Se emplean principalmente para impulsar la circulación del agua a través de la sección del condensador del enfriador de agua refrigerada y la torre de refrigeración correspondiente.
Por: Óscar Villegas Juárez.
El agua del condensador absorbe el calor de la sección del condensador de los enfriadores y lo libera a la atmósfera de la torre de refrigeración mediante la evaporación (ver imagen 1).
El agua enfriada se recoge en el depósito de la torre, donde vuelve a bombearse al condensador del enfriador (ver imagen 2).
SOLUCIÓN TRADICIONAL
Según el método tradicional, la bomba de agua del condensador hace circular el agua de forma permanente con un caudal constante. El fabricante del enfriador recomienda pasar el caudal a través de la sección del condensador para obtener una mejor disipación del calor.
A menudo, la bomba del condensador está sobredimensionada para proporcionar un margen de seguridad y requiere ajustes de campo con una válvula de equilibrado para aumentar la resistencia del sistema y para proporcionar el coeficiente del caudal de diseño.
En el método tradicional, existen dos formas de controlar el caudal de la bomba del condensador:
1. Control del caudal del condensador-válvula de equilibrado. En la solución tradicional, durante la puesta en marcha, la válvula de equilibrado está parcialmente cerrada para ajustar el coeficiente del caudal de la bomba con el del caudal requerido por el agua del condensador recomendado por el fabricante.
Cuando la válvula de equilibrado está parcialmente cerrada, el caudal desciende y la curva del sistema aumenta la curva de la bomba hasta alcanzar una presión mayor y un caudal menor.
2. Control del caudal del condensador-calibración del impulsor. La calibración del impulsor consiste en reducir su diámetro. El caudal de la bomba del condensador puede reducirse si se calibra el impulsor.
A partir de la curva de la bomba, se determina la caída de presión en el coeficiente de caudal de diseño y la dimensión adecuada del impulsor de la bomba. El impulsor se calibra con el tamaño correcto. No obstante, este método de alcanzar resultados de caudal adecuado hace que el rendimiento de la bomba se vea afectado.
Cuando se calibra el impulsor producirá:
• Reducción en el diámetro del impulsor
• Descenso de la presión
• Descenso del caudal
Si se desea aumentar el caudal después de calibrar un impulsor, es necesario comprar e instalar un nuevo impulsor con las medidas correctas.
SOLUCIÓN INNOVADORA
En la actualidad, al implementar nuevas soluciones se consiguen ahorros de energía, por ejemplo al instalar convertidores de frecuencia en el sistema, ya que se pueden emplear dos métodos para controlar el caudal de la bomba del condensador, mejorar la eficacia y reducir el consumo de energía.
Métodos del caudal de la bomba del condensador
• Instalación de un convertidor de frecuencia en la bomba del condensador para mantener un caudal constante
• Utilización de un convertidor como válvula de caudal para mantener una temperatura constante del agua del condensador
• Instalación de un convertidor de frecuencia en la bomba de agua del condensador
• Si se instala una válvula de equilibrado, estará parcialmente cerrada para compensar el tamaño del impulsor y el suministro de caudal excesivos.
Después de instalar un convertidor de frecuencia, el equilibrador del sistema simplemente abre la válvula y configura la velocidad de la bomba para proporcionar el caudal de diseño.
Si se abre la válvula de equilibrado en la descarga de la bomba, se elimina la caída de presión artificial y la bomba trabaja a velocidad inferior, con una curva de velocidad de la bomba distinta para proporcionar el caudal de diseño, ya que la bomba funciona respetando la curva de diseño del sistema.
La curva de la bomba hace que la curva del sistema descienda, y la bomba funciona con el caudal diseñado. Se ahorra energía si se compara con el método tradicional, y la bomba sigue funcionando con un alto rendimiento.
Convertidor de frecuencia como válvula de caudal
Un segundo método de controlar el caudal de agua del condensador es utilizar el convertidor de frecuencia como válvula de caudal para mantener una temperatura constante del agua del condensador.
El convertidor de frecuencia mantiene la temperatura adecuada de la fuente de alimentación del condensador, aumentando o reduciendo el coeficiente de caudal por medio de la torre de refrigeración.
A medida que la temperatura del agua del condensador aumenta, la velocidad de la bomba de agua del condensador también aumenta, y su caudal también es mayor para mantener el valor de consigna del agua del condensador.
Cuando la temperatura del agua del condensador desciende, la velocidad de la bomba de agua del condensador también desciende, y su caudal se reduce para mantener el valor de consigna del agua del condensador.
Al aumentar la temperatura del agua del condensador, el caudal también aumenta con la bomba funcionando en el caudal 2.
A medida que la temperatura del agua del condensador desciende, el caudal también se reduce con la bomba funcionando en el caudal 1 (ver imagen 3).
Es importante prestar mucha atención al utilizar este método de control para evitar configurar un caudal bajo en el condensador del enfriador. Por lo general, esto puede lograrse si se utiliza un ajuste de velocidad mínima del convertidor de frecuencia para controlar el caudal de la bomba de control.
AHORRO DE ENERGÍA
El primer paso para calcular el ahorro de energía es determinar el consumo de energía con la válvula de equilibrado existente parcialmente cerrada, o bien calibrando el impulsor.
Si se toman medidas eléctricas o se utiliza una curva de la bomba, se obtendrá un cálculo de la potencia (kW) utilizada. Este consumo de energía se compara con la energía requerida, utilizando un convertidor de frecuencia.
Para calcular el posible ahorro a lo largo del tiempo, es necesario conocer la carga real respecto del perfil de tiempo. El perfil de carga indica la cantidad de potencia que un sistema necesita para satisfacer su carga durante el periodo de tiempo analizado (hora, día, mes, año).
Si se multiplica la diferencia de potencia en el tiempo, se obtendrá el cálculo del ahorro de energía al instalar un convertidor de frecuencia.
El perfil de carga es plano porque la bomba proporciona un caudal constante al enfriador. La diferencia en el área (energía) es la potencia (kW) en el tiempo utilizada por la bomba cuando está en funcionamiento.
Un convertidor de frecuencia ahorra energía eliminando la caída de presión en la válvula de equilibrado o haciendo funcionar la bomba con una velocidad inferior y una eficacia superior, en comparación con la calibración del impulsor. El perfil de carga varía en función de la necesidad específica del sistema y de su ubicación geográfica.
Imagen 4. Gráfico de consumo de energía en el tiempo para un perfil de carga típica de una bomba del condensador
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Óscar Villegas Juárez
Ingeniero en Control y Automatización por el instituto Politécnico Nacional, con más de 10 de experiencía laboral en Danfoss Industries como HVACR Sales Manager, Power Electronics Division. Su principal función, la responsavilidad comercial a nivel nacional, de equipo y soluciones de drives, orientados a la industria HVAC y de refrigeración.
