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Fugas de gas refrigerante: impacto ambiental y desafíos en la operación industrial y comercial (parte 2)

Wed, 28 Aug 2024 12:57:55 -0600

Como lo vimos en la primera parte de este artículo, enfrentar las fugas de gas refrigerante es crucial para la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas de refrigeración industrial y comercial, pues estas fugas no solo comprometen el rendimiento operativo, sino que también generan impactos ambientales y financieros considerables.

En esta segunda parte, exploraremos en detalle la clasificación de las fugas, las legislaciones vigentes en México, los puntos de fuga más comunes y las mejores prácticas para la instalación de sistemas de refrigeración y aire acondicionado. Además, revisaremos las normas y estándares aplicables, ¡acompáñanos!

Clasificación de las fugas de gas refrigerante

Las fugas de gas refrigerante se pueden clasificarse en:

Emisiones difusas: fugaces y difíciles de localizar, generalmente causadas por roturas, accidentes inesperados o la degradación de la estanqueidad. Para manejarlas, es recomendable utilizar detectores portátiles y transmisores de ambiente para identificar la fuente de la fuga con mayor precisión.
Degradación de la hermeticidad: la hermeticidad en un sistema de refrigeración puede verse afectada por cambios en la temperatura, presión y vibraciones.
Roturas: las roturas suelen ser causadas por una instalación deficiente. Para prevenirlas, es crucial aplicar medidas correctivas durante la instalación y realizar mantenimiento regular y preventivo.

Legislación en México

En México, la legislación sobre la gestión de sustancias peligrosas y la responsabilidad ambiental es estricta. buscando proteger el medio ambiente y los recursos naturales. A continuación, se detallan las principales leyes y artículos:

Código Penal Federal.

Artículo 414: Establece penas para quienes manejen sustancias peligrosas sin las medidas de seguridad adecuadas. Las sanciones incluyen prisión de uno a nueve años y multas de entre 300 y 3,000 días de salario. También, se sanciona a quienes permitan acciones que causen daño a los recursos naturales o al medio ambiente.

Ley Federal de Responsabilidad Ambiental.

Artículo 10: Este artículo establece la responsabilidad de cualquier persona física o moral que cause daño al medio ambiente, ya sea directa o indirectamente. La ley exige que el responsable repare los daños ocasionados, y en caso de que la reparación no sea posible, se debe realizar una compensación ambiental de acuerdo con lo establecido por la ley.

Artículo 24: Las personas morales (empresas, organizaciones) son responsables por los daños ambientales causados por sus representantes, administradores, gerentes, directores, empleados, o cualquier persona que tenga control funcional sobre las operaciones de la organización. La responsabilidad se atribuye si estas personas actúan de manera negligente, omisa, o en el ejercicio de sus funciones en nombre de la persona moral, o si consienten o autorizan acciones que resulten en daño ambiental.

Artículo 25: Este artículo aclara que los daños al medio ambiente pueden ser atribuidos a una persona física o moral que omitió tomar medidas para evitar el daño, siempre y cuando tuviera la obligación jurídica de hacerlo. El daño se considera resultado de una conducta omisiva si se determina que la persona tenía el deber de actuar, basado en una ley, contrato, su rol de garante, o acciones previas.

Puntos de fuga ¿qué son y cuáles son los más comunes?

Como se mencionó anteriormente, las fugas en sistemas de refrigeración pueden llevar a pérdidas significativas de refrigerante, incrementando el consumo energético y los costos operativos. Los puntos de fuga más comunes en sistemas de refrigeración incluyen:

1. Componentes maniobrables:

Válvulas de servicio: frecuentemente sujetas a desgaste o incorrecta instalación.
Tapones: pueden ser una fuente de fugas si no están bien sellados.

2. Componentes roscables:

Conexiones abocardadas (Flare): pueden fallar debido a una instalación inadecuada.
Conexiones SAE: su diseño puede hacerlas propensas a fugas si no se aprietan adecuadamente.
Válvulas de servicio (obuses): sus juntas o sellos pueden deteriorarse con el tiempo.

3. Componentes desmontables:

Filtros: pueden desarrollar fugas en las juntas o conexiones.
Bridas: pueden aflojarse o desgastarse, causando fugas.

4. Otros componentes:

Condensadores: las fugas pueden ocurrir debido a corrosión o daño físico.
Evaporadores: pueden tener fugas debido a fallos en los intercambiadores de calor.

