ES2296563B1 - Sistema de refrigeracion y/o condensacion de un fluido. - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración y/o condensación de un fluido. El sistema de refrigeración y/o condensación de un primer fluido que circula por el interior de un serpentín de un condensador térmico es de los que comprenden una pluralidad de placas termoeléctricas y un circuito por el que circula un segundo fluido. El citado sistema comprende un contenedor conectado al circuito por el que circula el segundo fluido a través de una entrada y de una salida de dicho contenedor, en cuyo interior está dispuesto el serpentín, estando provisto dicho contenedor de un conjunto de tuberías adosadas a la superficie exterior del mismo y en comunicación con el interior del contenedor, por dentro de las cuales también circula el segundo fluido. Dichas tuberías son de un material poroso a través del cual se produce un contacto del segundo líquido con el aire exterior al sistema evaporándose parte del segundo líquido.
Description
Sistema de refrigeración y/o condensación de un
fluido.
La invención se sitúa dentro del sector técnico
relativo a generación e instalaciones de frío industrial,
acondicionamiento de aire y refrigeración de fluidos en procesos
industriales en general.
En concreto, la invención se refiere a sistema
de refrigeración y/o condensación de un fluido que circula por el
interior de un serpentín de un condensador térmico, siendo el
sistema de los que comprenden un circuito cerrado de otro fluido y
una pluralidad de placas termoeléctricas.
En los procesos de generación de frío o
disipación del calor de un proceso industrial, es habitual utilizar
un fluido, generalmente agua, para disminuir la temperatura de un
foco cliente, por ejemplo, mediante un condensador térmico o un
intercambiador de calor. En el proceso de refrigeración del foco
caliente, el agua se calienta al absorber el calor del foco, por lo
que para poder reutilizar dicha agua es necesario disminuir su
temperatura.
Los sistemas actuales utilizados para disminuir
la temperatura de dicha agua están basados en promover la
evaporación de una parte del agua al ponerla en contacto con una
corriente de aire, de modo que el agua que permanece en fase
líquida cede calor al agua que se evapora, rebajando así su
temperatura. Para llevar a cabo el contacto entre el aire y el agua
se suelen utilizar sistemas de pulverización de agua sobre una
corriente de aire.
La condensación por agua resulta muy eficaz y
flexible, ya que un sistema bien dimensionado garantiza el
funcionamiento en un rango de condiciones climáticas externas muy
amplio y a un coste energético relativamente bajo, gracias al
elevado calor latente de vaporización del agua que permite disipar
cargas térmicas elevadas con sistemas relativamente sencillos.
No obstante, en los últimos años se han
producido episodios en los que la contaminación microbiológica del
agua pulverizada ha provocado problemas de salud pública debido a
la presencia en las gotas del agua pulverizada de bacterias
patógenas que son inhaladas, como por ejemplo la Legionela
pneumophila. Actualmente existe en España una legislación muy
estricta de prevención de legionellosis, la cual obliga a realizar
un costoso mantenimiento de las instalaciones anteriormente
comentadas para evitar la proliferación y diseminación de las
bacterias en cuestión.
Un método alternativo en el acondicionamiento de
aire y frío industrial es la denominada condensación por aire y
enfriamiento termoeléctrico, en el que no interviene el agua en
forma pulverizada sino un fluido refrigerante que circula por el
interior de un serpentín, sometido a la acción de una serie de
placas termoeléctricas y a través del cual se fuerza el paso de
aire por la acción de aparatos ventiladores. El propio aire
ambiente y las placas termoeléctricas hacen disminuir la temperatura
del gas refrigerante contenido en el serpentín al objeto de que
éste condense para reiniciar el ciclo de acondicionamiento.
La condensación por aire y frío termoeléctrico
es totalmente limpia desde el punto de vista microbiológico, pero
los sistemas basados en ella plantean ciertos problemas técnicos,
sobre todo en áreas muy cálidas en las que surgen dificultades para
disipar las cargas térmicas si la temperatura del aire sube por
encima de un cierto nivel, y también problemas económicos, ya que
resultan energéticamente poco eficientes y requieren grandes
superficies de la edificación en la que se instala el sistema.
