Teoría de Enfriamiento

Sepa porqué

Aqui encontrará la respuesta a algunas de las preguntas típicas.
Creemos que, a la hora de comprar un equipo o servicio, lo mas importante son las referencias comerciales y el tiempo de existencia en el mercado. Sin embargo, para muchos de nosotros resulta interesante conocer algunas cuestiones, muchas veces crípticas, muchas veces equivocadas, o simplemente desconocidas.

Tecnologías de compresión

Tabla de Contenido

Compresores, ¿Cual es el mejor compresor para un chiller?

Prácticamente, encontrará 3 tecnologías de compresores en el mercado:
1- Herméticos SCROLL (hasta 30 hp)
2- Alternativos semiherméticos (desde 30 hp)
3- TORNILLOS (desde 50 hp)

Es usual conseguir la potencia total necesaria de enfriamiento como una suma o combinación de compresores.
Los herméticos SCROLL son (relativamente) económicos, fáciles de modular y cambiar aunque no tan robustos como los semiherméticos y tornillos. Tienen buena o muy buena eficiencia.
Los alternativos SEMIHERMÉTICOS son extremadamente robustos y posibles de desarmar para reparar.
Los TORNILLOS, como los anteriores, son muy robustos y de gran eficiencia energética auqneu mas delicados a la hora de mantener y reparar.
Los enfriadores de agua mas grandes pueden ser armados con TORNILLOS o MULTISCROLL dependiendo de la política de mantenimiento del usuario.

En TODOCHILLER le podemos indicar, basado en las características de su proceso y su industria, cual es el tipo de compresor que le conviene incluir en su chiller

Teoría de Enfriamiento

Ecología

Refrigerantes, ¿Cual es el mejor?

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Los refrigerantes son sustancias que se diseñan para comportarse evaporando y condensando de acuerdo a lo que se vaya a enfriar (sacar calor).
Asi, si deseamos sacar calor a temperaturas (consideradas altas) de por ej. +5°C y entregarlo al ambiente a temperaturas de +35°C los freones son los refrigerantes correctos.
No asi el amoníaco que no puede condensar a temperaturas tan altas y por ello resulta conveniente conectar a una torre húmeda compacta para posibilitar la condensación a menores temperaturas que la ambiente, sobre todo en verano.

Hay, hoy, muchos refrigerantes que cumplen con los std. ecológicos que se exigen y han sido creados de acuerdo al Protocolo de Montreal subscripto en 1971 para la protección de la capa de ozono.

El refrigerante que durante años se eligio fué el R-22 (monoclorodifluoretano) pero que hoy se ha reemplazado por varios mas amigables respecto del daño al ozono aunque no tanto del efecto invernadero. Un buen ejemplo es el R407c que, con parámetros de operación similares, es menos dañino y opera a presiones tambien parecidas, a diferencia de otros como el R410a que opera a altas presiones en la condensación y no permite la reconversión de enfriadores actuales.

Ofrecemos la reconversión de equipos de R22 a R407c ecológicos.

Controlando al enfriador de agua.

Válvula de expansión. ¿Para que sirve?

Siendo que:
a) todo enfriador de agua es una máquina frigorífica que transfiere calor de la zona de evaporación a la de condensación.
2) que la carga de calor siempre tiene una variabilidad asociada inherente al proceso del que proviene.
3) que el compresor frigorífico impulsa a destajo todo el refrigerante que recibe,
debe implementarse un mecanismo de control de caudal de refrigerante.

La cantidad de calor que se transfiere esta dado por la evaporación y condensación del mayor o menor caudal másico de refrigerante.

La Válvula de expansión es la -única- parte del enfriador que controla ese caudal.

El método de control implícito en la válvula, consiste en mantener la diferencia entre la temperatura de evaporación del refrigerante y la temperatura a la que sale del evaporador como vapor sobrecalentado. Esta diferencia es lo que se conoce como SOBRECALENTAMIENTO y se mide, como toda diferencia de temp., en °K. Dependiendo de varios factores, es común encontrar valores de 8°K para esta variable. Cuando aumenta la carga de calor, la válvula sensará un despegue de la temperatura del vapor sobrecalentado respecto de la temp. de evaporación. En ese momento abrirá más para que circule mayor caudal de refrigerante consiguiendo mayor evaporación y por lo tanto mayor enfriamiento para compensar el nuevo estado de calor.