Buenas prácticas para la instalación de sistemas de refrigeración comercial y aire acondicionado

Según las directrices establecidas por la U.S. Environmental Protection Agency Stratospheric Protection Division en el documento “GreenChill Best Practices Guideline: Ensuring Leak-Tight Installations of Commercial Refrigeration Equipment”, es fundamental seguir varios procedimientos de verificación para garantizar la ausencia de fugas.

Y aunque estas recomendaciones se aplican principalmente a instalaciones de refrigeración comercial, como cámaras y vitrinas, sus principios también son relevantes para sistemas de aire acondicionado debido a la similitud en su operación.

El primer paso en la verificación de un sistema de refrigeración es realizar una inspección visual preliminar. Este proceso implica varias actividades clave como la revisión de tubos y uniones, el chequeo de soportes y conexiones y la inspección de uniones mecánicas.

Durante el proceso de soldadura con barridos de nitrógeno, es esencial mantener una presión de nitrógeno activa entre 1 y 5 psi. Este barrido con nitrógeno ayuda a prevenir la formación de óxido cúprico, que puede deteriorar las uniones soldadas y causar fugas, ya que las soldaduras sin nitrógeno pueden llevar a la oxidación del cobre, creando puntos débiles que podrían resultar en fugas.

Una vez completadas las inspecciones preliminares y las soldaduras, se debe proceder a la prueba de presurización:

Aislamiento de los componentes: aislar los componentes que no sean adecuados para los niveles de presión establecidos. Esto es especialmente importante para condensadores y evaporadores, que a menudo ya vienen probados de fábrica en los sistemas de aire acondicionado; pero para sistemas de refrigeración comercial, hay que considerar que estos componentes pueden no estar cargados con refrigerante y requieran pruebas adicionales.
Selección del gas trazador: utilizar nitrógeno seco como gas trazador y evitar el uso de refrigerantes durante la prueba de presurización.
Apertura de válvulas: asegurar que todas las válvulas estén abiertas antes de comenzar la prueba.
Ejecución de la prueba de presurización: cargar el sistema con nitrógeno seco regulado, y si es necesario, con el gas trazador adecuado, para elevar la presión del sistema a un mínimo de 300 psi. Verificar los puntos de acceso para confirmar la presurización.

Las derivaciones del sistema pueden ser probadas en segmentos para reducir el tiempo necesario. Sin embargo, para la prueba final, todas las válvulas deben estar abiertas. Si se detecta una fuga, debemos seguir estos pasos:

Aislar la fuga del resto del sistema.
Realizar las reparaciones necesarias.
Volver a probar el área para confirmar que la fuga ha sido reparada.
Re presurizar el área a un mínimo de 300 psi.

Normas y estándares

De acuerdo con el ASME B31.5, la prueba de presurización debe realizarse a una presión de 1.5 veces la presión de diseño o de operación del sistema y el BSEN 378, nos indica que la prueba de presurización debe llevarse a cabo con la siguiente fórmula:

Presión de prueba de estanqueidad = 1.0 × PS

Donde PS es la “Presión Máxima Permitida (PS)”, también conocida como la “Presión Máxima de Funcionamiento Permitida (MAWP)”, está diseñado para operar de manera segura y se indica en la placa de identificación del recipiente (esta presión puede ser igual o mayor que la presión de diseño del sistema).

Antes de continuar debemos asegurarnos de que todas las válvulas que se cerraron para aislar la fuga estén abiertas nuevamente después de la reparación.

Después de verificar que el sistema no presenta fugas, es necesario mantener el sistema sin alteraciones durante 24 horas. La presión no debe variar más de 1 libra respecto al nivel inicial, ya que los cambios en la temperatura ambiente pueden causar ligeros aumentos o disminuciones en la presión. Si la presión del sistema se mantiene dentro de este rango durante las 24 horas, estará listo para aplicar el vacío. Finalmente, se puede liberar la carga de nitrógeno al ambiente, asegurando una ventilación adecuada.

Evaluación previa del vacío del sistema

Para asegurar un vacío adecuado y eliminar nitrógeno, aire y humedad, que pueden causar bloqueos por hielo en la válvula de expansión y acumulación de cera y ácido en el aceite, se deben seguir ciertos pasos preliminares.

