04 diciembre 2012

Guía de diseño de plantas enfriadoras (9ª PARTE)



Ver 8ª PARTE


Dadas todas estas consideraciones, los sistemas sólo primarios son más apropiados para:
  • Las plantas con muchas enfriadoras (más de tres) y con cargas base bastante altas donde la necesidad de bypass es mínima o nula y las fluctuaciones de caudal durante la puesta en marcha son pequeñas debido al gran número de enfriadoras.
  • Plantas donde los ingenieros de diseño y operadores comprenden la complejidad de los controles.
  • Plantas para instalaciones de misiones críticas como los centros de datos.

Un sistema primario-secundario es probablemente una mejor elección para la construcción donde la operación segura ante fallos es esencial o el personal de planta no es muy sofisticado.

Optimizando las temperaturas de diseño de las enfriadoras de agua

La optimización de las temperaturas de retorno y suministro de agua fría implica no sólo minimizar los costes del ciclo de vida de la planta enfriadora en sí misma sino también los costes de los sistemas de manejo de aire que sirve la enfriadora. Esto es debido a que estas temperaturas tendrán un impacto en las características del diseño de los serpentines de agua fría, que a su vez afectará la capacidad de caída de presión y el uso de la energía del ventilador de aire de alimentación.

En la siguiente tabla mostramos el rango típico de diferenciad e temperatura del agua fría (comúnmente referido como delta-T) y el impacto general en el uso de la energía y primeros costes. La tabla muestra que hay beneficios significativos al incrementar el delta-T desde un punto de vista del primer coste, y puede también haber un ahorro en costes de energía, dependiendo del tamaño relativo del incremento de energía del ventilador

∆T

Bajo

Alto
Rango típico
-          13,3 ºC
a
-          6,67 ºC
Impacto del coste inicial
Serpentín más pequeño

Tubería más pequeña



Bomba más pequeña



Motor de bomba más pequeño
Impacto del coste de la energía
Energía de ventilación más baja

Energía de bombeo más baja

Afortunadamente, dentro del rango del suministro de agua fría comúnmente utilizado y las temperaturas de retorno, el impacto en el lado del aire del sistema es raramente significativo.

∆T agua fría
11
13
15
18
20
Caída de presión del agua del serpentín, ft H2O
27,5
19,6
14,7
10,0
8,1
Caída de presión en el lado del aire del serpentín, “H2O
0,46
0,48
0,49
0,52
0,54

Los ventiladores usan mucha más energía que las bombas de agua fría, y en la mayoría de los climas usan más energía que la planta entera debido a que los ventiladores operan muchas más horas de lo que hace la planta enfriadora. Así aunque las caídas de presión en el lado del aire pueden ser pequeñas, uno puede todavía esperar que tendrán un gran impacto en el uso de energía anual total. Sin embargo, éste usualmente no es el caso.

La temperatura de agua fría reducida puede eliminar la penalización de energía del ventilador. Sin embargo, en vez de mantener la temperatura del agua fría constante, la temperatura del agua fría se hace descender para mantener la caída de presión del lado del aire (y por lo tanto la energía del ventilador) constante ya que delta-T se incrementa.

Bajando la temperatura del agua fría se incrementa la energía de la enfriadora pero se ahorra en energía de bombeo más que para compensar la diferencia.

Hay desventajas de usar un alto delta-Ts:

  • Usando un delta-T bajo es una aproximación conservadora ya que da como resultados bombas y tuberías más grandes. Si la carga se incrementa en una planta, capacidad extra puede ser obtenida efectivamente cayendo la temperatura del agua fría (ej. desde un diseño de 6,667 a 4,44 ºC), que incrementará delta-T en los serpentines. Esta flexibilidad incrementada para acomodarse a cambios futuros es probablemente el motivo más común para usar delta-Ts bajo.
  • Para comprender el uso de la energía reducido debido a la elevación de las temperaturas de agua entrante, la enfriadora puede tener que usar tres fases en vez de dos. Esto puede añadir costes de tuberías y hacer la sustitución y limpieza de tubos más difícil.
  • En algunos serpentines, dependiendo de las condiciones de temperatura de aire de diseño, usando un delta-T más alto no se incrementará la densidad de las aletas, pero puede también causar un salto en el número de filas que pueden significativamente incrementar los costes iniciales y la caída de presión del lado del aire.
  • La degradación de delta-T está garantizada para serpentines seleccionados con alto delta-Ts en unidades de tratamiento de aire con economizadores que suministran un 100 % del aire del exterior.

Recomendaciones para seleccionar temperaturas de agua fría en el diseño

En esta sección proporcionamos una aproximación recomendada para seleccionar las temperaturas de agua fría.

En la mayor parte de los casos, este procedimiento simple en suministro de agua fría y temperaturas son el coste inicial óptimo, proporcionarán flexibilidad razonable para cambios futuros, y que proporcionan costes de energía inferiores a los de los procedimiento de diseño tradicionales. Nótese que por un gasto excesivo de los caudales en los tamaños de la tubería principal, el sistema no será óptimo en términos de uso de energía. Reduciendo los caudales elevando el delta-T se reducirán los costes energéticos más allá, pero esto también reduce la flexibilidad para acomodarse a cambios no anticipados futuros. El procedimiento descrito a continuación intenta equilibrar estas preocupaciones compitiendo.
  1. Determinar el caudal requerido usando un delta-T sw -11,11 ºC en el extremo inferior y -6,67 ºC en el extremo superior.
  2. Ver que tamaño de tuberías obtendremos con estos dos caudales en las tuberías de distribución principal. En la mayoría de los sistemas, habrá muchos circuitos de tuberías y no es práctico ensayar cada tubería en el sistema. Sin embargo, los costes de tubería usualmente quedarán más profundamente afectadas por la tubería más grande en el sistema y por la tubería con la mayoría de los accesorios y válvulas. Esto es generalmente en la planta de enfriamiento en sí mismo, es decir, la tubería irá a cada enfriadora y bomba de agua fría a los cabezales principales y tubos de subida En la mayoría de los casos, el caudal a – 6,67 ºC requerirá uno o quizás dos tamaños de tuberías más bajos que el caudal a -11,11 ºC.
  3. Seleccionamos el tamaño de la tubería más pequeño que pueda acomodar los rangos de caudal anteriores, luego ajustar el delta-T del agua fría hacia debajo de forma que el caudal resultante se ajustará al máximo el tamaño de tubería más grande y común en la planta. Nótese que este procedimiento de selección no maximizará el ahorro energético; está previsto para equilibrar las ventajas y desventajas de usar un alto delta-Ts.


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