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Síndrome de Bajo Delta T Optimización de la Planta de Enfriamiento Belimo Energy Valve™ CIAR 2013 Cartagena 2013 Ing. Julio Londoño julio.londono@us.belimo.com.

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Presentación del tema: "Síndrome de Bajo Delta T Optimización de la Planta de Enfriamiento Belimo Energy Valve™ CIAR 2013 Cartagena 2013 Ing. Julio Londoño julio.londono@us.belimo.com."— Transcripción de la presentación:

1 Síndrome de Bajo Delta T Optimización de la Planta de Enfriamiento Belimo Energy Valve™
CIAR Cartagena 2013 Ing. Julio Londoño Product Manager

2 Agenda Objetivos Diseño de una planta de agua helada
Síndrome de Bajo Delta T El problema con las Válvulas Convencionales Válvulas Independientes de Presión Reseña del Caso de Estudio en MIT, Biblioteca Hayden Energy Valve

3 Objetivo Identificar los elementos que afectan la eficiencia de la planta de enfriamiento Identificar las consecuencias de síndrome de Bajo Delta T y los factores que lo crean Como eliminar estos factores desde el diseño Entender las diferencias entre las válvulas convencionales y las Independientes de presión Conocer los beneficios de las válvulas Independientes de presión Introducción a la Energy Valve y sus beneficios Identificar los elementos que afectan la eficiencia de la planta de enfriamiento Identificar las consecuencias de síndrome de Bajo Delta T y los factores que lo crean: Vamos a hacer énfasis en este tema pues este es el problema real, y es lo que estamos solucionando con la Energy Valve. Como eliminar estos factores desde el diseño: Este problema se puede evitar desde la concepción del proyecto, vamos a ver que elementos hay que tener en cuenta. Las siguientes secciones se van a concentrar en las válvulas Independientes de Presión y la Energy Valve. Entender las diferencias entre las válvulas convencionales y las Independientes de presión Conocer los beneficios de las válvulas Independientes de presión Introducción a la Energy Valve y sus beneficios

4 Diseño de una Planta de Agua Helada (ejemplo)
Sistema Desacoplado con Válvulas de dos vías VFD 960 GPM 120 Ft 200 Ton 480 GPM Este es el diseño de la planta de agua helada que vamos a usar como ejemplo. Se usó un Delta T de 10, para poder usar la regla general de diseño de 2.4 GPM y facilitar los cálculos, en el articulo se hace un ejemplo con 12°F. Este es una buena oportunidad para presentar el articulo e invitar a los participantes para que lo lean. Se debe aclarar que si se tiene una planta con un sistema primario variable, las bomba de distribución desaparece y las bombas de los chillers crecen y se convierten en la única bomba del sistema. Carga Total del Edificio = 400 Toneladas Capacidad de Enfriamiento = 400 Toneladas Tipo de Sistema = Desacoplado (Secundario Variable) = 2 Enfriadores (200 Ton C/u) = Enfriados por agua = Delta de diseño 10°F (2.4 GPM/Ton) Bomba de Distribución = Volumen Variable (VFD) Cabeza de Bomba = 120 ft (52 psi) Flujo Total = 960 GPM (2.4 GPM x 400 ton) Bombas de Condensación = Volumen Constante Flujo por Bomba = 600 GPM (3 GPM/Ton) (19 Watt/GPM) Ventiladores de la Torre = Velocidad Constante ΔT=10 °F 1200 GPM Max

5 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller Bomba Chiller Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 432 GPM VFD En las siguientes páginas vamos a hacer una comparación de nuestra planta de agua helada y como su flujo total se comporta de acuerdo al cambio de delta T y como este afecta la operación de los equipos en la planta. En condiciones ideales con un Delta T de 10°F y para una carga de enfriamiento del edifico de 180 Toneladas, calculamos el flujo total usando la ecuación de energía: GPM= (Tons x 24)/ΔT En condiciones ideales el flujo sería de 432 GPM, cabe anotar que si se hace un modelado del sistema con esta información el modelado ofrecería el mismo flujo, debido a que los paquetes modernos de modelado hacen sus cálculos asumiendo condiciones ideales.

6 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller 90% Bomba Chiller Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 432 GPM VFD 90% La capacidad del chiller es de 180 toneladas sobre 200 corresponde a la carga del edificio y equivale al 90% de su capacidad, esta es una condición ideal en el caso de los chillers que tienen su punto de mejor eficiencia en el punto alto de la curva. Cabe aclarar que esto no aplica a todo tipo de chillers. (Es muy probable que algún participante familizarizado con los chillers modernos haga esta aclaración) Los chiller con tecnología sin aceite y rodamientos magnéticos como los Turbocor, tienen una curva de eficiencia plana, por lo tanto estos consumen la misma energía por tonelada a cualquier nivel de carga.

