BANCO DE HIELO
Aplicación de un Banco de Hielo
Perfil de Carga
Un
perfil diario de carga es la representación hora a hora de las cargas
de frío por un periodo de 24 horas. La mayoría de las aplicaciones
HVAC utilizan un perfil diario de carga para determinar la cantidad de
almacenamiento requerido. Algunos sistemas HVAC aplican un perfil
semanal de carga. Para sistemas de aire acondicionado convencionales,
los chillers se seleccionan en base a su carga de frío en periodo
punta. Para sistemas de almacenamiento de hielo, los chillers se
seleccionan en base a las toneladas horas de frío requeridas y a la
estrategia operacional definida. Los sistemas de almacenamiento térmico
ofrecen gran flexibilidad a variadas estrategias operacionales
mientras no se exceda el total de toneladas horas seleccionadas. Esto
es debido a que al diseñar un sistema de almacenamiento de hielo
debemos indicar el perfil de carga exacto. Los perfiles de carga toman
diferentes formas según su aplicación. La figura 1 muestra un perfil
de carga HVAC típico para un edificio de oficinas con un peak de frío
de 500 toneladas y un requisito de frío de 12 horas. La forma de la
curva es representativa de la mayoría de las aplicaciones HVAC. Para
las selecciones preliminares de equipos, el Programa de Selección de
Unidad Térmica de Almacenamiento BAC’s ICV CHILLER puede generar un
perfil de carga similar. La información requerida es la fabricación
punta de carga de frío y duración de la carga .
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Los sistemas de almacenamiento total eliminan la necesidad de operar el chiller durante el periodo punta de uso a través del almacenamiento del frío requerido durante los periodos bajos de uso.
Esta estrategia evita altas demandas de electricidad y redunda en costos operacionales menores. Sin embargo la primera inversión en equipos es considerablemente más alta que los sistemas de almacenamiento parcial debido a los mayores requisitos de refrigeración y almacenamiento. A diferencia de los sistemas de almacenamiento totales, el chiller puede operar durante los periodos bajos cuando se usa una estrategia operacional de almacenamiento parcial. Existen dos tipos de ella: la primera es la limitación de la demanda: las cargas de sistemas de no almacenamiento establecen el punto alto de demanda por el edificio o instalación. Los ítemes considerados en las cargas de los sistemas de no almacenamiento son la iluminación, los equipos, los artefactos, ventiladores, motores, etc. El equipo térmico de almacenamiento es seleccionado de modo que la operatividad del chiller (so the chiller operation) no aumente la demanda de instalaciones para el no almacenamiento (the facility`s non storage demand). Esta estrategia operacional provee de costos operacionales menores para los sistemas parciales de almacenamiento. Además requiere menores capacidades de almacenamiento y chillers más pequeños que un diseño de almacenamiento total.
Las
desventajas de una estrategia operacional de demanda limitada son que
tanto los requisitos de almacenamiento como los capacidades de los
chiller son mayores que los requeridas para una estrategia operacional
por niveles de carga. Esto significa un mayor periodo para el retorno
económico de la inversión. La segunda estrategia operacional de
almacenamiento parcial es por niveles de carga. Esta, para distribuir
las cargas de frío uniformemente durante un periodo de 24 horas, reduce
el tamaño del equipo térmico de almacenamiento y el chiller en
comparación con aquellos de almacenamiento total o con estrategias de
demandas limitadas. Esto se traduce en menores costos de inversión
inicial y periodos más cortos de retorno económico. Cuando el
refrigerador opera completamente cargado durante el periodo de demanda
baja, los costos de operación son mayores a los que surgen aplicando
estrategias de demanda limitada o almacenamiento completo.
Modos de Operación
La Unidad
Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER modular puede funcionar con
cualquiera de los cinco modos de operación. Estos proveen la
flexibilidad requerida por los operadores (building operators) para
reunir sus requisitos HVAC diarios de frío.
Ice Build (Generación de Hielo)
En este modo
de operación el hielo es fabricado por la circulación de una solución
al 25% (por peso) de inhibited ethylene glycol a través de las bobinas
(coils) existentes en la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE
CHILLER. La figura 2 muestra las temperaturas de un chiller en ciclos
de fabricación de 8, 10 y 12 horas. Para un ciclo de tiempo de
fabricación de 10 horas típico, la temperatura nunca es menor a los
22oF. Como muestra el gráfico, en los tiempos que exceden las 10 horas
la temperatura mínima es mayor a los 22oF. Y en los tiempos menores a
10 horas la temperatura será menor a los 22oF al final del ciclo de
fabricación. Este desempeño está basado en un chiller con una tasa de
flujo asociada a un rango de 5oF. Cuando la selección de un chiller se
basa en rangos mayores de temperatura, esta puede ser menor que las
mostradas en la figura 2 .
