Con los sistemas de válvula de control independiente se logran ahorros energéticos considerables y mayor control de flujo
Peter Biondo
Las mejoras de eficiencia energética dentro del sistema HVAC se pueden lograr no sólo con la selección de equipos de alta eficiencia, sino en el manejo de control de las tasas de flujo a través de cada terminal. Las terminales son bobinas del ventilador, controlador de aire, vigas de enfriamiento, emisores de calor radiante y convectores. Las válvulas de equilibrio, además de las válvulas de control, por lo general, administran el flujo a través de una terminal. Sin un buen equilibrador hidráulico, el flujo es variable y es difícil de controlar, como abrir y cerrar válvulas en todo el edificio.
El control de flujo a través de la terminal es un problema de algunos sistemas HVAC. La sobrecarga elevará la temperatura promedio de la terminal, resultando en una salida térmica.
La sobrecarga baja la temperatura promedio y la terminal no puede satisfacer la demanda de carga. Los sistemas hidrónicos están sujetos a cambios de presión dinámica cuando las válvulas se abren y se cierran. Debido a estos cambios de presión, los flujos y las temperaturas en el edificio con frecuencia son irregulares. La situación se agrava con las cargas bajas y medias, y pueden causar un ciclo del sistema no deseado. Calderas y enfriadores terminan corriendo con más frecuencia.
“Fuera de balance” significa “fuera de presupuesto” para los propietarios. La instalación estándar experimentará cambios de presión diferencial a través de la válvula de control, independientemente de la respuesta deseada. Una señal de control tendrá que encontrar el flujo, ya que los diferentes cambios de presión retrasarán el tiempo de respuesta de la terminal. La eficiencia de la operación está estrechamente vinculada con los rangos de flujo estable y una respuesta relacionada con la señal de control. El control hidráulico ideal será representado por un dispositivo de compensación y una válvula de control que permitan alcanzar el flujo deseado, independientemente de cualquier fluctuación de presión. La válvula de control independiente (PICV) combina las características de un regulador de presión diferencial, una válvula de control y una válvula de balanceo.
 Imagen 1. Unidad manejadora de aire |
Las PICV han resuelto el uso molesto de la regulación del flujo a través de un amplio rango de variaciones de presión. Las PICV son válvulas de dos vías, que combinan el control y el equilibrio en una válvula. Los actuadores están disponibles para las señales de control común, incluyendo on/off y proporcional. Algunos modelos emplean un botón para seleccionar la velocidad de flujo en el campo. La gran ventaja que tienen las PICV sobre los otros dispositivos de balanceo es el uso del regulador de presión diferencial. Todos los cambios de presión a través de la PICV son absorbidos por un regulador de presión diferencial, el cual mantiene dicha presión constante a través de la válvula de control. Debido a esto, el control de la válvula de control independiente es del ciento por ciento (ver imagen 1).
Los tres parámetros designados para seleccionar la PICV apropiada son máxima velocidad de flujo, disponibilidad de mínima presión diferencial y posibilidad de máxima presión diferencial. Para regular el flujo correctamente, la válvula necesita operar dentro de un rango de presión diferencial, vinculado en la parte baja por la mínima presión diferencial disponible y en la parte alta por la máxima presión diferencial disponible. Durante el diseño, es necesario asegurarse de que la bomba mantenga la válvula dentro de esos parámetros. Para mantener costos, se debe escoger la válvula más pequeña que logre el máximo rango de flujo. Estos parámetros designados ayudarán a seleccionar la mejor PICV para su aplicación.
Características de las PICV
Las características varían con los modelos fabricados. Un beneficio de todos los modelos es que son compactos; una válvula compacta toma el lugar de dos. Un rasgo común en todas las PICV es que tienen un regulador de presión, que consta de un resorte y un cartucho de diafragma ensamblados. Las diferencias se hallan en el mecanismo de control de flujo. Algunos modelos tienen un disco de control para ajustar el flujo; otros usan una válvula tipo bola.
Múltiples tipos de flujo se pueden encontrar en una válvula. Algunos de esos modelos incorporan una línea de campo ajustable para marcar la cantidad de flujo de la parte superior y la final. Esas marcas están cerradas. Obtenerlas puede requerir quitar el accionador o remover la compuerta lateral; en otros, las marcas en la válvula pueden ser giradas y son legibles en cualquier posición.
Algunas marcas se encuentran en valores de porcentaje, mientras que otras son marcadas en gpm. Las pruebas de punto de presión están disponibles en la mayoría de los modelos. Adicionalmente, para que sean fáciles de diseñar, las PICV ofrecen un procedimiento de balance simplificado. Algunas válvulas no son ajustables y son armadas en la fábrica; otras son armadas en el campo. Ambos tipos sólo requieren que la presión diferencial sea verificada a través de la válvula para garantizar el flujo adecuado.
Las PICV son designadas para operar dentro de las especificaciones que la mayoría de los sistemas HVAC requieren. El control de flujo empieza con una válvula de 0.5 gpm/½”, y cubre un rango de flujo de hasta 700 gpm con una válvula de 6”. Las PICV operan en un rango amplio de presión diferencial. La mínima presión diferencial debe estar en un rango de 3 hasta 5 psi. La presión máxima diferencial es hasta 50 o 60 psi. Algunos modelos pueden operar con una presión tan alta como 90 psi.
 Imagen 2. Sistema de doble Tubería |
El flujo de presión varía por modelo, desde ±3% hasta ±10%. Dependiendo del modelo, las temperaturas de trabajo pueden alcanzar desde 0 hasta 250 °F. La presión máxima de trabajo para una PICV puede ser tan alto como 300 psi. Se recomienda consultar los modelos fabricados por la especificación del producto (ver imagen 2).
PICV con sistema de flujo variable
No existe duda de por qué las PICV han ganado gran aceptación en el mercado de la energía eficiente hoy en día. Al emplear una unidad de frecuencia variable (VFD) para una bomba de control, se puede lograr que la bomba cambie de velocidad, basándose en el control de la presión diferencial en un punto de referencia en el sistema. Una velocidad variable de bombeo del sistema proporcionará la cantidad correcta de flujo para cumplir con los requerimientos de cambio. Las PICV permiten, por sí mismas, los ahorros de energía que la VSD proporcionan, admitiendo el flujo deseado en cada terminal.
El flujo exacto capitaliza los beneficios del volumen variable de los sistemas de bombeo. El desbordamiento se elimina, aumentando la capacidad disponible de la planta, y puede minimizar gastos de capital para capacidad adicional. La capacidad de las PICV para mantener un flujo estable resulta útil para los cambios de cargas de un sitio a otro. El uso de las PICV asegura que se envía sólo la cantidad necesaria de agua fría o caliente a refrigeración y/o carga de calefacción en todo momento.
Este artículo describe cómo el uso de las PICV arroja mejores resultados en eficiencia y control. Es sumamente importante tener un diseño de control de flujo de un ventilador de bobina, controlador de aire, vigas de refrigeración, aparato de calor radiante o convector. Lo ideal sería que todo diseñador realice estrategias de eficiencia energética con un control de flujo preciso. Instalar terminales PICV para corregir el caudal de flujo es una solución sencilla.
—————————————————————————————————————————————————
