Este es un caso de estudio realizado en la Biblioteca Hayden del Instituto Tecnológico de Massachussetts (MIT) donde la instalación de una nueva tecnología permitió obtener un Delta T más alto. por Belimo
El Síndrome de bajo Delta T es un problema común y costoso en muchas grandes instalaciones, especialmente en campus con edificaciones esparcidas y con plantas centrales de agua helada. Este siempre ha sido, y aun lo es, el caso del MIT. Sin embargo, hoy el problema no es tan severo como solía serlo. Los ingenieros que trabajan en el área de planificación de servicios y sostenibilidad de la Universidad creen que la situación continuará mejorando. Esto se debe a la nueva tecnología en válvulas de Belimo que se aplicó en la biblioteca Charles Hayden del MIT como una prueba experimental del nuevo producto Energy Valve™. Los resultados son muy promisorios para cualquier complejo de edificios que deba lidiar con el Síndrome de bajo Delta T. Esta experiencia nace de una casualidad fortuita: en el 2010, Walt Henry, director del Grupo de Ingeniería en Sistemas del Departamento de Servicios del MIT, le menciona a Marc Thuillard, jefe de investigaciones de Belimo, que a la universidad le interesaría asociarse con Belimo para probar algún producto en desarrollo, particularmente si se trataba de alguna tecnología de control que pudiese resolver alguno de los problemas de energía del campus. “Marc me preguntó si podía ejemplificar alguno de esos problemas y yo le mencioné nuestra dificultad para mantener una diferencia aceptable entre las temperaturas, suministro y retorno del agua helada de la planta”, dijo Henry. “Pensaba que alguna modificación en las válvulas existentes de Belimo podría ayudarnos a resolver ese problema”. Parece que estaba de suerte puesto que la empresa venía trabajando desde hace tiempo en el desarrollo de una válvula con capacidades para combatir el bajo Delta T, lo que ahora se conoce con el nombre de Energy Valve. Belimo se dispuso a diseñar una válvula "inteligente" que combinara la función de una válvula de control independiente de presión que también incluyera un sensor de caudal y sensores de temperatura de agua de retorno y suministro. Esta válvula contaría también con capacidades lógicas y de comunicación que pudieran utilizar estos valores detectados para optimizar el rendimiento del serpentín. Se utilizaría esta tecnología para optimizar el rendimiento de transferencia de calor de los serpentines individuales por medio del monitoreo continuo del Delta T y la comparación de este valor con el predeterminado del Delta T. Cuando estos valores no fueran iguales o no estuvieran lo suficientemente cerca, la válvula se ajustaría automáticamente. Además, los datos que recogiera la válvula serían informados al Sistema de Automatización de Edificios (BAS) y quedarían disponibles para futuros ajustes o diagnósticos. Casualmente, el MIT ofrecía la oportunidad perfecta para probar esta tecnología en desarrollo: la Biblioteca Charles Hayden. ¿Por qué la Biblioteca Hayden?
Los ingenieros del MIT eran conscientes de que los problemas que ocasiona un síndrome de bajo Delta T representaban un costo significativo de energía en el campus. Tan solo este problema le costaba al campus US$1.5 millones anuales cuando se tomaba en cuenta el consumo en conjunto de los enfriadores (chillers), las bombas y los ventiladores de las torres de enfriamiento de todo el lugar. El problema era particularmente urgente en la Biblioteca Charles Hayden en donde los datos mostraban que los serpentines de todo el edificio llegaban a tener una lectura promedio de Delta T muy bajo, de tan solo 6ºF, lo que implicaba un bombeo de agua a través del edificio superior a lo necesario e incluso mayor de lo conveniente.
