Chillers, aspectos técnicos

137682

Un profesional informado es un mejor profesional. Conocer los elementos que rigen el funcionamiento de un chiller, así como sus fallas más frecuentes y las posibles soluciones, constituyen una herramienta indispensable.

Redacción

A0CG0000924Los chillers, son equipos de climatización muy usados en grandes instalaciones debido a la posibilidad que tienen de enfriar o calentar, según lo requiera el inmueble. Además, los expertos en estos equipos señalan que su uso es una excelente opción para aplicaciones de aire acondicionado u otros procesos de enfriamiento. Sin embargo, se requiere conocer a fondo su funcionamiento, composición y requerimientos de mantenimiento para hacer eficiente su uso.

El chiller es un refrigerador de líquido, que, como en un sistema de expansión directa, calienta o enfría mediante el intercambio térmico. Tiene como características principales:

  • Mantener el líquido refrigerado cuando está en función de frío
  • Mantener el líquido calentado cuando está en función de bomba de calor

Cómo funciona
El agua que se requiere enfriar circula a través de un intercambiador. Este flujo de agua transmitirá su calor al flujo del refrigerante, ya que éstos se encuentran separados por la pared del tubo. El refrigerante, al recibir el calor, se evapora debido a sus características y a la baja presión de evaporación. El refrigerante es extraído por el compresor, el cual lo envía comprimido hacia el condensador. En dicho proceso, el refrigerante se calienta por el efecto de la compresión y del calor del motor del compresor. El gas caliente del compresor entra al condensador, en donde su calor es transmitido a un medio refrigerante, que bien puede ser agua o aire. El calor extraído provoca que el refrigerante se condense a alta presión. El refrigerante en estado líquido a alta presión puede ser almacenado o enviado directamente al a válvula de expansión para su inyección en el evaporador y así reiniciar el ciclo.

Principio de operación
El objetivo es extraer el calor sensible del agua o salmuera, empleando un medio refrigerante. En la actualidad, los medios refrigerantes más comunes son los CFC y HCFC, por lo que la operación se basa en sus curvas de operación.

Chiller como climatizador
Tal como las unidades de expansión directa, un chiller se coloca en el exterior del edificio, ya que en su interior se colocará la unidad termo-ventilada.

El líquido tratado en la unidad exterior, enfriado o calentado, circula impulsado por una bomba incluida en el sistema hidrónico. La unidad interior utiliza el agua que circula por él, enviando el resultante del intercambio térmico (aire frío o aire caliente) mediante un ventilador al ambiente, según las demandas de confort del usuario.

Los chillers se presentan en diferentes tamaños y formas, dependiendo del fabricante, con capacidades que llegan a varias toneladas de refrigeración. Se emplean diferentes tipos de compresores, como semihermético, hermético, tornillo o scroll. Los evaporadores suelen ser del tipo casco y tubo aunque pueden ser también de placas; todo dependerá de la aplicación.

Normalmente se denomina chiller al equipo que se utiliza principalmente para enfriar agua, aunque puede enfriar otros fluidos.

Componentes principales

  • El compresor es el corazón del sistema, es el encargado de hacer circular al refrigerante. El compresor succiona el refrigerante sobrecalentado a baja presión y temperatura, y lo comprime aumentando la presión y la temperatura. A través de las líneas de descarga de gas caliente fluye el refrigerante a alta presión y temperatura hacia la entrada del condensador.
  • El evaporador es un intercambiador de calor, cuya función es proporcionar una superficie para transferir calor del líquido por enfriar al refrigerante en condiciones de saturación. Mediante la línea de succión fluye el refrigerante como vapor a baja presión. Es aquí donde el calor del agua es transferido al refrigerante.
  • El condensador. Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor, a través de la cual pasa el calor del refrigerante caliente al medio condensante.
  • La válvula termostática de expansión tiene como finalidad controlar el suministro apropiado de líquido refrigerante al evaporador, así como reducir la presión del refrigerante de manera que vaporice a la temperatura deseada.

Dispositivos y controles
Para que un enfriador trabaje en forma automática, es necesario que también cuente con dispositivos eléctronicos para controlar temperatura, presión, entre otros aspectos, que permitan la climatización adecuada.

