Evaluación y análisis de los sistemas de aire acondicionado del “Centro Técnico, Palmas y Almendros” de la Pontificia Universidad Javeriana de Cali, Colombia.
por Camilo Botero*
En la primera parte de este artículo, presentado en la edición anterior, se desglosaron las definiciones teóricas que se tuvieron en cuenta para el proyecto. En la segunda parte se hablará del proyecto como tal, desde los sistemas que se encontraron hasta las renovaciones y el distrito de enfriamiento consolidado.
Sistema actual: El sistema de climatización de la PUJ se compone básicamente de tres sistemas centrales mayores, existen algunos menores de agua fría y de expansión directa, como aparecerán en este informe. Estos sistemas mayores se encuentran instalados y distribuidos de la siguiente forma:
- Sistema Centro Técnico: 225 TR
- Sistema Palmas: 344 TR
- Sistema Almendros: 244 TR
Del Sistema Central de agua fría Centro Técnico, se tiene actualmente un chiller condensado por agua marca YORK, modelo HRF6709115, de la serie CHOBTBR1143E1143975 de 225 TR, una torre de enfriamiento marca REYMSA, modelo 2LMD100-250, de la serie 212-C0-120, con sus respectivas bombas, como dato muy notorio, se puede apreciar que los sistemas de tuberías son complejos en la sala de máquinas, y además cuenta con buen espacio para la ubicación de un segundo y tercer chiller, como aparece en el proyecto del distrito de frio del 2011. El sistema actual que tiene un solo chiller, es demasiado vulnerable.
La capacidad total nominal instalada de este sistema es de 225TR con una demanda de equipos del orden de 560 TR, actuales.
Del Sistema Central de agua fría Palmas, tiene actualmente dos chillers condensados por agua marca YORK, modelo YSBB BB S1-CG, de la serie SEJM-964060 y SFJM-032590 de 172 TR c/u para un total de 344 TR, dos torres de enfriamiento marca AFC, modelo TPA 200, de la serie 54919 y 55019 con capacidad para 200 TR c/u, con sus respectivas bombas.
La capacidad total nominal instalada de este sistema es de 344TR con una demanda de equipos del orden de 714 TR, actuales.
Del Sistema Central de agua fría Almendros, tiene actualmente dos chillers condensados por agua marca YORK, modelo YCWS0140, de la serie RLMM006776 y RLMM006775 de 122 TR c/u para un total de 244 TR, dos torres de enfriamiento marca AFC, modelo TAF 150, de la serie 709 y 55019 con capacidad para 140 TR c/u, con sus respectivas bombas.
La capacidad total nominal instalada de este sistema es de 244TR con una demanda de equipos del orden de 663 TR, actuales.
Con base a la información recibida anteriormente y a los recorridos realizados en el campus durante diferentes visitas se verificaron las cargas nominales instaladas en las áreas hasta el primer informe, con el fin de compararlas con el valor de los tres mayores sistemas centrales de agua fría.
Factores de simultaneidad con los valores nominales para la situación actual:
De acuerdo con los valores nominales instalados descritos con anterioridad se puede concluir que la Pontificia Universidad Javeriana (PUJ) tiene un factor de simultaneidad en cada uno de sus sistemas mayores, del siguiente orden:
- Sistema Centro Técnico: 0.40
- Sistema Palmas: 0.46
- Sistema Almendros: 0.40
Debido a que el valor de la carga nominal y la carga de demanda respecto la capacidad instalada en cada uno de los sistemas centrales de aire acondicionado (Centro Técnico, Palmas y Almendros) son del orden como se describe a continuación en el siguiente cuadro con su respectivo factor de simultaneidad, se puede decir que este sistema en su forma general tiene una factor de capacidad instalada nominal vs demanda, del orden de un 40 %.
Si se tiene en cuenta la pérdida de capacidad de los sistemas lo cual es una realidad (ver cuadro a continuación), la demanda actual es demasiado elevada con respecto a la capacidad instalada en su servicio, lo cual lo hace los tres sistemas vulnerables y deficitarios.
Tabla 1.
Por cuestiones propias de la actividad universitaria en la actualidad no todas las instalaciones se encuentran ocupadas permanentemente, hay zonas como los auditorios que se ocupan esporádicamente. En las demás zonas, debido a las características de la actividad académica, también se presentan variaciones apreciables de la demanda (salones ocupados, o no), pero cada vez es más evidente que se requiere repotenciar los sistemas de agua fría. En caso de este ser ocupado al 100% de carga y teniendo en cuenta las nuevas condiciones climáticas, el sistema a plena capacidad solo podría cubrir realmente una tercera parte de la demanda en el mejor de los casos, es por esto que se presenta muchos inconvenientes para la climatización de las áreas. En estos días es recurrente clima extremo (36°C), lo cual repercute en una mayor demanda de los sistemas centrales de agua fría.
Condiciones requeridas para las áreas del Sistema Central y datos climáticos, para las condiciones de diseño actuales, de Cali.
Tabla 2.
Nota: Todas las condiciones están dadas para 1000 m (3250 Ft) de altura SNM
Conclusiones de evaluación
A continuación veremos las conclusiones en la evaluación de los sistemas de agua fría en la PUJ, respecto al tipo de condensación y si el nuevo sistema sería totalmente centralizado y/o repotenciar los sistemas actuales.
Por las características de los sistemas centrales y su respectiva tubería, se recomienda un solo sistema central, y repotenciar los sistemas actuales mejorando la interconexión entre ellos con un loop de tubería correctamente diseñada, pero si tener la mayor capacidad de enfriamiento en el Centro Técnico que se desarrollará en cuatro etapas.
