APLICACIONES

TORRES TIRO INDUCIDO FLUJO CONTRACORRIENTE

Si bien parecería que al especificar "tiro inducido, flujo contracorriente" ya no habría nada más que agregar, a continuación veremos como unidades aparentemente similares pueden tener resultados totalmente dispares.

La primera observación, crucial, puede afortunadamente detectarse por simple inspección visual/ocular, al menos en forma cualitativa y en cierta manera también cuantitativa.  En el caso de las unidades de la Figura 5. (en proceso de fabricación), puede verse que el diámetro del ventilador es prácticamente igual, o un "poquito" menor que el lado de la torre; casi podría decirse que la punta de la hélice o ventilador roza el lateral.  En el caso de la torre de enfriamiento de la derecha (Figura 6.), el diámetro del ventilador, en comparación con el lado de la torre, es considerablemente menor.  Es indudable que el fabricante del equipo de la derecha estará haciendo todo lo posible por bajar costos de fabricación de la torre achicando la  sección de aire empleando menores diámetros de ventilador y probablemente motores de baja polaridad, digamos 4 polos (versus 6 o eventualmente 6 u 8 para el caso de ventiladores de diámetro 5' o 1.50m) .  Lamentablemente todo tiene un límite!!  En el afán de recortar costos terminará por significativamente recortar simultáneamente la capacidad de enfriamiento, objeto central del suministro!!

                Figura 5. ContraCorriente A                                                                  Figura 6. ContraCorriente B

Hoy en día es extremadamente fácil poder anticipar y documentar la capacidad de un equipamiento dado - veremos esto en más detalle en los estudios de caso.  Para tener una idea de la brutal herejía que se está cometiendo y  si ben no tenemos las dimensiones exactas del plenum (aún con esto no alcanza!), es básicamente recordar una sencilla guía orientativa/mundial (fuente Manual de ex-Cooling Tower Institute).  Para ello es menester examinar el cociente entre el área barrida por el ventilador (la "sombra" proyectada sobre el relleno) y la sección de la torre.

Supongamos por un momento que el diámetro del ventilador de la torre de la derecha sea 4'  o c. 1.20, luego el área barrida o sombra (Pi * R^2) es 12.6 sq.ft. o 1.17m2.  Si el lado de la torre es aproximadamente 6.9' o 2.10m, la sección de la torre tiene una área de casi 48 sq.ft. o 4.46 m2.  En este caso, dicho cociente rondará 26%  (=1.17 * 100 /4.46).   De no haber tomado consideraciones especiales para sobreponer este cociente insuficiente, la capacidad real de la torre será aproximadamente la capacidad "nominal"/publicada de la torre menos la mitad de la diferencia entre ambas áreas.  En porcentajes tendríamos un déficit del orden de 0.5 * (100-26) = 37%!!!!!!.  

El rendimiento  real de la torre será del orden de un 60% - 65% de lo esperado!

Probablemente haya alguien que quiera saber el origen de este desacierto heredado. Bueno ocurre que por lo menos dos de los fabricantes europeos originales de realmente "antaño", ahora ya extintos, y sus múltiples licenciatarios, autorizados o no, adolescen de las mismas fallas de diseño!! De ahí la existencia en el mercado de unidades y marcas con todo tipo de disfunciones, térmicas, operativas, mantenimiento.

Es extremadamente fácil hoy en día confirmar la guía de buena fé simplemente con un poquito de number crunching, ahora de rutina.

Como si fuera poco, la situación se compone aún más con el empleo de hélices y ventiladores axiales inapropiados o al menos incorrectamente documentados. Los ensayos de Kim Osborn ("Fan Data: Is What You See, What  You Get?, "Ashrae Journal November 2005) con ventiladores de palas de polipropileno documentan subrendimientos del orden de 10 - 15% o más 20% respecto a curvas de selección publicadas, perjuicio que se acumula/agrega al subrendimiento estructural ya derivado.  De procurar emplearlos, estos ensayos recomiendan pasar al no menos del próximo siguiente/size up de caballaje en el motorde lo indicado en las curvas de selección, e.g. 7 HP pasar a 10 HP por decir un ejemplo (nota: 10/7.5 = 1.33x)  !!  Como hemos escuchado en ocasiones todo termina, incluso grandes firmas, por no tener idea lo que está sucediendo - imposible hacer funcionar la instalación como se planeaba aún cuando los rangos de consumos corresponden al segmento air-cooled HVAC!!.

