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Los factores que afectan las decisiones sobre si usar compresores de aire enfriados por aire o por agua y pautas de recuperación de calor para ambas situaciones, una revisión de las fuentes y los costos del agua de enfriamiento, comparaciones de costos de enfriamiento entre los compresores de aire enfriados por aire y por agua.
Generalidades del agua de refrigeración
Al considerar los costos operativos directos de un compresor de aire, incluida la energía, a menudo se pasa por alto el agua de refrigeración. ¿Por qué? Puede ser difícil aislarlo del compresor de aire. Se necesita diligencia para rastrear y medir. Como todo, si no lo mides, no se puede gestionar. La decisión de utilizar compresores de aire enfriados por aire o enfriados por agua está dictada por el tipo de tecnología del compresor de aire, el precio inicial y los basados argumentos técnicos generales. En general, hoy en día, el enfriamiento por aire suele ser menos costoso en costos de capital, costos operativos, costos de mantenimiento y espacio de piso. Independientemente del número que se use para el costo del agua (sin incluir el uso de energía), probablemente no sea el adecuado para cada ubicación en particular. Este costo es muy específico del sitio y debe ser el primer factor identificado al transitar en un programa de control de costos de agua y energía.
Fuentes de agua de refrigeración
A menudo, el agua utilizada requerirá tratamiento de agua para un desempeño efectivo en el enfriamiento industrial. Estos costos también deben ser considerados. Los costos del agua de refrigeración han aumentado rápidamente, como así el costo del tratamiento del agua.
Existen otras alternativas, a saber:
Agua de pozo
Tiene características variables que son específicas del sitio, pero generalmente no es “gratuita”. Después de perforar el pozo, en la mayor parte del mundo, la buena noticia es que suele estar frío. La mala noticia es que generalmente requiere una importante filtración de entrada y tratamiento de agua para uso industrial. Se requiere energía eléctrica para bombearlo del suelo y a través del equipo. En la actualidad, el costo de desechar el agua de refrigeración calentada ha aumentado debido a que varios organismos pueden limitar el vertido del agua calentada en arroyos, ríos y lagos debido a la posible contaminación térmica. En muchas áreas, el suministro de agua de pozo está disminuyendo a medida que las capas freáticas pueden estar bajando y, a medida que el pozo envejece, el caudal total puede estar disminuyendo.
Aguas de río y de laguna
El agua de río y de lago tienen las mismas limitaciones que el agua de pozo con respecto a la filtración de entrada y el tratamiento del agua. Hoy en día, en muchas áreas, ya no es “gratuito” y, a menudo, se cobra un cargo por la descarga de agua caliente.
También hay regulaciones que deben cumplirse y monitorearse con cualquier agua que se descargue a este tipo de suministro de agua. Todos estos costos crecientes, junto con las horas de trabajo requeridas para medir y administrar el proceso, crearon un gran incentivo para que las plantas industriales abastezcan todo su propio servicio o suministro de agua.
Costos del agua de refrigeración
El resultado neto de estos factores de costo para el agua de enfriamiento ha dado como resultado que la mayoría utilizan un “costo predeterminado” de USD 0,80 por cada 1.000 litros de agua de enfriamiento cuando se desconoce la situación real del sitio. El costo del tratamiento del agua que lo acompaña se trata de situaciones específicas y puede ser mucho más alto según las condiciones del sitio y mantenimiento. Un ejemplo es USD 0,30 por cada 1.000 litros basado en 400 miligramos por litro de carbonato de calcio o calcita (CaCO3), un PH alcalino de 10, incluyendo el tratamiento biocida.
Para evitar el aumento de los costos del agua de refrigeración, los sistemas de aire comprimido se han convertido en los principales objetivos de los compresores de aire de servicio continúo refrigerados por aire.
Los compresores a tornillos rotativo refrigerados por aceite ofrecen buenas selecciones para el mercado, convirtiéndose en el diseño elegido para la industria.
Circuito de agua de refrigeración
En los compresores y secadores frigoríficos refrigerados por agua deben garantizarse los siguientes valores límite, los valores se proporcionan en el manual de funcionamiento o en las fichas técnicas:
• Presión inicial mínima y máxima del agua de refrigeración
• Máxima pérdida de presión en sistemas de válvulas con control interno del agua de refrigeración en los compresores.
