PROTECCIÓN CONTRA LA CONGELACIÓN Y LO QUE DEBE SABER

Protección contra la congelación: Como muchas condiciones climáticas son impredecibles año tras año, la mayoría de las compañías buscan proteger del congelamiento sus medios a base de agua o aceite durante los meses invernales. Un estudio realizado por la Universidad California para Atmospheric Science en el año 2000* determinó que en los Estados Unidos ocurren más pérdidas económicas debido al congelamiento que debido a cualquier otro riesgo climático.

Industrias que requieren protección contra la congelación

Los sectores que comúnmente son afectados durante los meses de invierno son la industria del petróleo y gas, plantas de tratamiento de agua, transporte, agricultura y minería. Estas industrias tienen muchas aplicaciones que requieren que sus productos estén en el exterior, expuestos a temperaturas extremas por periodos prolongados de tiempo. Con los productos basados en agua, es vital proporcionar protección contra el congelamiento, ya que comienzan a cristalizarse y congelarse a 0 C / 32 °F / 273,15 K. Se debe tener en cuenta que proporcionar únicamente una fuente de calor no siempre es la mejor solución. Es muy importante asegurar que los tanques y depósitos estén adecuadamente aislados para garantizar que el medio no se congele.

Manejar productos basados en aceite se hace más difícil a medida que la temperatura del clima se hace más fría. Los aceites combustibles (tanto el combustible diésel transparente y el aceite de calefacción doméstica con colorante) no se congelan, sino que se convierten en una gel o cera más espesa. Este proceso comienza a ocurrir por debajo de los 32 °F, y se endurecen continuamente a medida que se enfrían más. Una vez que la temperatura baja de 15 °F, la cera o parafina del combustible se comienza a cristalizar y a separar del aceite, haciéndolo extremadamente difícil de manejar o de remover del contenedor. En ciertas aplicaciones que transportan aceites combustibles por tuberías, se recomienda aislar todas las tuberías que puedan quedar expuestas a temperaturas y vientos extremos, para evitar que se obstruyan.

Los aceites para motor, engranajes y sistemas hidráulicos tienen cada uno diferentes rangos de temperatura de congelación, por ejemplo, el aceite de motor (10W30) se congela a -20 °F, pero desde 50 °F hasta 0°F la viscosidad del aceite se hace cada vez más difícil de manejar. Con el aceite para engranajes y sistemas hidráulicos, la temperatura de congelación es de -10 °F, y al igual que el aceite de motor, se hace menos viscoso a medida que se enfría más. Sin embargo, hay ciertos tipos de aceites que funcionan por debajo de la temperatura de congelación, que por lo general son un tipo más denso de aceite para motor, como el 15W30, que se congela a -55 °F.

Definición de protección contra la congelación 

La protección contra la congelación significa que se desea que la temperatura del tanque no baje de 32 °F, de lo contrario, el líquido se congelará. La mejor protección contra la congelación es aislar el tanque, lo que permite tener pérdidas de calor aproximadamente del 5%, en cambio de 35% a 45% sin aislamiento. Como el tanque contiene una cierta cantidad de galones, y ha decidido usar un solo calentador, el aislamiento del tanque es esencial. Esto evitará tener 2 zonas de temperatura diferentes en el tanque. Tenga en cuenta que, si el calentador está a un costado, la transferencia de calor tomará cierto tiempo para llegar al otro lado, pero con el aislamiento, llegará más rápido. La forma más eficiente es instalar 2 o más calentadores, dependiendo del tamaño.

La parte más difícil de proteger el medio contra la congelación es determinar cuánta energía es suficiente. La primera cosa que se debe hacer es comprender el entorno y ambiente de los tanques. Es mejor consultar las estadísticas climáticas para determinar qué tanto puede bajar la temperatura en su ubicación, con y sin viento. Sin embargo, el clima siempre es impredecible y debe tener en cuenta que, si su tanque está bien aislado, y el calentador está funcionando con los controles adecuados, entonces estará bien protegido durante el periodo de congelación para superar la tormenta. En ciertas regiones del mundo la temperatura puede bajar de 32 °F, y mantenerse así durante un periodo considerable de tiempo. Es entonces cuando la cantidad adecuada de energía y aislamiento del tanque tiene el papel más importante para protegerlo contra las condiciones de congelación.

