SISTEMAS HIDRÓNICOS
Por Carlos Cavazos
Para desarrollar el concepto de un sistema de tubería, el diseñador debe considerar varios factores antes de llegar a la solución del proyecto. De hecho, no hay manera de satisfacer todas las condiciones: el propósito del diseñador es identificar los posibles métodos de diseño y seleccionar aquellas opciones que mejor cumplan los requerimientos y la eficiencia energética.
Viendo un proyecto, el diseñador debe considerar algunos pasos lógicos y preguntas para desarrollar una Filosofía de Diseño:
- Determinar dónde se van a ubicar los serpentines o unidades terminales de transferencia de calor, así como las fuentes de calefacción o enfriamiento
- Determinar las cargas de calefacción o enfriamiento con base en la ocupación, requerimientos de confort, códigos y estándares (ASHRAE 90.1, 62.1, 189.1, 100.1)
- Desarrollar un concepto de control de carga parcial
- Desarrollar el sistema de tubería y bombeo
- Llevar un análisis de Costo de Inversión Inicial vs. Costo de Operación Energética sobre la vida útil proyectada del sistema
- Determinar los requerimientos de mantenimiento y operación, así como si el personal tiene la capacidad para cubrirlos
TUBERÍA, RANGO DE FLUJOS Y BOMBEO
Un arreglo muy utilizado es el Sistema de Dos Tubos, que consiste en una tubería de inyección y otra de retorno. Éste utiliza un sistema de bombeo para mover el agua a través del circuito. Paradójicamente, las consideraciones de Costo-Eficiencia dependen de sus limitantes.
La tubería puede ser dimensionada para satisfacer los requerimientos de la capacidad de carga y adecuarla para proveer el flujo requerido a carga total y parcial. Por ello, el diseño está determinado por diversas características y selecciones:
- Temperaturas de agua de suministro y retorno
- Rango y flujos de agua en las unidades terminales (fan&coils)
- Flujo de agua del sistema a las condiciones de diseño
- Arreglo y distribución de tuberías
- Volumen de agua del sistema
- Selección de equipos (bombas, calderas, chillers y serpentines)
- Estrategia de control de temperatura
La energía de bombeo consumida puede ser una parte importante de la energía total del edificio. En realidad, la energía de bombeo es aproximadamente equivalente a una quinta parte de la potencia del diámetro de la tubería, por lo que pequeños incrementos en el diámetro tienen un efecto dramático en un menor consumo de energía de bombeo.
El diseño del sistema de tubería posiblemente no cumpla todos los requerimientos, pero pueden ser identificados por el diseñador en el arreglo del sistema y de las especificaciones.
Un Sistema de Distribución Agua Helada (CHW, por sus siglas en inglés) debe funcionar como un circuito cerrado, donde el agua ha sido tratada para minimizar los impactos del circuito de agua helada y la interferencia con el sistema de agua potable del edificio.
En un sistema de agua helada, el tratamiento tiene un costo significativo, así como la energía utilizada para enfriarla, por lo que las fugas de agua son inaceptables, sobre todo en aquellas zonas donde este recurso es limitado.
En sistemas de agua helada distritales, el sistema de tuberías puede ser instalado en dos formas debido a las longitudes e infraestructura de los edificios: Tuberías Expuestas o Tuberías Enterradas. El método de tuberías expuestas típicamente es más económico, tanto en costo inicial como en la relación tiempo de vida, ya que se le puede dar mantenimiento fácilmente.
Los CHW Bajo Tierra deben ser diseñados para muy bajos porcentajes de fugas, así como para soportar altas presiones, ganancias de temperatura, cargas por tráfico y corrosión.
Para sistemas grandes, donde la tubería está aislada, se deben de considerar accesos o registros a válvulas, los cuales no deberán de exceder los 150 metros de distancia entre los registros.
AISLAMIENTOS Y SUS PROPIEDADES TÉRMICAS
El aislamiento normalmente brinda una resistencia térmica primaria en contra de la ganancia de calor en los sistemas distritales de enfriamiento. Las propiedades térmicas y otras características de los materiales de aislamiento normalmente utilizados en un sistema de distribución distrital están listados en la Tabla 1.
Pero, ¿cuándo se deben aislar las tuberías de un sistema de enfriamiento distrital? La decisión para aislarla es determinada por tres condiciones:
1. El impacto de la ganancia de energía en el sistema
2. El costo adicional de la capacidad de la planta de agua helada debido a la ganancia de calor
3. El impacto de la ganancia de calor que será entregada en el suministro de agua a los usuarios y la consecuencia subsecuente a los equipos de los usuarios
El costo del calor ganado entre una tubería aislada y otra sin aislar, por ejemplo, en una tubería de 42 pulgadas en acero bajo tierra, sería de aproximadamente 22% de ganancia de calor en el promedio anual en el sistema de tubería sin aislar respecto a la tubería aislada.
Hay diferentes métodos para el análisis y cálculo de las pérdidas de energía en los sistemas de tuberías sin asilar, los cuales deberán ser analizados cuidadosamente para disminuir el impacto energético que representan en la vida útil de los edificios y o centrales de distribución de agua helada. ASHRAE nos proporciona las diferentes guías para su correcto diseño en la District Heating Guide y la District Cooling Guide.
Carlos Cavazos
Es Ingeniero Mecánico Electricista por la facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. 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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