Optimizador de Eficiencia Energética para Chillers de Aire Acondicionado enfriados por agua

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  ¿Qué es un chiller? Un Chiller (o enfriador de agua) es un aparato industrial que produce agua fríapara el enfriamiento de procesos industriales. La idea consiste en extraer el calorgenerado en un proceso por contacto con agua a una temperatura menor a la queel proceso finalmente debe quedar. Así, el proceso cede calor bajando sutemperatura y el agua, durante el paso por el proceso, la eleva. El agua ahora caliente retorna al chiller adonde nuevamente se reduce su temperatura para serenviada nu
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  ¿Qué es un chiller?Un Chiller (o enfriador de agua) es un aparato industrial que produce agua fríapara el enfriamiento de procesosindustriales. La idea consiste en extraer el calorgenerado en un proceso por contacto con agua a una temperaturamenor a la queel proceso finalmente debe quedar. Así, el proceso cede calor bajando sutemperatura y el agua,durante el paso por el proceso, la eleva. El agua ahora caliente retorna al chiller adonde nuevamente se reduce sutemperatura para serenviada nuevamente al proceso.Un chiller es un sistema completo de refrigeración que incluyeun compresor, uncondensador, evaporador, válvula de expansión (evaporación), refrigerante ytuberías, además debomba de impulsión de agua a/desde el proceso, sistemaelectrónico de control del sistema, depósito de agua,gabinete, etc.Distintos procesos requieren alimentarse con distintos caudales, presiones ytemperaturas de agua. Elagua se puede enfriar a temperaturas finales quealcanzan los 20°C o inclusive temperaturas negativas con la adicióndeanticongelantes, como por ejemplo -20°C (20°C bajo cero).Como funciona un CHILLER:Un chiller es unrefrigerador de líquido, que como en un sistema de expansióndirecta, mediante el intercambio térmico o biencalienta o enfría.El Chiller como característica principal tiene:-Mantener el líquido refrigerado cuando funciona enfunción frío.-Mantener el líquido calentado en función bomba de calor. Rendimiento Existen 2 mediciones de rendimiento de un chiller:a) El relacionado con el hecho físico de transferencia de calor yque solo dependede la naturaleza de forma que fijada una temperatura de condensación (la queel refrigerante enestado de vapor se transforma en líquido y que esta dada porla temperatura del aire ambiente), resulta necesarioaumentar la potencia decompresión para obtener temperaturas mas bajas en el agua, o dicho de otramanera y envirtud de que un chiller tiene un compresor cuya potencia no esprácticamente modificable, a medida que esnecesario menores temperaturasde agua, menor será la capacidad de transferencia de la unidad. Este valorescalculable en forma teórica, es el máximo transferible y sirve como referencia.No obstante, el diagrama que sigueincluye las ineficiencias propias de loscompresores de mejor rendimiento.b)El relacionado con la calidad o de la construcción o su tecnología, que esIndependientemente de a). En estesentido se ha definido el COP o Coeficienteof Performance como el cociente de la energía que el chiller puedetransferir vsla energía que recibe el compresor para poder conseguir el objetivo. Es usualencontrar valores entre 3.5a 4.Chiller como climatizador:El chiller como las unidades de expansión directa se coloca en el exteriordeledificio.En el interior del edificio se colocará la unidades termo-ventiladas denominadasFAN-COIL que son similares a las unidades interiores de un sistema de expansióndirecta.Las únicas conexionesentre la unidad interna y la unidad externa es un circuitohidráulico común cerrando un circuito.El líquido tratado enla unidad exterior enfriado o calentado y circulará impulsadapor la bomba incluida en el sistema hidrómico, portodas las unidades FAN-COIL.Finalmente el FAN-COIL utiliza el agua que circula por él, enviando elresultantedel intercambio térmico (Aire frío o aire caliente), mediante un ventilador alambiente según las demandasde confort