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5/23/2018 MANUAL Funciona-Un-CHILLER.pdf

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Como funciona un CHILLER:

Un chiller es un refrigerador de lquido, que como en un sistema de expansin directa,

mediante el intercambio trmico o bien calienta o enfra.

El Chiller como caracterstica principal tiene:

-antener el lquido refrigerado cuando funciona en funcin fro.

-antener el lquido calentado en funcin bomba de calor.

Chiller como climati!ador:

El chiller como las unidades de expansin directa se coloca en el exterior del edificio.

En el interior del edificio se colocar" la unidades termo-#entiladas denominadas $%&-C'()

que son similares a las unidades interiores de un sistema de expansin directa.

)as *nicas conexiones entre la unidad interna + la unidad externa es un circuito hidr"ulico

com*n cerrando un circuito.

El liquido tratado en la unidad exterior enfriado o calentado + circular" impulsada por labomba incluida en el sistema hidrnico, por todas las unidades $%&-C'().

$inalmente el $%&-C'() utili!a el agua que circula por el, en#iando el resultante del

intercambio trmico %ire fro o aire caliente, mediante un #entilador al ambiente seg*n las

demandas de confort del usuario.

%tencin: (gual que un sistema de expansin directa con#encional se debe tener en cuenta que

produce condensados debido al diferencial de temperatura.

El Chiller como unidad m"s #ers"til que una unidad de climati!acin con#encional:

. /ersatilidad en el n*mero de unidades internas: En un climati!ador de expansin directa

con#encional la unidad exterior debe ser conectada con la unidad interior para la que ha sido

dise0ada.

En cambio el Chiller puede ser conectado con un n*mero indefinido de unidades internas

$%&-C'(), siempre + cuando recordando que la potencia total de todas las unidades

multiplicadas por un factor constante no sea superior a la potencia total de la unidad externa.

1icho factor determina cuantas unidades $%&-C'() puedes funcionar simult"neamente

a la condicin mas extrema sin ba2ar la eficiencia de la instalacin.

3. /ersatilidad en el tipo de unidades internas: En un climati!ador de expansin directa la

interconexin elctrica entre la unidad interior + exterior es imprescindible.

Cada unidad externa corresponde a una unidad interna en los sistemas de una unidad interior +

una exterior. En los sistemas 3x, 4x, 5x6 ocurre lo mismo.

Con un sistema Chiller se puede conectar muchas unidades internas de di#erso tipo, unidades

7uelo-techo, Cassette, Conductos, urales6

$ase de funcionamiento de unidades tipo 7plit Expansin directa:

Entre la unidad interna + externa existe una conexin frigorfica + una interconexin elctrica

+ en consecuencia se reali!a un ciclo frigorfico como todos conocemos


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Compresin del refrigerante-Condensacin 8a2a la presin + disminu+e la temp. 1el

9efrigerante- El refrigerante pasa de estado gas a lquido-El refrigerante se expansiona + ba2a

su presin + al final del capilar su temp. -E#aporacin el refrigerante-asa de estado lquido a

gas-%spiracin el compresor absorbe el gas + comien!a el ciclo

Fase de funcionamiento del Chiller:

Entre la unidad interior + exterior no existe conexin frigorfica solo hidr"ulica + tampoco una

interconexin elctrica entre las dos unidades.

El Chiller interiormente funciona como una unidad de expansin directa, pero el refrigerante

enfriado o calentado en los dos ciclos frigorficos se hace circular por un intercambiador por el

cual circula paralelamente por otro tubo + en sentido in#erso o, en el mismo sentido

dependiendo de las necesidades agua.

or el fenmeno que todos conocemos, se reali!ar" un intercambio de energa del cuerpo mas

caliente al m"s fro.

1iferencia entre el sistema 7plit + el sistema Chiller:

7i una o mas unidades internas $%&-C'(), est"n en funcionamiento puede ser que la unidad

exterior este parada.

or que

)a unid interna apro#echa el agua caliente o fra que hace recircular la bomba de agua del

sistema Chiller para calentar o enfriar el ambiente.

El sistema Chiller mantiene constante la temperatura del agua en circulacin + si ha+

cualquier cambio de temperatura en esta por en!ima p por deba2o del 7E; '(&; por

diferencial de temperatura aumenta o ba2a la temperatura del agua.

