El ahorro de energía, el confort interior y una operación libre de incidentes son requisitos vitales de los sistemas HVAC modernos; pero para lograr esto se requiere que los componentes individuales del sistema funcionen de manera fiable, eficiente y en perfecta sincronización. Esta optimización también incluye la tecnología de control, que juega un papel decisivo en el funcionamiento general del sistema; cuanto más preciso sea el control, más eficiente será la operación del sistema de climatización. La tecnología de control ha evolucionado considerablemente en los últimos años y los fabricantes pretenden ofrecer productos con una precisión de control aún mayor. Hace veinticinco años los sistemas se controlaban ajustando la temperatura de impulsión a radiadores directamente en las calderas o cambiando la velocidad de los ventiladores de fancoils, controlando todo el sistema de refrigeración mediante la temperatura de retorno a las enfriadoras.
Hoy en día, con el claro impulso que han proporcionado las actualizaciones de la reglamentación nacional1 y europea, las válvulas de control se utilizan localmente, en cada terminal, lo que a la vez permite el control individual. La física de transmisión de calor muestra que no es necesario pleno caudal para las condiciones locales de demanda parcial de potencia, pero, en cambio, crea una íntima relación entre las acciones de las válvulas de control, al afectar a la presión diferencial del circuito: abrir o cerrar los termostatos de ambiente también cambia la presión del circuito, afectando a su vez a todos los consumidores del sistema, por lo que pueden darse situaciones en las que cerrar un termostato en una habitación aumente la producción de energía en las otras habitaciones o viceversa. Como se ve, con válvulas de control de dos vías convencionales, el control individual está lejos de ser perfecto, pero además el rendimiento total se ve perjudicado, tanto por el sobre caudal total como por el deficiente salto térmico que afecta al rendimiento de las unidades de producción.
La solución también propuesta en el RITE 2 consiste en la estabilización de la presión diferencial, de forma que se consiga adecuada autoridad de las válvulas de control de locales, tanto en la condición de diseño como a demanda parcial. Una solución muy difundida a día de hoy en el campo de las válvulas de control son las válvulas de control independientes de la presión. La tecnología para compensar el efecto de la presión diferencial mediante respuesta mecánica (estabilización de presión) está dando paso a dispositivos electrónicos para la medición en tiempo real de las variables de entrega de potencia térmica (caudal y temperaturas de impulsión y retorno) y a su control de forma autónoma, con microprocesador que gestiona el motor actuador de la propia válvula.
A menudo denominadas válvulas inteligentes, ofrecen un control preciso y contribuyen significativamente al análisis y la optimización del sistema mediante la recopilación y el almacenamiento de datos de diferencias de temperatura y caudal; los valores medidos se pueden utilizar para calcular la potencia y, por lo tanto, la energía del circuito. Por ejemplo, “la ubicación correcta de tales válvulas en un edificio más grande permite calcular la cantidad de energía que requiere cada piso o sección del sistema. En función de los resultados, se pueden planificar e implementar las medidas apropiadas para la optimización”, explica Alfred Brenner, ingeniero consultor de sistemas de control, y hoy director de formación del IMI Hydronic College. Además, se sabe que el 20% de la energía mundial actual es consumida por los sistemas de ventilación, calefacción y climatización de los edificios, por lo que la optimización de la distribución hidrónica se considera una valiosa herramienta para optimizar el uso de energía en los edificios. Como resultado, hay un aumento de directivas como la Directiva Europea de Edificios (EBPD) que especifica, entre otras cosas, el uso de sistemas de control electrónico y puntos de medición para la optimización del sistema para 20253 en edificios públicos como escuelas o edificios oficiales. Las válvulas inteligentes por su capacidad de medir y optimizar los sistemas HVAC contribuyen a este propósito.
Sin embargo, para aprovechar al máximo la función de recopilación de datos precisos, es necesaria una evaluación coherente de dichos datos. “Si los datos se registran y luego terminan en una especie de cementerio de datos, visualizados pero no analizados por los operadores, no sirve de nada. El objetivo de ahorrar energía solo se puede lograr si se estudian los resultados de las medidas y se sacan las conclusiones adecuadas en base a este análisis”, enfatiza Brenner.
