¿Cómo mejora una enfriadora enfriada por aire la eficiencia de enfriamiento? Una guía práctica

Considere un gerente de planta que debe agregar refrigeración al proceso para una nueva línea de moldeo por inyección. El edificio no tiene torre de enfriamiento, la autoridad del agua cobra mucho por el agua de reposición y el mantenimiento ya está al límite, limpiando filtros y dosificando productos químicos en un sistema existente enfriado por agua. La respuesta directa es simple: un enfriador enfriado por aire elimina por completo el sistema de rechazo de calor del lado del agua. En lugar de empujar el calor del refrigerante a un circuito de agua y luego a una torre de enfriamiento, rechaza el calor directamente al aire exterior. Ese cambio estructural reduce la carga eléctrica total, acorta la lista de mantenimiento y, a menudo, produce costos operativos más bajos que una planta enfriada por agua que hace funcionar bombas y ventiladores de torre las 24 horas del día.

Qué se debe medir como eficiencia de enfriamiento

Antes de comparar diseños, es útil definir qué significa eficiencia en un contexto de refrigeración industrial. La cifra a nivel de máquina es el índice de eficiencia energética (EER), que es la potencia de refrigeración útil en kilovatios dividida por la entrada del compresor y los controles en una condición ambiental determinada. La cifra a nivel del sistema suma la potencia del ventilador del condensador y cualquier equipo del lado del agua a la misma ecuación. Una enfriadora con un COP impresionante a plena carga puede seguir siendo una instalación ineficiente si obliga a una bomba de agua de velocidad fija y a un ventilador de la torre de enfriamiento a funcionar durante 8.000 horas al año. La forma justa de comparar las opciones enfriadas por aire y por agua es calcular la energía total del sitio para el perfil de carga esperado, no solo la clasificación nominal del compresor.

De dónde proviene realmente el aumento de la eficiencia

Un paso de rechazo de calor en lugar de dos

Los sistemas enfriados por agua rechazan el calor en dos etapas. El condensador transfiere calor del refrigerante al agua del condensador, y luego una torre de enfriamiento rechaza el calor de ese agua a la atmósfera. Cada etapa consume energía: la bomba de agua del condensador debe superar la fricción de las tuberías y la altura de la torre, mientras que el ventilador de la torre mueve un gran volumen de aire. Un enfriador enfriado por aire comprime el proceso en una sola etapa. El gas refrigerante caliente ingresa a un condensador enfriado por aire, los ventiladores aspiran aire ambiente a través del serpentín y el calor sale directamente del sistema. Sin el circuito de agua, también desaparecen la bomba, el ventilador de la torre, la válvula de agua de reposición y el equipo de dosificación de productos químicos.

El circuito del agua que ya no existe

El efecto práctico se refleja en la factura de la luz. Un circuito de agua del condensador no puede funcionar libremente. Una instalación típica que atiende una carga de refrigeración de 300 kW incluye una bomba de condensador en el rango de 5 a 10 kW y un ventilador de torre de tamaño similar. Juntos, esos auxiliares pueden agregar entre un 10 y un 20 por ciento al consumo de energía del compresor durante una temporada de enfriamiento. El mismo enfriador con un condensador enfriado por aire reemplaza todo eso con ventiladores de condensador que consumen energía significativa solo cuando la temperatura ambiente y la presión de cabeza lo requieren. Incluso cuando las dos máquinas tienen un COP de carga completa similar, la solución enfriada por aire frecuentemente registra un menor consumo total del sitio.

Equipamiento de carga parcial que ahorra energía durante todo el año

Las cargas de producción cambian según el turno, la temporada y la combinación de productos, y un circuito de agua fijo no cambia con ellas. Por eso el desperdicio de energía se acumula fuera de las condiciones punta. Los enfriadores enfriados por aire se pueden construir con múltiples circuitos de refrigerante, compresores por etapas y ventiladores de velocidad variable. Cuando la carga de calor del proceso cae, el sistema de control apaga un circuito, descarga un compresor o desacelera los ventiladores para mantener la presión de condensación. Esta respuesta por etapas evita ciclos cortos y mantiene estable la temperatura del suministro de agua enfriada, que es exactamente lo que les importa a los ingenieros de procesos.

Enfriado por aire versus enfriado por agua: una comparación honesta

La elección no se trata de qué tecnología es mejor en abstracto; se trata de cuál se adapta al sitio. La siguiente tabla resume las diferencias relacionadas con la eficiencia que deberían impulsar la decisión.

Cuando un sistema refrigerado por agua todavía tiene sentido

Los enfriadores enfriados por agua se ganan la vida en plantas grandes donde la carga de enfriamiento es pesada y continua, donde ya existe una torre y donde las altas temperaturas ambientales del verano reducen el rendimiento de un condensador enfriado por aire. En esas condiciones, el compresor puede consumir unos pocos puntos porcentuales menos de energía, lo que puede amortizar el equipo del lado del agua. La decisión cambia rápidamente si la calidad del agua es mala, la torre es de tamaño insuficiente o el circuito de agua sigue funcionando mientras el enfriador está inactivo. Un sistema enfriado por aire no tiene pérdidas ocultas equivalentes.

Factores del mundo real que deciden si los ahorros se materializan

Temperatura ambiente de diseño

Los condensadores enfriados por aire normalmente están clasificados para una condición ambiente exterior de 35 °C en referencias comunes de la industria, como AHRI 550/590. Muchas regiones industriales registran picos estivales superiores a los 38°C. Debido a que el condensador enfriado por aire rechaza el calor contra esa temperatura del aire, el compresor trabaja más y la capacidad cae en el momento en que el proceso más la necesita. Una selección responsable especifica la capacidad requerida a la temperatura de diseño local de verano y agrega un pequeño margen para la contaminación del serpentín. Esta es la causa más común de instalaciones refrigeradas por aire de tamaño insuficiente.

