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Bombas de Agua para Chiller

Las Bombas de Agua para chiller son parte fundamental de la planta de refrigeración industrial tanto en aplicaciones HVAC como para el enfriamiento de maquinaria, o procesos industriales.

¿Que tipos de bombas se usan en sistemas HVAC, y como funcionan?

Empecemos diciendo, que las bombas usadas en sistemas H VAC, se usan mayormente para

  1. Se usa bombas de agua, para enviar agua helada a máquinas, que requieren enfriamiento continuo.
  2. Se usa bombas de agua, para enviar agua helada  a unidades manejadoras de aire, o fan coil, o inclusive agua caliente en modo calefacción.
  3. Se usa bombas, para enviar agua que enfría el condensador, de un circuito de refrigeración.
  4. Se usa bombas de agua, para el enfriamiento de cámaras frigoríficas especiales, o aplicaciones como por ejemplo pistas de hielo, o para refrigerar algún proceso industrial.
  5. Bombas de refrigerante líquido, en sistemas de refrigeración con evaporador inundado, que generalmente se construyen de acero inoxidable, para garantizar la compatibilidad con el fluido. 
  6. Bomba de pozo, para reponer el agua evaporada, en la torre de enfriamiento.
  7. Bomba de desplazamiento positivo para aceite, en lubricación de componentes, como compresores, o alimentar sistemas hidráulicos, como una corredera de control.
Bombas de agua chiller

Funcionamiento de la Bomba Centrífuga usada en Chillers:

  • La bomba recibe el fluido en estado liquido por su centro.
  • La rueda de la bomba es llamada impulsor, y se hace girar por la rotación del motor, se producen fuerzas centrífugas.
  • La fuerza centrífuga se encarga, de llevar el fluido liquido, desde el centro de la rueda, hasta el extremo de la rueda.
  • Para que el fluido permanezca mayor tiempo en la rueda, y poder imprimir mayor velocidad, el impulsor tiene forma de curva.
  • Ahora el fluido adquiere velocidad.
  • La velocidad es una forma de energía, llamada energía cinética.
  • Como el objetivo de la bomba es generar presión, se debe transformar la energía cinética en presión.
  • Para realizar la transformación de energía, se requiere hacer pasar el fluido liquido, por una tobera.
  • La tobera se  encarga de disminuir la velocidad gradualmente, con un aumento del área de paso del fluido.
  • Este aumento de área, convierte la energía cinética, poco a poco en presión.
  • La tobera se encuentra en la carcaza de la bomba, y origina la forma de caracol, que vemos exteriormente en la bomba..
  • El fluido sale de la carcasa con alta presión.

¿Que Más debe saber, a cerca de la bombas usadas en sistemas HVAC

  • La bomba nunca debe ser encendida en seco.
  • la bomba posee sellos para evitar el escape de agua por el eje, y pueden sufrir averías si la bomba es  encendida sin liquido.
  • el cebado de una bomba, es el proceso que se realiza, para que  la tubería de succión, quede llena de agua.
  • la cavitación en una bomba, es el fenómeno, por el cual  el agua puede empezar a hervir a temperatura ambiente, lo cual origina desperfectos grandes, en la bomba.
  • la cavitación, puede ocurrir, por la falta de presión en la succión de la bomba, y se presenta cuando el deposito donde se encuentra el agua, que se succiona, esta muy por debajo de la bomba, o hay  muchos accesorios en la tubería de succión de la bomba, como válvulas, codos, filtros, etc.
  • Nunca instale un motor con diferente velocidad al original, aunque la potencia sea la misma.
  • La potencia eléctrica depende del caudal de agua, y de la presión que se necesita.
  • La correcta alineación de la bomba, con el motor, o ejes con poleas, evita daños por ejemplo en rodamientos.  Use relojes para una precisa alineación.
  • la instalación de bombas requiere de accesorios como válvulas, y filtros.
  • coloque el mínimo de accesorios, en el tubo que entra a la bomba por el centro, o tubo de succión.
  • Asegúrese que por ningún motivo  la bomba, quede funcionando sin agua.
  • La curva de una bomba, nos permite conocer su comportamiento a diferentes caudales de agua.

Golpe de ariete en Instalaciones Hidráulicas:

  • El golpe de ariete, es el aumento brusco de la presión de agua, que se produce dentro de la tubería, al cerrar una válvula rápidamente, encendido y apagado brusco de la bomba.
  • El agua golpea la válvula cerrada, y rebota como una onda.   Este rebote continúa hasta que el agua golpea un punto de impacto, y la energía proveniente de la onda de agua, se distribuye más uniformemente en el sistema de tuberías.
  • Estos aumentos bruscos de presión, pueden llegar a dañar válvulas, grifería y otros equipos, incluso llegar a producirse estallidos en las tuberías.
  • Se le conoce como golpe de ariete, por el sonido que se puede llegar a producir, similar a golpear la tubería, con un objeto contundente como un martillo.
  • Un arranque o una parada directa, origina que una gran columna de agua, se mueva repentinamente por las conducciones. y pueda producir el golpe de ariete
  • Para evitar el golpe de ariete, es posible hacer uso de arrancadores suaves, que realicen un arranque, y una parada progresiva, a través de rampas de arranque, y de frenado.

