Los sistemas de enfriamiento gratuito pueden generar ahorros significativos para los propietarios de dichos sistemas. Sin embargo, la cantidad de ahorro potencial de energía disponible depende casi por completo del diseño general del sistema y de la selección de equipos para usar en el sistema. En general, el diseñador debe equilibrar un costo de equipo más alto con una mayor oportunidad de ahorro de energía. Afortunadamente, estos ahorros, y sus costos asociados, son razonablemente cuantificables para que los diseñadores puedan tomar decisiones inteligentes guiadas por información confiable. Este artículo describirá los métodos de control de capacidad en esquemas de diseño de enfriamiento gratuito.
Las torres de enfriamiento de tiro inducido y de tiro forzado requieren pautas separadas para el control de capacidad durante las aplicaciones de enfriamiento gratuito, que se detallan a continuación. La secuencia de control para una torre de enfriamiento que opera en condiciones ambientales bajas es muy similar a la de una torre de enfriamiento que opera en condiciones de verano., siempre que la temperatura ambiente esté por encima del punto de congelación. Cuando el clima se vuelve muy frío, se deben tomar precauciones adicionales para evitar la posibilidad de dañar la formación de hielo.
Es muy importante mantener un estrecho control de la torre de refrigeración durante el funcionamiento en invierno. EVAPCO recomienda que un Temperatura MÍNIMA del agua de salida de 45 °F debe mantenerse durante la operación de enfriamiento gratuito. Sin embargo, las pruebas de laboratorio y la experiencia de campo han demostrado que 42°F debería servir como la temperatura MÍNIMA ABSOLUTA del agua de salida. Obviamente, cuanto mayor sea la temperatura del agua que sale de la torre, menor será el potencial de formación de hielo. Esto supone que se mantiene el flujo de agua adecuado sobre la torre de enfriamiento y se siguen los procedimientos de operación del ventilador mencionados en el boletín.
A continuación se proporciona un resumen de las secuencias de control de capacidad para las unidades de tiro inducido y forzado. Se muestra una secuencia de operación para torres que utilizan controles de motor de una velocidad, dos velocidades y velocidad variable. También se incluyen las consideraciones de control de capacidad para torres de enfriamiento de múltiples celdas. En el Apéndice de este boletín, las secuencias de control de capacidad recomendadas se muestran con mayor detalle para las torres de enfriamiento que operan en condiciones de enfriamiento gratuito.
Control de Aforo (Tiro Inducido)
El control de la capacidad de las torres de enfriamiento de tiro inducido que funcionan durante las aplicaciones de enfriamiento gratuito se puede lograr utilizando una variedad de métodos. Los métodos más comunes de control de capacidad son:
- Motores de ventilador de una sola velocidad para ciclismo
- Uso de motores de ventilador de dos velocidades
- Uso de unidades de frecuencia variable (VFD)
El método más simple de control de capacidad de una torre de enfriamiento durante la operación de enfriamiento gratuito es encender y apagar el motor del ventilador en respuesta a la temperatura del agua de salida de la torre. Sin embargo, este método de control genera mayores diferenciales de temperatura y períodos de tiempo más prolongados con los ventiladores apagados. Durante condiciones ambientales extremadamente bajas, el aire húmedo puede condensarse y congelarse en el sistema de transmisión del ventilador. Por lo tanto, los ventiladores deben funcionar durante condiciones ambientales extremadamente bajas para evitar largos períodos de funcionamiento inactivo, ya sea que el agua fluya sobre el relleno o en el desvío. Tenga en cuenta que un ciclo excesivo del ventilador puede dañar el motor del ventilador: el número de arranques y paradas del motor del ventilador debe limitarse a seis por hora. Si las cargas del edificio son pequeñas, la torre verá períodos prolongados con los ventiladores apagados, lo que provocará un mayor potencial de formación de hielo en las rejillas de entrada de la unidad. Como resultado, el ciclo de motores de ventilador de una sola velocidad es el método de control de capacidad menos recomendado.
