O que é água do condensador? Definição, Função, Temperaturas e Noções Básicas do Sistema

O que é água condensadora? Uma resposta direta

Água do condensador é o fluxo de água que transporta o calor residual para fora do condensador em um sistema de refrigeração ou resfriador resfriado a água e o entrega a uma torre de resfriamento, um condensador evaporativo ou outro dispositivo de rejeição de calor. O circuito de água gelada resfria o edifício ou processo; o circuito de água do condensador faz o trabalho oposto. Ele retira o calor do refrigerante no condensador e rejeita esse calor para o ar externo.

Em uma frase: a água do condensador é o meio de trabalho no lado quente de um sistema de resfriamento resfriado a água, a água que absorve o calor do refrigerante no condensador e o libera para a atmosfera através da torre de resfriamento.

Se você abrir uma sala mecânica que serve um resfriador resfriado a água, normalmente verá dois circuitos de água separados. O circuito de água gelada sai do evaporador a cerca de 6,7°C (44°F) e passa através de manipuladores de ar ou trocadores de calor de processo. O circuito de água do condensador sai do condensador a aproximadamente 35°C (95°F), flui para uma torre de resfriamento no telhado ou ao lado da planta e retorna ao condensador a cerca de 29,4°C (85°F) após ser resfriado por evaporação.

• É um circuito de fluxo contínuo: a mesma água é bombeada continuamente, mas em uma torre aberta ela fica exposta ao ar, de modo que a evaporação e a deriva removem constantemente um pouco de água.
• Em condições típicas de projeto, o fluxo de água do condensador é aproximadamente 2,5 a 3 galões por minuto por tonelada de resfriamento (0,045 a 0,054 L/s por kW) .
• A água do condensador entra no condensador a cerca de 85°F (29,4°C) e sai a cerca de 95°F (35°C) em um projeto padrão.
• Não é o mesmo que água gelada e os dois circuitos nunca devem ser misturados em uma planta de resfriamento convencional.
• A qualidade da água, a vazão e a temperatura controlam diretamente a quantidade de energia que o compressor consome.

Acertar esses detalhes é mais importante do que muitos proprietários de fábricas esperam. Um circuito de água do condensador subdimensionado aumenta a pressão de condensação, aumenta a potência do compressor e reduz a vida útil do equipamento. O restante deste guia explica como o loop funciona, quais condições de projeto usar e o que pode dar errado no serviço.

Como funciona a água do condensador dentro do ciclo de refrigeração

A água do condensador é apenas uma parte de um ciclo de refrigeração de quatro etapas. Para entender seu trabalho, siga primeiro o lado do refrigerante. O compressor aumenta a pressão e a temperatura do gás refrigerante. O gás quente e de alta pressão flui para o condensador. A água do condensador passa pelo condensador e absorve o calor desse gás. A remoção do calor condensa o gás de volta em um líquido. O líquido passa então por um dispositivo de expansão, cai de pressão e temperatura e capta calor no evaporador, onde é produzida a água gelada.

A quantidade de calor que a água do condensador deve absorver é sempre maior que a carga de resfriamento porque o trabalho do compressor adiciona calor ao refrigerante. Um chiller de 100 toneladas com COP de 5,0 rejeita aproximadamente 120 toneladas de calor no condensador : 100 toneladas de carga de resfriamento mais 20 toneladas de trabalho de compressor. Os projetistas dimensionam o fluxo de água do condensador e as torres de resfriamento para esse total, e não para a carga de resfriamento nominal do chiller.

1. A bomba de água do condensador retira água da bacia da torre de resfriamento a cerca de 85°F (29,4°C).
2. A água flui através dos tubos do condensador, absorvendo o calor do gás refrigerante e sai a cerca de 35°C (95°F).
3. A água quente retorna ao topo da torre de resfriamento e é pulverizada sobre o material de enchimento.
4. O ar aspirado pela torre evapora uma pequena porção da água; a evaporação remove o calor e diminui a temperatura da água.
5. A água resfriada é coletada na bacia e bombeada de volta para o condensador. O ciclo se repete continuamente.

