Carta Editorial Una buena noticia De acuerdo con el último informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), “limitar el calentamiento global a 1.5 ºC es posible según las leyes de la química y de la física, pero para ello se necesitarían cambios de gran alcance y sin precedentes en todos los aspectos de la sociedad”. Como alerta el IPCC, limitar el incremento de las temperaturas globales a 1.5 en lugar de 2 grados centígrados marca la diferencia entre la extinción de un sexto de las especies de la Tierra y la desaparición total de los arrecifes de coral de los océanos, entre otras alteraciones, algunas de ellas ya evidentes en muchas partes del mundo: lluvias y sequías cada vez más extremas, niveles del mar en aumento y un hielo marino menguante en el Ártico. La buena noticia, sin embargo, es que muchas de las iniciativas para mitigar el fenómeno ya están en marcha, sobre todo en países industrializados, como la reducción paulatina del consumo y producción de hidrofluorocarbonos (HFC), potentes gases de efecto invernadero utilizados en la industria HVACR. En este sentido, destaca la ratificación del gobierno de México de la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal a finales de septiembre de este año, cuyo objetivo consiste
en erradicar el uso de sustancias con alto potencial de calentamiento y la consecuente emisión de las mismas, una medida que evitaría el incremento de 0.5 grados en la temperatura global para 2100. La ratificación de este compromiso es fundamental para la industria en su conjunto, ya que constituye un llamado a los fabricantes y organizaciones para que sigan desarrollando tecnologías más sustentables y eficientes. La trascendencia ecológico-planetaria de la Enmienda de Kigali no está a discusión, como tampoco las acciones encaminadas a reducir el consumo de energía eléctrica de los equipos HVACR. La presente edición toca al menos dos de estos temas; en Capacitación, los ingenieros Murilo Dalla, Adrián García y Felipe Guerra escriben acerca de la eficiencia en plantas de agua helada, mientras que en Sin Impacto, el ingeniero Horacio Verdiguel aborda la recuperación y reutilización de refrigerantes, a fin de minimizar las fugas de estas sustancias a la atmósfera. Por último, recomendamos la sección Cómo Funciona, dedicada en esta ocasión a la Válvula Dinámica RA-DV de radiador, un dispositivo que contribuye al ahorro de energía y eficiencia de los sistemas. Los editores
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Año VI Núm. 86 · Octubre 2018
El papel de esta revista es de origen sostenible
II OCTUBRE 2018
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Revista Cero Grados
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Cero Grados Celsius es una publicación mensual al servicio de la industria mexicana de aire acondicionado, refrigeración, ventilación y calefacción, editada y publicada por Grupo Editorial Puntual Media, S. de R.L. de C.V., México CDMX. Impresa en Página Editorial, S.A. de C.V. Progreso Núm.10, Municipio Ixtapaluca, Col. Centro, C.P. 56530, Edo. de México. Editor responsable: José Néstor Hernández Morales. Certificado de Reserva de Derechos de Autor 04-2017-060117190300-102, Certificado de Licitud de Contenido y Certificado de Licitud de Título 16976 ante la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas. Autorización SEPOMEX en trámite. Cero Grados Celsius investiga la seriedad de sus anunciantes y colaboradores especiales, pero no se hace responsable por las ofertas y comentarios realizados por ellos.
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CONTENIDO
OCTUBRE
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Para conseguir la máxima eficiencia en los sistemas de este tipo es indispensable analizar el funcionamiento de los diferentes componentes de un chiller, debido al elevado consumo de energía eléctrica de estos equipos
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¿SABÍAS QUE? Conociendo la certificación LEED
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CÓMO FUNCIONA Válvula dinámica RA-DV de radiador
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BUENAS PRÁCTICAS Cuidado del compresor: recomendaciones
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SIN IMPACTO Acciones por el ambiente
16
CAPACITACIÓN Eficiencia en plantas de agua helada
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INNOVA FB DIGITAL SCROLL
26
CAJA DE HERRAMIENTAS Sistemas VRF City Multi
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ANDIRA Optimizando el consumo en sistemas de expansión directa
30
CAPACÍTATE / BREVES
¿Sabías Que?
Conociendo la
certificación LEED Danahé San Juan y Jazmín Leal
E
n la actualidad, las certificaciones se han convertido en una pieza fundamental para lograr la sustentabilidad de una edificación y lograr que éste sea reconocido a nivel internacional. En el caso de la certificación LEED (Liderazgo en Ener gía y Diseño Ambiental), se trata de un sistema de evaluación desarrollado por el Consejo de la Construcción Ecológica de Estados Unidos (USGBC, por sus siglas en inglés), basado en puntos que miden qué tan bien funciona una edificación inteligente. Su objetivo es cumplir con la visión de dicho organismo de “transformar la forma en que los edificios y las comunidades se diseñan, construyen y operan, permitiendo una responsabilidad ambiental y socialmente responsable, y un ambiente próspero”.
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“El usuario final busca cada vez más prestadores de servicios mejor capacitados, ya que se vive un cambio de tecnologías que deben conocer para atender las nuevas necesidades”, explica a Cero Grados Celsius el ingeniero José Manuel Noriega, presidente de la ANDIRA, quien destaca la relevancia de estar al día en este tipo de temas.
¿Por qué un edificio ecológico?
Un edificio ecológico está diseñado para impactar de manera positiva en la eficiencia energética, en el desempeño ambiental y el bienestar humano.
¿Cómo llegar a la eficiencia?
