Un chiller es un equipo que genera agua helada, son utilizados en diferentes aplicaciones tanto en el aire acondicionado o en la industria, en ambos campos de aplicación se genera calor o lo que se conoce como carga térmica, este calor debe de ser removido, esta explicación la damos a nuestros seguidores que han preguntado en varias ocaciones “¿Que es un chiller?”

El medio más eficiente para remover este calor es el agua, durante mucho tiempo se utilizó el agua de suministros naturales como son ríos, lagos, cisternas y el agua que llega por medio de tuberías, pero hoy en día este recurso se ha vuelto escaso y caro, además de la contaminación que se le añade durante su uso. La solución a esta problemática se dio mediante la utilización de enfriadores de agua “chillers” que están reciclando el agua sin necesidad de ser remplazada, esto gracias al sistema de refrigeración con que cuenta cada uno de estos equipos, no importando el tamaño, a continuación explicaremos cada uno de sus componentes y como trabajan para poder mantener un suministro de agua helada a los procesos industriales o al aire acondicionado. Los componentes principales de un chiller son:

1. Compresor2. Evaporador3. Condensador4. Microprocesador

Compresor

El compresor es el que succiona y comprime el refrigerante haciendo posible que al ser evaporado absorba el calor del proceso que queremos enfriar, se tienen varios tipos de compresores como son:

1. Reciprocantes2. Scroll3. Herméticos4. Semi herméticos5. Tornillo6. CentrífugosHoy en día los compresores van mejorando su eficiencia ya que los costos de energía van en aumento y los requerimientos de la industria es bajar los costos de operación, es por eso que en nuestra producción utilizamos los compresores que han mostrado el mejor desempeño. Evaporador En este componente es en donde se enfría el agua que será enviada al proceso, esto ocurre gracias a la evaporación de refrigerante, al llevarse a cabo este proceso físico el refrigerante absorbe el calor generado por el proceso para cambiar de estado líquido a vapor en donde es enviado al compresor.

Evaporadores

Los evaporadores que utilizamos son de placas de cobre/acero inoxidable, son los más eficientes fabricados a la fecha y por lo tanto el tamaño de estos es muy reducido haciendo que el tamaño del equipo sea más compacto. Otro elemento muy importante es el tipo de refrigerante utilizado este debe de ser ecológico y eficiente, es por eso que hemos dejado de fabricar equipos con refrigerante R22 desde hace varios años, solo producimos chillers con refrigerantes como el R 134 a, R 410 a, R 404 a.

Condensador

Este componente es el encargado de disipar el calor del proceso que se recogió en el evaporador más el calor de compresor y poner en condiciones el refrigerante para ser enviado al evaporador de nuevo condensándolo y pasándolo a sus estado líquido. En nuestra fabricación utilizamos condensadores enfriados por aire o por agua, según los requerimientos de nuestros clientes. En los condensadores enfriados por aire utilizamos motores de alta eficiencia con diseño aerodinámico logrando un bajo consumo eléctrico, bajo nivel de ruido y lo más importante adaptados a la altitud en donde serán utilizados nuestros equipos.

Los condensadores enfriados por agua trabajan con el agua fría de una torre de enfriamiento, en este tipo de condensador es muy importante tener un suministro de agua constante para la torre de enfriamiento. Ya que siempre se pierde por la evaporación y una buena calidad de la misma, esto es con bajos niveles de minerales y sólidos ya que estos afectan considerablemente la eficiencia del condensador y por lo tanto del chiller.

Controlador electrónico con microprocesador

Este es el cerebro del chiller, es el encargado de operar todo el equipo en forma eficiente, ahorrar energía y hacer fácil su operación. Con este componente del chiller podemos operar el equipo a l máxima eficiencia ya que su misión es de operar con el menor sumo de corriente sin menoscabo de la temperatura del proceso. Ya que se controla la presión de succión, la de descarga, verifica constantemente las temperaturas del compresor, así como el amperaje de consumo, esta información relacionada con los parámetros del proceso que está enfriando mantiene constantemente el balance del chiller. Otra ventaja que obtenemos al utilizar este controlador, es de que se puede graficar y monitorear cada uno de sus parámetros, lo que lo convierte en una herramienta de suma utilidad al departamento de mantenimiento y puede ser utilizada también por producción ya que es capaz de monitorear el proceso que se está enfriando. Tenemos variantes de chillers para cada aplicación, entre las que podemos mencionar:

1. Chiller portátiles2. Chillers centrales3. Chiller de baja temperatura4. Chillers diseñados a la medida5. Chillers a prueba de explosiónTodos con su variante en condensador enfriado por aire o agua, utilizando el voltaje que requieran en su planta, si tiene una pregunta de que es un chiller, favor de contactar a nuestro departamento de ingeniería.

