La recuperación de calor de las
enfriadoras puede ser usada para calentar edificios, agua caliente doméstica, o
una amplia variedad de aplicaciones térmicas. Dos tipos de recuperadores de
calor pueden ser aplicados a las enfriadoras; un condensador atemperador
colocado inmediatamente en la descarga del compresor y en serie con el
condensador, y condensadores en paralelo llamados condensadores de doble haz.
Los condensadores usados para calentar agua caliente potable tienen un tubo
doble venteado tal que cualquier pérdida de refrigerante puede no contaminar el
circuito de agua doméstica. La economía de la aplicación de los condensadores
de recuperación de calor debe considerar el perfil de carga de la fuente que va
a calentarse.
Los condensadores atemperadores
generalmente se aplican a las enfriadoras recíprocas, particularmente máquinas
enfriadas por aire. Estos condensadores aproximadamente recuperan el 30 % de la
capacidad de rechazo de calor de la enfriadora y pueden a menudo calentar agua
hasta 140 ºF dependiendo de la carga y las temperaturas de condensación. Los atemperadores
pueden ligeramente mejorar las eficiencias de las enfriadoras. Como estos
condensadores se localizan en serie con el condensador principal de la unidad,
deben diseñarse para bajas caídas de presión del refrigerante.
Los condensadores de doble haz se
aplican usualmente a enfriadoras centrífugas y pueden recuperar la capacidad de
rechazo de calor de la máquina. Un condensador de doble haz se divide
típicamente en dos haces de tubos separados, o dos condensadores separados, con
el agua caliente a un lado y el agua fría a otro. El calor es primero rechazado
para calentar el haz y cuando el requerimiento de calor decrece, el calor extra
es rechazado a la torre de enfriamiento.
Eficiencia de una enfriadora
En las condiciones de diseño pico
la eficiencia de las enfriadoras de agua se denominan “coeficiente de
rendimiento” o COP. El COP es la relación de la tasa de retirada de calor
respecto a la tasa de energía en un unidades consistentes para un sistema de
refrigeración completo o algunas porciones específicas de este sistema bajo
condiciones de operación designadas. La fórmula para COP es:
Cuanto más alto es el número,
mayor es la eficiencia energética de la máquina.
Los parámetros de eficiencia
establecidos por ARI (American Refrigeration Institute) son los siguientes:
Temperatura de
agua fría de salida
|
44 ºF
|
Caudal de agua del
evaporador
|
2,4 gpm/ton
|
Temperatura del
agua a la entrada del condensador
|
85 ºF
|
Caudal de agua del
condensador (eléctrico)
|
3 gpm/ton
|
Caudal de agua del
condensador (absorbedor)
|
3,6 gpm/ton (etapa
simple)
4,5 gpm/ton (dos
etapas)
|
Aire ambiente
(enfriado por aire)
|
95 ºF
|
Factor de
ensuciamiento (Fouling)
|
0,00010 h-ft2-F/Btu
(Evaporador)
0,00025 h-ft2-F/Btu
(Condensador)
|
Otro ratio de eficiencia
energética útil es el valor de carga parcil integrado o IPLV. El IPLV es una
cifra de un solo número basada en el COP de carga parcial o kW/ton. La
eficiencia de carga parcial del equipo se basa en la operación ponderada en
varias capacidades de carga para el equipo.
El COP del equipo es derivado de
cargas del 100 %, 75 %, 50 % y 25 % (con consideraciones para alivio de agua
del condensador) y se basa en el porcentaje ponderado de horas operacionales
(asumido) en cada condición.
El valor de carga parcial no
estándar o NPLV es otro ratio de eficiencia energética útil. Esto se usa para
personalizar el IPLV cuando cambia algún valor en el cálculo de IPLV, tal como
usar 42 ºF dejando agua fría en lugar de 44 ºF, o modificando el número de
horas en cada carga.
Si bien IPLV y NPLV son
indicadores de rendimiento de energía útiles para enfriadoras individuales,
recientes datos ARI muestran que un 80 % de todas las enfriadoras están
instaladas en plantas de enfriadoras múltiples. Las enfriadoras individuales
operando en plantas de enfriamiento múltiples pueden estar profundamente
cargadas en relación a enfriadoras simples dentro de los sistemas de
enfriadoras simples. Cuando evaluamos una planta de enfriamiento múltiple, debe
usarse un análisis exhaustivo para predecir el rendimiento del sistema de agua
fría. Cuando evaluamos una planta enfriadora múltiple, debe realizarse un
análisis para predecir el rendimiento del sistema de agua.
Enfriadoras recíprocas y scroll
Estas enfriadoras se usan en
rangos que van de 50 a 230 tons, aunque están disponibles en tamaños mucho más
grandes (400 ton y más). Más frecuentemente el diseño del compresor es de
compresores semiherméticos. Aunque algunos fabricantes aún ofrecen compresores
recíprocos, los scroll han tomado ampliamente este mercado. La modulación de la
capacidad se alcanza a través de compresores múltiples que están agrupados en
paralelo en varios circuitos. Esto crea alguna redundancia por si un compresor
falla. Como máquinas de desplazamiento positivo, retienen casi toda la capacidad
de enfriamiento incluso cuando operan en condiciones por encima de las
condiciones de diseño, y son, por lo tanto, muy convenientes para aplicaciones
refrigeradas por aire. Por el mismo motivo, también son convenientes para su
uso como máquinas de recuperación de calor. Por el mismo motivo, también son
convenientes para su uso como máquinas de recuperación de calor. El control se
alcanza por descargadores por pasos y compresores cíclicos on/off, lo cual
crean una curva de rendimiento parcial agitado. Las enfriadoras recíprocas y
scroll tienden a ser máquinas con primer coste bajo.
Enfriadoras de tornillo rotatorio
Las enfriadoras de tornillo
rotatorio son máquinas de desplazamiento positivo. Como las máquinas recíprocas
y scroll, son particularmente convenientes como enfriadoras de aire frío pero
son populares en configuraciones tanto de aire como de agua fría.
Esto proporciona ventajas de
eficiencia adicional durante la carga parcial y permiten descargas por debajo
de 10 %. Las enfriadoras de tornillo son inherentemente más eficientes que los
compresores scroll debido a que incorporan economizadores de refrigerante.
Tienen muy pocas partes móviles y tienen fuerzas equilibradas en los
rodamientos principales. Como resultado de ello estas máquinas son muy fiables.
Las máquinas de tornillo tradicionalmente se controlan con una válvula de
distribución y son completamente modulantes.
Las enfriadoras de tornillo
tienden a ser más competitivas en el rango de 100 a 300 toneladas aunque están
disponibles en un amplio rango de capacidades. En capacidades bajas no pueden
competir con las enfriadoras scroll y en las centrífugas de alta capacidad
tienden a ser más efectivas en costes. Las enfriadoras centrífugas son también
más eficientes.
No hay ventajas de diseño
práctico de los tornillos gemelos respecto a los simples excepto en que los tornillos simples pueden ser ligeramente
más silenciosos. Las máquinas tienen una excelente capacidad de limpieza.
Algunas enfriadoras incorporan múltiples compresores.
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