Las grandes plantas de manufactura y transformación representan uno de los mayores consumos de energía a escala mundial, con los equipos de refrigeración y climatización como los principales consumidores. Una serie de recomendaciones pueden resultar bastante útiles para disminuir su gasto energético y optimizar procesos.
Redacción / Jorge Monroy, ilustración
Debido a los altos consumos energéticos derivados del uso de sistemas de refrigeración y climatización en las plantas industriales, lo cual equivale a facturas eléctricas elevadas; proyectistas, instaladores y propietarios buscan la manera de reducir dichos consumos mediante la implementación de esquemas o mejoras que permitan utilizar sus equipos con la máxima eficiencia.
En general, las líneas principales de actuación para mejorar el rendimiento de una instalación industrial pueden resumirse en el diseño y la utilización de las instalaciones, la mejora de la eficiencia energética en el ciclo de refrigeración y la utilización de sistemas de control de ahorro energético con más eficacia.
Existen diversos métodos con los que propietarios, consultores e instaladores pueden abordar cualquier proyecto de corte industrial, aunque el método elegido siempre dependerá de las prioridades establecidas de inicio. Para algunos, lo importante será el confort usuario; para otros, la colocación de los equipos; y es bastante posible que para unos cuantos más, lo importante sea el costo, aspecto de suma relevancia en los edificios industriales, debido a la gran superficie que suelen abarcar.
Este aspecto condiciona que las características constructivas (generalmente cubiertas y cerramientos) de este tipo de edificios suelan ser más ligeras y con menor aislamiento que las de los edificios para aplicaciones de tipo residencial y oficinas.
Por ello, la solución debe encontrarse en un trabajo conjunto, para conseguir en las diversas fases del proyecto un balance adecuado entre la necesidad de reducir costos y proporcionar el nivel de confort requerido.
Sin embargo, existen ciertos aspectos que deben considerarse con el objetivo de evitar malos funcionamientos en la instalación.
El primero, la elección del sistema. Se deberá definir si será todo aire, todo agua, aire-agua o un sistema de distribución de refrigerante, en caso de que los puntos anteriormente mencionados no sean útiles debido a las condiciones arquitectónicas o de uso del edificio.
En segunda instancia, se deberá seleccionar el tipo de plantas para la producción de agua fría y caliente. Finalmente, se deberá definir su localización, sin olvidar establecer los espacios necesarios para el paso de tuberías y ductos, así como para la distribución de aire en cada espacio.
1. Ahorro energético por avance tecnológico
En general, todos los equipos de climatización han incrementado su eficiencia energética. El esfuerzo por aumentar esta característica en las unidades de climatización, tanto a través de mejores materiales, con mayores coeficientes de transferencia de calor, como mediante compresores más simples y eficientes (caso del compresor scroll con sólo tres piezas móviles) ha brindado beneficios considerables. Por ejemplo, entre 1980 y 2005, los equipos compactos de cubierta incrementaron su eficiencia de 2.6 a 2.8; redujeron su consumo a carga plena de 19.2 a 17.9 kW, mientras que su consumo en kWh, por un periodo de 2100 horas, pasó de 40384.6 a 37500, con lo que el ahorro total asciende a 7 por ciento.
Por este motivo, siempre que sea posible, utilizar las tecnologías que ofrezcan mejores desempeños energéticos resultará en ahorros de energía y disminución en los costos de la factura de electricidad. No obstante, es preciso recordar que las tecnologías deben seleccionarse con base en las características de cada proyecto: no existe una solución maestra para todos los casos.
2. Válvulas de expansión electrónica y economizadores
Las válvulas de expansión electrónica presentan enormes facilidades de adaptación a todas las condiciones, pues pueden fijarse límites diferentes para aplicaciones muy diversas e incluso permitir el trabajo con diferentes gases refrigerantes. Al contar con un motor de múltiples pasos, permiten la adaptación a múltiples condiciones de carga y temperatura de fluidos, con lo que es posible disminuir la diferencia de presión entre el condensador y el evaporador, con el fin de reducir el trabajo del compresor.
