08 noviembre 2009

Eficiencia en el diseño y reformas de sistemas de distribución de agua caliente y fría

Los omnipresentes sistemas de distribución de agua caliente ofrecen también inmejorables opciones para mejorar la eficiencia energética, y en consecuencia obtener ahorros significativos en los costes de electricidad o combustible.
Si bien los sistemas de agua caliente son eminentemente satisfactorios para calefacción, los sistemas de agua fría no cumplen en si mismos los requerimientos exigibles para el aire acondicionado. El motivo es que el aire acondicionado requiere control de la humedad y de la ventilación.
En muchas circunstancias, el sistema más eficiente energéticamente que puede conseguirse se obtiene usando una combinación de sistemas de agua y aire para utilizar las ventajas de ambos. Los sistemas de agua pueden clasificarse por: temperatura, presión de operación, disposición de tuberías y configuración de bombeo.

Beneficios de los sistemas de agua

Los sistemas de agua ofrecen costes sustanciales y beneficios operacionales. Los requerimientos de energía para la circulación de fluidos son relativamente bajos (comparado con sistemas de aire). Es por ello que el ahorro energético posible al bombear sistemas de agua es por lo tanto menor. Sin embargo, ciertos sistemas o aplicaciones, usualmente industriales o institucionales, proporcionan oportunidades para ahorrar calor. Los costes y las dificultades prácticas usualmente hacen que las actuaciones de ahorro energético en estos sistemas sean menos atractivas.

Los beneficios de los sistemas de agua relativos a las operaciones eficientes energéticamente incluyen lo siguiente:

  1. El uso de ciclos de operación de economía para acoplar requerimientos de carga de la construcción, por ejemplo, control compensado, uso de optimizadores, etc., permitiendo reducciones en la operación de las calderas o aparatos de generación.
  2. El equipo centralizado es generalmente más eficiente, y es a la vez capaz de tomar ventaja de las diversidades de carga en el edificio, es fácil mantener y usualmente más conveniente para operar a rendimiento parcial.
  3. La flexibilidad de la operación proporciona calentamiento y/o enfriamiento para controlar la temperatura con cambios en las condiciones externas e internas para minimizar sobrecalentamiento, sobre-enfriamiento o mezclas derrochadoras.
  4. En los grandes sistemas puede utilizarse control de velocidad de la bomba y caudal de agua variable para abastecer las variaciones de carga y estacionales diarias en requerimientos de calentamiento y enfriamiento y controlar la entrada de energía de la bomba en consecuencia.

Diseño de sistemas de agua

Si se diseñan nuevos sistemas de agua o reconstruyen los ya existentes recomendamos seguir las siguientes normas para alcanzar la eficiencia energética más alta posible:

  1. Minimizando el caudal de agua se reduce la energía de agua y el consumo de energía.
  2. Evitando el uso de métodos arbitrarios para calcular pérdidas de calor, dimensionar radiadores o tuberías, o determinar altura manométrica de bombas.
  3. Basar el flujo de agua del diseño en pérdidas/ganancias de calor del espacio servido.
  4. Si las condiciones lo permiten, se usará una mayor diferencia de temperatura entre el flujo de agua y las temperaturas de retorno para minimizar las cantidades de agua y la potencia de la bomba.
  5. Diseñar sistemas de tuberías de agua para alcanzar mínimas pérdidas de fricción. En particular usar accesorios de resistencia baja, válvulas, y filtros.
  6. Considerar medios para variar las cantidades de caudal de agua y adaptar los requerimientos de agua usando motores o bombas de transmisión variable.

Rediseño de sistemas de agua para ahorro de energía

La resistencia total al caudal de agua (pérdida de presión) en un sistema de tuberías es la suma de las resistencias de las longitudes de tubería individual, accesorios y componentes, generalmente en el recorrido más largo del circuito.

Para reducir los requerimientos de bombeo rediseñando el sistema se requieren métodos de investigación que reducen la resistencia al flujo del sistema de tuberías y su planta y componentes asociados.

  1. Los recorridos rectos de tuberías generalmente ofrecen poca o ninguna oportunidad para reducir resistencia a menos que las superficies o áreas interiores sean rugosas o estén obstruidas por depósitos y escalas, en cuyo caso está indicada la limpieza química o sustitución de la tubería.
  2. Los accesorios de las tuberías standard ofrecen relativamente poca resistencia al caudal. Lo mismo no es verdad para ciertos componentes, particularmente válvulas y filtros. La sustitución de tipos alternativos de válvulas y filtros (o elementos filtrantes) proporcionan el rendimiento requerido para proporcionar considerables reducciones de resistencia.
  3. Las conexiones mal diseñadas en succión y descarga de bombas pueden incrementar el consumo energético innecesariamente.
  4. La mayoría de los intercambiadores de calor ofrecen una alta resistencia al caudal y son propensos al ensuciamiento por depósitos de escala y suciedad que no sólo incrementan la resistencia del bombeo sino también una menor eficiencia de transferencia de calor.

El sistema de agua puede necesitar ser re-equilibrado. A menudo los márgenes de seguridad de diseño acaban originando un sobredimensionado y el exceso de presión puede haber sido absorbida cerrando innecesariamente válvulas de regulación.

Bibliografía: Energy efficiency handbook. Heating and ventilating contractors´ Association

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