El Instituto Tecnológico de Massachusetts, tras enfrentar los costos relacionados con el síndrome de bajo Delta T, decidió poner a prueba la nueva tecnología Energy Valve en la Biblioteca Charles Hayden, con la cual ha logrado elevarlo.
Información proporcionada por Belimo.
Al operar bajo esta tecnología, las válvulas eliminaron el exceso de bombeo.
El Síndrome de bajo Delta T es un problema común (y costoso) en muchas grandes instalaciones, especialmente en campus con edificaciones esparcidas y con plantas centrales de agua helada. Este siempre ha sido, y aún lo es, el caso del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés); sin embargo, hoy el problema no es tan severo como solía serlo. Los ingenieros que trabajan en el área de Planificación de Servicios y Sostenibilidad de la Universidad creen que la situación continuará mejorando. Esto se debe a la nueva tecnología en válvulas que se aplicó en la biblioteca Charles Hayden del Instituto, como una prueba experimental del nuevo producto de Belimo: la Energy Valve™. Los resultados son muy promisorios para cualquier complejo de edificios que deba lidiar con el Síndrome de bajo Delta T.
Esta experiencia nace de una casualidad. En el 2010, Walt Henry, director del Grupo de Ingeniería en Sistemas del Departamento de Servicios del MIT, le mencionó a Marc Thuillard, jefe de Investigaciones de Belimo, que a la universidad le interesaba asociarse con Belimo para probar algún producto en desarrollo, particularmente si se trataba de alguna tecnología de control que pudiese resolver alguno de los problemas de energía del campus.
“Marc me preguntó si podía ejemplificar alguno de esos problemas y yo le mencioné nuestra dificultad para mantener una diferencia aceptable entre las temperaturas suministro y retorno del agua helada de la planta”, recuerda Henry. “Pensaba que alguna modificación en las válvulas existentes de Belimo podría ayudarnos a resolver ese problema.”
Parece que estaba de suerte, puesto que para ese momento Belimo había venido trabajando desde hace tiempo en el desarrollo de una válvula con capacidades para combatir el bajo Delta T, un producto que luego recibiría el nombre de Energy Valve.
Con la Energy Valve, Belimo se propuso diseñar una válvula “inteligente” que combinara las funciones de una válvula de control independiente de presión que también incluyera un sensor de caudal y sensores de temperatura de agua de retorno y suministro. Esta válvula contaría también con capacidades lógicas y de comunicación que pudieran utilizar los valores detectados para optimizar el rendimiento del serpentín.
Se utilizaría para optimizar el rendimiento de transferencia de calor de los serpentines individuales, por medio del monitoreo continuo del Delta T y la comparación de este valor con el predeterminado. Cuando estos valores no fueran iguales o no estuvieran lo suficientemente cerca, la válvula se ajustaría automáticamente. Además, los datos que recogiera la válvula serían informados al Sistema de Automatización de Edificios (BAS) y quedarían disponibles para futuros ajustes o diagnósticos.
Casualmente el MIT ofrecía la oportunidad perfecta para probar esta tecnología en desarrollo: la Biblioteca Charles Hayden.
Por qué la Biblioteca Hayden
Los ingenieros del MIT estaban sumamente conscientes de que los problemas que ocasiona el síndrome de bajo Delta T representaban un costo significativo de energía para el campus.Tan sólo este problema ascendía a 1.5 millones de dólares anuales, cuando se tomaba en cuenta el consumo conjunto de los enfriadores (chillers), las bombas y los ventiladores de las torres de enfriamiento de la totalidad del campus.
El problema era particularmente acuciante en la Biblioteca Charles Hayden, pues los datos mostraban que los serpentines de todo el edificio llegaban a tener una lectura promedio de Delta T extremadamente bajo, de tan sólo 6 grados Fahrenheit, lo que implicaba un bombeo de agua a través del edificio superior al necesario e incluso mayor de lo conveniente.
Según Henry, los problemas de la biblioteca eran causados por una combinación de diversos factores. Primero, un gran número de los serpentines del edificio estaba diseñado para un Delta T más bajo de lo que se usa actualmente; además, el edificio contaba originalmente con su propia planta de agua helada que operaba en condiciones de caudal constante. Segundo, una cantidad considerable de los serpentines, quizás todos, había perdido gran parte de su capacidad de transferencia de calor debido a obstrucciones. Otros factores incluían válvulas de control sobredimensionadas, un balanceo hidrónico inadecuado y unidades manejadoras de aire (UMA) cuyo control lógico dependía de la información suministrada por sensores de aire.
