SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

SEMINARIO DE ACTUALIZACION EN
REFRIGERACION INDUSTRIAL NOROESTE 2005
200
SISTEMAS DE
ENFRIAMIENTO DE AGUA
UN ANALISIS
CO
COMPARATIVO
O DE LA
TECNOLOGIA DISPONIBLE
Ing.
g Oscar Gómez Aguilar
g
A.Blasquez E. Refrigeración Industrial
S.A de C.V.
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
DE AGUA
• Introducción.
• Sistemas de Enfriamiento de agua.
¾Banco de hielo.
¾Enfriador abierto.
¾Enfriador cerrado.
• Análisis comparativo.
• Conclusiones.
C
l i
2
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
Introducción.
Introducción
•
Existen muchos procesos en la industria
alimentaria que requieren del agua helada como
refrigerante secundario para el proceso de
enfriamiento
enfriamiento.
fi i t .
– Industria Láctea.
Láctea. ( Pasteurización).
Pasteurización).
– Industria Cárnica
Cárnica.. ( Enfriamiento de pailas)
pailas)..
– Industria de Vegetales.
Vegetales. ( Enfriamiento ).
– Industria embotelladora
embotelladora.. ( Preenfriamiento de
agua ).
– Industria galletera y panificación
panificación..( Enfriamiento
de mezcladoras y agua de proceso)
proceso)..
3
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
• El agua tiene propiedades físicas y
termodinámicas que ofrecen ventajas
sobre diferentes refrigerantes secundarios
( salmueras).
salmueras).
–Densidad.
– Calor específico.
– Facilidad de manejo
– Economía
4
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE
AGUA
• Existen desventajas del uso de agua como
refrigerante secundario
secundario..
– Tiene un Límite de operación como fluido
debido a su punto de congelación: 0ºC
– Corrosión
C
ió en ttuberías
b í de
d acero all carbón.
bó
– Adición de productos químicos para control de
pH y formación de algas y moho.
moho
5
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE
AGUA
• Como
una solución técnica se han
realizado innovaciones en el equipo para el
proceso de enfriamiento de agua
agua..
• A) Banco de hielo.
• B) Equipo de enfriamiento abierto de
película descendente.
• C) Equipo de enfriamiento cerrado tipo
PHE.( Plate Heat Exchanger)
6
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
• BANCO DE HIELO
9 El banco de hielo es un
equipo muy utilizado
en industrias como las
lácteas que requieren
de
agua
helada
durante
ciertos
tiempos de operación
operación..
9 Su
principio
de
operación
ió se basa
b
en
la generación de hielo
a
través
de
un
serpentín
í inundado
i
d d de
d
refrigerante amoniaco.
7
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE
AGUA
9 El equipo trabaja en
horas de baja tarifa
eléctrica,
lé t i
generalmente en las
noches..
noches
9 El banco de hielo
nos
permite
el
almacenamiento de
“ frío”(hielo), mismo
que será utilizado
durante la jornada
laboral a través de
la recirculación de
agua de proceso
proceso..
8
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
• ENFRIADOR ABIERTO DE
PELICULA DESCENDENTE
9 El enfriador abierto de película
descendente es un equipo muy
utilizado en industrias como las
lácteas de refrescos y bebidas,
lácteas,
bebidas
vegetales y cerveceras que
requieren de agua helada de
manera continua
continua..
9 Su pprincipio
p de operación
p
se
basa en la circulación de agua
a través de placas de manera
descendente inundadas de
refrigerante amoniaco
amoniaco..
9
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
9 El equipo de refrigeración
trabaja
de
manera
continua conforme a los
requerimientos de agua
helada en proceso.
9 El enfriador abierto opera
generalmente
en
un
circuito
cerrado
de
recirculación de agua, sin
embargo, muchas veces
es utilizado como equipo
para enfriamiento de
agua de proceso.
proceso.
10
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
• ENFRIADOR CERRADO
TIPO PHE ( PLATE HEAT
EXCHANGER).
9 El enfriador cerrado
es un
equipo muy utilizado en
ind st ias q
industrias
que
e requieren
eq ie en de
agua helada de manera
continua..
continua
9 Su principio de operación se
basa en la circulación de agua
a través de placas corrugadas
por el lado del agua y casetes
soldados por el lado del
refrigerante..
refrigerante
11
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
9El
equipo
de
refrigeración
g
trabaja
j
de manera continua
conforme
a
los
requerimientos
de
agua
helada
en
proceso..
proceso
p
9El enfriador opera
generalmente en un
circuito
i it
cerrado
d
d
de
recirculación de agua
agua..
12
Análisis comparativo
• Existen muchas variables que pueden ser
comparadas
p
dentro de un equipo
q p
refrigeración para una misma aplicación.
aplicación.
de
• Como base de cálculo consideramos un sistema
con lo siguiente
siguiente:
g
:
–
–
–
–
Fluido: Agua
Fluido:
g
Temp.
