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DIFUSORES VAV RICKARD
Control Inteligente de la difusión

INFORMACIÓN TÉCNICA Y DISEÑO DEL
SISTEMA
• Introdución al concepto de VAV de baja
presión
• Eficiencia energética y coste del VAV de
baja presión
• Aplicaciones típicas
• Beneficios del sistema

INTRODUCIÓN AL CONCEPTO DE
GEOMETRIA VARIABLE EN VAV DE
BAJA PRESIÓN:
• INTENCIÓN DE ESTA PRESENTACIÓN:
• Crear una mejor comprensión del sistema
• Dar unas directrices para diseñar un
sistema efectivo de difusión de VAV de
baja presión.
• Discutir en profundidad sobre la
necesidad de un sistema de VAV; la
presentación tratará tambien del diseño
de conductos, control del sistema y
puesta en marcha del mismo

SISTEMAS DE DOBLE CONDUCTO
INDEPENDIENTES DE LA PRESIÓN:
• HACE 35 AÑOS LOS SISTEMAS DE DOBLE CONDUCTO FUNCIONABAN
BIEN, PERO ESTABAN GENERALMENTE SOBREDIMENSIONADOS, ERAN
ENERGETICAMENTE “INEFICIENTES” Y “CAROS” DE INSTALAR
• HOY LA DEMANDA ES DE SISTEMAS DE COSTE AJUSTADO Y
EFICIENTES ENERGÉTICAMENTE QUE OFREZCAN UN CONFORT
OPTIMO A LOS USUARIOS
• DE AHÍ LA PREFERÉNCIA POR LOS SISTEMAS DE VOLUMEN VARIABLE
FILTRO
BATERIA
AIRE DE
RETORNO
UTA
T
TERMOSTATO
T
TERMOSTATO

SISTEMA INDEPENDIENTE DE LA PRESIÓN:
GENERALMENTE SE USAN DOS SISTEMAS
PRIMERO:
EL USADO MÁS COMUNMENTE EN LOS EEUU, CON CAJAS
DE VAV INDEPENDIENTES DE LA PRESIÓN.
AIRE DE
RETORNO
FILTRO
BATERIA
VENTILADOR CON
VARIADOR DE FRECUÉNCIA
S
2 II CAJA VAV
UTA
CAJA VAV
T
TERMOSTATO
T
TERMOSTATO
DIFUSORES DE CONOS FIJOS
DIFUSORES DE CONOS FIJOS

CONTROL DEL VOLUMEN “AGUAS ARRIBA”
DEL DIFUSOR – INCONVENIENTES
• Este es el montaje típico de un sistema VAV independiente de la presión
• La caja VAV controla el caudal “aguas arriba” de un difusor de conos fijos
B
A
A caudales reducidos
• La difusión es perfecta al 100% del caudal pero empeora con la reducción del mismo
• A caudales menores al 50% la tendéncia es la caida del aire frio y la estratificación del
caliente
• Ausencia de inducción del ambiente en el flujo de impulsión a bajos caudales
• Aumento del consumo de poténcia y ruido asociado a las altas velocidades de paso
• La flexibilidad del sistema se compromete y el coste es alto para menos de 5
difusores por caja

SISTEMA DEPENDIENTE DE LA PRESIÓN
SEGUNDO:
• EL SISTEMA VAV MÁS COMUNMENTE USADO EN OTRAS
PARTES DEL MUNDO - DIFUSORES DE VAV DE GEOMETRIA
VARIABLE DEPENDIENTES DE LA PRESIÓN.
AIRE DE
RETORNO
FILTRO
BATERIA
VENTILADOR CON
VARIADOR DE FRECUÉNCIA
S
500 Pa
UTA
DIFUSORES DE
GEOMETRIA VARIABLE
T
T
T
TERMOSTATOS