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Ice Build With Cooling (Generación de Hielo y requerimiento de Frío simultáneo para reponer Hielo)
Cuando existe carga de frío durante el periodo de fabricación de hielo parte del ethylene glycol
frío usado para esto último es rederivado a la carga de frío para
generar la producción de hielo. La cantidad de glycol derivado está
determinado por la temperatura del ciclo de fabricación. BAC recomienda
que este modo de operación sea aplicado en sistemas que utilizan
bombeo primario/secundario. Esto reduce la posibilidad de daño en los
serpentines de enfriamiento o intercambiadores de calor por bombeo de
glycol frío, menores a 32oF, para estos equipos.
Cooling – Ice Only (Enfriamiento por Banco de Hielo solamente)
En este modo de operación el Chiller esta desconectado. El retorno tibio de la solución de ethylene glycol desenfriada a la temperatura deseada mezclando hielo almacenado en la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER modular
Cooling – Chiller Only (Generación de Frío por Chiller sin Banco de Hielo)
En este modo
de operación el Chiller proporciona todos los requisitos de fabricación
de frío. El flujo de glycol es dirigido a través del equipo térmico
de almacenamiento para permitir que el suministro de glycol frío fluya
directamente a la carga de frío. La temperatura es mantenida por el
Chiller.
Cooling – Ice With Chiller (Generación de Frío por Chiller y Banco de Hielo simultáneo)
En este modo
de operación el frío es provisto por la operación combinada del chiller
y el equipo térmico de almacenamiento. El refrigerante glycol
preenfría el retorno de glycol tibio. Las soluciones parcialmente frías
después pasan a través de la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE
CHILLER donde son enfriadas por el hielo a la temperatura especificada.
Sistemas Esquemáticos
Dos flujos
esquemáticos básicos se aplican para seleccionar las Unidades Térmicas
de Almacenamiento BAC´S ICE CHILLER. La figura 3 ilustra un ciclo de
tuberías con el chiller instalado detrás del equipo térmico de
almacenamiento.
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Este diseño permite que este equipo opere en cuatro de los cinco modos de operación. Estos son Fabricación de Hielo, Sólo Frío - Hielo, Sólo Frío - Chiller y Frío - Hielo con Chiller. Para este esquema se aplican los siguientes controles lógicos:
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La válvula V-1 modula en respuesta al sensor de temperatura, TS-1. La válvula V-2 puede ser colocada ya sea para mantener un flujo constante, menor a P-1 o modulada en respuesta al retorno de temperatura del glycol de la carga de frío. Cuando el ciclo de fabricación contiene agua refrigerada, se puede instalar un intercambiador de calor para separar el ciclo de glycol del ciclo de fabricación de agua enfriada. En aplicaciones donde está disponible la refrigeración de agua, esta puede ser instalada en el ciclo de agua enfriada para reducir la carga en el sistema térmico de almacenamiento.
Este diseño no debería ser usado cuando existe fabricación de hielo y se provee frío, lo que requeriría un retorno frío de glycol desde el equipo térmico de almacenamiento sea bombeado a la carga de frío o al intercambiador de calor. Cuando la temperatura del glycol esté bajo los 32oF, las bobinas de enfriamiento o los intercambiadores de calor pueden congelarse.
El esquema de flujo que muestra la figura 4 detalla un ciclo de bombeo primario/secundario con un chiller ubicado detrás del equipo térmico de almacenamiento.
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Este diseño permite trabajar con los cinco modos de operación. Para este esquema se aplican los siguientes controles lógicos:
La válvula V-1 y la válvula V-2 modulada, dependen del modo de operación, en respuesta al sensor de temperatura TS-1. El beneficio proporcionado por el ciclo de bombeo primario/secundario es que el sistema puede fabricar hielo y proveer enfriamiento sin riegos de congelar una bobina de enfriamiento o un intercambiador de calor. Este diseño de sistema permite además diferentes flujos en cada ciclo de bombeo. Cuando esto sucede, la tasa de flujo del glycol en el ciclo primario debería ser mayor o igual a la tasa de flujo en el ciclo secundario. Como en un esquema de ciclo simple, se puede agregar a un esquema de sistema un intercambiador de calor y un refrigerante a base de agua (base water chiller)
Estos esquemas
son los más comunes para los sistemas térmicos de almacenamiento, aun
cuando son posibles algunas modificaciones. Una modificación común es
ubicar el refrigerador bajo (down stream) el equipo térmico de
almacenamiento. Este diseño se utiliza cuando con las temperaturas de
glycol apagadas (off), el hielo no puede ser mantenido por el periodo
de enfriamiento completo. Al ubicar el chiller detrás del hielo, aquel
puede ser usado para mantener los suministros de temperatura
requeridos. En las figuras 3 y 4 el chiller está instalado detrás del
hielo. Este ofrece dos ventajas comparativas a los sistemas diseñados
localizando el chiller bajo el hielo: primero, el refrigerador opera a
temperaturas glycol mayores para preenfriar el glycol que retorna.
Esto permite al chiller operar a una capacidad mayor lo que reduce la
cantidad de hielo requerida; segundo cuando el chiller opera a
temperaturas de evaporación mayores, se mejora la eficiencia (Kw/TR)
de éste.
