POR DAVID VANNOSTRAN

Para el hemisferio norte, enero marca el comienzo del periodo más exigente para el funcionamiento de los sistemas de refrigeración en los motores estacionarios de gas natural. El primer trimestre somete a tensiones únicas la química del refrigerante, la eficiencia de la transferencia de calor, el rendimiento de la bomba y la estabilidad de la presión interna. Las condiciones ambientales invernales provocan un cambio drástico en las propiedades físicas del refrigerante, y estas variaciones influyen en cada uno de los componentes del sistema. Al comprender estos principios de ingeniería y aplicar una planificación estacional, los operadores pueden estabilizar el rendimiento de la refrigeración durante todo el año.

La viscosidad del refrigerante aumenta significativamente a medida que descienden las temperaturas ambientales. Este incremento puede describirse mediante la relación exponencial viscosidad-temperatura, según la cual la resistencia del fluido aumenta rápidamente a medida que disminuye la temperatura.

El refrigerante frío puede ser hasta 10 veces más viscoso que cuando se encuentra a su temperatura de funcionamiento, lo cual aumenta drásticamente la carga de la bomba y reduce la eficiencia de la transferencia de calor.

Durante el arranque invernal, el refrigerante circula más lentamente a través de las entradas de la bomba, las camisas de los cilindros y los tubos del enfriador. En enero, el flujo a menudo tiende a adoptar un comportamiento laminar, lo que reduce la turbulencia y disminuye el coeficiente de transferencia de calor por convección.

El refrigerante frío absorbe y disipa el calor de manera ineficiente, lo que puede generar temperaturas desiguales en el bloque del motor, incluso cuando las lecturas de salida parecen ser normales.

Dado que el aumento de la viscosidad incrementa la resistencia hidráulica, la bomba de agua debe realizar un mayor esfuerzo para mantener la circulación. Este fenómeno puede comprenderse mediante la ecuación de potencia de la bomba, la cual relaciona la potencia (en caballos de fuerza) con el caudal, la altura de elevación (carga), la gravedad específica y la eficiencia de la bomba.

A medida que aumenta la viscosidad, disminuye la eficiencia de la bomba, lo que incrementa la carga mecánica sobre los rodamientos, los álabes y los sellos. Cualquier tipo de contaminación en suspensión, como el óxido o las incrustaciones, amplifica esta carga al aumentar la densidad efectiva del refrigerante. Por estas razones, el invierno constituye la estación más crítica para mantener el sistema libre de contaminantes.

Asimismo, el refrigerante frío retiene una mayor cantidad de gases disueltos. Cuando la temperatura asciende durante la fase de calentamiento del motor, estos gases se liberan y pueden acumularse en los puntos más elevados del circuito o en los conductos de paso restringido. Las bolsas de aire interrumpen la circulación, retrasan la apertura del termostato y generan desequilibrios térmicos entre los distintos bancos de cilindros. Este comportamiento puede analizarse mediante el seguimiento de las tendencias delta-T, las cuales reflejan la diferencia de temperatura entre el refrigerante de salida y el de retorno.

Un valor de delta-T inusualmente bajo durante el mes de enero podría indicar una restricción en el flujo o la presencia de aire atrapado en el sistema; por el contrario, un delta-T excesivamente elevado sugiere una circulación lenta, provocada ya sea por una viscosidad excesiva o por un termostato atascado.

Los termostatos responden con mayor lentitud en invierno, ya que el refrigerante frío llega a los elementos sensibles a la temperatura más tarde que en las estaciones cálidas. Una apertura tardía puede provocar que un banco de cilindros reciba flujo antes que el otro, lo cual puede confundir a los técnicos, llevándolos a sospechar de una restricción en el enfriador. Esta distinción es fundamental, dado que la corrección varía en función de la causa subyacente. Una planificación trimestral adecuada previene los diagnósticos erróneos al contrastar las observaciones invernales con las tendencias registradas en las estaciones anteriores.

La química del refrigerante también se ve afectada por las influencias propias del invierno. Es posible que los inhibidores se mantengan dentro de rangos aceptables y, aun así, experimenten un mayor estrés debido a una mayor exposición al oxígeno cuando los componentes que delimitan la presión se contraen bajo condiciones de congelación. Los metales presentes en la primera muestra trimestral a menudo reflejan una actividad corrosiva subyacente que se inició cuando el sistema experimentó fluctuaciones de presión en el mes de enero.

Asimismo, durante el primer trimestre debe evaluarse la concentración de glicol. La curva de congelación del etilenglicol indica que se alcanza una protección óptima con una concentración aproximada del 60%.

Las concentraciones superiores al 70% elevan el punto de congelación mientras aumentan drásticamente la viscosidad, lo cual genera una falsa sensación de seguridad. Corregir el porcentaje de glicol requiere calcular el volumen de drenaje y reemplazo, en lugar de añadir concentrado basándose en estimaciones. Esto garantiza una protección adecuada contra la congelación sin provocar un espesamiento excesivo del refrigerante.

