No mundo atual, consciente da energia, os sistemas eficientes de rejeição de calor desempenham um papel vital na manutenção de temperaturas ideais para diversas aplicações industriais e comerciais. Com uma ampla variedade de configurações de sistema disponíveis, escolher a mais adequada às suas necessidades pode ser uma tarefa difícil. Este guia abrangente analisa cinco configurações principais do sistema de rejeição de calor, permitindo que você tome decisões informadas e melhore o desempenho da sua infraestrutura de refrigeração.
Exploraremos os detalhes das seguintes configurações: Sistema direto resfriado a ar, sistema direto resfriado a água com torre de resfriamento, sistema indireto resfriado a água com torre de resfriamento, sistema direto resfriado a água do mar e sistema indireto resfriado a água do mar com calor Permutador. Ao compreender os princípios, vantagens e limitações de cada configuração, você estará mais bem equipado para selecionar e implementar a solução de rejeição de calor mais eficaz para suas necessidades específicas. Então, vamos mergulhar no mundo dos sistemas de rejeição de calor e descobrir os segredos para otimizar seu desempenho.
Fenômenos de Rejeição de Calor
O refrigerante dentro de um resfriador emite calor que é então transferido para um meio de resfriamento externo e levado para um local onde possa ser descartado com segurança – pode ser o ar externo ou, se tiver sorte, um rio, lago ou mar ! Um chiller resfriado a ar usa ar, enquanto um chiller resfriado a água usa água como meio de resfriamento.
Principais equipamentos de uma central de água gelada
Se o ar não for usado como fonte direta de resfriamento, um dispositivo de transferência de calor, como uma torre de resfriamento ou radiador, deverá ser empregado para descartar o calor para a atmosfera. Além disso, se a fonte de água não for alimentada diretamente aos condensadores do chiller, deverá ser utilizado um trocador de calor para transferir o calor para a água.
Sistema refrigerado a ar direto
Um sistema refrigerado a ar direto é um sistema de resfriamento que não requer refrigerante para dissipar o calor. Este tipo de sistema de refrigeração é mais eficiente do que um sistema tradicional refrigerado a água, pois não requer componentes adicionais, como bomba, radiador e tanque de refrigerante. O sistema funciona usando um ventilador para circular o ar sobre a fonte de calor e dissipar o calor do sistema. Os sistemas de refrigeração direta a ar podem ser usados para uma variedade de aplicações, incluindo resfriamento de eletrônicos, ar condicionado e até mesmo resfriamento do interior de um veículo. Este tipo de sistema de refrigeração é frequentemente preferido aos sistemas refrigerados a água devido à sua maior eficiência e ao fato de não exigir o uso de componentes adicionais.
A maneira mais simples de rejeitar o calor do condensador é usar ar para resfriá-lo, o que é o caso quando são usados chillers refrigerados a ar. Um resfriador resfriado a ar é equipado com serpentinas de tubo aletado como condensador e ventiladores para fazer o ar externo fluir através dos espaços entre as aletas das serpentinas do condensador para resfriar o refrigerante que está sendo alimentado através dos tubos. O condensador e os ventiladores, bem como o compressor, o evaporador, o dispositivo de expansão, um painel de controle e outros acessórios são normalmente montados em uma unidade de pacote, que pode ser usada uma vez fixada no local e com tubulações de água gelada e alimentação elétrica conectadas. Os chillers refrigerados a ar são normalmente instalados ao ar livre, mas, se necessário, podem ser instalados em ambientes internos com exaustão canalizada.
Sistema refrigerado a água direto com torre de resfriamento
Um sistema refrigerado diretamente a água com torre de resfriamento é um sistema de resfriamento eficaz para aplicações industriais. Utiliza um sistema de circuito fechado para transferir o calor gerado pelo maquinário para a torre de resfriamento. A água é então resfriada pelo processo de troca de calor e devolvida às máquinas para reutilização. Este sistema é conhecido por sua eficiência energética e é frequentemente usado em aplicações onde são necessárias grandes quantidades de resfriamento, como em usinas de energia, fábricas de produtos químicos e outros processos industriais. Além disso, a torre de resfriamento oferece uma maneira mais eficiente de dissipar o calor, tornando-a a escolha ideal para muitos setores.