Desempeño del chiller
La mayoría de
los chillers pueden proveer un amplio rango de temperaturas de
descarga de glycol y son apropiadas para las aplicaciones térmicas de
almacenamiento. Incluyen reciprocidad, tornillos rotatorios y centrífugas (include reciprocating, rotary screw and centrifugal).
El tipo de chiller depende de la capacidad, de la temperatura de
descarga de glycol, eficiencia, tipo de condensador y refrigerantes. La
capacidad y la temperatura de descarga de glycol se deben evaluar al
diseñar un sistema térmico de almacenamiento.
Para varios modos de operación se requieren diferentes temperaturas de descarga de glycol que afectan la capacidad del chiller. La que se provee a los 22oF es considerablemente menor a la capacidad del chiller con una temperatura de descarga de glycol de 44oF.
Para varios modos de operación se requieren diferentes temperaturas de descarga de glycol que afectan la capacidad del chiller. La que se provee a los 22oF es considerablemente menor a la capacidad del chiller con una temperatura de descarga de glycol de 44oF.
Los chillers
seleccionados para usar con la Unidad Térmica de Almacenamiento BAC´S
ICE CHILLER deberían proveer glycol a 22oF cuando se aplica un ciclo de
fabricación de 10 horas. Ciclos más largos producen temperaturas más
altas al final del periodo cuando los tiempos de fabricación menores
requieren del chiller para mantener el enfriador de glycol en los
22oF.
La capacidad requerida del chiller podría limitar el uso de un tipo especifico de chiller en aplicaciones pequeñas. El rango de capacidad nominal de cada tipo se muestra en la tabla siguiente:
La capacidad requerida del chiller podría limitar el uso de un tipo especifico de chiller en aplicaciones pequeñas. El rango de capacidad nominal de cada tipo se muestra en la tabla siguiente:
Los chillers
centrifugas y de tornillo rotatorio tienen la mayor eficiencia, con
rangos entre 0,6 a 0,75 kW/ton a los 44oF de temperatura del chiller y
0.87 a 1,1 kW/ton cuando produce glycol a 22oF. Los chillers con
reciprocidad son menos eficientes con rangos de 0,85 a 1.1 cuando
producen glycol a 44oF y 1.1 a 1.3 kW/ton cuando hacen hielo a 22oF.
La función de rechazo (rejection) de calor de un sistema de almacenamiento de hielo puede ser manejado con cualquiera de los tres tipos de condensadores refrigerantes: enfriamiento de aire, enfriamiento de agua o evaporación.
Un condensador de enfriamiento de aire elimina el calor del refrigerante y lo condensa al forzar el aire a través de una bobina por la cual circula el vapor refrigerante. El calor latente del refrigerante se elimina por un sensible calentamiento del aire. La capacidad del condensador se determina por temperatura del bulbo de ambiente seco.
La función de rechazo (rejection) de calor de un sistema de almacenamiento de hielo puede ser manejado con cualquiera de los tres tipos de condensadores refrigerantes: enfriamiento de aire, enfriamiento de agua o evaporación.
Un condensador de enfriamiento de aire elimina el calor del refrigerante y lo condensa al forzar el aire a través de una bobina por la cual circula el vapor refrigerante. El calor latente del refrigerante se elimina por un sensible calentamiento del aire. La capacidad del condensador se determina por temperatura del bulbo de ambiente seco.
Un condensador
en base a enfriamiento de agua con una torre de enfriamiento rechaza
el calor desde un sistema de refrigeración en dos pasos: primero el
refrigerante es condensado por el flujo de agua en el condensador;
segundo el calor es rechazado a la atmósfera como agua condensada,
enfriada por una torre de enfriamiento.
El condensador por evaporación combina un condensador de enfriamiento de agua y una torre de enfriamiento en una sola pieza en el equipo, la que elimina el sensible paso de transferencia de calor del agua condensada. Esto permite una temperatura de condensación cercana a la temperatura de bulbo húmedo diseñada.
Al evaluar el desempeño del chiller se deben considerar las variaciones en las temperaturas de condensación. Temperaturas reducidas en la noche, de ambiente de bulbo seco y de bulbo húmedo (reduced nighttime ambient dry bulb and wet bulb temperatures), ofrecen temperaturas de condensación más bajas que ayudan a compensar la reducción de la capacidad y la eficiencia del chiller.
A continuación se muestran porcentajes de capacidad nominal de los chillers en distintas temperaturas de descarga de glycol , basados en enfriamiento de agua a los 44oF.
El condensador por evaporación combina un condensador de enfriamiento de agua y una torre de enfriamiento en una sola pieza en el equipo, la que elimina el sensible paso de transferencia de calor del agua condensada. Esto permite una temperatura de condensación cercana a la temperatura de bulbo húmedo diseñada.
