Como elemento desacoplador se tienen colectores, agujas hidráulicas y tanques
CONTENIDO
1 - GENERALIDADES
El desacople hidráulico y su diseño es clave para conseguir un sistema estable y "fácil de operar" cuando se tiene una configuración del tipo desacoplado. ¿Para qué?
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Independizar hidráulicamente la producción de la distribución, conocido también como desacoplar el primario y secundario. Es decir, desde el punto de vista hidráulico que el primario no se entere de lo que pasa en secundario. Cuando se tiene un colector aparentemente desacoplado pero con llaves de corte cerradas, o un diámetro demasiado pequeño, la instalación está acoplada y eso significa que las bombas de primario y secundario están en serie.
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Tener puntos de mezcla de agua donde colocar las sondas representativas del sistema, con 2 sondas se puede gestionar correctamente la producción
El tipo de instalación, abierta o cerrada, determina el diseño del elemento desacoplador, y no es lo mismo para una instalación de agua fria o agua caliente.
2 - REGLAS BÁSICAS Y CONSIDERACIONES
Cumpliendo 2 sencillas reglas, se puede optimizar la gestión de la producción
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario. El exceso o defecto de caudal de primario, debe circular libremente por el colector, sin que se enteren las bombas de primario y secundario de lo que está pasando.
Si se cumplen las dos anteriores, con sólo 2 sondas de temperatura es suficiente para monitorizar lo que pasa en el colector y en consecuencia gestionar la producción.
🔎 Es importante remarcar que:
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➡ El colector es un punto de presión diferencial nula, hay la misma presión en todos los puntos del colector
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➡ Todas las bombas deben aspirar del colector, no impulsar contra el colector. Si hay bombas aspirando del colector y otras impulsando contra el colector, la instalación se acopla.
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➡ Se recomienda que el sistema de expansión se conecte a este punto, ya que es el punto de referencia del sistema y todas las bombas aspiran del colector. Ver más
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
3 - DIMENSIONAMIENTO DE BYPASS
¿Qué criterio seguir para dimensionar el diámetro del bypass?
En caso de colectores corridos, el diámetro del bypass no tiene por qué ser el diámetro del colector general, aunque la mayoría de las veces se hace un colector corrido sin cambio de sección. En este apartado se refiere al diámetro mínimo que debería tener el bypass.
Lo que se busca en el bypass es que haya la menor interferencia posible, libre circulación y que las bombas no se enteren de lo que está sucediendo en el sistema.
En un bypass muy pequeño, se acoplan las bombas de primario y de secundario, quizás no completamente pero si que provoca interferencia.
En un bypass muy grande, se pueden producir corrientes paralelas:
Los criterios generales son para el dimensionamiento:
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Velocidad de paso, en torno a 0,5 m /s
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Pérdida de carga lineal: AP 50 Pa/m
⚙️ ¿Para que caudal?
Se pueden dar varias circunstancias:
➡ Caudal constante primario, secundario constante:
Aunque esta opción de diseño no es la más recomendada, en caso de darse hay que estudiar todos los escenarios posibles, por ejemplo si la configuración son 3 equipos iguales (33,3 % sobre caudal total de secundario) y el secundario compuesto por una o varias bombas pero que siempre mueven el mismo caudal, el escenario mas desfavorable para el bypass sería tener sólo 1 enfriadora en marcha.
➡ Caudal constante primario, secundario variable:
Opción recomendada. Se tomaría como referencia la situación que el secundario está parado y la enfriadora en marcha mas grande + 10%.
➡ Sistemas de carga preferencial y/o freecooling:
Si se da el caso que el equipo colocado en carga preferencial o en freecooling es capaz de atender toda la demanda, los equipos de producción en paralelo no arrancarían y por tanto todo el caudal debería pasar por el bypass y éste debe estar dimensionado para este caudal.
📣 Nota: La pérdida de carga lineal en tuberías no es igual para sistemas abiertos y cerrados. Véase el siguiente ábaco extraído del Manual de Aire Acondicionado de Carrier 1970:
4 - COLECTOR CORRIDO
Es el colector típico en el cual se tiene las aspiraciones y descargas de circuitos primarios y circuitos secundarios y normalmente se coloca en horizontal.
