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Sistemas VRF: confort preciso y máxima eficiencia

Sus características los convierten en una opción muy versátil para la climatización de ambientes diversos, al ser capaces de brindar aire frío o caliente, con un nivel de aprovechamiento superior en comparación con sistemas tradicionales

México es uno de los principales consumidores de equipos de climatización en América Latina. Los sistemas VRF son una de las tantas opciones que existen en el mercado nacional. Sus características los convierten en una opción muy versátil para la climatización de ambientes diversos, al ser capaces de brindar aire frío o caliente, con un nivel de aprovechamiento superior en comparación con sistemas tradicionales

Miguel Ángel Heredia / Imágenes: cortesía de Panasonic

Las siglas que nombran a este sistema significan flujo de refrigerante variable (Variable Refrigerant Flow). Se trata de sistemas cuyo funcionamiento es análogo al de la bomba de calor; sin embargo, a diferencia de la bomba de calor, los sistemas VRF tienen la capacidad de variar el caudal de refrigerante aportado a las baterías de evaporación-condensación, controlando con mayor eficacia las condiciones de temperatura de los espacios por climatizar.

Los sistemas VRF son resultado de la evolución de los sistemas split e integran una bomba térmica reversible que permite conectar varias unidades interiores con una sola unidad exterior, a través de dos tuberías de cobre por donde circula el fluido refrigerante y acondiciona el espacio.

Estos sistemas basan su funcionamiento en el motor del compresor. Dicho elemento cuenta con un sistema de variación de frecuencia, que oscilará entre 20 y 100 Hertz, dependiendo de la información recibida del sistema de control del sitio. Cuando el compresor trabaja a menor potencia, se suministra un caudal de refrigerante menor hacia el evaporador o condensador, disminuyendo la cantidad de calor absorbido o cedido al espacio. Así, el control de temperatura del local es mucho más preciso. El control de frecuencia del compresor disminuye los paros y puestas en funcionamiento que son motivo de desgaste del equipo.

Con este sistema se consigue una independencia climática en cada espacio atendido, ya que cada unidad interior trabaja de forma independiente de las demás, solicitando la cantidad de refrigerante que necesita, gracias a una válvula de expansión electrónica que deja pasar la cantidad justa de fluido refrigerante que deberá entrar en la batería.

Los compresores de los sistemas de aire acondicionado convencionales son regulados por una acción todo-nada, es decir, el compresor se pone en funcionamiento cuando el termostato percibe una temperatura inferior o superior a la de su set-point y se detiene cuando detecta una temperatura superior o inferior. En cambio, en los sistemas VRF la regulación de la temperatura es proporcional, ya que la cantidad de fluido refrigerante que bombea a las baterías aumenta o disminuye de acuerdo con el set-point. Este comportamiento se representa en el siguiente esquema.

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Se muestra un esquema de instalación tipo de un sistema VRF adecuado con sistemas de recuperación de calor, diámetros de las tuberías frigoríficas y unidades interiores que operan

Sistemas VRF con recuperación de calor
El concepto de recuperación de calor consiste en intentar aprovechar las pérdidas energéticas que se producen en un sistema común de acondicionamiento de aire. La evaporación del fluido refrigerante para enfriar un espacio conlleva su condensación y la consiguiente cesión de calor a otro medio. Este calor de condensación se suele desperdiciar hacia el exterior en sistemas de aire, por lo que la recuperación de calor permite aprovecharlo y llevarlo hacia otro espacio donde se precise calefacción.

Esto se consigue distribuyendo el fluido refrigerante de manera conveniente. El refrigerante en estado gaseoso que proviene de las unidades evaporadoras se llevará hacia las unidades solicitadas de calefacción, produciéndose allí la condensación del gas. Más tarde, el líquido condensado volverá a las unidades evaporadoras.

La distribución inteligente del fluido refrigerante se consigue gracias a un sofisticado sistema de control electrónico. Las patentes de los sistemas VRF pertenecen a empresas multinacionales que han incorporado sus avances en materia electrónica y de control a estos sistemas de acondicionamiento de aire. En comparación con la relativa simplicidad del componente frigorífico de estos sistemas, el componente electrónico y de control aplicado es realmente complejo.

Cálculo de un sistema de AA mediante VRF
Al proyectar cualquier instalación de aire acondicionado, se debe comenzar por conocer la cantidad de calor que se habrá de introducir o extraer del recinto. Esto se consigue mediante una estimación de las cargas térmicas.

Necesidades térmicas del edificio. Teniendo bien definidas las zonas o sectores del edificio que se van a climatizar, y estableciendo hipótesis de cálculo, se puede evaluar el calor que se generará o perderá en los locales, es decir, el cálculo de las cargas térmicas. Existe una serie de factores principales por tener en cuenta para cuantificar las cargas térmicas:

  • Radiación y transmisión a través de paredes y techos. En esta carga influyen la orientación de la pared, la densidad y el espesor
  • Transmisión a través de paredes no exteriores. El caso más desfavorable es cuando el espacio contiguo no se encuentra climatizado
  • Personas. El calor que desprenden las personas dependerá de la actividad que desarrollen y se diferenciará en dos tipos: calor sensible (debido a la diferencia de temperaturas) y calor latente (calor generado por la humedad desprendida)
  • Iluminación y maquinaria. El consumo eléctrico de la iluminación y la maquinaria en general se transforma al final en calor
  • Ventilación. El aire de renovación que hay que introducir en un local conlleva una determinada carga calorífica, ya que suele ser aire introducido directamente del exterior

Con estos parámetros y una serie de valores normalmente tabulados en manuales especializados se podrá hacer un cálculo, siempre aproximado, de las cargas térmicas del edificio por climatizar.