Al evaluar el desempeño del chiller se deben considerar las variaciones en las temperaturas de condensación. Temperaturas reducidas en la noche, de ambiente de bulbo seco y de bulbo húmedo (reduced nighttime ambient dry bulb and wet bulb temperatures), ofrecen temperaturas de condensación más bajas que ayudan a compensar la reducción de la capacidad y la eficiencia del chiller.
A continuación se muestran porcentajes de capacidad nominal de los chillers en distintas temperaturas de descarga de glycol , basados en enfriamiento de agua a los 44oF.
Los rangos de capacidad nominal están basados en:
Condensador de agua a 85oF o temperatura condensada a 115oF
Condensador de agua a 80oF o temperatura condensada a 105oF para la operación de fabricación de hielo.
Los tipos de
refrigerantes para los chillers varían. Los centrífugos pueden
utilizarse con R134a, R-123 y R-22. Los recíprocos y los con tornillo
rotatorio con R134a, R-22 y R-717 (amoníaco).
Instalación
Las Unidades
Térmicas de Almacenamiento ICE CHILLER deben instalarse en una
superficie plana. The pitch of the slab no debe exceder 1/8 “ sobre a
10-foot span .
La figura 5 entrega las guías de ubicación de la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER. Las unidades deben ser puestas donde exista suficiente espacio entre la unidad y paredes adyacentes para permitir un fácil acceso. Cuando se instalan varias unidades es recomendable un mínimo de 18” entre cada una y 3”-0” de extremo a extremo para acceder a los controles de operación.
La figura 5 entrega las guías de ubicación de la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER. Las unidades deben ser puestas donde exista suficiente espacio entre la unidad y paredes adyacentes para permitir un fácil acceso. Cuando se instalan varias unidades es recomendable un mínimo de 18” entre cada una y 3”-0” de extremo a extremo para acceder a los controles de operación.
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Las Unidades Térmicas de Almacenamiento BAC´S ICE CHILLER están disponibles sin montar cuando éstas deben ser instaladas en interiores y los accesos son limitados. El ensamblaje de las unidades necesitará de personal que apoye este proceso. Contactar con representantes locales de BAC para detalles adicionales.
Para aplicaciones de mucha exigencia (ton-hour), BAC proporcionará bobinas térmicas de almacenamiento ICE CHILLER para la instalación en depósitos fabricados en el lugar. Este producto ofrece el diseño y la flexibilidad de los reconocidos BAC.
Cuando se requiere bobinas las capacidades de producción de BAC permite que éstas sean producidas con el tamaño y la configuración necesaria para ubicaciones y requisitos de desempeño específicos. El diseño del tanque de concreto debe ser realizado por un ingeniero estructural calificado.
La figura 7
ilustra la guía de instalación de una bobina térmica de almacenamiento
ICE CHILLER. Las fuerzas de la flotabilidad debido a la diferencia de
la densidad entre el hielo y el agua requieren de la instalación de
ángulos sujetadores en los extremos de las bobinas. Esto no permitirá
que las bobinas floten en condiciones de sobrecarga. Para proyectos
mayores debe contactarse con representantes BAC locales para la
selección e información dimensional.
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Tuberías
Este bypass puede ser incorporado dentro del diseño de la tubería para instalar una válvula de tres opciones o modos. Esta válvula puede usarse además para controlar la pérdida de temperatura glycol desde la unidad térmica de almacenamiento. |
Los indicadores de temperatura y presión deben ser instalados de modo que permitan facilitar el balance de flujos y detección de fallas. A un máximo de 150-psi se debe instalar una válvula de reemplazo (relief) entre la válvula de desconexión y las conexiones a las bobinas, para proteger a éstas de las presiones excesivas por la expansión hidráulica. La válvula de reemplazo debe ser aplicada a una porción del sistema que puede acomodar la extensión.
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La figura 9 muestra las tuberías de retorno para múltiples unidades instaladas en paralelo. El uso de ellas es recomendado para asegurar un flujo balanceado en cada unidad. Se pueden utilizar las válvulas de corte de cada unidad como válvulas de balanceo.
Al instalar
grandes cantidades de Unidades Térmicas de Almacenamiento ICE CHILLER,
el sistema debe ser subdividido en grupos de unidades. Así, el balance
de cada unidad puede ser eliminado, instalando una válvula de balance
en común para cada grupo de unidades. Se pueden instalar válvulas de
corte para aislar unidades individuales, pero no deben utilizarse para
balancear el flujo de glycol en la unidad.
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Los controles
de existencia que entregan ya sea a 4 – 20 mA o 1 _ 5 Vdc están aún
disponibles. Estos controles deben utilizarse para determinar la
cantidad de hielo acumulado pero no para detener el ciclo de
fabricación de hielo. En el Manual de Instalación, Operación y
Mantenimiento se entregan mayores detalles de los controles de
operación.