“En su mayor parte, este análisis aún debe ser realizado por personas cualificadas, ingenieros de planta o gerentes de instalaciones, que sacan conclusiones basándose en su larga experiencia y conocimiento en detalle de la instalación a su cargo. Sin embargo, dado que hay una creciente disponibilidad de software especifico para el análisis de datos energéticos y su gestión, van a encontrar una valiosa ayuda para manejar su ya complejo quehacer diario”.
En su comienzo, las denominadas válvulas inteligentes presentaban ese handicap: el control podía ser local, pero solo con una herramienta informática avanzada, tal como el programa central, o un portátil conectado via BUS a la propia válvula, se podía visualizar la programación primaria y los datos medidos en las válvulas. “No era nada práctico conectarse a las válvulas para obtener datos individuales ante una queja por un problema de climatización en un local ocupado. Acceder a los exiguos espacios para las instalaciones hidrónicas conectando con seguridad un ordenador portátil, acarrea muchas penalidades. Se pierde un precioso tiempo en identificar las válvulas, despejar paramentos con seguridad y volver a dejarlo todo como está. Y todo ello, además, sin molestar a los usuarios, ..” comenta Brenner. “Los datos obtenidos con costosas horas extras del personal, muchas veces no tenían valor, las condiciones de medición, no tenían nada que ver con las que motivaron la incidencia, por medir fuera del horario en que se produjeron las incidencias…”.
Un nuevo concepto de comunicación local se usa en la gama de válvulas autónomas comunicables TA-Smart. Tienen, al igual que las últimas gamas de actuadores lineales para válvulas de control de la firma4, la ventaja de programarse a través de una aplicación móvil, lo que facilita el acceso a los datos individuales, sólo con un teléfono móvil o tablet. La comunicación Bluetooth permite identificar y acceder a los datos de una válvula concreta sin descubrir los falsos techos en su búsqueda. Pero no quedan almacenados ahí solamente, es posible conectar fácilmente los dispositivos a la nube, lo que permite que varias personas accedan a los datos almacenados, los técnicos de mantenimiento y también los administradores de la instalación. Las válvulas inteligentes permiten un equilibrado hidráulico automático y sencillo, ya que solo es necesario programar en ellas los caudales requeridos y calculados previamente. Por ejemplo, si después de un tiempo de operación, los valores almacenados ya no se ajustan a las necesidades del sistema, el flujo de energía de todo el edificio se puede controlar cambiando la configuración del sistema en la aplicación, logrando una solución casi sin esfuerzo. “Sin válvulas inteligentes, este tipo de optimización posterior del sistema solo es posible con una cantidad de tiempo considerable, como hemos realizado en muchas instalaciones”, explica Alfred Brenner.
En lo que respecta al mantenimiento y la supervisión de la planta, la captación de datos individuales también tiene grandes ventajas, ya que el registro y análisis continuos del caudal hace que sea más fácil encontrar y corregir fallos durante el funcionamiento. Por ejemplo, supongamos que un filtro separador de lodos colmatado afecta a la presión diferencial disponible en la red, lo que provoca una aportación de potencia térmica inferior a la demandada por los consumidores. En ese caso, explica Brenner, “a través del análisis continuo de datos, los técnicos podemos darnos cuenta de tales problemas en una etapa temprana y tomar medidas antes de que ocurran consecuencias más graves”.
Gracias a estas ventajas para los técnicos y propietarios, las válvulas inteligentes tienen sentido en edificios nuevos y existentes, particularmente en lo que respecta a la posible optimización del sistema y el potencial de ahorro de energía asociado. Sin embargo, en casos de renovación o modernización, se debe prestar mucha atención a las características del producto. Cuanto más pequeña es la válvula, más fácil es reemplazarla, dado que no necesitan longitudes extra desde codos u otras válvulas, para garantizar la precisión de las medidas. Para las válvulas embridadas de mayor diámetro, distancias parecidas a las usadas antes de las válvulas de equilibrado, cuyas dimensiones comparten, garantizan la fiabilidad de las medidas, pero, claro está, deben mantenerse estas precauciones.
