Un coloso se erige en la intersección de los estados de Hidalgo, Tlaxcala y Puebla. Su tarea: producir papel para la fabricación de cartón en cantidades industriales. Lograr que su operación no presente inconvenientes precisó el desarrollo de un proyecto de climatización para mantener controlada la temperatura de las salas eléctrica, pues una leve variación en la temperatura propiciaría el descontrol total de la producción.
Los tableros eléctricos generan grandes cantidades de calor, lo que requiere de una climatización eficaz para evitar problemas, como sobrecargas, pues darían pie a malos funcionamientos.
Christopher García / Manuel Merelles, fotografías.
210 toneladas de aire acondicionado, divididas en 12 unidades tipo paquete de 12.5, 15 y 20 toneladas, se instalaron en el techo de la planta, justo encima de cada una de las salas eléctricas
Hace poco más de dos años, la compañía manufacturera Grupak anunció que iniciaría la construcción de una planta más en el país, la cual se localiza en el municipio de Emiliano Zapata, Hidalgo, a unos metros de la autopista Arco Norte y con acceso casi directo a dos vías de ferrocarril y a la carretera de Calpulalpan.
Hasta el inicio del proyecto, la empresa contaba con dos plantas más: una ubicada en Morelos y la otra en Toluca. De las tres, ésta ya es la más grande. Comprende un área de 57 hectáreas y se encargará de fabricar papel tipo semikraft. Las gigantescas proporciones de las máquinas que se encargan de la obtención de la pasta para el papel y de los rodillos que producen los rollos de material final ocupan la gran mayoría de la planta. La operación de dicha maquinaria debe ser sumamente precisa para obtener un producto de buena calidad, por lo que cada proceso se encuentra automatizado en diversas salas eléctricas. Es en estos sitios donde se requirió la participación de la ingeniería HVACR para mantenerlas bajo niveles de temperatura adecuados, que les permitan funcionar sin contratiempos.
Además de la inyección constante de aire frío, extraer cierta cantidad de aire cálido es primordial para evitar presiones elevadas en las salas
El diseño y la instalación del proyecto estuvieron a cargo de Industrias Therme S.A.deC.V., quienes se encargaron de definir la propuesta de sistemas de aire acondicionado para las salas eléctricas, un término muy español para lo que en México se denomina cuartos de control de motores (CCM). Estos cuartos albergan tableros eléctricos que permiten operar los controles de toda la maquinaria y todo el proceso productivo. Al realizar esta tarea, los tableros generan grandes cantidades de calor, lo que requiere de una climatización eficaz para evitar problemas posteriores, como sobrecargas, pues darían pie a malos funcionamientos.
El reto de este tipo de cuartos es que contienen tarjetas eléctricas y electrónicas que, si se calientan demasiado, disparan señales equivocadas que pueden acelerar la labor de la planta y generar mayores consumos de energía, malos procesos y, en el peor de los casos, desgaste en la maquinaria productora y su pérdida posterior. El objetivo principal del proyecto de climatización, entonces, significó seleccionar e instalar los equipos adecuados para mantener la temperatura y la humedad relativa de las salas bajo control para garantizar su operación.
Conservar la temperatura de las salas a 21 grados centígrados en todo momento requirió cálculos exactos de la carga térmica por abatir
Eficacia
El proyecto completo está compuesto por ocho salas eléctricas esparcidas a lo largo y ancho de la planta de producción. En total, se instalaron 210 toneladas de aire acondicionado, divididas en unidades tipo paquete de 12.5, 15 y 20 toneladas. Éstas se encuentran colocadas en el techo de la planta, justo por encima de donde se ubica cada una de las salas eléctricas.
El reto de mantener el cuarto en condiciones óptimas para que logre un buen trabajo en la operación de las máquinas de proceso y control es mayúsculo; una leve descoordinación entre ellos puede significar pérdidas a diversos niveles: de tiempo, de productividad, de materia prima y, sobre todo, de capital financiero para los dueños de la planta. En otras palabras un error leve en el proceso puede costar millones.
A partir de agosto del 2014, en la planta se iniciaron pruebas para evaluar el funcionamiento de los sistemas, y en octubre dieron inicio las labores en un horario de 24 horas los siete días de la semana.
