En el anterior escrito me centré en la importancia de
mantener el flujo constante. Ahora, en este escrito describiré de manera breve
los diferentes componentes del sistema de enfriamiento y daré algunas claves
para su escogencia.
- Bombas
- Chillers
- Torres de enfriamiento
- Dry coolers
- Atemperadores
- Tratamiento del agua
Una adecuada selección e instalación de los anteriores
equipos se traduce en mejoras de la eficiencia y en menor consumo de energía;
por el contrario una mala selección puede reducir sustancialmente la eficiencia
e incrementar muchísimo el consumo de energía.
Bombas
Se debe buscar que la presión a la salida de las bombas sea
siempre igual, por lo que lo recomendables es tener siempre al menos tres
bombas de igual tamaño, conectadas así:
1. Una bomba con un sistema ON-OFF que suministre
aproximadamente el 50% del caudal requerido, por lo que siempre trabajará a
full carga.
2. Una segunda bomba, igual a la anterior, con un inversor
que trabaje según la presión para mantenerla constante, por lo tanto a mayor
presión, menor velocidad y a menor presión, mayor velocidad. Las variaciones de
presión causan variaciones en el flujo.
3. La tercera bomba que sea en stand-by para reemplazar
cualquiera de las anteriores en caso de falla. Una sola parada por falla de una
bomba, sin repuesto, usualmente implica pérdidas mayores al costo de la bomba.
Al momento de comprar la bomba, hay que calcular el flujo de
agua, que debe ser igual a la sumatoria, del flujo de agua en los puntos de
consumo y hay que tener en cuenta la presión requerida y las pérdidas de
presión. Lo ideal son bombas de presión y flujo. Las bombas de flujo usualmente
son muy susceptibles a las altas perdidas de presión, como las que se dan en la
red de aguas de las plantas de plástico.
Chillers o enfriadores de agua
Son equipos para enfriar el agua por debajo de la
temperatura ambiente.
Hay dos tipos:
Enfriados por aire
Enfriados por agua
Los chillers enfriados por aire son aquellos en donde la
unidad condensadora es enfriada por aire. Son la opción a escoger cuando se
trabaja un sistema centralizado de suministro de agua fría.
Las altas temperaturas ambientes o la inadecuada ventilación
reducen sustancialmente la eficiencia de los mismos, al igual que la falta de
limpieza de los radiadores o intercambiadores de calor, por lo que deben ser
ubicados en zonas con buena ventilación.
Vale la pena anotar que los sistemas centralizados de
suministro de frío tienen la gran desventaja de que trabajan con temperatura
única, por lo que cuando hay que hacer ajustes a la temperatura de los moldes o
cilindros, hay que variar el flujo de agua, lo que reduce mucho la eficiencia.
Otra desventaja muy importante es que el caudal a través de los distintos
moldes o cilindros varía cuando se para cualquier máquina enfriada por agua del
circuito, lo que altera la eficiencia.
Aunque inicialmente se podría pensar que son más eficientes
que los chillers enfriados por agua ubicados al pie de máquina, la realidad es
que las pérdidas de presión y calor a través de las tuberías de conducción y el
tipo de intercambiador de calor les resta muchísima eficiencia.
Una de las grandes causas de los altos consumos de energía,
cuando se utilizan chiller centrales, es el dimensionamiento inadecuado de las
bombas y tuberías; las pérdidas, por estas razones, hay que compensarlas
aumentando el tamaño del chiller y además reducen sustancialmente la eficiencia
de las bombas.
La segunda clase de chillers son los enfriados por agua, en
donde el calor del evaporador se remueve por agua; son mucho más eficientes que
los de aire, por que remueven el calor del condesador con intercambiadores agua
– agua.
Este tipo de chiller se populariza cada día más, ya que al
colocarse uno por máquina permite regular la temperatura del agua, manteniendo
constante el flujo y contribuyendo de manera significativa a estabilizar las
condiciones de proceso, de tal manera que aumente la eficiencia.
Últimamente se han venido sofisticando bastante este tipo de chillers; aquí algunos ejemplos:
Doble circuito, muy empleado para moldes de colada en
caliente, en donde la parte de la colada caliente es muy pequeña y la de la
fría muy grande, por lo que requieren temperaturas de agua sustancialmente
diferentes.
Adición de inversores a los compresores para mantener
constante la temperatura del agua, sin necesidad de tener que estar prendiendo
y apagando el chiller.
Torres de enfriamiento
Éstas se utilizan para enfriar el agua que normalmente se
usa para remover el calor de las máquinas y los chillers enfriados por agua.
Dada la alta variación de la temperatura, no se recomienda que se utilicen para
enfriar los moldes o los cilindros, aunque en algunos casos con la adición de
un inversor o variador de frecuencia para el ventilador se puede mantener muy
constante la temperatura del agua.
