Eficiencia en sistemas de volumen variable

Los desarrollos técnicos y el acceso a programas de computadoras que simulan y analizan el comportamiento de sistemas de volumen variable, permiten diseñar sistemas óptimos en lo que se refiere al ahorro de energía.

por Alfredo Sotolongo*

¡La energía más económica de producir es la que se ahorra!

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A principios del 2016 me concentré en escribir artículos relacionados con las nuevas tendencias en el diseño de sistemas eficientes de aire acondicionado, donde todos los fluidos: aire, agua y refrigerante, varían en volumen para compensar la carga térmica en cada momento del día. Está establecido que la carga térmica presente en muchas estructuras representa alrededor del 60% al 70% la mayoría del tiempo.
Por lo tanto, al variar el volumen de los tres fluidos en coordinación unos con otros, se maximiza la eficiencia del sistema, reflejando ahorros nunca antes vistos en sistemas de aire acondicionado. Esto se logra al utilizar variadores de frecuencia donde la ecuación refleja la relación entre caballos de fuerza y revoluciones por minuto, RPM del motor, que llamamos leyes de afinidad: 

  • HP1/HP2 = (RPM1/RPM2)ᶾ
  • Donde:
  • HP1 = Caballos de fuerza originales.
  • HP2 = Caballos de fuerza resultantes.
  • RPM1 = Revoluciones por minuto originales directamente proporcional al volumen original.
  • RPM2 = Revoluciones por minuto reducidas  directamente proporcional al volumen reducido.  
  • Por lo tanto HP2=HP1/(RPM1/RPM2)ᶾ

De nuevo aclaramos que en el caso del aire y del agua, ventiladores centrífugos y bombas centrífugas de agua, pueden existir limitaciones en la mínima velocidad de rotación ya que existen resistencias como por ejemplo la fricción en los rodamientos. No obstante, siempre que se reduce la rotación y por lo tanto el volumen, el ahorro en energía es considerable. En el caso del refrigerante variable no aplica esta limitación y la reducción en rotación del compresor centrífugo puede se mayor. Esto se debe a que no hay fricción adicional pues los rodamientos son magnéticos.

En los últimos dos años, fabricantes como Acutherm han desarrollado combinaciones de controles para maximizar la eficiencia del sistema de volumen variable. Cuando se aplica volumen variable de aire, el propósito es subdividir el área acondicionada en la mayor cantidad de zonas posibles y esto se logra cuando cada difusor es un punto de control con su termostato integrado.

Acutherm ha invertido considerables recursos humanos y financieros para desarrollar sistemas de volumen variable de aire que operen a bajo nivel de sonido, minimizando la caída de presión y evitando sobre enfriamiento y sobre calentamiento. Además, estos sistemas contribuyen a reducir el consumo eléctrico del motor del ventilador de la unidad de aire acondicionado. 

A través de programas de computadora que analizan el diseño de sistemas de volumen variable, como lo es el llamado EnergyPro, se demuestran los ahorros en energía  al usar los difusores inteligentes de Acutherm. A continuación les enumero las bondades del sistema de volumen variable que resaltan dichos ahorros:
1) Sistemas de baja presión. Todos los difusores son terminales que operan a baja presión. Muy por debajo de las cajas de volumen variable.
2) Reducción del aire frío por debajo del mínimo de las cajas. Permiten bajar el volumen de aire hasta por debajo de 10%. Esto significa que el aire frio puede ser reducido hasta el punto en que se evita el sobre enfriamiento, siempre que lo permitan las normas locales.
3) El programa identifica las áreas de alta concentración de carga térmica. Las áreas que debido a su uso y ocupación, requieren mayor capacidad deben zonificarse separadas.
4) Desarrolla un modelo realista. El análisis energético a base de promedios, simplifica el cálculo pero no estima con precisión la diversidad que existe en edificios reales.
5) Control de temperatura individual por cada difusor. Cada difusor inteligente de Acutherm es una zona de control independiente con su termostato y compuerta integrados. Esto evita que en zonas muy pequeñas, cuando están desocupadas, se presente sobre enfriamiento o sobre calentamiento.
6) Se evita usar recalentamiento en los difusores. Primero porque muchos gobiernos municipales lo prohíben y segundo debido a que es un desperdicio de energía innecesario.

El programa EnergyPro, desarrollado por una empresa independiente, tiene integrados los modelos de varios fabricantes incluyendo Acutherm. Cuando se entran los datos para hacer el análisis, en el caso de un sistema utilizando Acutherm, solo es necesario seleccionar el modelo del difusor. Es un programa fácil de usar en que el resultado del análisis energético usa como base la información del Departamento de Energía de los Estados Unidos  DOE 2.1 y está basado en la norma ASHRAE 90.1. También tiene incluidas herramientas para calcular los equipos mecánicos y el costo del ciclo de vida útil.

Los desarrollos técnicos y el acceso a programas de computadoras que simulan y analizan el comportamiento de sistemas de volumen variable, aun cuando son solo una idea, permiten diseñar sistemas óptimos en lo que se refiere al ahorro de energía. 

De necesitar más información de cualquiera de los temas tratados en esta columna, favor de comunicarse conmigo al correo: asotolongo@protecinc.com

* Presidente de Protec, Inc., está certificado como ingeniero profesional en Puerto Rico y en el estado de la Florida; tiene más de 40 años de experiencia en la aplicación y venta de sistemas y equipos para la conservación de energía. Es miembro de ASME (American Society of Mechanical Engineers), AEE (Association of Energy Engineers), ASHRAE y fue presidente del capítulo Miami de dicha asociación.

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