Control del caudal en el difusor
• Esta es una solución típica en un sistema VAV dependiente de la presión
• El caudal de aire se controla mediante la geometria del difusor manteniendo la
velocidad de salida y garantizando una buena inducción
B
INDUCCION
AMBIENTE
A
Apertura de salida variada en el difusor
Presión constante en el conducto en A
• Sin embargo la pérdida de presión estática por la fricción en el cond. Flexible
entre A y B se ve afectada por los principios de la ley cuadrática
• Esto deriva en un incremento de la presión estática en B
• Se generan velocidades de salida más elevadas
• Manteniendo la relación inducción/aire nuevo
• Sin “caida” del aire frio ni estratificación del caliente

Difusor VAV de geometria variable
en Máxima posición:
• El caudal está al máximo cuando el disco de control está en esta
posición y el perfil geométrico del difusor es tal que asegura un buen
efecto Coanda.
DISCO DE CONTROL
AIRE DE IMPULSIÓN
AIRE DE IMPULSIÓN
AIRE AMBIENTE
INDUCIDO

Difusor VAV en la posición mínima
• El caudal se ha reducido al mínimo, la presión en el conducto está
controlada a un nivel constante y gracias al perfil de geometria
variable, el efecto Coanda se mantiene.
DISCO DE CONTROL
AIRE DE IMPULSIÓN
AIRE DE IMPULSIÓN
AIRE AMBIENTE
INDUCIDO

COMPARACIONES DE LOS DOS TIPOS DE
SISTEMAS:
• Ambos sitemas usan básicamente las mismas UTAs
• En ambos casos la intención es crear un sistema eficiente capaz de
generar un ambiente confortable y sin corrientes de aire que molesten
a los ocupantes
• Esto requiere energia para producir una buena inducción/reentrada del
aire ambiente en el flujo de aire primario
• El VAV Independiente de la Presión que usa difusores de conos fijos
tiene ventajas e inconvenientes:
– Velocidades en conducto relativamente altas para conductos
pequeños
– Ahorro de costes usando cajas VAV con un gran número de
difusores usadas en grandes espacios de oficinas
– Este sistema es tolerante con el pobre diseño de conductos e
instalación ya que no depende de un gran control de la presión
estática. Las cajas VAV compensan las grandes variaciones en la
presión del conducto.

COMPARACIONES DE LOS DOS TIPOS DE
SISTEMAS:
• Ventajas e inconvenientes del sistema dependiente de la presión con
difusores de geometria variable:
– Eficiencia energética y nivel sonoro – componentes del diseño del
sistema de baja presión estática
– Muy flexible – El control individual o por grupos son posibles en
CUALQUIER momento de la vida del edificio
– Dado que la presión estática en conducto es siempre constante,
los difusores VAV y CAV se pueden instalar en una misma tirada
de conducto
– Sin riesgo de “caida” del aire frio o estratificación
– Economicamente barata si se controlan menos de 5 difusores por
termostato y especialmente si se requiere un control individual de
las salas
– Mayor tirada de conductos y mayor atención al diseño pero por
contra se ahorran m² de chapa y son de menor espesor
– El sistema es más caro cuando se trata de grandes áreas de
oficinas

MÁS COMPLEJAS Y LARGAS REDES
DE CONDUCTOS DE DISTRIBUCIÓN
UN SISTEMA TÍPICO DE COMPUERTAS
CON SENSOR DE PRESIÓN ESTÁTICA
R
B
0.40 II
0.48 ”
0.4” I
0.60 ’’’ 0.80 ’’’
COMPUERTA
S
S
A
SENSOR DE
PRESIÓN
ESTÁTICA
0.24 II 0.24 II
0.20”I 0.20 ’’
0.48”
S
RAMAL
0.4 ” 0.20 II 0.20 II

Distribución del aire
(Cálculos para los difusores VAV de geometría variable)
• No hay mágia ni se necesita ser ingeniero espacial para ver porqué el
sistema no estratifica el aire caliente ni deja caer el frio. El siguiente
cálculo demuestra claramente porqué:
– Presión del aire en el conductode impulsión tarada a: 50 Pa
– Pérdida de carga por fricción en el flexible al 100% 12.5 Pa
– Por tanto, estática en el cuello del difusor; (50 – 12.5) = 37.5 Pa
– Al 30% de caudal, la velocidad en el flexible se reduce tambien en 30%
como el control se hace en el difusor; (30/100) 2 x 12.5 = 1.13 Pa
– Resultando una presión disponible en el difusor; (50 – 1.13) = 48.87 Pa
– Como el caudal se reduce,solo la masa de aire se reduce, pero se
mantiene la velocidad de salida y, de hecho,se incrementa algo por la
recuperación de Presión Estática mostrada en el cálculo anterior.