Con objeto de aportar una solución a los
problemas planteados, se da a conocer un sistema de refrigeración
y/o condensación de un primer fluido que circula por el interior de
un serpentín de un condensador térmico, siendo el sistema de los
que comprenden una pluralidad de placas termoeléctricas y un
circuito por el que circula un segundo fluido.
En esencia, el sistema de refrigeración y/o
condensación se caracteriza porque comprende un contenedor conectado
al circuito por el que circula el segundo fluido a través de al
menos una entrada y una salida de dicho contenedor, en cuyo
interior está dispuesto el serpentín, estando provisto dicho
contenedor de un conjunto de tuberías adosadas a la superficie
exterior del mismo y en comunicación con el interior del
contenedor, por dentro de las cuales también circula el segundo
fluido, y porque dichas tuberías son de un material poroso a través
del cual se produce un contacto del segundo líquido con el aire
exterior al sistema evaporándose al exterior parte del segundo
líquido.
Según otra característica de la invención, las
placas termoeléctricas son placas de tipo Peltier, provistas de una
cara caliente y de una cara fría, estando las respectivas caras
frías de todas o de algunas de estas placas aplicadas directamente o
con interposición de un elemento termoconductor sobre la superficie
exterior o interior de las tuberías.
Conforme a otra característica de la invención,
las placas termoeléctricas son placas de tipo Peltier, provistas de
una cara caliente y de una cara fría, estando las respectivas caras
frías de todas o de algunas de estas placas aplicadas directamente o
con interposición de un elemento termoconductor sobre la superficie
exterior o interior del contenedor.
De acuerdo con otra característica de la
invención, cada placa termoeléctrica está provista de un
microcontrolador instalado en su interior el cual regula
automáticamente el flujo eléctrico de la misma y evita su
recalentamiento.
Según otra característica de la invención, el
elemento termoconductor, en su caso, es de aluminio.
Conforme a otra característica de la invención,
el sistema de refrigeración y/o condensación comprende al menos un
ventilador de aspiración de aire situado en las proximidades del
conjunto de tuberías para favorecer la evaporación de parte del
segundo fluido que circula por las mismas.
Preferentemente, el segundo fluido es agua.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el sistema de refrigeración y/o condensación comprende un
depósito de compensación provisto de una entrada y de una salida en
comunicación con la salida y con la entrada del contenedor,
respectivamente, estando provisto dicho depósito de un dispositivo
de aportación controlada del segundo fluido y de unos medios de
impulsión del segundo fluido contenido en dirección a la entrada
del contenedor.
Según otra característica de la invención, el
sistema de refrigeración y/o condensación comprende un sistema de
tratamiento de agua mediante la adición de productos biocidas o
mediante un tratamiento físico-químico.
Conforme a otra característica de la invención,
el sistema de refrigeración y/o condensación comprende un sistema
de purga.
Según otra característica de la invención, el
segundo fluido es un gas.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el material poroso es un poliestireno extrusionado con
amianto, un poliuretano, un amianto compuesto con base de
poliuretano o un tejido de vidrio revestido de silicona o de
neopreno.
En el dibujo adjunto de la Fig. 1 se ilustra, a
título de ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido
del sistema de refrigeración y/o condensación objeto de la
invención.
En la Fig. 1 se muestra el sistema 1 de
refrigeración y/o condensación de un fluido refrigerante,
denominado también primer fluido, que circula por el interior de un
serpentín 5 que forma parte de un condensador térmico. Parte del
citado serpentín 5 se encuentra bañado en un segundo fluido
(preferentemente agua) contenido en el interior de un contenedor 2
o tanque, el cual está provisto de un conjunto de tuberías 4
adosadas a su superficie exterior por dentro de las cuales circula
también el segundo fluido en comunicación con el interior del
contenedor 2.
