Chiller enfriado por aire

El Chiller enfriado por aire es empleado generalmente en aplicaciones donde no es factible la instalación de un sistema condensado por agua, cuya eficiencia es mucho mayor, y se presenta en aplicaciones de carga térmica media y baja.

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La evaluación del uso de un chiller enfriado por aire debe ser correctamente analizada, porque existen aplicaciones donde esta máquina se comporta mucho mejor que otros equipos, si evaluamos factores adicionales como espacio, costo de mantenimiento, etc.

Es importante mencionar que el tipo de Chiller de Enfriamiento no esta solamente enfocada en el enfriamiento de su sistema de condensación, sino además a otros factores de importancia, que podemos aprender en algunos de nuestros artículos.

¿Qué es un Chiller de enfriamiento?

El Chiller , es una máquina para generar  agua helada,  que basa su funcionamiento en un ciclo de refrigeración mayormente a compresión, donde tenemos internamente un refrigerante a temperatura baja, que se encuentra evaporando a medida que recibe el calor del agua que se necesita enfriar. El chiller enfriado por aire realiza la condensación del refrigerante evaporado con la ayuda de caudales de aire.

¿Cuándo Comprar un Chiller de enfriamiento con condensación por aire?

Para evaluar la compra de un chiller de enfriamiento con condensación por aire debemos tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Para cargas térmicas de hasta 1.000 kW se pueden usar sistemas autónomos condensados por aire, manteniendo las perdidas energéticas dentro de niveles aceptables.
  • Para disipar cargas térmicas elevadas, el chiller de enfriamiento con condensación de aire, necesita mucho espacio y son equipos ruidosos, lo cual debe considerarse en entornos urbanos con limitaciones de espacio y vecinos cercanos.
  • La eficiencia en la condensación de un chiller de enfriamiento depende de las condiciones climáticas exteriores, por ejemplo en sitios con alta humedad la diferencia del rendimiento entre el condensado por agua y aire son menores.
  • El chiller de enfriamiento condensado por aire, tiene mayor consumo eléctrico que los equipos condensados por agua para una misma capacidad, sin embargo esto puede ser compensado con el hecho que los primeros requieren muy bajo mantenimiento.
  • El chiller de enfriamiento con condensación por aire, por lo general tiene una vida útil menor, por manejar presiones altas mayores que los condensados por agua.
  • La inversión en instalaciones con chiller de enfriamiento, con condensación por aire son menores a los sistemas con condensación por agua.
  • En muchas aplicaciones el chiller industrial tiene capacidades tan altas, que el uso de ventiladores para la condensación se complica, además es muy probable que en una zona industrial existan los recursos hídricos necesarios para este tipo de instalaciones. Por ello podemos ver el uso de enfriadoras con condensación por agua.
  • En aplicaiones de aire acondicionado, para grandes centros comerciales, también es muy común el uso de chiller enfriado por agua donde el ahorro del consumo eléctrico resulta fundamental.

Comprar Chiller con Enfriamiento por aire vs Enfriamiento por agua:

La comparación chiller con Enfriamiento por agua vs Enfriamiento por aire de una manera objetiva, debemos estudiar cada caso en particular, ya que la mejor decisión depende muchos factores, que vamos a estudiar a continuación.

El chiller enfriado por aire Se basa en un circuito de refrigeración mayormente convencional con las siguientes características:

  • El circuito de refrigeración por compresión del chiller  enfriado por aire tiene un  refrigerante a bajas temperaturas  para atraer el calor del agua, este proceso ocurre en un Intercambiador  llamado evaporador.  El refrigerante a la entrada del evaporador se encuentra mayormente en fase liquida y una fracción más baja en vapor. 

En un chiller el Objetivo es enfriar Agua por ello el evaporador ya no tiene la forma de serpentin tradicional, sino como se muestra en la figura.

Evaporación del refrigerante debido al calor del agua Helada

  • El Agua a perder calor se enfría así podemos usarla para la aplicación que se necesite.  El agua se dirige a la aplicación logra enfriar ejemplo una máquina y retorna al chiller nuevamente más caliente.
  • Paralelamente el calor que recibe constantemente  el refrigerante en el evaporador (que viene del agua) hace que este hierva y se convierta totalmente a la fase gaseosa a la salida de este intercambiador. 
  • La ventaja de hervir el refrigerante se enfoca en el hecho de mantener una temperatura constante (cuando una sustancia hierve a presiones  iguales su temperatura no cambia) esto garantiza que el refrigerante al ganar calor siempre este mucho mas frio que el agua helada.

Compresión del refrigerante para poder condensarlo

  • Para reiniciar el ciclo debemos volver el refrigerante a fase mayormente líquido (para que vuelva a hervir) por ello debemos condensarlo.  El primer paso para lograr la condensación (paso de vapor a líquido) es aumentar la presión ya que esta condición facilita mucho el mencionado proceso.
  • Se pasa el refrigerante a través del compresor se eleva la presión ahora solo se tiene que enfriar y volvería ser líquido.   Por ello usamos un nuevo intercambiador llamado condensador provisto de potentes ventiladores,  de allí en nombre de chiller enfriado por aire.