Glycol
Las Unidades
Térmicas de Almacenamiento ICE CHILLER utilizan un 25% (por peso) de
una solución de etileno glicol inhibida industrialmente tanto para
protección a la corrosión como para la protección de congelamiento. El
grado industrial de etileno glicol inhibido está específicamente
diseñado para prevenir la corrosión en equipos HVAC y de transferencia
de calor. Los inhibidores son usados para prevenir que el etileno
glicol se acidifique y para proteger los componentes de metal en el
sistema térmico de almacenamiento. La temperatura más baja de
operación del sistema debe ser de 5oF a 7oF sobre el punto de
congelamiento del glicol. Este, en un sistema con 25% de etileno
glicol, es de 14oF. Dos grados aceptables de soluciones inhibidas de
etileno glicol son el Dow´s DOWTHERM SR-1 y el Union Carbide´s
UCARTHERM. El uso de otros productos de este tipo en los productos
térmicos de almacenamiento BAC´S ICE CHILLER deben ser aprobados por
BAC.
Precaución: El
Etileno glicol no inhibido y soluciones anticongelantes para
automóviles no son para ser usados en aplicaciones térmicas de
almacenamiento.
DOWTHERM y UCARTHERM son marca registrada de The Dow Chemical Company y de Union Carbide Corporation, USA, respectivamente.
Tratamiento de agua
En
temperaturas cercanas al congelamiento de la Unidad Térmica de
Almacenamiento ICE CHILLER, la escala y la corrosión son naturalmente
minimizados. Por lo tanto, el tratamiento de agua para estas dos
condiciones puede no ser requerido o requerir mínima atención a menos
que el agua sea corrosiva in nature. Para el control de crecimiento biológico puede ser necesario un bioácido que prevenga la difusión de bacteria de hierro
u otros organismos. Para recomendaciones más especificas debe
consultar a su compañía de tratamiento de aguas local y seguir las
directrices.
Nota: Si se
implementa un tratamiento de agua para el sistema, éste no debe alterar
el punto de congelamiento del agua, con el fin de asegurar capacidad
completa de la Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER.
Invernización
PRECAUCIÓN: Se deben tomar precauciones para proteger la unidad y las tuberías asociadas a las condiciones de congelamiento. El trazado de calor y el aislamiento deben ser instalados en todas las tuberías conectadas a la unidad. Si las unidades son instaladas en el exterior y expuestas a condiciones ambientales de subcongelamientos se deben proteger el sight tube, los controles de operación y sensores opcionales de inventario.
PRECAUCIÓN: Se deben tomar precauciones para proteger la unidad y las tuberías asociadas a las condiciones de congelamiento. El trazado de calor y el aislamiento deben ser instalados en todas las tuberías conectadas a la unidad. Si las unidades son instaladas en el exterior y expuestas a condiciones ambientales de subcongelamientos se deben proteger el sight tube, los controles de operación y sensores opcionales de inventario.
Para esto, BAC
puede proveer un agregado de calor opcional, completo, con 100 W de
calor. Por otro lado, el sight tube, los controles de operación y los
sensores de inventario opcionales deben estar aislados. No es necesario
drenar la unidad durante el tiempo frío. El congelamiento del agua
contenida en la unidad durante el invierno no dañará la bobina o la
unidad.
Presión Drop
La Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER está diseñada para baja presión drop. La figura 10 muestra la presión drop
asociada con cada unidad por un 25% de solución de etileno glicol
inhibido industrialmente. Los datos de tasas de flujo no indicados no
deben ser extrapolados de la curva de desempeño. Las presiones drop
para tasas de flujo no presentadas en esta tabla o para fluidos
alternativos, están disponibles al contactarse con su representante BAC
local.
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El tanque debe estar construido con paneles de acero galvanizado e incluir flanges dobles para fuerza estructural. Las paredes del tanque deben tener un mínimo de aislamiento de 4-1/2” que entregue un rango de aislamiento de R-18. El diseño del tanque puede utilizar multiples liners. El primero, que forma el interior de la unidad debe ser una pieza única y con capacidad para aplicaciones de baja temperatura. El liner secundario/barrera de vapor debe estar separado del primero por 1-1/2” de aislamiento con poliestireno extruido. El fondo del tanque debe estar aislado con 2” de poliestireno expandido y 1” de poliestireno extruido.
La(s)
Unidad(es) Térmica(s) de Almacenamiento ICE CHILLER deben estar
provistas con water-tight, cubiertas de sección construidas con acero
galvanizado de inmersión en caliente. Las cubiertas deben estar aisladas con un mínimo de 2” de poliestireno expandido.
Contained en el tanque deber ser de un acero transmisor de calor que es construido de 1.05” O.D., all prime surface serpentine steel tubin encased
en un marco de acero. La bobina, que es galvanizado de inmersión en
caliente después de fabricado, debe ser ensayado a presión de aire bajo
agua de 190 psig y tasado para una presión de operación de 150 psig.
Los circuitos de la bobina están configurados para entregar una
capacidad máxima de almacenamiento. Las conexiones de la bobina en la
unidad son de acero galvanizado y acanalados para acoplamiento
mecánico.