Según Henry, los problemas de la biblioteca eran causados por una combinación de varios factores. Primero, muchos de los serpentines del edificio estaban diseñados para un Delta T más bajo de lo que se usa actualmente y, además, el edificio tenía originalmente su propia planta de agua helada que operaba en condiciones de caudal constante. Segundo, muchos de los serpentines, si no todos, habían perdido gran parte de su capacidad de transferencia de calor debido a obstrucciones. Otros factores incluían válvulas de control sobredimensionadas, un balanceo hidrónico inadecuado y unidades manejadoras de aire (UMAs) cuyo control lógico dependía de información suministrada por sensores de aire. Según Peter Cooper, director de Planificación de Servicios e Ingeniería Sostenible del MIT, la Biblioteca Hayden poseía patrones de demanda homogéneos (no hay laboratorios u otros espacios con demandas especiales) para tomar en consideración en el esquema de control, haciendo de éste un sitio de pruebas muy conveniente. Además, la biblioteca se encuentra alejada de la planta de agua helada, de modo que un aumento en el Delta T junto con una reducción del caudal desde y hacia el edificio proporcionaría un mayor potencial para el ahorro de energía. Cómo funciona
La tecnología de la Energy Valve fue adaptada a cinco unidades manejadoras de aire en la biblioteca. Al operar bajo esta tecnología de control, las válvulas eliminan el exceso de bombeo a través de los serpentines que ocurre cuando éstos se sobrecargan de energía, es decir, cuando su capacidad de transferencia de calor ha sido agotada y cualquier caudal adicional producirá un desperdicio de energía en el bombeo. La Energy Valve brinda un preciso control de caudal automático a través de su disco caracterizador, el cual proporciona una amplia capacidad de adaptación de la bola). La característica de igual porcentaje del disco reduce la oscilación del actuador y estabiliza la salida del sistema a través de pequeños cambios incrementales en el caudal del agua durante los primeros 10 a 30 grados de abertura de la válvula—donde la precisión en el control es más crítica. La precisa regulación del caudal de la válvula independiente de presión es el resultado de un continuo monitoreo y análisis del caudal y del Delta T. Este sistema monitorea continuamente el Delta T del serpentín y compara sus valores con el valor predeterminado. Idealmente estos valores son iguales. Sin embargo, si el Delta T real se desvía del valor establecido, la válvula se ajustará automáticamente hasta lograr que el valor vuelva a su estado predeterminado. Una vez que se haya restablecido el Delta T apropiado, se reanuda el control lógico de la válvula en su modo habitual de operación (independiente de presión). Gracias a su servidor web integrado se monitorean y ajustan todos los valores detectados o calculados, que incluyen, entre otros, los valores de caudal de agua, la temperatura del agua de retorno y suministro, la alimentación y la energía. Toda esta información se envía al BAS a través del BACnet MS/TP o del BACnet IP donde puede ser utilizada para ajustes o análisis adicionales. Los Caudales se reducen a la mitad
Antes del proyecto de remodelación, el promedio total del Delta T para los serpentines en la Biblioteca Hayden era de 6.15°F, basado en las mediciones tomadas durante el periodo comprendido entre el 9 de agosto y el 9 de octubre de 2010. Después de éste, se realizaron nuevas mediciones en el edificio durante el mismo periodo calendario (9 de agosto al 9 de octubre) pero del año 2011. El promedio del Delta T había subido de 6.15°F a 12.14°F, reduciendo el caudal de agua helada del edificio en un 49%. Este porcentaje ha sido normalizado según el clima, es decir, fue ajustado por variaciones en la temperatura exterior que se produjeron durante el periodo medido. ¿Qué implica esta reducción de caudal en términos de ahorro de energía para una instalación como el MIT? De acuerdo a Peter Cooper, el ahorro que se obtiene al reducir el caudal e incrementar el Delta T es considerable. "Hemos realizado estudios en el MIT que indican que si pudiéramos arreglar todos los problemas de bajo Delta T, el ahorro anual llegaría a los US$1.5 millones ", sostiene Cooper. "Se puede ahorrar esa cifra varias veces evitando el costo de chillers adicionales", agregó destacando que un mejor control permite sacar mayor provecho al equipo existente. La prueba experimental en la biblioteca Hayden convenció a Cooper de algo más: el valor de los datos. "Una de las cosas que nos impresionó fue tener tanta inteligencia allí, en el actuador de la válvula", señaló Cooper. "Se puede caracterizar el rendimiento de un serpentín solo con un par de datos y con esa información se puede observar la degradación de los serpentines y en consecuencia reenfocar las estrategias de mantenimiento. Eso es muy útil cuando tienes un campus con recursos de mantenimiento limitados". El MIT anticipó que agregará más Energy Valves de Belimo en otras áreas del campus a fin de continuar con su lucha contra el bajo Delta T baja.