Primero, debemos asegurarnos de que el sistema esté completamente despresurizado, para así poder conectar la bomba de vacío en al menos dos puntos del sistema de refrigeración (la bomba debe tener una capacidad mínima de 8 CFM) y se debe cambiar el aceite lubricante según las recomendaciones del fabricante. Además de utilizar un medidor de micrones adecuado que sea capaz de medir hasta 300 micrones.

Procedimiento de evacuación por triple vacío

Es importante recordar que los requisitos de vacío pueden variar según las especificaciones del cliente y/o normativas.

Comenzamos realizando un vacío en el sistema hasta alcanzar al menos 1000 micrones (+/- 50 micrones) y luego debemos cerrar las válvulas del encabezado de vacío. Si el sistema no puede mantener el vacío y vuelve a la presión atmosférica, indicar una fuga y realizar las pruebas y reparaciones necesarias siguiendo el procedimiento con gas trazador previamente descrito.

Si el vacío de 1000 micrones se mantiene durante 30 minutos, romper el vacío con nitrógeno seco hasta alcanzar una presión de 2 psig, posteriormente se debe realizar un segundo vacío hasta un mínimo de 500 micrones. Si el vacío de 500 micrones se mantiene durante al menos 30 minutos, rompa el vacío con nitrógeno seco o con el refrigerante que se utilizará en el sistema, alcanzando una presión de 2 psig.

Finalmente debemos se tiene que proceder con un tercer vacío hasta alcanzar un mínimo de 300 micrones y posteriormente cerrar las válvulas del sistema de refrigeración. Dejar que el sistema repose durante al menos 24 horas. Si el vacío de 300 micrones se mantiene durante 24 horas con una variación máxima de 100 micrones, el sistema está listo para ser cargado con refrigerante, por último, romper el vacío con el refrigerante que se utilizará en el sistema y llenar el sistema hasta alcanzar la presión estática correcta en ambos lados (baja y alta presión).

Procedimientos adicionales para equipos de precisión

Para algunos equipos de precisión, se pueden requerir procedimientos adicionales específicos. Estos incluyen presurizar el sistema a 200 o 150 psi, según corresponda, y demostrar que el sistema mantiene la presión durante 24 horas.

Además, se debe documentar el proceso fotografiando las conexiones del vacuómetro e indicando la presión atmosférica. Los registros de vacío deben incluir mediciones a 5000 micrones, 2000 micrones, 1000 micrones, 500 micrones, y finalmente a 250 micrones antes de apagar la bomba. También, se debe demostrar que el vacío se mantiene durante un mínimo de 4 horas antes de romper el vacío con refrigerante.

En KINENERGY, entendemos que abordar todos estos aspectos de manera integral es clave para prevenir problemas y garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas.

Si tienes alguna duda o necesitas asesoramiento, nuestro equipo de expertos está preparado para ayudarte a implementar estas prácticas con éxito, ¡déjanos tus datos!

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José Luis Arcos

Coordinador HVAC

Cuenta con más de 14 años de experiencia en sistemas de HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), ha desarrollado actividades en el área de diseño, instalación y TAB (Testing, Adjusting and Balance) de sistemas de climatización en bancos, centros de telecomunicaciones, retail, hoteles, centros comerciales y edificios.

En 2016 se unió a KINENERGY como especialista en comisionamiento en HVAC, donde se ha enfocado en el desarrollo de pruebas funcionales a sistemas de HVAC para certificación LEED hasta la realización de pruebas integrativas de commissioning nivel 5, de igual manera ha participado en diversos proyectos realizando pruebas de Cx, TAB, pruebas a envolvente y de integrity room, en México, Centroamérica y Sudamérica.

Referencias:

ASHRAE 34-2022 y ASHRAE 15-2022 para normativas de seguridad en refrigerantes.

Acuerdo de Kigali, 2016: reducción gradual de HFC.

Refrigerant Loss, System Efficiency and Reliability – A Global Perspective; GEA Refrigeration UK Ltd for Institute Of Refrigeration (IOR). ©Institute of Refrigeration Annual Conference 2013.

SERVICIOS

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Fugas de gas refrigerante: impacto ambiental y desafíos en la operación industrial y comercial (parte 1)

Wed, 21 Aug 2024 10:36:00 -0600

La refrigeración industrial y comercial enfrentan actualmente uno de sus mayores desafíos: las fugas de gas refrigerante. Estas fugas no solo representan un problema operativo, sino que también tienen un impacto significativo en el medio ambiente y en los costos asociados al mantenimiento y operación de los sistemas de refrigeración.

