Eficiencia y Ecología juntas con el programa KAESER CARBÓN CERO

La solución gracias a las nuevas tecnologías

Afortunadamente, este obstáculo fue superado por una nueva tecnología que ingresó al mercado recientemente, en el año 2013 un secador frigorífico equipado con un tipo de masa térmica totalmente diferente: material de cambio de fase (PCM).

Los materiales que cambian de fase pueden almacenar y liberar grandes cantidades de energía si se aprovechan en el punto preciso en el que experimentan un cambio de fase, como entre los estados líquido y sólido. Estos materiales funcionan según el mismo principio por el cual los cubitos de hielo mantienen a una bebida fresca durante un período prolongado en el verano. La temperatura de la bebida se mantiene constante mientras los cubitos de hielo permanezcan derritiéndose en el vaso. Son capaces de absorber una cantidad significativa de calor antes de fundirse por completo; considerar que se requiere la misma cantidad de energía para cambiar hielo sólido con una temperatura de 0 °C a líquido que se necesita para calentar agua de 0 °C a 80 °C. Estas masas térmicas también se conocen como masas térmicas de calor latente debido a su capacidad para almacenar energía térmica de forma prácticamente invisible durante largos periodos con pérdidas mínimas y su capacidad para adaptarse a cualquier ciclo de repetición deseado.

Algunas aplicaciones familiares de esta tecnología incluyen las almohadas térmicas que usan algunos atletas en invierno, así como los paquetes fríos que permiten que los refrigeradores continúen brindando enfriamiento durante los períodos de corte de energía y los elementos de almacenamiento llenos de parafina en los tanques de los sistemas solares térmicos.

Parafina para la estabilidad térmica

Las masas térmicas de calor latente suelen emplear sales especiales o tipos de parafina como medio de almacenamiento, ya que estos materiales pueden absorber grandes cantidades de energía térmica (como el calor de fusión). Cuando se descarga la energía térmica, la masa térmica se solidifica. Durante este proceso, la masa térmica devuelve al ambiente la gran cantidad de calor que había absorbido anteriormente. La temperatura permanece constante durante la transición de un estado de la materia a otro ya que todo el calor que ingresa al sistema se invierte en el cambio de estado.

Solo pensemos en la bebida que se mantiene fría con cubitos de hielo: a presión normal, una mezcla de agua y hielo mantiene una temperatura constante de 0°C. Estos innovadores secadores frigoríficos utilizan el principio análogo de licuar y solidificar con fines de gestión térmica. En un nivel básico, estos secadores funcionan de la siguiente manera: cuando el aire comprimido requiere enfriamiento, a partir de una temperatura inicial de 5°C, por ejemplo, se enciende el compresor de refrigerante. El secador frigorífico primero enfría la parafina a una temperatura de alrededor de 3°C mientras que el aire comprimido se enfría simultáneamente. Durante este período prolongado, la temperatura permanece constante porque la parafina está pasando por un cambio de fase de fluido a sólido. Una vez finalizado este proceso, el material se enfría algo más, hasta unos 2°C.

Mayor capacidad de almacenamiento

Dado que los secadores frigoríficos no pueden utilizar agua como medio debido a su alto factor de expansión (una botella de agua sellada explotará cuando se congela), los nuevos secadores frigoríficos para aire comprimido emplean un sistema a base de parafina. Este material ofrece la doble ventaja de tener un bajo coeficiente de expansión, como así una densidad térmica, un 98% mejor que los materiales utilizados anteriormente como masas térmicas. Esto puede imponer una gama de otros requisitos de diseño en el secador, pero, lo que es mucho más importante, ofrece distintas ventajas.

