El concepto de automatización en sistemas HVAC se ha distorsionado con el tiempo y, en numerosas ocasiones, hasta malinterpretado, pues la idea de que la automatización debe ser necesariamente costosa, de alta complejidad y de insana convivencia con los dispositivos que la componen es muy común.
Óscar Villegas Juárez / Murilo Dalla Albino.
Como principio fundamental, se debe tener en cuenta que la automatización no emerge necesariamente con el ahorro de energía, la sustentabilidad o los conceptos relacionados con edificios inteligentes y verdes; sin embargo, es importante recordar que el objetivo de un sistema de aire acondicionado es la generación del confort, ya que tampoco funciona ahorrar energía apagando todos los sistemas HVAC si las oficinas están trabajando a 40 grados centígrados.
La automatización de los sistemas de aire acondicionado se define como las acciones y operaciones que puede tomar un sistema por sí solo en circunstancias asociadas a ciertas condiciones o variables, aunado a una toma de decisión. Para ello, la automatización se puede catalogar en varios grados, etapas o niveles, de acuerdo con la cantidad de acciones y operaciones que pueda tomar conforme a las variables que maneja.
Cabe mencionar que para poder automatizar un sistema, es necesario hacer uso de diferentes aditamentos mecánicos, de Tecnologías de la Información (IT), electrónicos y eléctricos e incluso, hasta humanos, de acuerdo con el nivel de automatización que se desee alcanzar o que requiera el sistema.
Al conjuntar algunas definiciones del concepto de automatización, se ha llegado a la conclusión de que ésta es una aplicación de las máquinas o de procedimientos automáticos en la realización de un proceso o en una industria.
Es importante señalar que en el desarrollo de este artículo se estará haciendo mención específicamente de la automatización de sistemas HVAC, por ello las ópticas mencionadas están enfocadas en las necesidades que han venido surgiendo con el paso del tiempo.
 La automatización permite controlar los distintos sistemas y sus variables para mejorar su desempeño |
Por qué automatizar un sistema de AA
Es una pregunta muy básica, dependiendo de a quién se le haga. Será posible encontrar diversas respuestas entre proyectistas, contratistas, fabricantes y usuario final.
El principio básico de automatizar un sistema nace del objetivo de que el mismo sea autónomo y tome acciones que, en la mayoría de los casos, se presentan en circunstancias rutinarias en las variables o en el resultado que se pretende conseguir. En el caso de los sistemas HVAC, se hace referencia a la temperatura, humedad y presión, y como valor agregado, que éste proporcione confort en los diversos aspectos.
La automatización de los sistemas permite reducir errores causados por factores humanos o por cuestiones de percepción. Es de suma importancia poder establecer puntos de ajuste, de acuerdo con las normas específicas del sistema, donde para México, específicamente, se utiliza la norma ASHRAE como referencia.
El objetivo de una automatización parte del principio de evitar ajustes manuales continuos al sistema, que eran muy comunes en el pasado; por ejemplo, situaciones de salas muy calientes o muy frías que dependían de constantes cambios manuales de regulación de los aires acondicionados. También se puede echar un vistazo al ahorro de energía adicional para los sistemas automatizados, al evitar el funcionamiento del sistema si no hay necesidad; por ejemplo, controlar que un edificio comercial que se encuentre cerrado.
Hay que recordar que al automatizar un sistema, éste realiza únicamente las operaciones que se le han programado previamente y, si se llegaran a obtener malos resultados, será la consecuencia de una mala introducción de datos. Es por ello que, independientemente de las marcas de fabricantes, se requiere que los instaladores cuenten con capacitación directa de los fabricantes; de esta forma, se podrán transmitir los beneficios de producto a los usuarios finales.
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La principal ventaja de la utilización de la comunicación serial es el alto grado de interacción entre los dispositivos con menor instalación eléctrica-mecánica y la menor cantidad de cables |
En la actualidad, uno de los beneficios de la automatización es que tienen una comunicación entre dispositivos a través de un protocolo de comunicación serial. Entre los más usados para HVAC, están BACNet, Modbus y Lonkworks, por mencionar algunos, de los cuales se pueden catalogar en protocolos abiertos y protocolos de propietario o cerrados.
Los beneficios que brindan los protocolos abiertos son la posibilidad de interconectar dispositivos de varios fabricantes, ya sean los periféricos o el equipo central, pero hay una estandarización en el lenguaje de comunicación que hablan estos dispositivos.
Por otra parte, al tener un protocolo propietario o cerrado, sólo se pueden comunicar dispositivos de la misma marca, y aunque no siempre es malo, liga la responsabilidad del propietario del protocolo de asumir los problemas que se generen en el sistema relacionados con la comunicación. Cabe señalar que otra de las ventajas de la automatización es la mayor robustez de los sistemas en cuanto a comunicaciones.