• Temperatura mínima de entrada del agua de refrigeración
• Temperaturas máximas de entrada y salida, agua de refrigeración
Las temperaturas constantes más bajas posibles del agua de refrigeración garantizan mayores eficiencias y una separación de condensado de mejorada calidad.
Puede formarse agua de condensación a temperaturas muy bajas del agua de refrigeración relativo al medio ambiente; por lo tanto, los componentes que conducen agua de refrigeración deben estar aislados.
Calidad del agua de refrigeración
Los sistemas de agua de refrigeración se diferencian entre sistemas de circuitos abiertos, cerrados y de paso:
• Los sistemas abiertos son, por ejemplo, los circuitos muy comunes con torres de enfriamiento de evaporación abiertas. El agua se evapora y debe reponerse con el llamado agua de reposición. vaporización directamente enfría el agua, concentrando los ingredientes del agua del circuito y contaminando el agua con ingredientes del aire.
• En sistemas cerrados, el agua del circuito no tiene contacto con la atmósfera y no puede contaminarse, ni enriquecido con oxígeno, etc. La ventaja de esta tecnología es que el agua no se vaporiza significativamente.
• Los sistemas de refrigeración de paso utilizan agua subterránea, agua superficial y ocasionalmente agua potable como refrigerante y devolver el agua calentada al suelo, a la masa de agua superficial o al sistema de desagüe.
Para evitar la corrosión, incrustaciones, sedimentos y/o contaminación de los enfriadores, el agua de enfriamiento debe cumplir con los requisitos mínimos de acuerdo a especificaciones del fabricante.
En general, se puede otorgar una garantía por el funcionamiento del intercambiador de calor, pero no por su resistencia a la corrosión.
Deben tomarse las medidas adecuadas de tratamiento del agua de refrigeración, incluido el uso de dispositivos de filtrado, empresas especializadas en análisis de agua de refrigeración y el suministro de agua del sistema. En caso de desviación de los valores del agua de refrigeración se deben tratar el agua (inocular) o se puede considerar el uso de diferentes intercambiadores de calor especiales en materiales de acero inoxidable.
Revisión de las fuentes y los costos del agua de refrigeración
La clasificación establecida para los requisitos de agua de enfriamiento es cuántos metros cúbicos de agua por cada unidad de calor se desechan en el caudal de agua de enfriamiento. Los compresores de aire generan una alta carga de rechazo debido a su ineficiencia muy básica, es decir, se necesitan entre 8 kW de fuerza de entrada para suministrar 1 kW de trabajo en aire comprimido. Esto crea calor de compresión, generado durante el proceso que refleja esta ineficiencia. La entrada de energía no convertida en trabajo se muestra como calor. Este calor debe eliminarse para que el equipo funcione y para que la planta pueda utilizar el aire tratado es a menudo crítico y debe ser secado de manera confiable y efectiva.
Volumen del agua de enfriamiento del compresor a tornillos
El volumen de agua v [m³/h] se calcula de la siguiente manera:
v = P[kW]*3.600/(cw[kJ/kg*K]*ΔT[K]*[kg/m³]*1.000)
P: es la potencia del eje del compresor [kW]
cw: calor específico del agua, cw = 4,1868 kJ/kgK
ΔT: es la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del agua de refrigeración
La cantidad de calor puede ser calculado en dos unidades de calor
Q1=P*3.600 [KJ/h]
Q2=P*859,85 [kcal/h]
P: es la potencia del eje del compresor [kW]
Costos del agua de enfriamiento
Valores orientativos de costos
• Agua de pozo: 0,10 – 0,80 USD/m³
• Agua de torre de refrigeración: 0,30 – 2,00 USD/m³
El agua de la torre de refrigeración sufre una pérdida de alrededor del 5%, que se compensa con el agua de la red.
• Agua de red: 2,00 – 5,00 USD/m³*
El costo del metro cúbico es sólo una vigésima parte del agua de red (0,10-0,25 USD/m³), pero los costos de inversión de capital elevan la cifra real a la anterior a 2,00 – 5,00 USD/m³.
Se puede suponer que el agua de la torre de refrigeración tiene un ΔT de 15 Kelvin, el agua de pozo y de la red aprox. 30 grados Kelvin.
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