Comparación de energia de salida
• La energia de salida cae con la reducción del volumen de aire expulsado por
una apertura fija.
• En el caso de una apertura de geometria variable, la reducción del área de
salida, resulta en un aumento de la velocidad de salida que limita la reducción
de la energia de expulsión
COMPARATIVE ENERGY
FLOW
RATE
100%
75%
50%
FIXED
APERTURE
100%
42%
12%
VARIABLE
GEOMETRY
100%
76%
54%
33%
3,6%
• Calculos:
• Energia cinética: E = ½ x M x V 2 (donde M = Masa y V = Velocidad)
• AT 100% : E = ½ x 1 x 1 x 1 = 0.50 (100%)
• AT 33% : E = ½ x 0,33 x 0,33 x 0,33 = 0.018 (3,6 %) (FIJO)
• E = ½ x 0,33 x 1,1 x 1,1 = 0.20 (40%) (VARIABLE).
40%

Diseño de conductos:
• Para un sistema de VAV de geometría variable de baja presión efectivoy
bien diseñado se debe tener cuidado con el proyecto de conductos.
• Dos principios básicos de diseño de conductos se consideran:
– Igual fricción – Para velocidades de conducto por debajo de 5 m/s y
sistemas simples
– Recuperación estática – Para velocidades de conducto por encima
de 5m/s y sistemas más complejos
• Existen diversos métodos de control de presión comunes a los sistemas
de cajas de VAV y VAV de geometria variable:
– Control con compuertas de Bypass simple, o
– Variadores de frecuéncia sofisticados, compuertas de iris o
compuertas de regulación.

LOS PRINCIPIOS DE RECUPERACIÓN ESTÁTICA
CON DISEÑO DE CONDUCTOS:
P S = 50Pa
P S = 55Pa
P S = 60Pa
A
P V = 20Pa
P V = 15Pa
P V = 10Pa
B
P T = 70Pa
P T = 70Pa
P T = 70Pa

Compuertas dobles de Bypass
• Un diseño de conductos eficiente combinado con un ventilador de velocidad
variable mantienen la presión en conducto en aproximadamente 60Pa.
• Con un ventialdor de velocidad fija en la unidad, y un pobre diseño de
conductos, la presión en estos se puede controlar usando dobles compuertas
de bypass o si se selecciona bien, una compuerta de bypass
• La doble compuerta debe permitir el paso de suficiente caudal para mantener
la presión requerida en los conductos
• La compuerta de bypass debe eliminar el exceso de presión hacia el retorno
de la unidad de ventilación

Esquema de una instalación típica con compuerta
de bypass y sensor de presión:
SENSOR DE
PRESIÓN
CABLE DEL
SENSOR
CONTROLADOR
DE PRESIÓN

Más sobre dobles compuertas y Bypass simple
• Generalmente usado en sistemas pequeños
• No eficiente energéticamente
• Bajo coste
• Se puede ajustar a sistemas existentes
SENSOR DE PRESIÓN
ESTÁTICA MONTADO
A MITAD O 2 TERCERAS
PARTES ENTRE LA COMPUERTA
Y EL FINAL DEL CONDUCTO
COMPUERTA
DE BYPASS
COMPUERTA

Características de las compuertas de transfer
• Las compuertas de RICKARD son las únicas que tienen una relación lineal
entre el caudal y la apertura del actuador
• Esta característica permite un control más preciso de la presión en conducto
• Previene sobrecompensaciones de pequeñas variaciones de presión del
sistema
COMPUERTA DE LAMAS OPUESTAS
COMPUERTA DE LAMA AERODINÁMICA
100%
100%
75%
75%
VOLUMEN
DE AIRE
50%
VOLUMEN
DE AIRE
50%
25%
25%
0
25% 50% 75% 100%
APERTURA DEL ACTUADOR
0
25% 50% 75% 100%
APERTURA DEL ACTUADOR

