CALENTAMIENTO DE MOTOR DE GRUPO … · permitan tener el mayor tiempo de funcionamiento posible....

CALENTAMIENTO DE MOTOR DE GRUPO ELECTRÓGENO EN UN ENTORNO DE CENTRO DE DATOS

Análisis de rendimiento de calentadores de circulación forzada en comparación con calentadores de termosifón instalados en generadores auxiliares.

Octubre de 2015Devin Parker

1informe comparativo de hotflow™ | prueba de calentamiento de grupo electrógeno en centro de datos

RESUMEN Y COMENTARIOS

PRUEBA COMPARATIVA EN CONDICIONES REALESEn el mercado de grupos electrógenos, los sistemas de calentamiento de circulación forzada son promocionados como una alternativa de criterio avanzado, ambiental y muy eficiente a los calentadores de motor de termosifón tradicionales. No obstante, esas afirmaciones carecen a menudo de pruebas cuantitativas. Los administradores de centros, encargados de comprar sistemas de calentamiento de motores para generadores de centros de datos, deben decidir entonces si las afirmaciones de la gran eficiencia de los sistemas de circulación forzada tienen más peso que la económica y sencilla tecnología legada de la opción de calentamiento por termosifón.

Con el objetivo de expresar esta comparación con números, HOTSTART se asoció con un importante centro de datos ubicado cerca de Minneapolis/St. Paul (Minnesota) y con Ziegler CAT, distribuidor regional de Caterpillar. Para la mayoría de las organizaciones, los centros de datos son decisivos en sus actividades diarias y deben contar con equipos que les permitan tener el mayor tiempo de funcionamiento posible. Los centros de datos suelen alimentarse de varios generadores de energía de reserva instalados en un solo lugar. A su vez, cada uno de estos generadores debe contar con un sistema de calentamiento de motor que le permita arrancar y alcanzar una carga completa de energía con la rapidez suficiente para garantizar el funcionamiento ininterrumpido del centro de datos. Dado que la energía de reserva es decisiva en estas aplicaciones, hacer una prueba en un centro de datos es la oportunidad perfecta para comparar en condiciones reales el rendimiento y la eficiencia energética del termosifón y la circulación forzada.

Los técnicos de HOTSTART prepararon una prueba para supervisar dos motores, uno con un sistema de calentamiento de circulación forzada CSM de 6 kW HOTflow de HOTSTART y el otro con dos calentadores de termosifón de 6 kW estándares. Se recogieron y se analizaron los datos del rendimiento (temperatura del motor y consumo de energía).

La prueba reveló que el calentador de circulación forzada es un sistema de calentamiento mucho más eficiente. No obstante, los datos de nuestra prueba también indicaron que el calentador CSM fue de hecho superior al de los dos calentadores de termosifón de 6 kW en términos de distribución del calor: El calentador CSM consumió menos energía y al mismo tiempo calentó el motor con mayor eficacia.

En el caso de los sistemas de circulación forzada, incluido el calentador CSM de HOTSTART, las afirmaciones sobre su gran eficiencia solo cuentan la mitad de la historia: los datos muestran que los sistemas de circulación forzada son sistemas de calentamiento más eficientes y más eficaces en general. Por lo tanto, para asegurarse de que los centros de datos de los cuales están a cargo tengan el mejor sistema de calentamiento de motor de grupo electrógeno, los administradores de centros responsables de elegir dicho sistema deben incluir la variable del rendimiento del capital invertido sobre la base tanto de las ventajas del menor consumo energético como del mayor rendimiento.

2 informe comparativo de hotflow™ | prueba de calentamiento de grupo electrógeno en centro de datos

PARÁMETROS DE LA PRUEBA

LUGAR DE LA PRUEBAEsta prueba se llevó a cabo en un importante centro de datos situado cerca de Minneapolis/St. Paul. Si bien los inviernos de Minnesota se conocen por su crudeza, nuestros grupos electrógenos de prueba se instalaron bajo techo en una sala calentada para generadores; la temperatura ambiente más baja que se esperaba que la sala tuviera durante un año era de alrededor de 12.8 °C.

La sala de generadores del centro de datos contenía cuatro grupos electrógenos con una salida nominal de dos megavatios; cada uno estaba alimentado por un motor V-16 diésel de cuatro tiempos Caterpillar 3516 con una cilindrada de 69 litros.

Cada grupo electrógeno se precalentaba con dos calentadores de termosifón de 6 kW montados en posición vertical. Para distribuir el calor de manera uniforme por todo el motor en V, se montó y conectó un calentador de 6 kW a cada lado del motor. Los calentadores de termosifón debían de funcionar en simultáneo solo en lo referente a la distribución del calor; ambas unidades proporcionaban calor mientras el motor estaba apagado. No era el propósito de esta configuración proporcionar redundancia en caso de falla de un calentador individual.

