Por Ángel Rey
El uso del calor latente de cambio de estado en la producción frigorífica, es la propiedad comúnmente utilizada en los sistemas de frío. De entre los refrigerantes inorgánicos el agua es el conocido como R-718 según la denominación simbólica numérica.
Como es sabido el cambio de estado físico (solido, líquido o gas) a presión constante, depende de la absorción o desprendimiento de calor para poderse producirse. Cuando la sustancia cambia de estado es el agua pura, la energía puesta en juego en dicho cambio es: 80 kcal /k. para la fusión (cambio de hielo a agua), o 597 kcal/k. en el caso de la evaporación.
Este último efecto es uno de los utilizan los animales de forma natural para poder perder el calor generado en su metabolismo cuando la diferencia entre su temperatura corporal y el ambiente no es suficiente para eliminar el calor producido
A nivel industrial su uso queda restringido a sistemas de flujo abierto sin recuperación de vapores, sin aporte de energía: Torres de enfriamiento Instalaciones de absorción para aplicaciones de alta temperatura Por el contrario en instalaciones ganaderas, este será el método a utilizar el 99% de las ocasiones. La producción de frío industrial se realiza mediante maquinas térmicas de compresión mecánica, o de absorción de vapor.
Su eficiencia y coste se adecuan muy bien a la climatización de locales con renovaciones de aire de escasa entidad, y con recirculación y mezcla del aire exterior e interior. No existen grades cargas de calor latente lo cual permite tasa de recirculación elevada.
No es el caso de las naves ganaderas. Si bien en ciertos locales con baja carga y exigencias muy elevadas (centros de inseminación, p.ej.) puede ser una tecnología adecuada para el tratamiento del aire.
En general no es la tecnología a adoptar en nuestras explotaciones. En el caso de las granjas, el control de la temperatura del aire entrante (flujo sin recirculación y grandes caudales) se adapta mejor por cuestiones económicas de consumo eléctrico a la tecnología de las torres de refrigeración adiabática.
TIPOLOGÍAS DE LA REFREGERACION ADIABÁTICA
La refrigeración necesariamente se combina con la ventilación existente en la nave. Por tanto los sistemas de refrigeración serán para ventilación por sobrepresión, o para sistemas de ventilación por depresión. Estos últimos son los habituales. Hay básicamente dos sistemas de aporte de humedad al flujo de aire de ventilación:
En el mercado existen toda una gama de tipologías, desde nebulización con difusores de alta presión (100-150 atm) hasta sistemas que consiguen un tamaño de gota aceptable con 4- 6 atm. de presión. También existen en el mercado otros sistemas de producción de nieblas por ultrasonidos para su utilización en interiores.
Cuando el aporte se hace dentro de la nave, el control de la % HR debe ser lo suficientemente eficiente para que el sistema no nos genere más problemas de los que tratamos de resolver.
SISTEMAS DE PANELES DE COOLING
Son los sistemas más sencillos de manejar y que menos problemas acarrea un control deficiente de la regulación de su funcionamiento. En este artículo nos centraremos en los sistemas con paneles por ser los más sencillos de manejar y construir.
Además son el equipo habitual de la mayoría de las granjas en nuestros climas, y su eficiencia es excelente si su dimensionamiento y control es el adecuado.
FUNDAMENTOS SICROMÉTRICOS DATOS DE DISEÑO
La temperatura seca mínima que se puede alcanzar aumentando la humedad específica del aire de entrada, es la temperatura del bulbo húmedo del flujo de aire. Lo normal será un rango de 3- 4ºC superior a la citada temperatura, ya que las condiciones de salida no deben superar el 65-70% de humedad relativa.
EJEMPLO 1
Desde de cualquier diagrama psicométrico, siguiendo la línea de entalpia constante, en función del % humedad relativa del aire a tratar y % humedad conseguida tras el tratamiento, podemos determinar la temperatura seca correspondiente, consumo de especifico de agua y dado el caudal a renovar el calor latente extraído de la nave.
Supongamos una nave ganadera, con una carga de animales determinada en la que renovamos un caudal de aire de 48.000m3
Ejemplo 1. Diagrama de Carrier
Desde el gráfico podemos ver los valores de la maniobra efectuada. El resultado para toda la nave es:
PARÁMETROS BÁSICOS DE DISEÑO
DATOS PRÁCTICOS
A falta de datos más concretos podemos estimar los siguientes:
EJEMPLO 2
¿Qué necesidades podemos estimar para una nave que tiene una carga de animales de 11.000 kilos, Zona la Mancha, nivel de aislamiento bueno?
