Cómo menos puede ser más: Repensando el diseño de sistemas de refrigeración para maquinaria pesada moderna.

Las imágenes de la izquierda y la derecha demuestran la diferencia visible que puede marcar un ventilador autolimpiante Cleanfix en los sistemas de refrigeración.

Este cambio se debe a una simple realidad: las cargas térmicas aumentan, pero el espacio en el compartimento del motor no. Al mismo tiempo, los ingenieros se ven presionados para reducir el peso, simplificar la arquitectura del sistema, disminuir el ruido y reducir los costos operativos a lo largo de la vida útil del motor.

Michael Hogan, gerente de cuentas clave del fabricante de ventiladores reversibles Cleanfix, afirma que la refrigeración ha pasado de ser una consideración secundaria a uno de los puntos de partida en el diseño de las máquinas.

“En la maquinaria todoterreno, las oportunidades para mejorar la eficiencia mediante la aerodinámica u otros factores externos son limitadas”, afirma, y añade: “La refrigeración es uno de los principales factores que se pueden optimizar para mejorar la eficiencia”.

Los ventiladores Cleanfix permiten a los fabricantes de equipos originales (OEM) utilizar el sistema de accionamiento del ventilador del motor ya disponible para reducir la complejidad general de la refrigeración del motor.

¿Cómo logran los fabricantes de equipos originales (OEM) equilibrar la demanda de un mayor rendimiento con las limitaciones de embalaje, que a menudo son muy estrictas?

Rendimiento, embalaje y ruido

Hogan cree que la solución reside en replantearse cómo debe ser un buen diseño de refrigeración y señala la combinación de desafíos a los que se enfrentan actualmente los fabricantes de equipos originales, incluidos los requisitos de emisiones más estrictos, el espacio disponible y la creciente atención al ruido.

En resumen, los clientes quieren el paquete completo, afirma Hogan. “Buscan eficiencia, reducción de tamaño y capacidad de inversión de giro, todo ello sin descuidar otros componentes, además de anticipar beneficios adicionales, como la reducción del ruido”.

Lee Armstrong, jefe de ingeniería de aplicaciones de Cleanfix, coincide y afirma: "Estamos empezando a ver esto mucho más en el ámbito de la ingeniería de aplicaciones, con clientes que preguntan sobre el nivel de ruido y si podemos mejorarlo".

Para los ingenieros, eso significa probar cambios en el ángulo de las aspas, reducir la velocidad de los ventiladores y realizar otros ajustes de diseño que puedan disminuir el ruido sin sacrificar el rendimiento de la refrigeración.

Esta es una tarea particularmente difícil para los fabricantes de equipos originales (OEM) pequeños y medianos, cuyos equipos de ingeniería pueden estar trabajando en múltiples sistemas, en lugar de estar especializados en refrigeración.

Michael Hogan, Gerente Principal de Cuentas Clave de Cleanfix

Como señala Hogan, muchos de estos equipos trabajarán fuera de sus competencias principales. «A veces les falta experiencia, pero casi siempre les falta tiempo, a pesar de que comprenden la importancia de la refrigeración en términos de eficiencia y rendimiento».

Por qué menos puede ser más

Armstrong considera importante cuestionar la suposición de que una mejor refrigeración implica una mayor complejidad del sistema.

Afirma que algunos fabricantes de equipos originales (OEM) han optado por ventiladores de accionamiento hidráulico para reducir el espacio necesario, controlar la velocidad del ventilador o permitir la inversión de giro, pero cree que existe una solución más sencilla.

“Nos gustaría que volvieran a un sistema de transmisión por poleas más convencional, porque es mucho más sencillo”, afirma. “En lugar de añadir otro circuito hidráulico, los fabricantes de equipos originales pueden usar el motor que ya tienen y ganar eficiencia variando activamente el ángulo de las palas mediante nuestra tecnología de paso variable”.

De esta forma, un control de flujo de aire más inteligente puede ofrecer las mismas ventajas funcionales que la velocidad variable, pero con menos componentes y una menor complejidad del sistema.

“Todo está integrado en un único sistema de ventilación, en lugar de contar con un sistema hidráulico adicional”, afirma Armstrong.

Flujo de aire más inteligente

Al preguntársele si la refrigeración ahora depende menos del tamaño y más de la eficiencia, Armstrong responde: "Ambas cosas importan, pero un diseño inteligente ofrece más opciones en un paquete más pequeño".

“El ángulo de las aspas, el diseño de las puntas y la geometría de la cubierta afectan al flujo de aire. Si se pasa de una cubierta cuadrada simple a una cubierta acampanada, se obtiene un flujo de aire significativamente mejor.”

El sistema de paso variable Cleanfix aumenta la eficiencia al variar activamente el ángulo de las aspas. Esto está completamente integrado en el ventilador, lo que reduce la complejidad general del sistema.

Hogan añade: “La gente no busca tener el sistema de refrigeración más grande de la cuadra. Simplemente buscan un sistema de refrigeración que sea lo suficientemente grande como para que lo necesiten”.

“El objetivo es dimensionar el sistema para obtener una capacidad de refrigeración suficiente y optimizar la eficiencia y el empaquetado dentro de esa limitación.”

Una parte fundamental de esa eficiencia es mantener el refrigerador limpio.