Asignados, para efectuar y supervisar la prueba, estaban Jeff Thompson, de HOTSTART, gerente de mercado de HOTflow y experto en rendimiento térmico de motores; Russell Maw, ingeniero de diseño de los calentadores de circulación forzada CSM; y Bob Eisenschenk, jefe de proyecto de servicio en campo de Ziegler CAT. Los miembros de la gerencia del centro de datos también estaban en el lugar para realizar observaciones directas y revisar las pruebas.

CALENTADOR DE LA PRUEBAEl calentador de la prueba fue un calentador de circulación forzada CSM HOTflow de HOTSTART de 6 kW. Mientras los calentadores de termosifón utilizan la expansión natural y la elevación del líquido calentado, el calentador de circulación forzada utiliza una bomba centrífuga para hacer circular el refrigerante calentado, bombeando de manera continua refrigerante por toda la camisa de agua del motor y activando el elemento calentador cuando la temperatura desciende por abajo del límite preestablecido. La circulación continua está diseñada para reducir al mínimo los puntos calientes y promover un calentamiento uniforme y constante con el objeto de aumentar así la eficiencia energética y la distribución de calor.

En un ambiente bajo techo con una temperatura mínima no inferior a 12.8 °C, los técnicos de HOTSTART esperan que el calentador de circulación forzada CSM de 6 kW caliente de manera adecuada un motor de 69 litros, como es el caso del CAT 3516, y mantenga una temperatura mínima interna de 32.2 °C en el motor.

Figura 1. Grupos electrógenos ubicados en las instalaciones del centro de datos. Cada uno de los cuatro grupos electrógenos tiene una clasificación de 2 MW y cuenta con un motor CAT 3516.

Figura 2. Calentador de circulación forzada CSM de 6 kW de HOTSTART, donde se muestra el tanque, la bomba y la caja de caja de control.


PREMISA DE LA PRUEBAEl propósito de la prueba era dar respuestas cuantitativas a dos preguntas:

h ¿Puede un calentador individual de circulación forzada distribuir calor con eficiencia por todo el bloque del motor cuando se lo compara con un par de calentadores de termosifón que funcionan en simultáneo?

h ¿Puede un calentador individual de circulación forzada calentar con eficiencia y generar ahorros mensurables de costos en la forma de conservación de energía?

HERRAMIENTAS DE LA PRUEBAPara medir el rendimiento y la eficiencia de calentamiento, los técnicos de HOTSTART utilizaron el siguiente equipo:

Termopares

Los termopares son dispositivos electrónicos sensibles al calor. Cada uno está diseñado para adherirlo a una superficie y convierte los datos de temperatura en una salida eléctrica. Para hacer un análisis a fondo, se recogieron y registraron los datos de temperatura de varios termopares.

Sensores de transformador de corriente

Los sensores de transformador de corriente son dispositivos electrónicos diseñados para registrar el uso de energía de un dispositivo o sistema en particular y suelen utilizarse en el sector de servicios públicos de energía. Dichos sensores se colocaron en ambos calentadores de termosifón, como así también en la bomba y el elemento del motor del calentador CSM HOTflow, para medir cuánta energía eléctrica consumía cada sistema de calentamiento durante la prueba.

TERMOPAR

TERMOPAR

PARTE POSTERIOR/DERECHA FRENTE/DERECHA

CALENTADOR DE CIRCULACIÓN FORZADA CSMCALENTADOR DE TIPO TERMOSIFÓN

TERMOPARFRENTE/IZQUIERDA

TERMOPAR PARTE POSTERIOR/IZQUIERDA

Figura 3. El lado derecho del motor de prueba, donde se muestra el calentador de circulación forzada CSM, los termopares y el calentador de termosifón. Si bien el calentador de termosifón permaneció en servicio a pedido del gerente de las instalaciones, proporcionó una cantidad insignificante de calentamiento al motor.

Figura 6. El lado izquierdo del motor de prueba, donde se muestra el puerto de suministro del calentador de circulación forzada CSM y los termopares. Para garantizar que se calienten con eficiencia a ambos grupos de cilindros del motor en V mediante un único calentador, el puerto de suministro del calentador de circulación forzada CSM se instaló del lado opuesto.

Figura 4. El lado derecho del motor de prueba con el calentador de circulación forzada CSM instalado y el calentador de termosifón. Ambos calentadores comparten un único puerto de retorno mediante una derivación.

