O guia definitivo para o sistema de resfriamento industrial - tudo o que você precisa saber

O que são sistemas de resfriamento industrial?

Edifícios comerciais usam sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) para desumidificar e resfriar o prédio. Edifícios comerciais modernos buscam sistemas e componentes de HVAC eficientes como parte de iniciativas mais amplas centradas no desempenho e na sustentabilidade da construção. Da mesma forma, os ocupantes do edifício têm grandes expectativas de que o sistema HVAC funcione conforme o esperado. . . para criar um ambiente interior confortável, independentemente das condições externas ao edifício.

Os chillers tornaram-se um componente essencial de HVAC de uma ampla variedade de instalações comerciais, incluindo hotéis, restaurantes, hospitais, arenas esportivas, plantas industriais e de manufatura, etc. instalações. Eles podem facilmente consumir mais de 50% do uso total de eletricidade durante os períodos sazonais. De acordo com o Departamento de Energia dos EUA (DOE), os chillers podem se combinar para usar aproximadamente 20% da energia elétrica total gerada na América do Norte. Além disso, o DOE estima que os resfriadores podem gastar até 30% no uso de energia adicional devido a várias ineficiências operacionais. Essas ineficiências reconhecidas custam às empresas e instalações de construção bilhões de dólares anualmente.

Em geral, um resfriador facilita a transferência de calor de um ambiente interno para um ambiente externo. Este dispositivo de transferência de calor depende do estado físico de um refrigerante conforme ele circula pelo sistema de resfriamento. Certamente, os chillers podem funcionar como o coração de qualquer sistema HVAC central.

Como funciona um resfriador?

Um chiller funciona com o princípio de compressão de vapor ou absorção de vapor. Os resfriadores fornecem um fluxo contínuo de refrigerante para o lado frio de um sistema de água de processo a uma temperatura desejada de cerca de 10°C (50°F). O refrigerante é então bombeado através do processo, extraindo calor de uma área de uma instalação (por exemplo, maquinário, equipamento de processo, etc.) à medida que flui de volta para o lado de retorno do sistema de água do processo.

Um chiller usa um sistema de refrigeração mecânica de compressão de vapor que se conecta ao sistema de água de processo por meio de um dispositivo chamado evaporador. O refrigerante circula através de um evaporador, compressor, condensador e dispositivo de expansão de um chiller. Um processo termodinâmico ocorre em cada um dos componentes acima de um resfriador. O evaporador funciona como um trocador de calor, de modo que o calor capturado pelo fluxo do refrigerante do processo é transferido para o refrigerante. À medida que a transferência de calor ocorre, o refrigerante evapora, passando de um líquido de baixa pressão para vapor, enquanto a temperatura do refrigerante do processo diminui.

O refrigerante então flui para um compressor, que executa várias funções. Primeiro, ele remove o refrigerante do evaporador e garante que a pressão no evaporador permaneça baixa o suficiente para absorver o calor na taxa correta. Em segundo lugar, ele aumenta a pressão no vapor refrigerante de saída para garantir que sua temperatura permaneça alta o suficiente para liberar calor quando atinge o condensador. O refrigerante retorna ao estado líquido no condensador. O calor latente cedido à medida que o refrigerante muda de vapor para líquido é transportado do ambiente por um meio de resfriamento (ar ou água).

Tipos de resfriadores:

Conforme descrito, dois meios de resfriamento diferentes (ar ou água) podem facilitar a transferência do calor latente cedido conforme o refrigerante muda de vapor para líquido. Assim, os chillers podem usar dois tipos diferentes de condensadores, resfriados a ar e resfriados a água.

