El sistema de refrigeración de un grupo electrógeno.
¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona el radiador de tu coche? Esa caja que solo recuerdas cuando se rompe y la manecilla del salpicadero se vuelve loca.
Tengo el placer de tener en el blog a un experto en refrigeración industrial, Donato Mastrobono, que durante veinte años ha estado luchando con motores y generadores para que puedan trabajar en situaciones realmente difíciles.
En este artículo, D. Mastrobono nos cuenta un caso concreto, en el mismo explicará las principales características de un radiador para grupo electrógeno y las diferencias entre éste y el resto del sistema de refrigeración.
¿Radiador equivocado? o no…
Hace algún tiempo tuve la oportunidad de trabajar en una aplicación bautizada ‘Genset 1000’. Era un sistema en contenedor con dos compartimentos completamente separados entre ellos: uno para el radiador y otro para el motor.
En sí mismo es una solución brillante, ya que permite aislar los dos sistemas térmicos y tratarlos con soluciones dedicadas para optimizar el rendimiento al máximo.
El radiador principal fue diseñado con dos circuitos adyacentes (agua + intercooler) y se instaló en la pared del container. El enfriamiento de la masa radiante se consiguió con dos ventiladores en el techo y regulados por un variador de velocidad.
El compartimiento del motor se enfriaba con dos pequeños ventiladores independientes.
Todo estaba dimensionado para una temperatura ambiente de trabajo de 50 °C.
Ni siquiera era la primera vez que realizaba instalaciones de este tipo, así que todo parecía perfecto y listo para su uso. Sin embargo, durante las pruebas surgió un problema de sobrecalentamiento. Y con una temperatura ambiente de tan solo 25 °C.
Hicimos más tests: puertas abiertas, puertas cerradas, desviación del flujo de aire en el container, y otros cambios en los circuitos. Pero nada.
Algunos pensaron que el problema se debía a un flujo insuficiente de aire al radiador, o que el radiador era demasiado pequeño. Hasta se planteó que ese tipo de solución no fuese compatible con el motor usado.
«El radiador no funciona», insistió un colega. Sin embargo, esta teoría no me convenció en absoluto.
¡Todas estas hipótesis estaban equivocadas!
¡Inmediatamente me di cuenta de que el problema no era el radiador, sino la temperatura en el compartimento del motor! La solución que propuse fue aspirar el aire de combustión directamente del exterior y no del compartimento del motor del contenedor. Logramos reposicionar los filtros y los conductos de succión.
Dejé que los técnicos hicieran los cambios necesarios y solo al día siguiente pude probar la nueva configuración de las tomas de aire.
Con el asombro de muchos, la situación cambió completamente: ¡el radiador tenía un rendimiento excelente y el sistema funcionaba correctamente!
La solución en pocas palabras
El criterio de dimensionamiento, que debe ser infalible, confirmaba con certeza la bondad del radiador.
El flujo de aire fue confirmado por las mediciones realizadas y también por los datos de dimensionamiento del radiador.
Excluido, por lo tanto, el sobrecalentamiento del radiador, las anomalías detectadas llevaron de vuelta al compartimento del motor: la temperatura alcanzó 70 °C con 25 °C de temperatura ambiente. Esto se debía a un flujo de aire insuficiente para la eliminación de la pérdida de calor por irradiación
Mi hipótesis fue confirmada: las anomalías en el compartimento del motor causaron un mal funcionamiento del radiador.
De hecho, el motor aspiraba aire de combustión a una temperatura de 70 °C a los filtros. Esto generaba un fuerte derating y una importante crisis del balance térmico del motor.
Supuse que tomar aire de combustión desde el exterior hubiera evitado este problema. Además, para reducir aún más la temperatura en el compartimento del motor aconsejé revisar la trayectoria del aire en la entrada del container (la aspiración estaba solo en un lado, opuesto a los filtros de aire), y realizar un orificio de unos pocos centímetros de diámetro para ayudar a los pequeños ventiladores a enfriar mejor el compartimento del motor. Este orificio estaba en la pared de separación entre compartimentos.
Resultado: reducción de la temperatura del aire del motor, radiador con un rendimiento óptimo hasta 50 °C ambiente. Se confirmó que el sistema era correcto.
Entonces, ¿el radiador solo no es suficiente?
El radiador es una parte importante del circuito de refrigeración del motor, pero no la única.
El sistema está formado por un circuito de enfriamiento dentro del motor atravesado por el fluido refrigerante, que lleva el calor a un radiador que a su vez evacua este calor al ambiente exterior utilizando el flujo de aire forzado por el ventilador.