Para lograr certificar un inmueble es necesario cumplir con ciertos puntos. A continuación te mostramos las características de la certificación LEED:
Ambiente interior Una casa LEED está diseñada para maximizar el aire fresco en interiores y minimizar la exposición a toxinas y contaminantes Eficiencia energética Este tipo de hogares usa entre un 20 y 60 % menos de energía que una casa estándar, beneficiando el ahorro en servicios públicos Eficiencia de agua Las casas ecológicas también emplean estrategias innovadoras para reducir el uso de agua en el hogar y reutilizarla Selección y desarrollo de sitio LEED impulsa a los hogares a estar cerca de los recursos de la comunidad, reduciendo su impacto ambiental y tiempo de viaje. Las casas LEED evitan las prácticas que implementen una construcción destructiva, fomentando elementos de paisajismo para minimizar la incomodidad del sitio Selección de Materiales Las casas LEED usan materiales reciclados, recuperados y obtenidos de manera responsable siempre que sea posible Conciencia de los residentes LEED es proactivo con respecto a la educación de los residentes sobre las características ecológicas de una casa o edificio, para maximizar su rendimiento Innovación LEED alienta tanto a los constructores como a los diseñadores para encontrar formas innovadoras que aumenten el rendimiento y la tecnología de un hogar
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Cómo Funciona
Válvula Dinámica RA-DV de radiador
A 75 años de la primera válvula termostática de radiador del mundo, desarrollada por el fundador de Danfoss, Mads Clausen, la compañía danesa ofrece una nueva generación de estos aparatos, caracterizados por equilibrar tanto el cuadal como la temperatura Redacción, con información e imágenes de Danfoss
U
bicada en el radiador, la válvula dinámica termostática no sólo cumple la función de regular la temperatura deseada en una estancia o habitación, sino que también regula el caudal de agua caliente que entra en el radiador. Este es el caso de DynamicTM de Danfoss, una válvula que al fusionarse con un actuador termostático de radiador y un controlador de presión diferencial, permite regular tanto el caudal como la temperatura. Gracias a este mecanismo, este dispositivo garantiza un balance automático en el sistema de calefacción, favoreciendo la eficiencia. La función que lleva a cabo la incorporación de este controlador es la de garantizar un caudal constante independientemente de las fluctuaciones de presión, generado por la apertura y cierre de válvulas en los sistemas de calefacción bitubo. A su vez, el anillo de preajuste, el cual cuenta con siete posiciones +N, se utiliza para limitar el caudal máximo de 25 a 135 litros por hora. Cabe señalar que las válvulas de radiador RA-DV están diseñadas para su uso en sistemas de calefacción bitubo junto con todos los tipos de sensores termostáticos con
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acoplamiento RA; de igual modo, incorporan un dispositivo limitador para preajustar el caudal de agua de 25 a 135 litros por hora. Asimismo, cuentan con un controlador de presión incorporado, lo que garantiza su operación mientras exista una presión diferencial a un nivel constante de 0,1 bar. Las válvulas de la serie RA de Danfoss se suministran con una tapa protectora que se puede utilizar para la regulación manual durante la fase de construcción; sin embargo, ésta no se debe utilizar como dispositivo de cierre manual. Para ello, es preciso emplear un dispositivo de cierre especial. Para distinguir estos cuerpos de otros artefactos, tanto la tapa protectora de RA-DV como el anillo de preajuste están fabricados en color verde. El conjunto termostático de radiador consta de un sensor y el cuerpo de válvula RA-DV. No obstante, el sensor y un cuerpo de válvula se piden por separado. El prensaestopas de la válvula se puede cambiar en funcionamiento, es decir, con agua y presión en el sistema. Para esto, sujete con una llave de estrella del número 17 y afloje el prensaestopas con una llave del número 10.
¿Por qué es recomendable utilizar este tipo de válvulas? Se recomienda instalar válvulas con cabezales termostáticos en áreas cerradas, principalmente. ¿Cuál es la razón? Si se instalara este tipo de cabezales en todos los radiadores de un edificio que cuente con calefacción central y se cerrasen todos a la vez, la caldera se quedaría sin circulación, lo que provocaría fallas en su funcionamiento. Por esta razón, es necesario cambiar las válvulas de los radiadores por válvulas termostatizables, para que haya un equilibrio hidráulico en el inmueble. Gracias a este proceso, la temperatura de una
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Los valores de preajuste de las válvulas RA-DV se pueden ajustar con facilidad y precisión sin necesidad de herramientas (ajuste por defecto = N)
habitación se mantiene a deseo del usuario, ni más alta ni más baja.
