Una palabra recurrente en los proyectos es ahorro. Es posible obtenerlo con algunas tecnologías actuales que aprovechan el calor residual para calentar agua y emplearla en otras aplicaciones
José Retama
El control de temperatura eficiente es esencial para el logro de un clima agradable dentro de viviendas, oficinas e instalaciones públicas, tales como hospitales, hoteles, centros deportivos y centros comerciales.
Las soluciones de calefacción y enfriamiento son las piedras angulares de un ambiente interior confortable. Los intercambiadores de calor se utilizan en todo tipo de aplicaciones de calefacción y soluciones de refrigeración con las exigencias de confort, confiabilidad y seguridad.
En este sentido, las máquinas requieren de energía para llevar a cabo determinados tipos de trabajo. Dos de las formas más eficientes y compactas de potencia para ellas son los sistemas hidráulicos y neumáticos, que pueden configurarse en diferentes tipos de fuentes de energía para levantar, bajar, jalar, empujar, girar, rotar y mover, durante la transportación de pesadas cargas, así como para proveer de energía a aquellas herramientas empleadas romper piedras, unir acero y cortar madera.
El sistema hidráulico, que también puede accionar ejes para motores hidráulicos y cintas transportadoras, trabaja con base en el principio de fluido a presión, forzando así la acción mecánica. A estos sistemas instalados en una máquina se les llama circuitos hidráulicos, los cuales están compuestos de una bomba para comprimir el fluido, líneas para llevarlo, un cilindro donde se bombea el líquido y un pistón movido a presión en el cilindro.
Los diferentes dispositivos que conforman tales sistemas y que caracterizan su funcionamiento son válvulas, bombas, codos, entre otros. Por su lado, las tuberías poseen una longitud, un diámetro y coeficiente de rugosidad característico, y se conectan entre sí en puntos denominados nudos o nodos de unión.
Ahora bien, parte del sistema hidráulico se encuentra conformado por un dispositivo termodinámico que emplea energía para elevar la temperatura del agua, un líquido entre cuyos usos domésticos y comerciales encontramos la limpieza, las duchas, la cocina o la calefacción; mientras que a nivel industrial su aplicación es variada tanto para el agua caliente como para el vapor de agua.
En el mercado existen distintos sistemas. Algunos, incluso, integran aire y agua, y se caracterizan por ofrecer un nuevo nivel de ahorro y eficiencia al utilizar el calor que genera un restaurante u otra aplicación comercial para calentar el agua que requieren los servicios, ofreciendo un mayor grado de confort.
Este tipo de equipos poseen novedosas tecnologías que han incentivado su popularidad, gracias a que permiten que los sistemas de aire acondicionado y calentamiento de agua funcionen juntos, lo que representa ahorros considerables en aspectos energéticos.
Funcionamiento
Para conocer cómo funcionan los equipos se pondrá como ejemplo una aplicación. Normalmente, el agua proveniente de la red hidráulica entra al restaurante y viaja por las tuberías hacia la unidad tipo paquete; posteriormente, se extrae el aire caliente del interior del edificio a la unidad.
El calor que emite hacia el interior eleva la temperatura del agua al menos 52 °C, lo que es aprovechado por este tipo de sistemas que, finalmente, alimentan las áreas que demandan calor. El agua precalentada se envía a un tanque de almacenamiento donde el ciclo se repite a fin de mantener la temperatura.
Un sistema de aire y agua puede ofrecer hasta 114 mil Btu / h de enfriamiento a 11.2 EER y aproximadamente 150 mil Btu / h de calentamiento de agua cuando la unidad está funcionando en modo calentamiento de agua. Cuando el agua entrante está por debajo de los 25 °C, la unidad cambia al modo de calentamiento de agua, transfiriendo así el calor rechazado para calentar el agua mientras que aún se suministra aire acondicionado al edificio.
Al existir demanda, el agua precalentada del tanque de almacenamiento viaja a los calentadores del sistema, donde rápidamente se calienta hasta alcanzar 85 °C.
El agua obtenida se puede distribuir por todo el restaurante cuando se requiera, ya sea para cocinar, limpiar o utilizarse en otra aplicación.
