Guía de diseño de plantas enfriadoras (8ª PARTE)

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Selección de la disposición del sistema de distribución de agua fría

En la siguiente tabla vemos algunas recomendaciones de diseño para sistemas de distribución basado en el tamaño y número de cargas servidas y las pérdidas del sistema de distribución. Estas recomendaciones son generalizaciones que se pueden utilizar en la mayoría de las aplicaciones de calefacción, refrigeración y ventilación típicas, pero pueden no ser las óptimas para cada aplicación.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (7ª PARTE)

Esquema de una planta enfriadora

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Enfriadoras centrífugas

Las enfriadoras centrífugas tienen el mayor ratio de eficiencia de todas las enfriadoras. Están disponibles en tamaños que van desde las 80 a las 10.000 toneladas pero la mayoría de los tamaños comunes van de 200 a 2000 toneladas. Por encima de 2000 toneladas normalmente son fabricadas a medida del cliente. Están disponibles tanto en versiones de aire frío como de agua fría pero debido a sus COPs muy bajos y altos costes iniciales, las enfriadoras centrífugas de aire frío raramente se usan.

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.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (5ª PARTE)

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Evaporadores

Dos tipos de evaporadores se usan en enfriadoras de agua – carcasa y tubo inundado y evaporadores de expansión directa (DX). Ambos tipos son intercambiadores de calor de tubo y carcasa. Los intercambiadores de calor de tubo y carcasa inundados se usan típicamente en grandes enfriadoras de tornillo y centrífugas, mientras que los evaporadores DX se usan usualmente con enfriadoras de desplazamiento positivo mientras como las máquinas rotatorias y recíprocas. Si bien el agua es el fluido más comúnmente enfriado en el evaporador, otros fluidos también se usan. Estos incluyen una variedad de soluciones anticongelantes, el más común de todos es una mezcla de glicol etileno o glicol propileno y agua. El uso de soluciones anticongelantes significativamente afecta el rendimiento del evaporador pero puede ser necesario para aplicaciones a bajas temperaturas. El fluido crea diferentes características de transferencia de calor dentro de los tubos y tiene diferentes características de caída de presión. El rendimiento de las máquinas usualmente baja cuando se usan fluidos distintos que el agua.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (4ª PARTE)

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Las enfriadoras más grandes (hasta 230 toneladas) usando compresores recíprocos tendrán compresores múltiples, usualmente con dos circuitos de refrigerante separados. Durante las cargas ligeras, se desactiva un circuito de refrigeración.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (3ª PARTE)

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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.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (2ª PARTE)

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Consideraciones de sobredimensionado y subdimensionado

Debido a las incertidumbres inherentes a los parámetros de diseño y a los riesgos asociados con el subdimensionado de la planta, la mayoría de las plantas de enfriamiento son más grandes de lo necesario para cumplir las condiciones máximas de carga. Nótese que los perfiles de carga horaria, cuando están apropiadamente preparadas, incluyen diversidad.

Guía de diseño de plantas enfriadoras (1ª PARTE)

Muchos edificios grandes e industrias tienen plantas que enfrían agua la distribuyen a unidades de manejo de aire y otros equipos de enfriamiento. La operación de diseño y mantenimiento de estas plantas de agua fría tiene un gran impacto en el uso de la energía y en los costes de operación.

Herramienta de cálculo de sistemas de tuberías (2ª PARTE)

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Límite de velocidad de fluido para control de erosión

Si la erosión de la pared de la tubería es una preocupación, las velocidades pueden ser limitadas a reducir el riesgo de erosión. Si se selecciona YES y el tamaño de la tubería se elige como AUTO, entonces el dimensionado automático no permitirá que se exceda la velocidad de erosión. Si se selecciona YES y el tamaño de la tubería se elige manualmente, entonces una celda en rojo indicará cuando se excede la velocidad de erosión máxima. Los límites de velocidad vienen dados en la Constant tab. Si bien estas guías de velocidad máxima se han usado durante años, esto nunca ha sido corroborado por investigación. En realidad, la mayoría de las investigaciones han indicado que a menos que haya partículas y burbujas de aire en el agua, hay poca erosión en la tubería independientemente de la velocidad, dentro de los rangos de velocidad normal encontrados en los sistemas comerciales.

Herramienta de cálculo de sistemas de tuberías (1ª PARTE)

Nuestra experiencia práctica indica que uno de los lugares más interesantes para mejorar los procesos son las tuberías. Tuberías y sistemas de transferencia de fluidos. Cuando la energía era barata el movimiento de fluidos no preocupaba demasiado y por ello la mayoría de los diseñadores usan planteamientos muy básicos como limitar la fricción por ejemplo 4 ft por cada 100 ft de tuberías, limitar la velocidad a 10 m/s o algunos similares. Estos métodos son fáciles de usar pero los resultados son que obtenemos diseños ineficientes. Nuestra experiencia en sistemas ineficientes con fluidos es que el consumo energético puede multiplicarse por 6 o por 7 en los casos más graves. En grandes instalaciones estamos ante enormes posibilidades de optimización. En una serie de artículos anteriores (ver Hidráulica de los sistemas de tuberías).

Herramienta para calcular las necesidades energéticas de granjas con animales

Presentamos una interesante herramienta que nos permite realizar con facilidad estudios energéticos en granjas de animales: Vacas, pollos y cerdos. Los datos climáticos que admite la herramienta son los de Estados Unidos, pero podemos utilizar algún ejemplo con clima equivalente a la localidad que deseamos analizar. 