•  Termostatos. Actúan para conectar o interrumpir un circuito en respuesta a un cambio de temperatura, instalados en esta unidad; cierran un circuito con un aumento de temperatura y lo interrumpirán con un descenso de esta temperatura.

•  Presostato de baja presión. Se conecta en la succión del compresor. Opera cuando en el sistema existe baja presión. Actúa como control de seguridad al incrementar la presión a un nivel arriba de lo normal. Este dispositivo es de restablecimiento manual; el disparo de alta presión puede ocasionarse por obstrucciones en el condensador, altas temperaturas en el área de enfriamiento, mal funcionamiento de los abanicos, desajuste en la válvula de expansión u obstrucción en la línea de líquido.

•  Calefactor de cárter. Calienta el aceite del compresor para que al iniciar la operación éste tenga las condiciones correctas de viscosidad; al parar el compresor, el calefactor se energiza y evapora cualquier rastro de refrigerante líquido en el cárter, al arrancar la unidad se desenergiza automáticamente.

•  Filtro deshidratador (succión). Se encuentra instalado en la línea de succión y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, así como detener cualquier partícula extraña que viaje hacia el compresor.

•  Filtro deshidratador (líquido). Instalado en la línea de líquido, su objetivo es absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante y detener cualquier  partícula extraña que viaje hacia el compresor.

•  Indicador de líquido. Permite verificar visualmente que el sistema tenga su carga completa de refrigerante y que éste se mantenga seco.

•  Circuito de control. Se encarga de controlar los paros y arranques de los motores del chiller, así como de las señales de alarma. Las líneas y accesorios de refrigeración conducen el refrigerante de un componente a otro del sistema de refrigeración.

•  Gabinete. Encierra y protege los componentes de control y es el soporte de todos los elementos del equipo.

•  Refrigerante. Extrae el calor del medio por enfriar y lo disipa en un medio enfriante, como agua o aire.

 

Consideraciones para la instalación Linquear

Minichillers.
El especialista en sistemas de enfriamiento BOHN, en su Manual de instalación de chillers, señala las siguientes medidas que deben tomarse antes de iniciar con la instalación de los equipos, pues menciona que de la ubicación, la posición o la dimensión de los equipos dependerá su buen desempeño.

1. El lugar de instalación debe estar ventilado, de tal forma que el aire pueda circular y descargarse libremente

2. Instalar la unidad de tal modo que la descarga del aire caliente no regrese nuevamente hacia la unidad

3. Asegurar que no haya obstrucciones de flujo de aire al entrar o al salir de la unidad. Quitar obstáculos que puedan bloquear la entrada o descarga del aire

4. Si no se puede garantizar una buena ventilación cuando la unidad sea instalada en interiores, es recomendable colocar extractores de aire o ductos, los cuales deben ser lo más cortos posibles para que el aire salga al exterior

5. Fijar la unidad a nivel con la base o techo a una altura de 15 o 20 centímetros para evitar inundaciones y el correcto drenaje; dicha base debe ser adecuada para soportar el peso de la unidad

6. El área de instalación no debe ser susceptible al polvo o aceite para evitar que el serpentín del condensador se bloquee. Como precaución general, se recomienda que la unidad no se encuentre cerca de gases inflamables

7. Se recomienda que la unidad cuente con suficiente espacio a su alrededor para una adecuada succión y descarga del aire, y para facilitar el acceso a los servicios de mantenimiento

Chillers modulares
1. Tan pronto como se reciba el equipo, se debe de inspeccionar por cualquier daño que pudiera haber sufrido durante su transportación

2. Almacenamiento del equipo. Si los equipos no se instalarán a los pocos días de haberse recibido, queda estrictamente prohibido estibar uno sobre otro

3. Localización del equipo. No se deben instalar los equipos en salidas de aire contaminadas, patios o lugares de espacio limitado. Con esto, se evitará al máximo la resonancia y vibración de paredes y otros obstáculos

4. Se debe contar con espacio suficiente para tener acceso frontal y lateral a los equipos para un fácil mantenimiento o servicio futuro, y así evitar la obstrucción de la succión y descarga del aire caliente de la unidad

