Principios básicos de un sistema HVAC y su comisionamiento
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.
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!
Referencias:
https://www.solerpalau.com/es-es/blog/hvac-que-es/, s.f.
