Control de demanda en proyectos menores

Los equipos de aire acondicionado generan el mayor consumo de energía en cualquier tipo de edificación. La instalación de sistemas de automatización en proyectos de grandes dimensiones es indefectible para la mejora del consumo y la eficiencia, lo que motiva a que en edificaciones más pequeñas se considere su aplicación.

Por Teresa Zárate

En el sector HVACR, las ventajas al implementar un sistema de control y automatización son bien conocidas, entre las que es posible mencionar:

  • Ahorro energético
  • Uso correcto y más eficiente de los equipos
  • Control de horarios
  • Mantenimientos preventivos y correctivos

Sin embargo, muchos proyectos no se consideran lo suficientemente grandes para aplicar este tipo de sistemas, aunado a que en ocasiones no se cuenta con los recursos para invertir en un sistema de control y monitoreo centralizado, o simplemente no existe el personal de mantenimiento especializado en las instalaciones que pueda encargarse de monitorear los diversos parámetros que un sistema como éste proporciona.

En el mercado existen algunas aplicaciones que no requieren de un sistema de control complejo y que pueden proporcionar muchas ventajas.

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Pantalla / Hand-held para interfaz gráfica de usuario

1. Planta de agua helada pequeña
Cuando se tienen uno o dos enfriadores con dos o tres bombas, en donde por lo menos una de las bombas está pensada para tenerla como respaldo, la mayoría de los enfriadores cuentan con un control propio, incluso con una interfaz de usuario, que permite conocer el estatus de manera local. A pesar de ello, el control para la operación de bombas de manera automática e incluso el arranque y paro por horario o la rotación de enfriadores está limitado.

En este tipo de aplicaciones, basta con colocar un pequeño controlador autónomo que maneje los horarios de la planta de agua helada y que monitoree el arranque y paro de las bombas, y así realizar la rotación en caso de que una de ellas no encienda.

Dichos controladores son económicos y fáciles de programar, y no forzosamente se requeriría de comunicación entre los enfriadores y el controlador. Adicionalmente, se podría contar con una pantalla o hand-held que permita al usuario cambiar horarios o revisar alarmas con facilidad, sin la necesidad de contar con una computadora dedicada a la labor o con un software licenciado para ello.

La ventaja de los equipos es que se garantiza al cliente la disponibilidad del sistema en todo momento, ya que, en caso de que algún equipo falle, entrará el respaldo de manera automática, evitando así visitas de emergencia únicamente para arrancar el equipo de emergencia.

2. Sistemas redundantes en sitios críticos (sites)
También es útil si se tiene una aplicación con dos equipos de agua helada o de expansión directa para cuartos donde siempre se requiere de la disponibilidad del equipo encendido durante las 24 horas del día, ya sea porque se necesita en caso de falla, o porque el equipo maestro debe abatir el set-point de temperatura requerida entre el equipo esclavo para ayudar con la carga.

En la redundancia, palabra crítica en este tipo de sistemas, se recomienda un controlador pequeño y autónomo en cada equipo de aire acondicionado que se dedique a controlar y monitorear el arranque y paro de cada sistema.

Es importante decir que si se instala un equipo más grande que controle ambos equipos es muy posible que se pierda la redundancia de manera automática si por algún motivo falla el controlador.

La instrumentación básica que se requiere poner en este tipo de sistemas es la siguiente:

  • Monitoreo de arranque de ventilador (dona de corriente o switch de flujo o sensor de temperatura en la descarga)
  • Monitoreo de arranque de compresores en el caso de sistemas de expansión directa (dona de corriente o sensor de temperatura en la descarga)
  • Sensor de temperatura de zona (un sensor por cada equipo para garantizar la disponibilidad)

Debido a que tales aplicaciones cuentan con un horario de operación definido (casi siempre de 24 horas por siete días), no se requiere forzosamente de una interfaz de usuario, computadora o sistema de software para cambiar los horarios, por lo que se utiliza un controlador autónomo que cuenta con horario y calendario propio, al que se le programan los horarios de operación.

Básicamente, para alcanzar los objetivos, es necesario programar ciertas actividades con claridad:

  • Rotación automática de los equipos en caso de que en uno de los equipos presente:
    • Falla de arranque en ventilador
    • Falla de arranque en compresor, como puede ocurrir en equipos de agua helada
  • Garantizar el abatimiento de la carga térmica; en caso de que el equipo maestro no lo logre, arrancar al equipo esclavo en un trabajo a cargas parciales
  • Ahorro energético, ya que se pueden trabajar los equipos en cargas parciales
  • Un sistema redundante, autónomo y de bajo costo

3. Sistema con cajas de volumen variable o de zonas individuales
Una práctica común en este tipo de instalaciones es colocar un termostato en el equipo encargado de suministrar el aire acondicionado para varias zonas individuales, con la intención de controlar los horarios de paro y arranque, y fijar un set-point que controle la temperatura en el retorno de aire.