del usuario.Atención: Igual que un sistema de expansión directa convencional se debe teneren cuentaque produce condensados debido al diferencial de temperatura.El Chiller como unidad más versátil que una unidadde climatización convencional:1. Versatilidad en el número de unidades internas: En un climatizador deexpansióndirecta convencional la unidad exterior debe ser conectada con launidad interior para la que ha sido diseñada.Encambio el Chiller puede ser conectado con un número indefinido de unidadesinternas (FAN-COIL), siempre ycuando recordando que la potencia total de todaslas unidades multiplicadas por un factor constante no sea superior ala potenciatotal de la unidad externa. Dicho factor determina cuantas unidades FAN-COILpuedes funcionarsimultáneamente a la condición mas extrema sin bajar laeficiencia de la instalación.2. Versatilidad en el tipo deunidades internas: En un climatizador de expansióndirecta la interconexión eléctrica entre la unidad interior yexterior esimprescindible.Cada unidad externa corresponde a una unidad interna en los sistemas de unaunidadinterior y una exterior. En los s istemas 2x1, 3x1, 4x1… ocurre lo mismo.Con un sistema Chiller se puede conectar   muchas unidades internas de diversotipo, unidades Suelo- techo, Cassette, Conductos, Murales…Fase de funcionamiento de unidades tipo Split (Expansión directa):Entre la unidad interna y externa existe una conexiónfrigorífica y unainterconexión eléctrica y en consecuencia se realiza un ciclo frigorífico comotodosconocemosCompresión del refrigerante-Condensación (Baja la presión y disminuye latemperatura. DelRefrigerante)- El refrigerante pasa de estado gas a líquido-Elrefrigerante se expansiona y baja su presión y al finaldel capilar su temperatura.-Evaporación el refrigerante-Pasa de estado líquido a gas-Aspiración el compresorabsorbe el gas y comienza elciclo.Fase de funcionamiento del Chiller:Entre la unidad interior y exterior no existe conexión frigorífica solohidráulica ytampoco una interconexión eléctrica entre las dos unidades.El Chiller interiormente funciona como unaunidad de expansión directa, pero elrefrigerante enfriado o calentado en los dos ciclos frigoríficos se hace circularporun intercambiador por el cual circula paralelamente por otro tubo y en sentidoinverso o, en el mismo sentidodependiendo de las necesidades agua.Por el fenómeno que todos conocemos, se realizará un intercambio deenergía delcuerpo más caliente al más frío.Diferencia entre el sistema Split y el sistema Chiller:Si una o másunidades internas FAN-COIL, están en funcionamiento puede serque la unidad exterior este parada. Porque Launid interna aprovecha el aguacaliente o fría que hace recircular la bomba de agua delsistema Chiller para calentar oenfriar el ambiente.El sistema Chiller mantiene constante la temperatura del agua en circulación y sihay cualquiercambio de temperatura en esta por enzima p por debajo del SETPOINT por diferencial de temperatura aumenta obaja la temperatura del agua.Funcionamiento de un refrigerador de líquido Chiller para el acondicionamientodeambientes:Tradicionalmente el climatizador de expansión directa es un sistema aire-aire,porque la unidadexterior (Condensadora) aprovecha la circulación de aire paracondensar el gas caliente, y el aire también esaprovechado por la unidad interna(Evaporador) para el cambio de estado (Ambos en función frio).El principio defuncionamiento de una unidad Chiller viene a ser parecido al delaire-aire, pero utiliza también el agua para elcambio de estado se podría definircomo una unidad agua-aire.El agua se hace circular de manera forzada sobre unintercambiador detemperatura en el cual se realiza el cambio de estado utilizando el factor agua y noel factor airepara este.El agua que sale del intercambiador circula por el circuito hidráulico a cada uno delos FAN-COIL a unacierta temperatura modificando así la temperatura ambiente ala cual afecta dicho FAN-COIL, y vuelve alintercambiador para rectificar sutemperatura de nuevo. Produciéndose un nuevo intercambio de temperatura entreel agua y el refrigerante para ser de nuevo distribuido por todas las unidades FAN-COIL.En conclusión:Un Chilleres como un climatizador convencional de expansión directa pero:-Condensador y evaporador están juntos en lamisma máquina.