VRF: principios básicos

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Los avances tecnológicos que ha mostrado la industria de la climatización devienen de la necesidad de obtener mayor flexibilidad de uso, confort y un ahorro energético. Ante ello, los sistemas VRF son una alternativa con tecnología Inverter que responde a estas necesidades

Por Jorge Hernández y Francisco Chavolla / Fotografías: cortesía de Daikin

Esta tecnología de aire acondicionado se introdujo en Japón en 1982, y fue patentada por la empresa Daikin Industries LTD. El sistema VRF ha tenido diversas modificaciones, con la finalidad de mejorar sus características y eficiencia, gracias a la gran aceptación y demanda que tiene.

Estos sistemas se han convertido en una gran evolución utilizando la tecnología Inverter (motores de velocidad variable en compresores, ventiladores exteriores e interiores) para suministrar un “Flujo de Refrigerante Variable” (VRF, por sus siglas en inglés) a las unidades interiores a las que está conectado, con lo cual mantienen la temperatura con una mínima fluctuación respecto a la temperatura deseada.

Es importante decir que el VRF se desarrolló como una alternativa para sistemas de agua helada, y se recomienda para edificaciones de cualquier tamaño, en donde la carga térmica es variable, en la que se requieren diferentes temperaturas por área, o pueda haber áreas que no se utilicen simultáneamente (unidad interior apagada).

Funcionamiento

Partiendo de un sistema en Stand By, al encender una unidad interior a través de su control remoto, y dependiendo de las condiciones interiores y exteriores de temperatura, el sistema inicia su operación a su mínima capacidad. A partir de la carga demandada, el sistema incrementa su capacidad hasta llegar al ciento por ciento, lo anterior se complementa con la modulación de las válvulas electrónicas de expansión.

Una vez alcanzada la temperatura deseada al interior de las áreas acondicionadas, las válvulas electrónicas de expansión se modulan y el compresor disminuye su capacidad, gradualmente, para mantener las condiciones deseadas en un rango de ± 0.5 °C; la capacidad mínima de los compresores dependerá de la capacidad total de la unidad exterior.

Cuando se satisfacen las condiciones de temperatura en las áreas y no se requiere la operación del VRF, las válvulas electrónicas de expansión se cierran completamente y los compresores del sistema disminuyen su capacidad hasta que  paran, y nuevamente entra en modo Stand By.

En la actualidad, los sistemas VRF utilizan refrigerante R-410a, con el cual se logra una mayor transferencia de calor con una menor cantidad de éste en el sistema, ello comparándolo con refrigerantes utilizados en otros equipos de aire acondicionado.

Componentes

Un sistema VRF se compone de una unidad exterior (condensador) al cual se pueden conectar varias unidades interiores del tipo ductables o aparentes simultáneamente, pudiendo ser de capacidades diferentes.

En las unidades interiores de tipo ductable se consideran los fan & coil, los cuales están disponibles para aplicación hotelera, así como para media y alta caída de presión estática. En las aparentes se encuentran los de tipo casette de una, dos y cuatro vías, flujo circular, flujo circular con sensores de presencia, pared alta, techo suspendido, casette cuatro vías con descarga horizontal, entre otros.

En cuanto al modo de operación que manejan, hay tres tipos de sistemas:

  1. Solo Frío. Opera en modo de enfriamiento y ventilación para el área por acondicionar
  2. Bomba de calor. Su funcionamiento es posible con una válvula reversible o de cuatro vías, que permite al sistema operar en cualquiera de los modos por seleccionar (enfriamiento, calefacción o ventilación). El modo de operación se selecciona a través del control remoto maestro y sólo se puede escoger un modo, el cual definirá la operación de todo el sistema
  3. Recuperación de calor. Estos sistemas pueden operar en calor y en enfriamiento simultáneamente, siendo los más eficentes que existen, y lo hacen enviando refrigerante en fase líquida que sale de las unidades interiores que están en modo calefacción, hacia las unidades interiores que están operando en modo enfriamiento. En este tipo de sistemas las unidades exteriores utilizan una línea de refrigerante adicional y se deben considerar arreglos de válvulas electrónicas de expansión para lograr esta operación

Por su parte, las unidades exteriores cuentan con elementos clave que permiten la operación de este tipo de sistemas, como es el serpentín condensador, el o los compresores, tarjetas electrónicas, protecciones electromecánicas del sistema, termistores y transductores. A continuación, te presentamos la explicación de algunos de sus componentes:

[textmarker color=»2308A8″]Refnets (branch).[/textmarker] Son accesorios que permiten las derivaciones en el sistema troncal de tuberías mecánicas para distribuir el refrigerante a todas las unidades interiores instaladas, así como a los módulos de unidades exteriores, por lo que las dimensiones de las refnets dependerá de la cantidad de refrigerante que pasa por ellas.

