Proyecto Núcleo de Hielo del Polo Sur
La ERV RenewAire funciona a -40°F y aumenta el caudal de aire de la sala de perforación en un 40%, sin consumir energía extra.
Publicado: 24 de agosto de 2017
De un vistazo
Proyecto:
Proyecto Núcleo de Hielo del Polo Sur
Localización:
Polo Sur
Industria:
Investigación científica
ERV RenewAire instalados:
- EV300
Resultados clave:
- Funciona a -40°F
- Funcionó perfectamente sin necesidad de descongelar
- Consiguió un caudal de aire de 287 CFM, un 40% más sin consumir más energía
Visión general
Con el objetivo de comprender los cambios en la química atmosférica, el clima y la biogeoquímica, la Fundación Nacional de la Ciencia de EE.UU. (NSF) creó el Proyecto Núcleo de Hielo del Polo Sur (Núcleo SPICE). SPICE Core consta de dos temporadas de perforación de tres meses de duración cada una (de noviembre a enero) de 2014 a 2016. El proyecto recuperará un núcleo de hielo del Polo Sur, en la Antártida, hasta una profundidad de 1.500 metros, con el fin de investigar los isótopos estables, los aerosoles y los gases atmosféricos que abarcan aproximadamente 40.000 años.
Un miembro central del equipo SPICE Core es Grant Boeckmann, ingeniero mecánico del Grupo de Diseño y Operaciones de Perforación en Hielo del Centro de Ciencia e Ingeniería Espaciales de la Universidad de Wisconsin. Boeckmann trabajó en el diseño del manejo de fluidos y la ventilación de la perforadora, y unas semanas antes de que comenzara la perforación en 2014, fue a la estación del Polo Sur para preparar el emplazamiento de la perforadora. Es uno de los principales operadores de la perforadora.
Desafíos de la ventilación
«Necesitábamos encontrar una solución con un alto índice de cambio de aire para ventilar la sala de perforación con un aporte mínimo de energía». – Grant Boeckmann, ingeniero mecánico y operador de perforación
La perforación del núcleo de hielo consiste en un proceso en dos partes: perforación en seco hasta 200 metros y perforación en húmedo más allá de ese punto. A continuación se introduce fluido de perforación en la perforación para compensar la extracción del núcleo de hielo y mantener el equilibrio de presión. La perforación en húmedo evita que el agujero se hunda y ayuda a lubricar la perforadora a medida que atraviesa hielo cada vez más duro.
Una vez iniciada la perforación en húmedo, surgió un importante reto de ventilación en la sala de perforación: encontrar la forma de eliminar el olor abrumador del fluido de perforación, así como el vapor inducido por el calor, que causaba graves irritaciones oculares y cutáneas. «Necesitábamos encontrar una solución con un alto índice de cambio de aire para ventilar la sala de perforación con un aporte mínimo de energía», dijo Boeckmann.
La necesidad de una ventilación eficaz creó otro reto: encontrar una solución que resistiera el intenso frío del Polo Sur. Esto significaba poder funcionar a temperaturas de hasta -40 °F durante la temporada de perforación y soportar hasta -117 °F durante los meses en que no se perfora. Además, era fundamental que, durante el funcionamiento, no hubiera necesidad de descongelar el sistema, ya que esto detendría el flujo de aire a través de la sala de perforación, haciendo que el funcionamiento de la perforadora fuera muy incómodo.
Solución RenewAire
Encontrar la solución adecuada implicaba determinar una forma de ventilar el aire del interior de la sala de perforación lo más rápidamente posible, con una salvedad: que sólo se disponía de siete kilovatios de energía para alimentar el sistema de calefacción y ventilación de la sala de perforación. Esto significaba que el ventilador tendría que ser lo más eficiente posible desde el punto de vista energético, por no hablar de rentable debido a un presupuesto limitado.
Se encargó a Boeckmann que encontrara la solución de ventilación, y realizó una búsqueda exhaustiva para identificar la mejor opción posible que ahorrara energía, consiguiera las temperaturas de sala de perforación deseadas y alcanzara la tasa máxima de intercambio de aire. Tras una minuciosa investigación, decidió que la mejor opción sería un ventilador de recuperación de energía (ERV) RenewAire.
Se seleccionó una ERV RenewAire por sus siguientes diferenciadores clave:
- Tecnología de núcleo entálpico y placa estática: Utilizando tecnología de quinta generación, las corrientes de aire se mantienen físicamente separadas, mientras que el calor y la humedad que de otro modo se desperdiciarían pasan eficientemente de una corriente de aire a la otra; además, el fluido de perforación no podría volver a pasar a la corriente de aire entrante
- Capacidad para funcionar a temperaturas bajo cero: No había duda de que el ERV funcionaría en las temperaturas extremadamente frías del Polo Sur.
- Sin necesidad de descongelar: Como no hay recipientes de condensación, no es necesario descongelar, lo que simplifica y facilita el funcionamiento de la ERV y reduce el tiempo y los costes de mantenimiento.
- Eficiente energéticamente: La ERV energéticamente eficiente puede proporcionar aire fresco con niveles mínimos de energía
- Mayor caudal de aire: La alta eficiencia significa que la ERV puede alcanzar el caudal de aire máximo sin gastar energía extra
- Rentable: El bajo coste del ERV se ajustaba al presupuesto
- Fabricado en EE.UU: RenewAire fabrica sus ERV -los más de 180.000 en todo el mundo- en Madison, Wisconsin, en una instalación 100% eólica que es uno de los pocos edificios del mundo con certificación LEED, Green Globes y ENERGY STAR, minimizando así la huella medioambiental global de producción y distribución.
