Veamos cómo se puede aprovechar el calor en uno de los sistemas de climatización más implementados de la actualidad.
Por Ing. Jimy Danelli*
En los sistemas de aire acondicionado se extrae calor de los ambientes a acondicionar, dicho calor es transportado por el gas refrigerante que el comprimido por el compresor y luego pasa al condensador, donde extraemos el calor del ambiente, y adicionalmente el calor del compresor; este calor del condensador puede aprovecharse tanto para precalentar agua de calderas o servicios en hoteles y hospitales como también ser utilizado en calefacción.
En VRF o Sistema de Refrigerante Variable (en español), disponemos de dos tipos de sistemas muy diferentes entre sí: unos son los sistemas bomba de calor donde las unidades interiores pueden funcionar en modo refrigeración o calefacción, y los sistemas de recuperación de calor, donde las unidades interiores pueden funcionar en refrigeración y calefacción simultáneamente recuperando energía unas de otras.
Antes de continuar, sería importante preguntarnos: ¿a qué nos referimos cuando decimos recuperación de calor? En los sistemas convencionales la unidad exterior cede o absorbe calor del aire ambiente dependiendo del modo de funcionamiento, es decir, cuando el sistema opera en modo refrigeración la unidad exterior cede al aire ambiente exterior el calor absorbido por la unidad interior, ese calor es “desperdiciado”.
En los sistemas de recuperación de calor ese calor se puede reutilizar, ya sea para calentar otras estancias o para calentar agua, por ejemplo sanitaria. Ahora que sabemos qué es la recuperación de calor, continuemos.
En la recuperación de calor hay sistemas de dos y de tres tubos, constan de la unidad exterior que conecta con dos tuberías, (alta y baja presión) con el distribuidor o caja BC y a la caja BC conectan todas las unidades interiores con dos tuberías (líquido y gas), os adjunto una imagen para aclarar conceptos.
A diferencia de las bombas de calor que tienen tres modos de operación (refrigeración, calefacción y desescarche), las de recuperación de calor disponen de cinco modos (refrigeración, calefacción, principal frío cuando la instalación demanda más refrigeración que calefacción, principal calor cuando la instalación demanda más calefacción que refrigeración y desescarche).
Sin profundizar en los modos, refrigeración y calefacción son muy parecidos al funcionamiento de las bombas de calor sin recuperación; en refrigeración por el tubo de alta presión circula el líquido refrigerante de la unidad exterior al BC y por el de baja presión retorna el refrigerante en estado gas o vapor del BC a la unidad exterior, mientras que en calefacción circula el gas caliente de la exterior al BC y retorna el líquido del BC a la unidad exterior por el tubo de baja presión. El tubo de baja presión siempre será el retorno del refrigerante del BC a la unidad exterior y el tubo de alta será la ida de la unidad exterior al BC. Del BC a las unidades interiores el tubo fino es líquido y el grueso es gas. Ahora que, supongo, tenemos la composición del sistema, comentaré el funcionamiento en los modos de recuperación, que son los que nos interesan.
La caja o BC control que he comentado en varias ocasiones no es un contenedor de solenoides que abren o cierran el paso de refrigerante, en su interior encontraremos un cilindro separador de fases en el que, por gravedad, se separan el líquido del gas y enfriadores contracorriente gas-gas necesarios para el sub-enfriamiento del refrigerante. Las flechas indican el sentido del refrigerante y en un círculo he señalado el separador de fases.
Cuando el sistema funciona en modo principal calor, de la unidad exterior llega al BC el refrigerante en estado gaseoso, os sorprenderá que diga “gaseoso” si también tenemos unidades en modo frío las cuales necesitan líquido refrigerante, luego lo aclaro, a alta presión y alta temperatura, el refrigerante se dirige hacia las unidades interiores que demandan calefacción.
El refrigerante se condensa y se sub-enfría, ya tenemos el líquido refrigerante que comentaba en la tercera línea, este líquido lo retornamos al BC donde en los sub-enfriadores gas-gas terminamos de licuar y/o bajamos su temperatura, del BC el refrigerante líquido es dirigido a las unidades interiores que se encuentran en modo refrigeración donde el refrigerante expansiona, evapora absorbiendo calor del local y recalienta, este gas retorna a través del BC a la unidad exterior donde es aspirado por el compresor reiniciando el ciclo.
Cuando el sistema funciona en modo principal frío cambia el funcionamiento, ya que tenemos más demanda de frío que de calor por lo que las unidades interiores no licuarán la cantidad necesaria de refrigerante que necesitan las unidades interiores que están en modo frío, ¿entonces?
La unidad exterior envía al BC una mezcla de líquido y gas refrigerante; si lo mirásemos en un diagrama de Molliere sería un punto del ciclo frigorífico que se encontraría dentro de la campana más a la izquierda, cuanto más líquido necesite el sistema, esa mezcla de líquido y gas llega al BC y entra en el cilindro separador de fases donde el gas refrigerante será dirigido a las unidades interiores que demandan calor y el líquido, tras pasar por los enfriadores gas-gas, será dirigido a las interiores que demandan frío.
La exterior no envía suficiente refrigerante en estado líquido para todas las unidades interiores que demandan frío ya que tiene en cuenta la cantidad de refrigerante que se recupera de las unidades interiores que están en modo calor. En los sistemas de tres tubos uno es el de alta presión, otro es de líquido y el tercero es de baja presión, estos tubos a través de unas cajas distribuidoras que contienen válvulas solenoides seleccionan qué válvula debe abrirse para suministrar líquido o gas dependiendo si la unidad interior funciona en refrigeración o en calefacción.
En la imagen se diferencia el tubo de líquido (verde), alta presión (rosa) y baja presión (azul), a las unidades que trabajan en calor les llega gas a alta presión y de ellas sale líquido refrigerante, este líquido llegará a las unidades que operan en modo refrigeración donde se evaporará.
Las unidades interiores que operan en calor no producirán suficiente líquido para las interiores que operan en refrigeración y el líquido faltante saldrá de la unidad exterior, se mezclará con el producido por las interiores y se distribuirá entre las interiores que operen en refrigeración. Si el modo de operación fuese principal calor las unidades que operan en refrigeración no podrían evaporar todo el líquido producido por las que operan en calefacción retornando el sobrante a la exterior donde se evaporaría.
Con estos ejemplos del sistema VRF con recuperación de calor queremos aprovechar al máximo estos sistemas que son muy eficientes y dependiendo del proyecto pueden disminuir los costos tanto de los equipos, instalaciones y a largo plazo de la factura eléctrica, conociendo que sus niveles de eficiencia son bastante aceptables comparativamente con otros sistemas por separado, siendo muy importante en estos momentos que necesitamos disminuir la huella de CO2.
* Jimy Danelli es asesor de mantenimiento en aire acondicionado y refrigeración. Pueden escribirle al correo electrónico: [email protected]
