¿Qué son los sistemas de enfriamiento?
Los edificios comerciales utilizan sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) para deshumidificar y enfriar el edificio. Los edificios comerciales modernos buscan sistemas y componentes de HVAC eficientes como parte de iniciativas más amplias centradas en el rendimiento y la sostenibilidad del edificio. Los ocupantes del edificio también tienen grandes expectativas de que el sistema HVAC funcionará según lo previsto. . . para crear un ambiente interior confortable independientemente de las condiciones externas al edificio.
Las enfriadoras se han convertido en un componente esencial de HVAC de una amplia variedad de instalaciones comerciales, incluidos hoteles, restaurantes, hospitales, estadios deportivos, industriales y de fabricación. plantas, etc. La industria ha reconocido desde hace mucho tiempo que los sistemas de enfriamiento representan el mayor consumidor de uso eléctrico en la mayoría de las instalaciones. Pueden consumir fácilmente más del 50% del consumo eléctrico total durante los períodos estacionales. Según el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), las enfriadoras se pueden combinar para utilizar aproximadamente el 20% de la energía eléctrica total generada en América del Norte. Además, el DOE estima que las enfriadoras pueden gastar hasta un 30% en uso adicional de energía debido a varias ineficiencias operativas. Estas ineficiencias reconocidas cuestan a las empresas y las instalaciones de construcción miles de millones de dólares al año.
En general, un enfriador facilita la transferencia de calor de un ambiente interno a un ambiente externo. Este dispositivo de transferencia de calor se basa en el estado físico de un refrigerante cuando circula por el sistema de enfriamiento. Ciertamente, los enfriadores pueden funcionar como el corazón de cualquier sistema HVAC central.
¿Cómo funciona un enfriador?
Un enfriador funciona según el principio de compresión o absorción de vapor. Los enfriadores proporcionan un flujo continuo de refrigerante al lado frío de un sistema de agua de proceso a una temperatura deseada de aproximadamente 50 ° F (10 ° C). Luego, el refrigerante se bombea a través del proceso, extrayendo calor de un área de una instalación (por ejemplo, maquinaria, equipo de proceso, etc.) a medida que fluye de regreso al lado de retorno del sistema de agua del proceso.
Un enfriador utiliza un sistema de refrigeración mecánica por compresión de vapor que se conecta al sistema de agua de proceso a través de un dispositivo llamado evaporador. El refrigerante circula a través de un evaporador, compresor, condensador y dispositivo de expansión de un enfriador. Se produce un proceso termodinámico en cada uno de los componentes anteriores de un enfriador. El evaporador funciona como un intercambiador de calor de modo que el calor capturado por el flujo de refrigerante del proceso se transfiere al refrigerante. A medida que tiene lugar la transferencia de calor, el refrigerante se evapora, cambiando de un líquido a baja presión a vapor, mientras que la temperatura del refrigerante del proceso se reduce.
El refrigerante luego fluye a un compresor, que realiza múltiples funciones . Primero, elimina el refrigerante del evaporador y asegura que la presión en el evaporador permanezca lo suficientemente baja como para absorber el calor a la velocidad correcta. En segundo lugar, aumenta la presión en el vapor refrigerante saliente para garantizar que su temperatura permanezca lo suficientemente alta como para liberar calor cuando llega al condensador. El refrigerante vuelve a un estado líquido en el condensador. El calor latente que se libera cuando el refrigerante cambia de vapor a líquido es extraído del ambiente por un medio de enfriamiento (aire o agua).
Tipos de enfriadores:
Como se describe, dos medios de enfriamiento diferentes (aire o agua) pueden facilitar la transferencia del calor latente que se libera cuando el refrigerante cambia de vapor a líquido. Por lo tanto, las enfriadoras pueden usar dos tipos diferentes de condensadores, enfriado por aire y enfriado por agua.
- Los condensadores enfriados por aire se asemejan a los «radiadores» que enfrían los motores de los automóviles. Usan un ventilador motorizado para forzar aire a través de una rejilla de líneas de refrigerante. A menos que estén especialmente diseñados para condiciones ambientales elevadas, los condensadores enfriados por aire requieren temperaturas ambiente de 95 ° F (35 ° C) o menos para funcionar con eficacia.