-El evaporador no enfría el agua del ambiente sino que enfría el agua queproviene de circular porlas unidades internas FAN-COIL para climatizar elambiente.Características constructivas:Compresión delrefrigerante-Condensación (Baja la presión y disminuye la temp.Del Refrigerante)- El refrigerante pasa de estadogas a líquido-El refrigerante seexpansiona y baja su presión y al final del capilar su temp. -Evaporaciónelrefrigerante-Pasa de estado líquido a gas-Aspiración el compresor absorbe el gasy comienza el cicloFase defuncionamiento del Chiller:Entre la unidad interior y exterior no existe conexión frigorífica solo hidráulicaytampoco una interconexión eléctrica entre las dos unidades.El Chiller interiormente funciona como una unidad deexpansión directa, pero elrefrigerante enfriado o calentado en los dos ciclos frigoríficos se hace circular porunintercambiador por el cual circula paralelamente por otro tubo y en sentidoinverso o, en el mismo sentidodependiendo de las necesidades agua.Por el fenómeno que todos conocemos, se realizará un intercambio deenergía delcuerpo más caliente al más frío.Diferencia entre el sistema Split y el sistema Chiller:Si una o másunidades internas FAN-COIL, están en funcionamiento puede serque la unidad exterior este parada.Por quéLa unidinterna aprovecha el agua caliente o fría que hace recircular la bomba deagua del sistema Chiller para calentar oenfriar el ambiente.El sistema Chiller mantiene constante la temperatura del agua en circulación y sihay cualquier cambio detemperatura en esta por enzima p por debajo del SETPOINT por diferencial de temperatura aumenta o baja latemperatura del agua.Funcionamiento de un refrigerador de líquido Chiller para el acondicionamientodeambientes:Tradicionalmente el climatizador de expansión directa es un sistema aire-aire,porque la unidadexterior (Condensadora) aprovecha la circulación de aire paracondensar el gas caliente, y el aire también esaprovechado por la unidad interna(Evaporador) para el cambio de estado (Ambos en función frio).El principio defuncionamiento de una unidad Chiller viene a ser parecido al delaire-aire, pero utiliza también el agua para elcambio de estado se podría definircomo una unidad agua-aire.El agua se hace circular de manera forzada sobre unintercambiador detemperatura en el cual se realiza el cambio de estado utilizando el factor agua y noel factor aire  para este.El agua que sale del intercambiador circula por el circuito hidráulico a cada uno delos FAN-COIL a unacierta temperatura modificando así la temperatura ambiente ala cual afecta dicho FAN-COIL, y vuelve alintercambiador para rectificar sutemperatura de nuevo.Produciéndose un nuevo intercambio de temperatura entre elagua y elrefrigerante para ser de nuevo distribuido por todas las unidades FAN-COIL.En conclusión:Un Chiller escomo un climatizador convencional de expansión directa pero:-Condensador y evaporador están juntos en lamisma máquina.-El evaporador no enfría el agua del ambiente sino que enfría el agua queproviene de circular porlas unidades internas FAN-COIL para climatizar elambiente.Características constructivas:Los CHILLERS sepresentan en diferentes tamaños y formas, dependiendo delfabricante, con capacidades que van de una a variasToneladas de Refrigeración(TR). Se emplean diferentes tipos de compresores de refrigeración como puedenser del tipo semihermético, hermético o de tornillo. Los evaporadores suelen serdel tipo casco y tubo aunquepueden ser también de placas, todo dependerá de laaplicación. Los condensadores de los CHILLERS suelen serenfriados por aireaunque puede haber enfriados por agua.ENFRIADOR DE AGUA (CHILLER)A la pregunta¿Qué e s un “chiller”?, buscando en un diccionario Ingles - Españolencontraremos que su traducción es “enfriador”, por lo que definiremos un “chiller”como un