En este artículo, exploraremos las causas y consecuencias de las fugas de gas refrigerante, así como las medidas necesarias para minimizarlas y cumplir con las normativas internacionales vigentes.

Impacto ambiental y normativas internacionales

En las últimas décadas, la creciente preocupación por el calentamiento global ha impulsado a las naciones a adoptar medidas como los Protocolos de Montreal (1988) y Kioto (1992), que buscan reducir el uso de refrigerantes que afectan la capa de ozono y contribuyen al cambio climático. Estos esfuerzos han llevado a la eliminación progresiva de refrigerantes como los CFC y HCFC, que son altamente perjudiciales para el medio ambiente.

El Acuerdo de Kigali, firmado en diciembre de 2016, marcó un hito al establecer que 197 países se comprometen a reducir gradualmente los refrigerantes HFC. Estos refrigerantes, aunque menos dañinos que sus predecesores, siguen teniendo un elevado Potencial de Calentamiento Global (PCA), lo que resalta la importancia de evitar su liberación a la atmósfera.

La importancia de la prevención de fugas

La pérdida de refrigerante reduce la eficiencia del sistema de refrigeración, lo que a su vez aumenta el consumo energético. Además, es esencial integrar nuevas herramientas, técnicas, procedimientos y sistemas de detección y gestión que minimicen las fugas de gases refrigerantes.

Esto es especialmente relevante en la refrigeración comercial, donde las tasas de fuga pueden variar entre el 15% y el 33% anual, según datos de la Agencia de Medio Ambiente y Control de la Energía de Francia (ADEME).

Características y vulnerabilidades de los sistemas de refrigeración

Las instalaciones frigoríficas que operan con el ciclo de compresión de vapor requieren un fluido refrigerante que circula a través del sistema, cambiando de estado de vapor a líquido en el condensador y de líquido a vapor en el evaporador. Este proceso debe cumplir con ciertas condiciones:

Estado gaseoso: los refrigerantes deben estar en estado gaseoso a las presiones y temperaturas ambientales habituales.
Presión elevada: dentro del sistema frigorífico, el refrigerante generalmente se encuentra a una presión mayor que la atmosférica.

Estas condiciones hacen que cualquier falla en la estanqueidad del sistema, por mínima que sea, pueda resultar en una fuga y mantener la estanqueidad total a lo largo de la vida útil del sistema es complicado debido a factores como variaciones de presión, temperatura, vibraciones y mantenimiento.

Causas principales de la degradación de estanqueidad

Estudios recientes, como los contenidos en la ADEME (Agencia de Medio Ambiente y Control de la Energía de Francia), han identificado nueve causas principales que contribuyen a la degradación de la estanqueidad en sistemas frigoríficos:

Soldaduras defectuosas: errores en las uniones soldadas pueden crear puntos débiles propensos a fugas.
Ajustes inadecuados de tuercas y tornillos: tanto los ajustes insuficientes como los excesivos pueden afectar la estanqueidad, permitiendo la fuga de refrigerante.
Tapones de válvulas no colocados: la omisión de estos elementos esenciales facilita la pérdida de gas.
Incompatibilidad de componentes con aceites de lubricación (retrofit): el uso de componentes que no son compatibles con los aceites de lubricación puede provocar deterioro en las juntas y sellos, facilitando las fugas.
Vibración excesiva de componentes mecánicos, especialmente compresores: las vibraciones continuas pueden aflojar conexiones y generar pequeñas fisuras.
Expansiones térmicas: los cambios de temperatura causan expansión y contracción de los materiales, lo que puede generar fisuras en las uniones.
Corrosión provocada por alimentos: en instalaciones comerciales como muebles refrigerados, la corrosión inducida por el contacto con alimentos puede comprometer la integridad del sistema.
Contacto entre metales (cobre-hierro): este tipo de contacto puede llevar a la abrasión o corrosión galvánica, creando puntos vulnerables.
Soporte inadecuado de tuberías: la falta de soporte adecuado puede generar tensiones adicionales en las uniones, incrementando el riesgo de fugas.

La identificación y mitigación de estas causas son esenciales para prolongar la vida útil de los sistemas frigoríficos y minimizar el impacto de las fugas de refrigerante.