Funcionamiento de Bombas en planta de agua helada para refrigeración:

Plaqnta de agua helada con recuperación de calor
Funcionamiento del chiller con recuperación de calor

Un sistema central de agua helada generalmente posee alguno de los siguientes circuitos:

Circuito de agua para condensación:

En condensadores enfriados por agua, se cuenta con el circuito de rechazo de calor, que cuenta con:

  • Torres de enfriamiento: para disipar el calor del agua que viene de enfriar el condensador del chiller.
  • Bombas de agua de condensador: Se encargan de alimentar de agua a temperatura ambiente al condensador del chiller, y torre de enfriamiento.,
  • Sistemas de tratamiento de agua: Para mantener el agua de forma adecuada y no averiar el condensador.

Este circuito se utiliza para recibir el calor del refrigerante en el condensador del chiller
y llevarlo a la atmósfera en la torre de enfriamiento.

Circuito de Bombas Primario:

Cuyo objetivo principal es hacer circular agua a través de los chillers, para lograr el acondicionamiento del fluido.

Esta bomba es generalmente ubicada ya sea aguas arriba o aguas abajo del chiller, siempre debe Mantener la entrada de presión en el cooler del chiller. Si la presión de entrada no suficiente en estos componentes, el flujo apropiado no será establecido a través de ellos

Circuito de Bombas secundario:

  • Consta de bombas de circulación, que se encargan de impulsar el agua helada, a los distintos sistemas de distribución como Fan Coil, Unidades de Manejo de Aire (UMA).
  • El objetivo principal aquí es distribuir el agua enfriada a las diversas bobinas de enfriamiento superando la fricción resistencia que ofrecen las tuberías, válvulas y codos en el
    toda la red.
  • El sistema de distribución puede contener otros componentes tales como tanques de expansión, válvulas de control, válvulas de equilibrado, válvulas de retención y separadores de aire.

Relación entre circuito de bombas primario y secundario.

En instalaciones de plantas de agua helada, se pueden tener algunas de las siguientes variantes:

Circuito de Bombas primario de velocidad constante, sin secundario:

  • El sistema Tradicional de distribución de agua helada, se realiza la entrega a través de un solo esquema de bombeo primario de flujo constante.
  • El agua helada se bombea a un caudal constante que esindependiente de la carga de refrigeración.
  • Durante la carga parcial (capacidad menor a la máxima), se tiene una válvula de tres vías que controla el agua de los serpentines de enfriamiento.
  • La válvula de tres vías, se utiliza para desviar el agua helada del fan coil, y llevarla de regreso a la línea de retorno.
  • El agua que no entro al fan coil (más fría) se mezcla con agua de retorno de los serpentines de enfriamiento (salida de fan coil), esto da como resultado, una menor temperatura de retorno del agua que se dirige al chiller.
  • Como el agua de retorno es mas fría, se produce un bajo diferencial de temperatura, entre el agua de entrada y salida del chiller.
  • Este método de bombeo de agua helada da como resultado un desperdicio significativo de energía y una pérdida de rendimiento de la planta enfriadora principal causada por un ΔT bajo
  • Por ejemplo el rendimiento de un sistema de agua enfriad es de 1500 KW a un ΔT de diseño de 6 °C.
  • Si el Delta T real es solo 2°C, la capacidad de enfriamiento del sistema es reducido en dos tercios (500 KW)

Circuito de bomba primario con secundario:

  • Un esquema de bombeo primario-secundario divide el sistema de agua helada en dos circuitos distintos, que son separados hidráulicamente por un desacoplador (puente neutro).
  • En los sistemas primario-secundario, el agua helada fluye a través del circuito primario del chiller con un caudal constante, mientras que en el circuito secundario, el caudal varía de acuerdo con la carga, y es dirigido a los fan coils.
  • La independencia hidráulica de cada circuito, evita que en lo posible el flujo variable en el circuito secundario, pueda influir en el flujo constante del circuito primario.
  • La disminución en el flujo del circuito secundario, significa que el agua helada fluirá desde el lado de suministro al retorno, sin pasar por fan coils o umas, para mantener un volumen constante a través de los enfriadores.
  • De manera similar, cuando la carga de calor aumenta, se hace abrir las válvulas de dos vías que controla el agua del fan coil, esto reduce la presión diferencial, lo que hace que las bombas de agua helada secundarias, aumenten su velocidad, y envien más agua.
  • En estos patrones de carga cambiantes, un desacoplador hidráulico ubicado entre los cabezales de succión del secundario y bombas primarias, actúa como una línea de equilibrio.
  • Sin esta línea de desacoplamiento, tanto el primario y las bombas secundarias estarían en serie, haciendo que el sistema se desequilibre, y cause problemas operativos.
  • Las velocidades de las bombas secundarias, están determinadas por la el controlador que mide la presión diferencial (DP), a través del red de suministro y retorno del circuito de agua helada, o a través la carga más crítica en la red de tuberías.
  • Los sistemas de caudal variable primario-secundario, son más eficientes que los sistemas de flujo constante, ya que el bombeo innecesario es evitado en el circuito de distribución, lo que resulta en una mejor eficiencia energética.
  • En condiciones de carga parcial, las válvulas de dos vías comienzan a cerrar, provocando un aumento en la presión diferencial del sistema que es detectado por un sensor DP (presión diferencial).
  • Posteriormente, el panel de control de la bomba secundaria, reduce la velocidad de la bomba, y el flujo de la bomba secundaria para que coincida el requisito de carga.

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