Funcionamiento de un refrigerador de lquido Chiller para el acondicionamiento de

ambientes:

;radicionalmente el climati!ador de expansin directa es un sistema aire-aire, porque la

unidad exterior Condensadora apro#echa la circulacin de aire para condensar el gas

caliente, + el aire tambin es apro#echado por la unidad interna E#aporador para el cambio

de estado %mbos en funcin frio.

El principio de funcionamiento de una unidad Chiller #iene a ser parecido al del aire-aire, pero

utili!a tambin el agua para el cambio de estado se podra definir como una unidad agua-aire.

El agua se hace circular de manera for!ada sobre un intercambiador de temperatura en el cual

se reali!a el cambio de estado utili!ando el factor agua + no el factor aire para este.El agua que sale del intercambiador circula por el circuito hidr"ulico a cada uno de los $%&-

C'() a una cierta temperatura modificando as la temperatura ambiente a la cual afecta dicho

$%&-C'(), + #uel#e al intercambiador para rectificar su temperatura de nue#o.

roducindose un nue#o intercambio de temperatura entre el agua + el refrigerante para ser de

nue#o distribuido por todas las unidades $%&-C'().

En conclusin:

Un Chiller es como un climati!ador con#encional de expansin directa pero:

-Condensador + e#aporador est"n 2untos en al misma m"quina.

-El e#aporador no enfra el agua del ambiente sino que enfra el agua que pro#iene de circular

por las unidades internas $%&-C'() para climati!ar el ambiente.

Caractersticas constructivas:


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Electrobomba:

1e tipo centrifuga de #arias etapas, reali!ada en (&'< %(7( 4=). 7ilenciosa + compacta

disponible para la buena distribucin del agua en edificios de diferente plantas.

)a bomba puede traba2ar con me!clas de agua + anticongelante como el glicol.

E2emplo para un modelo de 5>. ??? 8.;.U.

resostato diferencial:

Conectado elctricamente al microprocesador, controla la diferencia de presin al final del

intercambiador. 7u funcin es la de garanti!ar que el intercambiador este completamente lleno

de liquido + que este mismo lo atra#iese con caudal constante.

/aso de expansin:

En acero (&'


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)os C@())E97 se presentan en diferentes tama0os + formas, dependiendo del fabricante, con

capacidades que #an de una a #arias ;oneladas de 9efrigeracin ;9. 7e emplean diferentes

tipos de compresores de refrigeracin como pueden ser del tipo semihermtico, hermtico o

de tornillo. )os e#aporadores suelen ser del tipo casco + tubo aunque pueden ser tambin deplacas, todo depender" de la aplicacin. )os condensadores de los C@())E97 suelen ser

enfriados por aire aunque puede haber enfriados por agua.

E&$9(%1'9 1E %AU% C@())E9

% la pregunta Bu es un DchillerF, buscando en un diccionario (ngles-Espa0ol

encontraremos que su traduccin es Denfriador, por lo que definiremos un Dchiller como un

equipo de refrigeracin utili!ado para enfriar. &ormalmente denominaremos Dchiller al

equipo que se utili!a principalmente para enfriar agua, aunque puede enfriar otros fluidos

como salmueras, esto es necesario cuando se requieren temperaturas inferiores a la

temperatura de congelacin del agua. )os Dchillers se presentan en diferentes tama0os +

formas, dependiendo del fabricante, con capacidades que #an de una a #arias ;oneladas de

9efrigeracin ;9. 7e emplean diferentes tipos de compresores de refrigeracin como

pueden ser del tipo semihermtico, hermtico o de tornillo. )os e#aporadores suelen ser del

tipo casco + tubo aunque pueden ser tambin de placas, todo depender" de la aplicacin. )os

condensadores de los Dchillers suelen ser principalmente enfriados por aire aunque puede

haber enfriados por agua.

)os enfriadores de lquido son sistemas de refrigeracin mec"nicaG su funcionamiento se basa

en el mo#imiento de calor, por medio de un refrigerante, el cual se absorbe del lquido a

enfriar + se transporta hacia un medio donde se disipa. 1e esta manera podemos tener un

lquido a una temperatura mu+ por deba2o de las condiciones ambientales.

ara lograr este ob2eti#o un enfriador de lquido esta constituido por cuatro componentes

principales adem"s, accesorios e instrumentos de control + seguridad.