¿Y exposición al sol: bien orientada, no entra calor a través de ventanas y paredes?
- Capacidad de renovación a tratar por el cooling 11.000 x 5=55.000 m3/h
- m2 de panel necesarios Mínimo: 55g.000/(3.600*1.5) = 10,1 m2 Óptimo: 55.000/3.600 = 153 m2
- La previsión de consumo de agua (en la refrigeración) en días muy secos: 10 horas de calor/día Consumo día = 10*7.5*55 = 4.125 litros/día
Si el espesor del panel, o el tipo de relleno exige menor velocidad de paso del aire para alcanzar un rendimiento adecuado, habrá que corregir las cifras anteriores que están calculadas para velocidades de paso de 1.5 y 1 m/s respectivamente
COMPONENTES BÁSICOS DE UNA INSTALACIÓN DE COOLING
Un equipo o instalación de cooling consta de un panel de humidificación, que mantenemos totalmente mojado con un riego permanente de agua, a través del que hacemos pasar el aire de la ventilación. A la salida del panel el aire debe contener un grado de humedad próximo a la saturación (siempre que la velocidad de paso se encuentre en los valores que recomienda el fabricante del panel).
El movimiento del aire a través del panel se consigue con los equipos de ventilación de la nave. Cabe por tanto distinguir dos tipo instalaciones:
- NAVES EN DEPRESIÓN En los ventiladores utilizados son los de la ventilación de la nave.
- EQUIPOS DE SOBREPRESIÓN Suele montarse en equipos autónomos, son salida directa reparto con vaina o canal de distribución a lo largo de la nave.
En cualquiera de los dos casos los componentes básicos de la instalación se recogen en el siguiente esquema. Comentaremos muy brevemente algún aspecto de alguno de ellos, ya que todos ellos son elementos sobradamente conocidos.
Materiales de panel o rellenos
El material usualmente utilizado en paneles de granja son los cartones de celulosa. Cada fabricante dispone los canales de circulación del aire con diferentes ángulos de inclinación. Es importante reseñar que los diseños no simétricos tienen un sentido de entrada y salida de aire. Si se colocan al revés no funcionaran al 100 %.
El segundo comentario es referente al espesor, Los más comunes son de 10 cm. (en el caso der otros materiales de relleno esta dimensión suele ser mayor). Pero también los hay de 5 cm. El espesor condiciona la superficie efectiva necesaria de panel. Debemos tener presente la recomendación del fabricante, ya que la velocidad de paso del aire, junto al recorrido por los canales de entrada y el tiempo de contacto aire agua a su paso por el panel dan como resultado la eficiencia del equipo.
La altura del panel. Los hay de 1 m, 1.5 m incluso de 2 m de altura. El panel de celulosa se corta fácilmente, pudiéndose adaptar así a cualquier altura de carcasa que tengamos.
En este punto hay que tener en cuenta que si la altura es muy pequeña p ej.: menos 50 cm. el reparto de agua en los primeros cm de panel se verá muy condicionado a disponer de un canalizador o una buena distribución de agujeros en la red de riego. De lo contrario estaremos creando canales preferenciales de aire sin aporte suficiente de agua.
Respecto a otros materiales utilizados en paneles y rellenos.
Los derivados de plásticos también se utilizan ampliamente en equipos de cooling y torres de refrigeración. Sus dimensiones y velocidades recomendadas de paso de aire son el dato imprescindible que debe aportar el fabricante.
Filtros de viruta, y otros materiales.
Pueden también ser muy eficientes siempre que se mantenga su estabilidad dimensional. Es decir evitar canales preferenciales de aire sin tratar, y adecuar la velocidad del aire al espesor y diseño del panel.
Red de agua
Solamente dos aspectos:
- La limpieza y filtrado de impurezas
- El dimensionado de caudales y alturas de seguridad para el depósito regulador.
Cuando toda la instalación de paneles confluye a un depósito regulador en el dimensionado de este y de la bomba de impulsión hay que tener en cuenta el retorno tras la parada de la bomba, y el caudal punta necesario en la bomba.