Figura 5. El lado izquierdo del motor de prueba, donde se muestra el puerto de suministro del calentador de circulación forzada CSM. El puerto de suministro está montado del lado opuesto para garantizar una distribución pareja del calor.


Cámara termográfica

Para ver la distribución de calor en tiempo real, los técnicos de HOTSTART observaron los grupos electrógenos de prueba con una cámara termográfica. Dicha cámara utiliza el espectro infrarrojo para traducir la energía de calentamiento en una imagen con código de colores. Las cámaras termográficas pueden visualizar la distribución de calor durante el calentamiento del motor y así detectar puntos calientes que podrían dañar la tubería del calentador o puntos fríos dentro de la camisa de agua del motor.

PLAN Y PROCEDIMIENTOS DE LA PRUEBA

MÉTODOSPara llevar a cabo la prueba, los técnicos de HOTSTART quitaron un calentador de termosifón de 6 kW del motor de prueba designado y lo reemplazaron por un calentador de circulación forzada CSM de 6 kW. A pedido, el calentador de termosifón restante se dejó montado sobre el lado derecho del motor de prueba y se lo dejó conectado y recibiendo alimentación eléctrica, aunque el sistema de circulación forzada CSM aseguraba que proporcionaría la mayoría del calentamiento al motor, si no todo. Para determinar si el calentador de termosifón afectaba el rendimiento del calentador de circulación forzada CSM, los técnicos de HOTSTART recogieron datos de los sensores del transformador de corriente de los calentadores del motor de prueba y de los termopares del bloque de motor de prueba.

Para establecer un punto de referencia de rendimiento, también se colocaron termopares en un grupo electrógeno adyacente idéntico establecido como control. En el motor de control fueron dejados ambos calentadores de termosifón de 6 kW en funcionamiento normal. Para establecer un punto de referencia de consumo de la energía, también se colocaron sensores de transformador de corriente en los calentadores de termosifón del motor de control.

INSTALACIÓN DEL CALENTADOR DE CIRCULACIÓN FORZADA CSMPara acomodarse al calentador de circulación forzada, se giró 180 grados el calentador de termosifón del lado derecho del motor de prueba y se lo montó de nuevo en el mismo lugar. Se instaló una derivación en el enfriador de aceite y los puertos de retorno tanto del termosifón derecho como del calentador de circulación forzada CSM se fueron ruteados conectados al mismo lugar.

Para permitir que el calentador de circulación forzada CSM calentara con eficiencia todo el bloque del motor, la manguera de suministro del calentador de circulación forzada se instaló del lado opuesto (izquierdo) del bloque del motor. HOTSTART recomienda este tipo de instalación cruzada para las configuraciones en V; se extrae refrigerante frío del conjunto de cilindros lejano mientras se devuelve refrigerante calentado al conjunto de cilindros cercano. Dado que la bomba hace circular refrigerante continuamente, la distribución de calor por toda la camisa del motor es eficiente, eliminando la necesidad de utilizar varios calentadores para precalentar un bloque de motor.

El representante del centro de datos solicitó que el calentador de termosifón conectado al lado derecho del motor de prueba se mantuviera activo dado que le preocupaba la redundancia del calentador durante la prueba porque los cuatro grupos electrógenos permanecerían en servicio durante ese período y podría enviárseles una señal de activación durante un incidente energético. A pesar de no ser una configuración de instalación que recomiende HOTSTART, el calentador de termosifón del lado derecho permaneció instalado y activado para atender a esos problemas. Aunque nuestros técnicos esperaban que el calentador circulación forzada CSM proporcionara la mayoría del calor del motor de prueba, durante la prueba se supervisó el calentador de termosifón que quedó a la derecha para medir cuánto calentamiento proporcionaba al motor, o si le proporcionaba alguno en absoluto.

El calentador de termosifón que antes estaba conectado al lado izquierdo del motor de prueba se quitó durante toda la prueba.

Figura 7. Termopar conectado al bloque del motor de prueba (arriba). Se registraron las temperaturas de todos los puntos con un equipo de registro de datos térmicos (abajo).


RENDIMIENTO DE CALENTAMIENTOEl primer punto de medición de temperatura fue la temperatura ambiente de la sala, con el objeto de establecer un punto de referencia para la prueba. Para medir las temperaturas de toda la camisa de agua, se conectaron cuatro termopares a cada bloque de motor; se colocó un termopar hacia el extremo del bloque del lado del radiador y uno hacia el extremo del lado del volante de cada lado del motor de prueba y del motor de control.

A fin de medir la temperatura de los calentadores, se colocó un termopar en la entrada y en la salida de los cuatro calentadores. También se registraron la temperatura ambiente de la sala y la temperatura de secciones del bloque de motor para su análisis.