La postura de diseño moderna/contemporánea/informada simplemente aplicaría las normas conservadoras/safe/ "recommended practice" legendarias del sector industrial y simultáneamente extraería/aprovecharía mayor disipación del área asignada. Las rorres de enfriamiento con destino/servicio industrial anticipan operación 365/7/24, id est cada una de las 24 horas de cada uno de los 365 días del año. Una instalación de aire acondicionado central podría simplemente operar apenas unas 1600 horas al año. Los standards de fabricación y resultados en el campo  son totalmente distintos pero el porte involucrado y el perjuicio económico trasladado al usuario en el caso de unidades deficitarias ameritan no apartarse de la buena práctica industrial de ningún modo. El daño económico que se le traslada al usuario coloca los presupuestos operativos en rangos de instalaciones de condensador remoto, un absurdo que poco favorece al prestigio del contratista y casa matriz//proveedor del sistema de aire acondicionado central.  Por lo otro lado, los aumentados consumos eléctricos de la instalación no pasan desapercibidos por los operadores que comienzan a razonar/cuestionar sobre las ventajas reales de los sistemas de aire acondicionado central.  Resultado migración progresiva (equivocada y con peores resultados para todos!) a equipos mini-splits con iguales o mayores consumos y fin/extinción del segmento contratistas aire acondicionado central(Nota: más del 85% de nuestra cartera de usuarios es industrial/de proceso pero probablemente por nuestra propia fuerte orientación a "process cooling" industrial, digamos uno de los aproximadamente seis segmentos de mercado por ponerlo de alguna manera ).  

Aplicación # 1: Torre de enfriamiento en Centro Comercial/Shopping center

Como resultado de una inspección de campo se ha recabado la siguiente información "forense" de la instalación.  Se trata de cuatro celdas idénticas, cada una de 2.10m * 2.10m y equipada con ventiladores axiales plásticos de diámetro 3' (90 cm)/ 3 HP c/u.  La prestación térmica original habla de poder atender 372 chiller tons en el evaporador y el objetivo es poder tener una estimación orientativa de la capacidad real del conjunto. 

El área barrida/sombra de cada ventilador de diámetro 3' es  (Pi * R^2) es 7.1 sq.ft. o 0.66 m2. Siendo  el lado de cada celda aproximadamente 6.9' o 2.10m, la sección de cada celda  tiene una área de casi 48 sq.ft. o 4.46 m2.  En este caso, el cociente área barrida / sección de la celda  rondará 15%  (=0.66 * 100 /4.46).   De no haber tomado consideraciones especiales para sobreponer este cociente insuficiente, la capacidad real de la torre será afectada de  déficit del orden de 0.5 * (100-15) = 42.5%!!!!!!.  

El rendimiento  real de la torre es del orden de un 55- 60%  de lo esperado!

Puede perfectamente confirmarse las conclusiones macizas/demoledoras de esta aparentemente inocente reglita de campo aplicando toda la artillería de cálculo que se desee.  Siendo que se trata de una aplicación de aire acondicionado que característicamente involucra un salto de temperatura muy pequeño puede pensarse en no emplear más de un primer o segundo escalón de empacamiento básico.  Empleando herramientas de cálculo state-of-the-art e incorporando las recomendaciones de Osborn/Ashrae, cada celda a lo sumo estará disipando capacidad de condensación correspondiente a  una instalación de 54- 60 chiller tons en el evaporador!!  Difícilmente tal discrepancia pasaría disimulada en un entorno industrial en lo que el propio proceso industrial provee la contrapartida/certificación inmediata de capacidades.  Con el pasaje del tiempo lo que usualmente se recuerda es si un equipo funcionó tal cual lo esperado o no, y no necesariamente los montos exactos de las inversiones, afortunadas o no!  Los standards de funcionamiento de las obras de aire acondicionado central no deben apartarse de las paustas conservadoras de la especialidad misma, algo que la gente de todos los sectores industriales tiene siempre presente.  Veamos como se traduce esta desprolijidad en el bolsillo del usuario final, en muchos casos prestador de un servicio,  en términos inequívocos$$$ de penalización anual:

Al igual que el ejemplo de la torre con cerramiento en plástico reforzado con fibra de vidrio, esta otra instalación apela a un subdimensionamiento brutal de la sección aire en el afán por obtener la orden de compra - triste caso de Caveat Emptor a pesar de la presencia de contratistas y proyectistas.  Suponiendo una velocidad de descarga de digamos 2,000 fpm la velocidad resultante a través de la  sección de la torre ( 7 sq.ft. * 2,000 fpm / 48 sq.ft) es 291 fpm, totalmente insuficiente para disipar la carga especificada originalmente!!  Por más que se cambiaran por motores mayores simplemente no es posible mover el aire requerido con diámetros tan pequeños (no hay correción de plenum que valga!) aún sin contabilizar el de-rating adicional (10-15%) de Osborne para el tipo de ventiladores instalado.

Aplicación# 2: Torre de Enfriamiento en central termica

El forensics de otra instalación de torres de tiro inducido, flujo contracorriente probablemente ilustra las consecuencias de la instalación de torres de enfriamiento del segmento "comercial" en un entorno industrial crítico.  Las especificaciones originales hablan de un caudal del orden de 2200 m3/h y un salto de temperatura de 10°C.  

