Al planificar y evaluar un programa de reparación y mantenimiento de torres de enfriamiento, pocos propietarios y operadores de torres de enfriamiento realizan una evaluación económica exhaustiva. Y si bien se pueden realizar reparaciones y modificaciones simples con un costo mínimo, los proyectos de mantenimiento de torres de enfriamiento más extensos requieren una planificación adecuada y una justificación económica. De hecho, una evaluación económica mal ejecutada puede costar millones de dólares en pérdida de productividad.
En el pasado, muchas plantas de industrias de procesos químicos (CPI) dependían del enfriamiento de un solo paso, extrayendo agua de enfriamiento de una fuente local o de un estanque artificial. La temperatura del agua entrante dependía de factores ambientales y no era controlable, lo que dejaba a los operadores de la planta completamente a merced de las condiciones de temperatura ambiente.
Años de experiencia llevaron a muchos operadores a creer que no se podía hacer nada con respecto a la temperatura del agua entrante. Pero las innovaciones tecnológicas de refrigeración actuales a menudo pueden proporcionar agua significativamente más fría con el mismo espacio de cuenca y una altura de bombeo aún menor.
Sin embargo, antes de realizar la actualización, se debe evaluar un análisis económico exhaustivo y la justificación de las reparaciones y mejoras propuestas para las torres de enfriamiento. Hay cuatro pasos para un análisis económico adecuado:
1. Evaluar el desempeño térmico de la torre existente versus el desempeño térmico de diseño.
Si bien una inspección y evaluación por parte de un especialista local en torres de enfriamiento es una de las mejores maneras de identificar posibles causas del déficit de rendimiento, la tendencia de rendimiento de una torre se puede evaluar con datos de proceso generalmente disponibles. El rendimiento de la torre de enfriamiento se demuestra trazando la temperatura del agua fría de salida versus la temperatura de bulbo húmedo de entrada a una velocidad del ventilador, caudal de agua y carga de calor constantes. La necesidad de una prueba de desempeño formal se determina en función de varios factores. En general, cuantos menos datos de temperatura y flujo estén disponibles a partir de la instrumentación instalada, es más probable que se requiera una prueba de rendimiento formal, independientemente de la antigüedad de la torre.
Cada torre de enfriamiento está diseñada para ofrecer una temperatura de salida específica (80-95 °F) en una combinación de diseño de temperatura de bulbo húmedo, carga de calor, caudal de agua y flujo de aire. Sin embargo, esta temperatura sólo se esperaría en las condiciones de diseño, que normalmente se eligen de manera conservadora y, como tales, ocurren menos de 200 h/año. Entonces, al revisar los datos operativos, uno debería esperar ver temperaturas por debajo de este punto de diseño para todos, excepto los días más calurosos del año. De lo contrario, es posible que el rendimiento térmico de la torre no sea el adecuado.
Incluso es poco probable que las torres nuevas funcionen a los niveles de diseño. Según el Cooling Technology Institute (CTI), aproximadamente la mitad de las torres de enfriamiento recién construidas pasaron su prueba de rendimiento inicial en 2014. Si bien CTI apenas está comenzando a publicar estadísticas de pruebas para fabricantes individuales bajo el programa CTI STD-202, cada empresa conoce las suyas. proporción de aprobación/rechazo y divulgaremos esta información si así se solicita. Dado que la tasa de fallas de las torres nuevas es alta, es aconsejable insistir siempre en una prueba de rendimiento de la torre al comprar equipos nuevos.
2. Modelar la respuesta del proceso a cambios en el desempeño térmico.
Aunque las evaluaciones de desempeño proporcionan información técnica útil, carecen de análisis económico. Para ese análisis se debe evaluar y modelar el proceso que está recibiendo agua fría de la torre. El segundo paso del proceso de evaluación es determinar si el agua más fría tendrá un impacto económico predecible y mensurable en el rendimiento de la planta.
A menudo se puede determinar un impacto de orden de magnitud preguntando “¿hay alguna diferencia en la capacidad de la planta o en el costo operativo en el verano versus en el invierno?” Si la respuesta es sí, entonces algunos procesos sensibles a la temperatura probablemente se vean afectados por la temperatura del agua fría.
Se puede realizar un análisis de regresión simple de los datos operativos para generar una función matemática que exprese el costo operativo o la producción en términos de temperatura del agua fría. En muchas plantas este análisis ya se ha completado. El desafío de la ingeniería es utilizar este conocimiento para descubrir formas de mejorar la economía de las plantas.
Este análisis suele ser complicado, como cuando varios procesos dependen de un circuito de enfriamiento común. En tales casos, evalúe primero el proceso más crítico o sensible a la temperatura. La mejor solución puede ser dividir el circuito de enfriamiento y proporcionar el agua más fría a la parte de la planta donde es más valiosa.
Para cada proceso dependiente de la temperatura, se debe generar una curva de rendimiento versus temperatura del agua fría. El desempeño se puede expresar en términos de producción del producto, uso de energía o cualquier otro indicador clave de desempeño relevante para el proceso en particular. Dependiendo de la variación de costos, se produce una curva separada para el impacto económico versus el rendimiento del sistema.