7 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 432 GPM VFD 90% Con el chiller se adiciona su bomba de recirculación de agua helada de volumen constante dedicada.

8 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 432 GPM VFD 90% Con el chiller se adiciona su bomba de recirculación de agua de condensación de volumen constante dedicada.

9 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 432 GPM VFD 90% Se debe encender un ventilador de la torre de enfriamiento.

10 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 45% 432 GPM VFD 45% 90% En condiciones ideales, y para la carga actual del edificio la bomba de distribución tendría una velocidad del 45%, es importante notar que se habilitan solo los equipos necesarios para la operación. Si tuviésemos un sistema de volumen variable, el motor del compresor también modularía su velocidad haciendo la operación aún mas económica. Estas son las condiciones ideales de operación. También son las condiciones que son modeladas por los paquetes de modelado cuando se hace el perfil de cargas y consumos del edificio. Los paquetes de modelado asumen que la planta de enfriamiento trabajan con base en la carga calórica del edificio.

11 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 45% 540 GPM VFD Pero que pasa si la el delta T del sistema aumenta, y la carga del edificio permanece constante? Al hacer el calculo de flujo con un delta T de 10°F, tenemos un flujo de 540 GPM. La capacidad máxima de flujo de un enfriador (200 Ton) es de 480 GPM, una vez se llega a este límite entonces el control de la planta de agua helada adiciona el siguiente chiller.

12 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 45% 540 GPM VFD El segundo Chiller se adiciona debido a un exceso de flujo y no debido a un aumento en la carga real del edificio

13 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% 45% Bomba Chiller 1 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 540 GPM VFD 45% 45% Una vez los dos chillers se habilitan las cargas se nivelan y los dos terminan trabajando a 45% de su capacidad. Dependiendo del tipo de chillers y las características de su curva de eficiencia esto puede ser bueno, malo o intrascendente. -Para los chillers de compresor centrífugos que son mas eficientes a cargas altas este escenario representa un desperdicio de energía, es mas eficiente trabajar con un enfriador de este tipo a carga total que tener dos a cargas parciales. Si se tienen compresores en donde el punto de menor consumo de energía en la curva de eficiencia es a cargas parciales, entonces esto sería una condición ideal, mejor trabajar con dos en su punto de menor consumo que con uno a carga total. Para compresores tipo Turbocor, esta condición es intrascendente, pues su curva de eficiencia es una línea horizontal. Importante!!!= Si bien en algunos escenarios esta condición es ideal desde el punto de vista exclusivo de los chillers, se debe mirar el consumo y la eficiencia total de la planta de enfriamiento, pues cuando se adiciona un chiller también se agregan otros componentes y el consumo disminuye o incluso pueden exceder el ahorro que podemos obtener en los chillers.

14 Eficiencia de los Enfriadores
1.00 0.90 0.20 0.40 0.60 0.80 0.10 0.30 0.50 0.70 kW/Ton Air Cooled, Screw Water Cooled Centrifugal Air Cooled MagLev Dependiendo del Tipo de Enfriador se tendra un beneficio a diferentes cargas. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Porcentaje de Carga Máxima(%)

15 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% 45% Bomba Chiller 1 2 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 540 GPM VFD 45% 45% En este escenario se tienen dos bombas de agua helada operando.

16 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% 45% Bomba Chiller 1 2 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 540 GPM VFD 45% 45% La torre esta a su máxima capacidad, bombas y ventiladores.

17 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% 45% Bomba Chiller 1 2 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 540 GPM VFD 45% 45%

18 Operación de la Planta de Agua Helada
Carga del Edificio = 180 Ton ΔT=10 °F (5.6 °C) ΔT=8 °F (4.5 °C) Flujo Total (GPM) =Ton x 24/ ΔT 432 540 RLA Chiller 90% 45% Bomba Chiller 1 2 Bomba Torre Ventilador Torre Vel. Bomba Secundario 56% 540 GPM VFD 56% 45% 45% Y la bomba del circuito secundario trabaja al 56%, un 24% mas que a condiciones ideales.

19 Ley de Afinidad de las Bombas
bhp = Potencia H = Cabeza Q = Flujo Para poder encontrar cuanto es el desperdicio que este 24% en velocidad representa, podemos usar la ley de afinidad de las bombas.