Que es un Chiller?

Los CHILLERS se presentan en diferentes tamaños y formas, dependiendo del fabricante, con capacidades que van de una a varias Toneladas de Refrigeración (TR). Se emplean diferentes tipos de compresores de refrigeración como pueden ser del tipo semihermético, hermético o de tornillo. Los evaporadores suelen ser del tipo casco y tubo aunque pueden ser también de placas, todo dependerá de la aplicación. Los condensadores de los CHILLERS suelen ser enfriados por aire aunque puede haber enfriados por agua.

ENFRIADOR DE AGUA (CHILLER)

A la pregunta ¿Qué es un “chiller”?, buscando en un diccionario Ingles-Español encontraremos que su traducción es “enfriador”, por lo que definiremos un “chiller” como un equipo de refrigeración utilizado para enfriar. Normalmente denominaremos “chiller” al equipo que se utiliza principalmente para enfriar agua, aunque puede enfriar otros fluidos como salmueras, esto es necesario cuando se requieren temperaturas inferiores a la temperatura de congelación del agua. Los “chillers” se presentan en diferentes tamaños y formas, dependiendo del fabricante, con capacidades que van de una a varias Toneladas de Refrigeración (TR). Se emplean diferentes tipos de compresores de refrigeración como pueden ser del tipo semihermético, hermético o de tornillo. Los evaporadores suelen ser del tipo casco y tubo aunque pueden ser también de placas, todo dependerá de la aplicación. Los condensadores de los “chillers” suelen ser principalmente enfriados por aire aunque puede haber enfriados por agua.

Los enfriadores de líquido son sistemas de refrigeración mecánica; su funcionamiento se basa en el movimiento de calor, por medio de un refrigerante, el cual se absorbe del líquido a enfriar y se transporta hacia un medio donde se disipa. De esta manera podemos tener un líquido a una temperatura muy por debajo de las condiciones ambientales.

Para lograr este objetivo un enfriador de líquido esta constituido por cuatro componentes principales además, accesorios e instrumentos de control y seguridad.

 

Componentes principales.

Todos los “chillers” en su construcción presentan los siguientes componentes básicos:

Compresor(es) de refrigeración 1.Intercambiador de calor del tipo casco y tubo 2.

Condensador 3.Circuito de control.

Líneas y accesorios de refrigeraciónGabinete

Refrigerante R-22 o ecológico.

EL COMPRESOR

El compresor es el corazón del sistema, ya que es el encargado de hacer circular al refrigerante a través de los diferentes componentes del sistema de refrigeración del “chiller”. Succiona el gas refrigerante sobrecalentado a baja presión y temperatura, lo comprime aumentando la presión y la temperatura a un punto tal que se puede condensar por medios condensantes normales ( Aire o agua). A través de las líneas de descarga de gas caliente, fluye el gas refrigerante a alta presión y temperatura hacia la entrada del condensador.

EL EVAPORADOR

El Evaporador que es un intercambiador de calor del tipo casco y tubo su función es proporcionar una superficie para transferir calor del líquido a enfriar al refrigerante en condiciones de saturación. Mediante la línea de succión fluye el gas refrigerante como vapor a baja presión proveniente del evaporador a la succión del compresor es el componente del sistema de refrigeración donde se efectúa el cambio de fase del refrigerante. Es aquí donde el calor del agua es transferido al refrigerante, el cual se evapora al tiempo de ir absorbiendo el calor.

EL CONDENSADOR

El condensador es el componente del sistema que extrae el calor del refrigerante y lo transfiere al aire o al agua. Esta perdida de calor provoca que el refrigerante se condense. Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor, a través de la cual pasa el calor del gas refrigerante caliente al medio condensante. Mediante la línea de líquido fluye el refrigerante en estado líquido a alta presión a la válvula termostática de expansión.

LA VALVULA TERMOSTATICA

La válvula termostática de expansión su finalidad es controlar el suministro apropiado del líquido refrigerante al evaporado, así como reducir la presión del refrigerante demanera que vaporice en el evaporador a la temperatura deseada.

DISPOSITIVOS Y CONTROLES

Para que un enfriador de líquido trabaje en forma automática, es necesario instalarle ciertos dispositivos eléctricos, como son los controles de ciclo. Los controles que se usan en un enfriador son de acción para

temperatura, llamados termostatos, de acción por presión llamados presostatos y de protección de falla eléctrica 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.5.- Filtro deshidratador de succión.6.- Filtro deshidratador de líquido.7.- Indicador de líquido o cristal mirilla.