Temp. Entrada : 10ºC
10ºC..
Temp.
Temp. Salida requerida:
requerida: 0.5ºC.
ºC.
Capacidad : 262.
262.41 TR.
TR.
13
A áli i comparativo
Análisis
ti
• Con el fin de llevar a cabo un análisis que nos permita
revisar las diferentes alternativas existentes y una mejor
t
toma
d
de
d i ió
desición
comparamos los
l
siguientes
i i t
parámetros::
parámetros
– Condiciones de operación del refrigerante amoniaco
amoniaco..
– Diferencial de temperatura entre el fluido y el
refrigerante..
refrigerante
– Consumo de energía.
energía.
– Relación consumo de energía/capacidad producida
producida..
– Espacio requerido en cuarto de máquinas
máquinas..
– Cantidad de amoniaco requerido.
requerido.
– Ventajas y desventajas de operación
operación..
14
CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL
REFRIGERANTE AMONIACO PARA CADA
APLICACIÓN.
Sistema de
enfriamiento
Banco de
h l
hielo
Enfriador
abierto
Enfriador
cerrado*
Temperatura de
succión del
Amoniaco
ºF( ºC)
Presión de
Observaciones
succión Amoniaco
lb/in2 (kg/cm2)
14(--10)
14(
27.5(1.93)
26.6((-3))
26.6(-
40.2(2.82)
(
)
32.9(0.5)
47.6(3.34)
* Un enfriador de tipo
cerrado tiene restricciones
de operación para trabajar
con agua por lo que la
temperatura mínima que
puede proporcionar es de
1ºC en el agua
15
DIFERENCIAL DE TEMPERATURA ENTRE EL
FLUIDO Y EL REFRIGERANTE.
Sistema de enfriamiento
Banco de hielo
Diferencial de temperatura
entre el fluido y el
refrigerante
ºF(
F( ºC)
C)
9 (5)
Enfriador abierto
4.5 (2.5)
Enfriador cerrado
1.8 (1)
16
Consumo de energía
g
Si t
Sistema
d
de
enfriamiento
C
Consumo
de
d
energía
( BHP)
C t mensuall por
Costo
consumo de energía
( pesos)
Banco de hielo
339.2 BHP
$ 42,488.46
Enfriador abierto
254.36 BHP
$ 31,861.33
Enfriador cerrado
238.10 BHP
$ 29,824.59
Nota: El costo de operación estimado es el considerado de 8 hrs de trabajo
continuo con un costo promedio de $ 0.70 m.n. por Kw/hr. Y mes de 30 días.
(bhp x 0.7456 x 8 x 0.70 x 30)
17
Relación de consumo de
energía/capacidad producida.
Sistema de
enfriamiento
Banco de hielo
Relación
R l ió ( Bhp/TR)
Bh /TR)
1.29
Enfriador abierto
0.96
0 96
E f i d cerrado
Enfriador
d
0.90
0 90
18
Espacio requerido en cuarto de
máquinas
á i
Sistema de
enfriamiento
Dimensiones
Area Total
requerida
Banco de hielo
L
Longitud:
it d 6.70
6 70 mts.
t
Ancho : 1.52 mts
Altura: 2.43 mts
10.18 m2
Enfriador abierto
Longitud: 2.21 mts.
Ancho : 1.69 mts
Altura: 2.45 mts
3.73 mts2
Enfriador cerrado
L
Longitud:
it d 2.66
2 66 mts.
t
Ancho : 0.65 mts
Altura: 1.48 mts
1.72 mts2
19
Cantidad de amoniaco
requerido
Sistema de
enfriamiento
Banco de hielo
Cantidad de amoniaco
requerido (Kgs)
306
Enfriador abierto
189
Enfriador
ado cerrado
ado
98
8
20
Costo aproximado .
Sistema de
enfriamiento
Banco de hielo
P i aproximado.(Dlls)
Precio
i d (Dll )
$ 86,500.00
Enfriador abierto
$ 69,100.00
Enfriador cerrado
$ 56,500.00
21
Ventajas de un Banco de hielo
como sistema de agua helada.
• Proporciona agua helada
•
•
•
•
a 0.5ºC.
Almacenamiento de
refrigeración.
(Termo almacenaje).
Absorbe variaciones de
carga térmica.
térmica
Bajo costo de inversión
en el equipo.
Operación para la
formación de hielo en
h
horas
de
d bajo
b j costo
t de
d
energía ( nocturno).
22
Desventajas de un Banco de
hi l como sistema
hielo
i t
de
d agua
helada.
helada
• Requiere áreas de cuarto de
•
•
•
máquinas grandes por lo que
se incrementan los costos de
obra civil.
civil.
