Variadores para Climatización y control de temperatura

Un sistema de agua enfriada pasa la mayor parte de su vida a carga parcial. El día de diseño fija la capacidad; el resto del año la planta está sobredimensionada y la única cuestión es cómo se desperdicia ese excedente: con una válvula de regulación, con un damper o haciendo funcionar menos máquinas. En una planta enfriadora en la que la carga térmica sigue la ocupación y la meteorología, un variador en las bombas de condensador y de agua enfriada y en los ventiladores de torre convierte ese excedente en reducción de velocidad, y las leyes cúbicas de ventiladores y bombas hacen el resto.

La complicación es que la climatización es un sistema, no un conjunto de máquinas. Reducir la velocidad de una bomba modifica la presión diferencial disponible en el extremo del circuito, y las unidades terminales del final de la tubería son las que lo sufren. Por eso las plantas de agua enfriada modernas se controlan por presión diferencial en el terminal hidráulicamente más desfavorable y no por velocidad fija, y por eso ajustar bien el lazo de control importa aquí más que en casi ningún otro sector.

El rendimiento de una enfriadora depende en gran medida de su temperatura de condensación, y esa temperatura depende de cuánta agua de refrigeración circula y a qué temperatura. Hacer trabajar las bombas de condensador y los ventiladores de torre más de lo necesario rebaja la temperatura de condensación y mejora el coeficiente de rendimiento de la enfriadora, pero entonces las bombas y los ventiladores cuestan más de lo que ahorra la enfriadora. Existe un óptimo, y se mueve con el ambiente.

Ese óptimo es la razón de que las plantas enfriadoras se beneficien de variadores en ambos lados y no en uno solo. Controlar el circuito de condensación por temperatura de aproximación —manteniendo el agua de salida a un margen fijo sobre el bulbo húmedo— transforma una bomba y un ventilador de velocidad fija en un sistema que sigue la meteorología. En la mayoría de edificios el ahorro anual solo del lado de condensación supera el coste de convertirlo.

Los condensadores evaporativos y los equipos evaporativos integrados añaden un elemento más: un ventilador, una bomba y un rociado de agua que deben secuenciarse. Arrancar el rociado antes que el ventilador y pararlo después es una secuencia y no un conjunto de enclavamientos, y un variador capaz de ejecutarla internamente elimina un cuadro de control de la cubierta.

Un ventilador de impulsión encuentra tres resistencias distintas: la red de conductos, los dampers y el filtro. Solo una de ellas es estable. Un filtro se carga progresivamente, así que el ventilador debe entregar un caudal constante contra una resistencia creciente, que es exactamente lo que no puede hacer un ventilador de velocidad fija y sí uno con variador en modo de caudal constante. El ahorro es real, pero el efecto más valioso es que la renovación de aire se mantiene donde se diseñó a medida que se carga el filtro.

Cuando se trata de aire de retorno o de extracción, el ventilador puede estar girando ya cuando se le da la orden al variador. El rearranque en vuelo —la capacidad de sincronizarse con un motor que gira por inercia en lugar de disparar por sobrecorriente— es lo que hace utilizable un variador en una red de conductos donde varios ventiladores trabajan en paralelo y cualquiera puede quedar parado por un presostato en cualquier momento.

Filtros y fan coils plantean además la cuestión de la pérdida de carga en el lado de agua. Cuando una batería se ensucia, el caudal cae y el terminal se queda corto; un control de presión diferencial constante lo oculta, y solo una medición de caudal o de temperatura en el terminal lo revela. Es una elección de instrumentación de control más que de variador, pero suele ser la razón de que una conversión a variador no entregue el ahorro previsto.

En un edificio, el variador tiene dos vecinos que una fábrica no tiene: las personas y otros sistemas electrónicos. El ruido acústico a baja velocidad es la primera preocupación. Un variador modifica su frecuencia de conmutación para mantener el motor silencioso, y en un ventilador montado sobre el techo de una oficina la diferencia entre una portadora ajustada y otra sin ajustar es la diferencia entre una queja y ninguna. El ruido del motor también puede reducirse con una reactancia de salida, a costa de un cuadro algo mayor.

Los armónicos son la segunda interfaz. La instalación eléctrica de un edificio tiene más cargas sensibles por kVA que una industrial —ascensores, equipos informáticos, instrumentos de laboratorio— y a menudo se fija un límite de distorsión en el cuadro de distribución dentro de la especificación eléctrica. Pedir ese límite antes de elegir el rectificador es más barato que montar un filtro después.

La tercera interfaz es el sistema de gestión del edificio, y es la que más a menudo retrasa un proyecto. El variador debe exponer temperatura, presión, caudal, potencia y estado de fallo por el protocolo que ya habla el sistema, y este debe poder ordenar una velocidad además de leerla. Acordar esa interfaz —y quién redacta la lista de puntos— antes de pedir los variadores ahorra más tiempo de puesta en marcha que cualquier ajuste de parámetros.