Consideraciones
• Los cuerpos de la válvula RA-DV se fabrican en latón con recubrimiento de níquel • El eje de presión del prensaestopas es de acero cromado y funciona en una junta tórica lubricada de por vida • El conjunto completo del presaestopas se puede sustituir sin drenar el sistema • Si se utiliza tratamiento de agua, es imprescindible seguir al pie de la letra las instrucciones de dosificación del fabricante • Evitar formulaciones con aceites minerales • Para evitar la sedimentación y la corrosión, la composición del agua caliente debe ser conforme con la norma VDI 2035
¿Cómo se preajusta la válvula? Los valores de preajuste de las válvulas RA-DV se pueden ajustar con facilidad y precisión sin necesidad de herramientas (ajuste por defecto = N). Este procedimiento se realiza de la siguiente manera: primero, se retira la tapa protectora/ el sensor termostático; después, al encontrar la marca de
ELEMENTOS DE LA VÁLVULA DINÁMICA 1. Eje de presión 2. Prensaestopas 3. Junta tórica 4. Dial 5. Protección 6. Muelle regulador 7. Cuerpo de la válvula 8. Regulador 9. Muelle 10. Conexión de impulsión
MATERIALES EN CONTACTO CON EL AGUA • Cuerpo de la válvula y otras
piezas metálicas • Superficie del cuerpo de la
válvula
• Latón • Recubrimiento de níquel
• Limitador del caudal
• PPS
• Junta tórica
• EPDM
• Cono de válvula
• NBR
• Muelle y eje de presión
• Acero cromado
• Regulador
• Latón/EPDM
referencia (R), se debe girar el anillo de ajuste hasta que el preajuste esté al mismo nivel que la marca de referencia. Al estar completamente abierta la válvula, el ajuste se puede utilizar como posición de lavado, si es que el sistema requiere limpieza debido a problemas de suciedad. Una vez instalado el sensor termostático, el preajuste está protegido frente a una regulación involuntaria. De este modo, además de ofrecer una fácil instalación y ajuste, la válvula dinámica incrementa la eficiencia energética del edificio y brinda un funcionamiento seguro del sistema a plena y media carga al tiempo de garantizar el confort en cada estancia.
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Buenas Prácticas
CUIDAdo del COMPRESOR: RECOMENDACIONES Tubo capilar
Secador Liquido de alta presión
Líquido/vapor de baja presión
APLICACIONES
EVAPORADOR
CONDENSADOR
Elemento de control Temperatura de evaporación Tipo de fluido refrigerante
Vapor de baja presión
* PRODUCTO RESISTENTE, PERO QUE REQUIERE UN TRATAMIENTO ADECUADO DURANTE LAS OPERACIONES DE MANEJO, TRANSPORTE Y ALMACENAJE
Vapor de alta presión COMPRESOR
COMERCIAL
DOMÉSTICO
INDUSTRIAL
Tubería
Soporte de la tapa del rey
Etiqueta de identificación
Terminal hermética
Placa base
PARTES COMÚNMENTE DAÑADAS POR MALA MANIPULACIÓN
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UN MAL MANEJO PUEDE RESULTAR EN DAÑOS IRREVERSIBLES O INUTILIDAD DEL COMPRESOR
“UN BUEN MANTENIMIENTO EN LOS COMPRESORES DE REFRIGERACIÓN MANTIENE EN BUEN ESTADO LOS PRODUCTOS PERECEDEROS COMO CARNES, BEBIDAS Y LÁCTEOS, ENTRE OTROS. ES POR ESO QUE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN SON DE EXTREMA IMPORTANCIA EN LOS SUPERMERCADOS”: ADRIÁN ALATORRE, GERENTE SENIOR DE R&D EMBRACO
El compresor y el técnico EJECUTAR PROCESOS DE DIAGNÓSTICO Y EVALUACIONES PERTINENTES DE LOS COMPRESORES QUE GARANTICEN UN AMBIENTE DE SEGURIDAD SON TAREAS PARA TÉCNICOS ESPECIALIZADOS Y CAPACITADOS
LOS TRES ASPECTOS QUE SE DEBEN CONSIDERAR SON: 1. INSTALACIÓN Garantiza una funcionalidad completa
Verifica que los equipos de refrigeración estén conectados con el voltaje correcto y que las conexiones eléctricas se encuentren en buen estado
2. OPERACIÓN Alimentos a la temperatura ideal
Revisa que el rendimiento de los sistemas de refrigeración en los supermercados sea el óptimo, para que el cliente esté satisfecho con la calidad y condiciones de los alimentos
3. MANTENIMIENTO Evaluaciones periódicas: correcto funcionamiento
Preventivos para impedir averías: el técnico debe tener una planificación puntual y estar familiarizado con los manuales de equipamientos y verificar las recomendaciones de los fabricantes Correctivos para resolver problemas: el técnico debe evaluar, diagnosticar y efectuar las acciones para que el sistema funcione nuevamente
¿Por qué capacitarse? Sólo los técnicos capacitados están autorizados para hacer correctos mantenimientos en refrigeradores comerciales, industriales y domésticos; esto porque únicamente ellos sabrán ejecutar las siguientes acciones:
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DEFINICIÓN DE ACCIONES
RELACIÓN CON EL CLIENTE
El técnico debe ser capaz de verificar el estado de los equipamientos, los sistemas de sellado, condensadores, empacadores y compresores, entre otros
Además de un conocimiento técnico se requieren estrategias para generar confianza en el cliente y así conservar una relación saludable y duradera. El óptimo funcionamiento de los compresores depende de la capacitación constante y de las buenas prácticas que aplique el técnico
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Sin Impacto
Acciones por el ambiente Podría parecer una tarea sencilla pero la recuperación de refrigerante es una actividad que demanda atención, cuidado y precisión Horacio Verdiguel
T
odos los mantenimientos y trabajos que realizan los técnicos en climatización y refrigeración tienen injerencia sobre el ambiente; principalmente, en la interacción con los refrigerantes HCFCs (hidrocloofluorocarbonos con bajo potencial de agotamiento de la capa de ozono y calentamiento global), HFCs (hidrofluorocarbonos inocuos para la capa de ozono, pero con potencial de calentamiento), Zeotropos y Azeotropos (mezclas de refrigerantes, algunas de ellas agotadoras de la capa de ozono, o bien, que fomentan el calentamiento global).