La comunicación individual bien a través de móvil, nube o red del edificio, permite además mantener al día las prestaciones de las válvulas. Nuevas funciones de control o capacidad de comunicación se pueden descargar para mantener al día las actualizaciones de software.
Como apoyo a las válvulas de control inteligentes para la adquisición de datos, sigue habiendo dispositivos de medición para la puesta en marcha y el ajuste del sistema. Con prestaciones adicionales a otros medidores de presión diferencial del mercado, el TA-Scope de IMI TA, es un efectivo dispositivo de equilibrado para medir y documentar valores de presión diferencial, caudal, temperaturas y salidas en sistemas hidráulicos. El dispositivo se caracteriza por su fácil manejo y alta precisión de medición, lo que permite realizar ajustes de forma más rápida y rentable. TA-SCOPE funciona con un software interactivo con una función de asistente paso a paso para ayudar con la operación. Como resultado, los datos almacenados se pueden utilizar fácilmente para generar informes profesionales y solucionar problemas rápidamente, especialmente en la optimización de plantas.
Por ejemplo, como en la figura, midiendo en la válvula general de equilibrado de la instalación y actuando sobre ella, es posible hallar de forma simplificada el punto de trabajo óptimo de la instalación, obteniendo el caudal de diseño (afectado de factor de simultaneidad) con la altura manométrica mínima para conseguirlo.
Sin embargo, las válvulas de control de IMI Hydronic Engineering, TA-Smart, aún van más allá, ofrecen una combinación de funciones como el control de múltiples parámetros, incluida la capacidad de transmisión de potencia, el caudal, limitación de Δt o directamente por posición de la válvula.
“Siempre he encontrado complicada e ineficiente el manejo de situaciones de demanda parcial de energía”, comenta Alfred Brenner. “Cierto es que se debe prever una capacidad instalada para prever que se alcancen o sobrepasen ligeramente las condiciones de diseño, pero el sobre dimensionado no es el problema crucial, aunque lo agudiza. El problema es como manejar con precisión pequeños caudales de agua de refrigeración o de calefacción a través de lso terminales o las unidades de tratamiento de aire. No es fácil, caudales mínimos controlables del 25-30% son los límites de las válvulas de control y actuadores convencionales”.
“El 80% del tiempo de operación o aún más, las instalaciones trabajan por debajo del 50% de su capacidad, a bajos caudales” comenta. Esa experiencia es común a todos los climas de Europa. Incluso perfiles climáticos que podríamos calificar de exigentes en refrigeración como el clima mediterraneo cálido de Sevilla, el clima continental de Madrid o ya en modo calefacción, el clima frío de Molina de Aragón o el de otras localidades en el Norte de Europa (Munich, Estocolmo, etc.), lo que tienen en común fundamentalmente es la varibilidad a lo largo del año y en el caso de nuestro clima además la gran variabilidad diurna-nocturna.
Graficas Grados dia de calefacción y refrigeracion y radiacion media diaria: Fuente IDAE Guía técnica de condiciones exteriores de proyecto.
“Evidentemente el sistema de control trataba de adpatarse a la demanda parcial, pero la caracteristica no lineal de las unidades terminales y la interferencia del incrermento de la presión diferencial al cerrar otras válvulas volvían al sistema inestable con esos pequeños caudales” continúa el ingeniero, “y con la dificultad añadida de no saber si se trataba de una necesidad de reajuste local de la válvula que veía que estaba moviéndose erráticamente, o de todo el sistema”. El sistema de control nos daba la visión general de que la instalación no trabajaba adecuadamente, pero no sacábamos en claro dónde y cómo corregirlo”, comenta Brenner “recurríamos a polímetros y nuestro inefable TA-CBI, pero la medición era ardua y extenuante”.