Los Ventiladores enfrían el condensador del chiller

El Refrigerante Condensado a una temperatura promedio de 15 Grados °C por arriba del medio ambiente

  • Como el refrigerante se encuentra en fase liquida a la salida del condensador (ya condenso) solo debemos perder la presión ganada en la compresión, por ello el refrigerante pasa por la válvula de expansión logrando tener nuevamente baja presión,  baja temperatura, y mayormente el estado líquido, así reinicia el ciclo donde el refrigerante está listo para recibir calor del agua y volver a hervir.

El refrigerante dentro del circuito debe liberar pronto el calor que se recibió del agua para ello cuenta con el condensador quien se encarga de disipar esta energia usando aire del medio ambiente.

Chiller Condensado por agua:

Ya conocida la forma de trabajar del chiller enfriado por aire, debemos decir que el funcionamiento del chiller condensado por agua es igual, hasta que llegamos al análisis precisamente del condensador.

En este punto debemos adelantar, que el chiller condensado por agua, necesita de un circuito adicional, que llamaremos agua fresca, encargado de extraer el calor del condensador.

Este nuevo sistema por lo tanto necesita de un sistema adicional de bombas para el agua fresca, y de una torre de enfriamiento, que se encarga de recuperar la temperatura de este circuito.

Al tener otro sistema se elevan los costos de mantenimiento del sistema notablemente, además de los costos de la inversión inicial. Sin embargo todo esto puede ser justificado, cuando el ahorro energético de la instalación es notable.

El funcionamiento del chiller enfriado por agua merece toda la atención, porque existen muchos factores que se deben tomar en cuenta para un análisis completo, sobre todo vinculados a una comparación de eficiencia.

Ahora vamos a realizar un análisis de toda la Información del chiller enfriado por agua

¿Qué se hace con el agua Helada generada en el evaporador del chiller enfriado por aire?

El agua Helada es llevada por el sistema de bombas secundarias a la aplicación, podemos tener enfriamiento de procesos industriales, o para alimentar sistemas de fan coil, para aire acondicionado.

Comparar la eficiencia del chiller de enfriamiento condensado por aire antes del pedido.

Conforme al Estándar ARI 550/590-2003

Un  parámetro usado para comparar el rendimientos entre equipos es el EER = Tasa de eficiencia energética (Energy Efficiency Ratio) (Btu/watt-hora).

EER = Calor extraido BTU/H /  Energía Suministrada (alimentación)  W

Las potencias de alimentación inicialmente tomaban en cuenta solo al compresor pero ya es habitual incluir compresores, ventiladores del condensador y alimentación del control.

Otra manera de poder sacar conclusiones de las eficiencias de los equipos con más exactitud es el parámetro:   IPLV

La Metodología para el cálculo de este  parámetro es la medición de la eficiencia del chillar EER pero a diferentes puntos de operación.  Recordemos que en EER era calculado al 100% de carga térmica.

El IPLV incluyen el cálculo a 25-50-75-100% de carga de calor a remover, con sus respectivos consumos eléctricos.  Para después usar la fórmula matemática que se muestra en la figura.

Las especificaciones se basan en un diferencial de temperatura del evaporador de 10 °F

Análisis de factores que influyen en eficiencia del chiller enfriado por aire antes de la Inversión:

  • Para una temperatura dada del agua de salida del cooler, los valores menores de capacidad frigorífica los representan las temperaturas exteriores mayores, ya que un aumento de la temperatura exterior hará que el calor intercambiado en el condensador disminuya y viceversa.
  • Una disminución de la temperatura exterior conlleva una disminución de la potencia consumida, ya que esto conlleva también una disminución de la temperatura de condensación.
  • El rendimiento aumenta al aumentar la temperatura de salida del agua del cooler.
  • La influencia de la temperatura de salida del agua del cooler sobre la variación porcentual de la capacidad frigorífica es mayor que la de la temperatura exterior.
  • En la tabla abajo Observamos los valores de eficiencia EER para algunos chiller enfriados por aire con diferente tipo de compresores.  Aunque estamos hablando en esta estadística de carga al 100% nos da una idea de los márgenes de eficiencia que se pueden alcanzar. >

Procedimiento para seleccionar el Mejor chiller antes del Pedido:

Vamos a enumerar los pasos, para seleccionar el chiller correcto.

Paso 1.

Calcular la carga térmica de la instalación, para garantizar que el chiller elegido sea lo suficientemente grande. Además en este paso se debe calcular el caudal de agua que va manejar el chiller.

Paso 2. 

  • Seleccionar el tipo de enfriamiento para el condensador del chiller.
  • Si la selección es un chiller enfriado por aire, se debe tener en cuenta:
  • Dónde se ubicará el condensador adentro o afuera, la altura de los techos, las obstrucciones, las paredes, las temperaturas del aire ambiente más altas, y más bajas, y la ubicación general.
  • Si en cambio la selección del chiller es enfriado por agua, se debe tener en cuenta.
  • Cuál es la fuente de agua que se tiene, y su capacidad en galones por minuto.
  • Considere sí el agua necesitará filtración, antes que ingrese al condensador del chiller.

