Reemplazo del sistema de torre de enfriamiento
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Las torres de enfriamiento de circuito abierto o de contacto directo son el tipo más común, donde se suministra agua a la torre después de recolectar el calor y se rocía desde la parte superior mientras un ventilador establece un flujo de aire ascendente. Esto hace que parte del agua se evapore, lo que reduce su temperatura general. Aunque este método es eficaz, tiene varias limitaciones:
- Se debe suministrar agua adicional para compensar las pérdidas por evaporación.
- Al estar el agua en contacto directo con la atmósfera, es necesario tratarla constantemente para evitar la acumulación de partículas y bacterias.
Aunque las torres de refrigeración de circuito abierto son sencillas, no son la opción más eficiente disponible: existen alternativas que ofrecen una mayor eficiencia energética y un mantenimiento más sencillo. La torre de enfriamiento y la bomba de agua asociada generalmente representan alrededor del 15% del consumo de energía en los sistemas de agua enfriada. Por lo tanto, cualquier actualización que aumente su eficiencia energética ofrece un retorno financiero atractivo.
Torres de enfriamiento de circuito cerrado con enfriamiento adiabático
Una torre de enfriamiento de circuito cerrado también se basa en el principio de enfriamiento evaporativo, pero el agua utilizada por los procesos o enfriadoras nunca está en contacto directo con la atmósfera; en cambio, circula a través de un serpentín dentro de la torre de enfriamiento y se rocía agua de un suministro separado para lograr el efecto de enfriamiento por evaporación. Cuando se implementa el enfriamiento adiabático, la mayor parte del rechazo de calor se logra únicamente mediante el ventilador; Los aspersores de agua se controlan con precisión para que la cantidad de agua suministrada sea exactamente la necesaria para complementar el efecto refrescante natural del aire.
El enfriamiento adiabático ofrece varias ventajas sobre las torres de enfriamiento de circuito abierto convencionales:
- El agua se mantiene libre de partículas. Esto permite que las bombas, enfriadores y otros componentes del sistema funcionen de manera más eficiente, al tiempo que aumentan su vida útil.
- Los costes de tratamiento y mantenimiento del agua se reducen considerablemente. El volumen de agua que requiere tratamiento es significativamente menor que en las torres de refrigeración de circuito abierto.
- El uso intermitente de aspersores ahorra agua y energía.
En general, la refrigeración adiabática puede reducir los costes operativos hasta un 30% en comparación con las torres de refrigeración de circuito abierto convencionales.
Intercambiadores de calor de placas con torres de refrigeración de circuito abierto.
Una alternativa al enfriamiento adiabático es mantener la torre de enfriamiento convencional, pero aislándola del proceso o de la planta de enfriamiento con un intercambiador de calor de placas. En pocas palabras, el intercambiador de calor separa el circuito de agua en dos segmentos:
- En el primer segmento, el agua circula entre el intercambiador de calor y el proceso o enfriador del cual se elimina el calor.
- En el segundo segmento, el agua se mueve entre la torre de enfriamiento y el intercambiador de calor.
- De esta forma se puede liberar calor al exterior sin mezclar las dos corrientes de agua.
Como el intercambiador de calor ya aísla la torre de enfriamiento del resto del sistema, se puede utilizar una torre de circuito abierto convencional. De hecho, combinar una torre de enfriamiento de circuito cerrado y un intercambiador de calor es redundante y una pérdida de dinero.
Mejoras adicionales en los sistemas de torres de enfriamiento
Las torres de enfriamiento se pueden actualizar a sistemas de mayor rendimiento, pero los componentes individuales del sistema también se pueden actualizar para mejorar aún más la eficiencia energética y la flexibilidad operativa.
Control de velocidad para ventiladores y bombas.
Tanto las torres de refrigeración convencionales como los refrigeradores adiabáticos utilizan un ventilador para establecer el flujo de aire necesario. Cuando el sistema funciona en condiciones de carga parcial, la velocidad del ventilador se puede reducir para lograr ahorros de energía significativos. Esto se logra con un variador de frecuencia (VFD), un dispositivo que ajusta el voltaje y la frecuencia de suministro para reducir la velocidad del motor por debajo del valor de la placa de identificación.
