SISTEMAS DE CAUDAL DE AGUA VARIABLE EN ... - Caloryfrio.com

TÍTULO:AUTOR/ES:SISTEMAS DE CAUDAL DE AGUA VARIABLE EN CIRCUITOPRIMARIOMª Mercedes Lorente SáezJuan Manuel VicoEMPRESA: JOHNSON CONTROLS

FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DE CAUDAL DE AGUA CONSTANTEY VARIABLELos sistemas de producción de agua fría suministran frío paranumerosas aplicaciones, tanto de aire acondicionado como de refrigeraciónindustrial. Independientemente de la complejidad del sistema, todos ellos estánformados por unas unidades de producción de agua fría, bombas de circulaciónde agua, tuberías de distribución, unidades terminales y válvulas de regulacióny control. El calor extraído en las baterías de intercambio de las unidadesterminales es cedido a la masa de agua circulante y eliminado por lasenfriadoras de agua. La red de tuberías de distribución de agua será a caudalconstante o variable en función de las bombas asociadas y de las válvulas deregulación de caudal de las unidades terminales. La transferencia de calor quese realiza en éstos sistemas es puramente sensible, y es proporcional tanto alcaudal de agua circulante como al salto térmico que se produce en el aguaentre la entrada y la salida de la batería de intercambio de la unidad terminal.Está determinada por la siguiente ecuación:Q = ρ · C p · m · ∆T (1-1)La relación entre el caudal y la diferencia de temperatura expresada enésta ecuación tiene una importancia crítica: cuanto menor sea la diferencia detemperatura mayor será la cantidad de caudal que tendremos que hacercircular por el sistema para conseguir vencer la carga térmica. Las necesidadesde caudal determinarán el tamaño de los componentes de los sistemas deagua, así como los consumos energéticos de los grupos de bombeo.CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION AGUA FRIALas cargas térmicas a vencer por los sistemas de agua fría son casisiempre variables. Ante esas variaciones, y de acuerdo con la ecuación (1-1),el sistema deberá responder variando el caudal, variando el salto térmico oambos. En función de esa variación, los sistemas se podrán clasificar ensistemas de caudal constante o sistemas de caudal variable. Centrándonos enlos sistemas de caudal variable y atendiendo al número de grupos de bombeoinstalados, podremos subdividirlos en:- Sistemas de Primario/Secundario (PSF): aquellos que disponen debombas de caudal constante en el circuito primario y bombas decaudal variable en el secundario.- Sistemas de Caudal Variable en Primario (VPF): aquellos queúnicamente poseen un circuito hidráulico común dotado de un grupode bombeo de caudal variable.Este estudio pretende comparar ambos sistemas VPF y PSF, analizandolas ventajas de uno frente a otro.

SITEMA DE PRIMARIO/SECUNDARIO (PSF)Los sistemas de Primario/Secundario (PSF), se basan en la existenciade dos grupos de bombeo, uno de ellos ubicado en el circuito primario de lainstalación, que trabaja a caudal constante, y con la característica de que cadaenfriadora va asociada a su bomba de circulación, de forma que éstas bombasno pueden funcionar con otra enfriadora. El segundo grupo de bombeo seencarga de impulsar el agua a través de las unidades terminales, dotadas deválvulas de regulación de caudal de 2 vías, de forma que éste grupo deberá serde caudal variable. Las presiones estáticas disponibles de diseño de ambosgrupos de bombeo, deberán permitir vencer la pérdida de carga en cada unode los bucles del circuito de forma independiente.Los sistemas de Primario/Secundario (PSF) se caracterizan también porposeer un by-pass entre ambos circuitos, que permite circular caudal de aguaen ambos sentidos en función del caudal que está recirculándose por cadabucle del circuito en un momento dado.1 SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO (PSF)

