enfriadoras de aire frío pero son populares en configuraciones tanto de aire como de agua fría.

Esto proporciona ventajas de eficiencia adicional durante la carga parcial y permiten descargas por debajo de 10 %. Las enfriadoras de tornillo son inherentemente más eficientes que los compresores scroll debido a que incorporan economizadores de refrigerante. Tienen muy pocas partes móviles y tienen fuerzas equilibradas en los rodamientos principales. Como resultado de ello estas máquinas son muy fiables. Las máquinas de tornillo tradicionalmente se controlan con una válvula de distribución y son completamente modulantes.

Las enfriadoras de tornillo tienden a ser más competitivas en el rango de 100 a 300 toneladas aunque están disponibles en un amplio rango de capacidades. En capacidades bajas no pueden competir con las enfriadoras scroll y en las centrífugas de alta capacidad tienden a ser más efectivas en costes. Las enfriadoras centrífugas son también más eficientes.

No hay ventajas de diseño práctico de los tornillos gemelos respecto a los simples excepto en que  los tornillos simples pueden ser ligeramente más silenciosos. Las máquinas tienen una excelente capacidad de limpieza. Algunas enfriadoras incorporan múltiples compresores.

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