Claramente reflejando el empleo de un razonamiento falaz se instalan dos torres de 2200 m3/h y salto de temperatura 5°C, a lo cual se agrega una tercera para digamos estar seguros que todo funcionará bien.  Ahora bien, la instalación no logra los resultados previstos y se agrega una cuarta torre sin tampoco lograr los resultados deseados.  El capacity planning/forensics de la instalación empleando herramientas de cálculo de la especialidad/state-of-the-art determina que, en acuerdo con los standards de unidades con destino instalaciones de aire acondicionado central, el banco de torres solamente es capaz de atender un 57% de la capacidad pactada.  A efectos de poder de alguna manera cuantificar el perjuicio que se la extendido al usuario industrial, de tratarse de una instalación de aire acondicionado central se le adjudicaría un intangible según el siguiente detalle:   

El perjuicio trasladado al usuario es varias veces cualquier monto de suministro/inversión honesta!!

FORMA CLASICA/INDUSTRIAL DE DISMINUIR HPs DE SECCION AIRE

En ocasiones se reciben pliegos de proyectos que especifican el empleo de variadores de frecuencia aún cuando en muchos casos se trata de instalaciones pequeñas (< 7.5 HP).  De ninguna manera la redacción del pliego puede compararse con las numerosas publicaciones y prácticas recomendadas de la industria, incluyendo especificaciones/advertencias especiales tanto para los motores como el régimen de operación y que no aparecen previstas en ningún lado del pliego.  El diseño de torres de enfriamiento de tiro inducido, flujo contracorriente incoporando proporciones apropiadas entre diámetros de ventiladores y sección de celda cumple simultáneamente dos consignas no negociables, la capacidad de dispación solicitada y la combinación electromecánica más apropiada en todo sentido (minimizar mantenimiento, minimizar costos operativos), determinante del éxtio de toda la instalación.  Al igual que en los standards industriales/críticos, el análisis de alternativas debe tener en cuenta todos los items que hacen a la sumatoria económica!!  De otra manera, solamente se están trasladando perjuicios significativos [totalmente evitables] a los usuarios.  

He aquí una sencilla formulación numérica partir de un juego de datos dado/arbitrario (podría no ser una torre de enfriamiento) y los números resultantes simplemente según el diámetro de ventilador empleado.  Las diferencias logrables, características de la especialidad, son extremadamente "tangibles"!!

APLICACION # 3: REFRIGERACION INDUSTRIAL HP per ton

Si las instalaciones de aire acondicionado central y refrigeración industrial operasen bajo las pautas de buena práctica que dieron origen a las distintas especialidades, croncretamente temperaturas de condensación objetivo y actual lo más bajas posibles, la energía ahorrada sería mayor que la potencialmente producida por cualesquiera de las fuentes de energía alternativa actualmente consideradas.  No hemos encontrado a ninguna persona sea sector industrial, HVAC o institucional que negase nuestro aserto!!!

De manera similar al capacity planning ilustrado para instalaciones de aire acondicionado central, es posible establecer cuadros de operación comparativos, especialmente teniendo en cuenta que la instalación de refrigeración industrial típicamente está de servicio 365/7/24, al igual que probablemente la mayoría de las instalaciones industriales.

Sea una instalación "grande" o "chica" el impacto de penalización/sobreconsumo traducido en costos anuales en términos de decenas y centenas de miles de dólares es relativamente pavoroso.  La siguiente planilla muestra los perjuicios que se trasladan al bolsillo del usuario.

   El perjuicio trasladado al usuario es varias veces cualquier monto de suministro/inversión honesta!!

Afortunadamente hoy es posible llevar adelante el capacity planning de cualquier instalación de refrigeración industrial, de manera de eliminar o al menos reducir estos pavorosos costos ocultos.  A la clásica recomendación de la industria, id est procurar trabajar con temperaturas/presión de condensación lo más bajas posibles, puede agregarse la recomendación inequívoca en todo sentido de la conversión/migración extremadamente sencilla de condensadores evaporativos existentes a configuraciones de condensadores (por ejemplo caso y tubo) y torre de enfriamiento.  

Amén de otras múltiples contraindicaciones,  el CAPACITY PLANNING DE UN CONDENSADOR EVAPORATIVO denuncia el terrible DERRUMBE TERMICO al poco tiempo por aumento en el espesor de la película de incrustación (evaporación directa sobre tubos al igual que una caldera de baja). Tan triste como gráfico: 

He aquí el detalle del cálculo, contundente (Nota técnica: es Newton con los coeficientes de diseño de los propios fabricantes originales).

  El perjuicio trasladado al usuario es varias veces cualquier monto de suministro/inversión honesta!!