SISTEMA DE CAUDAL VARIABLE EN PRIMARIO (VPF)Los sistemas de caudal de agua variable en circuito primario, secaracterizan por la existencia de un único grupo de bombeo de caudal variable,diseñado para vencer la pérdida de carga total del circuito (primario mássecundario), y que recirculará el agua necesaria en cada momento para elfuncionamiento del conjunto de la instalación a través de toda ella, incluso delas unidades enfriadoras. Estas bombas se instalan agrupadas, de forma quecualquiera de ellas puede trabajar sobre cualquiera de las enfriadoras delsistema. Cada unidad enfriadora estará dotada de una válvula de aislamientoautomática, que cerrará en caso de que su enfriadora asociada esté parada.2 SISTEMA DE CAUDAL VARIABLE EN PRIMARIO (VPF)La demanda de caudal en el sistema, vendrá dada por la apertura ocierre de las válvulas de 2 vías de las unidades terminales, siendo éstas lasque determinarán la cantidad de agua que circulará a través de las unidadesenfriadoras. En la unidad terminal hidráulicamente más alejada de todo elcircuito, se instalará un sensor de presión diferencial, que será el encargado deindicar en todo momento las variaciones de presión que van sucediendo en elcircuito debido a la apertura y cierre de las válvulas reguladoras de caudal. Lasbombas de circulación, dotadas de variador de frecuencia en el motor,responderán a esas variaciones de presión aumentando o disminuyendo elcaudal que impulsan a la instalación.En el sistema VPF también encontraremos un by-pass con una válvulade regulación de caudal y un caudalímetro: su misión es garantizar en todomomento que por el evaporador de las enfriadoras está circulando el mínimocaudal exigible por el fabricante para evitar problemas de hielo en el mismo.

FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO (PSF)Para analizar el funcionamiento de un sistema Primario/Secundario(PSF) y compararlo con el VPF, vamos a partir de una instalación como la quese muestra en el esquema adjunto. Está formada por tres plantas enfriadorasde agua (condensadas por agua) de 1.000 Kw de potencia frigorífica cada unade ellas. Diseñando la instalación con unas condiciones de ∆T= 5ºC, lasbombas de circulación del circuito primario deberán de suministrar un caudalnominal de unos 172 m 3 /h, y su presión disponible deberá ser suficiente paravencer la pérdida de carga del evaporador del equipo y la del resto deelementos del circuito primario que le afectan (tubería, válvulas y colectores).Mientras, las bombas del circuito secundario, dotadas de variador de velocidad,deberán ser capaces cada una de ellas de suministrar un caudal nominal deunos 172 m 3 /h, y su presión disponible deberá ser suficiente para vencer lapérdida de carga del circuito secundario (tubería, válvulas y batería de launidad terminal más alejada).En condiciones de carga térmica del 100% los parámetros defuncionamiento serán los reflejados en el esquema adjunto. Como los caudalesque funcionan por el circuito primario y secundario son similares, por el by-passno circulará caudal de agua.3 SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO AL 100%

Veamos ahora que sucede cuando la demanda de las unidadesterminales se reduce al 75%. En éstas condiciones, las bombas del circuitosecundario reducirán su velocidad hasta dar un 75% del caudal nominal (129m 3 /h), manteniéndose así las condiciones de ∆T= 5ºC en las baterías de lasunidades terminales. El caudal total del secundario se verá reducido a 387m 3 /h, pero para poder satisfacer esa necesidad de caudal sin romper elequilibrio, en el circuito primario necesitaremos que las tres bombaspermanezcan en funcionamiento, manteniendo operativas las tres plantasenfriadoras. En estas condiciones, por el by-pass deberán circular 129 m 3 /hextras, manteniéndose así el equilibrio hidráulico en la instalación. Ese caudalsobrante se mezcla con el de retorno de la instalación, haciendo que el aguaque vuelve a las enfriadoras lo haga a una temperatura inferior a la prevista,obligándolas a trabajar con un ∆T inferior al de diseño.4 SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO AL 75%Con esto podemos deducir que en un sistema de Primario/Secundario, elsistema secundario es de caudal variable, con salto térmico constante,mientras que el circuito primario es de caudal constante con salto térmicovariable. Otra conclusión que extraemos rápidamente es que se realiza underroche de energía: la empleada en el bombeo de los 129 m 3 /h del by-pass.Las enfriadoras de agua empezarán todas ellas a reducir su capacidad paraintentar trabajar con su ∆T= 5ºC, pero no podremos evitar que las tres esténsimultáneamente en funcionamiento por la demanda de caudal del circuitosecundario.