Cada Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER debe ser entregada con un sight tube montado al final de cada unidad. Este, que debe ser fabricado de una tubería de plástico limpio, indica los niveles de agua en el tanque y la correspondiente existencia de hielo. Los controles de operación, consistentes en dos interruptores flotantes son montados fuera del tanque. El interruptor flotante de nivel alto finaliza el ciclo de fabricación cuando el nivel de agua del tanque alcanza el 100% de nivel de hielo fabricado. También previene la reiniciación del ciclo de fabricación hasta que haya sido descargado aproximadamente un 15% del hielo. El segundo interruptor es un low water cutout. Este requiere que el nivel de agua en la unidad sea igual o por sobre el 0% del nivel de hielo antes de comenzar el ciclo de fabricación. Se debe entregar además un interruptor de seguridad que finaliza el ciclo de fabricación de hielo si alguno de los controles de operación indica fallas (la cantidad de controles de operación varia basados en los requisitos del proyecto). Un transmisor de presión diferencial opcional está disponible para entregar señales eléctricas que indican la cantidad de hielo en existencia.
Cada Unidad Térmica de Almacenamiento ICE CHILLER debe ser entregada con un sight tube montado al final de cada unidad. Este, que debe ser fabricado de una tubería de plástico limpio, indica los niveles de agua en el tanque y la correspondiente existencia de hielo. Los controles de operación, consistentes en dos interruptores flotantes son montados fuera del tanque. El interruptor flotante de nivel alto finaliza el ciclo de fabricación cuando el nivel de agua del tanque alcanza el 100% de nivel de hielo fabricado. También previene la reiniciación del ciclo de fabricación hasta que haya sido descargado aproximadamente un 15% del hielo. El segundo interruptor es un low water cutout. Este requiere que el nivel de agua en la unidad sea igual o por sobre el 0% del nivel de hielo antes de comenzar el ciclo de fabricación. Se debe entregar además un interruptor de seguridad que finaliza el ciclo de fabricación de hielo si alguno de los controles de operación indica fallas (la cantidad de controles de operación varia basados en los requisitos del proyecto). Un transmisor de presión diferencial opcional está disponible para entregar señales eléctricas que indican la cantidad de hielo en existencia.
El fluido de
transferencia de calor debe ser una solución de etileno glicol
inhibido industrialmente, al 25% por peso, especialmente diseñada para
aplicaciones HVAC. La solución al 25% está diseñada para proveer
congelamiento/Burst y protección a la corrosión tan eficiente
como los basados en agua, de sistemas de ciclos cerrados. Los
inhibidores de corrosión deben ser entregados para mantener las
tuberías libres de corrosión sin fouling. DOWTHERM SR-1 y UCARTHERM son fluidos aceptados.
Todas los dimensiones de la unidad no exceden los aproximadamente ______ pies por ______ pies con una altura total que no excede los ____ pies. El peso de operación no excede las _____libras.
Todas los dimensiones de la unidad no exceden los aproximadamente ______ pies por ______ pies con una altura total que no excede los ____ pies. El peso de operación no excede las _____libras.
¿Por qué usar banco de hielo?
Menor costo de diseño inicial
Un sistema de
almacenamiento de hielo con ingeniería BAC, que posee la ventaja de
utilizar un fluído de baja temperatura resulta con un menor costo
inicial de diseño. El ahorro que se obtiene del uso de chiller y
torres de enfriamiento reducidos, disminuye los tamaños de las bombas,
tuberías y conexiones a las fuentes de poder compensando el costo de un
equipo de almacenamiento térmico . Damos a continuación un resumen de
los potenciales ahorros de componentes en una carga de enfriamiento
con un peak de 1000 ton.
Chillers y Torres de enfriamiento más pequeños
Para el diseño de un
sistema de 24 horas/día de operación de un chiller, el tamaño de éstos
y de las torres de enfriamiento necesarias para un sistema de hielo es
significativamente reducido cuando lo comparamos con chillers y
torres convencionales diseñadas para una carga peak instantánea. Un
diseño de almacenamiento de hielo parcial incluye chillers que proveen
aproximadamente un 60% de la carga de enfriamiento peak. El balance
del requerimiento de frío es dado por el sistema térmico de
almacenamiento. Para el ejemplo de 1000 ton, la capacidad nominal de
un chiller y una torre de enfriamiento se reduce a 580 ton y a un
ahorro total asociado de US$ 126.000.
Tamaño Reducido de Bombas y Tuberías
El tamaño de bombas y
tuberías también se reduce en un diseño apropiado de un sistema de
almacenamiento de hielo. Cuando el diseño del sistema integra tasas
menores de fluido al utilizar un mayor rango de temperatura en el loop
de agua resultan ahorros sustanciales en estos dispositivos. El uso de
un rango de temperatura de 18oF en vez del convencional 10oF genera
una reducción del tamaño de la tubería de 12” a 10”. Esta disminución
del tamaño de tubería corresponde a un ahorro de US$100 por pié lineal
instalado. Los tamaños de las tuberías de agua condensada se reducen
debido a los menores requerimientos de flujo que tiene un pequeño
chiller. Al usar 3GPM7ton, la tubería de agua condensada puede ser
reducida desde las 14” de sistemas convencionales a 10” para el
sistema de almacenamiento de hielo. Esto da un ahorro de instalación de
US$175 por pié lineal. Al reducir las tasas de flujo del agua
enfriada del chiller y del agua de condensación también se produce
ahorro en las bombas. En el ejemplo siguiente el ahorro de las bombas
es de US$15.000.