Guía de diseño de aplicaciones con energía térmica solar para aplicaciones no residenciales (4ª PARTE)

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Acoplamiento del sistema térmico solar con los procesos

La integración de calor solar en procesos de producción industrial es todo un desafío. Los sistemas de calentamiento existentes se basan en vapor o agua caliente de calderas que normalmente se diseñaron para temperaturas mucho más altas (150 – 180 ºC) comparado con aquellas que los procesos necesitan (100 ºC o menos) para mantener diferencias de temperatura pequeñas. Por el contrario, el sistema térmico solar siempre se acoplará al suministro de calor existente a la temperatura más baja posible. Sin embargo, para precalentamiento de fluidos, el calor solar se introducirá sólo después de los sistemas de precalentamiento por los sistemas de recuperación de calor de los residuos, y no como una alternativa a aquellos sistemas. En la siguiente figura mostramos esta aplicación.

Guía de diseño de aplicaciones con energía térmica solar para aplicaciones no residenciales (3ª PARTE)

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Sistemas de paso simple en bucle abierto

Debido a que las cargas industriales operan durante todas las horas de sol o incluso para un día de 24 horas, el sistema térmico  solar más simple es uno sin almacenamiento de calor. Una porción apreciable (entre el 25 % y el 70 %) de la carga térmica del día puede suministrarse por tales sistemas,

Guía de diseño de aplicaciones con energía térmica solar para aplicaciones no residenciales (2ª PARTE)

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Calentamiento del espacio activo

La configuración del sistema solar para esta aplicación particular ha llegado a estar más o menos estandarizada. Por ejemplo, para un sistema líquido, usaríamos el sistema mostrado en la figura anterior. Uno de los métodos de diseño más ampliamente usados es el método f-chart, que es aplicable al calentamiento de agua y aire. Este método básicamente implica el uso de correlaciones algebraicas simples que han sido deducidas de numerosas simulaciones TRNSYS.

Guía de diseño de aplicaciones con energía térmica solar para aplicaciones no residenciales (1ª PARTE)

Si bien muchos programas están disponibles para diseñar aplicaciones de energía térmica solar, la inmensa mayoría de las herramientas disponibles se han desarrollado para el uso de esta energía en edificios,  y específicamente para aplicaciones residenciales y comerciales. Pero son muchos los usos de la energía térmica solar que son hoy competitivos como la integración de energía en procesos industriales o la obtención de energía para usos diversos en ubicaciones remotas. Para estas interesantes aplicaciones no dispondremos de herramientas sencillas y tendremos que recurrir a las ecuaciones termodinámicas y a realizar pruebas empíricas para validar los desarrollos que deseamos explorar. En esta nueva guía de diseño nos centramos en la descripción de los métodos que podemos utilizar para desarrollar este tipo de aplicaciones.

Relaciones entre la potencia y el par en los motores de inducción

Circuito equivalente del motor de inducción monofásico mostrando componentes de pérdidas del rotor en circuitos hacia adelante y hacia atrás

Relaciones del par

El par desarrollado por el motor puede ser deducido en términos de los parámetros del motor y deslizamiento usan la expresión:

Descripción de las técnicas disponibles para medir la corriente eléctrica (4ª PARTE)

Ilustración 3. Un cristal de semiconductores se coloca en el hueco de un núcleo magnético de concentración. La corriente bias en un eje del cristal produce un voltaje Hall en el otro

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Los anchos de banda útiles de un sensor pueden ser de tres décadas. La impedancia de salida es alta y requiere el uso de voltímetros electrónicos. La disipación de potencia es baja, incluso para modelos de corriente muy altos. El voltaje de salida es bastante alto de forma que pueden usarse rectificadores de diodo simples para proporcionar salida dc para un procesado posterior. En muchos casos, tales sensores pueden ser usados sin ninguna electrónica especial excepto un voltímetro.

Técnicas de almacenamiento de energía térmica

Las tecnologías térmicas directas, aunque almacenan un grado de energía bajo, pueden ser útiles para almacenar energía de sistemas que proporcionan calor como energía nativa (térmica solar o geotermia) o para aplicaciones donde el valor de la comodidad de energía es el calor (calentar, secar).

Aunque las tecnologías de almacenamiento de energía pueden ser caracterizadas por la energía específica y densidades de energía como cualquier otra tecnología de almacenaje, pueden ser también caracterizadas por un parámetro adicional importante: el rango de temperatura de entrega. Diferentes usos finales tienen más o menos tolerancia a amplias oscilaciones de la temperatura de entrega. Así, algunas aplicaciones requieren una alta temperatura de operación que sólo algunos medios de almacenamiento térmico son capaces de almacenar.

Descripción de las técnicas disponibles para medir la corriente eléctrica (3ª PARTE)

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El transformador de corriente

Consideremos el magnetismo de un núcleo toroidal de material de alto μ a través del que pasa un conductor que transporta corriente. Incluye un devanado secundario de n vueltas como se muestra en la siguiente figura. El devanado secundario es conectado a una carga de resistencia baja.

Descripción de las técnicas disponibles para medir la corriente eléctrica (2ª PARTE)

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Shunts

Los shunts disipan potencia cuando calor y resistencia cambian en respuesta a la elevación de temperatura. La disipación es proporcional al voltaje a través del shunt y un compromiso de diseño debe ser hecho debido a que el voltaje bajo implica menos exactitud en el voltímetro. Los shunts no proporcionan aislamiento galvánico entre el circuito medido y el dispositivo de medición.