equipo de refrigeración utilizado para enfriar. Normalmentedenominaremos “chiller” al equipo que se utiliza principalmente para enfriar agua,aunque puedeenfriar otros fluidos como salmueras, esto es necesario cuando serequieren temperaturas inferiores a la temperatura de congelación del agua. Los“chillers” se presentan en diferentes tamaños y formas, dependien do delfabricante, concapacidades que van de una a varias Toneladas de Refrigeración(TR). Se emplean diferentes tipos de compresoresde refrigeración como puedenser del tipo semihermético, hermético o de tornillo. Los evaporadores suelen serdeltipo casco y tubo aunque pueden ser también de placas, todo dependerá de laaplicación. Los condensadores de los “chillers” suelen ser principalmente enfriadospor aire aunque puede haber enfriados por agua.Los enfriadores de líquido son sistemas de refrigeración mecánica; sufuncionamiento se basa en el movimiento de calor, por medio deun refrigerante, elcual se absorbe del líquido a enfriar y se transporta hacia un medio donde sedisipa. De esta manera podemos tener un líquido a una temperatura muy pordebajo de las condicionesambientales.Para lograr este objetivo un enfriador de líquido esta constituido por cuatrocomponentes principales además, accesorios e instrumentos de control yseguridad.Componentes principales.Todos los “chillers” en su construcción presentan los siguientes componentesbásicos: Todos los “chillers” en su construcción presentan los siguientes componentesbásicos:Compresor(es) de refrigeración 1.Intercambiador de calor del tipo casco y tubo 2.Condensador 3.Circuito de control.Líneas yaccesorios de refrigeraciónGabineteRefrigerante R-22 o ecológico.EL COMPRESOREl compresor es el corazón  del sistema, ya que es el encargado de hacer circularal refrigerante a través de los diferentes componentes del sistema de refrigeracióndel “chiller”. Succio na el gas refrigerante sobrecalentado a baja presión ytemperatura, lo comprime aumentando la presión y la temperatura a un punto talque se puede condensar pormedios condensantes normales (Aire o agua). Através de las líneas de descarga de gas caliente, fluye el gasrefrigerante a altapresión y temperatura hacia la entrada del condensador.EL EVAPORADOREl Evaporador quees un intercambiador de calor del tipo casco y tubo su funciónes proporcionar una superficie para transferir calor dellíquido a enfriar alrefrigerante en condiciones de saturación. Mediante la línea de succión fluye elgas refrigerantecomo vapor a baja presión proveniente del evaporador a lasucción del compresor es el componente del sistema derefrigeración donde seefectúa el cambio de fase del refrigerante. Es aquí donde el calor del agua estransferido alrefrigerante, el cual se evapora al tiempo de ir absorbiendo el calor.EL CONDENSADOREl condensador es elcomponente del sistema que extrae el calor del refrigerante ylo transfiere al aire o al agua. Esta pérdida de calorprovoca que el refrigerante secondense. Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor, atravésde la cual pasa el calor del gas refrigerante caliente al medio condensante.Mediante la línea de líquido fluye elrefrigerante en estado líquido a alta presión ala válvula termostática de expansión.LA VALVULATERMOSTATICALa válvula termostática de expansión su finalidad es controlar el suministroapropiado dellíquido refrigerante al evaporado, así como reducir la presión delrefrigerante de manera que vaporice en elevaporador a la temperatura deseada.DISPOSITIVOS Y CONTROLESPara que un enfriador de líquido trabajeen forma automática, es necesarioinstalarle ciertos dispositivos eléctricos, como son los controles de ciclo.Loscontroles que se usan en un enfriador son de acción para temperatura, llamadostermostatos, de acción porpresión llamados presostatos y de protección de fallaeléctrica llamados relevadores.Los principales dispositivos y controles del un “chiller” son:1. - Termostatos.2.- Presostatos de baja presión.3.- Presostato de alta presión.4.-Calefactor de carter.
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