Componentes principales.


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;odos los Dchillers en su construccin presentan los siguientes componentes b"sicos:

Compresores de refrigeracin .

(ntercambiador de calor del tipo casco + tubo 3.

Condensador 4.

Circuito de control.

)neas + accesorios de refrigeracin

Aabinete

9efrigerante 9-33 o ecolgico.

E) C'9E7'9

El compresor es el cora!n del sistema, +a que es el encargado de hacer circular al refrigerantea tra#s de los diferentes componentes del sistema de refrigeracin del Dchiller. 7ucciona el

gas refrigerante sobrecalentado a ba2a presin + temperatura, lo comprime aumentando la

presin + la temperatura a un punto tal que se puede condensar por medios condensantes

normales %ire o agua. % tra#s de las lneas de descarga de gas caliente, flu+e el gas

refrigerante a alta presin + temperatura hacia la entrada del condensador.

E) E/%'9%1'9

El E#aporador que es un intercambiador de calor del tipo casco + tubo su funcin es

proporcionar una superficie para transferir calor del lquido a enfriar al refrigerante encondiciones de saturacin. ediante la lnea de succin flu+e el gas refrigerante como #apor a

ba2a presin pro#eniente del e#aporador a la succin del compresor es el componente del


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sistema de refrigeracin donde se efect*a el cambio de fase del refrigerante. Es aqu donde el

calor del agua es transferido al refrigerante, el cual se e#apora al tiempo de ir absorbiendo el

calor.

E) C'&1E&7%1'9

El condensador es el componente del sistema que extrae el calor del refrigerante + lo transfiere

al aire o al agua. Esta perdida de calor pro#oca que el refrigerante se condense. 7u funcin es

proporcionar una superficie de transferencia de calor, a tra#s de la cual pasa el calor del gas

refrigerante caliente al medio condensante. ediante la lnea de lquido flu+e el refrigerante

en estado lquido a alta presin a la #"l#ula termost"tica de expansin.

)% /%)/U)% ;E9'7;%;(C%

)a #"l#ula termost"tica de expansin su finalidad es controlar el suministro apropiado del

lquido refrigerante al e#aporado, as como reducir la presin del refrigerante de

manera que #aporice en el e#aporador a la temperatura deseada.

1(7'7(;(/'7 H C'&;9')E7

ara que un enfriador de lquido traba2e en forma autom"tica, es necesario instalarle ciertos

dispositi#os elctricos, como son los controles de ciclo. )os controles que se usan en un

enfriador son de accin para temperatura, llamados termostatos, de accin por presin

llamados presostatos + de proteccin de falla elctrica llamados rele#adores.

)os principales dispositi#os + controles del un Dchiller son:

.- ;ermostatos.

3.- resostatos de ba2a presin.

4.- resostato de alta presin.

5.- Calefactor de carter.

I.- $iltro deshidratador de succin.

J.- $iltro deshidratador de lquido.

K.- (ndicador de lquido o cristal mirilla.

)os termostatosson dispositi#os que act*an para conectar o interrumpir un circuito en

respuesta a un cambio de temperatura, instalados en esta unidad, cierran un circuito

Conectan con un aumento de temperatura + lo interrumpiran 1esconectaran con undescenso de temperatura. Un segundo tipo de control que se instala en la unidad son los

presostatos 8a2a presin, cuando se requiera + alta presin.

El presostato de baja presinse conecta en la succin del compresor + ste opera %bre el

circuito cuando existe una ba2a presin en el sistema, +a sea por una ba2a de temperatura en el

fluido L%ct*a como control de seguridad-, por falta de refrigerante o por alguna obstruccin

en la lnea de lquido o de succin. El presostato de alta presin act*a %bre el circuito como

un dispositi#o de seguridad al incrementar la presin a un ni#el arriba de lo normal, este

dispositi#o es de restablecimiento manual, el disparo de alta presin puede ocasionarse por

obstruccin en el condensador, altas temperaturas en el "rea de enfriamiento, mal

funcionamiento de los abanicos, desa2uste en la #"l#ula de expansin, obstruccin en la lneade lquido,etc.