También los aceites minerales, alquilbenceno y poliolester empleados en los equipos como lubricante deben ser manejados con precaución. Si llegaran a sufrir un cambio de composición, se produciría acidez en el sistema, lo cual provocaría fallas eléctricas en el devanado del motor hasta causar quemaduras. Esta acidez puede ser generada por: Mal vacío del sistema Combinación de refrigerantes Aceites Altas temperaturas de descarga que pueden provocar cambios de estabilidad en el lubricante Limpieza interna ineficiente Residuos de lubricante contaminado
RADICAL DE CLORO LIBRE
R UV
CFC3 MONÓXIDO DE CLORO
CFC2
RADICAL DE CLORO
OZONO 03 02
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Sin Impacto RECUPERA
REGENERA Centro de regeneración
CERTIFICADO
REUTILIZA
Figura 1
Refrigerante regenerado
Recuperación Para trabajar con los problemas cotidianos que se presentan en las instalaciones y equipos de aire acondicionado es necesario contar con la herramienta y el equipo adecuado para efectuar el servicio de instalación, mantenimiento, reubicación, retiro de equipos obsoletos y recuperación de refrigerante. Dos de las herramientas básicas cuando se trata de recuperación de refrigerante son la bomba de vacío y la recuperadora. La primera se emplea para retirar la humedad del sistema y poder cargar el refrigerante requerido, así como para evitar purgar y evacuarlo al medioambiente. La bomba recuperadora, en cambio, es utilizada para retirar el refrigerante del sistema cuando se presenta una fuga en el equipo, si hay acidez en el aceite o en caso de quemadura en el devanado del compresor. Unidad HVACR que contiene gas Vapor caliente
Compresor Vapor
Líquido
Vapor frío
Líquido
Mirilla opcional Abierta
Abierta Tanque para recuperar gas Báscula
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En la figura 2, se aprecia cómo debe conectarse el equipo para recuperar el refrigerante y almacenarlo en el tanque. Si el equipo presenta una fuga y esta fue reparada, el refrigerante recuperado será nuevamente recargado en el sistema. Con esto evitamos arrojar parte del mismo a la atmósfera. Cuando el compresor se quema por una falla eléctrica que puede ser originada por acidez, se debe recuperar el refrigerante en el cilindro recuperador y éste deberá ser trasladado a un centro de acopio donde se determinará la factibilidad de reciclarlo o bien destruirlo. El aceite también deberá canalizarse a una empresa que se encargue del residuo peligroso para su disposición final. Nunca deberán tirar el aceite en el drenaje o disponer en los basureros, ya que se encuentra contaminado. Si el personal técnico de la empresa carece de los equipos antes mencionados para efectuar algún servicio, no deberá intervenir por ningún motivo, como tampoco descargar el refrigerante en la atmósfera ni efectuar purgas de dicha sustancia al medioambiente. Al conocer mejor los materiales con los que trabajamos será posible reciclar, recuperar y regenerar junto con los fabricantes estos productos; el objetivo, por supuesto, consiste en reducir los daños que causan dichas sustancias, como la destrucción de la capa de ozono o la contaminación del suelo. Las empresas y su personal técnico deben aplicar los procedimientos que todos conocemos, pero que no aplicamos. No esperemos que la legislación las obligue a disponer de estos productos químicos empleados en el aire acondicionado y refrigeración como residuos peligrosos.
Figura 2
Horacio Verdiguel Ingeniero Mecánico Electricista por la Facultad de Ingeniería de la UNAM. DC-5 por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social. Experto Técnico del Instituto Mexicano de Normalización y Certificación (IMNC). Cuenta con 28 años de experiencia en Aire Acondicionado e Instalaciones Electromecánicas y es instructor en el Consejo en Excelencia Técnica (CET).
Para conseguir la máxima eficiencia en los sistemas de este tipo es indispensable analizar cómo trabajan los diferentes componentes de un chiller, debido al elevado consumo de energía eléctrica (60 por ciento en promedio) de estos equipos Murilo Dalla, Adrián García y Felipe Guerra / Imágenes y esquemas: cortesía de Danfoss
E
l chiller es una máquina que absorbe calor de un líquido gracias a la compresión de vapor o un ciclo de refrigeración por absorción. Este líquido puede ser recirculado a través de un intercambiador de calor para enfriar aire o algún otro equipo, según sea necesario. Las principales aplicaciones de los chillers son para uso comercial y en procesos de manufactura para proveer enfriamiento de maquinaria y con esto maximizar su eficiencia. Como se observa en la figura 1, un chiller trabaja de la siguiente forma: 1. El agua fría absorbe calor (del ambiente) en la manejadora de aire 2. El agua transfiere el calor al refrigerante 3. El refrigerante pasa al compresor para elevar la presión y la temperatura 4. El refrigerante entra al condensador y disipa el calor absorbido. En este punto, el agua absorbe el calor del refrigerante y con esto logramos la condensación
Bomba de agua
ESEER: Índice europeo de eficiencia energética estacional (European Seasonal Energy Efficiency Ratio). Esta fórmula nos permite tomar en cuenta la variación del EER con la carga y la variación de la temperatura del aire o de agua de entrada al condensador SEER: Coeficiente de eficiencia energética estacional (Seasonal Energy Efficiency Ratio). Alude al cálculo de la eficiencia en un lugar en específico, tomando en cuenta las temperaturas ambiente máximas durante el año y la duración de las mismas Estos coeficientes están considerados en equipos que trabajan bajo condiciones en que la carga se va a mantener constante durante el tiempo de operación, en situaciones de operación real de un equipo. Normalmente, ocurren 20 por ciento de las veces y las condiciones con las cuales se hizo el dimensionamiento van a variar con respecto al día, la hora y época del año.