Los termostatos son dispositivos que actúan para conectar o interrumpir un circuito en respuesta a un cambio de temperatura, instalados en esta unidad, cierran un circuito (Conectan) con un aumento de temperatura y lo interrumpirían (Desconectaran) con un descenso de temperatura. Un segundo tipo de control que se instala en la unidad son los presostatos (Baja presión, cuando se requiera y alta presión).

El presostato de baja presión se conecta en la succión del compresor y éste opera (Abre el circuito) cuando existe una baja presión en el sistema, ya sea por una baja de temperatura en el fluido –Actúa como control de seguridad-, por falta de refrigerante o por alguna obstrucción en la línea de líquido o de succión. El presostato de alta presión actúa (Abre el circuito) como un dispositivo de seguridad al incrementar la presión a un nivel arriba de lo normal, este dispositivo es de restablecimiento manual, el disparo de alta presión puede ocasionarse por obstrucción en el condensador, altas temperaturas en el área de enfriamiento, mal funcionamiento de los abanicos, desajuste en la válvula de expansión, obstrucción en la línea de líquido,etc.

El calefactor de carter tiene por objeto calentar el aceite del compresor para que al iniciar la operación éste tenga las condiciones correctas de viscosidad, al parar el compresor el calefactor se energiza, evaporando cualquier vestigio de refrigerante líquido en el carter, al arrancar la unidad se desenergiza automáticamente.

El Filtro deshidratador de Succión se encuentra instalado en la línea de succión y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, así como detener cualquier partícula extraña que viaje al compresor.

El Filtro deshidratador de Líquido se encuentra instalado en la línea de líquido y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, así como detener cualquier partícula extraña que viaje al compresor.

El Indicador de líquido o cristal mirilla instalada también en la línea de líquido, permite verificar visualmente que el sistema tenga su carga completa de refrigerante, así como verificar que el refrigerante se mantenga seco.

El circuito de control se encarga de controlar los paros y arranques de los motores del “chiller”, así como de las señales de alarma. Las líneas y accesorios de refrigeración conducen el refrigerante de un componente a otro del sistema de refrigeración, regulando, filtrando y controlando el paso del refrigerante.

El Gabinete encierra y protege los componentes de control y es el soporte de todos los componentes del equipo.

El refrigerante extrae el calor del medio a enfriar y lo disipa en un medio enfriante como agua o aire.

 

Principio de operación:

El objetivo es extraer el calor sensible del agua o salmuera, empleando un medio refrigerante; en la actualidad los medios refrigerantes más comunes son los CFC Y HCFC, por lo que la operación se basa en las curvas de operación de los mismos.

De una manera sencilla el principio es el siguiente:

El agua que se quiere enfriar se hace circular a través de un intercambiador del tipo casco y tubo (principalmente por el casco). Este flujo de agua transmitirá su calor al flujo del refrigerante, ya que estos se encuentran separador por la pared del tubo. El refrigerante al recibir el calor se evapora debido a sus características y a la baja presión de evaporación. El gas refrigerante es extraído por el compresor, el cual lo envía comprimido hacia el condensador. Durante este proceso el refrigerante se calienta por el efecto de la compresión y del calor del motor del compresor en sistemas con compresor hermético y semihermetico. El gas caliente del compresor entra al condensador en donde su calor es transmitido a un medio refrigerante que bien puede ser agua o aire principalmente. El calor extraído provoca que el refrigerante se condense a alta presión.

El refrigerante en estado líquido a alta presión puede ser almacenado o enviado directamente a la válvula de expansión para su inyección en el evaporador y así reiniciar el ciclo.

Selección de Equipos y Sistemas de Enfriamiento para la Industria

 

En la actualidad existen muchas industrias que requieren del empleo de equipos y sistemas de enfriamiento para sus líneas de proceso y sistemas auxiliares. Para el industrial de hoy el mercado ofrece una gran variedad de equipos y sistemas de enfriamiento que varían grandemente de acuerdo al rango de temperaturas requeridas, así como el grado de exactitud, Pero ¿cuál es el equipo o sistema a elegir?.

Los criterios fundamentales para la elección del mejor sistema son los siguientes:

Máxima y mínima temperatura de operación. Temperaturas de Bulbo Seco y Bulbo Húmedo. Costos iniciales de inversión. Costos de operación. Costos de mantenimiento. Simplicidad de operación. Precisión. Espacio disponible. Voltaje disponible. Capacidad de cargas eléctricas disponibles. Disponibilidad de agua. Calidad del agua. Ahorro de energía.

