Ya sea enfriado por agua o por aire, la correcta selección de un chiller exige una serie de particularidades para su diseño e instalación, las cuales deben responder a las necesidades de cada proyecto. A continuación, se describen algunos aspectos a tomar en cuenta
Eleazar Rivera
En enfriador o chiller es una máquina frigorífica cuya función es enfriar un medio líquido, el cual suele ser agua. En otras palabras, cuando la función de frío está activa el chiller mantiene el líquido refrigerado; también puede funcionar como una bomba de calor para calentar el líquido. Esto se logra con ayuda del intercambio térmico por expansión directa.
Los componentes básicos de un chiller son los siguientes:
Compresor. Genera una diferencia de presión que permite al refrigerante en estado líquido circular en el sistema hasta llegar al condensador en forma de gas. Es el elemento más importante del chiller.
Evaporador. Transfiere el calor del líquido por enfriar al refrigerante en punto de saturación.
Condensador. Intercambiador de calor que transforma el refrigerante de gas a líquido.
Microprocesador. Gestiona y controla el funcionamiento del chiller.
Torre de enfriamiento. Utilizada para reducir la temperatura del agua.
Válvula termostática. Regula el suministro del líquido refrigerante al evaporador y reduce la presión del mismo para su vaporización al punto que se requiera.
Figura 1. Componentes de un chiller enfriado por aire
Además de las partes básicas mencionadas, el chiller se compone de otros elementos que se describen en la Figura 1.
Los chillers pueden enfriarse por agua, aire o evaporación, por tal motivo son sistemas muy utilizados para acondicionar grandes instalaciones, edificios de oficinas y, sobre todo, aquellos espacios que necesitan simultáneamente climatización y agua caliente sanitaria (ACS). En el caso particular de los enfriadores de agua helada, los usos pueden ser a nivel industrial, comercial y residencial; por ejemplo, aire acondicionado en hoteles, centros comerciales, hospitales y oficinas; enfriamiento de equipo médico, en procesos industriales, etcétera. En la industria de la refrigeración se utilizan en todos aquellos procesos en los que disipar calor de equipos y reactores es una necesidad apremiante.
¿Cómo seleccionar un chiller?
Ahora bien, existe una clasificación básica para iniciar con la selección de estos equipos: chillers enfriados por agua y chillers enfriados por aire.
Un chiller enfriado por agua posee una mayor capacidad de enfriamiento, determinada por la tasa de transferencia de calor del agua y, por lo tanto, es más recomendable en grandes edificaciones.
En cambio, el chiller enfriado por aire tiene menos capacidad debido a la menor tasa de transferencia de calor, pero tiene la ventaja de que requiere menos mantenimiento, pues no le afectan las incrustaciones de agua que se producen en los tubos de los intercambiadores de calor en los chillers enfriados por agua. Otro aspecto importante es que los sistemas refrigerados por agua pueden proporcionar ventajas de eficacia e impacto ambiental sobre los enfriados por aire.
Existen también diferencias en relación con los costos iniciales. Los chillers enfriados por aire son menos costosos, ya que los sistemas de aire frío no requieren de torres de enfriamiento, bombas de condensación de agua ni otros componentes asociados a los sistemas de aire acondicionado. Por lo general, los diseños de sistemas de HVACR pequeños se diseñan considerando chillers enfriados por aire, debido a que los requisitos extra de los sistemas de agua fría de tratamiento de agua y de mantenimiento requieren un capital mayor y no se compensan rápidamente con los costos más bajos de operación.
Figura 2. Ciclo de enfriamiento de un chiller
En cambio, los diseños de sistemas de climatización más grandes suelen considerar chillers enfriados por agua (por lo general, los ingenieros y técnicos de aire acondicionado se sienten a gusto con equipos que necesiten poco o ningún mantenimiento).
Anteriormente hemos planteado la diferencia entre estos sistemas, en especial respecto a las mejores propiedades de transferencia del calor del agua en comparación con los chillers enfriados por aire. La principal ventaja del agua es que el coeficiente de convección (h) es entre 10 y 100 veces mejor que en el aire. El también conocido como coeficiente de película controla la transferencia de calor en un área dada constante y una diferencia en la temperatura. Es decir, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.
Otro aspecto a considerar, relacionado con el diseño arquitectónico del edificio donde se instalará, es la ubicación del sistema y su interacción con las actividades humanas, pues las unidades de aire acondicionado enfriadas por agua hacen menos ruido y dan más enfriamiento por metro cuadrado. Mientras que los chillers enfriados por aire tienen menor enfriamiento y son máquinas de aire acondicionado más ruidosas. Este ruido es molesto sobre todo para los ocupantes de las zonas y de las oficinas más cercanas, ya que, además de la contaminación auditiva que el ruido produce, también afecta la concentración de los trabajadores y, en consecuencia, la producción laboral.
El chiller enfriado por aire requiere menos mantenimiento, pues no le afectan las incrustaciones de agua que se producen en los tubos de los intercambiadores de calor
Aspectos relevantes
Cuando se va a realizar un proyecto que requiera el diseño de un sistema de refrigeración hay varios aspectos que se deben reflexionar para hacer la selección que mejor se adapte a las necesidades de los clientes.
Durante el proyecto, los involucrados tienen que evaluar ambos sistemas teniendo en cuenta diversos factores. Los ingenieros en refrigeración deben considerar las condiciones ambientales (bulbo húmedo, bulbo seco), número de horas de operación, patrón de carga parcial, costes de mantenimiento, etcétera.
Cuando se diseñan este tipo de sistemas es necesario considerar los siguientes puntos clave:
- Costo total del ciclo de vida: cuantifica la totalidad de los gastos (directos o indirectos, fijos o variables) desde que inicia la investigación para determinar la selección, adquisición, instalación, operación, mantenimiento y reparaciones
- Fuente de energía: calor residual, gas natural, diésel, biogás, energía solar, agua caliente, vapor, etcétera
- Clasificación del enfriador: scroll enfriado por aire o agua, tornillo enfriado por aire o agua y centrífugo enfriado por aire o agua
- Capacidad de enfriamiento de la enfriadora y del evaporador
- Material y tipo del evaporador: expansión directa, inundado, sobrealimentado, tubo descubierto, de superficie de placa, aleteado, de doble tubo, Baudelot, tipo tanque, etcétera
- Material del condensador
- Nivel de ruido
- Materiales de tuberías internas
- Tipo y cantidad de compresores
- Cantidad de circuitos de nevera
- Requisitos de refrigerante
- Temperatura de descarga de fluido
- COP: mide la relación entre la capacidad de enfriamiento en RT y la energía consumida por el enfriador completo en kW. Para enfriadores medianos o grandes esto debería variar de 3.5 a 7.0, con valores más altos, lo que significa una mayor eficiencia. La eficiencia de la enfriadora se especifica a menudo en kilovatios por tonelada de refrigeración (kW / RT)
Un chiller enfriado por agua posee mayor capacidad de enfriamiento, por lo que su instalación se recomienda en grandes edificaciones
Entonces, ¿los chillers enfriados por agua son mejores que los enfriados por aire? Para esta pregunta no existe una respuesta concluyente. El hecho es que todo depende. Los chillers enfriados por agua normalmente condensarán a una presión media menor que los enfriados por aire. Esto es porque la temperatura del agua es menor que la temperatura del aire. Si el condensador está operando a una presión menor esto se refleja directamente y se traduce en costos de operación menores.
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Eleazar Rivera
Consultor en eficiencia energética y HVAC en la Dirección de Fomento Energético de la Secretaría de Economía y Trabajo de Nuevo León.