REQUISITOS DE PRESIÓN ESTÁTICA PARA EL
VENTILADOR DE UN SISTEMA SIMPLE:
Conductos de retorno/filtros/registros, etc:
Accesorios de la UTA:
Fricción del conducto (A-B):
Presión del sistema (Cond. Flexible y difusor):
Total:
B
75Pa 60Pa
70Pa I
60Pa
100 Pa
400 Pa
40 Pa
60 Pa
600 Pa
70Pa I
60Pa
C
A
150Pa
S
AIRE DE RETORNO
100Pa
CONTROL DE PRESIÓN
DE LA COMP. BYPASS

SELECCIÓN DE VENTILADORES PARA SISTEMAS DE
VAV DE GEOMETRIA VARIABLE MÁS COMPLEJOS
• Conductos de retorno/filtros/registros, etc: 135 Pa
• Accesorios de la UTA :
400 Pa
• Fricción del conducto(A-B):
200 Pa
• Compuerta de control de presión (PCD-E): 40 Pa
• Presión del sistema (Cond. Flexible y difusor):60 Pa
• Total:
835 Pa

Puesta en marcha de un sistemade VAV de
geometria variable:
S
I
G
E
C
A
UTA
J
H
F
D
B

Puesta en marcha de un Sistema Simple:
• PASO 1: Colocar todos los difusores en posición totalmente abierta
• PASO 2: Seleccione el difusor que requiere la presión más alta para
satisfacer su volumen de diseño (probablemente el difusor de la sala
con mayor carga de frio) Mida el caudal de aire de este difusor con una
campana correctamente dimensionada.
• PASO 3: Ajustar la presión estática en el conducto hasta que se
alcance el caudal deseado en este difusor.
• PASO 4: Podemos suponer que seguramente todos los difusores
anteriores a este tendran, como mínimo, el mismo caudal y unas
tomas al azar lo confirmaran. De todas maneras, si se desea, el
técnico solo necesita hacer un muestreo para confirmar que estos
difusores con menor presión que la unidad inicial, expulsan el mismo
caudal.
• En funcionamiento, el sistema es auto-equilibrante por el hecho que
cada difusor se ajusta a las necesidades de la habitación.

Puesta en marcha de un sistema complejo de
VAV de geometria variable:
SISTEMA TIPICO DE FUNCIONAMIENTO CON
COMPUERTAS DE CONTROL DE PRESION
200Pa
250Pa
R
150Pa
55Pa
COMPUERTA
170Pa
S
SENSOR DE
PRESIÓN
ESTÁTICA
60Pa
RAMAL A
S
150Pa
50Pa 50Pa RAMAL B
170Pa
S
150Pa 60Pa 60Pa
RAMAL C

Puesta en marcha de un sistema complejo:
• PASO 1: Seleccione el ramal “indice” – Lógicamente el más alejado de la
UTA o el que requiera la mayor presión estática. Este conducto es el que
tiene más opciones de quedarse sin aire si el ventilador no impulsa el
suficiente y en este ejemplo, es el conducto C.
• PASO 2: La compuerta que regula este ramal se debe poner totalmente
abierta.
• PASO 3: Abrir totalmente los difusores de este ramal.
• PASO 4: Seleccionar el difusor con mayor necesidad de presión para
cumplir con el caudal de diseño.
• PASO 5: Ajustar la presión en el conducto principal hasta que el difusor
seleccionado consiga el caudal requerido.
• PASO 6: Ahora, sin ajustar nada en el conducto, ajustar el presostato del
ramal en el valor tomado en las mediciones anteriores.
• PASO 7: Para el resto de ramales proceder como para un sistema simple,
ajustando elcontrolador de presión estática de la compuerta más relevante
de cada ramal.
• NOTA: Si por alguna razón se necesita incrementar la presión estática de
la rama principal, no preocuparse, los presostatos ya ajustados se
reajustaran solos.

