En esta segunda parte continuamos analizando algunas de las suposiciones que usan las aplicaciones para modelar el sistema hidráulico y el consumo eléctrico de las bombas.
por Julio Londoño*
Luego de observar en la primera parte de este artículo cómo funcionan las válvulas de control por medio de un modelado para obtener ahorros significativos en los sistemas hidráulicos de aire acondicionado, continuaremos analizando algunos aspectos técnicos como en la creación de nuevas curvas para la bmba de distribución.
Crear nuevas curvas para la bomba de distribución: Para poder crear una nueva curva para la bomba se debe establecer un nuevo grupo de suposiciones que nos permitan calcular el exceso de flujo generado por las válvulas dependientes de presión. La siguiente metodología está basada en un artículo escrito por Mack Wallace para ASHRAE (McHenry Wallace Jr. PE, A New Approach to Modeling Pressure Dependent Control Valves published by ASHRAE, white paper).
Nueva Suposición-1
La presión a través de la válvula fluctúa entre 5-10 psi: Usando el área de comportamiento de la cabeza de la bomba (mostrado en la figura 2 en al artículo anterior) y partiendo de que se tiene un sistema bien balanceado y con válvulas bien seleccionadas asumimos que estas están sometidas normalmente a fluctuaciones de presión en el rango de 5 a 10 psi. Esta suposición nos permite calcular el exceso de flujo para cada posición de la válvula.
Para crear la nueva curva de la bomba primero calculamos los valores de flujo para cada posición de la válvula en diferentes presiones diferenciales. Luego para obtener el consumo de la bomba en cada posición usamos la ley de afinidad de las bombas.
Nueva Suposición-2
La presión diferencial a través de la válvula tiene una distribución normal entre 5-10 psi: Para obtener los valores del consumo de la bomba para cada posición de la válvula usamos un promedio ponderado asumiendo una distribución normal de la presión diferencial. Para poder definir las ecuaciones en forma de porcentaje cada promedio se normaliza luego contra los valores de una válvula específica.
La curva de los promedios ponderados se grafica en una hoja de cálculo y con las herramientas gráficas se pueden encontrar las ecuaciones de la gráfica y los coeficientes de cada variable. Estos coeficientes se entran en la configuración de la curva de la bomba según los requerimientos de cada paquete de modelado. Por ejemplo Trace 700 de Trane usa una curva polinómica de cuarto grado, y eQuest de DOE usa una ecuación cuadrática.
Usando las nuevas curvas
Configuramos una nueva bomba en eQuest y Trace 700 usando los coeficientes dados en las gráficas. Luego comparamos los resultados usando un modelo de un edificio típico de oficinas de cinco pisos en Chicago, con un área de 750,000 sq.ft. El sistema de enfriamiento es de tipo desacoplado, también llamado primario/secundario, con dos enfriadores enfriados por agua, de 1.000 toneladas cada uno, con bombas de volumen constante dedicadas para cada enfriador y una bomba de volumen variable para la distribución. Estos fueron los resultados:
Usando Trace 700:
Figura 13
Usando eQuest:
Figura 14
En cada caso se modeló el edificio usando como base las curvas básicas incluidas en cada paquete, esta opción corresponde a condiciones ideales en el sistema hidráulico cuando se instalan válvulas independientes de presión. Luego se modeló el edificio usando las nuevas curvas para obtener el consumo eléctrico usando válvulas dependientes de presión.
En ambos casos se obtuvo un incremento en el consumo de las bombas de distribución de alrededor del 35%. Este valor es bien cercano a los valores que se han obtenido en sistemas reales cuando se hacen retrofits de válvulas y se reemplazan las válvulas convencionales por válvulas independientes de presión. Este valor varía dependiendo del tipo de edificio, su construcción y su ubicación geográfica.
Conclusiones
Es importante reconocer que este método es bien conservador y es más apropiado para diseños de edificios nuevos, pues en edificios existentes es posible que las válvulas puedan ver fluctuaciones de presión mayores, que conlleven a ahorros mucho más grandes.
Las razones para que se den estas fluctuaciones de presión más amplias son múltiples, algunas pueden se que el edificio no está bien balanceado, que las válvulas de control no han sido correctamente seleccionadas o que los serpentines ya no ofrecen el mismo intercambio de calor original. Este modelo tampoco incluye las ineficiencias causadas en la planta de enfriamiento debido al pobre intercambio de calor en los serpentines y el síndrome de bajo delta T.
Por eso es bien importante que el ingeniero a cargo del modelado conozca el impacto en la eficiencia energética de acuerdo al tipo de válvulas instaladas y las condiciones actuales del edificio.
*Julio Londoño es el Product Manager de Belimo más información en [email protected]
