INSTALACIÓN A TRES TUBOS
Se ha descrito anteriormente una instalación a dos tubos, y se ha analizado su funcionamiento en la época intermedia.
Se ha comprobado que dicha instalación debe producir frío y calor y mezclarlos, con la consiguiente perdida.
En una habitación soleada hay que consumir el frío requerido para anular los aportes solar, ocupación e iluminación, y producir el calor necesario para combatir la transmisión. Si en esta habitación, el frío a consumir por los aportes indicados supera al calor que representa la transmisión, es lógico evolucionar hacia una instalación que solo produzca exactamente el frío, igual a la diferencia entre el frío y el calor que antes se requerían, ahorrando por tanto combustible en la producción de calor, y energía eléctrica en la de frío.
Si en otra habitación el calor a consumir supera el frío, consúmase solo el calor diferencia entre ambos.
Es decir, prodúzcasa frío y calor pero solo en la cantidad estrictamente necesaria.
Este concepto elemental es el punto de partida de la instalación a tres tubos.
En una instalación a tres tubos, todo inductor tiene a su disposición, simultáneamente, dos flujos de agua: agua fría y agua caliente. Como indica la figura 1, la válvula automática (que puede ser neumática, electrónica o autocontenida) selecciona el flujo del agua y la cantidad de la misma requerida por la acción del termostato cuyo bulbo siente la temperatura del ambiente, lo cual es función de los factores anteriormente indicados: transmisión, radiación solar, ocupación e iluminación.
Es decir, el termostato y, por consiguiente, la válvula, han realizado un balance entre las perdidas por transmisión y las ganancias por los otros tres aportes, y el resultado de este balance se ha reflejado en el flujo y caudal del agua seleccionada por la válvula del inductor.
Se esquematiza en la figura 2 cuatro inductores suponiendo dos de ellos correspondientes a la fachada Sur y otros dos a la fachada Norte del edificio.
En la figura se indican unas temperaturas de agua fría y caliente típicas, que sirven para el propósito de este ejemplo. Para simplificar la exposición, se supone que cada uno de los inductores recibe el mismo caudal de agua, y se considera la época intermedia, en la que mientras el Norte requiere calefacción el Sur requiere refrigeración.
De acuerdo con lo dicho, las válvulas de los inductores situados al Norte seleccionaran agua caliente, la cual entrando a 40°C en el inductor, cederá calor al ambiente y saldrá 36°C. En el Sur, la válvula seleccionara agua fría que saldrá de los inductores a 26°C habiendo entrado a 12°C.
Evidentemente en el retorno común hemos perdido frío y calor, al mezclar agua fría a 16°C con agua caliente a 36°C.
Como es evidente, las ventajas que se esperaban del sistema a tres tubos de proceder según el esquema señalado en la figura 2, no se obtendrían. Diversas disposiciones permiten eliminar, casi totalmente, dejándolo en una cantidad de perdida imperceptible, el problema de las mezclas. Basta observar la figura 3 en la que se ha zonificado los retornos. El retorno de los inductores situados al Sur es independiente del retorno de los inductores situados en el Norte, y, en consecuencia, el agua fría conducida por el retorno Sur será enviada a la central frigorífica, y el agua caliente que retorna por la parte Norte, ira a la central calorífica.
La suposición de que todos los inductores en la fachada Sur solicitaran agua fría al mismo tiempo, o en el Norte solicitaran agua caliente, puede no ser correcta, ya que cuando la radiación tenga poca importancia, el hecho de que la habitación este ocupada o desocupada, iluminada o no, puede determinar que el inductor solicite una pequeña cantidad de agua fría o agua caliente, y entonces, aun en el caso de retorno zonificado pueden existir mezclas de agua fría y caliente. Debe indicarse, sin embargo, que la radiación solar, generalmente, es una cifra muy elevada en comparación a la ocupación e iluminación, y es este aporte solar el que determina el funcionamiento de la válvula en el sentido de seleccionar agua fría, si tal aporte existe, o agua caliente si no hay radiación solar.
Existen diversas disposiciones de los elementos de una instalación a tres tubos, y no es nuestro propósito realizar una relación exhaustiva de los mismos.
