Enfriamiento de concreto

La industria de la construcción se ha beneficiado de las aplicaciones de las plantas de agua helada para lograr enfriar eficientemente el concreto.

Por: Empresa KTI-Plersch Kältetechnik

En general, cada sistema de enfriamiento de concreto para la construcción de presas y concreto en masa tiene los siguientes componentes:

• Una planta de enfriamiento para el total de la mezcla de agua.
• Un depósito de agua fría con su estación de bombeo.
• Una planta de hielo en escamas.
• Almacén de hielo en escamas  y un sistema totalmente automático de raspado y descarga de hielo.
• Entrega de hielo en escamas.
• Pesaje de hielo en escamas.
• Un sistema de enfriamiento de mezcla.
• Post-enfriamiento de la mezcla de concreto.

Concreto de temperatura controlada
El suministro de concreto de temperatura controlada para la construcción de grandes presas es una necesidad en todo el mundo. El desarrollo de la fuerza en el concreto es acompañada por el aumento de calor mientras el cemento endurece (calor de hidratación). En las pequeñas estructuras este fenómeno no es de importancia, pero sí es muy significativo en el manejo de concreto en masa, especialmente para proyectos de represa. El calor de hidratación aumenta la temperatura hasta 25° durante el proceso de curación ocasionando un aumento del volumen.

Después de la curación del concreto, éste vuelve a enfriarse y reduce su volumen por lo que eventualmente pueden aparecer grietas.

Por lo tanto, la temperatura inicial para verter el concreto debería reducirse tanto, que la temperatura máxima durante el proceso de curación no supere una cierta temperatura determinada por los consultores.

Aunque las temperaturas requeridas para verter el concreto varían de un sitio a otro y de un país a otro (de 7°C a 15°C máximo), siempre se requiere contar con un sofisticado sistema de refrigeración.

Como los costos iniciales y de operación de un sistema de refrigeración son bastante altos (incluso pueden ser más altos que los de la propia planta de concreto) es esencial que el contratista tenga un optimizado sistema instalado.

Plantas de agua fría
Un sistema de condensación por evaporación es superior a los sistemas de aire acondicionado comunes debido a considerables diferencias en las presiones y temperaturas de condensación.

Planta enfriadora de agua
Hay refrigeradores de agua disponibles que enfrían el agua de cualquier temperatura entre 30°C y 45°C hasta 5°C. Se llaman plantas de agua fría en contenedores, tipo CCWP (Containerized Cold Water Plants).

Para temperaturas más bajas de concreto son más eficientes los sistemas que enfrían el agua de cualquier temperatura de entre 30°C y 45°C hasta 1°C.

Son llamadas plantas de hielo en contenedores, tipo CIWP (Containerized Ice Water Plants) y están equipadas con sistemas de acumulación de hielo alrededor de un tubo o intercambiadores de calor de placas.

Para una producción diaria de hasta 180 m³ de agua fría, estas plantas se instalan dentro de contenedores de 20 pies. Esto corresponde a una producción diaria de concreto a de entre 1,500 y 2 mil 200 m³.

Para una producción diaria de 450 m³ de agua fría, las plantas se instalan dentro de contenedores de 40 pies, lo que corresponde a una producción diaria concreto de entre 3 mil 700 y 5 mil 500 m², dependiendo de la temperatura de entrada del agua y la posible adición de la misma al suministro.

Tanque de agua fría
Cada sistema de refrigeración de agua requiere un tanque de agua fría bien aislado. El tamaño depende del tiempo que la producción de la cementera se detenga.

Existen 3 diferentes posibilidades para la instalación de un tanque:

1. El tanque de agua fría es de concreto y es aislado localmente (cualquier tamaño posible).
2. El tanque de agua fría es de acero, instalado y aislado dentro de un contendor de 40 pies (tamaño máximo aproximado 50 m³).
3. El tanque de agua fría es de acero, instalado y aislado dentro de un marco de acero (tamaño máximo aproximado 150 m³).

En los tres casos, es recomendable instalar el sistema de refrigeración en la parte superior del tanque para ahorrar espacio y reducir los costos de instalación.

Sistema de enfriamiento de la mezcla
En algunos casos, el hielo junto con agua fría es suficiente para alcanzar la temperatura requerida del concreto fuera de la mezcladora. Sin embargo, en determinadas circunstancias, es necesario que se enfríe la mezcla ya sea por aire o por agua fría.

Sistema de enfriamiento de la mezcla con agua helada. La forma más rápida de enfriar la mezcla es inundándola en una cinta transportadora con agua helada. Dependiendo de la cantidad de la mezcla, puede alcanzar una temperatura media de 5°C entre 1 y 8 minutos para los tamaños de hasta 80 mm. Para cantidades de hasta 150 mm es necesario considerar aproximadamente 35 minutos.

El enfriamiento se produce mucho más rápido con agua que con un flujo de aire frío. Sin embargo, es necesario tener instalado un sistema de drenaje en buen funcionamiento en la banda inundada. Además que un tanque de sedimentación es obligatorio.

-Sistema de enfriamiento de la mezcla con aire helado. Para enfriar la mezcla con aire, es necesario soplar una gran cantidad de aire helado dentro de los silos. Los silos tienen que estar equipados con un sistema especial de distribución de aire interior para garantizar una distribución uniforme de la temperatura de la mezcla. Las temperaturas por debajo de 0°C son posibles.

El equipo de refrigeración también está instalado dentro de un contenedor. Consiste básicamente de:

• Compresor helicoidal.
• Condensador evaporativo.
• Separador de amoníaco con una válvula flotante de alta presión.
• Bomba de amoniaco para suministrar amoniaco al aire helado.
• Interruptor y un tablero de control para la pre-refrigeración (secado) y el proceso de sub-enfriamiento.

Post enfriado de concreto
Según el diseño de la presa podría ser necesario enfriar el concreto después de que se ha vertido. Esto se hace bombeando agua fría a través de un sistema de tuberías en su interior. Para esto son utilizados los enfriadores de agua en contenedores. La temperatura esperada a la salida del agua del enfriador es de 5°C, y la de retorno de 10°C.  Los enfriadores se construyen de manera similar a las cámaras de refrigeración para enfriar el agua.
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