Base de conocimiento
Un radiador o aerorrefrigerador (dry cooler) se vende por su capacidad de refrigeración en kilovatios, y esa cifra es la más malinterpretada del sector, porque no significa nada sin las condiciones para las que se calculó. Esta guía explica la aritmética que hay detrás - el balance térmico en el lado del líquido, en el lado del aire y a través de la batería - y las tres o cuatro cifras que deben acompañar a una capacidad para que sea comparable.
El lado del líquido: caudal, calor específico, diferencia de temperatura
El calor que cede un líquido es su caudal másico por su calor específico por la caída de temperatura. Para el agua, eso es aproximadamente 1,16 kW por cada metro cúbico por hora enfriado un kelvin: un caudal de 100 m³/h enfriado de 90 a 82 °C disipa unos 930 kW. Una mezcla de glicol tiene un calor específico menor y una densidad mayor; con un 50 % de etilenglicol la cifra es de en torno a 1,0 kW por m³/h y kelvin, de modo que el mismo caudal y las mismas temperaturas disipan un 15 % menos de calor - o, dicho al revés, el mismo calor necesita una mayor caída de temperatura o más caudal.
La hoja de datos del motor fija dos de las tres: el caudal y el calor. La caída de temperatura se deduce, y el radiador tiene que proporcionarla a la temperatura de entrada indicada.
El lado del aire: caudal másico y aumento de temperatura
El mismo calor llega al aire: caudal másico de aire por su calor específico por su aumento de temperatura. El aire transporta en torno a 0,34 W por metro cúbico por hora y kelvin a nivel del mar y 20 °C, menos cuando está caliente o enrarecido; disipar 930 kW con un aumento de temperatura del aire de 15 K requiere aproximadamente 180.000 m³/h. Por eso los radiadores son grandes y por eso la altitud - un 10 % menos de densidad por cada 1.000 m - y la temperatura ambiente de diseño cambian el caudal de aire que deben suministrar los ventiladores.
A través de la batería: aproximación y diferencia inicial de temperatura
La batería lleva el calor del líquido al aire a través de su superficie, impulsada por la diferencia de temperatura entre ambos. Dos cifras describen lo exigente que es. La diferencia inicial de temperatura (ITD) es la entrada del líquido menos la entrada del aire: refrigerante a 90 °C con 40 °C de ambiente da 50 K, el mismo refrigerante con 50 °C de ambiente da 40 K - una quinta parte menos de fuerza impulsora y, aproximadamente, una quinta parte más de superficie para el mismo calor. La aproximación es la salida del líquido menos la entrada del aire: cuanto menor es, mayor es la batería, y un aerorrefrigerador (dry cooler) no puede hacerla cero.
Para una batería dada, la capacidad es casi proporcional a la ITD, que es la forma más rápida de ver qué efecto tiene un cambio de temperatura ambiente: una unidad de 500 kW a 40 °C de ambiente con refrigerante a 90 °C tiene en torno a 400 kW a 50 °C.
Por qué una capacidad necesita sus condiciones
El mismo radiador es una unidad de 500 kW con un conjunto de condiciones y una unidad de 400 kW con otro. Por tanto, una capacidad solo está completa con las temperaturas de entrada y salida del líquido, el caudal, el porcentaje de glicol, la temperatura de entrada del aire y la altitud - y, para comparaciones exactas, la base de humedad. Dos ofertas solo se comparan después de llevarlas a las mismas condiciones; una oferta más barata a una temperatura ambiente menor es una oferta para otro emplazamiento. TECS imprime todas estas condiciones en la hoja de datos junto a la capacidad requerida y la calculada, de modo que cualquiera con la hoja de datos del motor en la mano pueda comprobar la cifra.
En resumen
- Agua: unos 1,16 kW por m³/h y kelvin; glicol al 50 % unos 1,0
- Aire: unos 0,34 W por m³/h y kelvin a nivel del mar y 20 °C
- La ITD impulsa la batería; una temperatura ambiente más alta significa menos ITD y más superficie
- La aproximación es el límite que un aerorrefrigerador (dry cooler) no puede superar
- Una capacidad solo está completa con sus temperaturas, caudal, glicol, temperatura ambiente y altitud
- TECS las indica todas en la hoja de datos junto a la capacidad requerida y la calculada
Qué incluir en la consulta
- Calor a disipar, o el caudal y las temperaturas que lo definen
- Líquido: agua o la mezcla de glicol y su porcentaje
- Temperatura de entrada del aire de diseño y altitud
- Temperatura de salida del líquido requerida o la aproximación admitida
- Límite de pérdida de carga en el lado del líquido
- Emplazamiento, límite de ruido y espacio, para el diseño que sigue
Preguntas frecuentes
¿Cómo convierto kW a kcal/h o BTU/h?
1 kW = 860 kcal/h = 3.412 BTU/h. Las hojas de datos de motores de distintos fabricantes usan las tres; el diseño del radiador usa kW.
¿Por qué mi radiador de 500 kW solo disipa 420 kW?
Compruebe las condiciones: una temperatura ambiente más alta que la de diseño, una entrada de refrigerante más baja, más glicol, una batería ensuciada o una altitud que no figuraba en la consulta se llevan cada una una parte. La hoja de datos dice para qué se calcularon los 500 kW.
¿Puede aumentarse la capacidad con más caudal?
Más caudal a la misma temperatura de entrada aumenta un poco la capacidad y mucho la pérdida de carga; los límites de caudal y de pérdida de carga del fabricante del motor lo acotan. Más superficie o más aire es la vía habitual.
¿Cuál es una buena aproximación para un aerorrefrigerador (dry cooler)?
De cinco a diez kelvin es lo habitual en radiadores de motor, donde el refrigerante está caliente; son posibles aproximaciones menores, pero cada kelvin cuesta superficie. Por debajo de unos tres kelvin la unidad se vuelve muy grande.
¿Cuenta la humedad en la capacidad?
El aire húmedo es algo más ligero y transporta vapor que también se calienta; los efectos son de unos pocos puntos porcentuales en un emplazamiento caluroso y húmedo. La hoja de datos indica la base para que las cifras puedan compararse.
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