Señalamos únicamente el esquema de principio, disposición y función de los controles para un caso típico de instalación a tres tubos con retorno zonificado, con la disposición "free colling", es decir enfriamiento, sin coste en invierno, del agua secundaria fría utilizando el aire primario exterior.
La figura 4 señala el esquema general así como la conexión de los controles. La figura permite observar el climatizador para el tratamiento del aire primario, el circuito del agua al enfriador de la central frigorífica, denominado circuito de agua primaria, y el circuito de agua secundaria con las bombas de agua fría y caliente y el intercambiador de calor para el calentamiento del agua.
INSTALACIÓN A TRES TUBOS, ENFRIAMIENTO INDIRECTO. RETORNO ZONIFICADO Y FUNCIONAMIENTO CON FREE COOLING
En las épocas extremas, es decir en invierno y en verano, aunque dependiendo ello de la temperatura de inversión calculada, el sistema a tres tubos, en su funcionamiento, no difiere del sistema clásico a dos tubos.
Para temperaturas exteriores superiores a la, interior, solamente las bombas del agua primaria fría y de agua secundaria fría están en funcionamiento. Cosa análoga ocurre en la época extrema de invierno.
Cuando las temperaturas exteriores se encuentran comprendidas entre las de inversión obtenida, y la temperatura interior señalada en el proyecto, el circuito de agua operara de la forma que sigue. Las válvulas A y B están abiertas, mientras la válvula V4 esta cerrada, una bomba de agua primaria circula agua fría hacia las zonas interiores y a la batería de enfriamiento y deshumidificación del aire primario.
En el circuito de agua secundaria fría, el agua procedente del enfriador de la central frigorífica, generalmente a temperaturas no superiores a 5°C, circula directamente (a través de la válvula de tres vías y la válvula V1) al circuito de agua secundaria, donde se mezcla con el agua secundaria de retorno que atraviesa la válvula V3, con objeto de obtener la temperatura de mezcla necesaria para satisfacer el punto de reflaje del termostato T6, el cual, modulando ambas válvulas V1 y V3 mantiene una temperatura del agua fría secundaria constante. La mejor imagen del funcionamiento de estas válvulas se obtiene suponiendo que el termostato ha obtenido la temperatura señalada con las válvulas V1 y V3 en una posición totalmente abierta. Supongamos que la temperatura del agua secundaria, medida por el termostato T6, es inferior a la del punto de control: la válvula V1 se cerrara, reduciendo la cantidad de agua fría admitida en el circuito secundario.
Por otra parte, si la temperatura del agua secundaria tiende a subir por encima del punto de control del termostato E6, la válvula V3 reducirá la circulación de agua procedente de los inductores. Cuando la temperatura del agua secundaria este por encima del punto de control señalado al termostato T6, la válvula V3 deberá encontrarse totalmente cerrada.
El bulbo del termostato T6, que siente la temperatura de la atmósfera, debe localizarse lo bastante lejos de la unión de los dos flujos de agua, para permitir la lectura de la temperatura de la mezcla ya homogénea.
Refiriéndonos al circuito secundario del agua caliente, indicamos que el agua de retorno es calentada en el cambiador de calor a una temperatura prefijada, por control del flujo de vapor de agua o de agua caliente primaria a través de la válvula V2, la cual es controlada por el termostato T3. El termostato T3 suele ser un termostato sub-master, que actúa de acuerdo con el master T4 según un programa de funcionamiento predeterminado.
La cantidad de agua en circulación hacia las unidades de inducción o inductores, se modula según se requiera variando la velocidad de las bombas de agua secundaria de acuerdo con las indicaciones de un presostato diferencial P1.
Análogamente, un presostato P2, modula el caudal de agua caliente a los inductores variando las velocidades de las bombas de agua secundaria caliente.
