Sistema de distribución de aire: volumen de aire variable

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Los sistemas de volumen de aire variable ofrecen una alternativa adecuada y eficiente para la climatización de edificios con distintas necesidades de temperatura. Conoce sus componentes, características y las labores que debes realizar para mantener su correcta operación

Victoria Zárate

Este tipo de sistemas comparte características con los de volumen de aire constante (VAC), aunque algunos de sus elementos son distintos y es importante que los identifiques con precisión para saber de qué manera trabaja cada uno.

Generalmente, un sistema de VAC se aplica en instalaciones de climatización de lugares donde el ambiente cuenta con una carga térmica fundamentalmente firme. Es un modo que permite que todo el volumen de aire sea enfriado o calentado en un climatizador, a tal grado que sea capaz de satisfacer las exigencias de la zona cuya carga térmica sea máxima.

Por su parte, en un sistema de VAV el principio de operación básicamente es “temperatura constante-volumen variable”, según comenta el ingeniero Enrique Maldonado Zepeda, gerente de Ventas de Innes Aire.

El ingeniero Maldonado explica que se trata de un sistema que recurre a la clasificación independiente de la presión, puesto que al integrar las cajas de volumen variable cuentan con un sensor de presión diferencial y permiten el paso del volumen de aire con base en un rango establecido. De esta manera, trabajan en forma independiente de la presión que podría existir en la ductería, logrando así el confort constante en las diferentes zonas acondicionadas.

VAV
Los sistemas VAV son conocidos desde hace mucho tiempo, pero hace unos años habían decaído en el sector del tratamiento de aire a pesar de ser energéticamente eficientes. Las nuevas tecnologías de medición y control de aire en ciertos espacios, así como la regulación de la presión en los conductos y la supervisión de todos estos elementos desde un puesto central, han vuelto más sencilla la instalación y la operación de los sistemas.

El ingeniero Maldonado comenta que el objetivo de este tipo de sistemas siempre ha sido “zonificar y mantener el confort en áreas específicas, logrando ahorros energéticos importantes según la movilidad de las personas en ciertas zonas”.

Para ello, mantienen las condiciones ambientales dentro de un edificio y cumplen con los requerimientos de ventilación y temperatura ambiental, por lo que un sistema VAV “es el mejor método de climatización”, menciona Roberto Bandera, ingeniero Senior para MCAT.

“En México se pueden encontrar casi todos los sistemas, como aquellos con elementos de ducto sencillo, bypass, tipo fan power constante y tipo fan power variable, así como en sus dos clasificaciones de acuerdo con la presión: independientes y dependientes”, detalla Enrique Maldonado.

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Diagrama de instalación de caja de volumen variable

Componentes
Para el funcionamiento del sistema VAV, explica Roberto Bandera, “en el ducto principal se ubica un sensor de presión que monitorea las variaciones de presión generadas por la apertura o cierre de las cajas instaladas en el sistema. Dicho sensor envía la señal a un variador de frecuencia, que a su vez podrá cambiar los hertz de la unidad manejadora, logrando así importantes ahorros energéticos al momento de que el flujo requerido es mínimo para mantener básicamente el aire de renovación”.

El ingeniero Maldonado menciona los componentes que forman parte del sistema VAV, así como su función en el desempeño general:

  1. A0CG0001725Una unidad manejadora de aire con ventilador de volumen variable (variador de frecuencia), controles, filtros, caja de mezcla y, opcionalmente, un ventilador de retorno o de desfogue
  2. Cajas de volumen variable tipo ducto sencillo, doble ducto, fan power variable o constante. Las cajas de volumen variable son el elemento que te permitirá, mediante su compuerta, variar el volumen de aire primario (cajas de ducto sencillo y doble ducto) suministrado a las zonas por climatizar; por su parte, las cajas del tipo fan power permiten suministrar el aire primario mezclado con aire de recirculación, para lo cual consideran un sensor de presión diferencial que monitorea el flujo de aire mínimo y máximo
  3. Actuador-controlador (análogo-electrónico o digital). Es el motor que, con base en la señal del termostato o el sensor de temperatura, acciona la compuerta de la caja VAV, variando el volumen de aire para mantener el confort en el área acondicionada
  4. Transformador de voltaje (220 – 120 volts / 24 volts). Prácticamente todos los actuadores trabajan a 24 VAC, por lo que es necesario integrar este elemento que recibe la corriente entre 220 y 120 volts y la entrega a 24 volts
  5. Termostato o sensor de temperatura. Se trata de un elemento que monitorea la temperatura existente en todo momento en el área acondicionada y envía señales al actuador para que éste, según la temperatura, varíe el volumen de aire, logrando un confort permanente
  6. Resistencia eléctrica. Este elemento puede integrarse a los sistemas VAV que consideren enfriamiento / calefacción. Trabaja básicamente en invierno o cuando la carga térmica no permita un incremento de temperatura en la zona ocupada, de manera intermitente y únicamente cuando se requiera la demanda de calor
  7. Serpentín de agua caliente. Si los sistemas instalados permiten sacar una línea de agua caliente que abastezca el agua a estos elementos, pueden ser integrados para lograr el confort en modo de calefacción con un bajo consumo eléctrico. Su operación será mediante una válvula de dos o tres vías accionada por un actuador, que a su vez será instruido por el termostato o sensor de temperatura
  8. A0CG0001724Ductos de inyección y de retorno. Transportan el aire desde la unidad de tratamiento a los lugares por acondicionar y mandan el aire de regreso desde los ambientes hacia la unidad. Deben lograr una distribución uniforme evitando corrientes de aire y zonas de atascamiento.

Cajas de volumen de aire variable
El ingeniero Enrique Maldonado explica que “las cajas de volumen de aire variable a través del actuador-controlador tendrán establecido un volumen de aire mínimo y máximo requerido en cada zona por acondicionar y variarán el volumen de aire conforme a la temperatura de las zonas, la cual será monitoreada por un termostato. De esta forma, mantendrán constantemente la temperatura de consigna (set-point) en el cuarto”.

A0CG0001723Por su parte, el ingeniero Bandera explica los tres tipos de cajas existentes:

  • La caja VAV tradicional, con ventilador y recalentamiento, consta de un amortiguador integral y está controlada por un termostato; éste es el tipo más básico
  • La caja VAV con ventilador, además de constituirse como la tradicional, contiene un ventilador que se activa cuando la zona alcanza la temperatura óptima o la compuerta se cierra al 50 por ciento; se brinda circulación de aire adicional cuando hay menos demanda de aire acondicionado
  • La caja VAV con recalentamiento, también hecha como la tradicional, contiene una bobina eléctrica diseñada para recalentar el aire cuando el amortiguador alcanza una posición predeterminada; dicha característica permite ofrecer calefacción a una zona específica, en lugar de a todo el edificio

En cualquiera de los sistemas, la intención es obtener un sistema capaz de generar un ambiente confortable y sin corrientes de aire que moleste a los ocupantes de manera eficiente. Además, las cajas VAV están diseñadas para usarse, sobre todo, en sistemas grandes, donde las necesidades varían según cada zona del edificio.

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Esquema de sistema independiente

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Esquema de sistema dependiente

Beneficios
“Adicional a brindar confort total, su función principal es el ahorro energético”, señala Roberto Bandera, “ya que al variar el volumen de aire, los equipos centrales reducen su trabajo a través de variadores de frecuencia o cajas bypass, consiguiendo un menor esfuerzo y obteniendo ganancias en el consumo eléctrico”.