20 Ley de Afinidad de las Bombas
En nuestro ejemplo: Si se fijan el cambio en la potencia representa un cambio al cubo de la velocidad, o sea que un cambio pequeño en la velocidad representa un ahorro significativo en consumo eléctrico. Esta es la razón de la popularidad de los Variadores de Frecuencia, es un equipo que se libra en un muy poco tiempo, además su costo hoy en día es muy bajo. Esta reducción en su costo ha permitido que la mayoría de las plantas de agua helada se diseñen hoy en día con volumen variable. Click: Este es el área de nuestro ejemplo

21 Ley de Afinidad de las Bombas
En nuestro ejemplo: 11.3 95% 5.8 En nuestro ejemplo, un cambio de velocidad del 45% al 56% representa un ahorro en consumo eléctrico del 95%. De 5.8 kW a 11.3 kW, es muy fácil traducir esto a dinero si se tiene el costo por kW hora. Para hacer un modelado se debe conocer cual la carga total para cada hora del día durante todo el año. Por ejemplo si sabemos cuanto tiempo trabaja el edifico a 180 ton de carga durante el año, podemos calcular cual es el ahorro durante el año para esta carga. El ahorro total se hace sumando estos valores. En los paquetes de modelado se les llama BINs. 45% 56%

22 Síndrome de Bajo Delta T
95% de incremento en el consumo de la bomba de distribución !!! Que es el síndrome de Bajo Delta T? En nuestro caso es el desperdicio de casi el doble del consumo eléctrico en la bomba de distribución. Si vamos a hacer un modelado del desperdicio completo, se debe sumar también el consumo de los equipos adicionales, como bombas y ventiladores de la torre, además del consumo eléctrico de los chillers modelando ambos escenarios. Un truco que se puede usar en el modelado es modelar el sistema con el delta T de diseño y luego modelarlo con un Delta T inferior, eso nos dará una idea del desperdicio.

23 Síndrome de Bajo Delta T
Es el desperdicio generado cuando el Delta de Temperatura de agua helada está por debajo de las condiciones de diseño!!! El agua regresa fría a los Chillers Aumenta el consumo en la Bomba de Distribución La planta adiciona chillers para mantener la demanda de flujo de agua y no la demanda real de carga. Que es el Síndrome de Bajo Delta T? Es el desperdicio generado cuando el Delta de Temperatura de agua helada está por debajo de las condiciones de diseño!!! Esto es muy fácil de comprobar, se pueden crear tendencias en el sistema de control de la planta que monitoreen el delta T de la planta. El agua regresa fría a los Chillers: El problema de Bajo Delta T no se soluciona en la planta de enfriamiento, este se soluciona en los serpentines de las manejadoras que es e donde sucede la transferencia de calor. Aumenta el consumo en la Bomba de Distribución: Si bien este afecta todo el sistema, en donde es mas notorio y es mas fácil de cuantificar es en la bomba de distribución. La planta adiciona chillers para mantener la demanda de flujo de agua y no la demanda real de carga: El flujo afecta la operación de la planta, pues esta solo debería habilitar un chiller solamente cuando hay un cambio real de carga en el edificio.

24 Síndrome de Bajo Delta T
Porque? Ecuación de Energía: Pero porque el agua retorna fría a la planta de enfriamiento? Si vemos la ecuación de energía es fácil identificar que si la energía permanece constante, en este caso la carga del edificio no varió, y se aumenta el flujo entonces el Delta T tiene que disminuir. E= Energía k= Constante Q= Flujo ΔT= Cambio en Temp.

25 Síndrome de Bajo Delta T Sobre Bombeo
Punto de Saturación de Potencia 100 90 Enfriamiento% 20 40 60 80 10 30 50 70 Enfriamiento (%) Zona de Desperdicio ΔT de Agua ΔT de Agua Flujo Esto lo podemos ver más fácil en un serpentín. - La línea Roja representa la curva característica del serpentín, llegando a su punto máximo al 100%. La línea Azul es el suministro de agua helada. La línea verde es el cambio de temperatura del agua, el Delta T de diseño se alcanza al 100% de la capacidad de enfriamiento del serpentín. Clic1- Si se suministra mas agua, el serpentín no va a enfriar mas, en este momento se obtiene la capacidad máxima de enfriamiento del serpentín. Click2- El Delta T por lo contrario sigue disminuyendo, pues el flujo laminar dentro del serpentín reduce la capacidad de intercambio de calor de este. Este sobrebombeo hace que el agua retorne fría al enfriador y que se desperdicie Energía en la bomba. Click3- “Punto de Saturación de Potencia”, este es el punto máximo de enfriamiento del serpentín, mas allá de este punto no hay mas enfriamiento. Es importante hacer énfasis en este concepto, pues luego lo vamos a utilizar durante la descripción del módulo de análisis de la Energy Valve. 40 60 80 100 10 20 30 50 70 90 Flujo de Agua (%) 110 120 130 140 150

26 Síndrome de Bajo Delta T
Factores que generan sobre flujo en los serpentines: Sistema desbalanceado Válvulas Sobredimensionadas Deterioro en los Serpentines Estos son los factores que afectan el sobreflujo en el sistema, en las siguientes páginas vamos a hablar con mas detenimiento de cada uno.