5. Instalar los equipos de tal forma que el aire caliente descargado no regrese nuevamente

6. Mantener suficiente espacio entre los equipos y las paredes más próximas para una mayor comodidad de servicio o mantenimiento

7. Asegurar que no exista ninguna obstrucción en las succiones y descargas del aire. Eliminar cualquier obstáculo que pudiera bloquear las succiones y descarga de aire

8. La localización del equipo debe de asegurar una adecuada ventilación, de modo que los equipos operen a temperaturas y presiones de condensación moderadas

9. Base para el montaje. Los equipos se deben instalar sobre una base de concreto plana y a nivel. También se pueden instalar en techos o en alguna otra área apropiada. También, se recomienda instalar sobre viguetas que puedan  soportar un peso de al menos 400 kg/m2

10. Se recomienda fijar la unidad a la base de concreto con gomas de neopreno de un espesor de al menos 20 milímetros

Entrega y maniobra
Cuando una unidad es transportada se recomienda  usar montacarga o grúa para levantarla. Únicamente se permite levantarla por la base de madera con la cual se transporta la unidad. El equipo siempre se debe mantener estable.

Una vez decidido el lugar de instalación de la unidad, se retira la base de madera.

Montaje
Se recomienda usar tornillos de expansión u otro tipo para soportar la unidad a la base. Cuando se instala en interiores, se recomienda colocar en los puntos de apoyo de la unidad tacones de neopreno o algún otro material amortiguador que permita absorber las vibraciones.

A0CG0000943

Temperaturas requeridas en distintos procesos de enfriamiento

Tubería de agua
La tubería de agua fría debe ser aislada y a prueba de lluvia para evitar la pérdida de eficiencia y humedad en la condensación.

Para garantizar la calidad del agua fría, debe ser instalado un filtro de agua en la tubería. Cuando se conectan las tuberías de agua, se deben usar abrazaderas para fijar las conexiones.

La válvula de purga de aire debe ser instalada en un punto más alto del sistema de tuberías de agua fría. Una vez terminada la instalación de tuberías de agua fría, se debe aplicar una prueba contra fugas y probar a una presión de 0.4 MPa (58 psig) para asegurar que no exista falla.

Posteriormente, se llena el sistema con agua, se abre la válvula de venteo, para posteriormente purgar el agua y todo el aire atrapado en la tubería.

Nota: Una válvula de drenaje debe ser instalada en el punto más bajo del sistema de tuberías de agua fría.

Con el fin de obtener una operación duradera, es recomendable usar tuberías de agua de plástico, como PVC, nunca se debe usar tubería galvanizada.

Todos los sistemas de agua helada deben ser drenados completamente durante el invierno, cuando la unidad se encuentre sin operar para evitar daños a la tubería de agua por la congelación.

Mantenimiento
Servicio
Antes de volver a operar la unidad, haga un nuevo chequeo de los controles de seguridad de la unidad. El adecuado diseño del sistema de refrigeración eliminará la posibilidad de problemas que puedan ocurrir durante la operación normal. No hay necesidad de realizar mantenimiento a las tuberías de refrigeración mientras la unidad esté operando adecuadamente.

Cuando un equipo está funcionando de manera correcta, únicamente se necesita checar la adecuada circulación del aire (succión y descarga) y la limpieza de las superficies del intercambiador de calor, de preferencia una vez al mes o de acuerdo a la temporada.

Sin embargo, para mantener en mejores condiciones a los equipos, existen mantenimientos de diversos tipos que se deberán aplicar en ciertos periodos. El ingeniero Mario García, de Daikin, especialista en sistemas de climatización, hace referencia a cuatro tipos de mantenimiento.

