En la segunda parte de este especial de tres hablaremos sobre la importancia de la reducción de emisiones de CO2.
por Ing. Arcadio Velásquez*
En la primera entrega, conocimos la relación entre los factores relacionados con el calentamiento global y la emisión de dióxido de carbono (CO2), como conceptos básicos e información en general - además he compartido información relevante sobre los gases de efecto invernadero y su potencial nocivo.
En esta segunda entrega, estudiaremos en detalle la cantidad de CO2 emitido por un sistema de enfriamiento, la tasa de emisión de CO2 por año, la ganancia de calor, y la equivalencia de árboles a plantar para lograr la misma reducción de emisiones de CO2. De hecho, estudiaremos en detalle como el aislamiento ayudar a reducir las emisiones de CO2.
Primero, diseñamos el sistema, un caso de la vida real sin embargo para efectos de este artículo es solo un ejemplo: un sistema de enfriamiento común consta de una tubería de acero al carbono NPS 2”, 10m de longitud, con agua enfriada que fluye a 10 °C, la tubería está al aire libre (exterior) donde la temperatura ambiente es 35 °C. El sistema funciona un promedio de 3.840 horas al año bajo estas condiciones.
Segundo, calculamos la ganancia de calor (densidad de la tasa de flujo de calor): en este ejemplo, utilizaremos dos materiales de aislamiento térmico por separado solo para comparar, una poliolefina y un elastómero – estará protegido con una chaqueta de aluminio brillante. A continuación, los resultados.
Tabla no.1 – Comparación de la ganancia de calor anual entre la poliolefina y el elastómero considerando diferentes espesores. Cálculos realizados según la norma ISO 12241 con la ayuda de Aero-Calc.
La tabla no.1 muestra el calor total ganado por el sistema dentro de un período de tiempo específico, la tasa de ganancia de calor se agregará a la carga térmica, creando una necesidad de consumo eléctrico para el equipo de enfriamiento. La densidad de la tasa de transferencia de calor se utiliza normalmente para determinar la cantidad de trabajo (energía) que se requiere para calcular el costo de la electricidad, la cantidad de combustible y la emisión de dióxido de carbono.
Ahora, compararemos la reducción de CO2 usando la tabla no.1 contra el número de árboles maduros que necesitamos plantar para lograr la misma reducción.
Tabla no.2 – Emisión de CO2 por año considerando tubería de 10m de largo y 3.840 horas de operación anual.
Las tasas de emisión de CO2 se han calculado con la ayuda de 3E Plus® V4.1 (enlace de descarga compartido en la parte I) es un programa para cálculos térmicos diseñado por NAIMA (North America Insulation Manufacturers Association por sus siglas en inglés). Los valores representan la cantidad total de emisiones de CO2 cuando el mismo sistema de refrigeración funciona 3.840 horas al año.
Para entender los resultados, sí el sistema de enfriamiento usa un elastómero de 12mm (1/2”) de espesor entonces se emitirán 272.60 Kg de CO2 en lugar de 1,196.60 Kg, lo que significa una reducción de 77% de emisión anual. Si el mismo sistema usa el mismo material, pero con un espesor de 50mm (2”) entonces se emitirán 119.10 Kg de CO2 lo que significa una reducción de 90% de emisión anual.
¿Entonces, 50mm (2”) de espesor es la mejor opción? No necesariamente.
¿Cómo seleccionar el adecuado material de aislamiento térmico?
Dos de las principales razones por las que utilizamos aislamiento térmico en sistemas de enfriamiento son para prevenir la condensación y reducir la tasa de densidad de flujo de calor. Los aislantes térmicos reducen la pérdida o ganancia de calor dentro o fuera del sistema de conductos, tanques o tuberías, lo que se traduce en ahorro de energía y costos operativos. Los sistemas termo aislados reducen el riesgo de condensación también para disminuir el crecimiento microbiano y otros daños relacionados con la humedad.
¿Qué debemos considerar?
El Material
Algunos de los beneficios ambientales del aislamiento son obvios. En la industria HVAC&R, el aislamiento reduce el uso de energía, lo que a su vez reduce la contaminación. Pero mientras que todos los tipos de aislamiento generalmente reducen el consumo de energía, algunos pueden afectar el medio ambiente de manera diferente: impacto de la producción de aislamiento, rendimiento del contenido reciclado y capacidad de reciclaje.
Hay muchos factores a considerar al especificar o seleccionar el material de aislamiento térmico adecuado; de hecho, esta no es una tarea fácil, pero como ingenieros, fabricantes o consumidores, todos tenemos el derecho de decidir qué es lo mejor para ahorrar costos y qué es lo mejor para salvar el planeta y proporcionar un medio ambiente saludable para las generaciones futuras.