27 El Problema con las Válvulas Convencionales Dependientes de la Presión
Por naturaleza están sobredimensionadas Oscilan a cargas parciales Requieren Balanceo y Re-Balanceo… Todo esto genera Sobre Flujo en el Serpentín!!!! Que son Válvulas convencionales? Las válvulas usadas mas frecuentemente en los sistemas son válvulas dependientes de presión, como las tipo Globo, CCV, y ni hablar de las de Zona. Se les llama dependientes de la presión pues la cantidad de agua que pasan por ellas esta definida por la presión diferencial a través de ellas. O sea que para una posición dada de la válvula si aumenta la presión aumenta el flujo. Estas se seleccionan asumiendo una presión, esta válvulas raramente operan a esta presión de selección o de diseño. Debido a que dependen de la presión requieren de otra válvula adicional que permita balancear el sistema hidráulico.

28 Ej. Seleccionar la válvula (2W) para el siguiente serpentín:
El Problema con las Válvulas Convencionales Por naturaleza están sobredimensionadas La curva de Cv esta basada en la caída de presión y el flujo del serpentín. Ej. Seleccionar la válvula (2W) para el siguiente serpentín: GPM: 28 PD (psi): 4 Calculado Cv=14 En esta página haremos una selección de una válvula y luego veremos que sucede con la selección y porque siempre las válvulas dependientes de presión están sobredimensionadas. En este momento es interesante preguntar a los participantes que criterio de presión normalmente usan. Estos criterios varían de Ingeniero a Ingeniero o de región a región. El criterio de presión de selección es que la válvula debe tener la misma caída que el serpentín, históricamente se ha asumido por ley de mano derecha una caída de 4 psi. Y esta ha sido la regla para la selección de válvulas. Hay quienes usan 5 psi, y hasta 9 psi. También hay quienes usan la caída de presión del serpentín y seleccionan la válvula dos pasos de diámetro por debajo que la tubería de nominal. Todos estos criterios de selección son igualmente válidos o están igualmente incorrectos, pues como vamos a ver mas adelante al momento de la selección se debe tener en cuenta la autoridad de la válvula y sin importar la selección la válvula siempre va a estar sobredimensionada. Para nuestro ejemplo usamos una caída de 4 psi, además este valor facilita el cálculo. La regla es siempre seleccionar la válvula con el Cv por encima. Porque? La percepción de los ingenieros es que se debe seleccionar la de mayor Cv para que esta “no se quede corta”, en la siguiente página vamos a ver lo que esto implica. Disponibles 10 ó 19 Seleccionamos 19, Fácil!!!

29 El Problema con las Válvulas Convencionales Por naturaleza están sobredimensionadas
150 Zona de Desperdicio 140 130 120 110 100 90 80 70 Cv=19 Flujo (%) 60 La válvula de Cv 19 alcanza el flujo máximo cuando la válvula esta al 85% abierta. El desempeño de esta válvula es afectada fuertemente por su posición en el edificio Fácilmente se puede convertir en una válvula de apertura rápida (on/off) Es importante hacer émfasis que esto solo se cumple únicamente si se tiene la presión diferencial de diseño, 4 psi. Que pasa si esta válvula está cerca a la bomba y su presión de operación es mayor, va a estar aun mucho mas sobredimensionada, por eso el criterio de seleccionar el Cv mayor algunas veces puede tener problemas, este aplica si la válvula esta muy alejada de la bomba. 50 Cv=14 40 30 Cv=10 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Apertura de la Valvula (%)

30 El Problema con las Válvulas Convencionales Oscilan a cargas parciales
Curva Equiporcentual 4 6 8 10 20 40 60 80 100 30 50 70 90 1 2 3 5 7 9 Señal de Control 2-10 VDC Flujo / Capacidad de Enfriamiento (%) Señal de Control Capacidad de Enfriamiento % Curva Equiporcentual Respuesta de Todas las señales de Control son lineales Pero los serpentines no… La válvula de control debe suministrar un flujo con una curva opuesta a la curva del serpentín para obtener una respuesta lineal Cambios iguales en la posición de la válvula produce cambios iguales en el porcentaje de flujo