Al explicar la relación entre los radiadores obstruidos y el bajo rendimiento, Armstrong afirma: «Cuando se acumula suciedad en el radiador, es como si se le pusiera una manta aislante térmica. La suciedad no solo bloquea la transferencia de calor en las aletas, sino que también restringe el flujo de aire a través del núcleo».

Hogan describe además el “doble efecto”, explicando: “Los residuos cubren las superficies conductoras diseñadas para disipar el calor. A medida que la acumulación empeora, el flujo de aire se reduce. En el momento en que hay suciedad, la eficiencia de la refrigeración se ve afectada negativamente”.

Es posible que los operarios solo se den cuenta de esto cuando comienza el sobrecalentamiento, pero mucho antes de que eso ocurra, el ventilador ya está trabajando más y consumiendo más energía para compensar.

Automatización para sistemas eficientes

Según Hogan, por eso son importantes los ciclos de limpieza automáticos. En lugar de depender de que los operarios esperen a que suban las temperaturas o se detengan para realizar una limpieza manual, los ciclos reversibles programados mantienen un rendimiento más constante.

Armstrong afirma que Cleanfix suele configurar los temporizadores a intervalos de 30 minutos como punto de partida, aunque se pueden ajustar para adaptarlos a la aplicación.

“El cliente puede adaptarlo a sus necesidades”, afirma, con intervalos de tan solo cinco minutos, cuando se trabaja en entornos especialmente polvorientos.

Lee Armstrong, responsable de ingeniería de aplicaciones de Cleanfix.

El resultado no es solo un menor riesgo de sobrecalentamiento, sino también menos tiempo de inactividad y menos intervención manual. En algunas aplicaciones, explica Armstrong, los operarios tendrían que detenerse varias veces al día para limpiar los radiadores con aire comprimido.

La limpieza automática puede eliminar esas interrupciones. Hogan añade que, incluso en aplicaciones menos exigentes, donde la limpieza manual solo sería necesaria cada pocos días, «la limpieza programada reduce el consumo de combustible y elimina otra tarea de mantenimiento para el operador».

Orientación hacia el rendimiento

Añade que un ventilador con aspas de paso variable proporciona un nivel adicional de control, lo que "permite que el sistema funcione en condiciones reales, a diferencia de lo que se teorizó y diseñó como el peor escenario posible".

Esto tiene implicaciones significativas para los márgenes de ingeniería. Los sistemas de refrigeración tradicionales suelen diseñarse con un margen de seguridad amplio para garantizar la fiabilidad en condiciones extremas. Sin embargo, esto puede aumentar innecesariamente la demanda de energía del ventilador, el ruido, el desgaste de la correa y los costes durante el funcionamiento normal.

Según Hogan, con el paso variable, "las máquinas pueden seguir teniendo disponible la máxima refrigeración cuando la necesiten, pero eso puede que no ocurra con mucha frecuencia".

Armstrong también argumenta que los diseños con palas pivotantes ofrecen ventajas sobre los sistemas reversibles convencionales.

Los ventiladores reversibles tradicionales suelen reducir su velocidad y luego invertir su sentido de giro. Esto puede provocar una pérdida temporal de refrigeración y una limpieza menos eficaz.

Un sistema de pivoteo de las palas invierte el flujo de aire cambiando la orientación de las mismas.

El sistema de limpieza automática de paquetes de refrigeración Cleanfix ayuda a mantener un rendimiento constante y a eliminar las paradas del equipo para la limpieza y el sobrecalentamiento.

“Cuando se invierte el sentido de giro de las aspas, en lugar de cambiar la dirección en la que giran”, explica Armstrong, “se consigue una limpieza más potente y un flujo de aire continuo durante el ciclo inverso”.

Por qué es importante la colaboración temprana

Para los fabricantes de equipos originales (OEM), todo esto pone de manifiesto el valor de una colaboración temprana con especialistas en refrigeración.

Hogan afirma que involucrar a Cleanfix cuanto antes ayuda a los ingenieros a comprender las opciones disponibles antes de optar por soluciones más complejas.

Armstrong coincide, y afirma que la activación temprana es especialmente importante con un diseño de aspas pivotantes, ya que el ventilador necesita suficiente espacio para articularse completamente.

Un mensaje importante es que la refrigeración del motor consume una cantidad significativa de energía de la máquina, independientemente de que no realice ningún trabajo productivo.

Como dice Hogan, esto supone “un desperdicio de energía para gestionar el calor residual. Pero sigue siendo fundamental, obviamente, así que cuanto menos haya que usar, mejor”.

En definitiva, en la maquinaria pesada moderna, una mejor refrigeración ya no consiste en añadir más ventiladores o radiadores. Se trata de utilizar el flujo de aire de forma más inteligente, mantener los intercambiadores de calor más limpios y diseñar sistemas que reaccionen a las condiciones reales de funcionamiento en lugar de a la demanda máxima constante.

En ese sentido, menos puede ser absolutamente más: menos complejidad, menos mantenimiento, menos energía desperdiciada y más rendimiento donde realmente importa.

Los ventiladores Cleanfix incorporan la tecnología Power Pulse, que permite que las aspas del ventilador inviertan su ángulo de inclinación a máxima velocidad para crear una potente ráfaga de limpieza que elimina los residuos del sistema de refrigeración sin interrumpir su funcionamiento.

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Este artículo fue producido por KHL Content Studio, en colaboración con expertos de Cleanfix.

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Todas las imágenes cortesía de Cleanfix.

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