La principal ventaja de utilizar la comunicación serial es el alto grado de interacción entre los dispositivos con menor instalación eléctrica-mecánica y la menor cantidad de cables. Hay casos en que un sistema con 30 entradas y 30 salidas (120 cables) no llega cerca de la cantidad de datos enviada por un sistema de dos cables en comunicación serial. Más datos es igual a más información, lo que significa que se tendrá mayor posibilidad de control y precisión.
Otro típico ejemplo de la automatización es el control de variables mediante convertidores de frecuencia, los conocidos VFD. Dichos dispositivos permiten el control de velocidad de motores eléctricos y realmente son los del papel protagónico, ya que generalmente son las cargas de mayor potencia eléctrica de un sistema HVAC. Aunque el accionamiento de válvulas de control de agua caliente o helada, y el uso de dampers o rejillas sea una práctica común, nunca serán tan efectivos y eficientes en el control de sus variables como el convertidor de frecuencia.
El uso de esos dispositivos permite un ahorro típico del 20 por ciento para los sistemas HVAC y muchas veces pueden trabajar de la mano con los sistemas de comunicación serial existentes, ya que todos los grandes fabricantes poseen opciones para los protocolos más comunes.
Otro factor interesante es que los fabricantes líderes ya traen convertidores de frecuencia dedicados al segmento de HVAC, que permiten no sólo el control del motor eléctrico, sino el de válvulas y actuadores secundarios. De igual manera ya traen funciones como un reloj de tiempo real para operar en los horarios deseados y la posibilidad de detectar una baja necesidad de carga o bajo flujo. De acuerdo con lo desarrollado anteriormente, la automatización en sí no lo es todo, se necesita además un buen proyecto y, especialmente, una buena regulación de sus variables de control, pues los sistemas inteligentes obedecen las instrucciones del usuario. Si el ajuste de temperatura es de -10 grados centígrados para las oficinas, el sistema perspicazmente controlará todos sus actuadores para obtener ese resultado.
Un buen proyecto del mismo caso es el de retrofit o sustitución, donde se permite un mejor control de costos, pues en muchas ocasiones las empresas buscan matar un mosco con un cañón. Por ejemplo, si se trabaja con un control discreto de I/Os, no será necesario que el equipo se comunique con todos los tipos de protocolos.
En conclusión, se puede decir que, hasta hoy, los sistemas automatizados de HVAC han sufrido modificaciones que los han llevado a generar ahorros de energía, pues más del 40 por ciento de las cargas eléctricas de un edificio se destinan a los sistemas de aire acondicionado.
Para que los sistemas HVAC ofrezcan un potencial de ahorro de energía, es indispensable el buen control y, al mismo tiempo, que sean capaces de comunicarse con otros sistemas para tomar decisiones en conjunto; con ello, se podrá obtener un mejor desempeño y, especialmente, un mejor confort en el edificio, lo cual es el principal objetivo de un sistema de aire acondicionado, mientras que cualquier otro beneficio obtenido es meramente secundario.
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Óscar A. Villegas Juárez
Ingeniero en Control y Automatización, egresado del Instituto Politécnico Nacional, con más de 10 años de experiencia en ventas de sistemas de control, automatización y ahorro de energía para edificios inteligentes. Actualmente es coordinador nacional de Ventas SBA HVAC & Refrigeration de Danfoss Drives México, donde tiene tres años trabajando.
Murilo Dalla Albino
Ingeniero Electrónico, formado por el Instituto Mauá de Tecnología en São Caetano do Sul, Brasil, con 10 años de experiencia en ventas y aplicaciones de convertidores de frecuencia para los segmentos de HVAC, agua, alimentos, bebidas e ingenios. Actualmente, ocupa el puesto de coordinador del Departamento de Servicio, Entrenamiento y Proyectos de Danfoss Drives México, donde cumplirá 10 años laborando.
1 comentario
Que tal!!! Antes que una gran felicitación por su gran aporte con todo este conocimiento… Muchas gracias!!!
Yo soy Ing. en Sistemas por asares del destino trabajo en el mundo del HVAC y actualmente estoy investigando sobre como controlar systemas HVAC a traves de Internet… y me tope con este sitio… Soy de Guadalajara Jalisco y me preguntaba si me pudieran brindar algunos direcciones o autores para saber mas al respecto o si me pudieran orientar sobre que controladores debiera investigar mas o fabricantes. o si tienen conocimiento de algun lugar en Guadalajara para adquirir estos controladores o si ya existen soluciones completas en el mercado….
Gracias y hasta pronto….