Em alguns projetos, o circuito de água do condensador é completamente fechado e resfriado por um trocador de calor de placas conectado a um segundo circuito de torre aberta. Este arranjo é comum em instalações de refrigeração distrital e em edifícios onde o circuito condensador deve utilizar um fluido especial para proteger o equipamento. O princípio de funcionamento é idêntico: a água do condensador é o meio que move o calor rejeitado para a atmosfera.

Água condensada versus água gelada: dois loops, dois trabalhos

A confusão mais comum nas salas de fábrica é misturar o circuito de água gelada e o circuito de água do condensador. Ambos os circuitos são sistemas de água em torno de um chiller, mas operam em temperaturas diferentes, utilizam equipamentos diferentes e nunca devem ser conectados entre si.

As palavras “oferta” e “retorno” também são usadas de pontos de vista opostos nesses ciclos. O abastecimento de água gelada está frio porque sai do evaporador para servir o edifício. O abastecimento de água do condensador, do ponto de vista do chiller, é a água que sai da torre de resfriamento e entra no condensador, que está em torno de 85°F. Sempre defina de que ponto você está falando antes de citar temperaturas nas especificações ou durante a solução de problemas.

Temperaturas típicas da água do condensador, taxas de fluxo e condições de projeto

Uma planta padrão resfriada a água em um clima temperado é projetada com água do condensador entrando no condensador em 85°F (29,4°C) e deixando em 95°F (35°C) , uma faixa de 5,6°C (10°F), na temperatura de bulbo úmido de projeto local.

Alcance, abordagem e bulbo úmido: três termos que controlam tudo

• Faixa é a queda de temperatura da água na torre de resfriamento, que é o mesmo valor que o aumento de temperatura no condensador. Em um design 85/95, a faixa é de 10°F.
• A abordagem é a diferença entre a água fria que sai da torre e a temperatura ambiente de bulbo úmido. Uma aproximação de 5 a 7°F é típica; pressionar para 3°F compra tamanho extra da torre e energia do ventilador para muito pouco ganho do chiller.
• O bulbo úmido é o limite teórico. Uma torre de resfriamento não pode resfriar água abaixo da temperatura ambiente de bulbo úmido, portanto, os dados locais de bulbo úmido definem o piso para o dimensionamento da torre.

A vazão segue diretamente da faixa. O calor rejeitado pelo condensador é igual a 500 x GPM x faixa nas unidades habituais dos EUA, onde 500 é o produto da densidade da água, calor específico e fatores de conversão. Um chiller de 300 toneladas com COP de 5,0 rejeita cerca de 360 ​​toneladas de calor no condensador; a uma faixa de 10°F, o fluxo de água do condensador chega a cerca de 864 gpm (360 x 24/10). Verifique o COP de plena carga do fabricante do chiller ao calcular a demanda de vazão real em vez de assumir um valor fixo.

O lado do condensador: tipos de condensadores resfriados a água

O circuito de água do condensador só funciona se o condensador transferir calor de forma eficiente do refrigerante para a água. Quatro projetos básicos de condensadores resfriados a água dominam o mercado, e cada um se adapta a uma faixa de capacidade e tipo de construção diferentes.

Condensadores resfriados a água tipo casco e tubo

Em um condensador de casco e tubo, a água flui dentro dos tubos enquanto o gás refrigerante quente envolve os tubos no casco. A grande área de superfície e a capacidade de limpar os tubos tornam este projeto o padrão para chillers acima de 20 a 30 toneladas e para plantas de refrigeração industrial. Muitas unidades embaladas usam um design funcional com placas finais removíveis, para que os tubos possam ser escovados quando aparecerem incrustações. Para uma planta que irá operar por 15 a 20 anos, um Condensador resfriado a água de casco e tubo da série KCWS com caixas de água de qualidade marítima e tubos substituíveis é uma escolha prática e de fácil manutenção.

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Condensadores Shell-and-Coil

Um condensador de casco e bobina envolve uma bobina contínua soldada dentro do casco. Não há tampas vedadas, o que reduz os caminhos de vazamento, mas a bobina não pode ser limpa mecanicamente. Eles são usados ​​principalmente em chillers compactos menores, onde a superfície do tubo é limpa apenas por circulação química.