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El calefactor de cartertiene por ob2eto calentar el aceite del compresor para que al iniciar la

operacin ste tenga las condiciones correctas de #iscosidad, al parar el compresor el

calefactor se energi!a, e#aporando cualquier #estigio de refrigerante lquido en el carter, al

arrancar la unidad se desenergi!a autom"ticamente.

El Filtro deshidratador de !uccinse encuentra instalado en la lnea de succin + tiene porob2eto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, as como detener cualquier

partcula extra0a que #ia2e al compresor.

El Filtro deshidratador de Lquidose encuentra instalado en la lnea de lquido + tiene por

ob2eto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, as como detener cualquier

partcula extra0a que #ia2e al compresor.

El Indicador de lquido o cristal mirillainstalada tambin en la lnea de lquido, permite

#erificar #isualmente que el sistema tenga su carga completa de refrigerante, as como

#erificar que el refrigerante se mantenga seco.

El circuito de control se encarga de controlar los paros + arranques de los motores del

Dchiller, as como de las se0ales de alarma. )as lneas + accesorios de refrigeracin conducen

el refrigerante de un componente a otro del sistema de refrigeracin, regulando, filtrando +

controlando el paso del refrigerante.

El "abinete encierra + protege los componentes de control + es el soporte de todos los

componentes del equipo.

El refrigeranteextrae el calor del medio a enfriar + lo disipa en un medio enfriante como

agua o aire.

rincipio de operacin:

El ob2eti#o es extraer el calor sensible del agua o salmuera, empleando un medio refrigeranteG

en la actualidad los medios refrigerantes m"s comunes son los C$C H @C$C, por lo que la

operacin se basa en las cur#as de operacin de los mismos.

1e una manera sencilla el principio es el siguiente:


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El agua que se quiere enfriar se hace circular a tra#s de un intercambiador del tipo casco +

tubo principalmente por el casco. Este flu2o de agua transmitir" su calor al flu2o del

refrigerante, +a que estos se encuentran separador por la pared del tubo. El refrigerante al

recibir el calor se e#apora debido a sus caractersticas + a la ba2a presin de e#aporacin. Elgas refrigerante es extrado por el compresor, el cual lo en#a comprimido hacia el

condensador. 1urante este proceso el refrigerante se calienta por el efecto de la compresin +

del calor del motor del compresor en sistemas con compresor hermtico + semihermetico. El

gas caliente del compresor entra al condensador en donde su calor es transmitido a un medio

refrigerante que bien puede ser agua o aire principalmente. El calor extrado pro#oca que el

refrigerante se condense a alta presin.

El refrigerante en estado lquido a alta presin puede ser almacenado o en#iado directamente a

la #"l#ula de expansin para su in+eccin en el e#aporador + as reiniciar el ciclo.

7eleccin de Equipos + 7istemas de Enfriamiento para la (ndustria

En la actualidad existen muchas industrias que requieren del empleo de equipos + sistemas de

enfriamiento para sus lneas de proceso + sistemas auxiliares. ara el industrial de ho+ el

mercado ofrece una gran #ariedad de equipos + sistemas de enfriamiento que #aran

grandemente de acuerdo al rango de temperaturas requeridas, as como el grado de exactitud,

ero Bcu"l es el equipo o sistema a elegirF.

)os criterios fundamentales para la eleccin del me2or sistema son los siguientes:

"xima + mnima temperatura de operacin.

;emperaturas de 8ulbo 7eco + 8ulbo @*medo.

Costos iniciales de in#ersin.

Costos de operacin.

Costos de mantenimiento.

7implicidad de operacin.

recisin.

Espacio disponible.

/olta2e disponible.

Capacidad de cargas elctricas disponibles. 1isponibilidad de agua.

Calidad del agua.

%horro de energa.

Un buen an"lisis de los requerimientos de enfriamiento as como una correcta eleccin de los

sistemas centrales de enfriamiento + superficies de transferencia de calor pueden arro2ar

resultados asombrosos en ahorro de energa, simplicidad de operacin, reduccin de gastos

innecesarios de mantenimiento, contratacin de personal externo, etc.

Un mtodo sencillo para la seleccin de equipos + sistemas de enfriamiento consta de los

siguientes pasos:


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9equerimientos.

