Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) consumen grandes cantidades de agua y energía. Sin embargo, si su instalación está buscando formas de minimizar el consumo de energía y agua, hay una variedad de métodos de tratamiento y conservación disponibles para ayudarlo a cumplir sus objetivos a través de la reducción, reutilización y reciclaje.
Descripción general del consumo de agua y energía
Los principales consumidores de agua y energía en los sistemas de HVAC son las calderas, los circuitos cerrados y los sistemas de enfriamiento.
Calderas
En general, los sistemas de calderas proporcionan calor para HVAC y otros procesos, consumiendo bastante energía y potencialmente grandes cantidades de agua.
Sistemas de circuito cerrado
Los sistemas de circuito cerrado se llenan con un volumen establecido de agua y no consumen mucha agua a menos que experimenten una fuga. Sin embargo, sí consumen energía bombeando agua alrededor de una instalación, generalmente con fines de calefacción y refrigeración.
Torres de enfriamiento
Las torres de enfriamiento evaporativo consumen una gran cantidad de agua y son uno de los métodos más eficientes para expulsar calor desde el interior de un edificio o instalación a la atmósfera.
Enfriamiento de agua
Enfriadores
Las enfriadoras enfriadas por aire requieren aproximadamente 1,5 kilovatios por tonelada de enfriamiento, mientras que las enfriadoras enfriadas por agua usan aproximadamente 0,85 kilovatios por tonelada. Una tonelada de enfriamiento es equivalente a 12.000 Btu.
Los enfriadores refrigerados por aire tienen una capacidad diaria mucho menor que los enfriadores refrigerados por agua porque requieren más área de superficie. Su capacidad generalmente se limita a 7,5 a 500 toneladas de enfriamiento, mientras que los enfriadores enfriados por agua pueden ser bastante grandes, con una capacidad de hasta 4.000 toneladas.
| Enfriadores refrigerados por aire | Enfriadores refrigerados por agua | |
| Eficiencia | 1,5 kW/tonelada de enfriamiento | 0,85 kW/tonelada de enfriamiento |
| Capacidad | 7,5–500 toneladas | 10–4.000 toneladas |
Torres de enfriamiento
El propósito de una torre de enfriamiento por evaporación es maximizar el área superficial del flujo de agua para transferir calor a la atmósfera a través de la evaporación del agua. El aire es arrastrado hacia arriba a través del agua que cae a través de la torre de enfriamiento o que rocía hacia abajo a través de esta, y el calor es extraído. Este proceso puede desperdiciar una gran cantidad de agua si no se optimiza con el tratamiento y el control adecuados; por lo tanto, las torres de enfriamiento deben ser una de las primeras piezas del equipo que evalúa cuando busca reducir el uso de agua.
Este gráfico representa la relación entre el agua de aporte agregada a una torre de enfriamiento, la purga descargada, la evaporación y los ciclos de concentración. La cantidad de evaporación depende de la cantidad de calor agregado al agua de enfriamiento mediante los procesos del sistema. Este calor se elimina y se expulsa a la atmósfera exterior. Esto es relativamente constante según lo dictado por el calor expulsado por la enfriadora al agua. Cada libra de agua evaporada a través de la torre elimina casi 1.000 Btu de calor.
La cantidad de agua de aporte y purga depende de los ciclos de concentración, o cuántas veces se evapora cada volumen de agua. En un sistema de paso único, el agua que pasa a través de la torre se envía directamente al drenaje. Estas torres de enfriamiento evaporativo consumen la mayor cantidad de agua. Sin controlar la purga, el rango típico es de 1,25 a 1,50 ciclos. Con cierto control de purga, a 2 ciclos de concentración, el requisito de agua de aporte disminuye de 3.000 a 2.000 gpm, una reducción de más del 30 %. Los ahorros aumentan aún más de 2 a 3 ciclos con una reducción del 25 %; sin embargo, a medida que el nivel se acerca al volumen constante de agua evaporada (indicado por la línea azul en el gráfico anterior), los retornos comienzan a disminuir.
El aumento de los ciclos puede contribuir a una mayor concentración mineral a medida que el agua se evapora, lo que puede provocar incrustaciones y suciedad. Estos problemas deben controlarse para mantener la eficiencia del sistema.
Sostenibilidad de HVAC: Mantenimiento del equipo
En la instalación, los nuevos equipos funcionan con la máxima eficiencia. El objetivo de un buen programa de tratamiento de agua es mantener el equipo como nuevo y en condiciones de fabricación manteniendo las superficies limpias y mitigando la corrosión y las proliferaciones microbiológicas. La contaminación de los minerales disueltos en el agua de aporte puede aislar las superficies de transferencia de calor si no se manejan correctamente. Los depósitos de corrosión en las superficies del intercambiador de calor representan otro riesgo, al igual que la corrosión directa de la superficie del intercambiador causada por el flujo de calor. Los productos de corrosión pueden aislar las superficies del intercambiador de calor, lo que afecta el rendimiento del equipo y requiere mayor energía para lograr el mismo grado de enfriamiento.
