Sistemas de Refrigerante Variable

A partir de ese momento el aire acondicionado ha ido evolucionando, siguiendo los desarrollos tecnológicos para mejorar su desempeño de acuerdo a sus diferentes aplicaciones, siendo el campo del confort donde los fabricantes han puesto un mayor esfuerzo en el desarrollo de sus equipos para cubrir necesidades de los usuarios

Hace poco más de 100 años el aire acondicionado fue inventado para controlar las condiciones de humedad y temperatura necesarias para un proceso de manufactura.

Ing. Sergio Cedeño.

A partir de ese momento el aire acondicionado ha ido evolucionando, siguiendo los desarrollos tecnológicos para mejorar su desempeño de acuerdo a sus diferentes aplicaciones, siendo el campo del confort donde los fabricantes han puesto un mayor esfuerzo en el desarrollo de sus equipos para cubrir necesidades de los usuarios tanto en su tarea principal que es el control de temperatura y humedad como la apariencia del equipo, flexibilidad de uso y actualmente consumos de energía e intercomunicación con sistemas de monitoreo central a través de una computadora.

La principal división que se hace con los sistemas de aire acondicionado es:

Sistemas de expansión directa (DX) – Asociados principalmente en aplicaciones residenciales y comercial ligero salvo sus excepciones con las unidades tipo paquete.

Sistema de agua helada – Cuya aplicación se asocia con sistemas de gran capacidad o grandes distancias de conexión entre el equipo al exterior y el interior.

El diseño de los equipos utilizados en estos sistemas no ha sufrido muchos cambios desde su invención, a excepción del sistema de control que ha ido evolucionando junto con la electrónica.

Es hasta 1982 cuando es introducido en Japón los primeros sistemas de refrigerante variable, el cual entra en la clasificación de los sistemas de expansión directa del tipo dividido sólo que a diferencia de los equipos tradicionales este puede ser conectado a varios evaporadores en una sola línea de distribución de refrigerante con una unidad condensadora.

Estos sistemas de refrigerante variable en el que se regula el caudal del refrigerante dentro del sistema gracias a la tecnología inverter en los compresores en donde se modifica la frecuencia de alimentación al compresor para que éste varíe su velocidad y por ende el flujo volumétrico de refrigerante hacia el sistema sea variable de acuerdo a la demanda, otro componente importante de estos sistemas son las válvulas de expansión electrónicas utilizadas en la unidad evaporadora que nos da un control de temperatura de los espacios a acondicionar con variaciones mínimas.

Las características principales de estos sistemas son:

1.- Menor consumo de energía – Debido a que este tipo de sistemas maneja múltiples compresores incluyendo el compresor inverter, el desempeño del sistema a cargas parciales es excelente, el consumo de la unidad condensadora es de acuerdo a la demanda de las unidades evaporadoras ya que el control de capacidad es directamente por velocidad del compresor. La mayoría de los sistemas de aire acondicionado tienen la mayor parte de sus horas de operación entre el 30 – 70% de su máxima capacidad en donde el COP de los sistemas de refrigerante variable tiene su mejor desempeño.

El ahorro de energía de estos sistemas comparados con sistemas tradicionales es de entre el 18% hasta un 47% dependiendo del control de capacidad y del uso del edificio.

2.- Control Efectivo por Zona – Las simulaciones de consumo de energía están realizadas considerando la variación de la demanda de carga dependiente de la temperatura exterior, esto deja fuera de consideración un factor muy importante como es la preferencia de cada usuario donde la temperatura de consigna (Set point) puede ser diferente en cada zona o simplemente el hecho de apagar el evaporador porque la temperatura interior sea confortable o por ausencia del usuario, por lo tanto los ahorros de energía pueden ser mayores.

Sin duda la mejor aplicación de este tipo de sistemas es donde se requiere de un control de temperatura independiente en cada zona.

3.- Flexibilidad en el Diseño – Estos sistemas ofrecen diferentes tipos de evaporadoras en estilo y capacidad que se integran fácilmente con el diseño de los interiores del edificio, por lo regular se le pueden conectar hasta 16 evaporadores a una unidad condensadora con distancia de conexión de hasta 120 m con 50m en vertical.

El sistema permite acondicionar parcialmente los edificios conforme las áreas son ocupadas sin necesidad de una inversión inicial considerable como en un sistema central.