Puesta en marcha
(Recomendaciones comp. de regulación manual)
• Es altamente recomendable que NO se instalen compuertas de
regulación manual.
• Si existen, el tecnico tendrá tentación de aumentar sin necesidad la
presión estática de los conductos y cerrando la compuerta manual,
regular el caudal del difusor.
.
NO!

Puesta en marcha
(Recomendaciones comp. de regulación manual)
Pongamos por ejemplo que la presión estática del ramal esta tarada a 100Pa
cuando lo necesario serian 50Pa :
– En el ejemplo anterior, para conseguir el 100% de caudal, la presión
estática en el cuello del difusor se calculó en 40Pa.
– La pérdida en el conducto flexible al 100%, como antes, es de 10Pa.
– La pérdida por fricción a traves de la compuerta de regulación debe ser de
50Pa para satisfacer el caudal del 100%.
– A un 30% del caudal, la perdida por fricción en el flexible y la compuerta
de regulación se puede calcular; (50+10)*(30/100) 2 = 5.4 Pa. Esto nos da
una presión estática en el cuello del difusor de; 100-5.4 = 94.6 Pa
– Con una presión estática tan elevada aún al caudal mínimo, tenemos un
sobreenfriamiento de la sala tratada
– Este ejemplo demuestra también que la inclusión de compuertas
manuales, anula la autocompensación de los sistemas VAV dependientes
de la presión y es un gasto total y muy elevado.

Eficiencia
(Ahorros en la instalación inicial)
• La comparación se ha hecho entre 2 edificios históricos con una unidad de
tratamiento de aire de 9438 l/s.
• Suposiciones:
– 25 cajas de VAV o difusores VAV master
– 17 de las cajas VAV sin baterias de agua caliente para las zonas exteriores
– 8 de las cajas VAV sin calefactores para las zonas interiores
– 100 difusores de impulsión
• Coste estimado de la instalación:
– Cajas VAV con ventilador $ 71,400
– Cajas VAV standard $ 61,050
– Difusores VAV con bateria $ 53,970
– Difusores VAV controlados electrónicamente $ 59,870.

Comparación de eficiencia energética:
• Suposiciones para cajas VAV:
– Una caja VAV para cada 1,000 m²
– Caudal de aire 566 l/s
– Número de difusores por caja VAV 5 units
– Caudal máximo por difusor 113 l/s
– Número de cajas VAV con ventilador 78 units
– kW de motor por caja VAV motorizada 0.186 kW
– Eficiencia de las cajas VAV con motor (ASHRAE 2001 F29.7) 54 %
– Presión estática de entrada a las cajas VAV con motor 125 Pa
– Número de cajas VAV de simple conducto 42 units
– Presión estática de entrada a las cajas VAV de simple cond. 190 Pa
– Eficiencia estática del ventilador principal 75 %
– Eficiencia del motor del ventilador principal 90 %
– Tensión de entrada del servo del VAV 2.0 Watts.

Comparación de eficiencia energética:
• Suposiciones para los difusores VAV:
– Caudal por difusor 113 l/s
– Tensión del difusor 2.0 Watts
– Presión estática en conducto del difusor de imp. 30 Pa

Comparación de la eficiéncia energética:
• Poténcias necesarias (Cajas VAV motorizadas y standar):
– Cajas VAV motorizadas:
• Poténcia para las cajas VAV motorizadas con motor (78x0.186/0.54) 26.87 kW
• Poténcia del ventilador principal (con la presión estática necesaria) 8.15 kW
– Cajas VAV standard:
• Poténcia del ventilador principal (con la presión estática necesaria) 6.69 kW
– Poténcia para los servos de las cajas VAV 0.134 kW
– POTÉNCIA TOTAL DEL VENTILADOR PRINCIPAL 41.84 kW
– Carga de frio total debida a la poténcia de ventiladores y servos 41.84 kW
– Poténcia adicional del motor de la enfriadora para cubrir la carga de frio 8.37 kW
• POTÉNCIA TOTAL ADICIONAL (Ventiladores + Chillers) 50.21 kW