Menor Fuente de poder / Menor requerimiento de energía
Al reducir la mayoría de
los elementos del sistema mecánico las necesidades de energía asociada
a estos elementos se ve también reducida. La disminución de energía
de 395 HP genera ahorros en transformadores, interruptores y cableado
en aproximadamente US$50.000.
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Almacenamiento de hielo
El ahorro asociado a un
apropiado diseño de un sistema de almacenamiento de hielo es
substancial. Los ahorros descritos son parcialmente compensados por el
costo del equipo de almacenamiento de hielo. El sistema de
almacenamiento de hielo incluye: El banco de hielo etileno glicol,
intercambiador de calor y pads de concreto para la unidad térmica de
almacenamiento. Para un ejemplo de un peak de 1000 ton, los requisitos
de ton por hora son de 3281. El costo adicional asociado para este
equipo es de US$196.000.
Menores costos operativos
Con una menor necesidad de
energía, el almacenamiento de hielo puede requerir por sobre un 50%
menos de demanda eléctrica. El total anual de kilowatts/hora usado es
muchas veces menor que con un sistema de enfriamiento instantáneo
convencional. Como las empresas eléctricas están imponiendo recargas
en los tiempos peak de demanda, el almacenamiento de hielo puede
generar mayores ahorros en los costos de operación.
Mejorada eficiencia del sistema
La unidad modular térmica de
Almacenamiento ICE CHILLER ®, son diseñadas específicamente para
almacenamiento parcial con aplicaciones internas de derretimiento.
Con esta estrategia de operación el glicol que retorna tibio es
preenfriado por el chiller antes de que pase a través del
intercambiador de calor de acero y enfriado indirectamente por el
hielo derretido. Por la habilidad de localizar el chiller upstream del
producto BAC ICE CHILLER ® se generan dos beneficios : primero,
cuando se opera a mayores temperaturas (higher glycol supply
temperatures) para preenfriar el glicol, aumenta la capacidad del
chiller. Segundo, también se mejora la eficiencia (kW/TR) del chiller.
Por ultimo el loop presurizado disminuye las necesidades de energía
para el bombeo. La necesidad de un intercambiador de calor entre la
unidad térmica de almacenamiento y el sistema de enfriamiento puede
ser eliminada cuando el glicol es circulado por el sistema de aire
acondicionado.
Mejorada confiabilidad del sistema
El sistema de
almacenamiento de hielo provee la confiabilidad necesaria para
asegurar el aire acondicionado. En los sistemas convencionales, la
instalación de múltiples chiller provoca redundancia. En el evento de
una falla mecánica de un chiller, el segundo chiller provee una
capacidad de enfriamiento limitada. El máximo enfriamiento disponible
por un sistema convencional podría ser sólo de un 50%. La mayoría de
los sistemas de almacenamiento de hielo utilizan dos chillers además
del equipo de almacenamiento de hielo. Los dos chillers son diseñados
para proveer aproximadamente un 60% del frío necesario mientras que el
almacenamiento de hielo entrega el restante 40% de la capacidad de
enfriamiento. En el caso que solo un chiller este funcionando en el
día, la capacidad de enfriamiento será sobre un 70%. Esto es porque el
chiller en operación provee de un 30% de los requerimientos mientras
que el hielo provee sobre un 40% más. Basado en perfiles de carga HVAC
típicos y datos de tiempo ASHRAE, el 70% de la capacidad de
enfriamiento podría cubrir los requerimientos de frío diarios en un 85%
de las veces.
Construcción modular
El diseño rectangular de la
unidad modular térmica de Almacenamiento ICE CHILLER ®, maximiza el
ton-hours por pie cuadrado. El producto es diseñado para instalaciones
reducidas donde el acceso es limitado. Las unidades de 7’-10” son
diseñadas de modo que puedan ser instaladas por aberturas de doble
puerta. Las unidades son diseñadas para ser instaladas en espacios
cerrados o al aire libre.
1) Recinto del sensor de cantidad de hielo almacenado
Para proteger este sensor BAC ofrece un calefactor para mantenerlo en 40oF aunque la temperatura del exterior sea de 0oF.
Para proteger este sensor BAC ofrece un calefactor para mantenerlo en 40oF aunque la temperatura del exterior sea de 0oF.
2) Sensor de Presión Diferencial
Se incluye un transmisor de presión diferencial para proveer una señal eléctrica de 4-20 ma, que es proporcional a la cantidad de hielo existente. La señal de 4-20 ma es utilizada por el sistema de gestión de energía del edificio para determinar la cantidad de hielo disponible durante el día.
