Comparación del consumo de energía de sistemas de refuerzo divididos en zonas y individuales

Jun 09, 2023

Desde la antigüedad, los gobernantes estatales han dado gran importancia a las estructuras grandes y de gran altura para formarse una percepción de riqueza y poder. Hoy en día, los edificios de gran altura se han convertido en centros de alojamiento y comercio de grandes ciudades con poblaciones en constante crecimiento. El número de edificios de gran altura ha aumentado como resultado de las mejoras en las técnicas de construcción y la gravitación de los constructores hacia los edificios de gran altura como consecuencia del interés en dichas estructuras. Según la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), los edificios de más de 23 metros (75 pies) se clasifican como edificios de gran altura [1].

Los edificios de gran altura conllevan un elevado consumo energético debido al número de habitantes que albergan. En esta declaración se examina experimentalmente el consumo de energía necesario para bombear agua potable en edificios de gran altura.

Küçükyalı ha manifestado la importancia de la aplicación de sistemas de refuerzo eficientes en edificios de gran altura y la zonificación de presión para los diseños de sistemas. Según el autor e ingeniero Rüknettin Küçükyalı, los objetivos de la zonificación de presión son reducir la presión estática, reducir la diferencia de presión superior/inferior y controlar el flujo de fluido [2].

Además, resumió las medidas que se pueden tomar en los sistemas de refuerzo de la siguiente manera [2]:

Cuando se consideran este estudio experimental y sus resultados, se ve que las recomendaciones de Küçükyalı están respaldadas.

En el estudio, se examinaron las diferencias entre el método de dividir el sistema de suministro de agua limpia del edificio en zonas y los sistemas de zona única en aplicaciones de suministro de agua limpia.

El estudio se llevó a cabo en dos bloques de edificios idénticos en el mismo solar. Estos bloques residenciales tienen el mismo número de pisos, departamentos y similar número de residentes.

Ambos bloques de edificios tienen pisos y 62 departamentos. En el estudio, los nombres de los bloques se denominan B2 y B3, tal como se denominan en el sitio. (Imagen 1).

En el diseño del edificio, la presurización del agua limpia se realiza mediante grupos de presión. El agua de la ciudad alimenta dos tanques de agua de 25 metros cúbicos (m3), en total 50 m3 en cada edificio del segundo piso. En ambos edificios, el sistema se divide en dos zonas, zona superior e inferior. Los sistemas de bombas que presurizan cada zona están diseñados por separado. La zona inferior abastece de agua desde el primer al sexto piso y la zona superior del séptimo al decimocuarto piso. Así luce el diseño del sistema de agua potable en los bloques B2 y B3. (Imagen 2)

El tipo de sistema de agua limpia del Bloque B2 es un sistema de dos zonas. El edificio tiene dos zonas, cada una alimentada por un refuerzo independiente. En la zona inferior se proporciona una presión constante de 6 bares mediante dos depósitos a presión de 200 litros. En la zona superior se proporciona una presión constante de 10 bares mediante dos depósitos a presión de 300 litros. La información del refuerzo de la zona inferior se muestra en la Tabla 1, la zona superior en la Imagen 2.

El tipo de sistema de agua limpia del bloque B3 es un sistema de doble zona. El edificio tiene dos zonas, alimentadas por un amplificador. En el sistema se utilizan dos tanques a presión de 300 litros que proporcionan una presión constante de 10 bar. (Imagen 2).

En ambos edificios se utilizaron propulsores de la misma marca. Los propulsores utilizaban bombas centrífugas verticales multietapa de acero inoxidable. Se utilizó un convertidor de frecuencia para hacer funcionar los amplificadores en ambos edificios.

Todos los impulsores tienen tres bombas. (Imagen 3).

Las cifras del consumo de agua se tomaron de los contadores de agua de los edificios y el consumo de electricidad de los contadores de electricidad conectados a los impulsores. El período de medición duró aproximadamente tres semanas y las lecturas de datos se realizaron en promedio tres veces por semana. Con lecturas a través de períodos fijos, se examinan las cifras de ambos edificios. Se mide el consumo de agua en los edificios y se evalúa el consumo de energía de los impulsores. De esta manera se determina el método más eficiente para ambas edificaciones.

Tras las mediciones y lecturas se ven claramente las diferencias de consumo entre ambos edificios. (Tabla 5).

Como primera valoración, cuando se consideran las duraciones de funcionamiento de los grupos de refuerzo, se ven claramente 41 horas de funcionamiento extra a lo largo de las 433 horas del experimento. Aunque los valores de ajuste de presión inferior y superior, las presiones y los volúmenes del tanque del recipiente a presión son todos iguales, el impulsor que opera en la zona única trabajó 41 horas más para el suministro de agua.

Cuando se consideran las diferencias entre los consumos totales de energía, se muestra que el refuerzo en la zona única requirió 119.475 kilovatios hora (kWh) más de energía. Aunque los edificios son idénticos y tienen tasas de ocupación similares, se midió una diferencia de 10,6386 m3 en el consumo de agua. El consumo de agua en el edificio de zona única es de 10, 6386 m3 más. Se supone que el consumo de electricidad no se vio afectado por esta diferencia. Aunque el consumo general de agua de los residentes en el Bloque B3 es mayor, cuando se comparan los dos edificios por unidad, todavía se ve claramente que el sistema de zona única consumió más energía que el sistema de zona doble. Las tablas 2,3 y 4 se pueden ver en detalle.

La razón principal de este alto consumo es que en el sistema de zona única, los boosters operan a mayor distancia de su punto de mejor eficiencia (BEP). Además, el equipo reductor de presión utilizado para proteger los sistemas individuales de suministro de agua de los apartamentos del primer al sexto piso provocó que se desperdiciara energía.

Las pérdidas del sistema en ambos edificios se suponen iguales ya que ambos edificios tienen el mismo sistema de suministro de agua.

Cuando se comparan los consumos de energía con los consumos de agua, el índice de consumo total de energía (TECR) se calculó independientemente del consumo total de agua y se calculó que la diferencia entre ambos era %29,42 mayor. El amplificador de zona única en el Bloque B3 consumió un 29,42 % más de energía que el sistema de doble zona.

Como se vio en el estudio experimental, fue seguro que el método de presurización de agua con zonificación dividida en edificios de gran altura definitivamente consume menos energía en el suministro de agua, en comparación con los sistemas de zona única.

Sin embargo, la altura del edificio también es un factor a la hora de dividir el edificio en zonas. Este estudio ha demostrado que se ha alcanzado una tasa de ahorro energético del 30% en un edificio de 14 plantas. Puede que no resulte tan eficaz en edificios con menos de 14 pisos, pero es posible que se requieran más de 2 zonas para ahorrar energía en edificios con más pisos.

MAS-DAF Mak. San. COMO. ha proporcionado ayuda financiera para el equipamiento utilizado en el estudio.

1. NFPA 20. Edición 2019. Norma NFPA 20 para la Instalación de Bombas Estacionarias para Protección contra Incendios.

2. KÜÇÜKYALI. R. 2003. Fontanería en Bloques Altos. VI. Congreso y Exposición Nacional de Ingeniería en Plomería. 328-2

Aytac Yildiz trabaja en MASDAF Pump Manufacturing Company en Estambul, Turquía. Puede contactarlo en [email protected].