Un elemento más es la válvula termostática, que regula la cantidad de calor intercambiado entre el motor y el radiador en función de las condiciones de funcionamiento.
Por lo tanto, es importante comprender que el radiador es una parte del circuito de refrigeración, y se debe prestar mucha atención a todos los aspectos, parámetros y datos tomados que giran alrededor del sistema en su conjunto.
Comenzando por el aire de combustión que entra a los filtros del motor, pasando por el flujo hacia los ventiladores del radiador, concluyendo con el resto de los fluidos: refrigerante, aceite del motor, retorno del combustible diésel, gases de escape.
Todos los parámetros, temperaturas y presiones deben estar dentro del estándar establecido por el fabricante del motor para garantizar el correcto funcionamiento de todo el sistema, incluido el circuito de refrigeración.
El análisis de este caso nos ayuda a analizar algunos aspectos:
- La necesidad de evaluar en la fase de diseño la diferencia de rendimiento entre un radiador acoplado al motor y uno separado.
- La importancia del cálculo correcto del flujo de aire mínimo para garantizar la eliminación de las potencias térmicas en juego.
- La necesidad de tener un ajuste individual de la velocidad y la potencia del ventilador.
- La importancia de la temperatura del aire para el ventilador y los riesgos asociados con el uso de ventiladores eléctricos.
- La necesidad de llevar a cabo una prueba térmica que, incluso para un grupo destinado a 50 °C de temperatura ambiente, se puede lograr a condiciones normales.
Una recomendación: ¿radiador acoplado al motor o separado?
El radiador mecánico colocado frente al motor aprovecha el flujo de aire movido por un ventilador accionado por un conjunto de transmisión mecánica acoplada al eje del motor.
Esto es, por lo general, capaz de disipar el calor del circuito de refrigeración primario y también el calor desarrollado por la irradiación de alternador y motor.
El radiador remoto, ya sea horizontal o vertical, puede separarse del motor y relegarse a compartimentos especiales. En este caso, se necesitan ventiladores adicionales para eliminar las potencias térmicas irradiadas por el alternador y el motor.
¿Cómo dimensionar estos ventiladores? ¿Cuáles son los caudales mínimos?
Los datos de cálculo para los balances térmicos son proporcionados, por regla general, por el fabricante del motor. Pero no son suficientes, es importante contar con la experiencia de un experto de radiadores que sabe cuáles son las diferencias y peculiaridades de cada motor y cada circuito.
Desde mi experiencia, he podido confirmar que conocer los valores característicos de los motores es esencial para garantizar la fiabilidad del sistema.
Por lo general, los datos necesarios son:
- Calor total a disipar;
- densidad del aire a una temperatura de referencia;
- Característica constante de K;
- Diferencia de temperatura entre el ambiente y el aire en el ventilador, aguas abajo de la unidad del motor + alternador. Usualmente entre 5 y 10 °C.
Usando estos valores y aplicando las fórmulas apropiadas, se determinan las características térmicas y mecánicas de los radiadores y del sistema de enfriamiento completo.
En conclusión…
Permiteme dar un consejo a los que necesitan usar un radiador para el grupo electrógeno:
Siempre compara los datos provistos por el radiador con los datos característicos del motor.
Pide ayuda a un profesional, alguien bien informado y con experiencia específica, que pueda evaluar la bondad del sistema de enfriamiento.
Especialmente cuando se trata de aplicaciones especiales, este paso es esencial para evitar problemas serios en sito y para garantizar una experiencia satisfactoria al usuario final.
Donato Mastrobono es un experto en refrigeración industrial con 20 años de experiencia en Grupos electrógenos. Nacido en Apulia (Italia), se gradúa en Ingeniería Industrial especializándose en mecánica. Deja los estudios de Ingeniería Superior para enfocarse en las oportunidades profesionales que se le ofrecen en los años siguientes. Comienza su carrera como responsable de operación del generador de vapor en el centro estratégico de Enichem en Ferrara; de allí se traslada a Verona, donde entra en contacto con el sector del grupo electrógeno. Aquí comienza su experiencia en una importante empresa de referencia en el diseño y suministro de sistemas de refrigeración para generadores industriales: Tecno Group SRL. Durante los 12 años siguientes, adquiere sólidas habilidades de diseño, pero también de gestión y comerciales. En 2014 inicia una carrera, primero como consultor y luego como emprendedor. La trayectoria de Donato Mastrobono evoluciona hoy, en nuevas oportunidades profesionales con las principales empresas de refrigeración industrial.
Vive en Verona desde 2002, y esta casado con Emilia, con quien tiene dos hijos: Lorenzo y Emma.
Photo Credit Donato Mastrobono
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