Por su parte, el contenedor 2 está provisto de
una entrada 2a y de una salida 2b conectadas a una serie de
conducciones 11, formando todo el conjunto un circuito 7 por el que
circula el citado segundo fluido.
Como se ha representado esquemáticamente en la
Fig. 1, adosadas a las tuberías 4 se encuentran varias placas
termoeléctricas 3 o placas de tipo Peltier. Como es bien sabido,
una placa de tipo Peltier se basa en el efecto del mismo nombre,
consistente en la creación de una diferencia térmica a partir de una
diferencia de potencial eléctrico, y tiene lugar cuando una
corriente pasa a través de dos metales similares o semiconductores
(tipo N y tipo P) que están conectados entre sí en dos uniones,
denominadas caras de aquí en adelante. La corriente conduce una
transferencia de calor desde una cara hasta la otra y mientras una
cara se enfría, la otra se calienta, de ahí los nombres de "cara
fría" y "cara caliente".
Las citadas tuberías 4 son de un material poroso
a través del cual se produce el contacto del segundo líquido, agua
en la realización preferida, que circula por el interior de estas
tuberías 4, con el aire exterior al sistema 1. Entre los posibles
materiales porosos se encuentran los poliestirenos extrusionados con
amianto, los amiantos compuestos con base de poliuretano, los
poliuretanos y el material conocido como Termoflex, consistente en
un tejido de vidrio revestido de silicona o de neopreno y con una
espiral envolvente de acero.
Las caras frías de las placas termoeléctricas 3
o placas de tipo Peltier están dispuestas en contacto con la
superficie de las tuberías 4 a través de su conexión a un
respectivo elemento termoconductor, no representado en la Fig. 1. Se
puede dar el caso de que varias placas termoeléctricas 3 estén
unidas a un mismo elemento termoconductor o bien que cada placa
termoeléctrica 3 esté unida a un correspondiente elemento
termoconductor.
Los elementos termoconductores pueden estar
unidos tanto a las superficies internas de las tuberías 4 como a
las superficies externas de las mismas, siendo esta última la
opción utilizada en la realización preferida.
Adicionalmente, las placas de tipo Peltier, en
concreto sus caras frías, también pueden colocarse sobre zonas de la
superficie interior o exterior del contenedor 2 a través de
elementos termoconductores, aunque en dichas zonas el contenedor 2
debería ser del material poroso utilizado en las tuberías 4.
Preferentemente, los elementos termoconductores
son de aluminio, y las caras frías de las placas Peltier están
unidas a los elementos termoconductores mediante un adhesivo
termoconductor.
El material poroso de las tuberías 4 permite
retener el segundo líquido en el interior de las tuberías 4, agua,
al mismo tiempo que permite la evaporación de una parte del mismo
al existir un contacto con el aire exterior a través de los
poros.
El sistema 1 cuenta con unos ventiladores 8
dispuestos en las proximidades de algunas tuberías 4, como se
muestra en la Fig. 1, que aspiran aire del exterior facilitando la
evaporación de parte del segundo fluido, agua, que circula por el
interior de éstas, como indica el sentido de las flechas.
Cabe mencionar que dentro de cada placa
termoeléctrica 3 está instalado un microcontrolador para regular
automáticamente el flujo eléctrico y así evitar el recalentamiento
de la misma, sin la necesidad de utilizar disipadores de calor como
por ejemplo los conocidos como "Heat Pipes" o ventiladores
adicionales para disipar el calor.
El sistema 1 mantiene el agua en circulación en
el circuito 7 mediante un grupo de bombas o medios de impulsión 9,
impulsándola desde un depósito de compensación 6 cuyas entrada 6a y
salida 6b están conectadas a la salida 2b y a la entrada 2a del
contenedor 2, respectivamente, en dirección a la entrada 2a del
citado contenedor 2. El agua evaporada a través del material poroso
de las tuberías 4 se repone en el depósito de compensación 6 a
través un dispositivo de aportación de agua, como por ejemplo un
grifo, el accionamiento del cual está controlado por una boya
10.
