Con los sistemas freecooling, se pretende la reducción del consumo energético en enfriadoras utilizando la capacidad de enfriamiento del aire exterior.
CONTENIDO
1 - FICHA TÉCNICA
2 - GENERALIDADES
Es un complemento que se puede instalar en cualquier tipo de configuración hidráulica y su objetivo principal es la reducción de consumo eléctrico en enfriadoras, por lo que tiene cabida cuando:
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Hay un número suficiente de horas con temperatura exterior baja
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Sistemas con alta temperatura de trabajo
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Coste de energía eléctrica elevado
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La combinación de todos los factores que ofrezca un payback interesante
El tipo de configuración puede ser en serie o en paralelo, y se debe tener en cuenta el potencial de ahorros cambia significativamente, tanto como para que la inversión pierda la rentabilidad.
Normalmente son equipos de tamaño considerable, por lo que el espacio podría ser un factor limitante.
El tipo de equipos a utilizar sería del tipo drycooler, drycooler con sistema adiabático, torre de refrigeración (abierta o cerrada) o incluso un foco frio como agua de pozo o rio, aunque estos son menos comunes.
En una instalación con enfriadoras condesadas por agua que ya disponen de elementos de disipación de calor, se podría aprovechar para utilizarlos como freecooling cuando no hay necesidad de frio mecánico.
3 - TIPOS DE FREECOOLING EN SERIE Y PARALELO
El esquema anterior se muestra las 2 opciones de freecooling:
Posición A, en paralelo. En esta configuración el equipo de freecooling se integra en la central como un generador más. Se debe tener en cuenta:
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Solo hay capacidad de freecooling total, es decir, cuando se alcanza la temperatura exterior de diseño y no se puede alcanzar la temperatura de consigna, el equipo debe parar ya que no aportaría nada a la producción.
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Cuando el equipo no está diseñado para cubrir la carga completa y se está por debajo de la temperatura exterior de diseño, junto con el equipo se tendrá enfriadoras en marcha y todos estarán parcializando al mismo % de carga.
Posición B, en serie (o sidecar). El equipo de freecooling se coloca en el retorno de la instalación en serie, de tal forma que :
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Por debajo de la temperatura exterior de diseño será capaz de conseguir la consigna a la salida, freecooling total, si el equipo es suficiente para atender la demanda, la temperatura de entrada en colector será la consigna y no se arrancarán enfriadoras. Sin embargo, si no tiene capacidad suficiente, el agua de retorno se mezclará con agua del freecooling, y la mezcla entrará en las enfriadoras.
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Entre la temperatura de exterior de diseño y la consigna del sistema, se tendrá freecooling parcial. El sistema intenta enfriar tanto como sea posible, sabiendo que el resto será enfriado por las enfriadoras.
4 - FREECOOLING PARCIAL Y TOTAL
¿Cuando se considera freecooling total y freecooling parcial?
Pongamos un ejemplo de sistema:
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Consigna de agua fría 20ºC
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Diseño del drycooler, consigna 20ºC con una OAT de 15ºC
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Capacidad 1200 KW
Freecooling total, la temperatura exterior es inferior al punto de diseño del equipo (15ºC). Con el drycooler es suficiente para atender toda la demanda.
Freecooling parcial, la temperatura exterior se encuentra entre 15ºC y 20ºC. El dryccoler no es capaz de alcanzar la consinga de 20ºC, pero si de bajar algo la temperatura de retorno de la instalación, y el resto debe ser enfriado por las enfriadoras.
La principal ventaja del freecooling parcial, es que el número de horas que se tiene suele ser importante y por tanto el potencial de ahorros energéticos es mucho mayor.
Nota: El RITE en la IT 1.2.4.5.1 Enfriamiento gratuito por aire exterior, indica que con una configuración tipo drycooler, debe ser en serie. Ver más
5 - TIPOS DE EQUIPOS
5.1 DRYCOOLERS
Un drycooler es un enfriador compuesto por una batería que por interior circula el agua y por exterior el aire movido por unos ventiladores.
Las configuraciones varían según el tamaño, siendo planos o en V.
Parámetros a tener en cuenta en la selección:
- Temperatura de consigna
- Temperatura exterior SECA a la se consigue la consiga. Una diferencia de temperaturas (approach) muy pequeña daría como resultado un equipo muy grande, y con un approach muy grande se estaría perdiendo horas de potencial ahorro. Un valor típico es 5ºC, pero el proyectista debe buscar el equilibrio entre inversión y amortización.
Siguiendo con el ejemplo anterior, se muestra el diagrama psicrométrico del aire exterior que se puede utilizar para freecooling:
5.2 DRYCOOLERS CON SISTEMA ADIABÁTICO
Con el sistema adiabático se busca reducir la temperatura del aire de entrada a la batería y por tanto obtener más horas de freecooling. Si bien es cierto que estos sistemas son mas usados para la condensación y no tanto para el freecooling, es un opcional que se puede tener en cuenta para aumentar las horas de funcionamiento. La temperatura de entrada será función de:
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Temperatura exterior y humedad relativa
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Eficiencia del sistema de humectación
Nota: El sistema adiabático, lógicamente tiene un consumo de agua que se debe tener en cuenta, tanto a nivel de costes operativos y de mantenimiento como ambientales.
Tipos de sistemas de enfriamiento adiabático. Ver más
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Pulverización
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Mallas
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Paneles humectantes
Veamos a continuación el área de trabajo de la carta psicrométrica, considerando los valores anteriores (consigna de 20ºC y approach de 5º) y que el sistema tiene una eficiencia del 100% de humectación:
El área azul de la izquierda muestra la operación en seco de freecooling total sin humectación, limitada hasta una temperatura exterior de 15ºC.
El segundo área azul represente la operación de freecooling total con adiabático activo. La línea límite de operación es la temperatura húmeda de 15ºC (considerando una eficiencia de humectación del 100%).
Entre la temperatura de bulbo húmedo entre 15ºC y 20ºC se tiene el freecooling parcial.
Cuanto más seco esté el aire, mayor capacidad de humectación tiene y más se puede enfriar.
Este gráfico representa el registro de datos climáticos, en este caso para Almaraz, en forma de curva monótona.
La línea de puntos amarillos representa la temperatura húmeda acumulada por horas y todas las temperaturas secas que se han dado con esa temperatura de bulbo húmedo.
La cantidad de horas con las que se puede trabajar con freecooling total supera las 6.000 y para el freecooling total + parcial, casi la totalidad del año.
6 - RECOMENDACIONES DE DISEÑO
Prioridad configuración en serie frente a paralelo, para aprovechar las posibilidades de freecooling parcial
Sistemas de protección frente a congelación con el sistema parado, glicolar la instalación
En caso de sistema adiabático prestar atención a:
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Sistemas de pulverización de agua:
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Calidad de agua, dureza
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Presurización de agua
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Filtración de agua de aporte y tratamiento con luz U.V.
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Necesidad de protección de baterías
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Sistemas con paneles:
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El grosor del panel impacta en la eficiencia de humectación y presión adicional en ventiladores (consumo)
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Material del panel
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Limpieza de los paneles y mantenimiento
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Control del sistema de humectación
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