El invierno también incrementa el riesgo de cavitación. La cavitación depende de la altura de aspiración, las variaciones de presión y las características del vapor del refrigerante. Cuando la viscosidad aumenta a bajas temperaturas, el rendimiento de aspiración de la bomba disminuye; esto reduce la presión disponible y aumenta la probabilidad de que las burbujas de vapor colapsen sobre las superficies metálicas. El comportamiento del umbral de cavitación resulta más crítico durante los arranques de enero, dado que el refrigerante se encuentra en su punto de máxima viscosidad y la liberación de aire es más intensa. Por ello, las inspecciones del primer trimestre resultan esenciales para identificar los indicios tempranos de cavitación antes de que estos se manifiesten en los informes de laboratorio del verano.

Los operadores deben consultar las directrices para ajustar la estrategia de flujo de aire en aquellos casos en que la mayor densidad del aire frío incremente la resistencia aerodinámica sobre las aspas del ventilador. Un paso de aspas excesivo para las condiciones invernales aumenta la demanda de potencia y puede provocar un enfriamiento excesivo, lo cual prolonga el tiempo que el termostato permanece cerrado. La consulta de estos principios establecidos evita desajustes entre las necesidades propias del invierno y las configuraciones optimizadas para el verano.

“El primer trimestre somete a tensiones únicas la química del refrigerante, la
eficiencia de la transferencia de calor,
el rendimiento de la bomba y la
estabilidad de la presión interna.”

Las inspecciones trimestrales deben seguir la estructura VET C FACTS establecida en la columna del mes anterior. Este enfoque proporciona un marco de referencia coherente sin obligar a reproducir la lista de verificación completa. En la planificación del primer trimestre, los técnicos deben centrar su atención en las fugas provocadas por la contracción de materiales, la integridad del tanque de expansión, el correcto funcionamiento del tapón presurizado, la rigidez de las mangueras y los gradientes térmicos que se producen a primera hora de la mañana en el interior del recinto de la maquinaria.

Los sistemas de precalentamiento desempeñan un papel fundamental durante la temporada invernal. Estas unidades de calefacción, instaladas directamente en el motor, hacen circular refrigerante caliente a través del bloque antes del arranque; este proceso aproxima la viscosidad del fluido a su punto óptimo, reduce la carga de trabajo de la bomba y estabiliza la circulación inicial.

El precalentamiento reduce la liberación de gases disueltos durante la fase de calentamiento del motor y favorece una apertura uniforme de los termostatos, lo cual contribuye a mejorar la distribución de la temperatura entre los distintos bancos de cilindros.  Al minimizar el choque térmico y reducir el riesgo de formación de lodos por congelación en las zonas críticas, el precalentamiento establece una base estable para todo el primer trimestre.

Hacia finales de marzo, el aumento de las temperaturas diurnas comienza a desprender los depósitos formados en las zonas de bajo caudal durante el invierno. Este cambio estacional altera la claridad del refrigerante, la flexibilidad de las mangueras y el comportamiento de la presión. Los operadores deben evaluar los tapones de presión, inspeccionar el trazado de las tuberías en busca de puntos débiles derivados de la contracción y prepararse para el muestreo de primavera.

Los principios de ingeniería presentados en este resumen del primer trimestre constituyen la base de una estrategia estacional estructurada. El invierno pone de manifiesto las deficiencias en el control de la viscosidad, el equilibrio del flujo de aire, la estabilidad de los inhibidores, la retención de presión y el diseño del trazado de las tuberías. Mediante la aplicación de muestreos trimestrales, diagnósticos de campo y las mejores prácticas referenciadas en columnas anteriores de Engine Insights, los operadores pueden estabilizar el comportamiento del sistema de refrigeración y sentar las bases para un rendimiento fiable a lo largo de todo el año.

SOBRE EL AUTOR
David Vannostran es presidente de Ultimate Chemicals. Puede contactarlo en david@ultimatechemicals.com.

NOTA DEL EDITOR: En el GCM Resource Center se encuentra disponible una lista de verificación descargable para la refrigeración invernal (en inglés).

GLOSARIO DE TÉRMINOS CLAVE

Índice de viscosidad: medida de la variación de la viscosidad de un fluido con la temperatura.

Régimen de flujo: patrón de movimiento del refrigerante que alterna entre flujo laminar y turbulento.

Flujo laminar: patrón de flujo suave, común cuando el refrigerante es espeso, lo que reduce la transferencia de calor.

Coeficiente de transferencia de calor por convección: medida de la eficiencia con la que el refrigerante absorbe y elimina el calor.

Eficiencia de la bomba: relación entre el trabajo producido por la bomba y la energía consumida, que disminuye en invierno.

Altura de succión: presión disponible en la entrada de la bomba, que disminuye en condiciones de frío.

Umbral de cavitación: presión mínima de entrada necesaria para evitar la formación de burbujas de vapor.

Temperatura de inicio del termostato: temperatura a la que un termostato comienza a abrirse.

Saturación de gas disuelto: cantidad de gas absorbido por el refrigerante antes del arranque.

Choque térmico: estrés que se produce cuando un metal frío se enfrenta rápidamente a temperaturas internas crecientes.

Curva de congelación del glicol: relación entre el porcentaje de glicol y la protección contra la congelación.

Resistencia hidráulica: oposición al flujo del refrigerante, que aumenta bruscamente a medida que aumenta la viscosidad.