Condensadores tubo em tubo (coaxial)

Os condensadores coaxiais colocam água em um tubo interno e refrigerante no anel ao seu redor. Eles são compactos, toleram incrustações moderadas e são amplamente utilizados em pequenos resfriadores, bombas de calor de fonte de água e unidades dedicadas de recuperação de calor. O arranjo de contrafluxo proporciona boa transferência de calor em um envelope pequeno.

Condensadores de Placa Soldada

Os trocadores de calor a placas soldadas usam uma pilha de placas de aço inoxidável com canais estreitos para refrigerante e água. Eles oferecem coeficientes de transferência de calor muito altos e ocupam pouco espaço, razão pela qual a maioria dos chillers modernos de parafuso e scroll na faixa de 50 a 500 toneladas os utilizam. O volume do lado do refrigerante é pequeno, portanto a carga é menor, mas as passagens do lado da água precisam de uma boa filtragem porque podem entupir mais facilmente do que os tubos.

Por que usar água condensadora? Compensações entre resfriamento a ar e resfriamento a água

A água do condensador adiciona bombas, tubulações, torre, tratamento de água e manutenção. A recompensa é a eficiência energética. Como a água a 85°F rejeita o calor com muito mais eficiência do que o ar de verão a 95°F, um chiller resfriado a água condensa o refrigerante a uma temperatura mais baixa e o compressor funciona menos. Os chillers comerciais refrigerados a água têm uma eficiência de carga total em torno de 0,55 a 0,70 kW/ton em condições padrão, enquanto unidades refrigeradas a ar de tamanhos comparáveis ​​normalmente operam de 1,0 a 1,3 kW/ton. Essa lacuna, amplamente documentada nos catálogos de chillers e nos dados de referência da ASHRAE, produz grandes economias de carga parcial em plantas que funcionam muitas horas por ano.

A rota resfriada a água geralmente vence quando a planta é grande, opera por muitas horas ou fica em um clima quente, onde as temperaturas do ar no verão fazem com que os resfriadores resfriados a ar percam capacidade. Perde quando a água local é cara, as restrições hídricas são severas ou o edifício não tem espaço para uma torre de resfriamento. É por isso que alguns proprietários escolhem alternativas secas ou híbridas.

Quando a decisão é optar pelo resfriamento a água, o condensador e o resfriador devem ser combinados cuidadosamente. Olhando para um completo pacote de resfriador resfriado a água isso inclui o circuito condensador, o que poupará trabalho de integração e solução de problemas posteriormente, porque o evaporador, o condensador e os controles já estão dimensionados como um sistema.

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Qualidade, tratamento e manutenção da água do condensador que realmente importam

Os circuitos de água do condensador são o circuito de água mais sujo na maioria dos edifícios. Torres de resfriamento abertas expõem a água ao ar, poeira, insetos, dejetos de pássaros e luz solar. Se não for tratada, essa água irá incrustar os tubos do condensador, desenvolver biofilme e corroer a tubulação dentro de uma ou duas temporadas.

Escamação e incrustação

Os minerais de dureza dissolvidos na água de reposição precipitam quando a água é aquecida e evaporada na torre. A incrustação nos tubos do condensador atua como um isolante: o gás refrigerante quente não consegue liberar calor de forma eficiente, então a pressão de condensação aumenta, o compressor consome mais energia e a capacidade do resfriador cai. O Manual ASHRAE recomenda medir a queda de pressão e a temperatura de aproximação através do condensador, porque um aumento de alguns graus na aproximação é quase sempre o primeiro sintoma de incrustação.

Corrosão e Erosão

Cloreto, oxigênio dissolvido e sólidos suspensos atacam os tubos do condensador e os componentes da torre. Os tubos de cobre corroem rapidamente em ambientes ricos em amônia; os aços inoxidáveis ​​podem perfurar sob alto teor de cloretos; e a alta velocidade da água corrói as extremidades de entrada dos tubos. Manter a velocidade projetada da água abaixo de 3 m/s (10 pés/s) em tubos de cobre e aplicar controle razoável de cloro e filtração evita a maioria desses casos.