En lo que respecta al proyecto de climatización, durante el diseño y la cotización sufrió diversas modificaciones, hasta que se logró definir el esquema más redituable para el usuario. Originalmente, las especificaciones técnicas y tecnológicas del proyecto vinieron de España. De inicio estaba basado en equipos de agua helada y con redundancia del ciento por ciento para asegurar que la producción de la planta no tuviera paros en ningún momento; sin embargo, los inversionistas fueron aportando ideas que posteriormente se aterrizaron en el proyecto, hasta dejarlo en la solución actual.
Las proyecciones iniciales contemplaban la instalación de equipos por un total de 360 toneladas de agua helada y un conjunto de ductería fabricada en su totalidad de acero inoxidable, lo que significaba una inversión inicial de 1 millón 500 mil dólares. Dado lo oneroso del proyecto, se planteó un esquema basado en un chiller con compresores scroll, pero sólo con 30 por ciento de redundancia. Más tarde, el proyecto atravesó una nueva modificación, de manera que se decidió la instalación de 12 unidades tipo paquete de distintos tonelajes para cubrir la demanda de las salas eléctricas. Además, se modificaron las especificaciones de los ductos por tubería estándar, con lo que la inversión se redujo considerablemente.
Los ductos de extracción se instalaron sin ningún tipo de aislante, pues en esta etapa la ganancia de temperatura no implica un problema
El ingeniero Florentino Gómez, encargado del área de Ventas e Ingeniería en Refrigeración Industrial de la empresa Therme, integradora del proyecto, comenta algunos de los pormenores del proyecto: “Para la instalación de los ductos contratamos a la empresa SAASA, del ingeniero Antonio Cabrera. También nos encargamos del suministro de los equipos, en este caso fueron de Daikin. Therme es el integrador. Grupak prefiere tener un solo contacto para realizar todo el proyecto. Vendemos proyecto llave en mano y al final entregamos un proyecto que ya se encuentra funcionando con la completa satisfacción del cliente”.
La ductería de inyección se cubrió con aislante de fibra de vidrio que impide que el aire enfriado gane temperatura durante el recorrido
Desde la azotea de cada edificio, los ductos de inyección y extracción descienden hasta las salas eléctricas. La ductería de inyección permite suministrar aire a la temperatura requerida (21 grados centígrados), mientras que los equipos paquete que se encuentran instalados en el techo se encargan de enfriar el aire inyectado. Por su parte, los ductos de extracción se encargan de sacar el aire caliente que se acumula en el cuarto para impedir que le temperatura se eleve a causa de su presencia y se creen burbujas de presión. En el caso de la ductería de inyección, ésta se encuentra cubierta con asilante de fibra de vidrio, el cual está recubierto con una capa de material reflejante, de modo que el aire frío no gane temperatura en el recorrido desde las unidades paquete hasta las salas. En lo que respecta a los ductos de extracción, no fue necesaria tal medida.
El buen funcionamiento de la planta exige que se mantenga una temperatura de 21 ºC en las salas eléctricas que se encargan de la operación general
Para el desarrollo de la instalación y la cuantificación de los equipos, Grupak proporcionó un catálogo de conceptos, mientras que Therme se encargó de llevar a cabo un cálculo de carga térmica adicional. El trabajo en estos espacios reside en que la carga eléctrica que requieren los controles para operar se convierte en carga térmica, es decir, en calor; en otras palabras, los kilowatts se convierten en btu/h y en toneladas de refrigeración, que es lo que hay que abatir.
En el proyecto total se utilizaron cuatro unidades paquete de 12.5 TR, cuatro de 15 TR y cuatro más de 20 TR. En las salas que albergan equipos de operación crítica se colocaron sistemas redundantes, de modo que exista un respaldo en caso de que alguna llegase a fallar y se impida el sobrecalentamiento de los equipos que deben permanecer en operación continua.
Para vigilar que la temperatura de las salas se mantenga en los límites establecidos, se colocaron termostatos que se encargan de monitorear la temperatura en el interior, de manera que si se registran variaciones que puedan afectar el desempeño de los equipos, las unidades paquete se activan instantáneamente y conservan la temperatura a los 21 grados establecidos. De igual manera, los termostatos se encargan de desactivar los sistemas de enfriamiento cuando se logra la temperatura deseada.