- Agua- Los condensadores enfriados realizan la misma función que los condensadores enfriados por aire, pero requieren dos pasos para completar la transferencia de calor. Primero, el calor se mueve del vapor refrigerante al agua del condensador. Luego, el agua caliente del condensador se bombea a una torre de enfriamiento donde el proceso calienta en última instancia, se descarga a la atmósfera.
Enfriadores enfriados por agua:
Los enfriadores enfriados por agua cuentan con un condensador enfriado por agua conectado con una torre de enfriamiento. Se utiliza para instalaciones medianas y grandes que tienen un suministro de agua suficiente. Chi refrigerado por agua Los consumidores pueden producir un rendimiento más constante para el aire acondicionado comercial e industrial debido a la relativa independencia a las fluctuaciones de la temperatura ambiente. Los enfriadores enfriados por agua varían en tamaño, desde modelos pequeños de 20 toneladas de capacidad hasta modelos de varios miles de toneladas que enfrían las instalaciones más grandes del mundo, como aeropuertos, centros comerciales y otras instalaciones.
Un enfriador típico enfriado por agua utiliza agua del condensador recirculante de una torre de enfriamiento para condensar el refrigerante. Un enfriador enfriado por agua contiene un refrigerante que depende de la temperatura del agua de entrada al condensador (y el caudal), que funciona en relación con la temperatura ambiente de bulbo húmedo. Dado que la temperatura del bulbo húmedo es siempre más baja que la temperatura del bulbo seco, la temperatura (y la presión) de condensación del refrigerante en un enfriador enfriado por agua a menudo puede funcionar significativamente más baja que un enfriador enfriado por aire. Por lo tanto, las enfriadoras enfriadas por agua pueden funcionar de manera más eficiente.
Las enfriadoras enfriadas por agua generalmente residen en interiores en un ambiente protegido de los elementos. Por lo tanto, el enfriador refrigerado por agua puede ofrecer una vida útil más larga. Las enfriadoras refrigeradas por agua suelen representar la única opción para instalaciones más grandes. El sistema de torre de enfriamiento adicional requerirá gastos de instalación y mantenimiento adicionales en comparación con los enfriadores enfriados por aire.
Enfriadores enfriados por aire:
Los enfriadores enfriados por aire dependen de un condensador enfriado por el aire ambiental. Por lo tanto, los enfriadores refrigerados por aire pueden encontrar una aplicación común en instalaciones pequeñas o medianas donde pueden existir limitaciones de espacio. Un enfriador enfriado por aire puede representar la opción más práctica en escenarios donde el agua representa un recurso escaso.
Un enfriador típico enfriado por aire puede incluir ventiladores de hélice o ciclos de refrigeración mecánicos para llevar aire ambiental sobre un serpentín con aletas para condensar el refrigerante. La condensación del vapor refrigerante en el condensador enfriado por aire permite la transferencia de calor a la atmósfera.
Las enfriadoras enfriadas por aire ofrecen la ventaja significativa de menores costos de instalación. También resulta más sencillo el mantenimiento debido a su relativa simplicidad en comparación con los enfriadores refrigerados por agua. Los enfriadores enfriados por aire ocuparán menos espacio, pero en su mayoría residirán fuera de una instalación. Por lo tanto, los elementos exteriores comprometerán su vida útil funcional.
La naturaleza integral de las enfriadoras refrigeradas por aire reduce los costos de mantenimiento. Su relativa simplicidad junto con los requisitos de espacio reducidos produce grandes ventajas en muchos tipos de instalaciones.
Acciones para aumentar la eficiencia de los sistemas de enfriamiento:
Los costos de los enfriadores consumen una parte sustancial de las facturas de servicios públicos de su edificio . ¿Qué medidas se deben tomar para obtener ahorros de energía mediante la máxima eficiencia del sistema de enfriamiento? Examinemos algunas posibilidades.
