¿Cómo funciona una planta de enfriamiento?
El ciclo de refrigeración por compresión de vapor (VCRC) es el ciclo de refrigeración más utilizado en el mundo. Se emplea para enfriar edificios, vehículos, refrigeradores y congeladores, así como para proporcionar enfriamiento en muchos procesos industriales. Pero, ¿cómo funciona?
El ciclo de compresión de vapor es un proceso que utiliza un refrigerante para enfriar y extraer el calor de un espacio. El refrigerante circula a través de cuatro componentes principales: un compresor, condensador, válvula de expansión (dispositivo de medición) y evaporador.
Sistema de Refrigeración Típico
En el compresor, el vapor de refrigerante se comprime a una temperatura y presión más altas. El vapor de refrigerante a alta presión se descarga luego a un condensador, donde el calor se transfiere del refrigerante a un medio externo, lo que provoca que la temperatura del refrigerante disminuya y cambie de estado para convertirse en un líquido a alta presión.
El refrigerante líquido luego fluye a través de una válvula de expansión, que reduce su presión, causando que se evapore parcialmente; esto resulta en una mezcla de refrigerante líquido y vapor que se descarga de la válvula de expansión.
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Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor (VCRC)
La mezcla luego fluye hacia un evaporador y es calentada por un medio externo (generalmente agua). El refrigerante absorbe calor del medio externo, lo que provoca que su temperatura aumente hasta que se evapora y cambia de estado de un líquido a baja presión a un vapor a baja presión. La absorción de calor por el refrigerante provoca que la temperatura del medio externo disminuya, por lo tanto, se produce un efecto de enfriamiento. Una vez que el medio externo ha sido enfriado, puede ser bombeado a una ubicación diferente y utilizado para eliminar el calor de un espacio.
Después del evaporador, el vapor de refrigerante a baja presión regresa al compresor y el ciclo se repite.
¿Cuáles son las partes principales de un enfriador?
Las partes principales de un enfriador se enumeran a continuación.
Circuito de Agua Enfriada
El calor es rechazado de un proceso o edificio y descargado al evaporador. El evaporador utiliza el calor del agua enfriada para hervir el refrigerante líquido contenido dentro del evaporador. A medida que el refrigerante se evapora, el agua de enfriamiento se enfría (enfriamiento evaporativo).
Evaporador
El evaporador es un intercambiador de calor de carcasa y tubos. El refrigerante líquido sumerge los tubos y se refiere al fluido del 'lado de la carcasa'. El agua enfriada fluye a través de los tubos y se refiere al fluido del 'lado del tubo'. El refrigerante líquido a baja presión es calentado por el agua enfriada entrante hasta que hierve y se convierte en un gas de baja presión. El agua enfriada se enfría a medida que el refrigerante se evapora.
El agua enfriada a menudo se toma de áreas de calefacción de confort (dentro de un edificio), un proceso industrial o salas de servidores, pero las aplicaciones son numerosas.
Compresor
El compresor aumenta la densidad del gas de refrigerante evaporado. A medida que la densidad del gas de refrigerante aumenta, también lo hace su temperatura. Los compresores de refrigerante para grandes enfriadores suelen ser de diseño centrífugo, de pistón reciprocante o de engranajes; los compresores más pequeños utilizan diseños de lóbulos o scroll.
Motor
El motor principal para el compresor es un motor eléctrico. Los compresores pequeños pueden ser impulsados por motores monofásicos, pero los compresores de enfriadores más grandes son impulsados por motores de corriente alterna (CA) trifásicos.
Condensador
El gas de refrigerante a alta presión del compresor se descarga al condensador. El condensador suele ser de diseño de intercambiador de calor de carcasa y tubos. El gas de refrigerante es el fluido del lado de la carcasa, mientras que el agua de enfriamiento (agua del condensador) es el fluido del lado del tubo.
El gas de refrigerante a alta presión es enfriado por el circuito de agua de enfriamiento, lo que provoca que el gas se condense en un líquido a alta presión; el refrigerante líquido se descarga luego a la válvula de expansión y luego al evaporador.
Válvula de Expansión
El refrigerante líquido a alta presión se descarga al evaporador a través de una válvula de expansión. Las válvulas de expansión disminuyen la presión, disminuyen la temperatura y aumentan el volumen del refrigerante líquido. Debido a la reducción de presión, el refrigerante líquido a alta presión entra al evaporador en estado de vapor.
Caja de Control
La electrónica (y generalmente los diagramas de cableado) necesarios para controlar la unidad de enfriamiento se alojan dentro de la caja de control. Los sensores de temperatura, presión, flujo y nivel transmiten información a la caja de control. La caja de control controla cuándo se enciende/apaga el motor del compresor, además de actuar para alarmar o apagar la unidad en caso de que surja un problema operativo.
Los motores modernos utilizan variadores de frecuencia (VFD); variar la frecuencia varía la velocidad del motor y, por lo tanto, del compresor. Los VFD son útiles porque no es necesario ciclar (encender y apagar) el compresor con tanta frecuencia, prolongando así su vida útil mientras también se obtiene un mejor control sobre la capacidad de enfriamiento de la planta de enfriamiento.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Chiller
https://energy-models.com/chiller-plant-design
https://blog.senseware.co/2017/11/16/ultimate-guide-chiller-systems