31 El Problema con las Válvulas Convencionales Oscilan a cargas parciales
Autoridad de Válvula 100 90 80 70 Flujo (%) 60 50 Valv. De Balanceo System DP % Coil 40 Básicamente la Autoridad de Válvula es la capacidad de la válvula de mantener la curva equiporcentual. La curva de caída de presión del sistema (Serpentín + Accesorios + Válvula de Control) debe estar lo mas cerca posible a la curva de caída de presión del serpentín para mantener un control estable. Pero si se selecciona una válvula con una autoridad muy alta, esta tendrá muy buen control, pero se penaliza la operación de la bomba. Si se utiliza una válvula con una autoridad muy baja entonces el control es pobre pero se puede usar una bomba de menor potencia. 30 Coil DP % 20 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Apertura de la Válvula (%)

32 El Problema con las Válvulas Convencionales Oscilan a cargas parciales
Autoridad de Válvula Esta es una gráfica de varias curvas de Autoridad de válvula. La Autoridad de válvula ideal es uno, pero esta es imposible de obtener con una válvula convencional. Lo ideal es tener una autoridad de válvula de 0.5 que equivale a tener una válvula con la misma caída que el serpentín. Una Autoridad de 0.1, es muy pobre y representa una válvula sobredimensionada.

33 El Problema con las Válvulas Convencionales Oscilan a cargas parciales
4 psi 4 psi 12 psi 20 psi Flujo Este es una representación de un ramal típico, en donde la válvula se seleccionó solo usando la caida de presión del serpentín. Esta selección no toma en cuenta el efecto de la válvula de balanceo, al hacer el cálculo se tiene una autoridad de 0.2 que es muy baja. Veamos el efecto que tiene sobre el control: -Click1: Esta es la curva característica del serpentín y no cambia -Click2: Esta es la curva equiporcentual ideal de la válvula -Click3: Esta sería la respuesta del serpentín en condiciones ideales -Click4: Esta es la curva real con una autoridad de 0.2 -Click5: Esta es la respuesta real del serpentín, muy lejos de ser una respuesta lineal. -Click:6 Cuando el controlar requiere aprox un 25% de enfriamiento -Click7: El serpentín suministra aprox un 90% de su capacidad de enfriamiento Esto hace que la zona se sobre enfríe y que el control cierre la válvula rápidamente, creando oscilaciones o “Hunting”. En este caso se tiene una válvula modulante que se comporta como una On/Off!!! Señal

34 El Problema con las Válvulas Convencionales Oscilan a cargas parciales
Estos son los resultados obtenidos en un estudio realizado en el Iowa Energy Center, dedicado a hacer estudios de equipos y su impacto en el consumo de energía. -Aquí vemos una válvula de globo instalada en una manejadora, en el lado izquierdo se muestra el cambio en el punto de ajuste de temperatura de aire de suministro, esto se hizo para simular cargas parciales. -En el lado derecho se muestra que el comportamiento de esta es bien estable a cargas totales, cerca a los valores de diseño, pero cuando se empieza a cerrar se vuelve inestable con oscilaciones muy frecuentes, esto se debe a que a cargas parciales la válvula pierde autoridad. Las válvulas dependientes de presión se vuelven sobredimensionadas a cargas parciales

35 Flujo/Capacidad de Enfriamiento %
El Problema con las Válvulas Convencionales Requieren Balanceo y Re-Balanceo… Flujo/Capacidad de Enfriamiento % A=4/10=0.4 A=4/20=0.2 A=4/30=0.14 La autoridad depende la ubicación en el edificio, en este ejemplo se tienen 4 manejadoras con serpentines idénticos, las válvulas se seleccionaron con base en la caída de cada serpentín sin tener en cuenta su posición con respecto a la bomba. Después de balancear el sistema se hace el cálculo de autoridad y nos encontramos que las que están mas cerca a la bomba tienen una autoridad muy baja. -Click1: Este es el desperdicio acumulado creado por las válvulas. -Click2: Todo este sobre flujo lo pagamos en la planta de enfriamiento y en la bomba de distribución. Como se llama este fenómeno? A=4/40=0.1 Señal Desperdicio Acumulado Sobre flujo

36 Síndrome de Bajo Delta T Degradación de los Serpentines
El intercambio de calor se degrada con el tiempo Aletas dañadas Incrustación en el lado del agua Incrustación en el lado del aire Ahora veamos otro factor que afecta el intercambio de calor en los serpentines y que también contribuye al síndrome de bajo Delta T. Este es el deterioro de los serpentines, que directamente afecta el intercambio de calor, en las siguientes páginas vamos a ver este efecto.