El efecto filtro lavador es a tener en cuenta en ubicaciones polvorientas o con ambientes con elevada carga de elementos en suspensión.
En estos casos será preferible sobredimensionar los caudales circulantes por los paneles, y aumentar la regularidad con que se purga y limpia el agua del circuito.
Entradas de aire
Es claro que no tienen por qué coincidir las superficies de entrada de paneles (dependen de la velocidad de paso en función del panel elegido) con las entradas de aire en la nave. Estas últimas serán función de las dimensiones de la nave, su sección y tipología interior. Aunque riesgo de resultar repetitivo comentar que cuando se usan los equipos de refrigeración, el aire de la nave solo debe entrar a través de los equipos de cooling, y por tanto su reparto interior ser realizará mediante la colocación estratégica de los equipos.
El caudal a renovar con aire limpio en condiciones de temperatura superior a la óptima, podemos situarlo en 5 m3/ KPV. Será suficiente para poder extraer la humedad (calor latente) que producen los animales. Hay que tener en cuenta que a mayor humedad en el aire entrante, mayor es el ratio requerido para absorber el calor latente generado por los animales y deyecciones. Conceptualmente la refrigeración en condiciones de granja se sustancia en tres fases a medida que va aumentando la temperatura en el interior de local:
EXTRACCIÓN DEL CALOR PRODUCIDO POR ANIMALES
Ventilamos con aire sin tratar, mediante el aumento del ratio de ventilación, hasta el límite de caudales máximos que se establezcan. En la práctica se establece un caudal máximo de ventilación. Ya que al aproximarse la temperatura de entrada a la temperatura optima a conseguir, el caudal a renovar aumenta exponencialmente hasta el infinito. (De momento el infinito lo dejamos para mejor ocasión y fijamos un máximo en 5 m3/KPV para esta etapa). Si no es suficientes pasamos a la fase 2
EXTRACCIÓN MÁXIMA CON TRATAMIENTO DEL AIRE DE ENTRADA
Para disminuir su temperatura. A partir de una temperatura de consigna, ponemos en marcha el sistema de refrigeración que a caudal máximo de renovación enfría el aire de entrada. La eficacia de la refrigeración en esta fase depende del buen dimensionado de los equipos de cooling, así como de la baja humedad relativa del aire a refrigerar.
ALARMA DE ALTA TEMPERATURA
Alta temperatura por insuficiencia de panel de refrigeración: En este caso es mejor reducir el caudal que pasa por el panel para que descienda la velocidad de paso y baje la temperatura del aire tratado (caso de poniente con temperaturas muy altas y baja humedad. Es frecuente en los climas muy continentales).
Elevada entalpía del aire entrante (aire caliente y húmedo): es necesario aumentar la velocidad a nivel del animal, y tomar medidas adiciones y /o medicación para estrés térmico. (Este caso afortunadamente es difícil de encontrar, aunque puede darse en zonas de costa, con sistemas de nebulización dentro de la nave, sin un control eficiente de la humedad relativa.)
EL MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES Y PANELES
Suele ser una medida sensata seguir las recomendaciones del fabricante, no obstante podemos hacer una lista de obviedades:
a) La red AIRE de ventilación: Por supuesto todo el aire que entre en la explotación debe hacerlo a través de los paneles de cooling, de lo contrario estamos mezclando aire caliente del exterior con el aire tratado. Disminuyendo o anulando el efecto del sistema de refrigeración. No es una parte del sistema de cooling pero los huecos en paramentos exteriores, cierre de ventanas, salidas de fosa, etc. no deben aportar aire sin tratar.
b) El agua del circuito: (mantenimiento: con la frecuencia que requiera la instalación). Agua debe mantenerse siempre limpia y desinfectada. Visualmente debe ser transparente y sin materiales disuelto. Esto evitara el deterioro y colmatación de red de distribución y paneles.
c) El depósito regulador: purgado y limpieza con regularidad. (ídem punto anterior).
d) Los paneles y red de reparto de agua: Anualmente antes de la temporada de verano
Limpieza cara exterior, descalcificación mediante recirculación de ácido si el material utilizado en adhesivos lo permite. Y sustitución de los paneles excesivamente colmatados. Reparación huecos, y canales preferentes (en el momento en que se detecte alguno).