Una alternativa para el ahorro de energía

El enfriamiento evaporativo

Manuel Lamúa, asesor técnico de Aefyt e investigador del Ictan09/05/2013
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El principio de refrigeración evaporativa, aplicado entre otros en las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos, desempeña un papel fundamental en la industria moderna, que también exige eficiencia energética. En este sentido, estos equipos se han situado del lado del ahorro energético que exige la sociedad.
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El principio del enfriamiento evaporativo es un proceso natural que utiliza el agua como refrigerante y que se aplica para la transmisión a la atmósfera del calor excedente de diferentes procesos y máquinas térmicas. En este principio se basa el funcionamiento de equipos como las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos, frecuentemente utilizados para la condensación del gas refrigerante en las instalaciones frigoríficas.

En estas instalaciones, los equipos de enfriamiento evaporativo liberan el calor de condensación de las máquinas frigoríficas transfiriéndolo a la atmósfera mediante la evaporación de una reducida cantidad de agua. Este proceso se hace efectivo gracias al establecimiento de un estrecho contacto entre el agua en circulación y una corriente de aire en un intercambiador de calor.

El valor añadido de un sistema que se resume en las palabras natural, sencillo, limpio, seguro y económico abarca dos grandes áreas, la medioambiental, vinculada con la eficiencia energética, y la económica.

El enfriamiento evaporativo utilizado en las instalaciones frigoríficas y de aire acondicionado con condensación por agua, es una tecnología que contribuye a la reducción del efecto invernadero al limitar las emisiones de CO2 indirectas gracias al ahorro de energía eléctrica consumida y directas debidas al menor riesgo de fugas de gases refrigerantes al trabajar las instalaciones con presiones relativamente más reducidas.

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Esta reducción del consumo energético y de las fugas de gas se consigue por los motivos siguientes:

  • Eficiencia del proceso: cuanto mayor es la eficiencia del proceso industrial, menor es la cantidad de energía que se pierde y más fácil es deshacerse del calor residual.
  • Seguridad: la refrigeración evaporativa es un sistema de enfriamiento apropiado para ser incorporado a los sistemas indirectos. La posibilidad de conseguir temperaturas de enfriamiento de agua en nuestra zona climática de hasta +25°C o inferiores, permite el empleo de intercambiadores de calor intermedios, lo que significa que el fluido procesado puede enfriarse en circuito cerrado hasta 30 °C o menos. En comparación, con los equipos de enfriamiento de agua enfriados por aire, que dependen de la temperatura ambiente de bulbo seco, las temperaturas mínimas que pueden lograrse son muy superiores y pueden llegar hasta los 50 °C. En muchos casos, estas temperaturas son tan elevadas que el proceso es inviable o con un rendimiento bajo, necesitando mayor cantidad de energía para la evacuación de calor.

En comparación con las necesidades del proceso industrial, la energía utilizada para la evacuación de calor o la refrigeración del equipo es baja.

Tanto por su aplicación como por su diseño los equipos de enfriamiento evaporativo ahorran energía. En primer lugar, las temperaturas más bajas de enfriamiento de agua aseguran un funcionamiento óptimo del proceso y reducen el consumo de energía; en segundo lugar, el equipo es altamente eficaz energéticamente debido al uso de transferencia de calor latente de evaporación. Esta transferencia permite la eliminación de una cantidad superior de calor a la lograda con el uso de una transferencia tradicional de calor sensible, es decir, requiere un caudal de aire hasta cuatro veces menor que el que necesita un proceso de enfriamiento por aire.

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Con esta tecnología la condensación de las instalaciones frigoríficas y de las de aire acondicionado cabe realizarla a una temperatura adecuada para que la presión en el sector de alta del circuito frigorífico sea muy inferior y que, por consiguiente, disminuye el riesgo de fugas de refrigerante y el consiguiente impacto potencial directo. Por otra parte, al disminuir la temperatura de condensación, el consumo de la energía eléctrica necesaria para hacer funcionar una máquina frigorífica, con idénticas prestaciones que la condensada por aire, puede reducirse del 20 al 80%, e incluso más.

Además, como se necesita aproximadamente una cuarta parte de aire, en comparación con un equipo de enfriamiento por aire, el consumo de energía de motores de ventiladores es muy inferior.

Resulta evidente que al producirse un menor consumo de energía también es menor el efecto invernadero indirecto producido por la central térmica encargada de generar dicha energía. En consecuencia, con estos equipos se consigue un coste menor por derechos de emisión de CO2. Téngase en cuenta que 1 kWh de energía eléctrica consumida procedente de centrales térmicas puede suponer, si se utiliza carbón, cerca de 1 kilo de CO2 emitido a la atmósfera; En el caso de una central de ciclo combinado producir 1 kWh serían 0,4 kilos de CO2 emitidos a la atmósfera.

