Las válvulas de equilibrado automáticas se utilizan en sistemas de calefacción y refrigeración centrales que dependen del flujo de agua a través del sistema. Utilizan la última tecnología de flujo para garantizar que se alcance el caudal de diseño en todo momento, independientemente de los cambios de presión dentro del sistema.
Un sistema de distribución de agua de refrigeración o calefacción está en equilibrio cuando el caudal en todo el sistema (a través de las líneas terminales de los componentes, las líneas de distribución y las líneas de distribución principales) se corresponde con los caudales que se especificaron para el diseño del sistema. Si no se establece el equilibrio correcto del sistema, esto dará como resultado una distribución desigual del caudal, de modo que habrá un efecto excedente en algunas de las terminales, mientras que el efecto será inadecuado en otras. Como consecuencia, no se garantizará la calefacción o refrigeración requerida en todas las partes de la instalación. En la práctica, no es posible lograr un sistema completamente equilibrado mediante la manipulación de las tuberías o la alteración de las dimensiones de las mismas. Solo un conjunto correcto de válvulas de equilibrado puede garantizar la distribución correcta del caudal en el sistema.
En un sistema primario de agua fría variable, el caudal de diseño está determinado por la velocidad del flujo de agua en el tubo de los serpentines.
Los sistemas de equilibrado automático se pueden clasificar como de flujo constante o de flujo variable. [3]
Hasta hace poco, los sistemas de flujo constante eran estándar en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El flujo constante utiliza un diseño sencillo y directo que se puede aplicar a una amplia gama de proyectos. Esto implica el uso de una bomba de velocidad fija que se configura para la carga máxima del sistema. Además, las válvulas de equilibrio de doble regulación se configuran manualmente para regular el impacto de los cambios de presión en todo el sistema.
Los sistemas CAV (volumen de aire constante) se utilizan principalmente en oficinas formadas por un único espacio (por ejemplo, de planta abierta), donde la temperatura del aire de suministro varía en respuesta a un termostato.
Este tipo de sistema también se puede utilizar en oficinas con diferentes áreas y diferentes cargas: en este caso, la temperatura del aire de suministro emitido a las diferentes zonas se puede variar mediante el uso de una bobina de recalentamiento suministrada con agua caliente ubicada en el conducto de aire que conduce a la zona relacionada; alternativamente, se pueden utilizar sistemas de conducto doble donde dos conductos separados para aire caliente y frío conducen a una caja de mezcla donde los dos flujos se mezclan.
Este tipo de sistema permite un control preciso de la temperatura, pero es más adecuado para oficinas pequeñas. Los conductos de aire necesarios ocupan mucho espacio y son caros de instalar, además de que pueden desperdiciar energía en las estaciones intermedias, cuando puede haber demandas simultáneas de calefacción o refrigeración en diferentes partes de la oficina [4].
Aunque los costos de capital para instalar un sistema de caudal constante son relativamente bajos, el equilibrado manual requerido requiere mucho tiempo, es complicado, laborioso y el sistema es ineficiente. Esto genera mayores costos de funcionamiento y, en consecuencia, mayores emisiones de CO2 . Dado que la mayoría de los sistemas de aire acondicionado y distribución de agua solo alcanzan la carga máxima durante períodos limitados, se desperdicia energía al hacer funcionar las bombas continuamente a una velocidad fija.
En sistemas hidrónicos de caudal variable, reducir la velocidad de la bomba o combinar las bombas con calderas y enfriadores para adaptarse a condiciones de carga parcial es un método de control energéticamente eficiente. [5]
Los sistemas VAV (flujo de aire variable) satisfacen las necesidades de los grandes edificios comerciales modernos, con espacios interiores divididos en áreas diáfanas. Son especialmente eficaces para reaccionar a los cambios en las demandas de refrigeración en las áreas interiores. El aire en las áreas perimetrales, que puede ser muy diferente según la estación y la ubicación, se trata mediante cajas VAV equipadas con serpentines de recalentamiento, para modular los caudales cuando está en modo de refrigeración y, en cambio, funcionar en modo constante, mediante serpentines de recalentamiento, durante el invierno.
El caudal total de aire tratado y distribuido por un sistema VAV es menor que el de un sistema CAV, cuando se calcula en función de la carga máxima simultánea. Por ello, el tamaño de las unidades de tratamiento es menor, al igual que los conductos y, por tanto, el consumo energético relacionado con el proceso de distribución del aire.
A medida que los sistemas hidrónicos han cambiado, los cálculos necesarios para el dimensionamiento de las válvulas también han cambiado.
Los sistemas de caudal variable requieren nuevos cálculos, nueva terminología y, lo más importante, nueva tecnología. El objetivo al dimensionar las válvulas de control es encontrar la solución de válvula perfecta para el sistema. [ cita requerida ] Encontrar la válvula perfecta implica comprender la hidrónica del proyecto y reconocer la importancia de un control de caudal perfecto.
Los efectos que un sistema de caudal variable tenía en la selección de válvulas de control no se habían comprendido inicialmente. Se seleccionó una válvula de control utilizando el mismo cálculo de K v y se bloqueó la derivación de una válvula de 3 puertos, lo que dio como resultado una válvula de 2 puertos. No fue tan sencillo. Esto se debe a que nuestro cálculo de K v
Se basaba en una presión constante y una K v constante , lo que generaba un caudal constante. Sin embargo, a medida que se cerraban las áreas del sistema de caudal variable, aumentaba la presión diferencial , lo que aumentaba el caudal de suministro y causaba un desbordamiento en los circuitos abiertos.