Torres de resfriamento são equipamentos de transferência de calor que permitem que o calor do condensador de resfriadores resfriados a água seja descartado para a atmosfera. Uma análise detalhada sobre o princípio de funcionamento e o processo das torres de resfriamento será apresentada posteriormente neste capítulo. Ao utilizar este método de rejeição de calor, bombas de água são instaladas para circular a água do condensador entre os chillers e as torres de resfriamento. O abastecimento de água é necessário para repor as perdas de água no processo e o tratamento da água é necessário para controlar a qualidade da água e prevenir o surto da doença do legionário. Um sistema de controle de temperatura de limite inferior é normalmente instalado para evitar que a temperatura da água do condensador que entra no resfriador caia abaixo de um limite baixo (~16°C), o que pode acontecer no inverno e causar operação instável do resfriador.
Sistema Indireto Refrigerado a Água com Torre de Resfriamento
Um sistema indireto de refrigeração a água com torre de resfriamento é uma forma eficiente de resfriar um edifício ou instalação industrial. Este sistema inclui uma torre de resfriamento que funciona evaporando a água e liberando o calor para a atmosfera. A água é então resfriada ao passar pela torre e então bombeada de volta para o prédio ou instalação para fornecer ar frio. Este tipo de sistema é ideal para instalações industriais maiores e mais complexas e pode ser facilmente adaptado para qualquer tamanho ou formato de edifício. É também uma forma económica de manter um edifício ou instalação fresco e é energeticamente eficiente, tornando-o uma excelente opção para quem procura reduzir os seus custos de energia.
O circuito de água do condensador no sistema de rejeição de calor acima mencionado pode ser dividido em dois que estão termicamente ligados por um permutador de calor entre eles. Este projeto pode ser usado quando água do mar é usada no circuito através da torre de resfriamento e água doce é usada no circuito através do resfriador, para proteger o condensador do resfriador dos efeitos de corrosão e erosão da água do mar. Bombas são necessárias em cada circuito de água para transporte de calor.
Sistema de Resfriamento Direto com Água do Mar
Os sistemas refrigerados diretamente por água do mar utilizam o ambiente natural para resfriar e condensar o vapor de uma usina de energia. Este processo é mais eficiente e ecológico do que os sistemas de refrigeração tradicionais. Ao utilizar as propriedades naturais do oceano para transferir o calor para fora da central eléctrica, os sistemas de refrigeração directa por água do mar reduzem o consumo de energia, diminuem as emissões e requerem menos manutenção do que outros sistemas de refrigeração. Além disso, este sistema é econômico, pois não requer grandes quantidades de energia para funcionar e não requer recursos adicionais para resfriamento. No geral, os sistemas de refrigeração direta com água do mar são uma alternativa eficaz e sustentável aos sistemas de refrigeração tradicionais.
Para um edifício próximo a um porto, uma estação de bombeamento pode ser construída para extrair água do mar para resfriamento do condensador. A água do mar aspirada pelas bombas de água do mar pode ser alimentada diretamente através de condensadores de resfriamento, e a água do mar usada será bombeada de volta ao porto para descarte. Equipamentos de filtragem e dosagem de produtos químicos/biocidas são necessários para controlar a qualidade da água e prevenir o crescimento de microrganismos
Sistema indireto resfriado por água do mar com trocador de calor
O Sistema Indireto de Resfriamento por Água do Mar com Trocador de Calor é um sistema de resfriamento eficiente e ecológico que utiliza água do mar para resfriar e transferir calor. Este sistema funciona bombeando água do mar do oceano para um trocador de calor, onde o calor é transferido da água do mar para um circuito de água doce. Esse circuito de água doce circula então por uma torre de resfriamento, o que ajuda a dissipar o calor, e depois retorna ao trocador de calor para ser resfriado. A água do mar resfriada pode então ser devolvida ao oceano. Este sistema está se tornando cada vez mais popular devido à sua alta eficiência, economia e mínimo impacto ambiental.
Para proteção dos condensadores do chiller, o circuito de água do condensador no sistema acima mencionado pode ser dividido em dois que são conectados termicamente por trocadores de calor entre eles. Isto permite a utilização de água doce no circuito através do chiller, embora seja necessário mais um grupo 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.
