29 noviembre 2012

Guía de diseño de plantas enfriadoras (8ª PARTE)



Ver 7ª PARTE

Selección de la disposición del sistema de distribución de agua fría

En la siguiente tabla vemos algunas recomendaciones de diseño para sistemas de distribución basado en el tamaño y número de cargas servidas y las pérdidas del sistema de distribución. Estas recomendaciones son generalizaciones que se pueden utilizar en la mayoría de las aplicaciones de calefacción, refrigeración y ventilación típicas, pero pueden no ser las óptimas para cada aplicación.




Nº aplicación
Número de serpentines/ cargas servidas
Tamaño de serpentines/ Cargas servidas
Pérdidas de distribución (exluyendo enfriadora)
Válvulas de control
Caudal (Primaria /secundaria)
Tipo de distribución recomendada
1
Una
Cualquiera
Cualquiera
Ninguna
Constante
Primaria, sin válvulas de control
2
Más de una
Grandes campus
Cualquiera
3 vías
Constante / variable
Primaria / secundaria distribuida
3
Más de una
Grandes serpentines (>100 gpm)
Cualquiera
Ninguna
Constante / variable
Primaria / secundaria de serpentín (sin válvulas de control)
4
Sirviendo pocas (2 a 5) cargas similares
Pequeños (<100 gpm)
Baja (<12 m)
3 vías
Constante o por etapas
Primario-sólo, caudal constante.
5
Sirviendo pocas (2 a 5) cargas similares
Pequeños (<100 gpm)
Alta (>12 m)
2 vías
Variable o constante / variable
Primario – sólo caudal variable o primario – caudal variable secundario
6
Sirviendo muchas (más de 5) o pocas cargas disimilares
Pequeños (<100 gpm)
Cualquiera


Sistemas sólo primario vs. primario secundario




Ventajas de sólo primario
Desventajas de sólo primario
Potencia de la bomba reducida
Complejidad de la puesta en marcha de enfriadoras.
·         Bombas más eficientes.
·         Averías de la enfriadora.
·         Menor conexión de bombas.
·         Posible la congelación del evaporador.
Menor uso de energía de bombas.
·         Altas temperaturas transitorias.
Menor coste inicial.

Menor espacio de planta requerido.


Los esquemas sólo primario siempre cuestan menos y ocupan menos espacio que los sistemas primario-secundario, y con variadores de frecuencia, los sistemas sólo primario usarán también menos energía que los sistemas primario-secundario (no distribuido) tradicionales. El último punto puede ser contrario a la sabiduría convencional. El ahorro de energía de la bomba se debe a:

  • Altura del sistema reducido como resultado de la eliminación de la serie extra de bombas y tuberías y dispositivos adicionales (válvulas de cierre, filtros, difusores de succión, válvulas de control, etc.).
  • Bombas más eficientes (las bombas primarias en el sistema primario-secundario será inherentemente menos eficiente debido a su alto caudal y baja altura. Esto puede ser parcialmente mitigado usando bombas más grandes funcionando a una menor velocidad.
  • Caudal variable a través del evaporador, que permite que al caudal caiga bajo el caudal de diseño dado por el fabricante de la enfriadora.
  • Cerca del rendimiento de la ley del cubo de un variador de velocidad variable que produce un ahorro energético significativo para incluso pequeñas reducciones de caudal.

Incluso sin los ahorros de los tres primeros puntos del párrafo anterior (esto es, incluso si la altura y eficiencia de la bomba fueran las mismas y caudal mínimo a través de la enfriadora fueron mantenidos en el caudal de diseño), los sistemas sólo primarios todavía usan menos energía en la bomba que los sistemas secundarios.

Los costes de energía más bajos y los costes iniciales inferiores del sistema sólo primario a menudo hacen fácil la elección respecto al primario – secundario, pero el sistema tiene dos ventajas significativas:

  • Complejidad del control de bypass. Para todas las plantas de enfriadoras con un gran número de enfriadoras, se requiere algún tipo de válvula de bypass en orden de asegurar que las tasas mínimas de caudal se mantienen a través de las enfriadoras de operación. Este control es algo complejo.

Primero, requiere algún medio para medir el caudal a través de las enfriadoras, tales como un medidor de caudal o sensor de presión diferencial a través de las enfriadoras que pueden ser correlacionadas con el caudal. En general se recomienda que el medidor de caudal puede ser proporcionado a cada enfriadora o a la línea de agua común en el lado de la enfriadora del bypass.

Segundo, la selección de la válvula de control de bypass y el ajuste del bucle de control es difícil debido a la muy alta presión diferencial que se produce por su localización cerca de las bombas. (Esto puede ser mitigado colocando la válvula de bypass en el sistema cerca de los serpentines más remotos. Sin embargo, esto incrementa el caudal a través de las tuberías de distribución que incrementan la energía de la bomba en cargas bajas. También, se incrementa la ganancia de calor si el flujo se mantiene en las tuberías que pueden de otra forma quedar inactivas. Por otra parte, colocar la válvula en una localización remota puede dar como resultado un control de la planta más estable. Una válvula de control independiente se considerará para esta aplicación.

Tercero. La programación del sistema de control es difícil cuando hay múltiples enfriadoras o etapas cada una requiriendo diferentes puntos de ajuste de caudal mínimos. (Nótese que las válvulas de bypass de presión activada comúnmente usadas en el pasado con sistemas de bombeo de velocidad constante no trabajarán con bombas de velocidad variable debido a que la presión diferencial a través de la válvula siempre será menor en carga parcial así que la válvula no se abrirá nunca.
  • Complejidad de las etapas de enfriamiento. Cuando una o más enfriadoras están operando y otra enfriadora arranca abriendo su válvula de aislamiento o arrancando su bomba, el caudal a través de las enfriadoras de operación caerá abruptamente.  El motivo para esto es simple: el caudal es determinado por la demanda de los serpentines de agua fría cuando se controlan por las válvulas de control. Arrancando otra enfriadora no se creará un incremento en el caudal requerido, así que el caudal se dividirá entre las máquinas activas. Si esto ocurre repentinamente, la caída en el caudal causará ruido en las enfriadoras operando o puede congelarse el evaporador si los controles de seguridad trabajan mal.

Ver 9ª PARTE

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