Este mismo análisis lo podemos realizar con la instalación funcionandoal 50%, tal y como se refleja en el esquema adjunto. En éstas nuevascondiciones, por el circuito secundario solo circulan 258 m 3 /h de aguamanteniéndose un ∆T= 5ºC. Para garantizar ese caudal, únicamente seránecesario que funcionen dos de las bombas del primario, manteniendo asíoperativas dos enfriadoras. Al igual que en el caso anterior, para mantener elequilibrio hidráulico del sistema, por el by-pass será necesario hacer circular uncaudal de 86 m 3 /h, obligando esto a consumir energía extra al sistema. Esecaudal a 7ºC se mezclará con el agua de retorno de la instalación, haciendoque el ∆T con el que trabajan las enfriadoras sea inferior al de diseño.5 SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO AL 50%Esto es lo que sucede en instalaciones que funcionan manteniendo el∆T de diseño en las baterías de las unidades terminales. Pero existen causasque hacen que esto no sea así (por ejemplo, la suciedad en las baterías),dando lugar a lo que se llama “el síndrome del ∆T”, y que se da cuando esesalto es inferior al previsto, y cuya consecuencia inmediata es la necesidad deun aumento de caudal para satisfacer la demanda de frío. Las válvulas de 2vías tienden a abrir rápidamente para satisfacer las necesidades del sensor deambiente que demanda más potencia frigorífica. Podríamos decir que si con un∆T= 5ºC necesitaríamos un caudal “x”, para un ∆T= 2,5ºC necesitaríamos uncaudal de “2x”. El sensor de presión diferencial enviará entonces una señal alsistema de control, advirtiéndole de ese incremento de la demanda, y lareacción del sistema será dar orden a los variadores de velocidad de lasbombas para que el caudal aumente. El sistema está buscando aumentar elcaudal, cuando en realidad no necesita más potencia frigorífica.

En un sistema Primario/Secundario, la única posibilidad que hay deaumentar caudal, es dando orden de marcha a una bomba más del circuitoprimario con su enfriadora asociada, aunque en ese momento las otras dosenfriadoras fuesen capaces por potencia de satisfacer la demanda. El resultadosería que las enfriadoras funcionarían a baja carga, lo que haría perderrendimiento energético al conjunto de la instalación si las unidades son develocidad constante. En el caso de emplearse enfriadoras con variador develocidad, cuyos rendimientos a cargas parciales son superiores, se podríaadmitir ésta situación. En cualquiera de éstos dos casos, lo que no podríamosresolver es la pérdida de la energía empleada en bombear a través de toda lainstalación el exceso de caudal consecuencia del “síndrome del ∆T”.6 SISTEMA PRIMARIO/SECUNDARIO AL 50% CON “SINDROME DEL ∆T”

FUNCIONAMIENTO SISTEMA DE CAUDAL VARIABLE EN PRIMARIO (VPF)Vamos a analizar ahora la misma instalación, pero resuelta ahora con unsistema VPF. Cuando las unidades terminales demandan plena carga, semantiene el ∆T= 5ºC a través de todo el sistema. El caudal que harán circularlas bombas será el máximo requerido por la instalación, y la válvula de by-passpermanecerá cerrada, impidiendo el paso de agua a través de él.Aparentemente a plena carga, la situación es similar a la descrita para elsistema Primario/Secundario.7 SISTEMA VPF A PLENA CARGAPero veamos ahora que sucede cuando la demanda de las unidades terminalesempieza a bajar y se sitúa en un 75% de la carga de diseño. Al igual quesucedía en el sistema Primario/Secundario, las necesidades de las unidadesterminales siguen siendo de 387 m3/h, pero ahora por las unidades enfriadorastambién circula ese mismo caudal. Puesto que hay equilibrio hidráulico, el bypasspermanecerá cerrado, a diferencia de lo que ocurría en el sistema PSFdonde recordemos que en éste mismo supuesto circulaba un caudal de 129m 3 /h. Toda la instalación, tanto las enfriadoras como las unidades terminalesseguirán operando con un ∆T= 5ºC.

