Elige la enfriadora industrial (chiller) ideal

Es un hecho establecido que las enfriadoras industriales son una parte esencial de los procedimientos de fabricación, especialmente cuando el tiempo de inactividad de la producción, debido al exceso de calor, no es una opción. En los últimos tiempos se han producido importantes avances e innovaciones en el diseño, el rendimiento y la eficacia de los conceptos de enfriadoras industriales. Conoce la importancia de estos avances:

¿Por qué es importante elegir bien una enfriadora?

Una de las razones más convincentes para instalar una enfriadora es minimizar el tiempo de inactividad gracias a la protección continua que proporciona al eliminar el calor de equipos de proceso valiosos y sensibles a la temperatura. Al mismo tiempo, una enfriadora ahorra agua y costes asociados al recircular y reutilizar el suministro de agua de la propia planta.

El coste del agua de refrigeración puede aumentar rápidamente, sobre todo si los equipos de proceso funcionan varios turnos al día. Cuando se introduce una enfriadora en el sistema, puede evitar los costes y la necesidad de un suministro de agua municipal supervisado y el vertido de aguas residuales, y contribuir a un ahorro sustancial en los presupuestos de producción. Además, con los últimos avances en tecnología de enfriadoras, la amortización de la inversión puede realizarse en un periodo muy corto de la vida útil del equipo.

Especificación de una instalación de enfriadoras industriales

A la hora de especificar una instalación de enfriadoras, es crucial conocer los factores de rendimiento de las enfriadoras para obtener el producto adecuado. Lo que hay que determinar es: el tipo de fluido de proceso que se va a utilizar; la temperatura de refrigeración del proceso; los requisitos de caudal y presión; el entorno operativo; la temperatura ambiente; el tamaño necesario de la enfriadora y las limitaciones espaciales de su ubicación.

Rendimiento del fluido de proceso

Los principales factores que hay que tener en cuenta al considerar los fluidos refrigerantes adecuados para un proceso son sus características de rendimiento y su compatibilidad con los equipos. El rendimiento de un fluido refrigerante se basa en sus propiedades a una temperatura determinada. Los parámetros relevantes son el calor específico, la viscosidad y los puntos de congelación y ebullición. Existe una relación directa entre el calor específico y la capacidad de refrigeración. Para mantener la integridad del sistema y prolongar el rendimiento óptimo, se recomienda mezclar un porcentaje de etilenglicol o propilenglicol con agua (normalmente entre el 10 y el 50%) cuando se requieran temperaturas de consigna bajas o altas.

En cuanto a la compatibilidad, el potencial de corrosión y la degradación prematura de las juntas son modos de fallo habituales en los sistemas mal dimensionados. Por ello, los materiales de construcción y la naturaleza de los fluidos deben ser una consideración importante, y por ello se recomienda la inclusión de un inhibidor de corrosión en el fluido refrigerante.

Sin embargo, en los últimos desarrollos de la tecnología de enfriadoras industriales, el depósito de almacenamiento y las partes hidráulicas de las bombas centrífugas se construyen en acero inoxidable para evitar la contaminación del agua de proceso con partículas de óxido, además de proporcionar mayores niveles de fiabilidad y control de la temperatura. Del mismo modo, los condensadores de microcanal de aluminio de última generación están diseñados para proporcionar una larga vida útil sin corrosión y requieren un 30% menos de carga de refrigerante en comparación con otros tipos de intercambiadores de calor.

Temperatura del líquido refrigerante

La temperatura de consigna afectará a la capacidad de refrigeración de una enfriadora. Si se reduce la temperatura, el sistema de refrigeración estará más cargado, y viceversa si se aumenta. Existe una relación directa entre la temperatura a la que se ha ajustado la enfriadora y su capacidad total de refrigeración. Por lo tanto, es importante revisar los datos de rendimiento publicados de la enfriadora para comprobar si son relevantes para la instalación propuesta.

Al mismo tiempo, si la enfriadora se destina a un lugar expuesto, es igualmente importante establecer el nivel de protección contra la congelación requerido, es decir, la temperatura más fría del fluido de salida de la enfriadora durante el funcionamiento.