Se incluye un transmisor de presión diferencial para proveer una señal eléctrica de 4-20 ma, que es proporcional a la cantidad de hielo existente. La señal de 4-20 ma es utilizada por el sistema de gestión de energía del edificio para determinar la cantidad de hielo disponible durante el día.
3) Tubo Visor
Cada unidad térmica de Almacenamiento ICE CHILLER ® posee un tubo indicador. Esto permite al operador del equipo determinar visualmente, por la columna de agua del tubo indicador, la cantidad de hielo existente en la unidad.
Cada unidad térmica de Almacenamiento ICE CHILLER ® posee un tubo indicador. Esto permite al operador del equipo determinar visualmente, por la columna de agua del tubo indicador, la cantidad de hielo existente en la unidad.
4) Cubierta o Tapa del Banco de Hielo
Las cubiertas seccionales herméticas son construidas de acero galvanizado en caliente y son aislados con 2” de poliestireno expandido.
Las cubiertas seccionales herméticas son construidas de acero galvanizado en caliente y son aislados con 2” de poliestireno expandido.
5) Conexiones de glicol
La unidad modular térmica de Almacenamiento ICE CHILLER ® cuenta con conexiones victaulicas para simplificar el área de las tuberías.
La unidad modular térmica de Almacenamiento ICE CHILLER ® cuenta con conexiones victaulicas para simplificar el área de las tuberías.
6) Paneles laterales
Los paneles exteriores que forman la pared del chiller son construidos de acero galvanizado de gauge pesada con flanges de doble quiebre para resistencia estructural. Los paneles de la pared incluyen 3” de poliestireno expandido, lo que ayuda a obtener un valor total de aislamiento de R-18.
Los paneles exteriores que forman la pared del chiller son construidos de acero galvanizado de gauge pesada con flanges de doble quiebre para resistencia estructural. Los paneles de la pared incluyen 3” de poliestireno expandido, lo que ayuda a obtener un valor total de aislamiento de R-18.
7) Lámina Primaria
Una lámina de una sola pieza, adecuada para aplicaciones a baja temperatura forma el interior del tanque. Antes del envio, cada unidad es llenada con agua por 48 horas para verificar la estanqueidad de esta lámina.
Una lámina de una sola pieza, adecuada para aplicaciones a baja temperatura forma el interior del tanque. Antes del envio, cada unidad es llenada con agua por 48 horas para verificar la estanqueidad de esta lámina.
8) Aislamiento de poliestireno extruido
Se instala 1½“ de poliestireno extruido entre la lámina primaria y la lámina secundaria. La barrera de aislación contribuye a un valor total de aislamiento de R-18.
Se instala 1½“ de poliestireno extruido entre la lámina primaria y la lámina secundaria. La barrera de aislación contribuye a un valor total de aislamiento de R-18.
9) Lámina Secundaria/Barrera de vapor
Ubicada para prevenir la transferencia de humedad a través de la aislación termica.
Ubicada para prevenir la transferencia de humedad a través de la aislación termica.
10) Serpentines de acero galvanizado
El intercambiador de calor de acero es construido de un solo tubo de acero serpentino superficial principal (all prime surface serpentine steel tube) y ubicado en un marco de acero. La pieza entera es de acero galvanizado en caliente luego de la fabricación. Cada pieza de serpentin es ensayado a 190 psig de presión de aire bajo el agua y clasificada para una presion de operación de 150 psig. Debe circular a través del serpentin del banco de hielo solamente una solucion de etileno glicol inhibida industrialmente, diseñado especialmente para aplicaciones HVAC. Una solución de 25% en peso de etileno glicol se considera para ajustar la operación al tiempo frío y dar protección a la corrosión. Los inhibidores de corrosión son para reducir la corrosión del sistema sin incrustarlo. Fluidos aceptados serían Dowtherm SR-1 y UCARTHERM .
El intercambiador de calor de acero es construido de un solo tubo de acero serpentino superficial principal (all prime surface serpentine steel tube) y ubicado en un marco de acero. La pieza entera es de acero galvanizado en caliente luego de la fabricación. Cada pieza de serpentin es ensayado a 190 psig de presión de aire bajo el agua y clasificada para una presion de operación de 150 psig. Debe circular a través del serpentin del banco de hielo solamente una solucion de etileno glicol inhibida industrialmente, diseñado especialmente para aplicaciones HVAC. Una solución de 25% en peso de etileno glicol se considera para ajustar la operación al tiempo frío y dar protección a la corrosión. Los inhibidores de corrosión son para reducir la corrosión del sistema sin incrustarlo. Fluidos aceptados serían Dowtherm SR-1 y UCARTHERM .
11) Soportación de Serpentines
Los intercambiadores de calor de acero están adheridos a vigas soportantes para prevenir el contacto entre los tubos y la lámina primaria.
Los intercambiadores de calor de acero están adheridos a vigas soportantes para prevenir el contacto entre los tubos y la lámina primaria.
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