¿Qué es el sobrecalentamiento y por qué es importante?

El sobrecalentamiento se refiere al aumento de temperatura del refrigerante en estado de vapor después de haber absorbido suficiente calor para evaporarse completamente. Este proceso asegura que el refrigerante que llega al compresor esté en fase de vapor, lo que es fundamental para evitar que el compresor sufra daños por la entrada de líquido refrigerante, pues la presencia de líquido puede causar daños mecánicos severos.

También sirve como un indicador del estado de la carga de refrigerante en el sistema. Un bajo nivel de sobrecalentamiento puede indicar un exceso de refrigerante en el sistema, mientras que un sobrecalentamiento alto puede sugerir una carga insuficiente.

El sobrecalentamiento refleja cuán eficientemente está funcionando el evaporador. Si el serpentín del evaporador está bien lleno de refrigerante en ebullición, puede absorber más calor del ambiente o del objeto que se desea enfriar. Sin embargo, si hay demasiado refrigerante en el evaporador, existe el riesgo de que no se evapore por completo, lo que puede llevar a problemas de rendimiento y daños en el compresor.

Mantener un sobrecalentamiento dentro del rango óptimo (generalmente entre 20°F y 30°F para la mayoría de los compresores) asegura que el sistema de refrigeración opere de manera estable y confiable. Esto evita fluctuaciones que podrían afectar el rendimiento del sistema y la calidad del enfriamiento.

Cuando un sistema de refrigeración opera con menos del 100% de la carga mínima requerida de refrigerante, su eficiencia disminuye, lo que lleva a un aumento en el consumo de energía. Por ejemplo, un sistema que funciona con solo el 80% de la carga mínima de refrigerante puede llegar a consumir un 15% más de energía en comparación con un sistema que opera con la carga adecuada. Este incremento en el consumo energético se traduce directamente en mayores costos de operación.

La relación entre el porcentaje de fugas de refrigerante y el costo de funcionamiento de la instalación se puede visualizar claramente:

Consecuencias de las fugas en sistemas de refrigeración

Operativas. Una fuga reduce la eficiencia de enfriamiento del sistema, lo que aumenta la operación del compresor y disminuye el confort en las instalaciones. Esto genera un aumento en el intercambio de calor en los evaporadores y disminuye el sobrecalentamiento del sistema.
Económicas. Las fugas incrementan el consumo energético del sistema, elevando los costos operativos. Por ejemplo, un sistema de refrigeración que opera con solo el 80% de la carga mínima de refrigerante requerida puede consumir hasta un 15% más de energía. Además, se generan otros costos asociados, como la reposición del refrigerante, la reparación de la fuga y la pérdida de mercancías por fallos en la cadena de frío.
Medioambientales. Los refrigerantes HFC, al ser liberados a la atmósfera, tienen un efecto invernadero mucho mayor que el CO₂. Por ejemplo, liberar 1 kg de R404A equivale a emitir 3800 kg de CO₂. Además, la generación de electricidad adicional necesaria para compensar la pérdida de eficiencia también produce emisiones de CO₂, agravando el impacto ambiental.

El Total Equivalent Warming Impact (TEWI) es una medida que combina los efectos directos e indirectos de un sistema de refrigeración sobre el calentamiento global y las fugas de refrigerante aumentan el TEWI, lo que resalta la importancia de prevenirlas.

Seguridad. Esto incluye riesgos como la liberación de refrigerante en áreas mal ventiladas, efectos narcóticos, problemas cardíacos, toxicidad del vapor y daños corrosivos en ojos y piel.

Los refrigerantes de bajo Potencial de Calentamiento Global (GWP) generalmente tienen una baja estabilidad atmosférica, lo que significa que se descomponen más rápidamente en la atmósfera. Esta característica es beneficiosa para reducir el calentamiento global, pero también introduce riesgos de inflamabilidad, ya que muchos de estos refrigerantes pertenecen a las categorías A2L, A2 y A3, según la clasificación de inflamabilidad.

Estos grupos están definidos de la siguiente manera:

A2L: refrigerantes ligeramente inflamables.

A2: refrigerantes moderadamente inflamables.

A3: refrigerantes altamente inflamables.