[textmarker color=»2D1FAD»]Controles.[/textmarker] Los controles remotos alámbricos pueden ser individuales, uno por cada unidad interior; o grupales, donde pueden controlar hasta 16 unidades interiores. Los controles remotos inalámbricos trabajan de manera individual para cada unidad interior instalada y están disponibles para todos los modelos de unidades interiores. Opcionalmente, pueden tener sofisticados sistemas de control centralizado para la administración de edificios que, además de verificar el funcionamiento del VRF, controlarían la iluminación, los sistemas de bombeo, los extractores de aire, entre otros.

[textmarker color=»2D1FAD»]Válvulas electrónicas de expansión[/textmarker]. Con este elemento, se logra un control más exacto de la cantidad de refrigerante que entra al serpentín de cada una de las unidades interiores.

[textmarker color=»2D1FAD»]Tubería de cobre. [/textmarker]Para estos sistemas, la interconexión se recomienda con tubería de cobre rígida tipo L para refrigeración y aire acondicionado. Este tipo de tubería viene con tapones en sus extremos para evitar la contaminación por polvos o sólidos, presentes en las obras durante la instalación. Algo importante que se debe   considerar es no perder de vista que la tubería de cobre, para cualquier instalación de sistemas VRF, debe mantenerse limpia, seca y hermética.

[textmarker color=»2D1FAD»]Soportería.[/textmarker] Este componente, en particular, tiene como función mantener fija la tubería de cobre, canalizaciones de fuerza, canalizaciones de control y tubería para los drenajes de unidades interiores, en los trayectos horizontal y vertical.

[textmarker color=»2D1FAD»]Aislamiento.[/textmarker] Es un elemento que se utiliza para garantizar que no se tengan ganancias de calor durante los recorridos de tubería en todo el sistema. Para determinar el espesor del aislamiento es importante tomar en cuenta las condiciones de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del sitio donde se esté instalando el sistema.

[textmarker color=»2D1FAD»]Cableado de fuerza y control.[/textmarker] Componentes que tienen como finalidad alimentar eléctricamente las unidades exteriores e interiores, así como comunicar cada una de estas unidades entre sí.

[textmarker color=»2D1FAD»]Control centralizado (opcional)[/textmarker]. En edificaciones donde se requiera operación automática del sistema, o haya múltiples sistemas VRF instalados, se recomienda administrar todos los sistemas a través de estos controles, ya que permiten realizar esquemas de control para ahorro de energía, programando objetivos generales de temperatura, paros y arranques por horarios. Por otro lado, si se instalan medidores de consumo eléctrico a estos controles y la aplicación correspondiente, se pueden obtener datos de consumo para cada una de las unidades interiores y así diferenciar el cobro que se les hace a los usuarios en caso de que sea un sistema compartido.

Las nuevas tecnologías desarrolladas para estos sistemas incluyen la variación de temperatura de evaporación o condensación en el sistema (VRT), con el fin de incrementar la eficiencia. Para corroborarlo, se están desarrollando estudios donde se constata que los VRF consumen hasta 60 por ciento menos energía eléctrica, en comparación con sistemas que utilizan compresores constantes (resultado parcial); así, estas diferencias en consumo son un beneficio para el dueño de la edificación al disminuir sus pagos al proveedor eléctrico.