Otro método de control de capacidad es usar motores de ventilador de dos velocidades, que incluyen un paso adicional de control de capacidad. Este paso reduce el diferencial de temperatura del agua y, por lo tanto, la cantidad de tiempo que los ventiladores están apagados. Además, los motores de dos velocidades brindan un ahorro significativo en los costos de energía, ya que la torre tiene el potencial de operar a baja velocidad durante la mayor parte de la temporada de enfriamiento gratuito.
El método más preciso de control de capacidad para una torre de tiro inducido es el uso de variadores de frecuencia. Esto permite un control mucho más preciso de la temperatura del agua de salida al permitir que los ventiladores funcionen a la velocidad adecuada para que coincida con la carga del edificio. Sin embargo, la aplicación de un VFD con una torre de enfriamiento de tiro inducido podría contribuir a la formación de hielo durante las condiciones de congelación. A medida que disminuye la carga del edificio, el sistema de control de frecuencia variable puede funcionar durante largos períodos de tiempo a velocidades del ventilador por debajo del 50 por ciento. El funcionamiento a bajas temperaturas del agua de salida y baja velocidad del aire a través de la unidad puede provocar la formación de hielo en varios lugares de la unidad.
Por lo tanto, se recomienda que la velocidad MÍNIMA del variador de frecuencia se establezca al 50 por ciento de la velocidad máxima para minimizar la posibilidad de que se forme hielo en la unidad durante el funcionamiento de la torre de enfriamiento a temperatura ambiente baja. Consulte la sección Gestión del hielo para obtener información adicional.
Control de Aforo (Tiro Forzado)
El control de la capacidad de las torres de enfriamiento de tiro forzado que funcionan durante las aplicaciones de enfriamiento gratuito se puede lograr mediante varios métodos diferentes. De manera similar a las unidades de tiro inducido, los métodos más comunes de control de capacidad son los motores de ventilador de una sola velocidad, el uso de motores de ventilador de dos velocidades o motores pony, o el uso de variadores de frecuencia para controlar los ventiladores de la torre de enfriamiento. Aunque los métodos de control de capacidad para las unidades de tiro forzado son similares a los que se usan para las unidades de tiro inducido, existen varias diferencias importantes que se detallan a continuación.
El método más simple de control de capacidad para unidades de tiro forzado es encender o apagar los ventiladores. Sin embargo, este método de control da como resultado mayores diferenciales de temperatura y períodos de tiempo con los ventiladores apagados. Cuando los ventiladores se apagan, el agua que cae a través de la unidad puede inducir el flujo de aire a través de la sección del ventilador.
Durante condiciones ambientales extremadamente bajas, este aire húmedo puede condensarse y congelarse en los componentes fríos del sistema de transmisión del ventilador. Si las condiciones cambian y se necesita enfriamiento, las cantidades excesivas de hielo que se pueden haber formado en el sistema de transmisión pueden destruir los ventiladores y los ejes de los ventiladores que repentinamente se requieren para operar. Por lo tanto, los ventiladores DEBEN funcionar durante el funcionamiento a baja temperatura ambiente para evitar largos períodos de funcionamiento inactivo. Tenga en cuenta que un ciclo excesivo puede dañar los motores de los ventiladores. Limite el número de arranques a seis por hora.
Los motores pony o de dos velocidades ofrecen un mejor método de control que los motores de una sola velocidad. El control del motor de dos velocidades permitirá un paso adicional de control de capacidad, reducirá los diferenciales de temperatura del agua y la cantidad de tiempo que los ventiladores están apagados, y proporcionará ahorros en los costos de energía. Este método de control de capacidad ha demostrado ser efectivo para aplicaciones donde las variaciones de carga son excesivas y las condiciones invernales son moderadas.
Los variadores de frecuencia proporcionan el método más flexible de control de capacidad para torres de enfriamiento de tiro forzado. El sistema de control de transmisión de frecuencia variable permite que los ventiladores funcionen en un rango casi infinito de velocidades para hacer coincidir la capacidad de la unidad con la carga del sistema. Durante los períodos de carga reducida y temperaturas ambiente bajas, los ventiladores se pueden mantener a una velocidad mínima (25 % de la velocidad máxima), lo que garantiza una presión positiva dentro de la unidad. Esta presión positiva en la unidad evita que el aire húmedo migre hacia los componentes fríos de la transmisión del ventilador, lo que reduce la posibilidad de que se forme condensación y luego se congele.