Tratamento e Monitoramento de Água

• Mantenha o pH na faixa de 7,5 a 9,0 na maioria dos sistemas de torre aberta, com condutividade e ciclos de concentração gerenciados por purga.
• Use inibidores de incrustações e um programa biocida apropriado à química da água de reposição local.
• Monitore semanalmente a temperatura de aproximação do condensador, a queda de pressão do lado da água e o fluxo durante a estação de resfriamento.
• Instale filtros de cesto ou filtragem lateral para remover sólidos suspensos que entram na bacia.
• Em áreas de água dura, verifique a dureza da água de reposição antes de escolher um material condensador; tubos revestidos ou de cuproníquel lidam melhor com água agressiva do que cobre puro.

Alternativas de conservação de água

Os sistemas de torre aberta evaporam uma quantidade significativa de água, normalmente cerca de 1 por cento do fluxo de circulação para cada 10°F de faixa de resfriamento . Uma planta de 300 toneladas circulando a cerca de 860 gpm, portanto, perde cerca de 8 a 9 galões por minuto por evaporação na carga projetada, antes de contar a purga e a deriva. Em regiões secas ou locais com escassez de água, muitos proprietários substituem uma torre de resfriamento separada por um condensador evaporativo, que combina o condensador e a torre de resfriamento em uma única máquina construída de fábrica e mantém o circuito de tubulação mais curto. Unidades como o Condensador evaporativo da série KD LN também reduzem a altura manométrica da bomba e o volume de água do condensador porque ficam próximos aos compressores. Onde a água é ainda mais escassa, as torres de circuito fechado e os sistemas híbridos refrigerados a ar tornam-se a resposta prática.

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Problemas comuns de água do condensador, causas e o que verificar

A maioria das reclamações de quebra de resfriadores remonta ao lado do condensador. A tabela abaixo lista as falhas que vemos com mais frequência no trabalho de manutenção, juntamente com as verificações rápidas que apontam para a causa raiz.

Não há substituto para uma linha de base limpa. Registre as temperaturas da água do condensador, a aproximação, o fluxo e as pressões do refrigerante quando o chiller for novo ou recém-limpo. Problemas futuros são muito mais fáceis de detectar quando você tem um conjunto de números em bom estado para comparar. O mesmo princípio se aplica quando você combina um condensador com o resto do sistema de refrigeração, e é por isso que orientamos os compradores na seleção completa do equipamento antes de cotar uma máquina. Se você estiver tomando decisões semelhantes, nosso guia para escolhendo a unidade de condensação certa para aplicações de armazenamento refrigerado cobre a lógica de seleção no contexto de plantas de baixa temperatura.

Considerações de dimensionamento e projeto para um sistema de água de condensador confiável

Dimensione o circuito de água do condensador para o calor rejeitado pelo compressor nas condições de projeto, e não para a carga nominal de resfriamento do chiller. Essa única decisão controla o tamanho da torre, o fluxo da bomba, o tamanho da tubulação e o custo operacional.

A carga térmica do condensador é igual à carga de resfriamento mais o calor do compressor. Para um chiller nas condições de projeto, estime-o como carga de resfriamento x (1 1/COP). Um chiller de 200 toneladas com COP de carga total de 5,0 rejeita cerca de 240 toneladas (200 x 1,2) e, em uma faixa de 10°F, isso precisa de cerca de 576 gpm de água do condensador (240 x 24/10). Adicione calor ao motor da bomba se a bomba estiver no circuito e adicione uma pequena margem de segurança para o desempenho da torre durante o tempo quente.

• Selecione o projeto de bulbo úmido a partir de dados climáticos locais, normalmente as condições de projeto de 1%, e não de uma tarde quente de verão que você lembra.
• Mantenha a abordagem na faixa de 5 a 7°F; uma abordagem menor custa mais torre, mas pode economizar energia do compressor, portanto avalie o custo do ciclo de vida.
• Fornecer pelo menos redundância N 1 em bombas e torres em plantas que não toleram paradas; combinar as curvas da bomba com a queda de pressão do condensador é fundamental.
• Projete velocidades de tubulação entre 4 e 10 pés/s (1,2 a 3 m/s) para equilibrar a potência da bomba, a erosão e a separação do ar.
• Planeje o tratamento de água desde o primeiro dia: uma torneira para alimentação de produtos químicos, uma torneira de amostragem, controle de condutividade e um dreno de purga.
• Em climas frios, inclua proteção contra congelamento para bacias de torres, tubulações expostas e provisões de drenagem.