Compresor
Bomba de agua
Manejadora de aire
Aire
Aire frío hacia la construcción
Ventilador de la torre de enfriamiento
Agua
Agua fría
Refrigerante
Refrigerante líquido
Agua
Agua fría
Aire
Aire frío Figura 1
Para poder hacer una medición en la eficiencia de un chiller existen tres coeficientes de medición: EER: Coeficiente de eficiencia energética (Energy Efficiency Ratio). Refiere a la capacidad frigorífica dividida entre la energía eléctrica consumida
Cuando los equipos trabajan con cargas parciales, es importante contemplar las cargas mínimas con las cuales van a operar. En este tipo de operación se pueden considerar las siguientes opciones: 1. Utilizar más de un compresor, en sistema ON/OFF www.0grados.com OCTUBRE 2018
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La carga se divide de acuerdo con la capacidad de cada compresor: a mayor carga, más número de compresores encendidos 2. Emplear controles de capacidad mecánicos: Sistemas de By-pass, compresores con descargador, válvula deslizante, etcétera 3. Variadores de frecuencia: Un variador de frecuencia por circuito de evaporación Estas consideraciones son de suma trascendencia, debido a que un chiller suministra agua helada a una temperatura típica de 6 °C, y esa misma agua debe retornar al sistema a una temperatura mayor con el conocido ΔT (diferencia entre la temperatura de suministro y la de retorno), con el cual se diseñó el proyecto. A su vez, si en el proyecto se considera que el chiller trabajará en cargas parciales, es fundamental identificar cuál sería la carga mínima y considerar un método adecuado para el control de capacidad. Se ha demostrado que los variadores de frecuencia pueden otorgar hasta 35 por ciento de ahorro de energía comparado contra métodos mecánicos de control de capacidad. Y esta es la tendencia a seguir en sistemas de aire acondicionado y refrigeración, ya que de esta manera se puede ajustar la capacidad del chiller de acuerdo con la necesidad que requiere el sistema, y se consume sólo la cantidad de energía necesaria para lograr el objetivo. El agua helada que sale del chiller necesita fluir a través de las tuberías y hacerla llegar a los serpentines que se tengan instalados en un edificio. Para moverla, se utilizan las bombas. Estas pueden ser operadas por flujo variable o por flujo constante. Cuando la operación de éstas es en flujo constante, las válvulas de control son de tres vías; lo único que hacen es dejar pasar el agua por el serpentín y regresarla a través de la tubería de retorno; esto, sin embargo, es ineficiente debido a que el agua no se calienta y da lugar al síndrome de bajo ΔT en el chiller.
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Por ello, es indispensable cambiar las válvulas a dos vías, para que el sistema sea de flujo variable. Esto porque en el momento de cerrar una válvula, la presión del sistema aumenta y es necesario igualar la presión de operación en ese instante; para lograrlo, se requiere instalar un variador de velocidad en la bomba y trabajar conforme a las leyes de afinidad de las bombas.
Leyes de afinidad y variables Las leyes de afinidad expresan la relación matemática entre diversas variables involucradas en el rendimiento de las bombas. Se aplican a todos los tipos de bombas centrífugas y de flujo axial. Esta relación es la que existe entre la velocidad del impulsor y las tres variables: Caudal Presión Potencia eléctrica Caudal:
Q1 n = 1 n2 Q2
Presión:
H1 n = 1 n2 H2
2
Potencia:
Las fórmulas son las siguientes: Con esta relación podemos igualar el punto de operación del sistema en ese instante y así ajustar la curva de
Figura 2
la bomba al nuevo punto de operación (ver la figura 2). De igual manera, al ajustarnos al nuevo punto de operación, también disminuimos la energía eléctrica consumida por el motor. Para lograr esta condición, el sistema necesita operar en un modelo de “presión constante”, en el que dicha variable se mantiene estable, ajustando el flujo de operación para lograr el control.
n1 P1 = n2 P2
3
Válvulas de control y de balance Las válvulas de balance contribuyen a garantizar que la distribución de agua sea la correcta a través de todo el sistema; esto debido a la pérdida de carga natural a través de la tubería misma y la tendencia del agua de fluir por el punto de menor oposición.
Unidades terminales
Ramificación CS 1
CS B
CS 2
CS 3
CS 4
CS 5
Tubo de Subida Cabezal CS = Estación de comisionamiento
Caldera o enfriadora
Estación de medición (placa de orificio) con doble válvula reguladora
De igual manera, para hacer la selección de la válvula de control, se sigue el mismo principio. Dado que se está operando en condiciones de flujo variable, para que la válvula de control opere de manera adecuada, se deben calcular dos variables adicionales: la amplitud de control y la autoridad. La amplitud de control es la capacidad que tiene la válvula de controlar el caudal máximo y mínimo con respecto a una caída de presión.
Figura 3
A fin de garantizar que el caudal de diseño de cada serpentín sea el correcto, se coloca la válvula de balance y, una vez que se conoce el caudal, se dimensiona la caída de presión del equipo. Lo anterior con el objetivo de determinar el tamaño de la válvula respecto a su valor de Cv.
Cv =
Q
√Δp
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Ro = (q1 / q2)[(∆P1/∆P2)^1/2] La autoridad se define como la relación entre la caída de presión de la válvula cuando está totalmente abierta y cuando está completamente cerrada.