El uso de agua de aporte de alta calidad ayuda a preservar el estado de fabricación del equipo. Además, el potencial de contaminación debe equilibrarse con el grado máximo de evaporación.
Cuando se busca mejorar la sostenibilidad, se deben investigar fuentes alternativas de agua de aporte para complementar y reducir la fuente principal de aporte. Un equipo de tratamiento de agua capacitado puede auditar sus sistemas de agua y encontrar fuentes sugeridas de agua de reutilización.
¿Por qué son necesarios los inhibidores químicos?
Los inhibidores químicos se utilizan para mitigar los procesos interrelacionados de depósito de corrosión y contaminación biológica de bacterias y algas o vida vegetal. La corrosión puede conducir a la deposición , y la corrosión y la deposición pueden conducir a la contaminación biológica . Estos problemas tendrán un impacto negativo en la eficiencia del sistema.
Conserve la energía manteniendo la limpieza
Si desea conservar energía en sus instalaciones, tenga en cuenta lo siguiente:
- Los sistemas sucios no son tan eficientes como los sistemas limpios. Requieren más agua de bombeo para lograr el mismo grado de enfriamiento porque las superficies no se enfrían eficazmente. La contaminación también puede desviar el flujo a través del llenado de la torre, aislar la transferencia de calor y ejercer una mayor tensión en las bombas del sistema.
- La incrustación mineral del agua de aporte y el ensuciamiento microbiológico pueden causar que se consuma más energía y evitar la transferencia de calor y el enfriamiento.
- Si están sucios, los intercambiadores de calor pueden convertirse en grandes consumidores de energía desperdiciada.
- 1/16 pulgada de incrustación en las superficies del intercambiador de calor en una enfriadora de 500 toneladas podría causar fácilmente un consumo de más de $100.000 de energía en comparación con $80.000 si estuviera limpia. Este consumo está directamente relacionado con las emisiones de gases de efecto invernadero, que aumentarían proporcionalmente.
| Enfriador 500-Ton | Limpie el condensador | Condensador a escala |
| Costos eléctricos | $80,000/año | $105,000/año |
| Uso del agua | 7.200.000 galones/año | 7.200.000 galones/año |
| Generación de CO2 | 2.500.000 libras/año | 3.310.000 libras/año |
Gestión de recursos hídricos
El reciclaje del agua implica el tratamiento de corrientes de agua que de otro modo no serían adecuadas mediante la inversión en tratamiento y equipos para obtener agua de alta calidad.
Reducir
El primer paso para reducir el uso de agua es garantizar que los sistemas funcionen con la máxima eficiencia. Las estrategias pueden incluir:
- Revisar las prácticas de trabajo para eliminar los desperdicios, reparar inmediatamente cualquier fuga
- Optimización del uso de fuentes de agua
- Mejorar la eficiencia del equipo aumentando los ciclos de concentración para el enfriamiento por evaporación
- Conservación del agua a través de la educación
Educarse sobre las operaciones y necesidades de su sistema es un paso vital para una reducción eficaz del agua y la energía. Esto puede consistir en:
- Conocer los puntos de ajuste óptimos de su torre de enfriamiento para evitar desperdicios cuando el sistema no funciona a los ciclos máximos de concentración según la química del agua de aporte
- Maximización de los ciclos del sistema de calderas
- Limpiar las superficies sucias de inmediato para evitar el deterioro de la energía
- Mitigar la corrosión del equipo para evitar el consumo adicional de CO2 asociado con la fabricación y el reemplazo de equipos y tuberías
- Mantener el rendimiento del sistema para minimizar la necesidad de corrección
- Aunque la limpieza de un sistema sucio con ácido puede ser eficaz, también puede causar corrosión y afectar el equipo, lo que desperdicia energía y agua. La mejor práctica es mantener la limpieza del sistema en lugar de esperar a que se produzca la contaminación antes de resolver los problemas del sistema.
Reutilizar
Dependiendo de su calidad, parte del agua utilizada en su instalación puede reutilizarse en otros procesos sin requerir una inversión importante en equipos de tratamiento previo.
Examine la calidad de cualquier agua que desee agregar a los arroyos de maquillaje. Si la calidad del agua es suficiente para reutilizarla en otros procesos, puede instalar equipos para capturar esa agua y plomarla en un lugar utilizable.