• Os condensadores resfriados a ar se assemelham aos “radiadores” que refrigeram os motores de automóveis. Eles usam um soprador motorizado para forçar o ar através de uma grade de linhas de refrigerante. A menos que sejam especialmente projetados para condições ambientais elevadas, os condensadores resfriados a ar requerem temperaturas ambientes de 95 ° F (35 ° C) ou menos para operar de maneira eficaz.
• Os condensadores resfriados a água executam a mesma função que os condensadores resfriados a ar, mas requerem duas etapas para completar a transferência de calor. Primeiro, o calor se move do vapor refrigerante para a água do condensador. Em seguida, a água quente do condensador é bombeada para uma torre de resfriamento onde o calor do processo é finalmente descarregado para a atmosfera.

Chillers resfriados a água:

Os chillers resfriados a água apresentam um condensador resfriado a água conectado a uma torre de resfriamento. Eles têm sido comumente usados ​​para instalações de médio e grande porte com abastecimento de água suficiente. Os chillers resfriados a água podem produzir um desempenho mais constante para ar condicionado comercial e industrial devido à relativa independência das flutuações da temperatura ambiente. Os chillers refrigerados a água variam em tamanho, desde modelos pequenos com capacidade de 20 toneladas até vários modelos de milhares de toneladas que resfriam as maiores instalações do mundo, como aeroportos, shopping centers e outras instalações.

Um chiller refrigerado a água típico usa água do condensador recirculante de uma torre de resfriamento para condensar o refrigerante. Um chiller resfriado a água contém um refrigerante dependente da temperatura da água do condensador de entrada (e vazão), que funciona em relação à temperatura ambiente de bulbo úmido. Uma vez que a temperatura de bulbo úmido é sempre menor que a temperatura de bulbo seco, a temperatura de condensação do refrigerante (e pressão) em um chiller resfriado a água muitas vezes pode operar significativamente mais baixo do que um chiller resfriado a ar. Assim, os chillers resfriados a água podem operar com mais eficiência.

Os chillers resfriados a água normalmente residem em um ambiente interno protegido das intempéries. Conseqüentemente, o chiller resfriado a água pode oferecer uma vida útil mais longa. Os chillers refrigerados a água normalmente representam a única opção para instalações maiores. O sistema de torre de resfriamento adicional exigirá despesas de instalação e manutenção adicionais em comparação com os chillers resfriados a ar.

Chillers refrigerados a ar:

Os chillers resfriados a ar dependem de um condensador resfriado pelo ar ambiente. Assim, os chillers resfriados a ar podem encontrar aplicação comum em instalações menores ou médias onde podem existir restrições de espaço. Um chiller resfriado a ar pode representar a escolha mais prática em cenários onde a água representa um recurso escasso.

Um chiller resfriado a ar típico pode apresentar ventiladores de hélice ou ciclos de refrigeração mecânica para puxar o ar ambiente sobre uma bobina com aletas para condensar o refrigerante. A condensação do vapor refrigerante no condensador resfriado a ar permite a transferência de calor para a atmosfera.

Os chillers refrigerados a ar oferecem a vantagem significativa de custos de instalação mais baixos. A manutenção mais simples também resulta devido à sua relativa simplicidade em comparação com os chillers refrigerados a água. Os chillers refrigerados a ar ocuparão menos espaço, mas a maioria ficará fora das instalações. Assim, os elementos externos comprometerão sua vida útil.

A natureza abrangente dos chillers refrigerados a ar reduz os custos de manutenção. Sua relativa simplicidade, juntamente com requisitos de espaço reduzidos, produz grandes vantagens em muitos tipos de instalações.

Ações para aumentar a eficiência dos sistemas de resfriamento:
Os custos do chiller consomem uma parte substancial das contas de serviços públicos do seu edifício. Que medidas devemos tomar para obter economia de energia por meio da eficiência máxima do sistema de resfriamento? Vamos examinar algumas possibilidades.