Va =
[gpm]
El Cv se entiende como la capacidad de la cantidad de agua que pasa por una válvula con respecto a la caída de presión constante por unidad de tiempo. Para llevar a cabo el balanceo del sistema, es necesario aplicar el método de balance proporcional, una técnica que requiere balancear: Cada unidad terminal Cada nivel Cada vertical
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Figura 4
Bomba
Δpv100 *100 ≥ 50% Δpv0
La autoridad calculada debe ser, mínimo, de 0.25, aunque se recomienda utilizar 0.5. Control inestable
ß Diseño
Malo 0
Bueno 0.25
Excelente 0.5
ß Minimo
Valor aceptable más bajo
Figura 5
ß
1.0
Asimismo, la autoridad de la válvula puede entenderse como la deformación que sufre el Cv de ésta con respecto a diferentes condiciones de presión en el sistema. Juega un papel importante en la correcta operación de la misma, debido a que si no es considerada es posible tener sobreflujos cuando la presión total disponible aumenta.
Q/Qmax (%)
ß=0.5, ß‘=0.32
Como se observa en la siguiente figura, la potencia emitida por un intercambiador no tiene una relación lineal con el caudal que circula por él y su energía. La curva de la válvula tiene una relación del caudal que pasa a través de ella y la posición de apertura de la misma. Por ello, si queremos una relación lineal final entre la potencia emitida y la apertura de la válvula, se debe tener un control lineal que pueda compensar la emisión del intercambiador, que es una relación aproximadamente proporcional y permite un control sencillo. Lo ideal es que el control sea inverso.
ß=0.5, ß‘=0.5
90 75 60 45 30
0
0.5 Elevación válvula
1
Carga de salida de la unidad terminal
Figura 6
Esto afecta de dos maneras; por un lado, se tiene un sistema cerrado con un caudal determinado, en el que, si un serpentín está recibiendo más agua, el otro la está perdiendo. Por otro, la eficiencia de transferencia de energía de un intercambiador está dada por: La carga térmica a abatir La cantidad de agua que está circulando por la misma Al operar de manera correcta, es posible garantizar el ΔT de diseño; en caso de tener sobre flujo, el agua no podría calentarse de manera correcta, por lo que caería, de nuevo, en el síndrome de bajo ΔT.
+
Característica del flujo valvular
Transferencia de calor lineal
100
100
100
80
80
80
% de flujo
15 0
% de salida
%
Figura 7
ß=0.5, ß‘=0.13
60 40
60 40
20
20
0
0 0
20
40
60
% de flujo
80
100
% de salida
150 135 120 105
60 40 20 0
0
20
40
60
% de ascenso
80
100
0
20
40
60
80
100
% de ascenso
Figura 8
Las válvulas de 2 vías y de balance son dependientes de la presión, debido a que en el momento de hacer su dimensionamiento, se considera que las condiciones de operación del sistema son siempre las mismas. Cuando se considera trabajar con flujo variable y retomar las leyes de afinidad, la presión va a disminuir al cuadrado de la velocidad y, solamente, bajo el 10 por ciento se tendrá un cambio en la presión de 19 por ciento. Este cambio impacta de manera considerable en el tipo y dimensionamiento de las válvulas. La mejor solución es utilizar la tecnología de válvulas de balance y control independientes de la presión.
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El controlador de presión diferencial funciona por medio de un diafragma que nos permite mantener un flujo y una presión constantes a través de la válvula Figura 9
Éstas tienen tres elementos en el mismo cuerpo: un controlador de presión diferencial, una válvula de balance y una de control. El controlador de presión diferencial funciona por medio de un diafragma que nos permite mantener un flujo y una presión constantes a través de la válvula, gracias a esto es posible garantizar una autoridad de 1 y una amplitud de control de 1:1000. Esta versatilidad permite hacer un dimensionamiento muy simple, ya que sólo se requiere conocer el caudal del serpentín, y es necesario instalarla en cada unidad terminal. Así, ya no se requerirá colocar las válvulas en los ramales ni en las verticales, lo que reducirá la inversión inicial al utilizar válvulas más pequeñas y evitar las grandes. Debido a que se ha ajustado el flujo de diseño, no será necesario el balanceo del sistema, pues este procedimiento ofrece ahorrar costos de puesta en marcha y contribuye a una mayor eficiencia en el ΔT de los intercambiadores y, por ende, mejora el ΔT del chiller. Para asegurar que la planta de agua helada opere de manera eficiente, es indispensable monitorear el COP (Coeficiente de Operación de Desempeño), es decir, el punto donde todos los componentes del sistema interactúan. El chiller es responsable de enfriar el agua; las bombas de hacer fluir el agua a través del sistema y las válvulas controlan el abatimiento de la carga (calentamiento del agua) y la correcta distribución, además de garantizar el caudal en cada intercambiador. Luego, se monitorean el flujo del sistema, las temperaturas de suministro y de retorno,
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• Ton Ref =
499.8 x USgpm x ΔT 12.000
• kW ref = Ton Ref x 3.517
• COP =
kW ref
kW
la energía eléctrica consumida de los equipos (bombas, chiller, ventilador de torre en caso de que aplique). Por último, se mide el COP que es la relación de las Toneladas de Refrigeración generadas entre la energía eléctrica consumida (el recomendado por ASHRAE es de 4). Cabe destacar que todos los puntos mencionados en este artículo serán de gran utilidad para que los técnicos se aseguren de que la planta de agua helada funcione de manera eficiente, ya que al lograr el control óptimo de la operación de los componentes se garantiza un consumo energético más responsable.