Dado que cada sala eléctrica presenta distintas exigencias de temperatura, el tonelaje de las unidades depende de la carga por abatir
Sistemas instalados en la planta
- 4 unidades tipo paquete de 12.5 TR
- 4 unidades tipo paquete de 15 TR
- 4 unidades tipo paquete de 20 TR
- Ventiladores booster para banco de filtros
- Banco de filtros MERV
- Banco de filtros HEPA
- Ventilador de inyección centrífuga
- Filtros desechables tipo plisado
- Compresores scroll
- Válvulas de expansión térmica
- Tubería de acero galvanizado descubierta
- Tubería de acero galvanizado con aislamiento de fibra de vidrio
- Rejillas difusoras para inyección de aire
- Rejillas sencillas para extracción
Salas eléctricas
Cada una de las salas cuenta con equipos distintos, cuyas características y sistemas de apoyo responden a las necesidades de enfriamiento y a la criticidad del equipo instalado.
Dos salas eléctricas cuentan con ventiladores booster para banco de filtros, capaces de manejar hasta 10 mil ACFM y que además tienen acoplamiento por poleas y bandas, con motor de 5 HP de 440 V/ 3 f/ 60 Hz. Otro cuarto cuenta con ventiladores booster para banco de filtros MERV y una bolsa Air-Quality con entrada sencilla, los cuales son capaces de manejar hasta 6 mil ACFM.
Dos salas más complementan el proyecto. En una se instalaron ventiladores booster para banco de filtros MERV 13, capaces de manejar 6 mil ACFM con acoplamiento de poleas y bandas, con motor de 3 HP/ 440 V/ 3 f/ 60 Hz. En una sala más se instalaron ventiladores tipo booster para banco de filtros HEPA, capaces de manejar 8 mil ACFM; igualmente, cuenta con acoplamiento de poleas y bandas, con motor de 5 HP. Las 12 unidades paquete instaladas son marca Daikin. Una de ellas está en posición horizontal y tiene un gabinete de lámina galvanizada protegida con una pintura especial para exteriores. Cuenta con una capacidad nominal para 12.5 TR y es capaz de manejar una caída de presión externa de 2.2” CA. Además, cuenta con una sección de filtros desechables tipo plisado, que ayuda a tener una eficiencia energética de hasta 30 por ciento, los cuales están colocados en posición angular. El serpentín de esta unidad funciona con una presión por medio de expansión directa de 4 hileras y 15 aletas por pulgada lineal; está construido con tubos de cobre y aletas de aluminio. Tiene, asimismo, un ventilador de inyección tipo centrífugo, acoplado por medio de poleas y una banda de motor eléctrico de 3 HP, así como compresores tipo scroll y válvulas de expansión térmica.
Otra de las unidades, también de la marca Daikin, tiene un arreglo horizontal con gabinete de lámina galvanizada de doble pared y gabinete de acero galvanizado heavy-gauge. Ésta tiene una capacidad nominal para 15 TR y maneja 6 mil 200 CFM, contra una caída de presión externa de 2.0” CA. También cuenta con una sección de filtros desechables tipo plisado, colocados en posición angular, que ofrecen hasta 30 por ciento de eficiencia energética. El serpentín de enfriamiento por medio de expansión directa cuenta con cuatro hileras y 15 aletas por pulgada.
El ventilador por su parte es de inyección centrifuga y se encuentra acoplado con poleas y bandas de motor eléctrico de 3 HP para operar a 460 V/ 3f/ 60 Hz, en descarga vertical. Lo complementan dos compresores tipo scroll y una válvula de expansión térmica.
Las unidades paquete, además de su ventilador centrífugo cuentan con ventiladores booster centrífugos para incrementar la potencia de inyección
Una unidad más complementa el sistema. Ésta tiene una capacidad para 20 TR y es capaz de manejar hasta 6 mil 590 CFM, con una caída de presión de 2.0” CA. La sección ventiladora no difiere de las enumeradas antes, sólo que el motor de esta unidad es de 5 HP, capaz de operar a 460 V / 3f/ 60 Hz, en descarga vertical. Cuenta también con dos compresores tipo scroll y una válvula de expansión térmica.
La instalación total de los equipos para la climatización de las salas se llevó a cabo en sólo 12 semanas, tiempo récord si se considera la magnitud de la obra. Actualmente la planta tiene un horario demandante pues trabaja las 24 horas del día los siete días de la semana.
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