Elección del sistema adecuado
Entre los distintos sistemas de climatización que existen en el mercado, primará elegir el que sea compatible con las características del sitio por climatizar. En líneas generales, los distintos sistemas pueden ser aire-aire, aire-agua y sólo agua.

En caso de elegir un sistema VRF con recuperación de calor, habrá que estudiar detenidamente su rentabilidad, ya que son sistemas que suponen un elevado costo inicial. Para ello, es preciso fijarse en dos parámetros: la orientación de los espacios por climatizar y sus usos.

Es conveniente que haya espacios con orientaciones opuestas, es decir, unas encaradas hacia el exterior, con la consiguiente presencia de ventanas, y otras con una orientación más bien interior. En cuanto al uso, algunos espacios tendrán un uso más bien esporádico mientras que otras podrán ser de notable concurrencia durante gran parte del día. Considerando estas características, se podrá prever si será viable la recuperación de calor y se podrá precisar calefacción en unos espacios y refrigeración en otros de manera simultánea.

Decidir la potencia de las unidades climatizadoras
Una vez que se decide aplicar un sistema VRF, con o sin recuperación de calor, habrá que considerar algunas características de diseño. Para que el ahorro energético sea notable, las unidades que ofrezcan calefacción y refrigeración de manera simultánea deberán ir conectadas a una misma unidad exterior, pudiendo así trabajar entre ellas. Habrá que elegir cuidadosamente la ubicación de las unidades interiores que trabajen con la misma unidad exterior, de manera que éstas se coloquen en salas con orientación y usos opuestos. Al proyectar la instalación se deberá estudiar muy bien este aspecto, ya que de ello dependerá la obtención de un óptimo ahorro energético.

En paralelo a esta conexión entre unidades, hay que decidir la potencia de las unidades interiores colocadas y cerciorarse de que la potencia frigorífica-calorífica que puedan dar sea siempre algo superior al valor de las cargas térmicas calculadas para la zona en cuestión. De esta manera, se asegurará que, aun en el caso más desfavorable, la máquina ofrecerá las condiciones de confort deseadas. Para dimensionar la potencia de cada unidad exterior se podrá aplicar un coeficiente de simultaneidad según el número de unidades interiores conectadas a ella.

Parámetros de instalación
Una vez decididas las unidades interiores y exteriores, se deberá comprobar que es posible instalarlas en el espacio o edificio en cuestión. Debe tenerse en cuenta que son equipos que precisan de distancias mínimas de mantenimiento y, si se encuentran ocultas, deberán tener accesos de registro.

También se deberán calcular los diámetros de las tuberías frigoríficas, así como las dimensiones de los conductos de aire en las unidades interiores que sean de este tipo.

Ventajas e inconvenientes
Hay que distinguir claramente los dos sistemas comentados: el sistema VRF y el sistema VRF con recuperación de calor, ya que el segundo ofrece algunas posibilidades que el primero no tiene.

Tanto en uno como en otro, los aparatos se amoldan a las necesidades momentáneas de los espacios. Además, en el sistema con recuperación de calor, transportar el calor de una sala a otra, en vez de desperdiciarlo a la atmósfera, como en los tradicionales sistemas aire-aire, es un hecho que se puede llevar a cabo desde hace pocos años en el mercado mundial.

Una característica importante de ambos sistemas es su capacidad de controlar de manera precisa la temperatura de un espacio. Las variaciones respecto de la temperatura de consigna con sistemas de este tipo son mucho menores que en otros sistemas de acondicionamiento de aire. Además, pueden seleccionarse estas condiciones ambientales de manera individual en cada espacio.

La posibilidad de variar la potencia del compresor en todo momento evita paradas innecesarias. Hay que recordar que los sucesivos paros y puestas en marcha son los principales motivos de desgaste de cualquier motor. Destaca la facilidad en la instalación de estos sistemas.

Además, los sistemas VRF permiten grandes distancias entre unidades exteriores e interiores y también entre unidades interiores. Por ello, son sistemas idóneos para climatizar edificios en su totalidad y gozar de una centralización del aire acondicionado.

El inconveniente de estos sistemas es su elevado costo inicial y el de la instalación auxiliar. Hay que asegurarse de que la rentabilidad energética obtenida compense la inversión necesaria para instalarlos. Existen en el mercado numerosas marcas y algunas de ellas ofrecen el servicio de Análisis de Retorno de Inversión (ROI), con el cual se garantiza la factibilidad de estos sistemas en comparación con los tradicionales.

Lee el texto completo en la revista Mundo HVAC&R febrero 2016

[author ]Miguel Ángel Heredia Márquez
Estudió Ingeniería en Arquitectura en el Instituto Politécnico Nacional. Posteriormente, ingresó a diversas empresas del sector de aire acondicionado, donde participó como ingeniero de Ventas y líder de proyecto. Actualmente, es ingeniero de Ventas y Soporte Comercial para Panasonic Eco Solutions B2B Team.[/author]

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