El diseño de instalaciones térmicas se ha basado tradicionalmente en criterios prescriptivos y prestacionales. Debido a los cambios en la coyuntura económica y energética de los últimos años, los aspectos de seguridad, funcionalidad y confort han pasado a complementarse con criterios de ahorro y eficiencia energética. Esta necesidad de optimización de las instalaciones evaluando su ciclo de vida completo ha estimulado la consideración de nuevas alternativas a los diseños tradicionales. En este sentido, la utilización de aerorefrigeradores o dry-coolers como elemento de disipación de calor alternativo a la compresión mecánica está encontrando nuevas aplicaciones.

En instalaciones de confort, aunque la utilización de dry-coolers como sistema de free-cooling indirecto es prescriptiva según la IT 1.2.4.5.1.3 del RITE, las temperaturas de operación y las condiciones exteriores habituales limitan notablemente su aplicación. Su uso queda reducido básicamente a ser foco auxiliar de disipación de calor en plantas enfriadoras condensadas por agua cuando el foco principal no presenta demanda térmica. Tal es el caso de piscinas cubiertas climatizadas en verano o de hoteles cuando la necesidad de producción de ACS está cubierta.

Aunque en numerosas aplicaciones industriales el empleo de aerorefrigeradores permite cubrir total o parcialmente las necesidades de enfriamiento de procesos con mayor eficiencia energética que sistemas tradicionales, en numerosos casos no se han instalado, detectándose como medida de mejora a posteriori a través de auditorías energéticas.

El objeto del presente artículo es describir aspectos básicos de los dry-coolers e ilustrar, a través del análisis de un caso práctico, ciertos condicionantes de diseño, así como las ventajas energéticas y económicas obtenidas por el empleo de estos equipos en instalaciones industriales y terciarias.

Generalidades sobre aerorefrigeradores

Los aerorefrigeradores son básicamente intercambiadores de flujo cruzado formados por baterías refrigeradas por una corriente de aire forzada mediante ventiladores axiales. El fluido caloportador que circula por el interior de la batería cede calor al aire ambiente por intercambio sensible.

Por su geometría podemos encontrarnos aeros horizontales o en “V”. Estos últimos permiten aumentar la superficie de intercambio en relación con la huella ocupada por el equipo, adaptándose mejor en proyectos donde el espacio sea un factor limitante, o donde las potencias a disipar sean elevadas (Figura 1).

Figura 1: Aerorefrigeradores horizontales y en V

El control de capacidad para adecuar la potencia disipada a la demanda del proceso se realiza variando el caudal de aire que atraviesa la batería por diferentes métodos:

• Accionando/parando etapas de ventilación
• Regulación de velocidad de motores AC con variador de frecuencia
• Regulación de velocidad de motores EC

Las baterías de los aeros pueden incorporar sistemas de nebulización para enfriamiento adiabático del aire. De esta forma el equipo pasa a intercambiar con temperaturas inferiores a la temperatura seca del aire, consiguiéndose las siguientes ventajas:

• Para un equipo dado, amplía el rango de temperaturas de operación, pudiendo llegar a cubrir el 100% de las condiciones de funcionamiento y haciendo innecesario el uso de plantas enfriadoras
• Mayor dT entre el aire y el fluido calorportador amplía la capacidad del equipo, pudiendo funcionar para una potencia dada con menor caudal de aire y, por tanto, menor consumo en ventiladores y menor presión sonora
• En el dimensionado del equipo mayor dT implica menor superficie de intercambio necesaria, permitiendo seleccionar equipos más pequeños y económicos

Los sistemas adiabáticos obligan a considerar ciertas precauciones en su diseño para que el funcionamiento sea el deseado y la durabilidad del equipo no se vea comprometida. Su correcta ejecución pasa por el empleo de sistemas nebulización de alta presión, que permitan la evaporación del agua y el consiguiente enfriamiento del aire, no mojando la batería ni los componentes eléctricos/electrónicos. Es importante además utilizar agua de alta calidad química (no incrustante ni corrosiva) y biológica (libre de microorganismos como Legionella).

Los sistemas diseñados por el fabricante del equipo (Figura 2) tienen en cuenta todos los aspectos anteriormente citados, incorporando incluso los sistemas de tratamiento físico-químico del agua. Sin embargo, no es extraño encontrar instalados sistemas diseñados por el propio usuario donde no se han tenido en cuenta las consideraciones anteriores, originándose alguno de los siguientes problemas:

• Formación de incrustaciones en la batería, reduciéndose por una parte el paso de aire, y por otro la capacidad de disipación de calor
• Corrosión de la batería, provocando reducción de la vida útil de este componente
• Proyección de agua sobre componentes eléctricos y electrónicos con IP inadecuado
• Gasto excesivo de agua por diseño incorrecto de la nebulización
• Posibles riesgos sanitarios por desarrollo de Legionella

Todo ello, además de reducir la capacidad operativa y la eficiencia de la unidad, puede provocar problemas de seguridad y fiabilidad, así como averías, reduciendo la vida útil del equipo.

Figura 2: Esquema proceso con aerorefrigerador adiabático

Caso de estudio: refrigeración de equipo de proceso en industria metalúrgica

Mediante auditoría energética se detecta la posibilidad de reducción del consumo eléctrico en el proceso de disipación de calor del circuito oleohidraulico de un equipo de extrusión de aluminio. Para ello se plantea la instalación de un aerorefrigerador en paralelo con la enfriadora existente de forma que el control determine, en función de las condiciones exteriores, qué equipo debe disipar el calor bajo la premisa de minimizar coste energético.

La instalación planteada es de tipo indirecto, empleando agua como fluido calorportador, que intercambia calor a través de un serpentín con el aceite de proceso (Figura 3).