El diámetro mínimo recomendado tiene que ser tal que las soldaduras de los injertos del circuito de mayor diámetro, tanto de primario como de secundario, sean factibles de ejecutar. Normalmente mínimo un diámetro superior.
Como se ha comentado anteriormente, el bypass puede tener el mismo diámetro que el colector o no, ya que su criterio de dimensionamiento atiende a otros factores.
La configuración de un colector corrido es igual para plantas de frio o de calor y se debe prestar atención especial a la distancia entre conexiones para la correcta mezcla de agua.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅✅ Sistemas de agua helada ❄️
✅✅ Sistemas de agua caliente ☀️
✅✅ Sistemas reversibles frio y calor 🔁
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
5 - AGUJAS HIDRÁULICAS
Es un híbrido entre colector vertical y un depósito, utilizados principalmente para aplicaciones de calor ya que los fenómenos de convención son menos importantes en sistemas de agua enfriada.
➡ La aguja se coloca verticalmente con las conexiones de suministro en la parte superior de la botella y las conexiones de retorno en la parte inferior de la botella, para garantizar una convección interna óptima.
➡ Las diferentes tomas de salida y de retorno están generalmente escalonadas para evitar cualquier interferencia y reducir el riesgo de doble circulación, en particular si la botella no está equipada con un deflector o un rompechorros.
➡ En la parte superior de la botella se coloca una válvula de cierre que permitirá aislar un purgador automático o un purgador manual.
➡ La aguja se utiliza al mismo tiempo como decantador, y por tanto debe estar equipada con una válvula de purga en la parte inferior que sea de fácil acceso.
➡ Una botella de desacoplamiento puede ser de un tamaño bastante grande y es preferible aislarla térmicamente para evitar pérdidas innecesarias.
➡ El dimensionado de una botella de desacoplamiento se realiza según la regla 3D, que estipula:
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La altura de la botella se determina según una distancia de tres diámetros entre los distintos tubos.
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El diámetro del cilindro debe ser igual o superior a tres veces el diámetro de la tubería principal.
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Un desplazamiento de tres diámetros entre la entrada de agua de producción y la tubería de salida secundaria
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Una distancia de tres diámetros entre el tubo más alto y la parte superior de la botella.
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Una distancia de tres diámetros entre el tubo más bajo y el fondo del cilindro.
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Una distancia de seis diámetros entre las conexiones de alimentación y las de retorno secundario.
Esta regla 3D permite establecer una velocidad de circulación en la botella de alrededor de 0,1 m/s, mientras que la velocidad secundaria debe estar alrededor de 1 m/s.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅❌ Sistemas de agua helada ❄️
✅✅ Sistemas de agua caliente ☀️
✅❌ Sistemas reversibles frio y calor 🔁
Fuente: Bipasses et bouteilles hydrauliques pour la regulation, Promoclim, Tome 21 nº3 Mai 1990
6 - DEPÓSITO ÚNICO CIRCUITO ABIERTO
En muchas ocasiones la instalación es del tipo circuito abierto, es decir, está a presión atmosférica y como elemento desacoplador se utiliza un depósito único, el cual además sirve para aumentar el volumen de inercia.
🔎 En esta configuración se debe tener en cuenta:
➡ El depósito debe tener una zona fria y caliente diferenciadas, por medio de pared divisoria
➡ La pared divisoria debe ir desde abajo hasta arriba y en la parte superior no debe llegar hasta arriba para que no rebose agua
➡ Las bombas de primario y secundario deben aspirar de la parte baja del depósito para aumentar la presión en aspiración y disminuir la cavitación en bombas
➡ Las selección de bombas y el tipo, deben disponer un NPSH muy bajo, compatible con el NPSH real de la instalación
➡ Compatibilidad de materias de tuberías, es un circuito abierto sometido a oxigenación constante.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅✅ Sistemas de agua helada ❄️
❌❌ Sistemas de agua caliente ☀️
❌❌ Sistemas reversibles frio y calor 🔁
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
7 - DEPÓSITO ÚNICO CIRCUITO CERRADO
Igual que en el caso anterior, se utiliza un único depósito para desacoplar el primario del secundario y además disponer de un volumen de inercia.