Paso 3. 

Considere si el condensador del chiller,  será un sistema empaquetado o condensador remoto.

Paso 4: 

  • Evalúe la precisión que debe tener el control de temperatura que requiere el proceso.
  • Si se necesita un control estricto de la temperatura, es posible que necesite un enfriador de proceso de dos lazos, para mantener un tanque a bordo, o separado a una temperatura específica.

Paso 5: 

  • Evalúe los Voltajes disponibles para el chiller. 
  • Se debe tomar en cuenta, qué trabajo eléctrico se requiere para alimentar el nuevo enfriador, en función del voltaje que seleccione.
  • Además considere, qué voltaje podría ser potencialmente más eficiente durante el funcionamiento.

Paso 6.

  • Se debe usar las curvas y parámetros de rendimiento,  para seleccionar un modelo que cumpla o supere la capacidad requerida, según la temperatura del suministro de agua helada,  y la temperatura ambiente más alta esperada. 
  • Se debe considerar el margen de seguridad de la aplicación, con respecto a los tamaños de chillers disponibles.

Paso 7. 

  • Considere de nuevo cuáles son las temperaturas estimadas de entrada, y salida del agua al chiller, para tener idea de las características que debe tener la distribución.
  • Si por ejemplo. hay una temperatura alta, en el agua  que regresan al chile, solo durante el arranque y luego se reducen al rango de temperatura adecuada, es posible que no sean necesarias precauciones especiales.  
  • Pero por el contrario, si las temperaturas altas de retorno para el agua se mantienen, se deben tomar las medidas de diseño correspondientes.

Paso 8.

Evalúe qué  nivel de protección requiere el agua helada contra congelamiento.  Para ello tenga en cuenta, cuál es la temperatura más fría del fluido durante el funcionamiento.

Paso 9.

Evaluar si el chiller requiere de una bomba secundaria, para distribuir el agua helada en la aplicación.

Paso 10.

Conocer si el flujo de calor del proceso a enfriar, cambia,  se detendrá o será constante, para estudiar el chiller a cargas parciales.

Paso 11.

Se debe conocer cuáles son los requisitos de caudal de agua,  y el valor de  presión que requiere el proceso.

Paso 12.

Verifique las curvas de rendimiento de la bomba disponibles, para asegurarse de que la bomba proporcionará suficiente presión al caudal de diseño, para satisfacer la aplicación.

Paso 13.

Evalúe inversión inicial, costo de  funcionamiento de los chilers, considere gasto en energía eléctrica, costos de mantenimiento, y depreciación.

Paso 14.

Tome en cuenta el tipo de refrigerante que va tener el chiller, investigue restricciones ambientales a futuro de algunas sustancias en algunas zonas.

Paso 15.

Tome en cuenta respaldo de las marcas de chillers disponible, asistencia en instalación, y garantía.

¿Cuál es el precio de un chiller enfriado por aire?

Por supuesto el precio va depender de la capacidad, tipo y marca, podemos usar la siguiente guia orientativa.

Parte del sistemaChiller Enfríado por aireChiller enfriado por agua
Chiller < 150 Ton1000 Dólares/Ton900 Dólares/Ton
Chiller > 150 Ton800 Dólares/Ton 750 Dólares/Ton
Instalación de Planta 500 Dólares/Ton900 Dólares/Ton

¿Cual marca de chiller comprar?

Las marcas de mayor venta a nivel mundial, podemos resumirlas de la siguiente manera:

  • Johnson Controls.
  • Trane.
  • Cold Shot Chillers.
  • Tandem Chillers.
  • Drake Refrigeration.
  • Refra.
  • Carrier.
  • FRIGEL FIRENZE S.
  • Midea.
  • Rite-Temp.
  • Multistack.
  • LLC. DAIKIN INDUSTRIES,
  • Ltd. General Air Products ClimaCool Corp.
  • HITACHI AIR CONDITIONING COMPANY
  • Fluid Chillers.
  • Paul Mueller Company.
  • PolyScience.
  • Haier.

Capacidad del chiller para hacer el pedido:

Podemos tener dos tipos de aplicaciones, en el sector industrial y en el acondicionamiento de ambientes.

Para el Sector industrial:

se debe calcular el caudal de agua a enfriar (es el flujo de agua que entra y sale del proceso industrial gpm,m3/hora) y el diferencial de temperatura que se requiere entre entrada y salida del proceso para ello podemos usar los siguientes programas:

Para el Acondicionamiento de Aire:

Primeramente se hace un cálculo de la carga térmica del local para después calcular los caudales de agua, para ello use los siguientes programas:

¿Dónde comprar el Chiller que necesito?

Escribanos para prestarle asesoría con una oficina en su país, para ser atendido por un profesional en la materia.

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