Preventivo
Consta de la revisión de todos los parámetros de operación anotados en las bitacora de operación, esto con el fin de detectar anomalías en general, así como checar que las mirillas en las líneas de refrigerante estén llenas y sin burbujas

Mensual

  • Inspeccionar visualmente la unidad para detectar componentes sueltos o dañados, así como fugas de refrigerante
  • Inspeccionar las protecciones sobre amperaje
  • Checar compresores y resistencias calefactoras de aceite
  • Revisión y prueba de refrigerante
  • Inspección de la caída de presión de las piedras deshidratadoras
  • Inspección de la presión de aceite en compresores

Anual

  • Inspeccionar el aislamiento térmico
  • Detalles de pintura si fuese necesario
  • Inspección y prueba de la secuencia de controles en general
  • Chequeo de contactores y sustitución en caso de que alguno presente fallas
  • Checar y apretar conexiones de control y fuerza
  • Revisión de vibración del compresor
  • Realizar prueba de acidez en aceite del compresor
  • Limpieza de condensadores
  • Reapretar de tornillería en soportes de los motores ventiladores, así como de los compresores

Correctivo
Reparación o cambio de componentes que se encuentren dañados y para lo cual se tendrá que parar la unidad por completo. Este mantenimiento se determina con base en los resultados generados en el mantenimiento preventivo

Por otra parte, BOHN señala que para mantener la adecuada eficiencia y la segura durabilidad del equipo, siempre se debe monitorear el estado de los equipos, pues durante un periodo largo de operación, el intercambiador de calor se ensuciará y disminuirá la capacidad caloríca del sistema.

Además, recomiendan llevar un control sobre el filtro y sustituirse si éste se encontrará sucio u obstruido, y siempre comprobar el nivel del agua del sistema, con el fin de proteger los componentes hidráulicos para que no sufran recalentamiento y protegerlos contra la congelación del agua.

Fallas y soluciones
CHILLERS MODULARES
A0CG0000942

MINI CHILLERS
A0CG0000941

Recomendaciones para mayor eficiencia
Antes de arrancar el equipo
1. Cerrar las válvulas de entrada y salida, y abrir la válvula del bypass

2. Operar la bomba para hacer circular agua en el sistema por un tiempo

3. Abrir el filtro e inspeccionarlo por si requiere limpieza

4. Limpiar el filtro si es necesario para evitar algún tipo de obstrucción de la tubería

5. Cerrar la válvula del bypass y abrir las válvulas de entrada y salida de agua

Conexión de la tubería de agua
1. Para una mayor durabilidad y eficiencia, el agua debe estar limpia y desmineralizada

2. El instalador debe de proveer una bomba de agua de tamaño adecuada para su circulación

3. El flujo de agua no debe ser menor que el flujo nominal requerido por el equipo

4. Se recomienda aislar el tanque (depósito) de agua

5. Es necesario colocar una válvula de agua de seguridad en la toma principal

Consideraciones generales
1. Para evitar la congelación del agua en inviernos muy fríos, toda el agua fría del sistema hidráulico debe ser drenada completamente cuando el equipo se encuentre sin operar

2. No obstruir las entradas y descargas del aire en el condensador. Los obstáculos o algún otro material pueden causar la reducción de capacidad de enfriamiento del equipo

3. Tomar medidas contra la oxidación y regularmente eliminar los óxidos cuando se emplee tubería de agua vulnerable a la corrosión

4. Llevar a cabo regularmente los servicios de mantenimiento; esto ayudará a prolongar la vida del equipo y trabajará a su máxima capacidad

En su documento Chiller, Carlos Andrés, de la Universidad Tecnológica en Electromecánica, señala que un buen análisis de los requerimientos de enfriamiento, así como una correcta elección de los sistemas centrales de enfriamiento y superficies de transferencia de calor pueden otorgar al técnico muchos beneficios, como ahorro de energía, simplicidad en la operación de los equipos o reducción en costos de mantenimiento.

Cómo elegir el mejor sistema
Para la elección adecuada de un enfriador, es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos:

  • Máxima y mínima temperatura de operación
  • Temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo
  • Costos iniciales de inversión
  • Costos de operación
  • Costos de mantenimiento
  • Simplicidad de operación
  • Precisión
  • Espacio disponible
  • Voltaje disponible
  • Capacidad de cargas eléctricas disponibles
  • Disponibilidad de agua
  • Calidad del agua
  • Ahorro de energía

Fuentes: BOHN, Ecochillers, Universidad Tecnológica Electromecánica y AHRI