8 SISTEMA VPF FUNCIONANDO AL 75% DE LA CARGAAnalicemos ahora lo que sucede cuando la demanda de las unidadesterminales es del 50% de potencia de diseño. La situación ahora será yabastante diferente a lo que sucedía con un sistema PSF, el caudal que circulapor las unidades terminales y por las enfriadoras es de 258 m 3 /h. De igualforma, puesto que hay equilibrio hidráulico, no habrá circulación de caudal através del by-pass. Las enfriadoras ahora funcionan con un ∆T= 5ºC. Paramosuna de las dos máquinas, cerramos su válvula de aislamiento y paramos unade las tres bombas de circulación.9 SISTEMA VPF FUNCIONANDO AL 50% DE LA CARGA

Supongamos ahora que nuestro sistema VPF no alcanza completamente el ∆T= 5ºC (síndrome del bajo ∆T), y que necesita un caudal de agua superior al dediseño para una necesidad frigorífica del 50% de la potencia de diseño. Adiferencia de lo que sucedía en el PSF, en nuestro sistema VPF podremosmantener las tres bombas en funcionamiento sobre los evaporadores de solodos de las máquinas, para que éstas cubran las necesidades frigoríficas, yaque sí son capaces de hacerlo.10 SISTEMAS VPF FUNCIONANDO AL 50% DE LA CARGA Y CON “SINDROME DEL ∆T”

DIFERENCIAS ENTRE SISTEMAS PRIMARIO/SECUNDARIO (PSF) Y DECAUDAL VARIABLE EN PRIMARIO (VPF)Podemos resaltar como diferencias más significativas entre los Sistemasde Primario/Secundario y los Sistemas de Caudal Variable en Primario lassiguientes:- El Sistema de Caudal Variable en el Primario (VPF) es factiblesiempre que se dote a la instalación de un robusto sistema de controlcentralizado de todos los elementos, de manera que se conjuguenlas necesidades mínimas de los equipos (tanto de enfriadoras comode unidades terminales) y se optimicen los rendimientos energéticosde todos los elementos de la instalación. Esto supone analizar deforma continua los puntos de funcionamiento de las enfriadoras, lossaltos térmicos en las baterías de las unidades terminales, lasaperturas de las válvulas y los caudales bombeados a través de todoel circuito. Para todo ello será necesario un potente sistema decontrol centralizado.- El Sistema de Caudal Variable en el Primario (VPF) elimina un grupode bombeo de la instalación, y todos los elementos accesorios queéste lleva consigo, reduciendo así el coste de inversión inicial y laspérdidas de carga en el conjunto del circuito hidráulico (esto setraduce además en un ahorro energético). Este grupo de bombeoserá de más potencia que los que se seleccionan en el caso del PSF,puesto que la presión disponible deberá ser mayor en éste caso.- Se separan las necesidades de caudal de agua de las necesidadesde potencia frigorífica: la consecuencia más importante es el ahorroenergético que se produce por hacer circular por la instalación elcaudal de agua adecuado en cada momento, y por la mejora en elrendimiento de los equipos que supone el poder mantener el ∆T dediseño. En el sistema NO EXISTE EXCESO DE CAUDAL en ningúnpunto. Otra consecuencia es que se ALARGA EL CICLO DE VIDADE LAS ENFRIADORAS.- Se reduce el tamaño de la línea de by-pass: debe diseñarse para quepor ella pueda pasar el caudal mínimo admitido en el evaporador dela enfriadora más grande.- Requiere que se instalen caudalímetros o sensores de presióndiferencial en los evaporadores de los equipos para garantizar elcaudal de agua mínimo a través de ellos.- Necesita que se instale un sensor de presión diferencial en el puntomás alejado del circuito hidráulico, para garantizar que siempre habráagua circulando por todo él.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE CAUDAL VARIABLE EN PRIMARIO(VPF)ARTI, Air Conditiong & Refrigeration Technology Institute, es unaorganización sin animo de lucro que desde 1989 lleva a cabo investigacionesde interés público para este sector. ARTI realiza un gran esfuerzo en investigarsobre las necesidades de éste mercado, haciendo énfasis sobre todo enaquellas que lo hacen más competitivo. La misión de ARTI es dar soporte yuniformidad a los esfuerzos en investigación que se realizan, así como darlescobertura y apoyo para su difusión. Inicialmente nació como un Instituto para eldesarrollo de nuevos refrigerantes que protegiesen la capa de ozono, pero haextendido su actividad al estudio de la integración de la climatización en losedificios con el objetivo de mejorar su eficiencia energética.En el año 2004 ARTI promovió el INFORME 21CR VPF, en el cual seanalizan los ahorros potenciales de diferentes instalaciones de climatización encaso de ser realizadas con sistemas de primario/secundario y sistemas VPF,en ambos casos con enfriadoras de velocidad constante. El estudio, realizadocon un simulador, concluía estableciendo unos ahorros potenciales que acontinuación citaremos:1. MENOR COSTE DE INVERSION: Los sistemas VPF implican un menorcoste de inversión inicial, que según el INFORME 21CR VPF se puedencuantificar entre un 4% y un 8%, resultante de la valoración de lossiguiente puntos:- Se elimina completamente uno de los dos grupo de bombas queaparecía en los sistemas PSF: esto implica la eliminación de todaslas válvulas auxiliares, filtros, reducciones, soportes, aislamientostérmicos especiales, cableado eléctrico, protecciones eléctricas demotores, elementos de control, cableado de control, etc. y sobre todo,menor número de horas de mano de obra de montaje.- El grupo de bombeo a valorar será de mayor potencia eléctrica,puesto que deberá tener la presión disponible suficiente para vencerla perdida de carga total del circuito hidráulico al completo.- La línea de by-pass será de menor diámetro que la del sistema PSF,puesto que solo tiene que circular el caudal mínimo de la enfriadoramás grande.- Necesidad de añadir caudalímetros para garantizar los mínimosrequeridos por las unidades enfriadoras.- Necesidad de un Sistema de Gestión y Control Centralizado másrobusto.- Necesidad de un mayor tiempo de puesta en marcha de lainstalación.