Un buen análisis de los requerimientos de enfriamiento así como una correcta elección de los sistemas centrales de enfriamiento y superficies de transferencia de calor pueden arrojar resultados asombrosos en ahorro de energía, simplicidad de operación, reducción de gastos innecesarios de mantenimiento, contratación de personal externo, etc.

Un método sencillo para la selección de equipos y sistemas de enfriamiento consta de los siguientes pasos:

Requerimientos. Análisis termodinámico. Selección del medio enfriante para los equipos de refrigeración. Selección del sistema de enfriamiento. Selección de los equipos del sistema de enfriamiento.

 

Para describir cada uno de estos pasos lo haremos a través de un ejemplo.

Requerimientos:

Debemos de reconocer en nuestro diagrama de flujo del proceso los puntos que requieren de enfriamiento en forma directa así como la de los sistemas auxiliares.  Ejemplo: Una compañía fabricante de juguetes de plástico realizó el análisis de su proceso y determinó que los siguientes procesos y equipos requerían de agua para su enfriamiento:

Moldes de inyección Enfriadores de aceite Compresores de aire Termorreguladores Termo formadoras Extrusoras

Enlistaron las temperaturas requeridas para cada proceso:

PROCESO RANGOMoldes 7 ºC a 14ºC

Enfriadores de aceite 23 ºC a 35 ºCCompresores de aire 23 ºC a 35 ºC

Postenfriadores 20 ºC a 30 ºCMolinos 23 ºC a 35 ºC

Termorreguladores 23 ºC a 35 ºCTermoformadoras 7 ºC a 15 ºC

Extrusoras 7 ºC a 16 ºCUsillos 14 ºC a 22 ºC

Aire para formadoras 7 ºC a 10 ºC

 

Análisis termodinámico

Es momento de determinar cuánto calor se generará durante el proceso, el cual es necesario remover a través de los sistemas de enfriamiento. Las fuentes más comunes generadoras de calor son los motores,

resistencias y vapor de agua generado por calderas. Para realizar el análisis termodinámico debemos unificar las unidades de las fuentes de calor aplicando las siguientes fórmulas:

Motores hidráulicos: Kw X 0.432 = Kcal./h

Motores compresores: Kw X 0.862 = Kcal./h

Resistencias:Kw X 862 = Kcal./h

Vapor de agua: 1 CV= 8316.5 Kcal./h a 3 Kg/cm2.

Cuando los productos son calentados en otro punto del proceso se puede determinar su carga térmica mediante la siguiente formula: W X (T2 – T1) X Cp= Kcal./h

Donde:

W= Kg/hT2= Temperatura final del producto ºCT1= Temperatura inicial del producto ºCCp= Calor especifico del producto.

Con estas fórmulas podemos determinar la cantidad de calor a remover y el gasto de agua requerido cuando no es proporcionado por el fabricante del equipo si es que conocemos el resto de los datos. Prosiguiendo con el ejemplo en la tabla 1 se muestran las cargas térmicas calculadas según los diferentes sistemas.

Es hora de agrupar las cargas calculadas de acuerdo con su temperatura con la finalidad de conocer la cantidad de calor a remover, pues cada aplicación requerirá de un sistema de enfriamiento distinto. Ver tabla 2.

 

TABLA 1 “CARGAS TERMICAS”

SISTEMA FORMULACARGA

TERMICA Kcal./h

TEMP. ENT.

ºC

TEMP. SAL.ºC

GASTO DE AGUA

Lph *Moldes (p.p.)** W (T2 – T1)

Cp5,125 7 14 1030

Enfriadores de aceite

KW X 0.432 17.28 23 35 3.568

Compresores de aire

KW X 0.862 3.21 23 35 0.643

Postenfriadores W (T2 – T1) Cp

7.2 20 30 1.44

Molinos W (T2 – T1) Cp

2.3 23 35 0.46

Termorreguladores W (T2 – T1) Cp

0.3 23 35 0.06

Termoformadoras W (T2 – T1) Cp

0.2 7 15 0.04

Extrusoras W (T2 – T1) Cp

0.5 7 16 0.10

Usillos W (T2 – T1) Cp

0.1 14 22 0.02

Aire para formadoras

W (T2 – T1) Cp

2.3 7 10 0.46

p.p. = Polipropilén* = Dividir la carga térmica entre 5º C como diferencial ** = Utilice la temperatura de desmoldeo y aplique un factor de 0.5 en lugar del CpCp  del agua = 1 Kcal./Kg ºC

Cp del  aire =0.24 Kcal./Kg ºC

TABLA 2 “CARGAS TERMICAS”

SISTEMA FORMULA

CARGA TERMICA

Kcal./h

TEMP. ENT.