Fórmulas de calefacción 

Estas son las fórmulas que generalmente se usan en la industria de la calefacción para determinar cuántos kilovatios se necesitarán para calentar un tanque lleno de agua o aceite:

 

  • [Fórmula para calentar agua en un tanque]
    (Cant. de galones) x (Temperatura delta en Fahrenheit) / (372) x (núm. de horas) = kilovatios necesarios
  • [Fórmula para calentar aceite en un tanque]
    (Cant. de galones) x (Temperatura delta en Fahrenheit) / (860) x (núm. de horas) = kilovatios necesarios

Cuánta energía se necesita para la protección contra la congelación


¿Cuánta energía se necesita para proteger su tanque de agua o aceite? Para este ejercicio usaremos la fórmula anteriormente descrita, y tomaremos en consideración que calentaremos 30.000 galones de agua. El siguiente paso es determinar la temperatura delta, la temperatura ambiente del tanque de agua comenzará aproximadamente en 40° F y la temperatura objetivo será 80 °F, esto es, un aumento de temperatura delta de 40 °F.

Usaremos la fórmula: (30.000 galones) x (40 °F DT) / (372) x (24 horas) = 134 KW/por hora. Esto significa que cada hora que pasa los 30.000 galones de agua aumentarán aproximadamente 1,66 °F, durante las siguientes 24 horas. Si el tanque no tiene aislamiento y la temperatura exterior del tanque baja a menos de 32 °F, cada hora estará perdiendo hasta el 40% del calor por la pared lateral del tanque, dependiendo del grosor de las paredes. Con el tanque a la temperatura objetivo de 80 °F, este bajará de temperatura aproximadamente 32 °F cada hora, y el calentador sólo aumentará la temperatura en 1,66 °F, lo que significa que la mitad del tanque estará congelado en aproximadamente 2 o 3 horas. La otra mitad del tanque, donde está ubicado el calentador, se preparará para cristalizarse, con una cavidad de hielo que se comenzará a formar alrededor del calentador.

Esta es la razón principal por la que recomendamos aislar todos los tanques que estén expuestos a las condiciones climáticas del exterior. Es la primera línea de defensa para la protección contra la congelación, debido a que aísla al tanque de los vientos y temperaturas extremas del invierno. Con el aislamiento, perderá únicamente ~5% de la temperatura si esta baja de 32 °F, que, si tomamos el mismo ejemplo anterior, a 80 °F perderá aproximadamente 4 °F por las paredes exteriores cada hora, pero con un calentador de 134 KW aumentará aproximadamente 1,66 °F, para una diferencia de pérdida de temperatura de 2,34 °F por hora. En este ejemplo, el calentador actual no proporcionará suficiente calor, y tomará aproximadamente de 21 a 30 horas llegar al punto de congelación, considerando que las condiciones climáticas continúen a menos de 32 °F durante más de 24 horas. En ciertas regiones se pueden experimentar estos tipos de temperaturas extremas durante semanas, y en otras, sólo será durante horas.

El papel de la ubicación en la protección contra la congelación


La cantidad correcta de energía siempre se determinará de acuerdo con la ubicación. Por ejemplo, si el tanque está ubicado en Denver, Colorado, y la temperatura promedio en los meses de invierno es menor de 32 °F, necesitará un calentador que iguale o exceda la pérdida de calor. Usando el mismo ejemplo anterior, necesitará un calentador de 350 KW para calentar 30.000 galones de agua, subiendo la temperatura 4,34 °F/hora. Sin embargo, si el tanque está ubicado en Tennessee, donde se experimentan condiciones de congelación durante sólo unas pocas horas, usar un calentador de 170 KW será suficiente debido a que el aumento de temperatura cada hora será de 2,2 °F, lo que será suficiente para mantener la temperatura de trabajo hasta por 72 horas, antes de que caiga por debajo del punto de congelación.

Controles para la protección contra la congelación

Otra adición importante para la protección contra la congelación son los controles, para que el calentador o los calentadores manejen eficientemente tanto la temperatura como la salida de energía. En ciertos casos, la potencia para hacer funcionar este tipo de calentadores es muy alta, por lo que se recomienda incluir un controlador de paso, y un sistema de limite alto para proteger su inversión de las averías.

Conclusión

Como regla general, al afrontar un clima invernal extremo, siempre es mejor tener más potencia en el calentador que quedarse corto y convertir el tanque en la paleta más grande del mundo. Recuerde que su primera línea de defensa es siempre aislar el tanque, probablemente la menor inversión con los mayores beneficios.

Para obtener información adicional con relación a la protección contra la congelación, o si tiene preguntas relacionadas con un proyecto en el que trabaja actualmente y necesita ayuda, por favor, no dude en contactarme.

Cordial saludo y manténgase caliente.

REFERENCIAS

 

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