La mayor densidad de almacenamiento del PCM significó que el intercambiador de calor en el secador frigorífico podría rediseñarse por completo.
Mientras que los primeros secadores frigoríficos utilizaban intercambiadores de calor en espiral de cobre, los primeros secadores de masa térmica se basaban en intercambiadores de calor de placas. Los nuevos secadores frigoríficos, por su parte, funcionan con un intercambiador de calor de aluminio que combina estos dos sistemas diferentes de intercambiadores de calor: un intercambiador de calor aire-aire entre el aire comprimido frío que sale y el aire comprimido caliente que entra, así como otro Intercambiador de calor aire comprimido-PCM.

Además de las ventajas de eficiencia energética, este nuevo diseño de intercambiador de calor dual también ha resultado en un requisito de espacio significativamente menor.

Si bien era importante garantizar la distribución precisa del PCM dentro del intercambiador de calor, los ingenieros de Kaeser también lograron equipar el sistema con un separador de condensados integrado. Esto juega un papel clave para evitar pérdidas de presión al reducir la cantidad de tuberías que requiere el sistema, una característica que también facilita el aislamiento de todo el sistema. Naturalmente, esto mantiene las pérdidas de calor o refrigeración al mínimo absoluto.

Pérdida de presión reducida, menor gasto de energía

Estas ventajas de tamaño son posibles gracias a componentes nuevos y más pequeños, así como a componentes inteligentes.

Diseño actual

Cuando se rediseñó el sistema del intercambiador de calor, todo el sistema de enfriamiento recibió una actualización de diseño junto con el intercambiador de calor de aire.

1. Ahora, un compresor scroll altamente eficiente ha reemplazado al compresor alternativo utilizado anteriormente.
2. El tubo capilar que se usa a menudo en los secadores frigoríficos ha sido reemplazado por una válvula de expansión, un desarrollo que se refleja en muchos otros secadores frigoríficos en la actualidad. En máquinas anteriores, un capilar claramente graduado inyectaba una cantidad específica de refrigerante; sin embargo, este método dio como resultado un llenado deficiente fuera del punto de diseño. Para equilibrar esta desventaja, los capilares requieren mayores cantidades de refrigerante y un mayor rendimiento de los compresores de refrigerante. Las válvulas de expansión evitan por completo esta desventaja porque pueden regular las cantidades dinámicamente, dependiendo de la carga. Como resultado, se requiere significativamente menos refrigerante y los compresores de refrigerante pueden funcionar con un rendimiento mucho menor.
3. El condensador del secador frigorífico se reemplazó por un condensador de micro canales que presenta una estabilidad mecánica excepcional y una eficacia excelente para lograr la transferencia de calor con el aire frío. Esta innovación mejora aún más el rendimiento del secador frigorífico. El volumen total de refrigerante requerido por los sistemas también se ha reducido drásticamente gracias al sistema de dosificación más preciso.

4. Otro logro de ingeniería es el consumo total de energía de estos nuevos secadores frigoríficos, que requieren un 50% menos de energía que los equipos convencionales comparables disponibles en el mercado.

El controlador interno garantiza un rendimiento óptimo

Al igual que otros componentes de cualquier estación de aire comprimido de última generación, los secadores de masa térmica PCM pueden controlarse con eficacia e integrarse en un sistema de aire comprimido. Estos secadores frigoríficos están equipados con un controlador de microprocesador que regula y controla el funcionamiento de la masa térmica al mismo tiempo que ofrece una amplia gama de funciones de análisis y supervisión eficientes.

El sistema también incluye una función de mensaje de servicio, un diagrama P&I y admite la comunicación con los sistemas de control maestro a través de contactos de alarma. Esto facilita la integración de la unidad en un sistema general que implica la supervisión, el control y la coordinación de todo el proceso de producción de aire comprimido.

La conexión de un sistema de control maestro permite analizar, controlar y documentar los datos del secador frigorífico a largo plazo a través de una PC, notebook, Tablet o Smartphone.

Esto hace posible, por ejemplo, realizar una evaluación detallada y a largo plazo de datos clave para documentar la gestión energética de acuerdo con la norma ISO 500001.

Fotos fuente: KAESER Kompressoren.