Para mitigar estos riesgos, es fundamental seguir normativas y guías establecidas por organismos como ASHRAE 34-2022 y ASHRAE 15-2022 que proporcionan directrices claras sobre la clasificación de refrigerantes y los requisitos de seguridad necesarios para las instalaciones que utilizan refrigerantes inflamables.

Clasificación de refrigerantes

Las letras minúsculas en los refrigerantes, como en el caso del R-134a, indican un gas isómero. Esta letra señala la simetría en los pesos atómicos del compuesto. El refrigerante más simétrico no lleva letra, mientras que aquellos con mayor asimetría se identifican con letras como a, b, c, etc.

Por otro lado, las letras mayúsculas se utilizan para denotar mezclas zeotrópicas. Estas mezclas pertenecen a la serie 400. Las letras A, B, C, etc., que siguen al número en la designación del refrigerante, permiten distinguir entre mezclas que contienen los mismos componentes, pero en diferentes proporciones. Ejemplos de refrigerantes zeotrópicos incluyen el R-401A, el R-422B y el R-407C.

En resumen, las mezclas azeotrópicas, clasificadas en la serie 500, son fundamentales en la refrigeración debido a su comportamiento homogéneo, que garantiza la misma composición tanto en la fase líquida como en la de vapor. Ejemplos de estos refrigerantes, como el R-502 y el R-507, destacan por su fiabilidad y eficiencia en aplicaciones críticas.

En KINENERGY, comprendemos la relevancia de estos componentes y los rigurosos procedimientos asociados para garantizar un rendimiento óptimo y seguro de los sistemas de refrigeración.

Nuestro equipo está capacitado para ofrecer asesoramiento y servicios de alta calidad en el diseño y verificación de estos sistemas. Si deseas obtener más información o necesitas asistencia especializada, no dudes en dejarnos tus datos.

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José Luis Arcos

Coordinador HVAC

Cuenta con más de 14 años de experiencia en sistemas de HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), ha desarrollado actividades en el área de diseño, instalación y TAB (Testing, Adjusting and Balance) de sistemas de climatización en bancos, centros de telecomunicaciones, retail, hoteles, centros comerciales y edificios.

En 2016 se unió a KINENERGY como especialista en comisionamiento en HVAC, donde se ha enfocado en el desarrollo de pruebas funcionales a sistemas de HVAC para certificación LEED hasta la realización de pruebas integrativas de commissioning nivel 5, de igual manera ha participado en diversos proyectos realizando pruebas de Cx, TAB, pruebas a envolvente y de integrity room, en México, Centroamérica y Sudamérica.

Referencias:

ASHRAE 34-2022 y ASHRAE 15-2022 para normativas de seguridad en refrigerantes.

Acuerdo de Kigali, 2016: reducción gradual de HFC.

Refrigerant Loss, System Efficiency and Reliability – A Global Perspective; GEA Refrigeration UK Ltd for Institute Of Refrigeration (IOR). ©Institute of Refrigeration Annual Conference 2013.

SERVICIOS

Commissioning

Ingeniería

Energía y Sostenibilidad

MERCADOS

Industrial

Hotelería

Corporativo

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Data Centers

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Retail

Principios básicos de un sistema HVAC y su comisionamiento

Thu, 23 Sep 2021 20:20:25 -0500

Un sistema de HVAC puede definirse como la renovación del aire y su tratamiento para conferirle condiciones de salubridad, es decir, condiciones de pureza y acondicionamiento para conseguir un aire que sea apto para la respiración, la temperatura y la humedad que sean confortables para las personas.

Las principales acciones de un sistema HVAC son calentar o enfriar aire, proveer ventilación generando movimiento del aire al interior de los espacios y mantener las condiciones de humedad que sean requeridas¹.

Un sistema de HVAC está integrado por varios elementos que pueden ser agrupados en 4 divisiones.

Equipos: Un sistema de HVAC puede estar configurado con equipos como manejadoras de aire (AHU), Chillers, Precalentadores, ventiladores, bombas, instrumentos de control, dampers motorizados para extracción de gases, etc.

El nivel de redundancia de los equipos principales dependerá de la operación del proyecto, si es un sistema de operación crítica con objetivos industriales, data centers, bancos, entre otros; es posible que se requieran redundancias n+1 o n+2, lo que garantizaría que los espacios siempre estén acondicionados sin poner en riesgo las operaciones.