Murilo Dalla Ingeniero Electrónico y Gerente de Desarrollo de Negocios en Danfoss Drives México. Cuenta con experiencia en reparación de Equipos VLT®, atención al cliente y hotline, ventas, desarrollo de proyectos, entrenamientos, distribución y desarrollo de negocios. Adrián García Ingeniero Mecánico Administrador. Actualmente es Senior Technical Support Engineer en Danfoss Industries. Se especializa en termodinámica aplicada a la refrigeración, ahorro de energía, compresores de refrigeración y aire acondicionado, intercambiadores de calor BPHE y MCHE, aplicaciones de CO2, análisis de garantías y soporte técnico en diseño de sistemas de refrigeración. Aplicación y desarrollo de productos. También es entrenador y certificador de técnicos en refrigeración. Felipe Guerra Ingeniero Mecánico con Especialidad en Ingeniería Industrial, actualmente es ingeniero de Desarrollo de Negocio en el segmento de Calefacción de Danfoss. Impartición de seminarios de AMERIC en HVAC para el uso y aplicación de VDF en aire acondicionado, así como la implementación eficiente de variadores en bombeo y válvulas de balance y control.
Innova
FB DIGITAL
La nueva línea de unidades condensadoras FB Digital Scroll by BOHN ofrece varios modelos acordes a las necesidades de espacio, funcionalidad y ahorro de energía; además, cuenta con materiales amigables con la naturaleza. Utiliza compresores Scroll (unidades con compresor estándar y tipo Scroll digital), cuyo ga-
Fotografías: cortesía de BOHN
SCROLL
binete sellado herméticamente presenta un bajo nivel de ruido y fácil acceso a los componentes y conexiones. La gama cuenta con motores ebm-papst de velocidad variable, los cuales garantizan una mayor eficiencia energética al brindar un bajo consumo de refrigerante.
UNIDADES CONDENSADORAS 1 A 7Z1/2 HP • • • • • •
Motoventilador ebm-papst Compresor Scroll de alta eficiencia Control de última generación Accesibilidad de conexión Facilidad de apertura y mantenimiento Chasis de lámina galvanizada
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COMPRESORES SCROLL 1 A 71/2 HP • 1 a 71/2 HP media y baja temperatura • Modulación de capacidad de compresión 10-100 %
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Control de temperatura Timer de descongelamiento Control de resistencias Control de ventilación evaporador Aislamiento acústico Gabinete con lámina galvanizada pintada Motores electrónicos de velocidad variable en el condensador
Caja de Herramientas
Sistemas VRF City Multi
Fotografía: cortesía de Trane
Los sistemas de flujo de refrigerante variable de Trane® Mitsubishi Electric® brindan comodidad, control de temperatura preciso y operación silenciosa. Se encuentran disponibles en una amplia variedad de capacidades de tonelaje en unidades modulares mini, pequeñas o grandes; así como en configuraciones de bomba de calor o de recuperación de calor. Gracias a sus sistemas de control intuitivos, capaces de conectarse a Internet, y a la integración de la climatización con sistemas de ventilación, CITY MULTI se posiciona como marca de referencia y líder en el mercado del caudal variable de refrigerante
Propiedades
Diseño de dos tuberías Tecnología Inverter Velocidad del compresor diseñada para cumplir exactamente con los requisitos de acondicionamiento de cada zona Diseño flexible y ultra eficiente para cualquier aplicación, desde diseños modernos hasta renovaciones históricas y espacios comerciales Operación tranquila
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26 OCTUBRE 2018
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Ventajas
Tecnología Inverter avanzada, que varía la velocidad del compresor para un enfriamiento y calefacción más eficientes Completo control por zona, para que puedas enfriar o calentar las áreas que se necesitan sin prender las que no lo requieren Una familia de productos completa; para manejar cualquier proyecto, desde un espacio pequeño, hasta un gran edificio o un campus Tecnología sustentable que contribuye para obtener créditos de “Leadership in Energy & Enviromental Design” (LEED) y ahorrar energía
ANDIRA
optimizando el consumo en sistemas de expansión directa
La capacitación técnica que la ANDIRA organizó en el mes de septiembre estuvo a cargo del ingeniero Gustavo Alpízar, gerente de Distribución & VRF en Lennox Global, quien habló sobre las “Tecnologías para el ahorro de energía en equipos de expansión directa” Danahé San Juan / Fotografías: Ángeles Orduña
L
a presentación del ingeniero Gustavo Alpízar comenzó con una explicación sobre la situación de Lennox en México. Después, compartió algunos tips de seguridad para un trabajo con resultados positivos y sin ningún inconveniente que arriesgue la vida del prestador de servicios HVACR, del cliente o de las personas que puedan estar alrededor. A continuación, estableció la importancia de las buenas prácticas cuando se realiza un vacío, con el fin de asegurar que el sistema de refrigeración se encuentre seco, sin gases ni fugas. Asimismo, recalcó que este procedimiento se debe medir en micrones y con ayuda de un vacuómetro electrónico, pues en ocasiones se comete