Estado y ubicación del serpentín del condensador

El aire que no se mueve a través del serpentín no puede eliminar el calor. El polvo, la pelusa, el polen y los gases de escape de los equipos de secado cercanos cubren las aletas y aumentan la presión de condensación. Las bobinas con mayor espacio entre aletas y revestimientos resistentes a la corrosión valen el costo adicional en entornos costeros o industriales. La ubicación es igualmente importante. Una entrada de condensador ubicada cerca de una pared, o en un patio donde recircula el aire caliente de descarga, ve un aumento en la temperatura del aire entrante, y cada grado adicional de temperatura del aire entrante reduce tanto la eficiencia como la capacidad.

Tecnología de compresores para el rango de potencia

Los enfriadores más pequeños generalmente usan compresores scroll porque toleran los ciclos y manejan bien cargas variables. Por encima de aproximadamente 150 a 200 kW de refrigeración, los compresores de tornillo se convierten en la mejor opción porque funcionan continuamente durante períodos prolongados, ofrecen control de capacidad de múltiples pasos o continuo y mantienen una alta eficiencia bajo carga constante. Para una planta que utiliza moldeo por inyección, reactores químicos o fuentes láser, la opción práctica suele ser una enfriador de tornillo enfriado por aire con compresores simples o dobles . Los compradores que quieran comprender los límites entre los tipos de máquinas pueden leer nuestra comparación de una enfriador de tornillo enfriado por aire versus enfriador centrífugo .

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Donde los enfriadores enfriados por aire ofrecen el mayor rendimiento

Las ventajas de eficiencia de los diseños refrigerados por aire se convierten en ahorros reales en condiciones específicas del sitio:

• Sitios sin torre de enfriamiento, sin espacio para una, o una autoridad de agua que restringe la purga y el agua de reposición.
• Plantas donde el tiempo de inactividad del tratamiento de agua interrumpe la producción; Los sistemas enfriados por aire no tienen relleno de torre, ni dosificación de productos químicos ni monitoreo de la calidad del agua.
• Instalaciones al aire libre o en la azotea donde el condensador tiene un flujo de aire sin obstrucciones y las líneas de agua enfriada van directamente al área de proceso.
• Procesos que necesitan un suministro de agua por debajo de las temperaturas estándar de enfriamiento confortable y que, de lo contrario, requerirían una disposición elaborada en el lado del agua.

Para procesos que necesitan temperaturas de suministro más bajas, un enfriador criogénico enfriado por aire a temperatura ambiente extiende el mismo rechazo de calor de una sola etapa a puntos de ajuste más bajos sin agregar un circuito de agua separado. Cuando el espacio es limitado, un enfriador de caja compacto enfriado por aire Empaqueta el compresor, el evaporador y el condensador en un solo marco, lo que acorta el tiempo de instalación y reduce las conexiones externas que un contratista tiene que realizar en el sitio.

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Las plantas que necesitan varios cientos de kilovatios de enfriamiento de procesos confiable deben examinar la gama completa de enfriadores industriales , incluidos paquetes tipo tornillo para servicio continuo.

Una lista de verificación de selección para compradores centrados en la eficiencia

Utilice estas seis comprobaciones al comparar cotizaciones. Separan una máquina que funciona en el campo de una que sólo funciona en papel.

1. Verifique la capacidad de enfriamiento a la temperatura ambiente de diseño de verano local, no al punto de clasificación del catálogo.
2. Compare EER e IPLV; el valor de carga parcial integrado es el mejor predictor del uso anual de energía.
3. Cuente los circuitos frigoríficos y los pasos del compresor; más pasos significan un control más preciso de la carga parcial.
4. Verifique el tipo de ventilador del condensador; Los ventiladores EC con control de velocidad basado en la presión ahorran energía en climas fríos.
5. Inspeccione la disposición física, incluido el espacio libre del serpentín, el acceso de servicio y una posición que mantenga el aire de descarga caliente alejado de la entrada.
6. Confirme el rango de temperatura del agua enfriada requerido con el fabricante antes de cotizar, porque las tareas de baja temperatura cambian la selección del compresor y el tamaño del evaporador.

Para obtener una visión más amplia de cómo interactúan las cargas de refrigeración y las condiciones del sitio en todas las industrias, lea nuestra guía sobre cómo Elija unidades enfriadoras industriales para diferentes aplicaciones de refrigeración industrial .

La conclusión

Un enfriador enfriado por aire mejora la eficiencia de enfriamiento por una razón práctica: elimina el circuito de agua con sus bombas, ventiladores, agua de reposición y tratamiento químico, y rechaza el calor directamente al aire ambiente. Además de ese ahorro estructural, los compresores por etapas y los ventiladores de velocidad variable permiten que la máquina siga la carga del proceso en lugar de realizar ciclos contra un circuito de agua fijo. Las variables restantes, la temperatura local del verano, la limpieza del serpentín y una evaluación realista de la carga parcial, determinan cuánto de ese beneficio aparece en la factura mensual de electricidad.

Inicie la selección con la capacidad requerida y el perfil ambiental real del sitio. A partir de ahí, la decisión consiste principalmente en hacer coincidir la configuración correcta del compresor y del condensador con el proceso.