3. Evaluar múltiples escenarios de reparación y actualización para desarrollar una solución optimizada.
Una vez establecida la relación entre el impacto económico y el desempeño del sistema, el siguiente paso es determinar qué se puede hacer para mejorar el desempeño del sistema y en qué medida.
Junto con las curvas generadas en los dos primeros pasos (rendimiento térmico existente, impactos en los procesos e impactos económicos), es necesario agregar la variación climática anual para desarrollar un modelo comparativo que prediga el impacto financiero y la recuperación de varios proyectos de mejora de torres de enfriamiento. La primera comparación suele ser entre la curva de desempeño "tal cual" y la curva de desempeño del diseño original, cuantificando el impacto financiero de la degradación del desempeño.
En algunos casos, puede ser suficiente una simple evaluación basada en la suma anual de cada temperatura de bulbo húmedo. Estos datos están disponibles en cientos de centros de recopilación de datos meteorológicos de los Centros Nacionales de Información Ambiental, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, www.ncdc.noaa.gov.
Si la instalación fabrica un producto que es sensible a las fluctuaciones estacionales de precios, es más apropiado ejecutar modelos de desempeño estacionales. En los casos en que la temperatura fría del agua afecte el uso o la generación de energía de una planta, puede ser apropiado evaluar los cambios de temperatura entre la noche y el día. Se encuentran disponibles paquetes de software de datos meteorológicos que proporcionan estadísticas de temperatura observadas en incrementos de tres horas, lo que hace posible este nivel de análisis.
Combinando la curva de desempeño de la torre, la curva de desempeño del proceso, la curva de impacto económico y las curvas climáticas anuales, se puede predecir el valor económico de restaurar la torre a su condición de diseño original.
A continuación, se deben identificar y analizar las opciones técnicas para restaurar la torre (reemplazo del medio de relleno, renovación del sistema de distribución de agua, mejoras de los componentes mecánicos) frente al impacto de un reemplazo completo del sistema.
4. Completar un análisis de optimización financiera de las soluciones propuestas.
Tradicionalmente, la selección de una torre de enfriamiento “optimizada” era aquella que simplemente equilibraba el costo inicial versus el costo operativo, basándose en la operación continua en su punto de diseño. Este modelo, sin embargo, no considera el impacto en las operaciones del proceso, ni en las operaciones por encima o por debajo de las condiciones de diseño. Un modelo integrado que calcula y clasifica múltiples iteraciones y al mismo tiempo considera toda la gama de condiciones climáticas y operativas es la mejor manera de optimizar adecuadamente la selección de una torre de reemplazo.
La ecuación de valor general para comparar instalaciones de torres de enfriamiento generalmente debe incluir:
- Costos de capital para equipos e instalación.
- Costos de electricidad para el funcionamiento de ventiladores y bombas.
- Costos de tratamiento de agua
- Costos de mantenimiento (especialmente importantes para comparar la compra de una nueva torre con una reparación/reconstrucción)
- Reducciones de costos operativos debido a temperaturas de funcionamiento más bajas
El primer paso para realizar esta optimización es determinar qué medida financiera se optimizará. Esto requiere que los ingenieros y el personal de la planta que recomiendan compras y actualizaciones de equipos comprendan los criterios de evaluación de la empresa para clasificar y aprobar proyectos de capital a fin de presentar una solución adecuadamente optimizada.
Un método para evaluar proyectos es establecer un requisito basado en una simple recuperación de la inversión. El retorno de la inversión simple es una medida a muy corto plazo del retorno de la inversión de un proyecto y se calcula dividiendo el gasto de capital total por el impacto económico anual. La recuperación de la inversión simple es una herramienta de evaluación que se utiliza principalmente en entornos restringidos y rara vez se utiliza como métrica principal para clasificar y evaluar los gastos de capital. Medidas más comunes, como la tasa interna de retorno (TIR), el valor actual neto del flujo de caja (VAN) y el valor económico agregado (EVA), brindan información más significativa sobre el valor a largo plazo.
Sin embargo, la experiencia ha demostrado que optimizar sólo una medida podría no ser la mejor opción. Por lo tanto, es fundamental tener en cuenta la métrica financiera adecuada al realizar una optimización del sistema. En última instancia, la “mejor” solución estará determinada principalmente por los resultados financieros deseados: una recuperación rápida o un valor máximo a largo plazo.
Debido a la estrecha interacción entre la temperatura del agua fría y el rendimiento del proceso, es fundamental que las actualizaciones y reparaciones de las torres de enfriamiento se planifiquen y evalúen con un conocimiento profundo del diseño de la torre de enfriamiento, las operaciones del proceso y las métricas financieras.
En esencia, la ingeniería es un ejercicio económico con base científica; y si bien la ciencia de las operaciones de las torres de enfriamiento es muy simple, el análisis económico requiere una disciplina rigurosa para garantizar que el capital y el dinero de mantenimiento generen los retornos deseados. Muchos proyectos de mejora de torres de enfriamiento tienen importantes beneficios financieros que pueden revelarse con un análisis económico adecuado, y retrasar ciertas reparaciones y actualizaciones puede costar a las plantas millones en pérdida de productividad y costos operativos excesivos.