De acuerdo con el documento “Sistemas de caudal de aire variable”, escrito por Javier Aramburo, director Técnico de Trox España, “en un sistema de VAV, la totalidad de la energía térmica se transmite a través del aire, por tanto, el volumen de aire que se mueve en relación con otros sistemas de climatización son sensiblemente mayores. Cuando se trabaja con estos sistemas en los edificios desde una o varias salas, es posible optimizar la eficiencia de la instalación, ya que los valores anuales de los consumos de ventiladores y grupos de bombeo son inferiores a los de una instalación con motores en el climatizador de aire exterior y en los elementos terminales”. Asimismo, el documento menciona que “la eficiencia energética se asocia con el “no consumo” de energía, no con la ausencia de potencia instalada. En este sentido, al contar con sistemas de VAV y reducir el volumen a 50 por ciento, la energía consumida disminuirá en 12.5 por ciento”.

Ahonda que el sistema VAV permite dejar zonas fuera de servicio o con cargas mínimas, en función de los diferentes horarios o usos de las zonas del edificio. Con ello, es posible ahorrar la energía correspondiente al tratamiento de tales espacios.

Lugares posibles para instalación de estos sistemas
Los especialistas de Innes Aire y MCAT comentan que a pesar de que los sistemas VAV encuentran su aplicación en casi todo el sector HVAC, suelen destacar en ciertos lugares:

  • Hoteles
  • Casas de lujo
  • Edificios públicos
  • Recintos para deportes bajo techo
  • Áreas industriales
  • Restaurantes y cafeterías
  • Oficinas de propiedad o alquiler
  • Hospitales
  • Dormitorios
  • Escuelas
  • Cuarteles militares
  • Iglesias, santuarios, oficinas y salas multifuncionales
  • Salas de conferencia e instalaciones
  • Bancos
  • Consultorios médicos
  • Tiendas especializadas

Ventajas de los sistemas VAV

  • Reducción del mantenimiento al equipo mecánico; por ejemplo, a las correas y los cojinetes, debido a la reducción de la velocidad de funcionamiento y a la suavidad de arranque y parada del accionamiento de velocidad variable
  • Protección contra la pérdida de fase de la fuente de alimentación
  • Control rápido para mantener los límites de las condiciones de confort en todas las estaciones del año
  • Bajo consumo de energía eléctrica
  • Menor consumo energético de refrigeración y calefacción, en comparación con los sistemas de volumen de aire constante
  • Bajos niveles de ruido, más fáciles de mantener
  • Zonificación con una amplia flexibilidad en las áreas acondicionadas

Desventaja (poco probable)

  • La integración de señales neumáticas que pueden zafarse, enviando señales erróneas al controlador

Mantenimiento 

A0CG0001719El ingeniero Maldonado comenta que es importante tener registros que permitan el acceso a las cajas, con la finalidad de llevar a cabo revisiones constantes, ya que el sistema de control integra diversos elementos eléctricos o electrónicos, así como neumáticos que habrá que revisar de manera periódica.

En estos sistemas, ahonda Maldonado, “se debe verificar, al menos trimestralmente, el buen funcionamiento de las partes que integran cada sistema VAV. Es necesario que revises los filtros, el ventilador, el devanado del motor, el amperaje, las chumaceras, el serpentín y la caja (con su amortiguador y paletas)”.

“Dependiendo del uso del sistema, es la limpieza que tendrás que realizar, pero se recomienda llevar a cabo un mantenimiento preventivo para que el equipo dure, al menos, 10 años”, explia Roberto Bandera. Tu labor principal como técnico de servicio es la correcta instalación, seguida de un buen mantenimiento, ya que así será posible alargar la vida del equipo y se evitarán fracturas, daños o cortocircuitos.

Por sus características, los sistemas VAV ofrecen amplias ventajas para la reducción del consumo de energía en la climatización de espacios con necesidades de temperatura distintas. Conocer su funcionamiento, las partes que lo conforman y la función que cada una desempeña te permitirá corregir desperfectos, mantener el confort de los usuarios de un espacio, sin elevar el gasto de energía, y realizar las labores de mantenimiento adecuadas a cada uno de los componentes para que el sistema cumpla con la labor encomendada.