Comparación de la eficiéncia energética:
• Poténcias necesarias (Difusores VAV de geometria variable):
– Difusores VAV de geometria variable :
• Poténcia del ventilador principal (Pres. Estática de impulsión)
• Poténcia par los servos de los difusores VAV
3.02 kW
1.20 kW
– POTÉNCIA TOTAL 4.22 kW
– Carga de frio total debida a la poténcia de ventiladores y servos 4.22 kW
– Pot. adicional del motor de la enfriadora para cubrir la carga de frio 0.84 kW
• POTÉNCIA TOTAL ADICIONAL (Ventiladores + Chillers)
5.06 kW

Comparación de la eficiéncia energética:
(Cajas VAV vs Difusores VAV)
• AHORROS EN POTÉNCIA TOTAL:
(50.21 - 5.06) = 45.15 kW
• AHORRO TOTAL EN CARGA DE FRIO:
(41.84 – 4.22) = 37.62 kW.

Coste en eficiéncia:
• La recuperación estática en el diseño de conductos se añade a la eficiéncia
energética:
– Los sistemas VAV de baja presión que usan la recuperación estática en el
diseño de conductos son todavia más eficientes energeticamente.
– Los sistemas de alta presión son tolerantes con las deficiéncias de diseño
de conductos, pero necesitan presión adicional para esconder estas
deficiéncias y incrementan los costes operativos
• Trabajos de mantenimiento:
– Los trabajos de mantenimiento en un sistema de geometria variable de baja
presión virtualmente se eliminan o, en el peor caso, se hacen más sencillos
– Los difusores VAV de geometria variable estan libres de mantenimiento –
todo lo que necesitan es ser limpiados con la misma frecuéncia que los
difusores de un sistema de volumen constante.

Coste en eficiéncia y control individual
• Los sistemas de difusores VAV de geometria variable – Requieren menos
conducto. Por tanto reducen el coste principal
• En un sistema de difusores VAV de baja presión, el control individual de los
difusores es una realidad asequible.

Coste en eficiéncia y control individual
• Un sistema de cajas de VAV comparable necesita mucho más conducto
• En un sistema de alta presión de cajas VAV, el control individual es posible
pero con un coste adicional de espacio y dinero.

BENEFICIOS DEL SISTEMA:
• Baja presión – Eficiencia
energética
• Difusores VAV y CAV en el
mismo sistema de conductos
• Apto para sistemas de todos
los tamaños
• El diseño de conductos con
recuperación estática se
añade a la eficiéncia
energetica del sistema
• Ahorro en la instalación inicial
• Caudales máximo y mínimo
configurables en fábrica o en
obra
• No requiere equilibrado
• Sin caida del aire frio ni
estratificado del caliente
• Control analogico/DDC
electronico, térmico y
neumático
• Eliminación del
mantenimiento o, como
mínimo, simplificación
• Total flexibilidad – el sistema
de control modular permite a
los difusores esclavos
convertirse en master
• Unidades terminales UL
Certified SCR Controlled
Reheaters Available
• Simple diseño del sistema.

INSTALACIONES TIPO:
• Oficinas de propiedad o alquiler - VSD, VLN o WBD
• Hospitales – Salas y oficinas de enfermeria – WBD, VSD o VLN
• Dormitorios universitarios y escolares – WBD, VSD
• Escuelas – Clases y oficinas administrativas – VSD y WBD
• Cuarteles militares – WBD, VSD
• Iglesias – Santuarios, oficinas y salas multifunción – VSD, VSW
• Salas de conferéncia e instalaciones – VSD, VRD y VLN
• Bancos – Oficinas y entidades bancarias – VSD, VSW, VLN
• Consultorios médicos – VSD, WBD, VLN
• Clínicas – Consultas, salas de examen y de espera – VSD, VLN, WBD
• Tiendas especializadas – VCD, WBD
• Casas de lujo – VSD, WBD, VLN.