Por último, se producen menos pérdidas energéticas en el transporte de esa menor energía necesaria desde la central generadora hasta el punto de consumo.

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Tabla 1: Comparación de consumos energéticos (kW) en una instalación aire acondicionado típica (cap. frigorífica = 1.200 kW).

1. Bomba de agua sistema Fancoils

2. Bomba del circuito de recuperación de agua

Enfriadora condensando por agua resulta de un 33,3% a un 37% más eficiente que los procedimientos que condensan por aire (véanse columnas 1 y 2 de la tabla 1).

Condensador evaporativo resulta de un 43 al 46% más eficiente que cuando se condensa por aire (véanse columnas 1 y 2 de la tabla 1).

La hipotética sustitución de la condensación por agua por la condensación por aire supone incrementar el gasto energético del 20 al 80% o más para producir el mismo frío (veáse tabla 1); puesto que la temperatura de condensación aumenta en un intervalo que oscila entre 6 y 18 K. A nivel macroeconómico, estas cifras inciden en el desequilibrio de la balanza comercial exterior producido por la dependencia en España de combustibles foráneos y un grave impacto medioambiental causado por las emisiones de CO2 que los acuerdos internacionales obligan a reducir. Extremo, éste último, que revierte una especial gravedad si se tiene en cuenta que se produce en un momento en que el protocolo de Kyoto exige limitar las emisiones a la atmósfera de gases contaminantes y que España lidera el grupo de los países europeos con peores índices en este sentido.

El hecho de que una instalación frigorífica condense a una temperatura más alta implica:

  • Presiones de condensación más elevadas, lo cual acarrea un mayor riesgo de fugas del refrigerante de la instalación y el consiguiente impacto ambiental, o efecto invernadero directo.
  • Incremento del coste de producción en la industria, con la consiguiente disminución de la competitividad de las empresas frente a otros proveedores sujetos a legislaciones menos restrictivas.
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Al aumentar la temperatura de condensación, disminuye la producción frigorífica de una instalación. Esto quiere decir que, para producir el mismo efecto frigorífico, se necesita:

  • Un compresor mayor, más caro
  • Un motor eléctrico de accionamiento mayor, más caro
  • Un condensador mayor, más caro
  • Un condensador con más ventiladores, más ruido, más coste de insonorización
  • Mayor consumo de agua en origen: para producir 1 kWh se consume como media 100 litros de agua
  • Mayor consumo energético
  • Mayor impacto ambiental por necesitarse más instalaciones generadoras de electricidad, las cuales emiten más CO2 a la atmósfera. Mayores costes por emisiones de CO2
  • Mayores pérdidas de energía en transportar esa mayor energía eléctrica demandada desde la central generadora hasta el punto donde se encuentra el equipo receptor
  • Mayor valor absoluto de las puntas de demanda de energía eléctrica, lo que supone nuevas inversiones en centrales generadoras (2.839 MW<>3 nucleares/7 de ciclo combinado) y en líneas de distribución.

A modo de ejemplo sobre el ahorro energético que suponen los equipos de refrigeración evaporativa, cabe decir que sustituir las torres y condensadores evaporativos de las instalaciones de refrigeración y aire acondicionado existentes en España por aerorefrigeradores y condensadores enfriados por aire supondría incrementar la potencia eléctrica generada necesaria en aproximadamente 2.839 MW, lo cual equivale a construir, para asumir tal incremento, 3 centrales nucleares de tipo medio o 7 centrales térmicas de ciclo combinado. Hecho que, sin duda, agravaría los ya serios problemas de suministro eléctrico que tiene España (véase tabla 2).

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Tabla 2: Impactos ambientales estimados

En el caso de que las torres de refrigeración y condensadores evaporativos, utilizados actualmente en los circuitos de condensación de las instalaciones de refrigeración y aire acondicionado existentes en España, fueron sustituidos por aerorefrigerasdores y condensadores enfriados por aire.

Sobre el Grupo de Fabricantes de Torres de Refrigeración de Aefyt

El Grupo de Fabricantes de Torres de Refrigeración de la Asociación de Empresas del Frío y sus Tecnologías (Aefyt) está formado por algunos de los principales fabricantes de equipos de refrigeración evaporativa de España, que representan más del 80% de la fabricación en nuestro país. Se trata de compañías comprometidas con el desarrollo de una tecnología de refrigeración evaporativa segura, beneficiosa para el medio ambiente y que contribuye al ahorro energético. Entre las actividades del grupo destaca la difusión de los beneficios de la refrigeración evaporativa y la colaboración con las autoridades nacionales y autonómicas en la formación de un parque de torres de refrigeración modernas y seguras, así como con el resto de interlocutores implicados en su mantenimiento e instalación.

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