2. MENOR ESPACIO OCUPADO: Los sistemas VPF requieren menossuperficie de ocupación de sala de máquinas, debido fundamentalmentea la existencia de un único grupo de bombeo para toda la instalación.Como consecuencia, los accesos a los equipos serán mejores por esamayor disponibilidad de espacio.3. MENOR COSTE ENERGETICO DE EXPLOTACION: Según el estudiorealizado por ARTI en su informe CR21 VPF, se establece como mediade los ahorro energéticos generados por el empleo de un sistema VPFentre un 3% y un 8% de los consumos anuales de la instalación. Estosahorros provienen del menor consumo energético de los grupos debombeo gracias a la capacidad de éste sistema de adaptarse realmentea la demanda generada por las unidades terminales y de los ahorrosenergéticos derivados del funcionamiento a cargas parciales de losequipos (siempre que se hayan seleccionado equipos de éstacaracterística).4. MAYOR FIABILIDAD: El informe CR21 VPF de ARTI, señalaba unaumento de la vida útil de los equipos empleados en los sistemas VPFsuperior entre un 3% y un 5% a los empleados en un sistemaPrimario/Secundario, motivado fundamentalmente por:- Menor cantidad de componentes mecánicos en el sistema.- Menor número de horas de trabajo de las unidades enfriadoras, asícomo mejor funcionamiento de las mismas por hacerlo siempre en surango de diseño de temperaturas.- Cualquiera de las bombas puede servir para impulsar sobrecualquiera de las enfriadoras: nos dará más fiabilidad ante el fallo deuna unidad. Esta filosofía nos permitirá el emplear una única bombade “reserva” de toda la instalación, y no como tradicionalmente se havenido haciendo, colocando una bomba de reserva por cada bombade funcionamiento.5. SE COMBATE EL SINDROME DEL ∆T:- Con el sistema VPF, las enfriadoras no entran en funcionamiento porla necesidad de caudal de agua demandada por las unidadesterminales, sino por la necesidad de potencia frigorífica. Estoredundará en un menor número de horas de funcionamiento de losequipos, menor consumo energético y en un mayor ciclo de vida útilde los mismos.- Se separan las necesidades de caudal de las necesidades depotencia frigorífica. Esto es una cuestión clave en los sistemas VPF ysu diferencia fundamental con los sistemas de Primario/Secundario.

CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE INSTALACIONES VPFEn éste punto vamos a enumerar los aspectos que el proyectista debetener en cuenta a la hora de diseñar una instalación con el sistema VPF. Losmás importantes son los siguientes:SELECCIÓN DE ENFRIADORAS: Es el aspecto más esencial a la hora derealizar un buen diseño de la instalación. Los requisitos que deben cumplir lasunidades que proyectemos en éstas instalaciones son los siguientes:- Las unidades enfriadoras elegidas deben permitir variaciones de caudal muyimportantes, que en algún caso pueden llegar a ser de hasta el 50% delcaudal nominal. Estas variaciones suceden en el evaporador del equipocuando se emplea una configuración en paralelo de las enfriadoras, y se dacuando una o varias unidades están en funcionamiento, y arrancamos oparamos un equipo adicional. Según el número de máquinas quecompongan nuestra sala de máquinas, el equipo previsto debe ser capaz deabsorber las siguientes variaciones de caudal en su evaporador:Secuencia de EnfriadorasÍndice de reducción del caudalDesde 1 a 2 50%Desde 2 a 3 33%Desde 3 a 4 25%Desde 4 a 5 20%- Pérdida de carga en el evaporador: uno de los objetivos de las instalacionesVPF es reducir el consumo de las bombas de circulación, y para ellodeberemos tener muy en cuenta cual es la pérdida de carga en elevaporador en las condiciones de diseño de la instalación. Estas pérdidas decarga deben ser facilitadas por el fabricante del equipo, y siempre hay quetener en cuenta que una pérdida de carga mayor en el evaporador,significará un mayor consumo de bomba o un salto térmico más elevado.- Límites de funcionamiento de los equipos: según lo expuesto en el puntoanterior, a la hora de seleccionar las enfriadoras deberemos tener en cuentalas velocidades de paso por el evaporador (caso de las máquinas conevaporadores inundados) o bien los caudales mínimos y máximosexpresados por el fabricante en los límites de funcionamiento del equipo(caso de los evaporadores de expansión directa).

EvaporadoresInundadosVelocidad MáximaLímites de funcionamiento en evaporadores inundadosVelocidad Mínima3,6 m/s 1 m/sCapacidad (Kw) Caudal de agua (l/s) Pérdida de carga (KPa)YCIV 12ºC/7ºC – 35ºC Min Max Min Max0590 556 10,1 47,3 10,8 160,40630 595 10,1 47,3 10,8 160,40700 661 10,1 47,3 10,8 160,40760 714 11,4 47,3 12,5 150,10800 760 11,4 47,3 12,5 150,10830 791 11,4 47,3 12,5 150,10930 876 11,4 50,5 7,2 92,91050 983 15,8 75,7 6,2 86,11120 1047 18,9 75,7 11 105,11220 1139 18,9 75,7 11 105,11380 1380 18,9 75,7 11 105,1Límites de funcionamiento y pérdidas de carga en evaporadores DX- Número de unidades enfriadoras: es también un factor decisivo a la hora dediseñar las salas de máquinas. Según el informe CR21 VPF citadoanteriormente, los mayores ahorros energéticos se producen cuando secompara un sistema con una enfriadora con uno con dos unidades. Si seopta por una sala de máquinas con mas de una unidad enfriadora, esrecomendable que todas ellas sean de características similares,especialmente en cuanto a potencia frigorífica y pérdidas de carga en elevaporador.- Control de capacidad de la unidad: es uno de los aspectos más decisivos ala hora de definir los ahorros energéticos de la instalación. Tradicionalmentese han clasificado las enfriadoras según el sistema de condensación queemplean (agua ó aire), y dentro de cada uno de ellos se podían dividir por eltipo de regulación de capacidad (de etapas o proporcional) en función deltipo de compresor que incorporaban. Hoy en día, debido a los avancestecnológicos, en especial a los de los sistemas de control, podemosencontrar otra clasificación más, la que subdivide tanto las enfriadorascondensadas por agua como por aire, en enfriadoras de VELOCIDADCONSTANTE y enfriadoras de VELOCIDAD VARIABLE, que son aquellasque incorporan VARIADORES DE VELOCIDAD VSD en los motoreseléctricos que mueven sus compresores.