37 Síndrome de Bajo Delta T Degradación de los Serpentines
Desempeño del Serpentín Flujo / Potencia ΔT En esta página vemos un serpentín nuevecito, brillante aun. Supongamos que es un serpentín de 100 toneladas y 10°F Delta T, cuando suministramos 240 GPM tendremos la capacidad máxima de enfriamiento, o sea que su punto de saturación de potencia es 100 Toneladas de refrigeración. -La línea roja es la curva característica de energía del serpentín -La línea azul es el flujo de agua. -La curva verde es el cambio de temperatura del agua, o Delta T del agua. Señal de Control

38 Degradación del Serpentín
Desempeño del Serpentín Punto de Saturación De Potencia Flujo / Potencia A medida que el serpentín se va deteriorando, también su capacidad de intercambio de calor. Cuando esto sucede el serpentín ya no es capaz de suministrar su capacidad nominal y el punto de saturación de potencia disminuye. El nuevo punto de saturación de potencia se alcanza a un nivel de flujo menor. Si se bombea agua mas alla de este punto se tiene un sobre flujo; esto genera una nueva Zona de desperdicio. Importante: Esta zona de desperdicio está dentro del rango aceptable de flujo!!!! Señal de Control

39 Desempeño del Serpentín
Degradación del Serpentín Desempeño del Serpentín Punto de Saturación De Potencia Flujo / Potencia A medida que el serpentín se degrada aún mas entonces la zona de desperdicio se hace aún mayor. El Serpentín llega el punto de saturación de potencia mucho antes de alcanzar el flujo máximo Señal de Control

40 Válvulas Independientes de Presión La Solución
DPT ! Eliminar el Sobre Flujo en el Serpentín ! T La solución al problema del síndrome de bajo delta t es simplemente eliminar el sobre flujo. Como? Lo veremos en las siguientes páginas. VFD T

41 Válvulas Independientes de Presión Concepto
Son válvulas de dos vías que suministran un flujo específico para cada valor de la señal de control Sin Importar las variaciones de presión en el sistema Válvula PI Presión Flujo Usando válvulas independientes de presión!!!

42 Válvulas Independientes de Presión Comportamiento a cargas parciales
El gran beneficio de la válvulas independientes de presión es que estas son muy estables a cargas parciales. Esta es una gráfica obtenida en el mismo estudio del Iowa Energy Center, cuando se hizo el mismo escenario pero usando una válvula PICCV de Belimo.

43 Válvulas Independientes de Presión Comportamiento a cargas parciales
En esta gráfica es bien claro el sobre flujo de las válvulas convencionales comparado con las válvulas independientes de presión Sobrefujo Neto a Cargas Parciales

44 Válvulas Independientes de Presión Válvulas PI de Belimo
PICCV ePIV Energy Valve 0.5 to 100 GPM 100 to 713 GPM 100 to 713 GPM Esta es la familia de válvulas independientes de presión de Belimo, debajo de las PICCV y de las ePIV hay un link a un video que muestra su funcionamiento. La Energy Valve será explicada con mas detenimiento en las páginas siguientes.

45 Energy Valve El Conocimiento es Poder
La Energy Valve fue lanzada al mercado en 2013 en AHR Dallas.

46 MIT, Biblioteca Hayden District Cooling
Distrito de Enfriamiento (District Cooling) 30,400 Toneladas de enfriamiento (Chillers Centrífugos y de Absorción) 12 °F, Delta T de Diseño Operación Real Promedio anual de Delta T = 6 °F Sobrecosto Anual $1.5M debido al Sobreflujo Edificio más Crítico Biblioteca Hayden Es el resultado de una iniciativa creada por MIT para mejorar el grave problema de Delta T que sufre su campus. -Click1: En esta gráfica se ve el análisis del delta T durante todo un Año, es bien claro que el sistema trabaja a condiciones de diseño muy poco tiempo. El ahorro de 1.5 millones fue calculado solo en el ahorro de las bombas de circulación, el impacto en la planta de enfriamiento y en los equipos auxiliares como bombas y torres de enfriamiento no fue considerado.

47 MIT, Biblioteca Hayden El Laboratorio
Construido en 1947 3 Pisos 153,000 sqr Ft (14,286 m²) 6 UMAS de 7,500 a 30,000 cfm Delta T de Operación Entre 2°F y 6°F El edificio más crítico es la Biblioteca Hayden, que tenia además equipos muy viejos con serpentines en muy mal estado. El Brochure y el Caso de estudio son basados en los resultados obtenidos en este edificio. (Este es un buen momento para invitar a los participantes a mirar el brochure y el caso de estudio.)