El desbordamiento en un circuito es costoso. Las válvulas de control tradicionales lo hacen inevitable. A medida que dimensionamos una válvula de control, el valor K v calculado casi con certeza no coincidirá con el valor K v de la válvula adecuada más cercana. Por ejemplo, un cálculo de K v de 4,5 m 3 /h probablemente conduciría a la selección de una válvula con un valor K v = 6,3 m 3 /h. Esto significa que la válvula es capaz de suministrar un 40 % más de caudal del requerido. A medida que aumenta la presión en nuestro sistema de caudal variable, nuestra válvula suministrará este caudal de presión adicional.
Este exceso de caudal hará que la temperatura supere el punto de ajuste. Una vez que el sensor de la habitación haya detectado este exceso, cerrará el actuador , lo que provocará una caída brusca del caudal. El proceso se repetirá en un fenómeno conocido como "cacería".
La oscilación de la temperatura ambiente hace que fluctúe constantemente, lo que supone un coste importante para los clientes, ya que la calidad ambiental es deficiente y el mantenimiento es más complicado. Más de tres cuartas partes de las quejas que se reciben ante los administradores son de tipo térmico. Estas quejas rara vez se deben a diferencias interindividuales en la temperatura preferida, sino a aumentos a medida que aumenta la desviación de la temperatura. La solución que utilizan más de dos tercios de los administradores de edificios para responder a este tipo de quejas es cambiar el punto de ajuste. Al reducir el punto de ajuste en una media de 1 °C en un sistema de refrigeración, aumentamos su consumo energético hasta en un 10%. La solución a los problemas de "oscilación" y desbordamiento en los sistemas de agua fría reside en el uso de válvulas de control independientes de la presión.
Las válvulas de control independientes de la presión se utilizan para limitar el flujo hacia la terminal del fan coil y la unidad de tratamiento de aire. Este flujo no se ve afectado por los cambios en la presión de entrada. Un diafragma dentro de la válvula mantiene constante la presión de salida, y esto proporciona un flujo constante a la terminal. La ventaja adicional de las válvulas de control independientes de la presión es que, cuando están equipadas con un actuador, reemplazan la válvula de equilibrio manual y la válvula de control motorizada con una sola válvula, lo que reduce el costo de instalación. [ cita requerida ]
Las válvulas de control electrónicas independientes de la presión utilizan un medidor de caudal o una caída de presión a través de un orificio para proporcionar datos de caudal a un actuador que funciona para proporcionar el caudal correcto aguas abajo. Estas válvulas ofrecen requisitos de presión mucho más bajos, ya que un regulador de presión requiere una presión dentro de un rango para lograr el funcionamiento. Aumentan la flexibilidad, ya que su rango de caudal ajustable suele ser significativamente mayor que el de sus contrapartes mecánicas; también ofrecen una mejor tolerancia a la suciedad gracias a un camino de agua simplificado y, en algunos casos, la capacidad de informar los caudales al sistema de gestión del edificio.
Las válvulas de control independientes de la presión se pueden utilizar con cualquier sistema de control . Las opciones del actuador permiten elegir entre control térmico, de 3 puntos o modulador. Esto funcionará con sistemas de gestión de edificios y controles de habitaciones individuales, de la misma forma que las válvulas de control tradicionales. Los actuadores también se pueden utilizar para configurar la válvula limitando el caudal. En aplicaciones de control de 3 puntos, esto se puede hacer utilizando una limitación de tiempo de funcionamiento. Por ejemplo, para un caudal de diseño del 70 %, le damos al actuador el 70 % de su tiempo de funcionamiento total. Con un actuador modulador, para lograr nuestro ejemplo del 70 %, configuramos el controlador para que controle entre 0 V y 7 V de la señal de 0 a 10 V.
El desbordamiento afecta la capacidad del sistema de control para alcanzar la temperatura establecida. No tiene por qué ser inevitable. Algunas válvulas de control independientes de la presión permiten que los fan coils y las unidades de tratamiento de aire tengan el caudal máximo establecido exactamente en el caudal de diseño. El cambio de una válvula de control tradicional a un tipo independiente de la presión no debe considerarse como un beneficio únicamente para el contratista mecánico, al reducir el coste de instalación. Beneficia al integrador de sistemas y, lo más importante, al cliente, ya que garantiza niveles de confort mejorados con un consumo de energía reducido. Las válvulas de control independientes de la presión son una parte esencial del control hidrónico en aplicaciones de agua helada . Son fáciles de seleccionar y de configurar. Permiten una presión constante, un caudal constante y, lo más importante, una temperatura ambiente constante.
A diferencia de tener un dispositivo regulador de presión en cada unidad terminal, se puede utilizar un controlador de presión diferencial más grande cuando las terminales están en paralelo. El controlador Dp mantiene una presión constante en todo el tubo ascendente y, por lo tanto, en cada unidad terminal. Esto reduce el costo del sistema al tener solo una unidad independiente de la presión y también conserva las ventajas de tener una válvula de equilibrio manual en cada terminal (medición, ajuste, cierre positivo).