CONSUMO DE ENERGÍAPara medir el consumo de energía, se colocaron sensores de transformador de corriente en las conexiones de alimentación del elemento de los tres calentadores de termosifón (uno por cada calentador de termosifón conectado al motor de control y uno para el calentador de termosifón conectado al motor de prueba). Para medir del consumo de energía del calentador de circulación forzada CSM, se colocó un sensor de transformador de corriente en la fuente de alimentación del elemento y en el motor de la bomba. Para que el análisis fuera más a fondo, los técnicos de HOTSTART buscaron medir cuánta energía consumía el calentador de circulación forzada CSM para hacer circular el líquido mediante su bomba y comparar el valor con la energía consumida para calentar el líquido mediante el elemento.

DURACIÓN Y CONDICIONESLos datos, tanto de los sensores de transformador de corriente como de los termopares, se recogieron entre el 17 de julio y el 17 de agosto, un total de 32 días. Todos los días se registraron las temperaturas con intervalos de un minuto y se promediaron en el período de 24 horas. También se recogieron los promedios diarios de consumo de energía.

Durante dos días consecutivos de la prueba, el 21 de julio y el 22 de julio, se activaron los generadores durante alrededor del 30 % del día. Dicho período es reflejado en los datos de la prueba y muestra una disminución del calentamiento del motor proporcionado tanto por los calentadores de termosifón como por el calentador de circulación forzada CSM, dado que los motores generaban su propio calor durante su funcionamiento. (Todos los sistemas de calentador de circulación forzada CSM están equipados con un relé cuya función es apagar el sistema de calentamiento cuando el motor está funcionando). Después de que se apagaron los motores, el calentamiento se reanudó como siempre.

El sensor de transformador de corriente del calentador de termosifón instalado sobre el lado izquierdo del motor de control sufrió una falla del sensor y nuestros técnicos no pudieron recoger los datos de consumo de energía de dicha unidad después del 22 de julio. No obstante, después de revisar los datos, HOTSTART pudo calcular el consumo de energía de dicha unidad a partir de los datos recogidos de los otros dos calentadores de termosifón.

Durante la prueba, las temperaturas ambiente fueron las esperadas para una sala de generadores cerrada en Minnesota durante julio y agosto; las temperaturas de la sala variaron entre 28.9 °C y 38.9 °C. Estas temperaturas ambiente relativamente elevadas implicaron que los calentadores no debieron elevar la temperatura interna del motor por encima de una temperatura ambientes baja. Al contrario, la comparación de rendimiento del calentamiento se centró en la capacidad de los calentadores de conservar una temperatura de bloque consistente y uniforme antes del arranque del motor.


DATOS DE LA PRUEBA

TEMPERATURAS PROMEDIO DE BLOQUE DEL MOTORLas siguientes tablas muestran las temperaturas promedio diarias del bloque del motor de control y el motor de prueba medidas con los termopares conectados durante las pruebas:

