¿Cómo reducir los costos de calefacción en tanques de producción 24 horas al día, 7 días a la semana frente a tanques de investigación y desarrollo intermitentes?

"Nuestro gran tanque de pretratamiento funciona todo el día, y nuestros pequeños tanques de investigación y desarrollo se encienden y apagan. Las facturas de energía son elevadas. ¿Cómo puedo hacer que estas dos operaciones tan distintas sean más eficientes? Esta pregunta se basa en una situación común en las fábricas donde las configuraciones flexibles y experimentales funcionan junto con sistemas que funcionan todo el tiempo. Ambos usan calentamiento líquido, pero los factores que afectan el uso de energía-y, por lo tanto, las formas de reducir costos-son muy diferentes. Usar el mismo método de eficiencia en ellos a menudo puede costar más que es necesario.

El primer paso para gastar menos es averiguar a dónde va la energía.

Adónde va realmente la energía de calefacción
La pérdida de calor en los tanques de proceso de líquidos generalmente ocurre de tres maneras: evaporación desde la superficie del líquido, convección desde las paredes del tanque que no están cubiertas y conducción a través de la estructura del tanque hacia el área que lo rodea. La forma en que se utiliza el tanque tiene un gran efecto en la importancia de cada mecanismo de pérdida.

La mayoría de las veces, el calentamiento inicial-no es la parte más costosa del funcionamiento de un tanque grande las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Una vez que el tanque está a la temperatura adecuada, el mayor desperdicio de energía suele ser el calor que se pierde constantemente hacia el mundo exterior. Durante días y semanas, incluso las pequeñas pérdidas suman un gran coste energético.

En el caso de los pequeños tanques de investigación y desarrollo que se calientan durante unas horas y luego se apagan, las pérdidas en estado estacionario-son mucho menos importantes. Lo principal que cuesta dinero aquí es el ciclo de calentamiento-periódico. Durante el arranque, se consume mucha energía rápidamente y cualquier problema que ocurra durante este período empeora cada vez que el tanque vuelve a alcanzar la temperatura.

Es importante conocer esta diferencia porque conduce a dos formas bastante diferentes de ser eficiente.

Para los tanques de producción que funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana, la mejor manera de ahorrar dinero es reducir las pérdidas-en estado estacionario.
En los tanques de producción que están siempre encendidos, el sistema de calefacción dedica la mayor parte de su tiempo a mantener estable la temperatura en lugar de aumentarla. Una vez que se alcanza el equilibrio térmico, cada kilovatio-hora utilizado compensa el calor que se pierde en el sistema. Por tanto, la mejor manera de mejorar la eficiencia es reducir esas pérdidas.

Mejorar el aislamiento es una forma básica pero muy eficaz de mejorar los tanques de producción. Agregar o mejorar el aislamiento térmico en las paredes y el fondo de los tanques reduce la pérdida de calor por conducción y convección. El ahorro de energía es continuo, por lo que el retorno de la inversión normalmente se evalúa en meses en lugar de años, especialmente en el caso de los jacuzzis grandes.

También existe una gran posibilidad en la superficie del líquido. Los tanques abiertos pierden mucha energía por evaporación, lo que no sólo enfría el agua sino que también humedece el aire a su alrededor. La instalación de cubiertas de tanque adecuadas o capas aislantes flotantes puede reducir esta pérdida. En muchos lugares, poner una tapa en un tanque caliente ahorra más energía que reemplazar el calentador.

Desde un punto de vista operativo, estas aplicaciones suelen funcionar mejor con calentadores que tienen densidades de vatios más bajas y superficies de calentamiento más grandes. El calentador no tiene que lidiar con ciclos rápidos con mucha frecuencia porque el sistema funciona todo el tiempo. Reducir la carga de la superficie puede hacer que los elementos duren más y mantener la temperatura estable sin utilizar más energía. La longevidad y la estabilidad son ahora parte de la ecuación de eficiencia porque el tiempo de inactividad y los reemplazos que no fueron planificados también cuestan dinero.

Para que los tanques de I+D intermitentes sean más eficientes, acorte el período en el que se calientan activamente.
Los pequeños tanques de I+D funcionan de otra manera. Se calientan, se utilizan por un corto tiempo y luego se dejan enfriar. En este caso, la mayor parte de la energía se utiliza durante el calentamiento-, no durante el funcionamiento constante.

Un error típico que comete la gente con tanques pequeños es bajar la calefacción para conservar energía. En la práctica, esto suele tener el efecto contrario. Un calentador de baja potencia tarda más en alcanzar la temperatura deseada, lo que significa que funciona a máxima potencia durante más tiempo. Cuanto más se tarda en calentarse, más calor se escapa al entorno durante la rampa, especialmente si el depósito no está tapado.

Por lo tanto, es muy importante dimensionar correctamente la potencia. Elegir un calentador con suficiente potencia para elevar la temperatura al nivel apropiado en un período de tiempo razonable reducirá el uso de energía al acortar el tiempo que lleva calentarse. El equilibrio es lo más importante. Demasiada densidad de vatios puede acelerar el calentamiento, pero también puede estresar los elementos calefactores y acortar su vida útil. Por otro lado, demasiada potencia podría hacer que las cosas sean menos eficientes y frustrar al usuario.

La flexibilidad es importante en entornos de investigación y desarrollo. Los operadores pueden realizar experimentos más rápidamente y apagar los sistemas antes cuando los calentadores responden de manera rápida y predecible. El aislamiento y las cubiertas siguen siendo útiles, pero no son tan importantes como garantizar que el tiempo de calentamiento-y la precisión del control sean lo mejor posible.

Densidad de vatios, superficie y duración en contexto
En ambos casos, es necesario pensar detenidamente en la densidad de vatios y la superficie de calentamiento, pero por diferentes motivos. La menor densidad de vatios dispersada en una superficie más amplia ayuda a la durabilidad-a largo plazo y al funcionamiento confiable en tanques de producción continua. En los tanques intermitentes, una densidad de vatios moderada y una superficie suficiente garantizan que el calentador se caliente rápidamente sin acortar su vida útil.

La eficiencia no se trata sólo de cuánta energía se consume; también se trata de qué tan bien esa energía se convierte en calor utilizable con el tiempo. Si tiene que reparar su calentador con frecuencia, pagar el mantenimiento y lidiar con el tiempo de inactividad, los beneficios económicos del sistema disminuyen.

Dos ejemplos de cómo emplear la eficiencia de dos maneras diferentes
La diferencia entre estos dos tipos de tanques muestra por qué una-talla-que sirve para todos-la estrategia de eficiencia de calefacción generalmente no funciona. Para los tanques de producción que funcionan todo el tiempo, el objetivo principal es mantener el calor y reducir las pérdidas en estado estable-mediante el uso de aislamiento y control de superficie. Para los tanques de I+D intermitentes, el objetivo principal es hacer llegar calor a los tanques más rápido dimensionando la energía correctamente, lo que acorta el tiempo que los tanques se calientan activamente.

Por lo tanto, para aprovechar al máximo el uso de energía, la estrategia de calefacción debe coincidir con la forma en que funciona el sistema. Las instalaciones que comprenden esta diferencia pueden obtener grandes ahorros sin cambiar la forma en que se hacen las cosas ni reducir el rendimiento. Lo que realmente hace que los sistemas de calefacción sean programables en lugar de un costo fijo es una gestión térmica personalizada en lugar de mejoras generales de eficiencia.