Retorno de Inversión
Una de las consideraciones es la relación entre el costo del aislamiento, incluidos los materiales, la instalación y el costo de la energía, estos nos ayudan a determinar el pronóstico de lo que se conoce como "período de recuperación simple". El período de recuperación simple no tiene en cuenta el valor temporal del dinero y se determina contando el número de años que se tarda en recuperar los fondos invertidos. Por ejemplo, si se necesitan cinco años para recuperar el costo de una inversión, el período de recuperación es de cinco años.
Costo de la energía eléctrica
Estándares como ASHRAE 90.1 y BS 5422 contienen requisitos para espesores de aislamiento de tuberías y conductos desarrollados sobre la base de principios técnicos y económicos. Estos requisitos se determinaron con simulaciones por computadora del flujo de energía anual a través del aislamiento, las primeras proyecciones de costos para el aislamiento, las proyecciones económicas de tasa de descuento y tasa de escalada energética. En años anteriores, se utilizaron las mismas herramientas para analizar la sensibilidad del nivel de aislamiento rentable para el aislamiento de tuberías a las variaciones en las horas de funcionamiento, la temperatura ambiente, la temperatura del fluido y las proyecciones económicas.
El costo de la energía es diferente en todos los casos, depende de la fuente de energía, la ubicación, depende de las regulaciones locales, las estaciones, los sistemas y, por supuesto, el uso constante de los sistemas aislados. El costo de la energía está relacionado con la cantidad de dinero pagada en un período de tiempo específico (tarifa) y el ahorro dado por el aislamiento térmico. Para ello, es relevante conocer el costo del ciclo energético y el número de horas en las que el sistema está funcionando para pronosticar el costo total de la energía utilizada para el cálculo del periodo de recuperación simple.
Espesor económico
Cuando hablamos de espesor económico, no nos referimos el mínimo espesor que pudiera funcionar en un sistema, nos referimos al espesor de aislamiento térmico aplicado a un sistema que nos garantiza la mayor rentabilidad en un periodo conocido. De acuerdo con BS 5422, el espesor de un sistema de aislamiento está determinado por la estructura de costos óptima, con los costos anuales totales más bajos. Los tres componentes principales de costos en esta estructura de costos son:
El costo del sistema de aislamiento adecuado, costo de capital.
El costo del mantenimiento del sistema de aislamiento instalado.
El costo de la pérdida / ganancia de calor a través del sistema de aislamiento.
Los costos totales para un espesor específico de aislamiento son la suma de los costos nombrados anteriormente, en condiciones similares. Por lo tanto, los costos del sistema de aislamiento deben determinarse por año en función del costo de inversión multiplicado por un factor de escalada, en combinación con los costos de mantenimiento. Estos costos anuales se comparan con el costo anual de la pérdida de energía.
Gráfico nº 1 – Curva del espesor económico
Una vez conocidos todos los parámetros mencionados anteriormente, estaremos en capacidad de seleccionar cual es el material de aislamiento térmico que más nos conviene para satisfacer con la mejor rentabilidad en términos de inversión inicial, mantenimiento, retorno de inversión, y lo mas importante,
el más sostenible.
En ese caso, usaremos el ejemplo mencionado anteriormente para determinar cuántos árboles maduros necesitaremos para alcanzar la misma reducción de dióxido de carbono que brinda un aislante térmico. Considerando que un árbol maduro puede absorber entre 20 y 22 Kg de dióxido de carbono anualmente:
Tabla no. 3– Árboles necesarios para absorber dióxido de carbono.
La tabla no. 3 muestra la reducción de CO2 usando una poliolefina y un elastómero. Por ejemplo, el elastómero de 12mm (1/2”) de espesor reduce la emisión de CO2 de 1.196,6 kg a 924 kg anuales, en promedio, un 77% por lo tanto se requieren 43 árboles para absorber esa cantidad, mientras que el mismo espesor de poliolefina reduce la emisión a 880,90 kg, en promedio, un 74% es decir 41 árboles.
Los árboles son una parte importante del ciclo del carbono, ya que los árboles y todas las plantas utilizan la fotosíntesis para eliminar y almacenar carbono de la atmósfera (mientras que al mismo tiempo liberan oxígeno).
Evidentemente, el aislamiento mecánico es un medio considerablemente más efectivo para reducir las emisiones de carbono que plantar árboles; de hecho, es más fácil prevenir las emisiones de carbono que eliminarlo de la atmósfera una vez liberado.
* Nota aclaratoria: Debo aclarar que mi objetivo no es la de evitar la siembra de árboles, todo lo contrario, a pesar del enfoque y la comparación entre reducción de emisión de dióxido de carbono que provee el uso de aislamiento térmico en sistemas HVAC&R y la equivalencia de árboles que absorben la misma cantidad de dióxido de carbono – como mencione anteriormente, los resultados son increíbles – siempre debemos fomentar la plantación de árboles y la preservación forestal.
* Escrito por: Arcadio J. Velásquez | Ingeniero Mecánico.
Sr. Technical Marketing Engineer – Hira Industries LLC.
Especialista en Aislamiento Térmico
Dubái, Emiratos Árabes Unidos.