Día

Motor de control Motor de prueba

Izquierda/frente °C

Izquierda/parte

trasera °C

Derecha/frente °C

Derecha/parte

trasera °C

Izquierda/frente °C

Izquierda/parte

trasera °C

Derecha/frente °C

Derecha/parte

trasera °C

17 de julio 49.8 50.4 47.6 48.7 38.7 38.9 38.8 39.7

18 de julio 50.6 51.2 48.6 49.6 38.7 38.9 38.9 39.4

19 de julio 50.8 51.6 49.0 49.9 37.9 38.1 38.3 38.5

20 de julio 51.2 51.9 49.4 50.3 37.8 37.9 38.2 38.3

21 de julio* 62.6 59.2 44.2 43.7 41.8 55.7 57.1 55.6

22 de julio* 61.3 55.3 33.4 32.9 35.2 56.9 59.0 57.2

23 de julio 32.0 48.8 28.7 30.3 34.0 38.9 40.1 39.6

24 de julio 29.7 48.1 27.8 28.7 38.1 38.5 39.6 39.3

25 de julio 29.3 48.2 28.9 29.1 38.1 38.3 39.4 39.0

26 de julio 31.0 50.4 31.6 31.3 37.2 37.4 38.4 37.8

27 de julio 28.1 47.8 28.1 28.1 37.8 38.2 39.3 38.9

28 de julio 29.0 47.5 27.1 28.1 38.2 38.6 39.8 39.4

29 de julio 28.1 46.2 26.2 27.2 38.2 38.6 39.8 39.5

30 de julio 27.9 46.4 26.1 27.0 38.2 38.7 39.8 39.6

31 de julio 28.4 46.9 26.8 27.6 38.2 38.6 39.7 39.4

1 de agosto 28.5 47.3 27.1 27.8 38.4 38.7 39.8 39.6

2 de agosto 28.6 47.7 27.4 27.9 38.3 38.7 39.7 39.5

3 de agosto 29.1 48.0 27.9 28.5 38.4 38.8 39.8 39.7

4 de agosto 29.0 47.3 27.7 28.3 38.4 38.7 39.8 39.6

5 de agosto 28.6 47.1 26.9 27.7 38.3 38.8 39.8 39.6

6 de agosto 28.4 47.8 26.9 27.7 38.4 38.8 39.8 39.7

7 de agosto 28.4 48.4 27.2 27.8 38.4 38.8 39.9 39.7

8 de agosto 28.4 47.8 27.3 27.9 38.4 38.8 39.9 39.6

9 de agosto 28.1 47.2 26.9 27.5 38.2 38.7 39.8 39.6

10 de agosto 28.1 47.7 27.2 27.6 38.4 38.8 39.9 39.7

11 de agosto 27.4 46.2 25.3 26.3 38.3 38.8 39.9 39.8

12 de agosto 26.9 46.6 25.2 26.1 38.2 38.7 39.8 39.7

13 de agosto 27.6 47.7 26.2 26.9 38.2 38.7 39.8 39.6

14 de agosto 47.0 48.3 26.6 27.1 38.5 38.8 39.8 39.6

15 de agosto 48.2 49.6 29.9 29.8 38.9 39.1 40.1 39.8

16 de agosto 48.6 49.7 30.7 30.7 38.9 39.1 39.9 39.6

17 de agosto 48.4 50.1 30.6 30.9 39.0 39.2 40.1 39.8

Promedio 34.2 °C 48.3 °C 30.4 °C 31.1 °C 38.2 °C 38.7 °C 39.6 °C 39.4 °C

41.3 °C 30.8 °C 38.42 °C 39.5 °C

Total 39.8 °C 39.8 °C

Tabla 1. Temperaturas promedio del bloque del motor de control y del motor de prueba.

* En las temperaturas promedio no se incluyeron los datos del 21 de julio y el 22 de julio. Durante esos días, el motor de control y el motor de prueba estuvieron activos y suministraron energía. Los datos de temperaturas de esos días se modificaron debido al calor generado por el motor mismo durante su funcionamiento.


El rendimiento del calentamiento del bloque del motor de prueba y del bloque del motor de control es comparable: la temperatura promedio de todo el bloque difiere en menos de tres décimas de grado. No obstante, cuando se examinó con mayor detenimiento la distribución de calor en todos los bloques, el motor de prueba mostró una distribución pareja del calor en todas las secciones del bloque. La diferencia entre la sección más caliente del bloque (frente/derecha a 39.6 °C) y la sección más fría del bloque (frente/izquierda a 38.2 °C) es de solo 1.4 °C.

En comparación, la diferencia entre la sección más caliente del promedio del bloque del motor de control (parte trasera/izquierda a 48.3 °C) y la sección más fría del bloque del motor de control (frente/derecha a 30.4 °C) es de 17.9 °C. Esta amplia diferencia de temperatura sugiere que no todas las partes del motor de control estarían a temperatura óptima durante la puesta en marcha del motor y ello puede generar desgaste innecesario a lo largo de la vida útil del motor.

El propio rendimiento del sistema de calentamiento mismo puede tener una repercusión negativa también debido a lo desparejo del calentamiento. Dado que los calentadores de termosifón utilizan exclusivamente expansión térmica para hacer circular el refrigerante, las temperaturas de salida pueden ser siempre superiores a las de un sistema de circulación forzada similar. Esas temperaturas elevadas pueden reducir la vida útil de la manguera del sistema de calentamiento, requiriendo realizar mantenimiento al calentador con mayor frecuencia. Como observara Bob Eisenschenk, jefe de proyecto de servicio en campo del centro de Ziegler CAT, “Lo que vemos en sistemas mal mantenidos es una avería de la manguera del calentador porque está muy caliente en todo momento. Mientras con los de circulación forzada todo es comparable y así la vida útil de las mangueras y también del refrigerante son mayores”.

CALENTADOR DE TIPO TERMOSIFÓN

MÍNIMO :MÁXIMO :

PROMEDIO :

26.1 °C50.3 °C31.1 °C

MÍNIMO :MÁXIMO :

PROMEDIO :

25.2 °C49.4 °C30.4 °C

CALENTADOR DE TIPO TERMOSIFÓN

MÍNIMO :MÁXIMO :PROMEDIO :

26.9 °C51.2 °C34.2 °C

MÍNIMO :MÁXIMO :PROMEDIO :

46.2 °C51.9 °C48.3 °C

Figura 9. El lado derecho (arriba) y el lado izquierdo (abajo) del motor de control, donde se muestra el calentador de termosifón, los termopares y las temperaturas registradas.