Según Peter Cooper, director de Planificación de Servicios e Ingeniería Sostenible del MIT, la Biblioteca Hayden poseía patrones de demanda bastante homogéneos (no hay laboratorios u otros espacios con demandas especiales) para tomar en consideración en el esquema de control, haciendo que el lugar se convirtiera en un sitio de pruebas muy conveniente. Además, la biblioteca se encuentra alejada de la planta de agua helada, de modo que un aumento en el Delta T junto con una reducción del caudal desde y hacia el edificio proporcionaría un mayor potencial para el ahorro de energía.
Cómo funciona
La tecnología de la Energy Valve de Belimo fue adaptada a cinco unidades manejadoras de aire en la biblioteca. Al operar bajo esta tecnología de control, las válvulas eliminaron el exceso de bombeo a través de los serpentines que ocurría cuando se sobrecargaban de energía; esto es, cuando su capacidad de transferencia de calor había sido agotada y cualquier caudal adicional produciría un desperdicio de energía en el bombeo.
La Energy Valve brinda un preciso control de caudal automático a través de su disco caracterizador, el cual proporciona una amplia capacidad de adaptación de la bola. La característica de igual porcentaje del disco reduce la oscilación del actuador y estabiliza la salida del sistema a través de pequeños cambios incrementales en el caudal del agua durante los primeros 10 a 30 grados de apertura de la válvula, cuando la precisión en el control es más crítica.
La regulación precisa del caudal de la válvula independiente de presión es el resultado de un continuo monitoreo y análisis del caudal y del Delta T. La Energy Valve monitorea continuamente el Delta T del serpentín y compara sus valores con el valor predeterminado. Idealmente, estos valores son iguales; sin embargo, si el Delta T real se desvía del valor establecido, la válvula se ajustará automáticamente hasta lograr que el valor vuelva a su estado predeterminado. Una vez que se haya restablecido el Delta T apropiado, se reanuda el control lógico de la válvula en su modo habitual de operación (independiente de presión). Gracias a su servidor web integrado, se monitorean y ajustan todos los valores detectados o calculados, que incluyen, entre otros, los valores de caudal de agua, la temperatura del agua de retorno y suministro, la alimentación y la energía. Toda esta información se envía al BAS a través de BACnet MS/TP o de BACnet IP, la cual puede ser utilizada para ajustes o análisis adicionales.
Energy Valve Delta T Manager Chart |
Los caudales se reducen a la mitad
Antes de realizar el proyecto de remodelación, el promedio total del Delta T para los serpentines en la Biblioteca Hayden era de 6.15 grados Fahrenheit, basado en las mediciones tomadas durante el periodo comprendido entre el 9 de agosto y el 9 de octubre de 2010. Después de éste, se realizaron nuevas mediciones en el edificio durante el mismo periodo calendario (9 de agosto al 9 de octubre) pero del año siguiente. El promedio del Delta T había subido de 6.15 a 12.14 grados Fahrenheit, reduciendo el caudal de agua helada del edificio en 49 por ciento.
Este porcentaje ha sido normalizado según el clima; es decir, ha sido ajustado por variaciones en la temperatura exterior que se produjeron durante el periodo medido. De esta forma, 49 por ciento es una representación exacta y precisa de la reducción global del caudal.
¿Qué implica esta reducción de caudal en términos de ahorro de energía para una instalación como el MIT? De acuerdo con Peter Cooper, el ahorro que se obtiene al reducir el caudal e incrementar el Delta T es considerable. “Hemos realizado estudios en el MIT que indican que, si pudiéramos arreglar todos los problemas de bajo Delta T, el ahorro anual llegaría a 1.5 millones de dólares”, sostiene. “Se puede ahorrar esa cifra varias veces evitando el costo de chillers adicionales”, agrega Cooper y destaca que un mejor control permite sacar mayor provecho al equipo existente.
La prueba experimental en la biblioteca Hayden convenció a Cooper de algo más: el valor de los datos. “Una de las cosas que nos impresionó fue tener tanta inteligencia allí, en el actuador de la válvula”, señala. “Se puede caracterizar el rendimiento de un serpentín sólo con un par de datos, y con esa información se puede observar la degradación de los serpentines y, en consecuencia, reenfocar las estrategias de mantenimiento. Eso es muy útil cuando tienes un campus con recursos de mantenimiento limitados”.
El MIT anticipó que agregará más Energy Valves de Belimo en otras áreas del campus, con el fin de continuar con su lucha contra el bajo Delta T.
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