por Alfredo Sotolongo
Como bien les informé en artículos anteriores de la sección OPINIÓN, por causa de problemas que todos conocemos como el alto costo de los combustibles y la conservación del medio ambiente, la empresa privada ha dedicado considerables recursos económicos así como tiempo al desarrollo de nuevos sistemas y productos para la conservación de energía. Les puedo decir que casi todos los días se desarrolla algo nuevo y por lo tanto, se aprende algo nuevo.
En esta oportunidad me quiero referir a las plantas centrales de agua helada. Es importante entender cómo la tecnología se aplicaba a los retos de los años 50 y el razonamiento detrás de aquellas decisiones para así poder evaluar y apreciar el concepto de cómo obtener la máxima eficiencia posible en estas instalaciones.
Hasta muy recientemente los distintos equipos que componían la planta central eran:
* Enfriador (Chiller).
* Torres de enfriamiento.
* Bombas de agua helada.
* Bombas de agua de condensación
Eran controlados independientemente uno de otro y se trataba de que operaran lo más eficientemente posible.
En los años 50 casi todos los sistemas eran de volumen constante, ya que no se conocían las bondades del volumen variable ni se habían desarrollados equipos para poder controlar el volumen del aire ni del agua. La capacidad de los sistemas de aire acondicionado se controlaba con válvulas de tres (3) vías en las manejadoras de aire y éstas modulaban la cantidad de agua evitando que ésta pasara por el serpentín de la manejadora y regresándola al enfriador. Cuando esa masa de agua helada, que no pasaba por el serpentín de la manejadora, regresaba al enfriador a una temperatura que se acercaba a la que había salido, los controles del enfriador reducían la capacidad del mismo y en ese momento empezaba a reducir el consumo de energía en el enfriador.
El problema que esto representaba era el tiempo que tomaba al agua regresar al enfriador para que los controles de éste registraran el valor de la temperatura y ajustaran la capacidad. Lo mismo pasaba con los demás componentes, ya que el agua de condensación no cambiaba su valor de temperatura hasta que el enfriador no se ajustaba.
Al final de los años 50 y principio de los 60, con el propósito de reducir el tiempo de reacción, se comenzó a utilizar el bombeo primario con volumen constante, pero variando el volumen en el circuito que alimentaba las manejadoras de aire (que lo podríamos llamar circuito secundario de agua helada); para esto se utilizaban válvulas de dos vías, que al satisfacerse la temperatura en la manejadora cerraba la válvula y reducía el caudal de agua hacia el serpentín y al ser la bomba de agua helada de volumen constante aumentaba el diferencial de presión en el sistema de bombeo. Por medio de un controlador diferencial de presión se controlaba una válvula de dos vías localizada en una tubería de recirculación (by-pass) que conectaba la tubería de retorno con la de suministro.
Al aumentar el diferencial de presión entre el retorno y el suministro, la válvula de dos vías se abre para recircular el agua helada a través del enfriador. Cuando los controladores del chiller detectaban que la temperatura de retorno del agua se acercaba a la de suministro, éstos ajustaban la capacidad y en ese momento comenzaba a reducir el consumo de energía. Una vez se reducía la capacidad del enfriador, los controles de temperatura del agua de condensación detectaban la disminución en el valor de la temperatura del agua de retorno del condensador y así controlaban la capacidad de la torre de enfriamiento. Con esto se mejoraba el tiempo de reacción en lo que respecta al enfriador y la torre de enfriamiento, pero no se ahorraba energía en ningún otro componente del sistema.
Aunque las bondades de las leyes de afinidad de los fluidos impulsados por equipos en rotación ya se conocían, no fue hasta principios de los años 80 que se desarrollaron y se justificó financieramente el uso de los variadores de frecuencia (VFD) para modular las revoluciones de equipos tales como ventiladores y bombas de agua en sistemas comerciales de aire acondicionado.
Una vez se comenzaron a utilizar los variadores de frecuencia (VFD), se logró también ahorrar energía en los ventiladores de las manejadoras de aire, en las bombas de agua y en los ventiladores de las torres de enfriamiento lo cual hizo las plantas centrales de agua helada más eficientes. Los enfriadores trabajaban con volumen constante de agua, mientras que el sistema consistía de dos sistemas de bombeo para el agua helada, uno de volumen constante para el enfriador y otro de volumen variable para la red de distribución.
El sistema de bombeo para la red de distribución o sistema secundario, también utiliza válvulas de dos vías en las manejadoras y al cerrarse dichas válvulas el diferencial de presión aumenta entre las tuberías de suministro y de retorno, y el controlador diferencial de presión modula el variador de frecuencia para ajustar las revoluciones del motor de la bomba y así reducir el consumo exponencialmente.
Con todos estos adelantos logrados en los años 80 se ha reducido el consumo de los distintos equipos que componen la planta central de agua helada y se ha logrado disminuir el tiempo de reacción, aunque cada equipo es controlado independientemente. Esto significa que la planta central como un todo no opera a máxima eficiencia ya que sus componentes no operan en armonía el uno con el otro.
Dentro de ese grupo de empresas que están constantemente en la búsqueda de sistemas más eficientes y que tratan de minimizar el tiempo de reacción de las plantas centrales de agua helada se encuentra S.A Armstrong, que ha desarrollado un sistema integral de control que logra que todos los componentes trabajen en armonía utilizando la tecnología del ciclo de control Hartman el cual se basa en tres principios:
1. La curva natural del comportamiento del enfriador.
2. El comportamiento de cada componente con relación a la capacidad del sistema.
3. El control basado en la demanda del sistema en cada momento.
Estamos hablando de controlar los componentes de la planta central de agua helada de la forma siguiente:
a. Torres de enfriamiento – preferiblemente de celdas múltiples variando el volumen de aire.
b. Bombas de agua de condensación – variando el caudal de agua a través de la torre de enfriamiento.
c. Bombas primarias de agua helada – variando el volumen de agua a través del enfriador. No se requiere bombeo secundario.
d. Enfriador de agua – modulando su capacidad y reaccionando al volumen variable de agua del circuito primario.
Hoy en día se puede lograr que todos los equipos que componen la planta central de agua helada se posicionen en su punto óptimo de eficiencia para cada nivel de carga térmica del sistema de aire acondicionado. En nuestros países tropicales, además de los cambios en carga térmica en el interior de los edificios, existen cambios en las condiciones externas, casi siempre es la presencia y ausencia del sol que causa cambios en el bulbo seco y húmedo del aire exterior.
En otras palabras, la comparación de las condiciones del aire exterior con la temperatura del agua de entrada al condensador y la capacidad térmica del sistema de aire acondicionado debe coincidir con el consumo eléctrico para esas condiciones de carga específicas y de no ser así, el sistema de control ajustaría la condición de operación de todos los componentes para lograr el valor óptimo de consumo eléctrico por carga térmica correspondiente.
En conclusión, lo que se ha logrado con estas nuevas aplicaciones de métodos de control es que al trabajar todos los equipos que componen la planta central de agua helada en armonía, se ha disminuido considerablemente el tiempo de reacción a los cambios en carga térmica logrando minimizar el consumo de energía. Esto ha representado plantas completas con condensación por agua intentando promediar anualmente consumos tan bajos como 0.45 Kv/Tonelada (7.8 COP).
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