Opera a bajas presiones de
generando
g
mayor
y
succión
consumo de energía así como
el incremento en los tamaños
del equipo de compresión
requerido..
requerido
Debido a su configuración
requiere de una gran cantidad
de
amoniaco
para
su
operación..
operación
Como sistema de enfriamiento
g
de tipo
p
instantánea
de agua
tiene
grandes
deficiencias
debido a su diseño
diseño..
23
Ventajas de un Enfriador de
ti abierto
tipo
bi t d
de película
lí l
descendente.
descendente
• Proporciona agua helada a
0.5ºC de forma instantánea
instantánea..
• Absorbe variaciones de
carga térmica
térmica..
• Opera
O
a diferenciales
dif
i l
d
de
temperatura pequeños con
respecto al refrigerante lo
cual disminuye el consumo
de
energía
para
la
generación de agua helada
dada
la
presión
de
evaporación del amoniaco
mayor a la de un banco de
hielo..
hielo
24
• Altos
•
•
•
•
Ventajas de un Enfriador de
ti abierto
tipo
bi t d
de película
lí l
descendente.
descendente
coeficientes
de
transferencia de calor
calor..
P
Permite
it la
l formación
f
ió de
d
hielo sin causar daño en
el equipo
equipo..
Facilidad de limpieza.
Costo de inversión en el
equipo menor a un banco
de hielo
hielo..
Baja caída de presión del
agua dentro
d t del
d l equipo
i lo
l
cual genera equipo de
bombeo
de
menor
capacidad.
capacidad
id d.
25
Desventajas de un Enfriador de
ti abierto
tipo
bi t d
de película
lí l
descendente.
descendente
• Requiere de un espacio
•
•
•
amplio en cuarto de
máquinas..
máquinas
Requiere de una cantidad
de amoniaco mayor
y
al
PHE..
PHE
Opera a presiones de
succión bajas
bajas..
Opera
en
cualquier
momento conforme a la
demanda de agua helada
en proceso por lo que el
consumo
de
energía
puede ser elevado si se
tiene operando en horario
punta..
punta
26
Ventajas de un Enfriador de
tipo cerrado
• Proporciona
agua
helada a 1ºC
C.
• Altos coeficientes de
transferencia de calor.
calor
• Costo de inversión
bajo..
bajo
• No
requiere
de
espacios amplios en
cuarto de máquinas
máquinas..
27
Ventajas de un Enfriador de
tipo cerrado
• Equipo
•
•
ideal
para
procesos en los cuales se
p
requiera de agua helada
de manera continua
continua..
D bid a la
Debido
l diferencial
dif
i l de
d
temperatura con la que
pueden
p
operar
p
proporciona ventajas en
el consumo de energía.
energía.
C
Cassetes
t
f
formados
d
por
dos placas soldadas para
el lado del amoniaco
amoniaco..
28
Ventajas de un Enfriador de
tipo cerrado
• Bajos consumos de
energía por Tonelada
de
refrigeración
generada..
generada
g
• Cantidad Mínima de
amoniaco p
presente..
presente
29
Desventajas de un Enfriador de
tipo cerrado
• Debido
•
•
•
al
riesgo
de
congelación del agua, el
equipo
i
no puede
d proporcionar
i
una temperatura de agua
menor a 1ºC
ºC..
El costo
t de
d mantenimiento
t i i t es
elevado
debido
a
los
empaques que deben ser
reemplazados
l d
all momento
t de
d
abrir el intercambiador.
intercambiador.
El costo de operación del
equipo
i
d bombeo
de
b b
es mayor
debido a la caída de presión
dentro del intercambiador.
intercambiador.
Limpieza complicada.
complicada.
30
CONCLUSIONES
• La definición en la utilización de un equipo
q p se debe basar
•
•
•
•
conforme a la aplicación y temperatura requerida.
Los bancos de hielo presentan desventajas operativas
que lo hacen ser un sistema ineficiente y costoso para
aplicaciones de agua helada.
helada.
El equipo de enfriamiento de tipo abierto tiene ventajas
de operación sobre el banco de hielo y el equipo de
enfriamiento de tipo cerrado.
cerrado. ( combinación de ambas).
ambas).
Cuando se requiera
q
de agua
g helada con temperaturas
p
de
1 a 2ºC El equipo de enfriamiento de tipo cerrado es una
opción muy competitiva sobre los otros sistemas.
sistemas.
Con el fin de tomar una desición sobre la mejor
alternativa para la aplicación de agua helada se deberán
considerar adicionalmente los costos de operación,
consumo de energía,
energía mantenimiento,
mantenimiento limpieza,
limpieza etc
etc..
Generalmente no reflejados en el precio inicial del
31
equipo..
equipo
C
Conclusiones
l i
32
SEMINARIO DE ACTUALIZACION EN
REFRIGERACION INDUSTRIAL NOROESTE 2005
200
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
GRACIAS
G
C S POR
O SU
ATENCION
Ing.
g Oscar Gómez Aguilar
g
A.Blasquez E. Refrigeración Industrial
S.A de C.V.