RegulacióndecapacidadVelocidaddel motorCondensación por Agua AireEtapasHerméticos Scroll Herméticos ScrollSemi-herméticos Semi-herméticosAlternativosAlternativosTornillo de etapas Tornillo de etapasProporcional Tornillo proporcional Tornillo proporcionalConstanteVariableClasificación de plantas enfriadorasCentrífugoHerméticos ScrollSemi-herméticosAlternativosTornillo de etapas óproporcionalesCentrífugosTornillo proporcionalHerméticos ScrollSemi-herméticosAlternativosTornillo de etapas óproporcionalesTornillo proporcional- Rendimientos a cargas parciales de las unidades enfriadoras: Los sistemasVPF con enfriadoras dotadas de variador de velocidad en los motores de loscompresores presentan unos ahorros energéticos superiores a los sistemasVPF con enfriadoras convencionales de velocidad constante. Esto se puedejustificar mediante el gráfico adjunto, que recoge las curvas característicasdel comportamiento de dos equipos centrífugos condensados por agua, condiferentes temperaturas de condensación y en el caso de emplear motor develocidad constante ó de velocidad variable. A simple vista podemos ver quees más interesante trabajar con dos equipos de velocidad variable a cargaparcial (entre el 50% y el 60% de la potencia) que con un solo equipo aplena carga, puesto que los rendimientos de las enfriadoras a cargasparciales son mayores que los de las enfriadoras a plena carga. Luego unamedida que podemos adoptar para mejorar el rendimiento energético de lainstalación es dotarla de varias unidades enfriadoras, de forma que a travésdel sistema de gestión seamos capaces de en cada momento posicionarcada elemento del conjunto en el punto en que el rendimiento energéticoconjunto sea lo más alto posible.

- EUROPEAN SEASONAL ENERGY EFFICIENCY RATIO: Hasta ahora,EUROVENT clasificaba las plantas enfriadoras en función de su EER, quetenía únicamente en cuenta la eficiencia energética del equipo a plenacarga. Desde Julio de 2006, EUROVENT exige a los fabricantesparticipantes en su programa declarar el ESEER de los equipos, coeficienteque refleja los rendimientos de las plantas enfriadoras en distintascondiciones de temperatura de condensación y de carga frigorífica. Estecoeficiente es la transposición a las condiciones de trabajo europeas delcoeficiente IPLV (Integrated Part Load Value) empleado en EEUU. Nosservirá fundamentalmente para distinguir que equipos existentes en elmercado son más eficientes a cargas parciales. Para el caso particular delos equipos condensados por aire, el ESEER lo define la fórmula:ESEER = 0.03A + 0.33B + 0.41C + 0.23D% de Carga T. Aire Ext. T. Agua Cond.A 100 35 30B 75 30 26C 50 25 22D 25 20 18