%n"lisis termodin"mico.

7eleccin del medio enfriante para los equipos de refrigeracin.

7eleccin del sistema de enfriamiento.

7eleccin de los equipos del sistema de enfriamiento.

ara describir cada uno de estos pasos lo haremos a tra#s de un e2emplo.

Requerimientos:

1ebemos de reconocer en nuestro diagrama de flu2o del proceso los puntos que requieren de

enfriamiento en forma directa as como la de los sistemas auxiliares. E2emplo: Una compa0a

fabricante de 2uguetes de pl"stico reali! el an"lisis de su proceso + determin que los

siguientes procesos + equipos requeran de agua para su enfriamiento:

oldes de in+eccin

Enfriadores de aceite

Compresores de aire

;ermorreguladores

;ermo formadoras

Extrusoras

Enlistaron las temperaturas requeridas para cada proceso:

9'CE7' 9%&A'oldes K MC a 5MC

Enfriadores de aceite 34 MC a 4I MC

Compresores de aire 34 MC a 4I MC

ostenfriadores 3? MC a 4? MC

olinos 34 MC a 4I MC

;ermorreguladores 34 MC a 4I MC

;ermoformadoras K MC a I MC

Extrusoras K MC a J MC

Usillos 5 MC a 33 MC%ire para formadoras K MC a ? MC

#n$lisis termodin$mico

Es momento de determinar cu"nto calor se generar" durante el proceso, el cual es necesario

remo#er a tra#s de los sistemas de enfriamiento. )as fuentes m"s comunes generadoras de

calor son los motores, resistencias + #apor de agua generado por calderas. ara reali!ar el

an"lisis termodin"mico debemos unificar las unidades de las fuentes de calor aplicando las

siguientes frmulas:

otores hidr"ulicos: NO < ?.543 P Ncal.Qh


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otores compresores: NO < ?.>J3 P Ncal.Qh

9esistencias:NO < >J3 P Ncal.Qh

/apor de agua: C/P >4J.I Ncal.Qh a 4 NgQcm3.

Cuando los productos son calentados en otro punto del proceso se puede determinar su carga

trmica mediante la siguiente formula: R < ;3 L ; < CpP Ncal.Qh

1onde:

RP NgQh

;3P ;emperatura final del producto MC

;P ;emperatura inicial del producto MC

CpP Calor especifico del producto.

Con estas frmulas podemos determinar la cantidad de calor a remo#er + el gasto de aguarequerido cuando no es proporcionado por el fabricante del equipo si es que conocemos el

resto de los datos. rosiguiendo con el e2emplo en la tabla se muestran las cargas trmicas

calculadas seg*n los diferentes sistemas.

Es hora de agrupar las cargas calculadas de acuerdo con su temperatura con la finalidad de

conocer la cantidad de calor a remo#er, pues cada aplicacin requerir" de un sistema de

enfriamiento distinto. /er tabla 3.

%#&L# ' (C#R"#! %ER)IC#!*

7(7;E% $'9U)%

C%9A%

;E9(C%

Ncal.Qh

;E.

E&;.

MC

;E.

7%).

MC

A%7;' 1E

%AU%

)ph S

oldes p.p.SS R ;3 L ; Cp I,3I K 5 ?4?

Enfriadores de aceite NR < ?.543 K.3> 34 4I 4.IJ>

Compresores de aire NR < ?.>J3 4.3 34 4I ?.J54

ostenfriadores R ;3 L ; Cp K.3 3? 4? .55

olinos R ;3 L ; Cp 3.4 34 4I ?.5J

;ermorreguladores R ;3 L ; Cp ?.4 34 4I ?.?J

;ermoformadoras R ;3 L ; Cp ?.3 K I ?.?5

Extrusoras R ;3 L ; Cp ?.I K J ?.?

Usillos R ;3 L ; Cp ?. 5 33 ?.?3

%ire para formadoras R ;3 L ; Cp 3.4 K ? ?.5J

p.p. P olipropiln

S P 1i#idir la carga trmica entre IM C como diferencial

SS P Utilice la temperatura de desmoldeo + aplique un factor de ?.I en lugar del Cp

Cp del agua P Ncal.QNg MC

Cp del aire P?.35 Ncal.QNg MC


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%#&L# + (C#R"#! %ER)IC#!*

7(7;E% $'9U)%

C%9A%

;E9(C%

Ncal.Qh

;E.

