Cuando se trata de refrigeración industrial, o incluso de refrigeración para aire acondicionado o HVAC, a menudo se lanza el mensaje de que un enfriador adiabático puede sustituir a una torre de refrigeración evaporativa en función y rendimiento.
Aclaremos esta afirmación:
1. Refrigeración adiabática y evaporativa: conceptos
A fin de responder objetivamente a las siguientes preguntas, revisemos el principio de funcionamiento de los dos sistemas de refrigeración examinados, que son totalmente diferentes entre sí:
- REFRIGERADOR ADIABÁTICO. Aprovecha el calor sensible, el principio según el cual dos cuerpos a diferentes temperaturas y en contacto (el aire y la batería aleteada), intercambian calor produciendo una disminución de la diferencia de temperatura inicial entre ambos. La entidad final de esta diferencia depende de cuánta superficie del serpentín aleteado entra en contacto con el aire. También hay que considerar la masa y temperatura del aire que depende de la eficiencia del sistema de humidificación utilizado.
- TORRE EVAPORATIVA. Aprovecha el calor latente, el principio por el que el cambio de fase de un fluido (el agua a enfriar que en parte se evapora) elimina la energía en forma de calor del fluido restante. Concretamente, el «calor latente de evaporación» es la energía máxima correspondiente al paso de un fluido (agua) al estado vapor.
De lo anterior se desprende un aspecto fundamental que diferencia a los dos sistemas. El verdadero «discriminante» a la hora de dirigir la elección entre una torre de refrigeración evaporativa o un refrigerador adiabático es el consumo de agua.
Refrigeración adiabática
En el sistema adiabático el agua se utiliza sólo para enfriar el aire que invierte el serpentín aleteado, enfriándolo directamente. Su consumo no está relacionado con la cantidad de calor a disipar sino con la eficiencia del sistema de humidificación en relación con la masa de aire que pasa a través de él.
Además, en el sistema adiabático esta necesidad se produce exclusivamente en los días más calurosos del período estival, limitando así el uso del agua a cuando sea estrictamente necesario.
También es importante prestar atención a la forma en que se gestiona el agua utilizada para humedecer el aire. Hay sistemas que utilizan agua atomizada a través de boquillas con bombas a muy alta presión, sistemas que utilizan agua desechable distribuida en paquetes de humidificadores de celulosa impregnados y sistemas que humedecen intermitentemente paquetes de PVC y recuperan el agua.
En la economía de gestión de este punto, las implicaciones de la ingeniería de plantas y los costes resultantes deben ser evaluados cuidadosamente.
Refrigeración evaporativa
En el sistema evaporativo, el consumo de agua es casi constante a lo largo del año. Está estrechamente relacionado con la cantidad de calor que se disipa a razón de aproximadamente 1 litro por 600 Kcal.
El consumo de agua plantea diversos problemas que pueden influir en la elección. Hay que tener en cuenta también los costes relacionados con el tratamiento del agua de reposición, la formación de molestos ( e inofensivos) penachos de vapor en la estación fría o la posible formación de hielo. Sobre todo son importantes las posibles repercusiones sanitarias e higiénicas que la presencia de agua conlleva en las instalaciones de fontanería e industriales.
En conclusión, cada sistema tiene sus aspectos a favor y en contra. Es esencial examinar las necesidades objetivas del cliente en su conjunto, para poder proponer la solución técnica que mejor se adapte a sus necesidades.
2. ¿Puede un enfriador adiabático reemplazar siempre a una torre de refrigeración evaporativa?
Depende de una serie de factores que deben ser evaluados cuidadosamente, dos de ellos principalmente:
- POTENCIAL TÉRMICO A DISIPAR. En principio, para potencias unitarias de hasta 1 MW y con algunas «distinciones» relacionadas con el rendimiento, ambos sistemas pueden proponerse uno como alternativa al otro. Las potencias superiores implicarían máquinas de mayor tamaño, o más máquinas, para hacer que el sistema adiabático no fuera económico.
- TEMPERATURA REQUERIDA PARA EL FLUIDO DE SALIDA. En los refrigeradores adiabáticos el enfriamiento forzado del aire se lleva a cabo por medio de la inyección de agua. La eficacia del sistema de humidificación condiciona en gran medida el límite inferior alcanzado por el fluido. Este límite difícilmente puede igualar al de una torre de refrigeración evaporativa, a menos que se utilicen superficies de intercambio considerables.
Por lo tanto no siempre se podrá proponer de manera indiscriminada un sistema adiabático en lugar de uno evaporativo. Hay límites en términos de capacidad y rendimiento térmico que deben tenerse debidamente en cuenta.
3. ¿Un enfriador adiabático tiene la misma eficiencia que una torre de refrigeración evaporativa?
La eficiencia de un sistema adiabático está estrechamente vinculada al sistema de humidificación del aire y a la forma en que se utilice. Hay que considerar que depende de la velocidad con la que el aire pasa a través del sistema de humidificación. Tambien que el intercambio de aire sensible al aire es menos eficiente que el intercambio de aire húmedo latente. Está claro que un enfriador adiabático no puede sustituir a una torre de refrigeración evaporativa en las mismas condiciones de eficiencia.
Para aumentar el rendimiento del sistema de humidificación es necesario reducir la velocidad del aire. Si se aumenta la velocidad del aire, se reduce la eficiencia de la humidificación y se incrementa exponencialmente las caídas de presión en el lado del aire.
Por lo contrario, en las torres de refrigeración el volumen de aire movido a través del relleno determina la eficiencia del sistema (a mayor velocidad, mayor rendimiento). No tiene tanta incidencia la temperatura que antes bien, permite un acercamiento menor cuanto mayor sea la temperatura de bulbo húmedo.
4. ¿Puede un equipo de refrigeración adiabático garantizar el mismo rendimiento que una torre evaporativa, en términos de temperaturas alcanzables?
Ambos sistemas de diferente naturaleza funcional y diseño tienen sus propias condiciones óptimas de funcionamiento que no pueden superponerse.
Por lo que pedir a un sistema de aire, aunque sea adiabático, que funcione en las mismas condiciones que un sistema evaporativo es una restricción conceptual no indiferente.
5. No son equiparables los refrigeradores adiabáticos a las torres de refrigeración evaporativa
Un consultor en refrigeración es capaz de proponer la mejor solución según la necesidad real.
Los sistemas adiabáticos deben entenderse como «complementarios» a los sistemas evaporativos y no como alternativos a ellos en sentido estricto.