Ahora el sistema está presurizado y las conexiones del depósito cambian, teniendo en la zona superior la parte caliente y en la zona inferior la parte fría.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅✅ Sistemas de agua helada ❄️
✅❌ Sistemas de agua caliente ☀️, adecuado pero con matices. La relación altura/diámetro influye en la estratificación, ver más.
❌❌ Sistemas reversibles frio y calor 🔁, no adecuado ya que al cambiar el modo, el orden de conexiones debería cambiar
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
8 - DOBLE DEPÓSITO SISTEMA ABIERTO
Similar a la configuración con un sólo depósito, pero ahora se tiene un tanque para el lado frio y otro para el lado caliente.
Entre ambos depósitos hay un bypass que debe tener una dimensión suficiente como para poder absorber el exceso o defecto de caudal. En caso contrario el nivel de uno de los tanques puede subir e incluso rebosar agua.
Las aspiraciones de bombas deben ir en la parte baja del tanque para aumentar la presión de aspiración y éstas deben tener un NPSH compatible con la instalación.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅✅ Sistemas de agua helada ❄️
❌❌ Sistemas de agua caliente ☀️
❌❌ Sistemas reversibles frio y calor 🔁
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
9 - DOBLE DEPÓSITO SISTEMA CERRADO
Similar a la configuración con un sólo depósito, pero ahora se tiene un tanque para el lado frio y otro para el lado caliente.
Entre ambos depósitos hay un bypass que debe tener una dimensión suficiente como para no generar una pérdida de carga importante.
⚙️ USOS RECOMENDADOS:
✅✅ Sistemas de agua helada ❄️
✅✅ Sistemas de agua caliente ☀️
✅✅ Sistemas reversibles frio y calor 🔁
REGLAS BÁSICAS DISEÑO DESACOPLADOS
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✅Todas las enfriadoras toman agua a la misma temperatura
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✅Todos los secundarios toman agua a la misma temperatura
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✅ Diseño recomendado, con ligero exceso de caudal en primario
🔎 ¿Cómo se instala el bypass?
Pues depende de como vaya a operar el sistema la altura a la que se debe colocar el bypass en ambos depósitos es distinta. Por ejemplo, veamos para una instalación de agua fría:
Esquema 1️⃣: Exceso de caudal en primario:
El bypass en el esquema 1 está representado en la parte baja de ambos depósitos para aprovechar todo el volumen de agua:
En el depósito de agua fría se obliga a empujar el agua fría descargada de enfriadoras hacia abajo
En el depósito de agua caliente, el agua fría del bypass se mezcla con el agua caliente de retorno
Esquema 2️⃣: Defecto de caudal en primario:
Si en la configuración anterior en algún momento de la operación se tiene defecto de caudal en primario, bien por mala regulación del caudal variable de secundario o bien porque la demanda sea superior a la capacidad (energía suministrada por acumulación) entonces:
El depósito de agua fría no es capaz de suministrar toda la energía acumulada, los movimientos de agua se producen en la zona inferior.
Esquema 3️⃣: Defecto de caudal en primario:
Para resolver el problema anterior ahora el bypass se conecta en la parte superior del depósito frio, de tal forma que el agua se empuja de arriba a abajo aprovechando todo el volumen del depósito
Esquema 4️⃣: Exceso de caudal en primario:
Teniendo el bypass en la parte superior del tanque y exceso de caudal en primario, ante la situación que éste se encuentre por encima de la temperatura de consigna se tendrá problemas para poder enfriar este volumen en un tiempo razonable. Estas situaciones podrían ser:
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Arranque de la instalación, tras una parada prolongada y los tanques se encuentran a temperatura ambiente
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Ciclo de carga (enfriamiento) de los volúmenes de inercia tras un ciclo de descarga
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