 

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Hablemos con propiedad

GAS. ¡Ningún enfriador de agua trabaja con gas!

Teoría de Enfriamiento

Los Enfriadores de Agua operan en base al ciclo de Carnot y por lo tanto necesitan de una substancia (el refrigerante) que se evapore y condense constantemente en circuito cerrado.

Los gases son estados de las sustancias caracterizados por encontrarse por sobre el punto crítico y, consecuentemente, no pueden cambiar de estado por compresión/expansión isotérmica como es necesario en el evaporador del enfriador, efecto produciddo por la válvula de expansión. Asi, el refrigerante de un ciclo de Carnot puede ser un líquido, un vapor sobrecalentado o una mezcla de ambos, pero NUNCA UN GAS ya que, diréctamente, no podría existir un Ciclo de Carnot operando con un gas.
Asi, para no equivocarse, sugerimos hablar de “el refrigerante”

La escencia del problema

Alta temperatura, inadmisible para su proceso.

Su proceso eleva la temperatura a valores demasiado altos.
Esa temperatura es un indicador del nivel de energía contenido en forma de calor.
Esto ocurre porque el proceso recibe energía pero la acumula en lugar de dejarla ir.
Esa energía puede provenir del exterior del proceso, como en el caso de energía eléctrica para plastificación, energía eléctrica/mecánica molienda, fricción de tornillos, muelas, etc., o del interior del proceso, como en el caso de biológicos, reacciones exotérmicas, etc.
Para mantener la temperatura en los valores deseados hay que remover la energía recibida.
La única manera que existe de sacar el calor es poniéndo al proceso en contacto con una sustancia (llamada fuente de calor) a menor temperatura.
Agua fría es un excelente medio para recibir y transportar calor ya que es fácilmente “conductible” y existe, casi gratis, en grandes cantidades.
Cuando el agua se pone en contacto con el proceso a mayor temperatura, se produce un pasaje de calor del proceso al agua que se observa en la suba de temp. de esta última.
Para mantener un circuito cerrado es decir, sin tirar el agua, el agua, ahora calentada, “debe sacarse de encima” el calor recibido. Eso lo hace, transfiriéndolo al refrigerante del chiller (el Freón) que también esta a menor temperatura. Tenga en cuenta el lector que la única forma de transferencia de calor en los términos que aqui lo hacemos (conducción-convección) es cuando existe diferencias de temperaturas entre las fuentes de calor en contacto.
El refrigerante, a su vez, se pone en contacto con el ambiente, a menor temperatura en la zona de condensación del chiller, transfiriéndolo finalmente al ambiente.
Como se ve, todas las transferencias de energía (calor) son siempre por contacto con zonas de menor temperatura. El calor, “sin que nadie lo obligue”, pasa de un lado a otro hasta llegar al ambiente.

Finalmente

¿Que es un Enfriador de Agua o Chiller?

Un Enfriador de Agua (o Chiller) es una máquina que opera con un ciclo de Carnot y, por lo tanto,  permite transferir (mover) calor (energía) de un proceso al ambiente y para lo cual se vale de agua como medio de transferencia. Es una máquina de refrigeración.
Desde el punto de vista de la energía, el agua podría ser reemplazada por dulce de leche o mermelada de ciruelas. solo que, como agua, es más fácil de operar.  Desde un punto de vista energético es indiferente, queriendo decir que el medio de transferencia no modifica la cantidad de calor transferida en la máquina que no sea por consideraciones mecánicas marginales (ej. bomba adecuada o no, viscosidad elevada).

El Chiller enfría agua y esta, al ponerse en contacto con el proceso, reduce o mantiene su temperatura.
Es una máquina que opera automáticamente y por lo tanto, permite mantener la temperatura del proceso en un valor deseado y fijo todo el tiempo.El Chiller es un sistema completo de refrigeración que incluye un compresor, un condensador, evaporador, válvula de expansión, refrigerante y tuberías, además de bomba de impulsión de agua a/desde el proceso, sistema electrónico de control del sistema, depósito de agua, gabinete y accesorios.

