En el mundo actual, consciente de la energía, los sistemas eficientes de rechazo de calor desempeñan un papel vital en el mantenimiento de temperaturas óptimas para diversas aplicaciones industriales y comerciales. Con una amplia gama de configuraciones de sistemas disponibles, elegir la adecuada para sus necesidades puede ser una tarea desalentadora. Esta guía completa profundiza en cinco configuraciones clave del sistema de rechazo de calor, lo que le permitirá tomar decisiones informadas y mejorar el rendimiento de su infraestructura de refrigeración.
Exploraremos los entresijos de las siguientes configuraciones: sistema enfriado por aire directo, sistema enfriado por agua directo con torre de enfriamiento, sistema enfriado por agua indirecto con torre de enfriamiento, sistema enfriado por agua de mar directo y sistema enfriado por agua de mar indirecto con calor Intercambiador. Al comprender los principios, ventajas y limitaciones de cada configuración, estará mejor equipado para seleccionar e implementar la solución de rechazo de calor más eficaz para sus requisitos específicos. Así que sumergámonos en el mundo de los sistemas de rechazo de calor y descubramos los secretos para optimizar su rendimiento.
Fenómenos de rechazo de calor
El refrigerante dentro de un enfriador emite calor que luego se transfiere a un medio de enfriamiento externo y se lleva a un lugar donde pueda eliminarse de manera segura; podría ser el aire exterior o, si tiene suerte, un río, un lago o el mar. ! Un enfriador enfriado por aire utiliza aire, mientras que un enfriador enfriado por agua utiliza agua como medio de enfriamiento.
Equipos principales de una planta central de agua helada.
Si no se utiliza aire como fuente de enfriamiento directa, se debe emplear un dispositivo de transferencia de calor, como una torre de enfriamiento o un radiador, para eliminar el calor a la atmósfera. Además, si la fuente de agua no se alimenta directamente a los condensadores del enfriador, se debe utilizar un intercambiador de calor para transferir el calor al agua.
Sistema directo de refrigeración por aire
Un sistema enfriado por aire directo es un sistema de enfriamiento que no requiere refrigerante para disipar el calor. Este tipo de sistema de refrigeración es más eficiente que un sistema tradicional refrigerado por agua, ya que no requiere componentes adicionales, como una bomba, un radiador y un tanque de refrigerante. El sistema funciona mediante el uso de un ventilador para hacer circular aire sobre la fuente de calor y disipar el calor del sistema. Los sistemas de refrigeración directa por aire se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones, incluida la refrigeración electrónica, el aire acondicionado e incluso la refrigeración del interior de un vehículo. Este tipo de sistema de refrigeración suele preferirse a los sistemas refrigerados por agua debido a su mayor eficiencia y al hecho de que no requiere el uso de componentes adicionales.
La forma más sencilla de rechazar el calor del condensador es utilizar aire para enfriar el condensador, como es el caso cuando se utilizan enfriadoras enfriadas por aire. Un enfriador enfriado por aire está equipado con serpentines de tubos con aletas como condensador y ventiladores para aspirar aire exterior para que fluya a través de los espacios entre las aletas de los serpentines del condensador para enfriar el refrigerante que se alimenta a través de los tubos. El condensador y los ventiladores, así como el compresor, el evaporador, el dispositivo de expansión, un panel de control y otros accesorios generalmente se ensamblan en una unidad de paquete, que se puede usar una vez fijada en el sitio y con las tuberías de agua fría y el suministro de electricidad conectados. Los enfriadores enfriados por aire normalmente se instalan al aire libre pero, si es necesario, se pueden instalar en interiores con escape por conductos.
Sistema de refrigeración directa por agua con torre de refrigeración
Un sistema de refrigeración directa por agua con torre de refrigeración es un sistema de refrigeración eficaz para aplicaciones industriales. Utiliza un sistema de circuito cerrado para transferir el calor generado por la maquinaria a la torre de enfriamiento. Luego, el agua se enfría mediante el proceso de intercambio de calor y se devuelve a la maquinaria para su reutilización. Este sistema es conocido por su eficiencia energética y se utiliza a menudo en aplicaciones donde se requieren grandes cantidades de refrigeración, como en plantas de energía, plantas químicas y otros procesos industriales. Además, la torre de enfriamiento ofrece una forma más eficiente de disipar el calor, lo que la convierte en una opción ideal para muchas industrias.
Las torres de enfriamiento son equipos de transferencia de calor que permiten que el calor del condensador de las enfriadoras enfriadas por agua se elimine a la atmósfera. Más adelante en este capítulo se ofrecerá un análisis detallado del principio de funcionamiento y el proceso de las torres de enfriamiento. Al utilizar este método de rechazo de calor, se instalan bombas de agua para hacer circular el agua del condensador entre los enfriadores y las torres de enfriamiento. Se requiere suministro de agua para reponer las pérdidas de agua en el proceso, y se necesita tratamiento del agua para controlar la calidad del agua y prevenir brotes de la enfermedad del legionario. Por lo general, se instala un sistema de control de temperatura de límite bajo para evitar que la temperatura del agua del condensador que ingresa al enfriador caiga por debajo de un límite bajo (~16 °C), lo que puede ocurrir en invierno y causar un funcionamiento inestable del enfriador.