Debe tenerse presente que, en toda instalación a tres tubos, es absolutamente necesario asegurar que el agua que circula por el circuito de agua caliente tenga una temperatura superior a la de la habitación, y el agua que circula por el circuito de agua fría se encuentre a temperatura inferior a la de la habitación. Ello es evidente, dado el hecho de que los controles de habitación no son reversibles. Si se solicita calefacción, la válvula que controla la unidad se abrirá para permitir el flujo de agua caliente. Si el agua que se encuentra en el circuito de agua caliente esta a una temperatura más baja que la de la habitación, esta, que esta solicitando calefacción, recibirás refrigeración. Evidentemente, ocurre exactamente igual en caso contrario.
El termostato T1 tiene su bulbo instalado en el circuito de agua primaria fría, y su punto de reglaje corresponde a la temperatura de retorno del agua al enfriador. En realidad, esta apreciando la temperatura de mezcla del agua que retorna del circuito secundario y el agua del circuito primario. Mientras esta temperatura se mantenga por debajo del punto de control de T1, este permitirá al presostato P1 controlar el funcionamiento de la bomba de agua secundaria fría.
En caso de que la refrigeración producida sea insuficiente, a causa de una avería parcial o total en el equipo de refrigeración, T1 sentirá una temperatura superior a la señalada, anulando la acción de P1 y reduciendo la velocidad de la bomba secundaria. Si la temperatura de esta mezcla continua aumentando, T1 parara la bomba de agua secundaria.
Se recomienda el uso, en el circuito de agua caliente, del termostato T2, el cual tiene su bulbo instalado en el distribuidor del intercambiador, y con un punto de reglaje de 30°C. Mientras T2 sienta una temperatura inferior a la de su punto de reglaje, controlara la velocidad de la bomba de agua secundaria fría.
Evidentemente ambos presostatos P1 y P2 funcionaran en el sentido de reducir la velocidad de la bomba a un aumento de la presión diferencial, y aumentar dicha velocidad a un descenso de dicha presión.
En el funcionamiento durante la época invernal, hemos indicado que esta disposición permite aprovechar el aire primario exterior para enfriamiento del agua secundaria. Para ello la bomba de agua primaria debe ser parada, las válvulas A y B cerradas, la válvula V4 abierta con objeto de realizar un by-pass alrededor del equipo de refrigeración:
El interruptor S1, situado en el cuadro de control, modificara la circulación en la válvula de tres vías, de manera que la circulación de agua primaria al circuito de agua secundaria sea directamente la procedente de la batería de refrigeración. Mediante el interruptor S2, se anulara la función de T1, quedando sustituido por T5. Análogamente a T1, T5 de acuerdo con la temperatura del aire primario anulara la acción del presostato P1.
La operación en el circuito de agua fría secundaria es como sigue. La bomba de agua fría secundaria descarga su retorno en el circuito de agua fría primaria, a través del by-pass realizado en el equipo frigorífico y a través de la batería de refrigeración donde tiene lugar el enfriamiento del agua; finalmente, a través de la válvula de tres vías y de la válvula V1 volverá al circuito del agua secundaria fría. Naturalmente, en la selección de la bomba de agua fría secundaria, la presión requerida en el funcionamiento con free coolling, puede ser mayor que la necesaria en el funcionamiento de verano.
La temperatura del aire primario a la salida de la central no debe exceder de 20°C.
La operación en el circuito del agua secundaria caliente es idéntica a la descrita anteriormente.
Queda por describir el funcionamiento de los termostatos T y sus válvulas de tres vías, situados en los retornos Oeste, Sur y Este, elementos que son básicos en el retorno zonificado.
La función de dichos termostatos es la de apreciar la temperatura del agua de retorno y dirigirla al circuito frío o al circuito caliente, de acuerdo con una temperatura predeterminada. Hemos indicado que existen gran cantidad de disposiciones que básicamente siguen el esquema indicado. Una modificación importante puede ser la que obtiene, en verano, el enfriamiento indirecto del agua, en oposición al esquema descrito de enfriamiento directo.
El enfriamiento indirecto exige, para el circuito de agua fría, un intercambiador de calor análogo al utilizado para el circuito de agua caliente, con la desventaja de que aquel tiene una superficie de intercambio considerablemente superior a la de este. Esta disposición puede convenir en caso de edificios de gran altura para eliminar la presión estática sobre el equipo frigorífico.
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