Si bien cada termosifón está diseñado para proporcionar calor de manera pareja a motores en V, las temperaturas de calentamiento variaron mucho en todas las secciones del bloque. Las temperaturas promedio recogidas sugieren que la diferencia de temperatura entre la sección promedio más caliente del bloque del motor (parte trasera/izquierda) y la sección promedio más fría del bloque del motor podría llegar a ser de 17.9 °C.

Si bien la alarma de temperatura integrada al motor puede no indicar una baja temperatura, la temperatura de la sección más fría del bloque del motor puede ser inferior al límite recomendado de 32.2 ºC durante la puesta en marcha. Los arranques repetidos del motor a bajas temperaturas pueden aumentar su desgaste y reducir su vida útil.

Figura 8. Imagen térmica de la sección de salida del calentador de termosifón. Las constantes temperaturas promedio elevadas como las registradas en la salida izquierda (77 °C) y la salida derecha (70.3 °C) del calentador de termosifón del motor pueden reducir la vida útil de la manguera y del refrigerante.


CONSUMO DE ENERGÍA PROMEDIO DEL CALENTADORPara establecer un punto de referencia de consumo de energía, se midió la energía que consumían los dos calentadores de termosifón del motor de control. Si bien los calentadores de termosifón están diseñados para funcionar en simultáneo, en situaciones reales es probable que uno de ellos esté activo durante períodos más largos y, consuma más energía debido a las variabilidades de la instalación y el recorrido de la manguera. Además, puede ser que algunas secciones del bloque del motor pierdan calor con mayor rapidez que otras.

Tabla 2. Consumo de energía de los calentadores del motor de control y los calentadores del motor de prueba.

* El consumo de energía del termosifón izquierdo del motor de control después del 22 de julio es aproximado debido a un mal funcionamiento del sensor de la toma central.

† En las temperaturas promedio no se incluyeron los datos del 21 de julio y el 22 de julio.

