La numerosa población que utiliza los trenes para su transportación diaria en el área metropolitana hace indispensable que los vehículos cuenten con sistemas de climatización que logren mantener el aire en condiciones adecuadas para la salud de los usuarios y que, además, ofrezcan temperaturas confortables. ¿De qué modo deben diseñarse para lograr este objetivo?
Redacción / Fotografías: cortesía de Tecsi-Refco
En un sistema de climatización, el confort humano, objetivo primordial de la industria HVACR actual, ha permitido tomar en consideración diversos factores que contribuyen a su mejora, convirtiéndose en un aspecto decisivo para su diseño. Dicho sistema también se ha vuelto imprescindible en sitios de control de datos SAET, sistemas UPC de respaldo de energía, así como en cámaras de refrigeración para medicamentos, entre otras aplicaciones.
En otro tipo de actividades, el objetivo principal de un sistema HVACR es crear un ambiente controlado, el cual debe cumplir con tres aspectos fundamentales. El primero de ellos es generar frío para ambientes calurosos o calefacción para climas fríos. El segundo es dotar al ambiente de la humedad relativa adecuada para el confort humano o para cumplir con la tarea encomendada. Por último, debe ser capaz de generar un ambiente limpio y libre de polvo e impurezas, que, en casos de aplicación hospitalaria o escolar, exige emplear un sistema de purificación de aire con filtros de carbón activado o incluso con lámparas de rayos UV, a fin de eliminar gérmenes patógenos.
Cabe resaltar que es imprescindible que el climatizador cuente con estándares de bajo nivel de ruido (menor a 30 decibeles) y que cumpla con los estándares de seguridad y funcionamiento vigentes.
En el caso de los trenes de pasajeros, los recorridos que suelen realizar estos vehículos provocan cambios de temperatura significativos que pueden generar incomodidad en los usuarios, rasgo que motiva una infraestructura basada en diseño, confort y utilidad. Este aspecto incide en el costo de transportación para el usuario, pues será necesario que cubra tanto la alta calidad de los equipos, como el propio servicio de transporte.
La solicitud de un sistema de climatización, en el caso de México, ha correspondido a entidades como la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Uno de los casos más recientes data de diciembre de 2011, cuando el organismo publicó la licitación para la construcción del sistema uno del Ferrocarril Suburbano Buenavista-Cuautitlán, concurso en el que participaron diversas empresas.
Tras la resolución de la licitación, la empresa ganadora desarrolló un proyecto para el sistema, configurado en dos partes:
Equipo compacto de cabina. Cuenta con dos unidades condensadoras, una unidad evaporadora, presostato de seguridad, válvulas bypass, válvula de expansión termostática, micromotores para las unidades respectivas, dos termostatos de seguridad, filtros para ambas unidades, un compresor Maneurop, magnetotérmicos, bastidor de resistencias para calefacción (en época de frio) y un sistema electrónico. El equipo posee una capacidad de 2 toneladas de refrigeración (TR) y funciona con gas R-407C, refrigerante definitivo con potencial de agotamiento del ozono equivalente a cero y baja emisión de gases de efecto invernadero
Equipo disperso para las salas de pasajero de un solo vagón. Tiene dos unidades condensadoras con sus respectivas unidades evaporadoras y un compresor Copeland Scroll™ en cada unidad, trifásico, a 400 VAC; termostatos de seguridad, presostatos de doble tiro, válvulas bypass, válvulas de expansión termostáticas, tanque recibidor, sistema electrónico de control, filtros en ambas unidades, bastidor de resistencias con los termostatos de seguridad correspondientes, sensores de presión en baja y alta, y micromotores para las unidades condensadoras y evaporadoras de 15 TR cada una. En total, el proyecto contó con 160 de éstas, ya que utiliza dos unidades por vagón y cada tren tiene cuatro vagones, a razón de 20 trenes
ELECCIÓN Y FUNCIONAMIENTO
Previo a la elección del sistema de climatización ideal para el tren, se debe elaborar un proyecto de cálculo de cargas térmicas, las cuales están determinadas por diversas variables: número máximo de personas, espacios por climatizar (en volumen), medioambiente, altitud y latitud o zonas geográficas específicas; asimismo, habrá que agregar el flujo máximo de aire por mover, las condiciones higrotérmicas, la velocidad del aire por impulsar, aire de renovación, la cantidad de polvo o impurezas por filtrar, el tiempo de funcionamiento de los equipos y la velocidad del tren. Además, habrá que comprender las variables secundarias, aunque no menos importantes: itinerario, demanda de pasajeros en horas pico, etcétera.
A pesar de estas consideraciones, el funcionamiento de este tipo de equipos es similar al de un sistema de aire acondicionado convencional, exceptuando que cuentan con sensores de seguridad, termostatos de seguridad y el sistema electrónico es de última generación para monitorear con exactitud los parámetros diversos de control y señal.
El tratamiento de la calidad de aire en estos sistemas se da través de los filtros existentes en el aire disperso y de cabina, así como mediante la misma renovación del aire a través de un sistema interconectado de ventilación.