El cálculo del tamaño mínimo de la torre se debe hacer con
base al flujo del agua y el ∆T, o sea diferencia entre la temperatura de
entrada y salida del agua, el cual debe ser de 2o C. Mientras más alto el ∆T,
mayor la capacidad en toneladas de refrigeración de la torre y menor la
eficiencia del proceso.
Altas diferencias de temperatura entre el retorno y la
salida de la torre son indicios de problemas, como flujo insuficiente, altas
perdidas, etc.
Para efectos de eficiencia energética de los chillers, las
torres deben estar trabajando con una temperatura de salida del agua lo más
cercana a la temperatura del bulbo húmedo de la zona donde se encuentran.
La gran desventaja es su alto consumo de agua, el cual se
puede mitigar variando la velocidad del ventilador de acuerdo a la temperatura.
Otras desventajas son que requiere tratamiento y filtrado de agua permanente.
Tienen varias ventajas, como son:
Su bajo consumo de energía, por tonelada de frío, el cual es
el más bajo de todos los sistemas de enfriamiento, lo que se traduce en un bajo
costo operativo a pesar del alto consumo de agua.
Sus bajas pérdidas de presión, lo que las vuelve muy
flexibles y en la mayoría de los casos permite que se adicionen equipos, sin
necesidad de ampliar la capacidad.
Su bajo costo.
Su facilidad de mantenimiento, que es casi 0.
Usualmente el agua es mucho más barata que la energía.
Dry coolers
Son también conocidos como torres adiabáticas porque son
unas torres de enfriamiento que trabajan en circuito cerrado, es decir, el agua
nunca va en contacto con el aire. Fueron desarrolladas para países con
estaciones, en donde hay temporadas del año, con temperatura ambiente por
debajo de 0 grados, lo que imposibilita la utilización de las torres
convencionales por el congelamiento del agua. Igualmente son muy adecuados en
zonas con escasez o muy alto costo del agua.
Sus ventajas son menor consumo de químicos para tratar el
agua, menor consumo de agua y permiten la utilización de anticogelantes en
invierno.
Sus desventajas son un consumo de energía mayor que el de
las torres, por lo que su costo operativo por tonelada es más alto, aún cuando
consumen muy poca agua. Además son sistemas muy poco flexibles, por lo que al
adicionar nuevo equipo hay que hacer ampliaciones de los dry coolers y de las
bombas de agua, lo que incrementa de manera importante las inversiones,
situación que no ocurre con las torres de enfriamiento.
Atemperadores
Son equipos que se utilizan para calentar y mantener los
moldes o cilindros a una cierta temperatura. Se usan cuando la temperatura del
molde debe estar muy por encima de la temperatura ambiente, lo cual es muy
común en inyección de piezas de ingeniería o con propiedades ópticas.
En vez de tener un sistema de enfriamiento de agua tienen un
sistema de calentamiento.
Existen de agua y de aceite. Este último es el mas
utilizado, cuando la temperatura del molde o cilindro están por encima de 800
°C, para evitar la ebullición del agua y con ellas los peligros que esto
acarrea. También son recomendables cuando las piezas son de materiales
susceptibles a la oxidación, porque mientras mas alta la temperatura, mayor la
rata de oxidación.
Una opción recomendable es comprarlos con la opción de
monitoreo y control de la temperatura del molde o cilindro.
Igualmente los hay de uno o dos circuitos.
Tratamiento del agua
El tratamiento del agua, tanto para torres, dry coolers y
chillers debe incluir:
Inhibidor de formación de óxido y de dureza
Alguicida
IMPORTANTÍSIMO, debe ser inhibidor, NO removedor de óxido ni
de dureza. Los removedores de óxido y dureza, al remover el óxido o las
incrustaciones, debilitan las tuberías, lo que puede causar perforaciones y que
los aceites se mezclen con el agua, fugas de gas o reparaciones costosas en los
cilindros.
Estos tratamientos usualmente son con químicos.
Cuando un intercambiador de calor de una máquina está
obstruido por incrustaciones de carbonato o por óxido, lo que se debe hacer es
cambiarlo, NUNCA tratar de remover este tipo de obstrucciones.
En los moldes es particularmente importante la remoción de óxido,
porque éste reduce de manera dramática la capacidad de enfriar las piezas. Esto
se debe hacer en una estación separada, que tenga su propia bomba y su propio
tanque, y una vez removido el óxido se les debe echar a los moldes inhibidores
de oxidación. Esta debería ser una práctica a ejecutar con cada molde antes de
montarlo en la máquina, especialmente si el tratamiento del agua es químico.
Recientemente hay en el mercado unos equipos
electromagnéticos que eliminan la necesidad de tratamientos químicos, lo que
los hace unas excelentes opciones, porque además de mantener el agua en buenas
condiciones, eliminan el óxido y las incrustaciones.
También hay opciones de eliminación de bacterias y algas,
con lámparas UV o con ozono.
Los estándares mundiales buscan que la eficiencia de un
proceso, una vez estabilizado después del arranque, sea superior al 99%.
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