48 MIT, Biblioteca Hayden El Laboratorio
Desarrollo Energy Valve Delta T manager Resultados Delta T Final = 12.14°F TSw TRw AIDDC Data Internet Ethernet 42F 54F Allí se reemplazaron las válvulas convencionales por válvulas independientes de presión y a estas se le agregaron otros sensores, de presión, temperatura y caudal, y un actuador inteligente con comunicación IP que permitió la posibilidad de ser monitoreado y reprogramado desde Suiza vía Internet. Con esta información se desarrolló la Energy Valve y el algoritmo de control “Delta T Manager”, que lo veremos mas adelante. -Click: Esta gráfica muestra el tiempo que el Delta T manager estuvo activo, los detalles los veremos mas adelante.

49 Belimo Energy Valve ™ La Energy Valve es una válvula de control Independiente Presión que Optimiza, Documenta y Prueba el desempeño del Serpentín La fortaleza mas grande de la Energy Valve, además de ser una válvula independiente de presión, es su capacidad para recolectar información del sistema.

50 Belimo Energy Valve ™ Comisionamiento Continuo
El comisionamiento continuo, requiere que el loop de optimización se esté cerrando contantemente. Aquí vemos el loop, empezamos con la recolección de datos, estos deben ser analizados, luego se toman decisiones con base en el análisis y por último se compara con el punto inicial para medir cuanto se ha mejorado, y el loop continúa.

51 Belimo Energy Valve™ Componentes
BACnet Actuador Sensor de Flujo Válvula Walk through the components of the Energy Valve Valve – nothing fancy, just a flanged CCV Actuator, intelligent MFT based actuator. Allows for communication with EV sensors and BAS Flow Sensor – magnetic flow meter (same as ePIV) Temperature Sensors, one built in to the valve body, the second to be installed on the opposite side of the coil. BACnet – this item is really and electronics package that collects data from the temp sensors and the flow meter, but it can communicate via BACnet, and that is the selling point, so it is labeled as such. Sensores de Temperatura (Suministro y Retorno)

52 Belimo Energy Valve™ Adquisición de Datos
La Energy Valve almacena tendencias de: Flujo ΔT Energía Potencia Energía Totalizada Step 2 in the CC process (slide 1 or 4) Data acquisition Emphasize that the EV can log and store a large number of variables In addition to what is listed on the slide, it also logs: Valve position Control signal Delta T Manager signal When the Delta T manager is active

53 Belimo Energy Valve™ Adquisición de Datos
Comunicación en red y vía web Configuración en tiempo real Información en tiempo real Step 4 in the CC process (slide 1 of 2?) From the same Web Tool, valve can be configured Parameters that can be changed: Control Mode Delta T setpoint Vmax (flow set point) Feedback data Control signal, etc Also mention the ZTH-2 (not pictured) Handheld, parameter change device for field changes

54 Belimo Energy Valve™ Adquisición de Datos
Comunicaciones en Red BACnet MS/TP BACnet IP TCP/IP MP-Bus Si bien la válvula no requiere tener comunicaciones para trabajar, una señal de 2-10 VDC standard desde el controlador es suficiente, esta ofrece la opción de ser conectada a la red del edificio vía IP o a la red del sistema de automatización via BACnet, para poder descargar toda la información capturada.

55 Belimo Energy Valve™ Adquisición de Datos
Almacenamiento de Datos Almacena todas las variables medidas Los últimos 13 meses Exportar en formato .csv Herramienta de Excel Importar la información del archivo .csv Cartas, gráficos, tendencias La Energy Valve almacena automáticamente todas las variables medidas y calculadas durante los último 13 meses. Belimo dispone de una herramienta de análisis desarrollada en Excel que permite visualizar la información almacenada en la memoria del actuador. La herramienta se puede descargar de la página

56 Belimo Energy Valve™ Análisis de las curvas de potencia
La información almacenada o recolectada de la válvula se entra en la herramienta de análisis y en esta se puede ver el comportamiento de la energía (Línea verde, puntos rojos) y del Delta T (Línea azul, puntos azules) del serpentín.

57 Belimo Energy Valve™ Análisis de las curvas de potencia
Esta información nos permite encontrar el Punto de Saturación de Potencia real del serpentín. El Punto de Saturación de Potencia se puede encontrar observando la curva de potencia, cuando esta se estabiliza y se empieza a tornar horizontal. También se puede encontrar monitoreando el Delta T, cuando se alcanza el Delta T de diseño se llegó al punto de Saturación de Potencia.

58 Belimo Energy Valve™ Optimización
El Delta T Manager ajusta la válvula si el ΔT cae por debajo del punto de ajuste para mantener el serpentín en el punto pico de eficiencia El Delta T Manager es una funcionalidad opcional. Lo que esta hace es controlar el flujo de tal manera que el delta de temperatura no pase por debajo del punto de ajuste de delta T mínimo, normalmente este punto de ajuste es el Delta T de diseño. Para los programadores de secuencias de control, esto es un “Low Limit Sepoint Control”.