Uno de los puntos importantes a considerar desde el diseño del sistema son los espacios con los que se cuenta para su montaje, pero sobre todo que este espacio sea suficiente para cumplir las distancias requeridas entre equipos para llevar a cabo los mantenimientos de manera correcta y de acuerdo con la normativa.

Ductos: Los ductos tienen como función principal hacer circular el aire de un espacio a otro y distribuirlo por las zonas que serán acondicionadas. El sistema de ductos puede ser rígido o flexible e incluir elementos como dampers, difusores, válvulas de balanceo, atenuadores de ruido, etc.

Sistema de Control: Para mantener el sistema de HVAC operando de acuerdo con los requerimientos del usuario es importante contar con un sistema de automatización y control. Este sistema regularmente incluye los termostatos, sensores de humedad, sensores de presión diferencial, sensores de CO₂ y paneles de control que en su conjunto componen la interfase usuario - sistema.

Tubería para refrigerante: Existen varias opciones que pueden ser utilizadas como refrigerantes en un sistema de HVAC y dependerá de si es agua o gas el tipo de tubería que se utilizará.

El commissioning como aseguramiento de calidad de las instalaciones de un sistema de HVAC se centra en la verificación de sus procesos operativos, tales como: el mantenimiento, la operación, la funcionalidad y su integración con otros sistemas.

El proceso de commissioning mayormente se entiende desde dos etapas, pre-commissioning y commissioning, aunque dependerá del cliente y de su entendimiento del proceso o del nivel de detalle con el que se quiera ejecutar.

El proceso detallado puede incluir un desglose del proceso por cada inspección y prueba que se ejecute, así como la consideración de las pruebas de fabrica (Factory Accceptance Testing – FAT) y pruebas de aceptación en sitio (Site Acceptance Testing – SAT) de estas dos últimas hablaremos con más detalles en futuras publicaciones. Por ahora nos centraremos en las dos principales etapas que componen el proceso: Pre-commissioning y Commissioning.

Pre-commissioning

El proceso de pre-comisionamiento toma una importancia relevante desde la perspectiva de la prevención, es decir, será el filtro que asegure que se llegará al comisionamiento del sistema con todos los elementos y condiciones adecuadas, ayudando así a reducir riesgos de falla.

El pre-comisionamiento también es un aliado de la planeación, ya que, si se identifican elementos o condiciones no adecuadas para poder ejecutar las pruebas de funcionalidad, se estará en tiempo de tomar decisiones para corregir y reprogramar actividades si es requerido.

En esta etapa se deberán documentar en video las pruebas de fabrica (Factory Acceptance Testing-FAT) y/o validarlas de manera presencial si es posible. Estas pruebas tienen como objetivo confirmar que el equipo que será suministrado por el fabricante cumple con las especificaciones de diseño.

En un sistema de HVAC es importante verificar en esta fase:

Que los ductos están instalados correctamente, sellados y con sus elementos de soporte adecuados.
Hay que confirmar que los cables eléctricos y de control no presentan desgaste en el aislamiento y que lo equipos no presentan daños por el manejo o montaje.
Validar que la tubería es la correcta para el tipo de refrigerante utilizado y que cuenta con las condiciones de resistencia del material y soldadura para las presiones de operación a la que será sometida. Por ejemplo, si el refrigerante es agua, es importante llevar a cabo pruebas hidrostáticas a una presión de por lo menos 1.5 veces la presión de operación por dos horas de acuerdo con la normativa aplicable. Si la tubería es para refrigerante de gas se deberá probar con nitrógeno y se le deberán hacer pruebas de vacío.
Es importante confirmar que todos los instrumentos de control están instalados y calibrados de manera correcta, esto incluye la validación de las señales de control de punto a punto y su comunicación con la interfaz del usuario.

Un requerimiento clave es el de llevar a cabo el balanceo del sistema de aire (Test Adjusting and Balance) para confirmar que se tienen los volúmenes de aire requeridos para cada espacio y que garantizan el confort y calidad del ambiente. Se debe tener en consideración que si el sistema cuenta con válvulas de volumen variable (VAVs), sensores de CO₂ para el control de la inyección de aire exterior, sensores de humedad, etc., será requerido que las señales de control ya estén validadas de manera correcta y se haya hecho la integración de la instrumentación al sistema de control.