Día


kWh termosifón izquierdo

kWh termosifón derecho

kWh elemento del calentador de circulación forzada CSM

kWh bomba del calentador

de circulación forzada CSM

kWh termosifón derecho

17 de julio 55.98 87.46 35.83 2.06 7.71

18 de julio 51.32 81.12 25.28 2.06 11.64

19 de julio 49.79 77.00 12.35 2.06 21.56

20 de julio 48.49 74.22 6.13 2.06 24.55

21 de julio† – – – – –

22 de julio† – – – – –

23 de julio 51.39* 70.46 24.86 2.06 14.63

24 de julio 51.39* 82.39 44.88 2.06 12.64

25 de julio 51.39* 92.82 27.26 2.06 17.14

26 de julio 51.39* 93.87 0.00 2.06 32.72

27 de julio 51.39* 94.67 46.89 2.06 14.13

28 de julio 51.39* 97.79 56.79 2.06 8.13

29 de julio 51.39* 114.32 57.00 2.06 7.97

30 de julio 51.39* 102.20 58.70 2.06 7.22

31 de julio 51.39* 112.95 56.97 2.06 8.64

1 de agosto 51.39* 112.12 46.80 2.06 8.48

2 de agosto 51.39* 110.21 53.24 2.06 8.84

3 de agosto 51.39* 103.54 45.59 2.06 8.95

4 de agosto 51.39* 106.91 46.22 2.06 9.19

5 de agosto 51.39* 108.49 56.48 2.06 6.94

6 de agosto 51.39* 98.15 55.42 2.06 7.64

7 de agosto 51.39* 85.84 54.29 2.06 7.06

8 de agosto 51.39* 95.88 49.12 2.06 7.54

9 de agosto 51.39* 106.39 55.28 2.06 7.19

10 de agosto 51.39* 98.71 53.65 2.06 6.82

11 de agosto 51.39* 106.43 69.91 2.06 4.32

12 de agosto 51.39* 102.52 62.54 2.06 5.80

13 de agosto 51.39* 91.08 59.11 2.06 6.64

14 de agosto 51.39* 86.90 51.38 2.06 7.90

15 de agosto 51.39* 82.19 26.00 2.06 11.57

16 de agosto 51.39* 79.19 21.04 2.06 12.69

17 de agosto 51.39* 76.60 28.01 2.06 11.40

Promedio

51.39* 94.41

42.90 2.06

10.9244.96

Total 145.8 kWh por día 55.88 kWh por día


Consumo de energía del calentador del motor de control

Como lo indican los datos, los calentadores de termosifón del motor de control mostraron una distribución aproximada de consumo de energía de 60/40. Sin embargo, la temperatura promedia del bloque del lado derecho del motor de control fue alrededor de 10.6 grados menos que del lado izquierdo. Eso indica que el lado derecho del motor pudo haber perdido calor con mayor rapidez y hacer que el termosifón derecho consumiera más energía para mantener una temperatura promedio de apenas 30.8 °C. Si bien el alcance de este proyecto no era descubrir la causa de la discrepancia de calentamiento, este ejemplo de calentamiento y consumo de energía asimétricos se prevé incluso en calentadores similares montados en simultáneo. Ciertos factores como la configuración de la camisa de agua del motor, la selección del puerto y el recorrido de la manguera pueden modificar en gran medida la eficiencia y eficacia del calentador de termosifón.

Consumo de energía del calentador del motor de prueba

Cuando midieron el consumo de energía del motor de prueba, los técnicos de HOTSTART también supervisaron en detalle el otro calentador de termosifón para asegurarse de que no interfiriera con la evaluación directa del rendimiento del calentador de circulación forzada CSM. La siguiente tabla muestra el consumo de energía del calentador de termosifón del motor de prueba y el calentador de circulación forzada CSM instalado.

La bomba del calentador de circulación forzada CSM consumió una cantidad comparable de energía para hacer circular con continuidad el refrigerante por toda la camisa de agua del motor mientras que el elemento del calentador de circulación forzada CSM muestra consumos variables de energía, puesto que se activaba solo cuando el termostato del motor de velocidad constante medía una temperatura de refrigerante menor o igual que el valor preestablecido. Y si bien el calentador de circulación forzada CSM proporcionó la mayoría del calentamiento del motor y consumió la mayoría de la energía, aquí también se representa el termosifón del motor de prueba, que muestra una distribución aproximada del consumo de energía de 20/80 con el calentador de circulación forzada CSM.

Para poner en contexto el consumo del calentador de termosifón del motor de prueba, se comparó el consumo promedio diario de energía del termosifón derecho del motor de prueba con el calentador de termosifón derecho del motor de control. Con la introducción del calentador de circulación forzada CSM, el calentador de termosifón derecho (que normalmente consumiría 81.12 kWh) consumió solo 10.92 kWh, o apenas el 13.46 % del consumo de energía previsto. Eso sugiere que, si bien el calentador del termosifón del motor de prueba permaneció conectado y activo, consumió apenas una fracción de la energía y proporcionó una cantidad insignificante de calentamiento general al motor. El calentador de circulación forzada CSM estaba precalentado con eficiencia el motor de prueba sin ayuda.

Promedios de la prueba


Termosifón izquierdo Termosifón derecho Motor de velocidad constante

Termosifón derecho

Temperatura del bloque 41.3 °C 30.8 °C 39.8 °C

Energía consumida 51.39 kWh 81.12 kWh 44.96 kWh 10.92 kWh

Porcentaje de energía 38.78 % 61.22 % 80.46 % 19.54 %

Termosifón izquierdo

Termosifón derecho

Termosifón derecho

Motor de velocidad constante

Tabla 3. Promedios de las temperaturas del bloque y la energía consumida durante la prueba. El motor de control muestra una división entre el lado izquierdo y el lado derecho del motor, tanto en el calor promedio como en la energía que consumió el calentador de termosifón de ese lado.

Cuando se agrega el calentador de circulación forzada CSM a las condiciones del motor de prueba, el termosifón derecho, que esperaríamos que consumiera 81.12 kWh, consume solo 10.92 kWh dado que el calentador de circulación forzada CSM asume la mayor tarea de calentamiento del motor.


Comparación de consumo de energía del calentador

Tras haber registrado el consumo de energía de ambos sistemas de calentamiento del motor, los técnicos de HOTSTART compararon los dos motores lado a lado; dicha comparación respondería con cuánta eficiencia el calentador de circulación forzada había calentado el motor y predeciría cuánto podrían ahorrar los clientes.

Dichos promedios muestran un consumo de energía considerablemente mayor de los dos calentadores de termosifón del motor de control. Por el contrario, los calentadores del motor de prueba (sobre todo el calentador de circulación forzada CSM) consumieron un 38.3 % menos de energía durante toda la prueba y distribuyeron calor por todo el bloque de manera más pareja.