El método de control del variador de velocidad debe implementarse para aplicaciones que experimentan cargas fluctuantes y temperaturas invernales severas.
Control de capacidad (unidades de celdas múltiples)
Las torres de enfriamiento de tiro forzado e inducido de múltiples celdas requieren diferentes secuencias de control que las torres de enfriamiento de una sola celda. Es importante que los ventiladores y el flujo de agua sobre cada celda se controlen correctamente en torres de enfriamiento de celdas múltiples.
El control adecuado del ventilador es esencial para evitar la posibilidad de que se acumule hielo en una de las celdas de una torre de enfriamiento de varias celdas. Todos los ventiladores en las celdas operativas DEBEN controlarse simultáneamente para evitar condiciones de congelamiento en cualquiera de las celdas. El método correcto para el control del ventilador de una torre de enfriamiento de múltiples celdas durante la operación de enfriamiento gratuito se muestra en la figura a continuación.
En lugar de encender y apagar un ventilador; ambos ventiladores deben funcionar juntos a baja velocidad para alcanzar una temperatura de salida del agua de 45 grados. Este método de operación tiene el mismo agua de 65 grados entrando en ambas celdas; sin embargo, con ambos ventiladores funcionando a baja velocidad, esto permite que entre agua a 45 grados al depósito desde cada celda. La temperatura final del agua de salida de la torre de enfriamiento es de 45 grados, y se elimina el potencial de congelamiento en cualquier celda.
Él INCORRECTO El método de control de ventilador de múltiples celdas se muestra a continuación en la figura a continuación. En este ejemplo, el agua del sistema de 65 grados se bombea a través del sistema de distribución de agua de cada celda. Sin embargo, el ventilador de la Celda 1 está apagado y el ventilador de la Celda 2 está encendido. Dado que el ventilador está apagado en la Celda 1, el agua que ingresa a la cuenca es de 55 grados, y el ventilador de la Celda 2 está encendido, el agua que ingresa a la cuenca es de 35 grados, la temperatura neta resultante del agua entre las cuencas es de 45 grados. Esto cumple con la temperatura mínima requerida de 45 grados; sin embargo, la temperatura de la Celda 2 es demasiado baja, lo que puede provocar una congelación localizada.
Además de proporcionar el control adecuado del ventilador, también se recomienda encarecidamente que se controle la temperatura del agua de salida en todas las celdas. Los sensores de temperatura del depósito se pueden colocar en la tubería de succión o en el depósito de agua fría. Esto puede ayudar a determinar posibles condiciones de formación de hielo en cada celda. Sin embargo, si dos celdas que funcionan juntas tienen demasiada capacidad y provocan un ciclo excesivo del ventilador, entonces se debe considerar dirigir toda la carga a una celda y apagar la otra celda por completo.
Por lo general, las cargas de enfriamiento de invierno son mucho menores que las que se ven durante la temporada de enfriamiento de verano. Por lo tanto, el caudal de agua a través de la torre puede reducirse, lo que puede crear la posibilidad de que se acumule hielo en la unidad o dentro de ella.
Se recomienda que el caudal de agua se dirija a la menor cantidad posible de celdas, ya que la torre de enfriamiento funciona mejor con el caudal del sistema lo más cerca posible del flujo de diseño por celda. Esto asegura que el sistema de distribución de agua mantenga un patrón de rociado adecuado sobre el relleno y evita una condición de flujo bajo que puede conducir a la formación de hielo dentro de la torre de enfriamiento.
En algunos casos, los caudales de invierno de diseño se reducen más allá de los límites inferiores del rango de rendimiento de la boquilla de aspersión. En este caso, se puede incorporar un sistema especial de distribución de agua para adaptarse al caudal de diseño de invierno. Este diseño puede utilizar un sistema de distribución de agua adicional con boquillas rociadoras que pueden funcionar en condiciones de flujo muy bajo. Por lo general, el sistema de distribución de agua adicional se limita a una celda de la torre de enfriamiento de tiro inducido.