Para uma visão mais ampla das opções, você pode navegue em nossa linha de produtos de condensadores para comparar configurações de condensadores resfriados a ar, resfriados a água e evaporativos antes de definir a base do projeto.

Perguntas frequentes sobre água do condensador

1. O que é água do condensador em termos simples?

Água do condensador é a água que remove o calor do refrigerante no condensador de um sistema de resfriamento resfriado a água. Ele absorve o calor do condensador, leva-o para uma torre de resfriamento, libera-o para o ar e retorna mais frio para repetir o circuito.

2. A água do condensador e a água gelada são iguais?

Não. Água gelada é a água fria produzida pelo evaporador a cerca de 44°F e enviada para os espaços que estão sendo resfriados. A água do condensador é a água quente a cerca de 85 a 95°F que rejeita o calor na torre de resfriamento. Os dois loops são separados e não devem ser misturados.

3. Qual deve ser a temperatura da água do condensador?

Para um projeto típico, a água do condensador deve entrar no condensador a cerca de 85°F (29,4°C) e sair dele a cerca de 95°F (35°C). Os valores exatos dependem da abordagem da torre de resfriamento e da temperatura de bulbo úmido local.

4. Por que a água do condensador precisa de tratamento?

Porque a torre de resfriamento expõe a água ao ar, sujeira, minerais duros, algas e microorganismos. Sem tratamento, formam-se incrustações e biofilme nos tubos do condensador, o que aumenta a pressão de condensação e aumenta o uso de energia. A corrosão dos tubos e da torre também pode reduzir a vida útil do equipamento.

5. O que acontece se o fluxo de água do condensador for muito baixo?

O baixo fluxo aumenta o aumento da temperatura da água através do condensador e aumenta a pressão de condensação. O chiller consome mais energia, perde capacidade e a segurança de alta pressão pode desarmar a máquina. As causas comuns são um filtro entupido, um impulsor da bomba desgastado ou uma válvula de balanceamento fechada.

6. Quanta água um sistema de água do condensador usa?

Uma torre de resfriamento aberta perde água por evaporação, deriva e purga. A evaporação por si só é aproximadamente 1 por cento da taxa de circulação para cada 10°F de faixa de resfriamento . Uma planta de 300 toneladas circulando a cerca de 860 gpm pode, portanto, evaporar cerca de 8 a 9 gpm na carga projetada, antes de contar o sangramento e a deriva.

Conclusão: O que é mais importante com a água do condensador

A água do condensador não é um detalhe secundário. Ele determina a pressão de condensação, a potência do compressor e a vida útil do chiller. O essencial: manter o fornecimento próximo de 85°F no projeto, manter a faixa em cerca de 10°F, manter o fluxo compatível com o calor rejeitado, tratar a água e monitorar a temperatura de aproximação.

O melhor circuito de água do condensador é aquele em que as pessoas pensam apenas uma vez: uma torre de tamanho adequado, tubos do condensador limpáveis, fluxo correto da bomba, tratamento simples da água e um registro de teste de linha de base. Essa combinação proporciona décadas de serviço com manutenção previsível. Nossa fábrica fabrica condensadores resfriados a água, condensadores evaporativos e resfriadores embalados para plantas comerciais e industriais desde 1995, portanto, vimos a maioria dos modos de falha descritos acima em campo.

Se você estiver dimensionando um circuito de água do condensador ou selecionando um condensador resfriado a água para uma nova planta, você pode entre em contato com nossa equipe de engenharia com seu projeto de bulbo úmido, carga de resfriamento e dados de qualidade da água. Eles ajudarão você a combinar o condensador e o loop com a aplicação antes de se comprometer com um layout.