Sistemas Hidrónicos
Por Carlos Cavazos
Desde principios del siglo XIX se utilizan los sistemas que llevan agua como elemento para transferir la energía, ya se para enfriar o calentar. Primeramente, fueron utilizados para calefacción, pero con el paso del tiempo se utilizaron también para enfriamiento.
Se hace circular el agua por medio de las tuberías desde la fuente de enfriamiento o calefacción, llevando la energía a las unidades terminales, compuestas principalmente por radiadores o serpentines con ventilador, las cuales remueven el calor del espacio determinado. A este proceso se le conoce como “sistema hidrónico”.
Por su tipo de arreglo, los sistema hidrónicos pueden ser de tipo «Cerrado» o «Abierto». La Sociedad de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado de Estados Unidos (ASHRAE, por sus siglas en inglés) define estos sistemas por el número de puntos de contacto con el aire, llamando “Cerrados” a aquellos que tienen como máximo un punto de contacto con el aire y “Abierto” a aquellos que cuentan con más de dos puntos de contacto.
Los sistemas hidrónicos se componen principalmente por un sistema de tuberías, unidades como serpentines, radiadores, fan & coils, manejadoras de aire, bombas, válvulas de balanceo y control, tanques de expansión y separadores de aire, como se muestra en el Esquema 1.
Todos estos elementos son requeridos para una correcta recirculación del agua, es decir, para transportar la energía desde la fuente hasta la carga térmica. Es muy importante tener claro que el aire es uno de los enemigos naturales de la trasferencia de energía, por lo que toma suma importancia su eliminación dentro de las tuberías y su correcto llenado de agua y presurización.
El agua, como principal elemento de los sistemas hidrónicos y debido a sus propiedades físicas, hace posible la trasferencia de energía por medio de conductos más pequeños y con menores consumos de energía. Una de las propiedades más relevantes es su Calor Específico. El Calor Específico es el número de BTU requeridos para incrementar la temperatura de una libra de agua, un grado Fahrenheit. El calor específico del agua es de 1.0 Btu-LB ºF.
Otro índice utilizado para calificar la habilidad de los materiales para contener el calor sensible es llamado Capacidad de Calor (Heat Capacity). Este concepto se refiere al número de BTU requeridos para incrementar la temperatura de un pie cúbico de aire en 1 ºF. La capacidad de calor puede ser determinada multiplicando el calor específico por la densidad (ver Tabla de Materiales).
Si comparamos la capacidad de calor del agua y del aire, podemos ver que un volumen de agua puede contener 3 mil 500 veces más calor que el mismo volumen de aire para el mismo incremento de temperatura (ver Ejemplo de 1 Ton de enfriamiento).
Por lo tanto, un sistema hidrónico puede ser una solución eficiente para una solución de confort en sistemas de aire acondicionado o calefacción.
El diseño y selección de tuberías es fundamental para un sistema eficiente, ya que es el principal elemento que determinará la carga dinámica total de la bomba. Por ello, es importante seguir las recomendaciones de la ASHRAE para su selección. Asimismo, la capacidad de flujo será determinada por la carga térmica del sistema.
Para determinar el flujo podemos utilizar la fórmula siguiente:
Q= Btu x 500 x DT (°F)
BTU: Capacidad de Energía a Calentar o Enfriar
500: Constante de conversión para el agua
DT: Diferencia de Temperatura en °F
Una vez determinado el flujo y la caída de presión de nuestro sistema, podremos seleccionar nuestras bombas (ver Gráfica 1).
Es muy importante una buena selección para un sistema eficiente y de bajo consumo de energía.
En la actualidad, hay diferentes métodos de control de los sistemas de bombeo, los cuales nos brindan un control más exacto y con mayores ahorros de energía, como los motores ECM (Motores del tipo Electro-conmutados), así como motores con tecnología PCB (Power Control Board), los cuales ya no utilizan devanados de cobre, sino una tarjeta de control electrónica, que brinda un mejor desempeño y mayores ahorros de energía respecto a los motores de inducción.
Ing. Carlos Cavazos
Es Ingeniero Mecánico Electricista por la facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, egresado en 1997. Fundador y Director de Sistemas Hidrónicos del Norte, fundada en 2004. Cuenta con una experiencia de 30 años en el mercado HVAC, especializado en el área hidrónica, hidráulica, hidrosanitario y de sistemas contra incendio. Miembro ASHRAE desde 1998.
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