ºC

TEMP. SAL.ºC

GASTO DE

AGUALph *

Moldes (p.p.)** W (T2 – T1) Cp

5,125 7 14 1030

Termoformadoras W (T2 – T1) 0.2 7 15 0.04

CpExtrusoras W (T2 – T1)

Cp0.5 7 16 0.10

Aire para formadoras

W (T2 – T1) Cp

2.3 7 10 0.46

Usillos W (T2 – T1) Cp

0.1 14 22 0.02

Postenfriadores W (T2 – T1) Cp

7.2 20 30 1.44

Enfriadores de aceite

KW X 0.432 17.28 23 35 3.568

Compresores de aire

KW X 0.862 3.21 23 35 0.643

Molinos W (T2 – T1) Cp

2.3 23 35 0.46

Termorreguladores W (T2 – T1) Cp

0.3 23 35 0.06

 

Selección del sistema de enfriamiento

El agua es el refrigerante más utilizado para enfriar una gran variedad de fluidos, es por esto que se han determinado los gastos requeridos en el paso anterior. Para seleccionar el método de enfriamiento para el agua conozcamos algunos de los más usuales

 

TORRE DE ENFRIAMIENTO ABIERTA

Este equipo ahorra energía, pero en este proceso el agua está en contacto directo con el  aire, por lo que la temperatura que puede alcanzar el agua al enfriarse es de 3 grados arriba de la temperatura de bulbo húmedo y además el aire está contaminado con impurezas que causan corrosión y obstrucción en los intercambiadores de calor.

Cuando se tiene un buen control del agua tratada de la torre es un buen equipo.

 

TORRE DE ENFRIAMIENTO CON INTERCAMBIADOR DE CALOR

 

Esta combinación aunque reduce la incrustación en los equipos el problema persiste para el intercambiador.

El rendimiento del conjunto Torre-Intercambiador resulta deficiente debido a que se reduce el efecto de las temperaturas diferenciales.

 

 

ENFRIADOR SECO DE AIRE.

 

Es recomendable su empleo cuando se requieren en el proceso temperaturas más elevadas (5°C arriba de la temperatura ambiente).  Un gran flujo de aire es necesario y una superficie de transferencia de calor mayor  que el empleado por un Enfriador Industrial de Fluidos.

 

 

ENFRIADOR INDUSTRIAL DE FLUIDOS

El Enfriador Industrial de Fluidos reduce el mantenimiento de los intercambiadores de calor porque el agua de proceso es circulada en un circuito cerrado, por lo que permanece limpia y además se alcanzan temperaturas más bajas que la temperatura de bulbo húmedo.

El Enfriador Industrial de Fluidos conjunta en un solo espacio el efecto evaporativo de la torre de enfriamiento y la transferencia de calor del serpentín mejorando el efecto de las temperaturas diferenciales y, además, resulta ser más fácil de limpiar.

 

ENFRIADOR DE LIQUIDOS “CHILLER”.

 

Este equipo permite alcanzar temperaturas inferiores a la de bulbo húmedo y punto de rocío, y proporciona agua limpia cuando trabaja en un sistema cerrado, ahorrando el vital líquido; no obstante su consumo de energía es alto cuando se emplea como un solo equipo. Se puede combinar con las torres de enfriamiento y los enfriadores evaporativos para distribuir la carga térmica y así utilizar un equipo más pequeño.

 

 

Ahora, con estos criterios y la experiencia podremos determinar el sistema a emplear para el enfriamiento del agua.

En el ejemplo, para los sistemas que requieren agua a 7ºC es recomendable emplear un “chiller”. Los sistemas que emplean agua hasta 20 ºC pueden emplear una torre de enfriamiento o un enfriador evaporativo de fluidos,  siempre y cuando las temperaturas de bulbo húmedo y punto de rocío lo permitan. Para los sistemas que usen agua arriba de 20 ºC se pueden emplear los enfriadores de aire seco y los enfriadores evaporativos de fluidos.

Por último, ya sabemos la carga térmica a remover para los diferentes sistemas, determinamos el mejor sistema para enfriar el agua, ahora debemos elegir los equipos a emplear para los diferentes sistemas que requieren de agua fría. Aquí el punto clave es la recuperación de la inversión, pero para hacer un buen análisis debemos considerar el costo de la inversión, el costo de operación y el costo de mantenimiento. Comparemos entre los diferentes proveedores de equipo los costos de inversión y el costo de operación, y estimemos los costos de mantenimiento por año.