59 Belimo Energy Valve™ Optimización, Delta T Manager™
Actual Data from Delta T manager Green Line: indicates when Delta T Manager is on (1) or off (0) Purple Line: is the measured delta T, notice when this line drops below the set point (12F), the Delta T Manager turns on Blue Line: is the DDC valve set point, the blue and orange lines are overlaid in all places where the Delta T Manager is off Orange Line: is the Delta T Manager set point The highlighted red areas are the waste zones. This is when the coil would overflow (causing low delta T) if the Delta T Manager had not taken over control

60 Belimo Energy Valve™ Optimización, Delta T Manager™
La carga aumenta El flujo aumenta Actual Data from Delta T manager Green Line: indicates when Delta T Manager is on (1) or off (0) Purple Line: is the measured delta T, notice when this line drops below the set point (12F), the Delta T Manager turns on Blue Line: is the DDC valve set point, the blue and orange lines are overlaid in all places where the Delta T Manager is off Orange Line: is the Delta T Manager set point The highlighted red areas are the waste zones. This is when the coil would overflow (causing low delta T) if the Delta T Manager had not taken over control El Delta T disminuye

61 Belimo Energy Valve™ Optimización, Delta T Manager™
Control Normal Control por Delta T Actual Data from Delta T manager Green Line: indicates when Delta T Manager is on (1) or off (0) Purple Line: is the measured delta T, notice when this line drops below the set point (12F), the Delta T Manager turns on Blue Line: is the DDC valve set point, the blue and orange lines are overlaid in all places where the Delta T Manager is off Orange Line: is the Delta T Manager set point The highlighted red areas are the waste zones. This is when the coil would overflow (causing low delta T) if the Delta T Manager had not taken over control El Delta T disminuye y pasa por debajo del Punto de Ajuste Se activa el Delta T Manager

62 Belimo Energy Valve™ Optimización, Delta T Manager™
Se regresa al Control Normal Actual Data from Delta T manager Green Line: indicates when Delta T Manager is on (1) or off (0) Purple Line: is the measured delta T, notice when this line drops below the set point (12F), the Delta T Manager turns on Blue Line: is the DDC valve set point, the blue and orange lines are overlaid in all places where the Delta T Manager is off Orange Line: is the Delta T Manager set point The highlighted red areas are the waste zones. This is when the coil would overflow (causing low delta T) if the Delta T Manager had not taken over control El Delta T regresa por encima del Punto de Ajuste Se desactiva el Delta T Manager

63 Belimo Energy Valve™ Optimización, Delta T Manager™
Actual Data from Delta T manager Green Line: indicates when Delta T Manager is on (1) or off (0) Purple Line: is the measured delta T, notice when this line drops below the set point (12F), the Delta T Manager turns on Blue Line: is the DDC valve set point, the blue and orange lines are overlaid in all places where the Delta T Manager is off Orange Line: is the Delta T Manager set point The highlighted red areas are the waste zones. This is when the coil would overflow (causing low delta T) if the Delta T Manager had not taken over control Zona de Desperdicio

64 MIT, Biblioteca Hayden El Laboratorio
Allí se reemplazaron las válvulas convencionales por válvulas independientes de presión y a estas se le agregaron otros sensores, de presión, temperatura y caudal, y un actuador inteligente con comunicación IP que permitió la posibilidad de ser monitoreado y reprogramado desde Suiza vía Internet. Con esta información se desarrolló la Energy Valve y el algoritmo de control “Delta T Manager”, que lo veremos mas adelante. -Click: Esta gráfica muestra el tiempo que el Delta T manager estuvo activo, los detalles los veremos mas adelante.

65 Belimo Energy Valve™ Punto de Referencia, Diseño del Edificio
El primer punto de referencia es el diseño original Step 1 in the CC process (1 slide) The initial benchmark is the Engineer’s design, remember CC is about changes over time in a building. So the starting point is the design of the “new” building

66 Belimo Energy Valve™ Beneficios
Comisionamiento y Diagnósticos Monitoreo y recolección de información Comisionamiento Continuo Serpentín Administrar el ΔT para maximizar la eficiencia Optimización en aplicaciones de retrofit Control más efectivo Permite mantenimiento predictivo Bomba Reduce la energía consumida Planta de enfriamiento Mejora la eficiencia de la planta Libera capacidad de enfriamiento

67 Belimo Energy Valve Preguntas?


Descargar ppt "Síndrome de Bajo Delta T Optimización de la Planta de Enfriamiento Belimo Energy Valve™ CIAR 2013 Cartagena 2013 Ing. Julio Londoño julio.londono@us.belimo.com."

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