En una iniciativa de eficiencia energética, las válvulas de control independiente se convierten en una alternativa interesante. Conozca algunas características de este tipo de sistemas.
por Peter Biondo*
Las mejoras de eficiencia energética dentro del sistema HVAC se pueden lograr no sólo con la selección de equipos de alta eficiencia, sino también en el manejo de control de las tasas de flujo a través de cada terminal. Las terminales son bobinas del ventilador, controlador de aire, vigas de enfriamiento, emisores de calor radiante y convectores. Las válvulas de equilibrio y válvulas de control, por lo general, administran el flujo a través de una terminal. Sin un buen equilibrador hidráulico, el flujo es variable y es difícil de controlar, como abrir y cerrar válvulas en todo el edificio.
El control de flujo por medio de la terminal es un problema de algunos sistemas HVAC. La sobrecarga elevará la temperatura promedio de la terminal resultando una salida térmica.
La sobrecarga baja la temperatura promedio, y la terminal no puede satisfacer la demanda de carga. Los sistemas hidrónicos están sujetos a cambios de presión dinámica cuando las válvulas abren y se cierran. Debido a estos cambios de presión, los flujos y las temperaturas en el edificio con frecuencia son irregulares.
La situación se agrava con las cargas bajas y medias y pueden causar un ciclo no deseado del sistema. Las calderas y los enfriadores terminan corriendo con más frecuencia. "Fuera de balance" significa "fuera de presupuesto" para los propietarios. La instalación estándar experimentará cambios de presión diferencial a través de la válvula de control, independientemente de la respuesta deseada.
Una señal de control tendrá que encontrar el flujo, ya que los diferentes cambios de presión efectivamente retrasarán el tiempo de respuesta de la terminal. La eficiencia de la operación está estrechamente vinculada a las rangos de flujo estable y una respuesta relacionada a la señal de control.
El control hidráulico ideal sería representado por un dispositivo de compensación y una válvula de control que permita alcanzar el flujo deseado, independientemente de cualquier fluctuación de presión. La válvula de control independiente (PICV) combina las características de un regulador de presión diferencial, una válvula de control y una válvula de balanceo.
La instalación estándar experimentará cambios de presión diferencial por medio de la válvula de control, independientemente de la respuesta deseada.
Las PICVs han resuelto el uso molesto de la regulación del flujo por medio de un amplio rango de variaciones de presión. La PICV es una válvula de dos vías que combina el control y el equilibrio en una válvula. Los actuadores están disponibles para las señales de control común, incluyendo on/off y proporcional. Algunos modelos emplean un botón para seleccionar la velocidad de flujo en el campo.
La gran ventaja que tienen las PICVs sobre los otros dispositivos de balanceo es el uso del regulador de presión diferencial. Todos los cambios de presión a través de las PICVs son absorbidos por un regulador de presión diferencial que la mantiene constante utilizando la válvula de control. Debido a esto, el control de la PICV es del 100%.
Los tres parámetros designados para seleccionar la PICV apropiada son máxima velocidad de flujo, disponibilidad de mínima presión diferencial y la posibilidad de máxima presión diferencial. Para regular el flujo correcto, la válvula necesita operar dentro de un rango de presión diferencial, vinculado en la parte baja por la mínima presión diferencial disponible y en la parte alta por la máxima presión diferencial disponible. Durante el diseño, asegúrese que la bomba mantenga la válvula dentro de esos parámetros. Para mantener costos, escoja la válvula más pequeña posible que logre el máximo rango de flujo. Estos parámetros designados le ayudarán a seleccionar la mejor PICV para su aplicación.
Características de las PICV
Las características varían según los modelos fabricados. Un beneficio de todos los modelos es que son compactos; una válvula compacta toma el lugar de dos. Algo en común con todas las PICV es que tienen un regulador de presión que consta de un resorte y un cartucho de diafragma ensamblados. Las diferencias son en el mecanismo de control de flujo. Algunos modelos tienen un disco de control para ajustar el flujo; otros usan una válvula estilo pelota.
Múltiples tipos de flujo se pueden encontrar en una válvula. Algunos de esos modelos incorporan una línea de campo ajustable para marcar la cantidad de flujo de la parte superior y final. Esas marcas están cerradas. Obtenerlas puede requerir quitar el accionador o remover la compuerta lateral; en otros, las marcas en la válvula pueden ser giradas y son legibles en cualquier posición.
Algunas marcas están en valores de porcentaje, mientras que otras son registradas en gpm. Las pruebas de punto de presión están disponibles en la mayoría de los modelos. Adicionalmente, para que sean fáciles de diseñar, las PICVs ofrecen un procedimiento de balanceo simplificado. Algunas válvulas no son ajustables y son armadas en la fábrica; otras son armadas en el campo. Ambos tipos solo requieren que la presión diferencial sea verificada a través de la válvula para garantizar el flujo adecuado.
PICVs son designadas para operar dentro de las especificaciones que la mayoría de los sistemas HVAC requerirán. El control de flujo empieza con una válvula de o.5 gpm ½ -inch y cubre un rango de flujo de hasta 700 gpm con una válvula de 6-inch. PICVs operan en un rango amplio de presión diferencial. La mínima presión diferencial puede ser por los menos desde 3 hasta de 5 psi. La presión máxima diferencial es hasta 50 o 60 psi. Algunos modelos pueden operar con una presión tan alta como 90 psi. El flujo de presión varia por modelo desde +/3% hasta +/-10%.
Dependiendo del modelo, las temperaturas de trabajo pueden alcanzar de 0 F hasta 250 F. La presión máxima de trabajo para una PICV puede ser tan alto como 300 psi. Por favor consulte, los modelos fabricados por la especificación del producto.
PICVs con sistema de flujo variable
No existe duda de las razones por las que las PICVs han ganado gran aceptación en el mercado de la energía eficiente hoy en día. Usando una unidad de frecuencia variable (VFD) para una bomba de control permite que la bomba cambie de velocidad basándose en el control de la presión diferencial en un punto de referencia en el sistema. Una velocidad variable de bombeo del sistema le proporcionará la cantidad correcta del flujo para cumplir con los requerimientos de cambio. PICVs permiten por si mismas los ahorros de energía que la VSD proporcionan permitiendo el flujo deseado en cada terminal.
El flujo exacto capitaliza los beneficios del volumen variable de los sistemas de bombeo. El desbordamiento se elimina, aumentando la capacidad disponible de la planta y puede minimizar gastos de capital para capacidad adicional. La capacidad de las PICVs para mantener un flujo estable resulta útil para los cambios de cargas de un sitio a otro. El uso de las PICVs asegura que sólo la cantidad necesaria de agua fría o caliente se envía a refrigeración y/o carga de calefacción todo el tiempo.
Este articulo describe cómo el uso de las PICVs da mejores resultados en eficiencia y control. Al escribir esto me di cuenta de que tan importante es tener un diseño de control de flujo de un ventilador de bobina, controlador de aire, vigas de refrigeración, aparato de calor radiante o convector. Lo ideal sería que todo diseñador haga planes para la eficiencia energética con un control de flujo preciso. Instalando terminales PICVs para corregir el caudal de flujo es una solución simple.
*Peter Biondo es el coordinador técnico de ventas de Oventrop.
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