Según la Administración de Información de Energía de los Estados Unidos, el precio comercial promedio de la electricidad en Minnesota (a enero de 2015) es de 0.0907 dólares estadounidenses por kWh. La aplicación de esa tasa, proporciona un costo estimado de funcionamiento de los sistemas de calentamiento de motor tanto del motor de control como del motor de prueba en diferentes intervalos.

En Minnesota, el precio comercial de la electricidad es relativamente bajo si se lo compara con el promedio nacional de 0.1067 dólares por kWh. Si se instalan sistemas actualizados de calentamiento en instalaciones donde el precio de la electricidad sea mayor, pueden conseguirse mayores ahorros. Por ejemplo, si se actualizarán los sistemas de calentamiento de centros de datos de otros lugares, como Michigan (USD 0.1076 por kWh), California (USD 0.1323 por kWh) o Nueva York (USD 0.1749 por kWh), el ahorro aumentaría debido a las tasas comerciales de electricidad relativamente más elevadas de esos lugares.

RESULTADOS Y HALLAZGOS DE LA PRUEBA

ACTUALIZACIONES POSTERIORES A LA PRUEBADesde que se hizo la prueba comparativa en sus instalaciones, el cliente cambió todos los sistemas de calentamiento de grupos electrógenos de reserva por el calentador de circulación forzada CSM de HOTSTART. Como parte de la actualización, el cliente pudo aprovechar los reembolsos del pago de servicios públicos locales que se ofrecen en su zona. Con programas de descuentos como este, salen ganando todas las partes involucradas: Los servicios públicos se benefician porque el consumidor de energía es más responsable con los recursos y, al mismo tiempo, el cliente puede compensar el costo de la instalación de tecnología nueva que ahorra energía.

Como resultado directo de la prueba comparativa en sus instalaciones de Minnesota, el cliente también actualizó sistemas de calentamiento ajenos al centro de datos original, en colaboración con Ziegler CAT y otros distribuidores regionales de CAT. Como dijera Bob Eisenschenk, “…desde entonces comenzaron a actualizar también otros centros de datos (no de Minnesota, sino de otros estados). Así que dejamos una muy buena impresión”.

En lo que a centros de datos respecta, mantener el mayor tiempo de funcionamiento posible es de importancia capital, y mantener los grupos electrógenos de reserva siempre listos es esencial. Sin embargo, lo que con frecuencia se pasa por alto es el costo de mantener ese nivel crítico de preparación, tanto en términos de consumo propios de energía como del mantenimiento necesario por el desgaste de los grupos electrógenos. Cuando los generadores no están en servicio, sus sistemas de calentamiento consumen energía en todo momento y eso repercute en el objetivo del centro de datos. Y cuando se les activa para proporcionar energía de reserva, pueden ser susceptibles al desgaste provocado por calentamiento desigual e ineficiente.

Intervalo Motor de control Motor de prueba Ahorro

Diario USD 13.22 USD 5.07 USD 8.15

Mensual (31 días) USD 409.82 USD 157.17 USD 252.65

Anual USD 4,825.30 USD 1,850.55 USD 2,974.75

Quinquenal USD 24,126.50 USD 9,252.75 USD 14,873.75

Tabla 4. Costos operativos calculados de los sistemas de calentamiento del motor de control y el motor de prueba mediante la tasa comercial promedio de electricidad de Minnesota de febrero de 2014. Para obtener más información, visite www.eia.gov/state/data.cfm?sid=MN#Prices.

…desde entonces comenzaron a actualizar también otros centros de datos (no de Minnesota, sino de otros estados). Así que dejamos una muy buena impresión”.

-Bob Eisenschenk Jefe de proyecto de servicio en campo

Ziegler CAT

Esta prueba comparativa revela la necesidad de evaluar adecuadamente a los calentadores de circulación forzada al momento de elegir un calentador de motores. Cuando se realiza una comparación directa, frente a frente, con calentadores de termosifón tradicionales, los sistemas de circulación forzada ofrecen ventajas tales como menor consumo de energía y costos de mantenimiento más bajos, los cuales representan un considerable rendimiento de la inversión inicial.

Para obtener más información sobre la prueba comparativa o sobre los calentadores de motores HOTflow de HOTSTART, comuníquese directamente con HOTSTART:

Jeff Thompson, BEP HOTSTART Gerente de marketing – HOTflow 509-536-8675 [email protected]

Russell Maw HOTSTART Ingeniero de diseño de producto – HOTflow 509-536-8662 [email protected]

HOTSTART Ventas 509-534-6171 [email protected]

WWW.HOTSTART.COMAtención al cliente 509-536-8660

CALENTAMIENTO DE MOTOR DE GRUPO … · permitan tener el mayor tiempo de funcionamiento posible....

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