Sistema indirecto enfriado por agua con torre de enfriamiento
Un sistema de refrigeración indirecta por agua con torre de refrigeración es una forma eficaz de enfriar un edificio o una instalación industrial. Este sistema incluye una torre de enfriamiento que funciona evaporando agua y liberando calor a la atmósfera. Luego, el agua se enfría a medida que pasa a través de la torre y luego se bombea de regreso al edificio o instalación para proporcionar aire fresco. Este tipo de sistema es ideal para instalaciones industriales más grandes y complejas y se puede adaptar fácilmente para adaptarse a cualquier tamaño o forma de edificio. También es una forma rentable de mantener fresco un edificio o instalación y es energéticamente eficiente, lo que la convierte en una excelente opción para quienes buscan reducir sus costos de energía.
El circuito de agua del condensador en el sistema de evacuación de calor antes mencionado se puede dividir en dos, que están conectados térmicamente mediante un intercambiador de calor intermedio. Este diseño se puede utilizar cuando se utiliza agua de mar en el circuito a través de la torre de refrigeración y agua dulce en el circuito a través del enfriador, para proteger el condensador del enfriador de los efectos de la corrosión y erosión del agua de mar. Se necesitan bombas en cada circuito de agua para el transporte de calor.
Sistema de refrigeración directa por agua de mar
Los sistemas enfriados directamente por agua de mar utilizan el entorno natural para enfriar y condensar el vapor de una planta de energía. Este proceso es más eficiente y respetuoso con el medio ambiente que los sistemas de refrigeración tradicionales. Al utilizar las propiedades naturales del océano para transferir calor desde la planta de energía, los sistemas enfriados directamente por agua de mar reducen el consumo de energía, disminuyen las emisiones y requieren menos mantenimiento que otros sistemas de enfriamiento. Además, este sistema es rentable, ya que no requiere grandes cantidades de energía para funcionar y no requiere recursos adicionales para refrigeración. En general, los sistemas de refrigeración directa por agua de mar son una alternativa eficaz y sostenible a los sistemas de refrigeración tradicionales.
Para un edificio cercano a un puerto, se puede construir una estación de bombeo para extraer agua de mar para enfriar el condensador. El agua de mar extraída por las bombas de agua de mar puede alimentarse directamente a través de condensadores enfriadores y el agua de mar usada se bombea de regreso al puerto para su eliminación. Se necesitan equipos de filtración y dosificación de químicos/biocidas para controlar la calidad del agua y prevenir el crecimiento de microorganismos.
Sistema indirecto enfriado por agua de mar con intercambiador de calor
El sistema de refrigeración indirecta por agua de mar con intercambiador de calor es un sistema de refrigeración eficiente y respetuoso con el medio ambiente que utiliza agua de mar para enfriar y transferir calor. Este sistema funciona bombeando agua de mar desde el océano a un intercambiador de calor, donde el calor se transfiere del agua de mar a un circuito de agua dulce. Este circuito de agua dulce luego circula a través de una torre de enfriamiento, que ayuda a disipar el calor, y luego regresa al intercambiador de calor para ser enfriado. El agua de mar enfriada puede luego devolverse al océano. Este sistema se está volviendo cada vez más popular debido a su alta eficiencia, rentabilidad y su mínimo impacto ambiental.
Para proteger los condensadores del enfriador, el circuito de agua del condensador en el sistema antes mencionado se puede dividir en dos que estén conectados térmicamente mediante intercambiadores de calor entre ellos. Esto permite utilizar agua dulce en el circuito a través de la enfriadora, aunque se necesita un grupo más de bombas.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
Indirect Water-Cooled heat rejection systems use a heat exchanger to transfer heat from the chiller to the cooling water, whereas Direct Water-Cooled systems circulate cooling water directly through the chiller. Indirect systems provide better protection against corrosion and fouling, and allow for more flexibility in terms of water quality and temperature. However, they may require additional pumps and piping, increasing their complexity and cost.
Seawater-Cooled heat rejection systems can provide significant energy savings and reduced water consumption in coastal applications. Seawater is a free and abundant resource, eliminating the need for cooling towers or condenser water treatment. However, seawater corrosion and fouling must be carefully managed through material selection and regular maintenance. Additionally, seawater intake and discharge regulations must be complied with to minimize environmental impacts.
To determine the most suitable heat rejection system configuration, consider factors such as heat rejection requirements, available water resources, ambient temperatures, and local regulations. Evaluate the pros and cons of each configuration, including upfront costs, operating expenses, maintenance requirements, and environmental impacts. It may be beneficial to consult with a qualified HVAC engineer or conduct a detailed feasibility study to ensure the selected configuration meets your specific needs and constraints.
Common design considerations for chiller heat rejection systems include chiller sizing, piping layout, and pump selection. It is essential to ensure that the chiller is properly sized for the application, and that the piping layout is optimized for minimal pressure drop and maximum heat transfer. Pump selection should be based on factors such as flow rate, pressure, and efficiency. Additionally, consideration should be given to noise levels, vibration, and accessibility for maintenance.
To optimize the performance of an existing heat rejection system, consider implementing measures such as regular cleaning and maintenance, optimizing chiller setpoints and control sequences, and upgrading to more efficient components. Analyze system data and trends to identify opportunities for improvement, and consider conducting an energy audit or retro-commissioning study to identify potential energy savings. Additionally, consider implementing water-saving measures, such as using grey water or rainwater for cooling, to reduce the system’s environmental impact.
