La utilización de difusores inteligentes permite modular el volumen de aire de un sistema de aire acondicionado, además de ofrecer mayor eficiencia y efectividad.
por Alfredo Sotolongo*
¡La energía más económica de producir es la que se ahorra!
En los últimos escritos me he concentrado en las ventajas de las leyes de afinidad aplicadas a modular el volumen de los tres fluidos con los que se controla un sistema de aire acondicionado: aire, agua y refrigerante.
Específicamente se aplica la ecuación que representa la relación entre caballos de fuerza y rotación del motor o revoluciones por minuto. La cual se representa a continuación:
HP1/HP2 = (RPM1/RPM2)ᵌ
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.
Ejemplo
Una unidad de manejo de aire con ventilador centrífugo, que mueve un volumen original de 5,000 CFM cuando el motor rota a 1,800 revoluciones por minuto, consumiendo diez caballos de fuerza al reducir el volumen al 50%, 2,500 CFM, se baja la rotación a la mitad, 900 revoluciones por minuto y obtenemos el siguiente resultado:
Al aplicar la ecuación: HP1/HP2 = (RPM1/RPM2)ᵌ
10/HP2 = (1800/900)ᵌ = 2ᵌ = 8
Por lo tanto, en teoría HP2 = 10/8 = 1.25 caballos de fuerza. Baja el consumo de 10HP a 1.25 HP.
Nota: Es importante hacer notar que en el caso del aire y del agua, ventiladores centrífugos y bombas 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 el volumen y por lo tanto la rotación, 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 este escrito me quiero concentrar en el control de volumen de aire más eficiente y efectivo, el cual se logra con difusores inteligentes. 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.
Al satisfacerse la carga térmica, particularmente el calor sensible, en una o varias zonas, el termostato de cada difusor modula el volumen de aire que cada difusor debe distribuir para satisfacer la demanda térmica en cada momento. La presión aumenta en los ductos al restringirse el volumen de aire. El control de presión que modula el variador de frecuencia en cada unidad de manejo de aire reduce las revoluciones por minuto del motor y por lo tanto, el consumo de energía del motor exponencialmente como aparece en la ecuación de las leyes de afinidad.
El difusor inteligente de volumen variable es más efectivo y económico que las cajas de volumen variable ya que cada difusor representa una zona de control. Mientras que las cajas para que sean económicamente factibles se utilizan con varios difusores en distintas áreas y la única área en donde se satisface verdaderamente la carga sensible es en la que está localizado el termostato. Las otras áreas, que no tienen termostatos, podrían estar o muy frías o muy calientes y no hay control del confort. Las cajas de volumen variable operan a caídas de presión hasta cuatro veces más alta que la de los difusores inteligentes, penalizando los caballos de fuerza que necesita el motor del ventilador de la unidad de manejo de aire.
El control de temperatura se optimiza en cada área del edificio al ser cada difusor inteligente una zona independiente. Cada ocupante ajusta el termostato para satisfacer su condición de confort dentro de un rango de 1½⁰F o 0.9⁰C. Es requisito indispensable mantener la velocidad de suministro constante independientemente del volumen de aire, con esto se logra que el aire mantenga la distancia a la que siempre debe llegar y además, una distribución uniforme de la temperatura.
Para diseñar un sistema de aire acondicionado donde se maximice el ahorro de energía es importante modular el volumen de los tres fluidos que componen el sistema central: aire, agua y refrigerante. De no ser posible modular los tres, por lo menos alguno de ellos debe ser modulado. Si lo que pueden modular es el volumen de aire, le sugiero a nuestros colegas que utilicen difusores inteligentes, que además de los ahorros de energía que representan, son los de más bajo costo inicial por zona de control.
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* 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.