En los ventiladores de descarga abierta, como los de las torres de refrigeración, el ahorro de energía conseguido es proporcional a la velocidad del ventilador al cubo. Esto significa que un ventilador de torre de enfriamiento que funcione al 80% de velocidad consumiría solo el 51,2% de su potencia nominal (80% x 80% x 80%).
Para mejorar aún más el ahorro de energía, también se puede utilizar un VFD para controlar la bomba de agua. Utilizando un sistema de control, la velocidad de ambos motores se puede coordinar para que coincida con precisión con la carga de refrigeración, minimizando el consumo total de energía.
Economizador junto al agua: Intercambiador de calor entre circuitos de agua en una planta de refrigeración
En el caso de las plantas de refrigeración, es posible aumentar la eficiencia global instalando otro intercambiador de calor, pero en este caso entre el circuito de agua del condensador y el circuito de agua fría. Este tipo de intercambiador de calor se denomina economizador del lado del agua y puede permitir que el calor se elimine del circuito de agua enfriada antes de que llegue al enfriador, lo que debería proporcionar el efecto de enfriamiento adicional que no es posible con el intercambiador de calor.
Es importante señalar que este enfoque sólo es posible en determinadas condiciones climáticas y su eficacia disminuye a medida que aumenta la humedad relativa. Por ejemplo, ahorrar en la zona costera es una inversión mucho mejor en la ciudad de Nueva York que en el sur de Florida.
Motores NEMA premium
Los motores de ventiladores y bombas son responsables de la mayor parte del consumo de energía en las torres de refrigeración y sus circuitos de agua, y existen numerosas aplicaciones en las que funcionan las 24 horas del día. Por tanto, es posible obtener importantes ahorros energéticos sustituyendo estos motores por modelos de mayor eficiencia.
Los motores en EE. UU. tienen tres niveles de eficiencia, donde NEMA Premium indica el rendimiento más alto. Por ejemplo, los niveles de eficiencia promedio de un motor enfriado por ventilador completamente cerrado de 460 V, 15 HP y 1800 rpm son los siguientes, según NEMA:
- Eficiencia estándar: 86,6%
- Eficiencia Energética: 91,1%
- Eficiencia Premium: 92,4%
En este caso, pasar de eficiencia estándar a eficiencia premium supondría un incremento del 5,8%. Los ahorros anuales aumentan en proporción al total de horas de uso del motor cada año, que suele ser elevado para las torres de refrigeración.
Observaciones finales
Las torres de refrigeración juegan un papel muy importante en entornos comerciales e industriales. En grandes instalaciones comerciales, los enfriadores enfriados por agua son muy superiores a sus homólogos enfriados por aire para aire acondicionado; Aunque los enfriadores enfriados por aire no requieren una torre de enfriamiento, la ventaja de eficiencia energética de los enfriadores enfriados por agua vale el costo adicional. En entornos industriales, el agua es un medio de refrigeración práctico y de alta disponibilidad, y las torres de refrigeración son una forma económica de eliminar el calor del agua para su recirculación.
Complementar una torre de enfriamiento con un intercambiador de calor simplifica el mantenimiento al aislar el agua de enfriamiento del medio ambiente, y los enfriadores adiabáticos ofrecen esto además de una mayor eficiencia energética. Si dicha actualización se complementa con motores de alta eficiencia y VFD para control de velocidad, se puede lograr la máxima eficiencia del sistema.
Es más fácil lograr un alto rendimiento cuando se instalan por primera vez los sistemas HVAC y puede resultar más costoso para las instalaciones existentes. La contratación de una empresa de ingeniería calificada para el diseño, la consultoría y la supervisión garantiza que las torres de enfriamiento y otros sistemas del edificio se especifiquen correctamente, considerando la eficiencia energética y el costo total de propiedad.
Nota del editor: esta publicación se publicó originalmente en diciembre de 2016 y ha sido reelaborada y actualizada para mayor precisión y exhaustividad.