Con el TAB (Test Adjusting and Balance) es posible identificar y tener registro de los siguientes datos, que pueden ser utilizados para diagnosticar las condiciones operativas del sistema:

Medición del flujo de aire.
Balanceo del flujo de aire.
Medición de niveles de ruido.
Medición de la energía consumida.
Medición de temperatura y humedad relativa.
Balanceo del sistema de agua helada.

Si la validación de las instalaciones dentro del proceso de pre-comisionamiento cumple con los requerimientos es posible pasar a la siguiente fase del proceso.

Commissioning

Una vez que se ha confirmado que se tienen todos los elementos y condiciones para poner en operación el sistema se da comienzo al proceso de comisionamiento o de ejecución de pruebas de funcionalidad.

Esta etapa del proceso puede incluir las siguientes actividades:

Arranque de equipos independientes, para validar rotaciones de motores, bombas, ventiladores, identificar ruidos, sobre calentamientos, etc.
Validación de alineación de poleas y acoplamientos motor-bombas, entre otros.
Pruebas de funcionalidad del sistema y sus elementos de manera manual y modo automático. Se deberán validar los dos tipos de operación para confirmar que el sistema podrá ser operado por los usuarios y puesto en modo manual para mantenimientos e intervenciones requeridas y posteriormente probarlo en modo automático para validar que se cumple con la secuencia de operación del sistema de acuerdo con los requerimientos operativos establecidos en las memorias de diseño.

Para las pruebas funcionales se someterá al sistema a las condiciones de operación más extremas posibles a las que fue diseñado, simulando las condiciones más frías y más calurosas del ambiente.

Algunos de los puntos que se validan son los siguientes:

La temperatura y humedad de cada espacio acondicionado, de acuerdo con los setpoints de temperatura programados.

Niveles de ruido de todos los equipos, así como, el ruido en la ductería dentro de los espacios. Niveles de ruido de todos los equipos, así como, el ruido en la ductería dentro de los espacios.
Medición de los volúmenes de aire de inyección y extracción.
Medición de flujo y temperatura de agua helada si el equipo este compuesto por chillers.
Medición de voltajes y amperajes, así como validación de datos de placa de motores, bombas y demás equipos del sistema.

Si el sistema cuenta comunicación al BMS se deben validar todas las señales de los elementos de control, alarmas y setpoints.

Dentro de la fase de comisionamiento también se llevan a cabo las capacitaciones al equipo de operaciones y mantenimiento, por lo que es importante que haya una correcta coordinación con el proveedor de los equipos, la contratista general y el personal de O&M. Para las capacitaciones será requerido tener listos los manuales del sistema, así como, la información de apoyo para la capacitación teórica y con los equipos físicos.

El equipo de Operación y Mantenimiento requerirá la mayor información posible sobre el sistema que recibirá y estará a su cargo, por lo que se debe asegurar que se documente, además del manual del sistema mencionando antes, el plan de mantenimientos preventivos, la lista de partes y refacciones y el punch list con los puntos corregidos durante el comisionamiento.

Una vez que se cumple con todas las condiciones operativas del sistema en la etapa de commissioning es posible pasar a la última fase del proceso, la entrega o handover a los usuarios finales con la garantía de que se tendrán todas las condiciones de confort, calidad del ambiente y seguridad para todos.

Si deseas realizar un comisionamiento adecuado de tus sistemas HVAC, nuestros expertos están comprometidos con brindarte siempre la mejor solución a través de nuestros servicios de consultoría en ingeniería, energía y sostenibilidad. ¡Contáctanos!

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Alfredo Nava

Coordinador de Proyectos Cx

Cuenta con más de 10 años de experiencia profesional, de los cuales más de 6 años han sido en la implementación del proceso de Commissioning en México y Ecuador. También, ha participado en proyectos que buscan certificaciones sostenibles.

Destaca su participación en múltiples proyectos como: las oficinas corporativas de Citibanamex, Cushman and Wakefield, Bank of America y Microsoft, éste último en Ecuador. Dentro su experiencia también se encuentra haber participado en proyectos industriales con estándares internacionales como: la expansión de plantas industriales, así como de la nueva planta de grado alimenticio de JUMEX en Monterrey N.L.

Ha sido reconocido por el Building Commissioning Association como Líder 20 under 40 en 2020 y cuenta con certificaciones como Building Commissioning Professional (BCxP) y LEED Green Associate.

Referencias:

https://www.solerpalau.com/es-es/blog/hvac-que-es/, s.f.