Por ejemplo, la purga de la caldera puede reemplazar el agua de la ciudad en bucles cerrados, eliminando las adiciones de la caldera al flujo de descarga y reduciendo los costos.
Reciclar
El agua de la torre de enfriamiento no es reutilizable si un componente del agua se encuentra en su concentración estable máxima, lo que limita los ciclos adicionales. Una torre de enfriamiento que funcione eficientemente maximizará la concentración de los minerales en el agua. El agua concentrada resultante puede contribuir a la formación de sarro cuando se reutiliza si no se trata previamente adecuadamente para eliminar los sólidos disueltos.
Reciclar el agua saturada de la torre de enfriamiento implica capturar efluentes e instalar equipos como sistemas de ósmosis inversa (RO) o suavizantes para eliminar el calcio y el magnesio, los dos componentes principales de la formación de incrustaciones causada por el sobreciclado.
Agua gris municipal
Muchas plantas subutilizan el agua gris generada en sus instalaciones municipales locales. El agua gris es diferente del agua que contiene aguas residuales; generalmente proviene de aplicaciones de lavado (duchas, lavadoras, etc.).
Ventajas de usar Gray Water
- Cuesta menos que el agua de la ciudad
- Reduce la descarga de efluentes al flujo receptor
- Tiene menos problemas de calidad (como salinidad y salubridad) que fuentes de agua secundarias alternativas, como aguas superficiales
- Contiene algunos productos químicos para el tratamiento, como cloro o un inhibidor de incrustaciones o corrosión
Desafíos del uso de aguas grises
- La calidad varía a medida que cambian los procesos industriales y el tratamiento
- Los altos niveles de orgánicos aumentan el riesgo de floraciones microbiológicas y demanda de cloro
- Las altas concentraciones de fosfato pueden contribuir a la deposición y agregar nutrientes para bacterias y algas
- Puede contener o producir patógenos transportados por el aire, como Legionella
- La presencia de amoníaco puede aumentar la demanda de cloro y las bacterias nitrificantes, y causar corrosión de la aleación de cobre
Servicios de sostenibilidad
Auditorías e informes
El equipo de ChemTreat puede evaluar su programa de tratamiento existente y los datos históricos del sistema para obtener una comprensión profunda de cómo se utiliza el agua en sus instalaciones. Durante su recorrido por su planta, nuestros representantes pueden crear un boceto de los sistemas de agua, que nuestro equipo de diseño visual puede convertir en un esquema detallado para su referencia.
Estas ilustraciones son útiles para ayudar a comprender cómo se equilibra el agua a través de una instalación, dónde fluye el agua y dónde se descarga.
Nuestros representantes observarán áreas en sus sistemas donde se desperdicia energía y/o agua y trabajarán con nuestros expertos en la materia para elaborar un informe que describa las recomendaciones para las mejoras del sistema.
Tecnología
Modelado de computadoras
Los programas informáticos como el software inteligente de gestión del agua CTVista®+ de ChemTreat proporcionan información adicional para aumentar las auditorías en persona. Utilizamos programas de modelado de agua internos y de terceros para elaborar recomendaciones para optimizar el uso del agua.
Estos programas pueden asesorar sobre los parámetros clave del sistema, como el pH y la saturación de minerales como el calcio, el magnesio y la sílice. El índice de saturación de Langelier se puede utilizar para determinar el rango óptimo de funcionamiento sin desperdiciar agua. Una buena ventana de operación incluye evitar:
- Evaporar demasiada agua y minerales sobreconcentrados hasta que se vuelvan inmanejables y se precipiten en las superficies del intercambiador de calor
- Subciclaje y desperdicio de agua de buena calidad
Automatización
Se recomienda la automatización para optimizar los sistemas de enfriamiento y ayudar a prevenir los desechos y la contaminación. Incluso los pequeños niveles de contaminación son acumulativos y, con el tiempo, pueden afectar la eficiencia, por lo que se recomienda corregir los problemas lo antes posible.
La automatización ofrece un control en línea superior y un monitoreo de los productos químicos para el tratamiento del agua. Los datos recopilados por la tecnología de automatización también mejoran el monitoreo de KPI para garantizar que los resultados se logren y mantengan.
Los métodos tradicionales para monitorear y controlar los sistemas de agua implican tomar muestras y realizar pruebas de banco para analizar los marcadores inertes presentes en el tratamiento químico. Estas sustancias químicas trazadas pueden presentar mayores costos de tratamiento.
Los métodos más nuevos utilizan electrodos selectivos de iones para leer directamente los niveles de inhibidores, eliminando la necesidad de muestreo y acondicionamiento de agua. Estos sensores de bajo mantenimiento pueden enviar información al software de registro de datos. Los parámetros específicos como el flujo de agua, la temperatura, el pH, etc. pueden rastrearse para alertar a los operadores cuando la calidad del agua está fuera de los límites especificados.