Casi todos los fabricantes también ofrecen soporte de software para verificación y análisis de datos, en forma de programas para PC’s, pero la aportación de TA-Smart, consiste en monitarizar sin esfuerzo, con herramientas informáticas realmente portables como los teléfonos móviles o tablets, las variables de configuración y de rendimiento locales. Dan respuesta a la capacidad de medición que cualquier consultor, instalador o servicio de manteniemeinto requiere para su trabajo y le permite fundamentar decisiones de reajuste de parámetros, porque puede ver en tiempo real el resultado de las acciones tomadas.
Implantadas en ramales, las válvulas inteligentes pueden imponer una limitación de potencia térmica marcada por los gestores del sistema, bien constante o adaptada a demanda de otros locales, horarios, etc.
Esta tarea no podía hacerse en sistemas comunicables con válvulas de control convencionales: cambiar el caudal reduciéndolo o aumentándolo en unas zonas causaba desequilibrio hidráulico en otras. Incluso con válvulas de control independientes de la presión los cambios se podian solamente aplicar al caudal, lanzando órdenes a los actuadores comunicables para limitar sus recorrido máximo o mínimo.
Las válvulas autónomas, al estar monitorizando tanto el caudal como las temperaturas de impulsión y retorno a terminales o en este caso particular a ramales, pueden reaccionar para mantener niveles de potencia máxima o mínima y, por tanto, reorientar la energía térmica hacia donde se requiera.
Los ingenieros de diseño pueden contar con la adaptibilidad de estos elementos a las futuras necesidades de los gestores de los edificios, dándoles la tranquilidad de que el sistema puede ponerse al día con la facilidad con la que actualizamos nuestros ordenadores o dispositivos móviles.
Las válvulas de control inteligente TA Smart son una solución moderna para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de los sistemas HVAC. Sus muchas ventajas incluyen una fácil puesta en marcha, ajuste automático y una amplia gama de funciones. Las opciones de rápida visualización de las mediciones y la posibilidad de registro de datos son notables porque el análisis de datos preciso y regular permite la optimización del sistema sin mucho esfuerzo. El uso creciente de válvulas inteligentes también ilustra la tendencia hacia la automatización en el sector HVAC. Un último comentario de un consultor experimentado como Brenner: “Este es un desarrollo que no se puede detener, y fuera de Europa, otros países ya están mucho más avanzados. Muchos instaladores construyen los sistemas de acuerdo con un plan específico, y las empresas especializadas llevan a cabo la puesta en marcha en el lado hidráulico y en el control a la vez. Al mismo tiempo, el análisis de datos general es cada vez más dificil a medida que hay más valores disponibles. Se necesitan sistemas expertos fiables a cargo del control local, con aportación de datos en tiempo real para la toma de decisiones. A medio plazo, y con el mayor desarrollo de la inteligencia artificial, lo más probable es que haya opciones para la automatización que aún no podemos prever".
Una opinión que compartimos plenamente: la actual crisis energética acelerará aún más este proceso imparable.
1 Desde 1997, la IT 1.2.4.3.del RITE hace obligatorio que las válvulas de control, han de ser de tipo modulante en unidades terminales (para proyectos de más de 70 kW)
2 Apartado 5 de la IT 1.2.4.3.1.: En instalaciones de caudal variable con potencia de generación térmica total superior a 70 kW, será necesario estabilizar la presión diferencial sobre la válvula de control para garantizar una temperatura adecuada.’’
3 La nueva IT del RITE, IT 1.2.4.3.5 dedicada a Sistemas de automatización y control de instalaciones, va más allá, con la obligatoreidad de contar con sistema de monitarización en cualquier edificio no residencial de más de 290 kW de potencia térmica.
4Desde hace más de 5 años está disponible la gama de actuadores TA-Slider, con configuración digital desde el teléfono móvil, mediante un puente Bluetooth™. Las válvulas TA-Smart incorporan de serie está comunicación.
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