Instalación y mantenimiento

El proceso de montaje de los sistemas VRF debe realizarse por personal capacitado, el cual debe asistir a los diversos Centros de Entrenamiento en donde se certifican supervisores de obra y técnicos para instalar, poner en marcha, diagnosticar y dar mantenimiento a estas tecnologías. A continuación, te enlistamos la especificación general para instalar un sistema de Flujo de Refrigerante Variable:

  1. Recibe y revisa los equipos durante su recepción en obra
  2. Traslada y coloca las unidades interiores. Selecciona la herramienta y equipos adecuado para el traslado de las unidades interiores a su posición final
  3. Ya colocada la unidad interior, cúbrela con un plástico hasta que se realice el arranque o conexión a ductos
  4. Coloca los soportes para tubería de refrigeración y drenajes de unidades interiores
  5. Posiciona las tuberías en su trayectoria final; debes hacerlo con el aislamiento puesto dejando al descubierto los puntos en donde se realizarán las uniones. En este paso, considera las interconexiones con ref-nets y para los cambios de dirección de las trayectorias se recomienda hacer dobleces, así como expansiones en las uniones para disminuir los puntos a soldar y el número de accesorios a instalar (codos, coples)
  6. Arma la canalización para fuerza y control de equipo
  7. Realiza el proceso de soldadura con atmósfera inerte de nitrógeno para evitar la oxidación dentro de la tubería de cobre (para las uniones de cobre se recomienda una aleación de plata en un porcentaje de 0 a 2 por ciento)
  8. Coloca la unidad exterior en posición final sobre una base
  9. Cierra las conexiones mecánicas y de control en unidades interiores y exteriores. En las interiores, la mayoría se realiza con abocinados (flaring) y en las exteriores se realiza con soldadura. Las conexiones de control en el sistema deben realizarse con base en las especificaciones del fabricante
  10. Haz la prueba de hermeticidad, para descartar fugas en las diferentes uniones realizadas. Se realizará una presurización de todo el sistema con nitrógeno a una presión de 550 psig, la cual debe mantenerse como mínimo 24 horas para garantizar la hermeticidad del VRF instalado
  11. Realiza el procedimiento de vacío utilizando el método de triple evacuación. El valor de vacío aceptable es de 500 micrones durante una hora. Este proceso es necesario para garantizar que no haya humedad en el interior del sistema
  12. Carga el refrigerante adicional utilizando el vacío que se tiene en el sistema; la cantidad que no entre deberás introducirla cuando realices el arranque
  13. Durante la puesta en marcha, la unidad exterior reconoce y asigna automáticamente direcciones a cada unidad interior conectada. Enseguida es necesario que hagas los ajustes de obra específicos para cada modelo de unidad interior y exterior, dependiendo de las condiciones bajo las cuales operarán

Además del correcto modo de instalación, debes saber que para darle el mantenimiento adecuado a un sistema VRF, su periodicidad dependerá de las condiciones en las cuales esté operando cada equipo.

En caso de mantenimiento preventivo, debes estar seguro de que los intercambiadores de calor (serpentines) y filtros de unidades interiores estén limpios. También debes verificar el estado físico del aislamiento térmico, aprieta las conexiones de fuerza y el control. Recuerda que no es necesario ajustar la carga de refrigerante del sistema, esto debido a que durante la instalación y puesta en marcha se suministró la carga exacta de refrigerante de acuerdo al proyecto.

Por su parte, los mantenimientos correctivos, que sólo se realizarán por personal certificado, se llevarán a cabo cuando se presenten códigos de error en los controles remotos del sistema. Si se detecta un mal funcionamiento y no aparecen códigos de error, será necesario utilizar una interface para monitorear y diagnosticar el sistema.

Lee el artículo completo en la revista Cero Grados de agosto 2016

Jorge Armando Hernández Reyes es ingeniero Mecánico Energético, egresado de la ESIME Azcapotzalco (IPN). Actualmente se desempeña como capacitador en el Centro de Entrenamiento DAIKIN para Latinoamérica. Cuenta con más de nueve años de experiencia técnica en aire acondicionado y refrigeración, desarrollando proyectos y en campo.

Francisco Raúl Chavolla Ramírez es maestro en Administración (MBA), egresado de la Universidad de las Américas; e ingeniero Electromecánico, egresado del Instituto Tecnológico de Tlalnepantla (ITTLA). Actualmente, se desempeña como director del Centro de Entrenamiento DAIKIN para Latinoamérica. Cuenta con más de 18 años de experiencia en la venta de sistemas de aire acondicionado, 11 de los cuales se ha especializado en sistemas VRF.