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El ingeniero Gustavo Alpízar y José Manuel Noriega, presidente de ANDIRA el error de medirlo en tiempo y esto podría traer graves consecuencias para el sistema. Además, detalló que el vacío no se debe realizar jamás con un compresor, pues se causarían daños al aislante de la bobina de este dispositivo y se generaría un arco eléctrico, lo cual también podría tener graves consecuencias para el técnico. El ingeniero Alpízar detalló que siempre que se haga un procedimiento de vacío, se deben de contemplar los siguientes aspectos: Altura sobre el nivel del mar Temperatura del sistema o del equipo Diámetro y longitud de las mangueras Colocación del múltiple También se tocaron puntos relacionados con la eficiencia energética y la necesidad de que todas las acciones de instalación, limpieza, mantenimiento, reemplazo, reparación, carga de gas, entre otras, se realicen con plena consciencia y cuidado ambiental, puesto que el cambio climático es una de las amenazas que urge enfrentar. La clave para actuar es justamente la eficiencia, cuyo objetivo es reducir el consumo energético y “optimizar los procesos productivos y el empleo de la energía utilizando lo mismo o menos para producir más bienes y servicios”, explicó el gerente de ventas de Lennox. A continuación, se exploraron las tendencias tecnológicas entre los compresores on/off, multi-etapa, Inverter y sus diferencias con tecnologías convencionales, VFD (Drive de Frecuencia Variable), MSAV™ (Volumen de Aire Multi-etapa) y VAV (Volumen de Aire Variable). Tras esto, el ingeniero Gustavo Alpízar ahondó en el diseño de sistemas de refrigeración,
Diana Zamora y el arquitecto Jaime Aguilar Nájera, ambos representantes de Civilta, junto a Gustavo Alpízar a través de temas como la eficiencia a cargas parciales, dispositivos de control, beneficios para el área de servicio, control de humedad. Otro tópico abordado fue el de los sistemas de enfriamiento avanzado con ultra eficiencia, cuyo diseño combina algoritmos de control, sensores y arreglo de componentes. Esto maximiza la transferencia de calor en los serpentines, permite que el sistema opere en su total capacidad cuando la carga lo requiere y en parcial cuando la carga no es requerida al 100 por ciento, además de que monitorea las temperaturas del sistema y las presiones para una correcta operación. Finalmente, habló de las características de diferentes equipos como unidades paquete, motores ECM y DC, divididos comerciales y residenciales, calefactores, controles, minisplit, entre otros dispositivos, cuya información sirve para “crear consciencia en la compra de sistemas de alta eficiencia, bajar los consumos energéticos, ya que Lennox es una empresa comprometida con el ahorro energético, entonces es lo que siempre tratamos de
impulsar”, concluyó en entrevista para Cero Grados Celsius el ingeniero Alpízar. Por su parte, Ricardo Absalón, técnico mecánico industrial en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México y ganador de un minisplit que rifó la empresa Civilta, distribuidor autorizado de Lennox, detalló que estas capacitaciones ayudan a los técnicos a ser “más eficientes en su trabajo con respecto a los cambios que hay en los equipos de aire acondicionado, así como a tener menos intervenciones de reparación”; esto con el fin de lograr una mejor eficiencia de enfriamiento y garantizar el confort de los usuarios.
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Capacítate
Breves
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IPN estrena centro de aprendizaje Fotografía: cortesía de Rheem
AHR EXPO MÉXICO
2 al 4 de octubre del 2018 Horario: 14:00 a 20:00 h. Lugar: Centro Citibanamex, Ciudad de México Informes: www.ahrexpomexico.com La exposición HVAC más grande de Latinoamérica a la que asisten más de 11 000 profesionales, especialistas y técnicos de cada segmento de esta industria, el escenario de lanzamiento de nuevos productos del sector
CURSO SUME PRINCIPIOS BÁSICOS HVACR Y VENTILACIÓN
9, 16 y 23 de octubre de 2018 Costo: Miembros SUMe: $ 3,000.00 Público General: $ 4,000.00 Lugar: Oficinas BASF, Ciudad de México Informes: fabiola@sume.org.mx
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17 al 19 de octubre de 2018 Lugar: Aguascalientes, Aguascalientes Informes: www.sicarne.org Evento enfocado en el sector de la carne, con capacitación en todas las etapas del proceso de producción, que van desde la cría hasta la comercialización del producto final, consiguiendo unir a todos los actores de la industria cárnica en México
CAPACITACIÓN ANDIRA
24 de octubre de 2017 Lugar: Edificio de la Canaco Informes y registro: Cinthia Martínez Teléfono: (55) 62984023 comunicacion@andira.org.mx Patrocinador: DAIKIN
30 OCTUBRE 2018
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La compañía Rheem de México inauguró su primer Centro de Aprendizaje e Innovación en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) Azcapotzalco. Este proyecto, realizado en conjunto con el Instituto Politécnico Nacional, tiene como objetivo la formación de ingenieros especializados en las áreas de aire acondicionado, calentamiento de agua y refrigeración. Las instalaciones entraron en funciones el 13 de septiembre y estarán a disposición de los estudiantes del IPN y de universidades hermanas. También se desarrolló un plan de estudios con reconocimiento oficial ante la Secretaria de Educación Pública, para formar especialistas en los distintos sectores de la industria en los que Rheem participa.
El laboratorio es un moderno espacio didáctico donde los estudiantes pueden interactuar con las últimas soluciones tecnológicas del mercado. Con ello se espera contribuir a la formación integral de los ingenieros mexicanos y facilitar su inserción laboral en el futuro. El director general de la empresa, el Ing. Rolando Quintanilla Guzmán, aseguró a los politécnicos: “Estamos seguros que encontrarán aquí un gran refuerzo para su programa de estudio y conocerán de propia mano, guiados por nuestros expertos, las soluciones que el mercado mexicano requiere para ser más productivo y eficiente”. Fuente: Rheem