4.- Instalación – Se requiere de un par de tuberías de cobre para la circulación del refrigerante dentro de todo el sistema, para realizar las derivaciones hacia lo evaporadores es a través de conexiones desarrolladas por los fabricantes que garantizan el flujo correcto hacia cada salida, estas conexiones son soldables que requieren de cuidado para evitar fugas y la formación del oxido de cobre internamente utilizando nitrógeno, las conexiones hacia los evaporadores son conexiones mecánicas (Flare) haciendo más fácil la instalación, el tamaño y peso de los condensadores son menores en comparación con equipos de la misma capacidad facilitando las maniobras.

El hecho que la interconexión entre equipos sea por medio de dos tuberías de cobre los hace ideales para acondicionar edificios existentes donde los espacios son reducidos, y el paso de ductos para distribuir aire es impensable.

5.- Operación con Recuperación de calor – Estos sistemas están principalmente en opciones solo frío y bomba de calor lo que nos permiten tener enfriamiento y calefacción con un sólo par de tuberías, pero además existe el modelo con opción de recuperación de calor con tres tuberías para lugares donde se requiera de calefacción y enfriamiento de manera simultánea. En este tipo de sistemas utiliza el refrigerante para llevar el calor de una zona a otra haciendo que el COP de los equipos sea muy alto.

6.- Ruido – El nivel sonoro emitido por estos equipos está por debajo de cualquier equipo convencional de la misma capacidad, el compresor inverter hace aún más una operación silenciosa cuando trabaja a carga parcial. En promedio se habla de una emisión de ruido de 58 dB medios a 1m del condensador y niveles inferiores en equipos diseñados para instalarse adyacentes en espacios habitados.

A pesar de todas las ventajas mencionadas existen ciertas percepciones negativas en el mercado que no le han permitido entrar de lleno sobre todo en el mercado americano, ya que en Europa y Asia se trata de sistemas bastante comunes y que cuentan con las preferencias de los usuarios finales.

La percepción del mercado de estos sistemas es que tienen un costo inicial más alto que los sistemas tradicionales si comparamos únicamente los equipos pero siempre es importante incluir los costos de instalación para tener un costo total del sistema en donde la diferencia en costo se reduce.

La situación de la confiabilidad es otro aspecto a tomar en cuenta, aunque el trabajo de estos equipos es confiable la mayoría de los ingenieros y contratistas piensan que el tener una gran número de compresores los hace menos confiables comparado con enfriadores de líquido que manejan menos compresores. Pero es sabido que el tener más compresores en caso de falla de alguno de ellos el impacto que se tiene en todo el sistema es menor.

Situaciones como el uso de tuberías de refrigerante dentro de los espacios a acondicionar hace que algunas personas sientan peligro en caso de una eventual fuga de gas refrigerante, siempre es necesario analizar la cantidad de refrigerante que circula dentro de los recintos ocupados junto con las opciones de ventilación existentes, es un hecho que los sistemas no representan riesgo por su popularidad de uso en otras regiones.

Actualmente no existen sistemas con calefacción a gas, en climas muy fríos los usuarios no aceptan equipos bomba de calor aún cuando estos pueden tener un buen desempeño a bajas temperaturas, y es debido a percepciones del consumo de energía.

Los desarrolladores y fabricantes de estos sistemas son compañías asiáticas, aún cuando tienen una larga tradición en sus regiones, en el continente americano son nuevas en un mercado dominado por fabricantes estadounidenses.

Concluyendo, los sistemas de refrigerante variable tienen ventajas considerables tanto en ahorro de energía como en otros aspectos comparados con los sistemas convencionales como se vio anteriormente.

Las percepciones del mercado actuales en el mercado del continente Americano inicialmente existieron en otros países pero fueron superados a través de la demostración de los beneficios de la tecnología así como de una capacitación exhaustiva de contratistas e ingenieros de diseño.

Los beneficios en ahorro de energía son muy dependientes de su aplicación y no pueden ser probados con un simple número de eficiencia. Las simulaciones o análisis completos en sistemas de cómputo pueden mostrar los beneficios en ahorro de energía aunque estos pueden ser vistos con escepticismo.

Por lo tanto, la demostración rigurosa de los desempeños de estos en campo, sobre todo en ahorros de energía y costos de instalación, harán una muy buena alternativa en sistemas de aire acondicionado en aplicaciones en donde su desempeño es mejor que los sistemas tradicionales.