Requisitos de caudal y presión del proceso

Aunque la vida útil de la bomba es una consideración primordial a la hora de configurar un sistema de refrigeración industrial, la pérdida de presión en todo el sistema y el caudal necesario deben determinarse en primer lugar por el tamaño y el rendimiento de la bomba.

Presión

Una bomba de tamaño insuficiente reducirá el caudal de fluido a través de todo el circuito de refrigeración. Si la enfriadora está equipada con alivio de presión interno, el caudal se desviará alrededor del proceso y de vuelta a la enfriadora. Si no hay alivio de presión interno, la bomba intentará proporcionar la presión necesaria y funcionará a lo que se denomina presión muerta o límite. Cuando se produce este estado, la vida útil de la bomba puede reducirse drásticamente; el líquido deja de fluir y el líquido de la bomba se calienta, vaporizándose finalmente e interrumpiendo la capacidad de refrigeración de la bomba, lo que provoca un desgaste excesivo de cojinetes, juntas e impulsores.

Para determinar la pérdida de presión en un sistema es necesario colocar manómetros en la entrada y la salida del proceso y, a continuación, aplicar presión a la bomba para obtener valores con el caudal deseado.

Caudal

Un caudal inadecuado a través del proceso producirá una transferencia de calor inadecuada, por lo que el caudal no eliminará el calor necesario para el funcionamiento seguro del proceso. A medida que la temperatura del fluido aumente por encima del valor de consigna, las temperaturas de la superficie o de los componentes también seguirán aumentando hasta que se alcance una temperatura de estado estacionario superior al valor de consigna inicial.

La mayoría de los sistemas de refrigeración detallan los requisitos de presión y caudal. Al especificar la eliminación de carga térmica necesaria como parte del diseño, es importante tener en cuenta todas las mangueras, accesorios, conexiones y cambios de elevación que forman parte del sistema. Estas características auxiliares pueden aumentar significativamente los requisitos de presión si no se dimensionan adecuadamente.

Entorno operativo de la enfriadora

Temperatura ambiente

La capacidad de las enfriadoras industriales refrigeradas por aire para disipar el calor se ve afectada por la temperatura ambiente. Esto se debe a que el sistema de refrigeración utiliza el gradiente de temperatura aire ambiente/refrigerante para inducir la transferencia de calor para el proceso de condensación. Un aumento de la temperatura del aire ambiente disminuye el diferencial de temperatura (ΔT) y, en consecuencia, reduce la transferencia total de calor. Si la enfriadora utiliza un condensador refrigerado por líquido, las altas temperaturas ambiente pueden seguir teniendo efectos negativos en componentes clave como el compresor, la bomba y la electrónica. Estos componentes generan calor durante el funcionamiento, y las temperaturas elevadas acortarán su vida útil. A título orientativo, la temperatura ambiente máxima típica para enfriadoras sin clasificación exterior es de 40°C.

Limitaciones espaciales

Para mantener la temperatura ambiente adecuada, es importante proporcionar un espacio de circulación de aire adecuado alrededor de la enfriadora. Sin una circulación de aire adecuada, la recirculación de un volumen de aire inadecuado lo calienta rápidamente. Esto afecta al rendimiento de la enfriadora y puede dañarla.

¿Por qué es importante el tamaño?

Seleccionar una enfriadora del tamaño correcto es una decisión crucial. Una enfriadora de tamaño insuficiente siempre será un problema: nunca podrá enfriar correctamente el equipo de proceso y la temperatura del agua de proceso no será estable. Por el contrario, una enfriadora sobredimensionada nunca podrá funcionar a su nivel más eficiente y su funcionamiento resultará más costoso.

Para determinar el tamaño correcto de la unidad para la aplicación es necesario conocer el caudal y la energía térmica que el equipo de proceso está añadiendo al medio refrigerante, es decir, el cambio de temperatura entre el agua de entrada y de salida, expresado como el ∆T.