El software como CTVista+ también puede compilar datos recopilados para generar informes que se pueden enviar a los operadores regularmente para aumentar la visibilidad de las tendencias del sistema y ofrecer información sobre dónde pueden ser necesarios ajustes.
Análisis de datos y tecnología predictiva
El software de modelado, como el Programa de monitoreo del rendimiento del condensador de ChemTreat, puede recopilar datos de la planta y analizarlos para ayudar a identificar problemas específicos del sistema, así como proporcionar orientación para la resolución de problemas. Estas herramientas también pueden ayudar a determinar cuándo se necesita una limpieza del sistema para mantener la eficiencia.
Avances en el desarrollo químico del tratamiento del agua
En un programa holístico de tratamiento de agua, se evalúan todos los sistemas conectados en una instalación o campus para garantizar que el rendimiento aguas abajo no se vea afectado negativamente por el tratamiento aguas arriba. Por ejemplo, no deben agregarse productos químicos como fosfatos si los sistemas aguas abajo tienen problemas bacterianos.
Además, algunos inhibidores están limitados por la EPA, lo que dificulta la aplicación de suficiente producto para lograr los resultados/protección deseados.
No es inusual que un programa de sistema de enfriamiento contenga fosfato, potasio o nitrógeno, que actúan como macronutrientes y dificultan la mitigación de algas y floraciones bacterianas. Esta es una gran razón por la que la EPA limita estos elementos en la descarga.
Aplicar inhibidores optimizados para los costos puede aumentar las ganancias de sostenibilidad. Por ejemplo, el inhibidor único FlexPro® de ChemTreat ofrece una opción de tratamiento sin ensuciamiento.
El fosfato reacciona con el calcio para formar sarro de fosfato de calcio en las superficies del intercambiador de calor. Las siguientes tablas ilustran la relación entre la temperatura del agua o de la pared del tubo y la resistencia a la transferencia de calor. Este ejemplo se encuentra en un sitio de la Costa del Golfo que utiliza tratamiento con fosfato durante un verano muy caluroso. La alta temperatura aumentó la saturación y causó la contaminación por fosfato, lo que afectó el rendimiento. Los operadores realizaron limpiezas periódicas con ácido durante todo el verano para restaurar la transferencia de calor y eliminar la incrustación de fosfato de calcio.
ChemTreat eliminó el fosfato del programa para lograr una excelente protección contra la corrosión sin ensuciar los intercambiadores de calor. La transferencia de calor se mantuvo incluso en días calurosos de verano, lo que permitió que la instalación permaneciera en línea más tiempo y, al mismo tiempo, redujera la frecuencia de las limpiezas con ácido. Esto mejoró la perspectiva ambiental del sitio, ya que las limpiezas ácidas pueden expulsar contaminantes a las plantas de aguas residuales y al medio ambiente, al mismo tiempo que elevan las emisiones de gases de efecto invernadero al aumentar la cantidad de sólidos y fosfatos en el agua de descarga.
Los resultados se brindan solo a modo de ejemplo. Se garantizan de acuerdo a cada situación. Los resultados reales pueden variar.
Resumen
Para mejorar la sostenibilidad de sus sistemas de agua y programas de tratamiento, es importante tener en cuenta los siguientes pasos:
Paso 1: Reducir el consumo de agua y energía
- Asegurarse de que el equipo funcione con la máxima eficiencia
- Usar datos históricos de las temperaturas del agua y el consumo de energía desde el momento en que el equipo fue nuevo en el desempeño de referencia
- Operar con la máxima eficiencia y ciclos de concentración mientras se minimiza el consumo de agua
Paso 2: Reutilización de agua
Trabaje con su proveedor de tratamiento de agua para encontrar formas de reutilizar el agua en sus instalaciones. Las fuentes de agua, como el condensado del controlador de aire y el agua de lluvia, tienden a contener pocos contaminantes y no requieren mucho tratamiento previo para su reutilización.
Paso 3: Reciclar agua con ofertas de tecnología avanzada
Incluso el agua de mar o agua con altos niveles de sólidos disueltos puede reciclarse en los procesos de la planta si se cuenta con el equipo adecuado. Invertir en sistemas de filtración y/u ósmosis inversa puede ayudar a su instalación a reciclar más agua.
Al igual que con todas las demás tecnologías, la diligencia debida es necesaria para determinar la viabilidad de utilizar estos métodos. Siempre es importante consultar los manuales y guías de su equipo y buscar orientación de su representante local de tratamiento de agua para abordar sus necesidades específicas.
