SISTEMAS ACOPLADOS
CAUDAL CONSTANTE

2 - GENERALIDADES

Son los sistemas mas simples y se recomiendan cuando el sistema trabaja a carga total o con poca variación.

En el esquema de abajo se tiene un configuración de 2 enfriadoras de la misma potencia y 2 bombas, que trabajando a 7ºC de consigna y un retorno de 11,5ºC.

El sistema es caudal constante y por tanto la regulación en las cargas es con válvula de 3 vías. El agua bombeada pasa por ambas enfriadoras (es posible que se requiera válvula de regulación para ajustar el caudal al caudal nominal).

Este sistema podría presentar por ejemplo una enfriadora adicional en modo reserva o una bomba adicional en reserva, o ambas, sin afectar a la operación del sistema.

Configuración tipo sistema acoplado caudal constante

Si la carga del sistema baja, la temperatura de retorno de instalación bajaría y las enfriadoras parcializarían compresores para ajustar a la demanda y aquí es donde aparecerían los detalles a tener en cuenta.

3 - TIPOS DE COMPRESOR Y CARGA MÍNIMA

Tipo de compresor y carga mínima de las enfriadoras:

En este sentido hay que vigilar cual es la carga mínima del sistema y que las enfriadoras sean capaces de trabajar en este rango. Hay que buscar la compatibilidad ya que:

Si la carga de la instalación es inferior a la carga mínima de las enfriadoras, el o los compresores pararán y volverán arrancar seguidamente, perjudicando a la máquina y a la instalación por no mantener una consigna estable. La solución típica es aumentar el volumen de inercia para paliar este efecto, pero sólo enmascara un problema de fondo.
Demanda mínima de la instalación superior a la carga mínima de las enfriadoras, pero trabajando en un punto de muy baja eficiencia y que además, puede presentar problemas de lubricación. Esto podría ser por ejemplo enfriadoras con un sólo compresor tornillo AC no inverter. Es muy fácil identificar este problema in-situ por el sonido del compresor.

4 - GESTIÓN DE CAPACIDAD

En la selección de enfriadoras se debe tener en cuenta por tanto como se comporta el equipo a cargas parciales y proyectar el tipo de compresor que se adecúa más a la curva de demanda. En este sentido conviene no sólo fijarse en los indicadores de carga parcial como el SEER, que si que da una idea, y fijarse en el tipo de tecnología. A igualdad de SEER un equipo de levitación magnética encuentra su máxima eficiencia en otro punto distinto de carga parcial que un compresor tornillo inverter.

Dotar a la instalación de un sistema de control para la secuenciación de enfriadoras sería lo mas razonable para ajustar la producción a la demanda y disminuir los costes de operación y mantenimiento. Sin embargo, hay una serie de factores a tener en cuenta en el diseño.

Puntos a tener en cuenta:

Parar enfriadora, pero el sistema no tiene válvula de aislamiento:

Como se puede ver en el gráfico, el principal problema es que por la enfriadora parada sigue circulando agua y que elevará la temperatura de impulsión en el colector. La cuestión es si esta mezcla es aceptable para el sistema o no.

Si es aceptable, no hay mayor inconveniente, pero si por lo contrario no lo es, se puede paliar de dos formas:

Chilled water reset;
Instalar válvulas de corte por enfriadora

5 - CHILLER WATER RESET

Se trata de una forma típica para compensar la mezcla.

Para ello se busca bajar la consigna de la enfriadora que está en marcha, pero se debe tener en cuenta:

❌ La bajada de temperatura puede tener un límite si la instalación no está glicolada

❌ Aumenta el consumo de energía del equipo en marcha

Por tanto, es una estrategía que palía el problema pero no es la solución óptima

6 - EFECTO DE CAUDAL EN LA PARCIALIZACIÓN

Instalar válvulas de corte por enfriadora tiene la ventaja de eliminar el efecto mezcla explicado anteriormente.

Consecuentemente, el sistema de control debería parar además 1 de las bombas y aquí aparecería otra consideración importante. el riesgo de dejar unidades terminales infraalimentadas y por tanto sin cumplir el primer principio del diseño, la funcionalidad. Veamos el detalle:

En bombas, 1+1 no son 2!! y dependiendo de la curva característica del circuito (Kv) y de las curvas de las bombas la suma de bombas tendrá un resultado distinto. En la gráfica de arriba, en el circuito con la curva A , el punto de trabajo está indicado como punto 1. Al parar una de las bombas, el ajuste de caudal y pérdida de carga del circuito pasa a ser el punto B, un 40% de caudal menos por ejemplo.

En un circuito hidráulico equilibrado en el cual todas las unidades terminales reciben su caudal nominal, si el caudal de bombeo se reduce un % determinado, el reparto de agua por todo el circuito se hace en la misma proporción, en este caso se reduce el caudal un 40% en todas las unidades terminales.

Si la carga en las unidades terminales no se reduce en todas las unidades por igual y unas demandan incluso el 100%, por ejemplo un sistema de HVAC con distintas fachadas y/o usos, o una fábrica con distintos procesos, se corre el riesgo de dejar unidades con déficit de caudal y por tanto no satisfacer las necesidades de refrigeración.

7 - RECOMENDACIONES EN EL DISEÑO

Algunas recomendaciones para asegurar el éxito del diseño del sistema acoplado de caudal constante:

Enfriadoras de la misma capacidad simplifican la estrategia en el sistema de control.
Si las enfriadoras no son de la mima capacidad, deben ser compatibles en términos de caudal entre sí si va a ver secuenciación.
Si las enfriadoras no son de la misma capacidad, se recomienda bomba dedicada por enfriadora si va a ver secuenciación.
Si se requiere una enfriadora de distinto tamaño y es muy dispar, sería conveniente acudir a una estrategia del tipo sidecar.
Para configuraciones con tándem de bombas en la instalación y no bomba dedicada, cuidado con la falta de caudal en la secuencia de operación. Ver descarga en inicio
Estudiar la curva de demanda de la instalación y proyectar enfriadoras con curvas y parcialización adecuada.
La estrategia chiller water reset es una opción, aunque no la mejor, para conseguir la consigna del sistema.
Vigilar la infra alimentación o sobre alimentación de unidades terminales cuando haya secuenciación de bombas.
Contar con un buen ingeniero de sistema de control
Si la variación de carga es alta y todo lo anterior un problema en el sistema de control y en la instalación hidráulica, pensar en proyectar un sistema acoplado con caudal variable o sistema desacoplado.