«RenewAire fue extremadamente complaciente con todas nuestras necesidades, y sin duda recomiendo sus servicios». – Grant Boeckmann
Boeckmann colaboró estrechamente con el equipo de atención al cliente de RenewAire para seleccionar la mejor ERV para el trabajo, e incluso visitó la sede de fabricación de la empresa, ya que estaba cerca de su oficina de Madison, Wisconsin. Se determinó que la ERV EV300 de RenewAire sería la más adecuada, ya que el rango de caudal de aire se ajustaba a los requisitos de ventilación del proyecto.
«Fue muy fácil trabajar con el equipo de RenewAire», declaró Boeckmann. «Me puse en contacto con un representante del servicio de atención al cliente muy pronto y me ayudó mucho desde el principio. Respondió a mis correos electrónicos y me mostró las distintas opciones cuando visité la oficina. RenewAire se adaptó muy bien a todas nuestras necesidades, y sin duda recomiendo sus servicios.»
Una vez resuelto el problema de la ventilación, Boeckmann viajó al Polo Sur para preparar el lugar de perforación, incluida la instalación de la ERV. La zona de perforación se construyó a un metro de profundidad y el equipo la denominó trinchera de perforación. Dentro de la zanja estaba la sala de perforación, donde se realizaba la perforación propiamente dicha. La ERV se instaló en la parte superior de una de las paredes de la sala de perforación para proporcionar aire fresco y calor al equipo de perforación.
«La ERV RenewAire funcionó por encima de las expectativas del equipo». – Grant Boeckmann
Resultados
La ERV RenewAire se introdujo una vez iniciada la perforación húmeda, a principios del segundo mes (diciembre de 2014) de la primera temporada de perforación, de tres meses de duración. Funcionó en turnos de 10 horas y, según Boeckmann, «La ERV RenewAire rindió por encima de las expectativas del equipo».
Boeckmann informó de que «el ERV funcionaba perfectamente a temperaturas gélidas», que oscilaban entre -4°F y -22°F de media y podían bajar hasta -40°F. Además, como el ERV no tiene bandejas de condensación ni desagües, y la tecnología del núcleo impide que se forme agua líquida, no fue necesario descongelarlo.
Además, para garantizar una eficacia óptima del flujo de aire, Boeckmann instaló dos calentadores de conductos. Uno en el lado de entrada de la ERV para precalentar el aire que entra a unos 0 °F, recomendado por un ingeniero de RenewAire, y el otro en el lado de salida de la ERV para calentar el aire a la temperatura deseada en la sala de perforación. Cuando no se utilizó durante la temporada baja, el ERV soportó temperaturas que pueden descender hasta -117 °F sin complicaciones.
«Lo mejor de la ERV RenewAire es que, una vez que la enciendes, no tienes que volver a pensar en ella». – Grant Boeckmann
Boeckmann dijo que el ERV era un caballo de batalla que mantenía la temperatura de la sala de perforación entre 40 °F y 70 °F y funcionaba a la perfección. «Lo mejor de la ERV RenewAire es que, una vez que la enciendes, no tienes que volver a pensar en ella», comentó. «No tuvimos que descongelar el núcleo y no hubo ciclos de congelación con los que lidiar. La ERV era muy fácil de manejar y funcionó continuamente todo el tiempo sin ningún problema».
Además, con el nivel de energía asignado de siete kilovatios para alimentar el sistema de calefacción y ventilación de la sala de perforación, la ERV aumentó el caudal de aire de la sala en un 40% en comparación con el uso sin ERV. Esto proporcionó al equipo de perforación el aire fresco y las temperaturas moderadas que necesitaban para hacer funcionar la perforadora sin parar durante sus turnos de 10 horas.
Boeckmann también comentó que el mantenimiento requerido por la ERV era mínimo. «Se comprobó el núcleo un par de veces durante la temporada y no hubo ningún problema», dijo. «Todo funcionó como era de esperar».
Conclusión
El proyecto SPICE Core permitirá a los científicos predecir mejor el futuro de nuestro clima, y la ERV RenewAire está desempeñando un papel vital para que esto ocurra. Sin la ERV de bajo consumo que mejora la calidad del aire interior de la sala de perforación, habría sido extremadamente incómodo para los perforadores profundizar más de 200 metros. Boeckmann está de acuerdo y concluye: «El ERV RenewAire funcionó muy bien desde el principio, y nos alegramos de que nos acompañe hasta el final del proyecto, cuando alcancemos nuestro objetivo de 1.500 metros y 40.000 años.»
Próximos pasos
El proyecto SPICE Core ha completado una temporada de perforación y le queda una más. En este momento, el equipo ha perforado hasta una profundidad de 736 metros, con una calidad del núcleo de hielo en su mayor parte excelente. Ya se han enviado 600 metros al Laboratorio Nacional de Núcleos de Hielo de EE.UU. (NICL) de Denver, CO, con fines de investigación.
En cuanto a la ERV RenewAire, Boeckmann afirma que se utilizará durante toda la próxima temporada de perforación, a partir de noviembre de 2015. Al mejorar la calidad del aire interior de la sala de perforación de forma energéticamente eficiente, la ERV RenewAire está ayudando al proyecto a alcanzar su objetivo de perforar hasta 1.500 metros de profundidad y asegurar un registro medioambiental de 40.000 años.
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