Respecto de los compresores, éstos absorben el gas refrigerante R-407C y lo comprimen. Luego, éste sale recalentado a la unidad condensadora para cambiar su estado de vapor a líquido. En el caso de los equipos dispersos, se tiene un depósito de líquido o tanque recibidor que lo almacena y siempre se encuentra disponible para alimentar la válvula de expansión termostática (VET). En dicha válvula se restringe el gas y presenta una caída de presión importante, que al salir de la VET cambia de estado líquido a vapor y ahí se produce el efecto de frío, ya que el gas refrigerante tiene un punto de ebullición bajo (-46.7 °C). En el trayecto, el gas absorbe el calor del ambiente y lo transporta nuevamente al compresor con el propósito de que el ciclo se repita. Entonces, el sistema de control de temperatura detecta, por medio de sensores, las temperaturas a las que se requiere consignar el equipo climatizador que, según la Reglamentación Térmica de Edificios (Rite), es lo que se denomina zona de confort humano y, según la época del año, oscila entre los 22 y los 24 grados centígrados en invierno y entre los 23 y 25 en verano, a una humedad relativa de entre 40 y 60 por ciento. El funcionamiento está determinado por la carga térmica de las personas y del medioambiente en ese momento.
Los equipos de mayor prioridad son el sistema de compresión, el de condensación, el de evaporación, el electrónico, el de ventilación, los sistemas de válvulas bypass o termostáticas, los sensores de control y seguridad, y el sistema de calefacción (bastidor de resistencias).
La confiabilidad del sistema se garantiza a través del mantenimiento periódico y programado de alto estándar y profesional, que lleva a cabo un grupo de ingenieros en apego a las normatividades europeas con las más estrictas exigencias de calidad ISO-9001, entre otras.
En el caso de CAF, cada año se realiza un mantenimiento mayor al parque vehicular de trenes, comenzando con el tren que más horas de servicio presenta y se mantiene aparcado al menos dos meses; posteriormente, cada mes se le da mantenimiento a los 19 restantes, aunado a las inspecciones técnicas diarias. Esto aumenta la fiabilidad y disponibilidad para un buen desempeño y para proporcionar al usuario final la disponibilidad casi inmediata de dicho transporte.
SEGURIDAD
Verificar el estado de los sistemas es un aspecto que debe guardar cierto rigor con el objetivo de salvaguardar la integridad de los usuarios. Esto motiva a que, con frecuencia, se monitoreen la presión, la temperatura, los sensores, el sistema eléctrico y electrónico, las pruebas de acidez de los sistemas de refrigeración, la inspección mecánica de aspas, los ventiladores y el sistema de soportería.
Simultáneamente, es imprescindible estimar los efectos de los sistemas de climatización en los usuarios, para lo que se utiliza un software ya diseñado por las empresas europeas, el cual facilita la simulación de las condiciones ambientales y la repercusión entre los usuarios. Asimismo, cada semana se procede con encuestas de opinión para conocer de qué manera afectan a los usuarios estos sistemas de climatización.
ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA DE LOS EQUIPOS
Compresor
- Tensión de alimentación (equipo): 400 V, 60 Hz, 3 fases
- Tensión de alimentación (control): 72 VDC
- Tensión: 400 V, trifásica (±10 %)
- Frecuencia: 60 Hz (±5 %)
- RPM: 1 mil 450
- Protección interna: módulo PSCT, 72 V
Motor condensador
- Potencia: 2 kW
- Tensión: 400 VCA, 3 fases
- Variación de tensión admisible: ±10 %
- Frecuencia: 60 Hz
- Variación de frecuencia admisible: ±5 %
Válvula solenoide de bypass
- Tipo: EVRP-10 (Danfoss)
- Mínima presión diferencial de apertura: 0.05 bar
- Máxima presión de trabajo: 36 bares
- Tensión de solenoide: 24 V, 50 Hz
Transductor de baja presión
- Modelo: Texas Instruments 2CP-46
- Desconexión (abre): 3.3 ± 0.5
- Conexión (cierra:) 4.2 ± 0.5
- Señal de salida: 2.5 a 8 mA
Transductor de alta presión
- Modelo: Texas Instruments 2CP-547
- Desconexión (abre): 24.6 ± 1.5
- Conexión (cierra): 19.0 ± 1.0
- Señal de salida: 2.5 a 8 mA
Motor evaporador
- Tipo: asíncrono
- Potencia: 0.75 kW
- Tensión: 400 V
- Variación de tensión admisible: ±10 %
- Frecuencia: 60 Hz
- Variación de frecuencia admisible: ±5 %
- RPM: 1 mil 140
- Protección: IP-54
- Aislamiento: Clase F
Ventiladores evaporadores
- Modelo: TLR225x 186 R
- Tipo: centrífugo
- RPM: 1140
Presostatos diferenciales de aire
- Modelo: P233A-4-PAC
- Intensidad: 5A a 250 VAC
- Interruptor eléctrico: unipolar
Bastidor de resistencias
- Tensión de alimentación: 220 V
- Potencia: 1 mil 866 W
- Aislamiento (500 V, 1 min): 10 M
- Cantidad por módulo evaporador: 6
Sistema de control
- Tensión de alimentación: 72 VDC
- Número de entradas: 16 (10 mA a 60 VDC)
- Número de salidas: 16 (por relé)
- Puerto de comunicaciones: 2 (2 RS-485 o 1 RS-485 + 1RS-232)
- Entradas analógicas: 8 (0.5 VDC)
- Magnetotérmicos: alto poder de corte, compensados en temperatura, según norma VDE
- Conectores: diseño especial para aplicaciones ferroviarias con sistemas de bloqueo
- Cables: no propagadores de llama, baja emisión de humos y gases tóxicos
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Con información de Tecsi-Refco