Así, el calor latente de vaporización es tomado
del agua líquida reduciendo su temperatura y a su vez, por
transferencia de calor sensible, se reduce la temperatura del primer
fluido (fluido refrigerante) que circula por el interior del
serpentín 5, consiguiendo el efecto de refrigeración o condensación
del foco caliente, es decir, del primer fluido que circula por el
serpentín 5 y que una vez enfriado ya puede volver a ser utilizado
en un intercambiador para absorber de nuevo el calor cedido que se
le ceda.
Para llevar a cabo la realización del sistema 1
de refrigeración y/o condensación, el primer paso consiste en
dimensionarlo acorde con los siguientes parámetros: la carga térmica
máxima a disipar (en función de la del primer fluido que circula
por el serpentín 5), las condiciones climáticas externas medias
(temperatura y humedad relativa), la temperatura promedio anual del
agua de aporte, y la calidad promedio anual del agua de aporte
(dureza, corrosividad, etc.).
Para simplificar el proceso de diseño del
sistema 1, se ha previsto que el sistema 1 de refrigeración y/o
condensación se realice en bloques modulares que disponen de una
superficie externa prefijada de contacto del material poroso con el
aire exterior, lo que permite disipar una cantidad de energía
calorífica máxima predeterminada.
Normalmente, en previsión de la necesidad de
realizar operaciones de mantenimiento, y ante la posibilidad de
roturas o fallos en las instalaciones, éstas se suelen
sobredimensionar ligeramente o incluso se instalan sistemas
redundantes, por lo cual, para el cálculo del proyecto de la
instalación se seleccionará el número de módulos que cubra la carga
térmica máxima requerida por exceso.
Los factores que determinan la energía disipable
por cada módulo son los siguientes:
- -
- la superficie de contacto entre el material poroso de las tuberías 4 y el aire;
- -
- la tasa de transferencia de agua evaporada por unidad de superficie del material poroso;
- -
- el caudal de aire aspirado por los ventiladores 8; y
- -
- el caudal de agua impulsado por los medios de impulsión 9 de fluidos.
Los dos primeros factores son características
fijas de cada módulo de refrigeración y/o condensación, mientras que
los caudales de agua y aire son modificables mediante dispositivos
electrónicos de accionamiento de los motores de los ventiladores 8
y de los medios de impulsión 9 ó bombas, lo cual permite ajustar el
modo de trabajo del módulo para disipar en cada momento la carga
térmica puntual requerida y así optimizar el consumo
energético.
La posible variación en la calidad promedio
anual del agua de aporte hace necesaria la instalación de un
sistema específico de tratamiento de agua para proteger la
instalación del sistema 1 o de los diferentes módulos de posibles
incrustaciones y/o corrosión. Asimismo, también se han previsto
diversas configuraciones de materiales en la elaboración de los
citados módulos, ajustados a diferentes condiciones del agua, como
por ejemplo la utilización de acero inoxidable, en lugar de cobre,
para la realización de los serpentines 5 en aguas corrosivas.
Debido a que el calentamiento constante del agua
puede favorecer la formación interior de capas de microorganismos
capaces de disminuir el rendimiento del sistema 1, se ha previsto
disponer en el mismo un sistema de tratamiento biocida del agua por
medio de adición de productos biocidas o bien un sistema de
tratamiento fisicoquímico del agua.
Otro factor a tener en cuenta es que la
evaporación constante del agua favorece la concentración de sales en
el agua líquida o residual, así que para evitar este hecho, se ha
previsto disponer en el sistema 1, o en sus módulos, un sistema de
purga, preferentemente automatizada, en función de la conductividad
del agua.