E&;.

MC

;E.

7%).

MC

A%7;' 1E

%AU%

)ph S

oldes p.p.SS R ;3 L ; Cp I,3I K 5 ?4?

;ermoformadoras R ;3 L ; Cp ?.3 K I ?.?5

Extrusoras R ;3 L ; Cp ?.I K J ?.?

%ire para formadoras R ;3 L ; Cp 3.4 K ? ?.5J

Usillos R ;3 L ; Cp ?. 5 33 ?.?3

ostenfriadores R ;3 L ; Cp K.3 3? 4? .55Enfriadores de aceite NR < ?.543 K.3> 34 4I 4.IJ>

Compresores de aire NR < ?.>J3 4.3 34 4I ?.J54

olinos R ;3 L ; Cp 3.4 34 4I ?.5J

;ermorreguladores R ;3 L ; Cp ?.4 34 4I ?.?J

Seleccin del sistema de enfriamiento

El agua es el refrigerante ms utilizado para enfriar una gran variedad de fluidos, espor esto que se han determinado los gastos requeridos en el paso anterior. Para

seleccionar el mtodo de enfriamiento para el agua conozcamos algunos de los msusuales

TORRE DE ENFRIAMIENTO ABIERTA

Este equipo ahorra energa, pero en este proceso elagua est en contacto directo con el aire, por loque la temperatura que puede alcanzar el agua alenfriarse es de 3 grados arriba de la temperatura debulbo hmedo adems el aire est contaminadocon impurezas que causan corrosi!n obstrucci!nen los intercambiadores de calor.

"uando se tiene un buen control del agua tratadade la torre es un buen equipo.

TORRE DE ENFRIAMIENTO CON INTERCAMBIADOR DE CALOR


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Esta combinaci!n aunque reduce la incrustaci!n enlos equipos el problema persiste para elintercambiador.

El rendimiento del con#unto $orre%&ntercambiador

resulta deficiente debido a que se reduce el efecto delas temperaturas diferenciales.

ENFRIADOR SECO DE AIRE.

Es recomendable su empleo cuando se requieren

en el proceso temperaturas ms elevadas '()"arriba de la temperatura ambiente*. +n gran flu#o deaire es necesario una superficie de transferenciade calor maor que el empleado por un Enfriador&ndustrial de luidos.

ENFRIADOR INDUSTRIAL DE FLUIDOS

El Enfriador &ndustrial de luidos reduce elmantenimiento de los intercambiadores de calorporque el agua de proceso es circulada en uncircuito cerrado, por lo que permanece limpia adems se alcanzan temperaturas ms ba#asque la temperatura de bulbo hmedo.

El Enfriador &ndustrial de luidos con#unta en unsolo espacio el efecto evaporativo de la torre deenfriamiento la transferencia de calor delserpentn me#orando el efecto de lastemperaturas diferenciales , adems, resultaser ms fcil de limpiar.

-hora, con estos criterios la eperiencia podremos determinar el sistema a emplear para

el enfriamiento del agua.


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En el e#emplo, para los sistemas que requieren agua a /0" es recomendable emplear un1chiller2. os sistemas que emplean agua hasta 45 0" pueden emplear una torre deenfriamiento o un enfriador evaporativo de fluidos, siempre cuando las temperaturas debulbo hmedo punto de roco lo permitan. Para los sistemas que usen agua arriba de 450" se pueden emplear los enfriadores de aire seco los enfriadores evaporativos de

fluidos.

Por ltimo, a sabemos la carga trmica a remover para los diferentes sistemas,determinamos el me#or sistema para enfriar el agua, ahora debemos elegir los equipos aemplear para los diferentes sistemas que requieren de agua fra. -qu el punto clave es larecuperaci!n de la inversi!n, pero para hacer un buen anlisis debemos considerar elcosto de la inversi!n, el costo de operaci!n el costo de mantenimiento. "omparemosentre los diferentes proveedores de equipo los costos de inversi!n el costo deoperaci!n, estimemos los costos de mantenimiento por a6o.

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