La fórmula para calcular el tamaño ideal es: Energía calorífica por segundo (o más comúnmente conocida como Potencia) = caudal másico × capacidad calorífica específica × cambio de temperatura (∆T)’ La capacidad calorífica específica del agua se expresa nominalmente como 4,2 kJ / kg K pero si contiene un porcentaje de aditivos de glicol ese valor se incrementa a 4,8 kJ / kg. K Nota: 1K = 1°C y la densidad del agua es 1, es decir, 1l de volumen de agua = 1kg de masa de agua.

A continuación se muestra un ejemplo de aplicación de la fórmula para determinar el tamaño correcto en kW de la enfriadora para gestionar un caudal de agua de 2,36 l/s (8,5 m3/h) con un cambio de temperatura de 5°C. Energía calorífica por segundo (kJ/s o kW) = 2,36 l/s (caudal) X 5°C (∆T) X 4,2 kJ /kg K (capacidad calorífica específica del agua pura). Tamaño necesario de la enfriadora = 49,6 kW. Alternativamente, puede que ya se conozca la carga térmica a enfriar, en cuyo caso la fórmula puede reordenarse para determinar la diferencia de temperatura (∆T) que puede alcanzarse con distintos caudales (alcanzables con distintos tamaños de bomba). Puede haber otras circunstancias que influyan en la elección del tamaño.

La planificación de futuras ampliaciones de la planta, la exposición a temperaturas ambiente elevadas o la ubicación a grandes altitudes podrían llevar a la especificación de un tamaño diferente de unidad.

Mantenimiento, seguridad y control

En la última y avanzada generación de enfriadoras industriales, la facilidad de mantenimiento, la seguridad de funcionamiento y el control y la conectividad inteligentes son características destacadas de sus diseños.

Por ejemplo, están construidas con cubiertas insonorizadas con clasificación IP54 que permiten que las enfriadoras funcionen en interiores o exteriores, incluso a temperaturas ambiente de hasta -45 °C. Están diseñadas específicamente para facilitar el acceso a los componentes instalados: los sistemas de refrigeración en la parte delantera y el conjunto de circulación del agua de refrigeración en la parte trasera.

Las amplias puertas del tejadillo y la disposición inteligente reducen el tiempo de mantenimiento y facilitan la inspección para evitar averías. Los nuevos modelos innovadores del mercado incorporan una amplia gama de dispositivos de seguridad, como interruptores de caudal y nivel, sondas térmicas, sondas de presión, calefacción del cárter y filtros que permiten que la enfriadora funcione de forma segura.

Además, un sistema de refrigeración totalmente hermético evita las fugas de gas refrigerante y no requiere mantenimiento. La normativa FGAS del Reino Unido exige una inspección anual y, en los sistemas de refrigeración más grandes, semestral por parte de un ingeniero certificado por FGA. La provisión de un relé de secuencia de fases garantiza que no haya riesgo de daños en el compresor en caso de cableado incorrecto. En estos nuevos diseños, un controlador de pantalla táctil funciona con algoritmos de eficiencia energética, combina todos los sensores de la enfriadora en un solo sistema y emite avisos oportunos en caso de desviación de los parámetros de funcionamiento.

La conectividad total se consigue con la capacidad de monitorización remota inteligente integrada en las enfriadoras de 11 Kw y superiores. Esto proporciona datos de la máquina del usuario, en tiempo real, en un formato claro para garantizar una eficiencia óptima.

En conclusión

En general, se aconseja a los usuarios potenciales de un sistema de enfriadoras industriales que tengan en cuenta las condiciones en las que se utilizará la enfriadora de procesos y el proceso para el que se utilizará. Esto ayudará a identificar las características más necesarias en el sistema.

También conviene tener en cuenta la posibilidad de ampliación en el futuro. Si aumenta la cantidad de calor producida por una máquina, habrá que aumentar en consecuencia la potencia de refrigeración de la enfriadora. Si la producción de calor es variable, elija la potencia en kW que pueda soportar la mayor producción de calor.

En resumen, tener en cuenta todas estas consideraciones, reconocer los importantes avances tecnológicos y la disponibilidad de proveedores de enfriadoras que los incorporan a su oferta de productos ayuda a determinar el sistema de enfriamiento industrial óptimo para cualquier aplicación concreta.

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