El uso conjunto de las válvulas de expansión electrónicas con economizadores aporta también un notable ahorro energético. Consisten en un intercambio de calor entre la línea de líquido y una línea de gas enfriado, la cual se introduce en este proceso en una etapa intermedia de compresión. Esta refrigeración del compresor incrementa su potencia entre 8 y 10 por ciento.
3. Dimensionamiento adecuado de una bomba de calor
Es una práctica habitual seleccionar bombas de calor con base en las necesidades de refrigeración, sin prever otros sistemas de calefacción suplementarios para las ocasiones en que la capacidad de la bomba sea inferior a la demanda. Esto trae como consecuencia situaciones de incomodidad en los usuarios. Sobredimensionar los sistemas auxiliares tampoco es una solución viable, pues encarece la inversión para el sistema y los ahorros se disipan.
En el ciclo real, la relación de compresión del ciclo en funcionamiento como bomba de calor es mucho mayor que en funcionamiento como refrigerador, ya que la temperatura de evaporación es inferior en la mayoría de los casos, con bajas temperaturas exteriores o bajas temperaturas de agua.
Al requerir temperaturas de agua o aire caliente que hagan posible un rendimiento óptimo de los emisores de calor, la temperatura de condensación debe ser elevada (superior a 50 °C). El resultado es que las bombas de calor no pueden mantener altas temperaturas de salida de agua o de aire cuando existe una baja temperatura exterior.
A pesar de ello, los sistemas de bomba de calor, salvo en climas extremos, contribuyen al ahorro energético, siempre y cuando se dimensionen adecuadamente, de acuerdo con las necesidades de calefacción para la temperatura de diseño del edificio.
Además, un correcto diseño de los cerramientos ayuda al proyectista a reducir las necesidades caloríficas de la instalación y a reducir la capacidad de la unidad que cumple con las condiciones de diseño. Debido a que al realizar el cálculo energético de una instalación no se consideran todas las cargas internas ni los efectos de acumulación de calor en la estructura de los edificios, las necesidades caloríficas reales se reducen notablemente, lo que representa un factor de seguridad añadido.
4. Cogeneración y unidades de producción de agua fría por ciclo de absorción
El uso de unidades de ciclos de absorción ha sido un medio muy usado para incrementar el rendimiento total de las instalaciones de cogeneración, al usar calor residual, generalmente rechazado, para la producción de frío. En los sistemas de cogeneración se suelen emplear motores térmicos o turbinas para la producción eléctrica. Normalmente, sobra calor: agua sobrecalentada o vapor que se puede aprovechar en una máquina de absorción para refrigeración.
Dado que la máquina de absorción utiliza calor como fuente de energía, su mayor aplicación se consigue cuando existe una fuente barata de calor en forma de vapor o en forma de agua caliente.
Aunque el precio en mercado de la unidad de absorción, entre 1.5 y 2.5 veces el de una unidad centrífuga de capacidad equivalente, puede hacer difícil la justificación económica en proyectos de hospitales, hoteles y oficinas; por lo que las mayores posibilidades de la cogeneración más absorción se consiguen en las instalaciones industriales.
5. Turbina de expansión
La turbina de expansión es capaz de soportar el empuje de la mezcla líquido-gas y ayuda al movimiento del compresor centrífugo, con lo que reduce el consumo del motor eléctrico. Así, la eficiencia se incrementa hasta valores de 7 kW frigoríficos por cada kW eléctrico consumido.
Estos avances tecnológicos sólo se están aplicando para unidades de gran capacidad frigorífica (más de 2000 kW frigoríficos).
6. Recuperación de calor para obtención de agua caliente en unidades de condensación por aire
Las posibilidades de recuperación de estas unidades condensadoras van desde la simple recuperación de gases calientes, hasta la recuperación de entre 50 y 100 por ciento del calor total rechazado por la unidad.
Las unidades con recuperadores de 100 por ciento suelen contar con válvulas solenoides de cierre activadas por el cambio de modo de funcionamiento, las cuales se encargan de cerrar el paso de refrigerante a las baterías del condensador, al tiempo que realiza una purga de refrigerante de una parte o de todas ellas, según el diseño del fabricante. Debido a que el intercambiador está dimensionado para disipar 100 por ciento del calor total, la unidad funciona de manera óptima cuando ambas cargas (frigorífica y calorífica) llegan a su máximo simultáneamente.
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