Em manutenção

Os sistemas de resfriamento funcionarão com mais eficiência por meio de manutenção contínua adequada. A maioria das organizações reconhece esse valor e toma medidas como parte de suas melhores práticas de gerenciamento de instalações do dia a dia. Algumas práticas recomendadas comuns para sistemas de resfriamento incluem:

Inspecione e limpe as bobinas do condensador. A transferência de calor tem um grande efeito nos sistemas de resfriadores e continua sendo fundamental para a produção de operações de resfriadores eficientes. A manutenção de rotina deve inspecionar as bobinas do condensador quanto a entupimento e passagem de ar livre.

Mantenha a carga do refrigerante. O quociente de resfriamento de um chiller depende dos níveis adequados de refrigerante no sistema. Manter a carga adequada de refrigerante pode causar um grande impacto na eficiência energética, reduzindo os custos de resfriamento em cerca de 5 a 10%.

Manter a água do condensador: os loops de água do condensador usados ​​com torres de resfriamento devem manter o fluxo de água adequado conforme projetado. Quaisquer detritos como areia, sólidos erosivos e materiais de contaminação podem afetar o circuito de água do condensador. A incrustação ou incrustação pode inibir o fluxo de água e impactar fortemente a eficiência operacional do chiller.

Manutenção preditiva

A Inteligência Artificial (IA) continua avançando nas aplicações práticas do dia a dia. Máquinas como sistemas de chillers se beneficiarão de algoritmos de IA que podem detectar possíveis falhas antes que elas ocorram. A manutenção preditiva aproveita a coleta e a análise de dados operacionais do sistema do chiller para determinar quando as ações de manutenção devem ser tomadas antes de uma falha catastrófica. Como os sistemas de chillers representam o coração da maioria dos sistemas HVAC modernos, a prevenção de falhas catastróficas que produzem um “tempo de inatividade” significativo economizará nos custos de reparo de emergência, bem como na reputação. O papel crítico desempenhado por um sistema de chiller garante o aumento do escrutínio. Big Data e IA minimizarão o tempo de inatividade e maximizarão a produtividade.

A Internet das Coisas (IoT) fornece a ferramenta de coleta de dados que pode habilitar aplicativos de IA, como manutenção preditiva. Na verdade, o futuro do HVAC é a IA e a IoT. A IoT permite a coleta de dados em tempo real de um chiller para permitir uma análise contínua de sua operação. Os dados granulares de IoT coletados de um chiller irão muito além dos obtidos por inspeção visual. A IoT conecta engenheiros de construção à visibilidade em tempo real de ativos críticos de HVAC, permitindo assim o monitoramento informado das condições operacionais reais.

Otimização

Os resfriadores operam como parte de um sistema HVAC complexo. Os chillers resfriados a água têm maior complexidade devido à conexão a um sistema de torre de resfriamento. Avaliar o desempenho geral da planta de resfriamento envolverá, portanto, uma análise do consumo total de energia do compressor, bombas, ventiladores da torre de resfriamento, etc. para avaliar medidas abrangentes de eficiência, como kW/ton.

A otimização da planta geral do chiller deve ser realizada de forma holística. Vários ajustes com foco em pontos de ajuste ideais de água gelada, sequenciamento do chiller e balanceamento de carga, gerenciamento de demanda de pico, gerenciamento de água da torre de resfriamento etc. só podem ser realizados com dados operacionais. A IoT pode fornecer as ferramentas para essa otimização, fornecendo monitoramento em tempo real do consumo de energia de cada parte da planta do resfriador, temperaturas de fornecimento/retorno do resfriador e torre de resfriamento, taxas de fluxo de água do circuito de água do condensador, etc. A IoT descobriu aplicação prática em HVAC para facilitar a verdadeira otimização.

Conclusão:

A eficiência operacional do chiller terá um grande impacto sobre os custos operacionais do edifício. A manutenção de rotina contínua representa o mínimo da perspectiva do gerenciamento de instalações. A manutenção preditiva e a otimização do sistema do chiller requerem dados operacionais em tempo real. A IoT abriu a porta para novas formas de eficiência de chillers.