SELECCIÓN DE BOMBAS DE CIRCULACION: Es muy importante seleccionarlas bombas de circulación de agua adecuadas para éste tipo de instalaciones.Las puntos más importantes que deben tenerse en cuenta son los siguientes:- Caudal de agua nominal: Las bombas deben seleccionarse para sucaudal nominal de funcionamiento, es decir, aquel que correspondeal 100% del caudal nominal de la unidad enfriadora correspondiente.- Presión disponible: La presión disponible nominal de las bombas queseleccionemos será al menos igual a la suma de las pérdidas decarga de todo el circuito hidráulico completo.- Bomba de reserva: Se debe analizar en cada caso por parte delproyectista la conveniencia o no de instalar una bomba de reserva,aunque la recomendación es la de emplear una como reserva detodo el grupo de bombeo.SISTEMA DE GESTION CENTRALIZADO: Para un funcionamiento optimo delas instalaciones VPF, debemos de contar con un Sistema de GestiónCentralizado robusto y avanzado, capaz de realizar las siguientes funciones:- Gestión conjunta de la instalación al completo: el éxito delfuncionamiento de un sistema VPF radica en la implantación de un Sistema deGestión capaz de coordinar las siguiente acciones:o Control de la presión diferencial en punto hidráulicamente másalejado de la instalación.o Control de la presión diferencial entre la entrada y la salida decada evaporador de las máquinas.o Medida de caudales de agua en evaporadores.o Apertura y cierre de la válvula del bypass, asegurando el pasodel mínimo caudal de agua exigido por el evaporador de laenfriadora más pequeña.o Control de la apertura y cierre de las válvulas de aislamientode las enfriadoras, coordinados con el arranque y paro de lasmáquinas, para evitar que se produzcan disparidades(compresor al 100% de capacidad con caudal de aguamínimo, situación que podría dañar el evaporador de lamáquina). Sincronización de éstas acciones para coordinarlascon la variación de capacidad del equipo.La gestión conjunta de la instalación nos aportará las siguientes ventajas:- Mayor facilidad en la conducción de la instalación, a través de unacceso homogéneo a la información (alarmas, históricos, tendencias,etc.) y mediante unos protocolos de actuación homogéneos.

- Mayor seguridad: Almacenamiento seguro de la información,actuaciones ante eventualidades especiales, gestión correcta dealarmas, etc.- Mayor control de la interacción entre procesos, por ejemplo en lagestión de la secuencia de enfriadoras, mediante el análisis de lospuntos de funcionamiento óptimos de las máquinas, para posicionaren cada momento la instalación al completo en el punto de mayorrendimiento.- Gestión de la energía: éste es el OBJETIVO que esperamosconseguir mediante la implantación de un sistema VPF. Paraasegurar su éxito y ratificar los resultados, necesitamos de unSistema de Gestión capaz de:o Controlar que cada elemento de la instalación trabaje en elpunto de su máximo rendimiento.o Controlar que el funcionamiento se da durante el tiempo quesea preciso.o Gestión global de consumos del conjunto de la instalación,optimizando arranques y paradas de equipos.o Auditoria de eficiencia de funcionamiento de los equipos,demostrando con ella los ahorros prometidos al usuario.- Gestión del mantenimiento y conducción de la instalaciónencaminado a la reducción de paradas de la instalación noprogramadas, reducción de los costes de mantenimiento y operación,extensión de la vida de los equipos, etc. El éxito de una instalaciónVPF radica en hacer una cuidadosa coordinación de todos loselementos de la instalación de HVAC, desde las unidades terminalesa sus válvulas de 2 vías, así como de las bombas y enfriadoras.CONCLUSIONESLas conclusiones más visibles que podemos extraer de los sistemasVPF son las siguientes:- Los sistemas VPF ahorran energía y reducen el coste de la inversióninicial.- Necesitan de un sistema de control robusto y fiable para gestionar lainstalación.- La puesta en marcha de la instalación es más costosa.- Requiere de proyectistas más expertos a la hora de diseñar lainstalación.- Son instalaciones más flexibles a la hora de funcionar con un ∆T másbajo.- Mejor eficiencia energética a cargas parciales mediantecombinaciones de puntos de funcionamiento de las enfriadoras.- Es una muy buena opción para muchas aplicaciones.

BIBLIOGRAFIA:“VARIABLE PRIMARY FLOW CHILLED WATER SYSTEMS: POTENCIALBENEFITS AND APPLICATION ISSUES”. William P. Bahnfleth, PhD., P.E. andEric Peyer. Virginia, EEUU. Marzo 2004.“EFFECT ON THE CERTIFICATION ON CHILLERS ENERGY EFFICIENCY”IEECB. Frankfurt, Germany. Abril 2006.