Mantenimiento continuo
Los sistemas de enfriadoras funcionarán de manera más eficiente mediante un mantenimiento continuo adecuado. La mayoría de las organizaciones reconocen este valor y han tomado medidas como parte de sus mejores prácticas diarias de gestión de instalaciones. Algunas de las mejores prácticas comunes para los sistemas de enfriadores incluyen:
- Inspeccionar y limpiar las bobinas del condensador. La transferencia de calor tiene un gran efecto en los sistemas de enfriadores y sigue siendo fundamental para producir un funcionamiento eficiente del enfriador. El mantenimiento de rutina debe inspeccionar los serpentines del condensador en busca de obstrucciones y libre paso de aire.
- Mantenga la carga de refrigerante. El cociente de enfriamiento de un enfriador depende de los niveles adecuados de refrigerante en el sistema. Mantener una carga adecuada de refrigerante puede afectar en gran medida la eficiencia energética al reducir los costos de enfriamiento en casi un 5-10%.
- Mantenga el agua del condensador: Los circuitos de agua del condensador que se usan con las torres de enfriamiento deben mantener el flujo de agua adecuado según lo diseñado. Cualquier residuo como arena, sólidos erosivos y materiales contaminantes puede afectar el circuito de agua del condensador. Las incrustaciones o incrustaciones pueden inhibir el flujo de agua y tener un gran impacto en la eficiencia operativa del enfriador.
Mantenimiento predictivo
La inteligencia artificial (IA) continúa avanzando en las aplicaciones prácticas diarias. Maquinaria como los sistemas de enfriamiento se beneficiará de los algoritmos de IA que pueden detectar fallas potenciales antes de que ocurran. El mantenimiento predictivo aprovecha la recopilación y el análisis de los datos operativos del sistema de enfriadoras para determinar cuándo se deben tomar acciones de mantenimiento antes de una falla catastrófica. Como los sistemas de enfriadoras representan el corazón de la mayoría de los sistemas de HVAC modernos, la prevención de fallas catastróficas que producen un «tiempo de inactividad» significativo ahorrará en costos de reparación de emergencia, así como en reputación. El papel crítico que desempeña un sistema de enfriadores justifica un mayor escrutinio. La IA minimizará el tiempo de inactividad y maximizará la productividad.
La Internet de las cosas (IoT) proporciona la herramienta de recopilación de datos que puede habilitar aplicaciones de IA como el mantenimiento predictivo. De hecho, el futuro de HVAC es la IA y la IoT. IoT permite la recopilación de datos en tiempo real de un enfriador para permitir el análisis continuo de su funcionamiento. Los datos granulares de IoT recopilados de un enfriador irán mucho más allá de los obtenidos mediante inspección visual. IoT conecta a los ingenieros de construcción con la visibilidad en tiempo real de los activos críticos de HVAC , lo que permite un seguimiento informado de las condiciones de funcionamiento reales.
Optimización
Las enfriadoras funcionan como parte de un complejo sistema HVAC.Las enfriadoras refrigeradas por agua tienen una mayor complejidad debido a la conexión a un sistema de torre de enfriamiento. Por lo tanto, la evaluación del rendimiento general de la planta enfriadora implicará un análisis del consumo total de energía del compresor, las bombas, los ventiladores de la torre de enfriamiento, etc. para evaluar medidas de eficiencia integrales como kW / ton.
Optimización de la planta enfriadora general debe realizarse de manera integral. Varios ajustes que se centran en los puntos de ajuste óptimos del agua enfriada, la secuenciación del enfriador y el equilibrio de carga, la gestión de la demanda máxima, la gestión del agua de la torre de refrigeración, etc., solo se pueden realizar con datos operativos. IoT puede proporcionar las herramientas para dicha optimización al proporcionar un monitoreo en tiempo real del consumo de energía de cada parte de la planta enfriadora, las temperaturas de suministro / retorno del enfriador y la torre de enfriamiento, las tasas de flujo de agua del circuito de agua del condensador, etc. aplicación práctica en HVAC para facilitar una verdadera optimización.
Conclusión:
La eficiencia operativa de la enfriadora tendrá un gran impacto en los costos operativos de su edificio. El mantenimiento de rutina continuo representa el mínimo desde la perspectiva de la gestión de instalaciones. El mantenimiento predictivo y la optimización del sistema de enfriadoras requieren datos operativos en tiempo real. IoT ha abierto la puerta a nuevas formas de eficiencia de enfriadores.