Después de revisar en detalle los sistemas centrales de agua fría, se decidió que no es posible con la arquitectura actual de la zona de máquinas utilizar nuevos chillers de condensación por agua con sus respectivas torres de enfriamiento, los cuales darían en teoría, más eficiencia, pero con un incremento en el consumo de agua de reposición que ya hoy en día es muy elevado. Con la tecnología disponible hoy en día se puede hacer un Distrito de Enfriamiento con equipos de condensación por aire con eficiencias similares a los de condensación por agua, en capacidades hasta de 300 TR.
Decisiones para un Distrito de Enfriamiento
Después de realizar el reconocimiento del sistema y analizar la información suministrada por el personal de ingenieros, los levantamientos de la interconexión de tuberías y la información técnica previa de catálogo de equipos y el análisis de dichos datos, se concluyó previamente lo siguiente:
1. Se hizo la Ingeniería de Detalle para un chiller de última generación de condensación por aire en capacidad máxima de 300 TR para el sistema de agua fría de Almendros, que da una mayor eficiencia que los sistemas de agua fría actualmente instalados; este llevaría la carga durante la mayor parte del tiempo, con el factor de diversidad actual; se mejorará el uso de la energía y se disminuiría el ruido, pero no se atenderían los crecimientos de la PUJ.
2. Debido a que actualmente los sistemas instalados son sistemas centrales de agua fría, de velocidad constante condensación por agua, y el mejoramiento a chillers más eficientes con compresores de velocidad variable y condensación por aire, tiene un retorno de la inversión favorable, para pagar el proyecto por ahorro energético; para ello se requiere información de los consumos actuales de energía y agua, y sus valores. Se rediseñaron todas las redes de tubería de interconexión de los sistemas de agua fría actuales y futuros; las actuales no son las adecuadas.
3. De acuerdo con el último inventario de cargas presentes futuras inmediatas y futuras de mediano plazo, con relación a la actualización de los sistemas centrales de agua fría y expansión directa (DX) en el campus de la PUJ, se tomaron las siguientes determinaciones; ratificadas en varias reuniones en Cali:
a. Hacer un Distrito de Enfriamiento en la zona del actual centro técnico con chillers de condensación por aire, un total de 3 de 300 TR cada uno y un chiller de condensación por agua de 500 TR, con su correspondiente torre de enfriamiento.
b. Dejar el sistema de Palmas con su carga original trasladando la carga del edificio Guayacanes al Centro Técnico, lo cual es factible, dado que existe tubería, desde dicho Centro Técnico hasta Guayacanes.
c. Dejar el sistema central de agua fría original de Almendros con su deficiencia de un compresor menos, atendiendo la carga nominal del edificio Almendros (eventualmente podría dejarse Registro académico por su ubicación física).
d. Todos los sistemas quedarán interconectados con un anillo de tubería de 12”, con la ingeniería de detalle para la ETAPA I y en proceso de elaboración para las ETAPAS II, III y IV..
e. Debe aumentarse la capacidad eléctrica de la actual subestación, lo cual implica el diseño y construcción de una nueva subestación.
f. Debe estudiarse la topografía del terreno cerca del Distrito de Enfriamiento para ubicar hasta 3 chillers de 300 TR y un chiller de 500 TR de condensación por agua con su correspondiente torre de enfriamiento como aparece y un proyecto de obra civil para esto. Es necesario saber las cotas de los tres sistemas de agua fría, ya que al estar interconectados estos interactuarán sus presiones estáticas, de las diferentes cotas.
g. Se deben seleccionar los sistemas de expansión de agua adecuados, para absorber las variaciones de volumen, por cambio de temperatura.
Factor de simultaneidad para Palmas retirando Guayacanes.
1. Capacidad real del sistema 310 TR y para un consumo de 391 TR será de 0.79, lo cual es favorable
2. Si a este se le suma un equipo de 13 TR DX el factor de simultaneidad quedaría 0.76 que es un valor también aceptable.
Factor de simultaneidad para Almendros.
1. Capacidad real del sistema 165 TR con tres compresores ya que uno está fuera de servicio, y para un consumo de 265 TR será de 0.62, valor aceptable.
Distrito de Enfriamiento consolidado
Sumando las cargas actuales, agua fría de mediano plazo, agua fría inmediato, y conversión de DX a Agua fría dan 3100 TR. Quitándole a este valor la carga que atiende palmas que es 391 TR y la que atiende Almendros 265 TR el consumo es de 1290 TR, como ya existe un chiller con una capacidad real de 203 TR se tiene una carga adicional presente y futura para el centro técnico de 1087 TR
De acuerdo con el anterior análisis, se presenta como una opción técnico-económica favorable y conveniente para la PUJ adquirir tres chillers, de condensación por aire de última generación con compresor variable y de un tamaño de 300 TR. y un Chiller de 500 TR, condensación por agua.
* Camilo Botero es el actual Secretario de la Federación de Asociaciones Iberoamericanas del Aire Acondicionado y la Refrigeración - FAIAR; fue presidente de ACAIRE y es presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores Ltda. Se ha desempeñado como docente en varias universidades colombianas, gremios y actualmente en ACAIRE en cursos de diplomado de proyectos de aire acondicionado, eficiencia energética en aire acondicionado y refrigeración, cogeneración y trigeneración, psicometría aplicada, termodinámica, mecánica de fluídos, transferencia de calor y turbomaquinaria. ([email protected]).