Asimismo, se coloca un sensor de presión diferencial en el ducto, conectado directamente al variador de frecuencia o a la caja bypass (según si la aplicación es en volumen de aire constante o variable), para posteriormente colocar termostatos individuales en cada zona.

Éstos se encargan de ajustar proporcionalmente la apertura o cierre de las compuertas o cajas de volumen variable, de acuerdo con la temperatura que el usuario desee (set-point).

Se trata de un sistema muy común en edificios de oficinas donde se manejan horarios de trabajo fijos (lunes a viernes de 8 a 6 de la tarde, por ejemplo), si bien se puede colocar un termostato programable que garantice que la unidad se encenderá y apagará en automático dentro del horario establecido.

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Estrategia de demanda inteligente

Ahora bien, ¿qué pasa si se requiere que el sistema opere fuera del horario predeterminado y en poc as zonas? Una de las opciones es acudir al termostato de la unidad y encender el equipo, aunque también es posible que el equipo no se encuentre en un lugar disponible.

Si esto llegase a suceder, el sistema arrancará con el set-point programado, el cual puede ser demasiado bajo para abatir la carga térmica que representa sólo una zona. La situación anterior provocará, además de molestia en los usuarios, un incremento en el consumo de energía.

Actualmente, existen sistemas autónomos que cuentan con una tecnología llamada Linkage, que puede proporcionar algunos beneficios. Para comenzar, no se requiere de un termostato para controlar el equipo que suministra el aire acondicionado a todas las zonas.

Con el uso de la tecnología Linkage, este equipo tiene un controlador autónomo donde se programa el horario deseado para arrancar o parar, y en caso de ser necesario, el acondicionamiento de una o más zonas fuera del horario establecido. Así, basta con que el usuario presione un botón en su sensor individual de zona para que el equipo funcione durante una hora o dos horas más para después apagarse de manera automática.

Otro de los beneficios que ofrece este sistema es el ahorro energético, el cual se logra mediante el control del set-point de temperatura en la inyección del equipo de aire acondicionado, pues lo hace de manera dinámica.

En esta clase de sistemas se cuenta con controladores en cada una de las zonas que informan al controlador el set-point de temperatura que requieren los usuarios según la zona; de esta manera, el controlador de la unidad modulará la válvula en equipos de agua helada o encenderá y apagará las etapas en los compresores en equipos de expansión directa, de acuerdo con el nivel de temperatura que sea requerido en cada una de las zonas monitoreadas.

Esta operación se lleva a cabo en tiempo real y de manera dinámica, por lo que garantiza el uso eficiente del equipo de aire acondicionado y, por lo tanto, ahorros en el consumo energético, ofreciendo comodidad en los espacios que suministran y controlan la temperatura.

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Estrategia de demanda inteligente

Un sistema básico para estos equipos se puede armar con ciertos componentes elementales.

El primero es un controlador autónomo en cada caja de volumen variable, gracias a que estos controladores cuentan con un actuador integrado al que se le conectará el sensor de zona.

La aplicación puede variar debido a que existen opciones con botones, ciegos, display o barras.

También deberá contar con un pequeño controlador dentro de la unidad paquete, que se puede solicitar directamente al fabricante. Este componente se encargará de controlar la operación de arranque y paro de la unidad, así como del control del variador de frecuencia en caso de que se requiera.

En los sistemas con caja bypass se colocará un controlador autónomo con actuador y un sensor de presión diferencial integrado. Asimismo, para lograr el armado de un sistema autónomo, habrá que hacer un pequeño bus de comunicación entre los controladores y se podrá agregar una pequeña pantalla gráfica touch-screen o un hand-held de bajo costo, que permitan al usuario administrador monitorear y controlar el sistema.

La inversión en tecnología no es mucho más considerable que la que se realizaría utilizando un sistema convencional si se hace un comparativo entre todas las ventajas que se reflejan en el uso eficiente de los equipos, el ahorro energético garantizado y la comodidad y confort de los usuarios.

A grandes rasgos, estas son algunas de las aplicaciones en las que se pueden emplear los controladores autónomos. Como se puede observar, existen grandes ventajas en la automatización de operaciones, sin importar el tamaño del inmueble y sin necesidad de tener sistemas complejos con computadora o software dedicados.

Sin lugar a dudas, lo más importante reside en ofrecer al cliente una opción que le garantice tanto la operación como la disponibilidad del sistema de aire acondicionado, con soluciones que se adapten a los requerimientos y al presupuesto del proyecto, sin importar su tamaño.
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Teresa Carlón Zárate
Es ingeniera en Electrónica y Comunicaciones por el ITESM, campus Ciudad de México; cuenta con experiencia en sistemas de control y automatización industrial, así como de edificios inteligentes. Es líder de Ingeniería en el departamento de Control y Automatización de Carrier Enterprise México desde el año 2012, donde coordina el diseño, desarrollo e implementación de proyectos de soluciones para control y automatización de aire acondicionado, iluminación, subestaciones eléctricas, entre otros sistemas, con enfoque al uso eficiente de los equipos y ahorro energético.

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