Características
Este tipo de sistemas poseen ciertas singularidades que permiten su correcto funcionamiento, por lo que es conveniente considerarlas al momento de adquirir un equipo, pensando en el mantenimiento y monitoreo:
- Suelen contar con una unidad paquete con algún integrador. Normalmente, deben incluir una bomba para la circulación del agua, intercambiador de calor del refrigerante al agua y una tarjeta de control para la recuperación de calor durante el modo aire acondicionado para precalentar el agua potable
- Usan refrigerante. En el mercado ya existen soluciones que manejan el HFC R-410A, lo que los convierte en una buena alternativa para respetar el uso de refrigerantes menos contaminantes
- Los compresores scroll de una y dos etapas suelen contar con protección a alta presión y alta temperatura
- Tienen una válvula especial que permite un control preciso al momento de ponerlos en marcha
- Cuentan con un filtro deshidratador de núcleo sólido en la línea de succión; de esta manera se facilita el proceso de producción de calor
- Algunas alternativas pueden llegar a operar temperaturas de enfriamiento de hasta 52 °C
- Es común que este tipo de aplicación cuente con aislamiento térmico que sirve para disminuir las fibras suspendidas en el aire; algunos usan hojas de aluminio para mayor efectividad
- Cuentan con un ventilador deslizable hacia afuera para un mejor servicio de la unidad
- Rieles en la base para un fácil manejo e instalación
- Conexiones eléctricas en un solo punto
- Tubo de cobre y aletas de aluminio en el serpentín del evaporador y un sistema en el serpentín del condensador
- Calefacción por medio de resistencia
Eficiencia
La gran diferencia entre un calentador normal y un sistema de este tipo es la eficiencia, ya que se mejora de manera significativa gracias a que es capaz de capturar el calor del proceso de aire acondicionado y utilizarlo para precalentar el agua de entrada, en lugar de dejar que se desperdicie. La Gráfica 1 ilustra sus beneficios energéticos.
Generalmente, los restaurantes gastan más de 46 por ciento de sus costos de energía en calefacción, enfriamiento y calentamiento de agua. Si la cuestión de la rentabilidad es de interés, se debe poner atención en sistemas de aire y calentamiento de agua más eficientes, con el propósito de mejorar los costos operativos.
Una unidad tradicional de aire acondicionado elimina el aire caliente del restaurante y simplemente lo transfiere hacia fuera; mientras que en este tipo de sistemas se capta el aire caliente y posteriormente se utiliza para precalentar el agua de entrada hasta 52 °C en el tanque de almacenamiento. Cuando hay demanda de agua caliente, el calentador de respaldo lleva rápidamente el agua precalentada hasta una temperatura máxima de 85 °C. La Gráfica 2 ilustra de qué manera el proceso de precalentamiento reduce la cantidad de trabajo del calentador de agua, en comparación con los sistemas tradicionales, lo que permite ahorrar hasta 50 por ciento en las facturas mensuales por calentamiento de agua.
Para la industria y el comercio, una de las principales disyuntivas que se generan año con año radica en cómo ahorrar en costos de energía, al mismo tiempo que sus productos o servicios mantienen la calidad establecida.
Según el tipo de clima de la región donde se encuentre la aplicación, los sistemas de calentamiento de agua pueden representar un costo bastante difícil de sobrellevar, debido a que en climas fríos la calefacción es imprescindible.
En cuanto al ahorro energético que pueden generar, éste va de 1 a 1.5 litros por día de gas LP o entre 0.6 y 0.9 litros por día de diesel, lo que implica ahorros anuales de hasta 70 por ciento, por lo que la inversión en este tipo de sistemas se puede recuperar en tres o cuatro años. Si bien es mayor el gasto de energía que causan los equipos de aire acondicionado, la reducción en el consumo de calefacción a través de este tipo de equipos puede llegar a representar hasta un 76 por ciento, por lo que no sólo se tendría que hablar del ahorro que generará en el consumo de gas o electricidad, sino también en el costo ambiental y la huella de carbono de los proyectos.
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José Luis Retama España
Actualmente labora en la empresa Rheem, donde se desempeña como Business developer. Ha sido ingeniero de proyectos, de ventas y de soporte técnico.