El sistema 1 está diseñado de tal forma que
permite el desmontaje para su reparación, limpieza y mantenimiento
por el extremo opuesto al del serpentín 5 ya que este último rara
vez deberá ser desmontado. Así, se desmonta el extremo del
contenedor 2, el correspondiente a la salida 2b, y las tuberías 4,
ya que dichos componentes del sistema 1 están acoplados entre sí,
por ejemplo mediante un accionamiento de presión y aplique por el
que el extremo de una tubería está provisto de un pivote con un
resorte destinado a atravesar un orificio pasante practicado en el
extremo de la tubería adyacente a la que se acopla, pudiendo
desacoplarse dichos tramos de tubería al presionar el pivote para
extraerlo del citado
orificio.
orificio.
Claims (12)
1. Sistema (1) de refrigeración y/o condensación
de un primer fluido que circula por el interior de un serpentín (5)
de un condensador térmico, siendo el sistema de los que comprenden
una pluralidad de placas termoeléctricas (3) y un circuito (7) por
el que circula un segundo fluido, caracterizado porque
comprende un contenedor (2) conectado al circuito por el que circula
el segundo fluido a través de al menos una entrada (2a) y una salida
(2b) de dicho contenedor, en cuyo interior está dispuesto el
serpentín, estando provisto dicho contenedor de un conjunto de
tuberías (4) adosadas a la superficie exterior del mismo y en
comunicación con el interior del contenedor, por dentro de las
cuales también circula el segundo fluido, y porque dichas tuberías
son de un material poroso a través del cual se produce un contacto
del segundo líquido con el aire exterior al sistema evaporándose al
exterior parte del segundo líquido.
2. Sistema (1) según la reivindicación 1,
caracterizado porque las placas termoeléctricas (3) son
placas de tipo Peltier, provistas de una cara caliente y de una
cara fría, estando las respectivas caras frías de todas o de algunas
de estas placas aplicadas directamente o con interposición de un
elemento termoconductor sobre la superficie exterior o interior de
las tuberías (4).
3. Sistema (1) según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque las placas termoeléctricas (3) son
placas de tipo Peltier, provistas de una cara caliente y de una
cara fría, estando las respectivas caras frías de todas o de algunas
de estas placas aplicadas directamente o con interposición de un
elemento termoconductor sobre la superficie exterior o interior del
contenedor (2).
4. Sistema (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada placa
termoeléctrica (3) está provista de un microcontrolador instalado en
su interior el cual regula automáticamente el flujo eléctrico de la
misma y evita su recalentamiento.
5. Sistema (1) según una de las reivindicaciones
2 a 4, caracterizado porque el elemento termoconductor, en su
caso, es de aluminio.
6. Sistema (1) según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque comprende al menos un ventilador (8) de
aspiración de aire situado en las proximidades del conjunto de
tuberías (4) para favorecer la evaporación de parte del segundo
fluido que circula por las mismas.
7. Sistema (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo
fluido es agua.
8. Sistema (1) según una de las reivindicaciones
4 a 7, caracterizado porque comprende un depósito de
compensación (6) provisto de una entrada (6a) y de una salida (6b)
en comunicación con la salida (2b) y con la entrada (2a) del
contenedor (2), respectivamente, estando provisto dicho depósito de
un dispositivo de aportación controlada del segundo fluido y de
unos medios de impulsión (9) del segundo fluido contenido en
dirección a la entrada (2a) del contenedor.
9. Sistema (1) según la reivindicación 7 y 8,
caracterizado porque comprende un sistema de tratamiento de
agua mediante la adición de productos biocidas o mediante un
tratamiento físico-químico.
10. Sistema (1) según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque comprende un sistema de purga.
11. Sistema (1) según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque el segundo fluido es un gas.
12. Sistema (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material
poroso es un poliestireno extrusionado con amianto, un poliuretano,
un amianto compuesto con base de poliuretano o un tejido de vidrio
revestido de silicona o de neopreno.
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| ES200702763A ES2296563B1 (es) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | Sistema de refrigeracion y/o condensacion de un fluido. |
Applications Claiming Priority (1)
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