Distintos procesos requieren alimentarse con agua a distintas temperaturas, caudales y presiones. El agua se puede enfriar a temperaturas de +25°C a -25°C, aunque desde +5°C hacia abajo, con anticongelante.

Manzanas con manzanas

CESP. Capacidad Específica de Transferencia Promedio

Teoría de Enfriamiento

La cantidad de calor que un enfriador de agua (el mismo) puede transferir es variable y depende escencialmente de dos factores:
a) la temperatura del agua de salida y
b) la temperatura ambiente.
Si consideramos una temperatura fija, en el ambiente, digamos 30°C, podemos graficar que ocurre con la cantidad de calor que transfiere un chiller de 1 hp y por lo tanto tendremos la Capacidad de Transferencia Específica (@ 1 hp). Si consideramos los valores para las configuraciones de enfriadores mas comunes, tendremos los valores Promedio. Esto es, el CESP

En general, cuanto mayor sea la temperatura ambiente y menor la temperatura del agua deseada, menor será la capacidad de transferencia. El gráfico muestra, fijada la temperatura ambiente, como varía la capacidad con la temperatura del agua.
Note la diferencia de transferencia del mismo enfriador, transfiriendo @ 5°C (1,723 kcal/h/hp) respecto de @20°C (2,850 kcal/h/hp)–> algo menos del doble.
Por lo anterior, cada vez que indique cuanto calor debe transferir, debe especificar cláramente a que temperatura de agua efectuará esa transferencia o, simplemente, a que temperatura desea el agua “fría”.

Seamos prácticos.

Eficiencia de un Enfriador de Agua

Como la medida de cualquier eficiencia, es necesario conocer “la cantidad” del resultado del proceso en relación a “la cantidad” del alimento que ha requerido para conseguir el objetivo. En este caso, el Rendimiento es el cociente de Resultado/Energía entrada.
Siendo el Resultado = la cantidad de Calor removido del proceso y la Energía de entrada = la energía eléctrica tomada del sistema eléctrico por el Enfriador.
Ambas se deben medir en la misma unidad.
Es usual conseguir valores de Rendimiento de 3 a 4. Considere que este valor es debido a que no se esta creando energía sino mas bien, moviéndola, lo que permite obtener este Rendimiento >1. En refrigeración, a este Rendimiento se lo conoce como el Coefficient of Performance o COP.

COP = Q transferido / W entrada

El dimensionamiento correcto de los componentes del Enfriador de Agua permitirán alcanzar un valor aceptable en el COP. Fijado el tamaño del compresor frigorífico, tanto el evaporador como el condensador, son las partes claves que permiten maximizarlo.
Sin embargo,  conociendo el contexto en el que la Industria Argentina se desarrolla, entendemos que aun cuando la eficiencia es importante, mas lo es la efectividad de funcionamiento. ¿De que sirve un aparato que rinda el 100% si no consigue el repuesto o la mano de obra para repararlo?

¿Son todas iguales? ¿De que depende su elección?

Máquinas para enfriar - Alternativas

Su proceso necesita enfriarse. En rigor, lo que necesita es perder calor, para lo cual, debe ponerlo en contacto con una substancia a menor temperatura. Ahora bien, puede hacerlo de dos formas, en circuito abierto (ej. tomando agua de un rio y devolviéndola una vez que recibió el calor) o en circuito cerrado (regenerando el estado inicial del agua, conservándola). Esta explicación será sobre la alternativa de circuito cerrado. 

Las transferencias de calor, en este contexto industrial, pueden efectuarse por medios PASIVOS o ACTIVOS. ?Que significa esto?. El calor pasa naturalmente de una fuente de calor de mayor temperatura a una de menor temperatura, tal como el calor de una pava con agua caliente, al aire para, finalmente, terminar a la temperatura del aire. Para esto no es necesario ningún mecanismo especial. El solo contacto permite la transferencia.

?Pero que ocurre si quiero sacar calor de una fuente de calor de menor temperatura para enviarla a otra de mayor temperatura?. Tal el caso de la heladera, un acondicionador de aire o un Enfriador de Agua. En ese caso estaré en problemas si quiero que eso ocurra por si solo. Análogamente, es como querer que la manzana, una vez en el suelo, vuelva a la rama de donde se cayó.

Tómese un momento y siga el video. Alli podrá ver una explicación sencilla de que máquina necesita.