Que son sistemas VRF?

La industria de sistemas de climatización cada día buscan bajar los consumos energéticos sin dejar de ser eficientes.

La climatización VRF es un sistema de acondicionamiento de aire de expansión directa (DX) que se caracteriza por su capacidad para modular con precisión el flujo másico de refrigerante a múltiples unidades interiores a partir de una o varias unidades exteriores centralizadas. Este sistema opera bajo un ciclo de compresión de vapor que se optimiza mediante la integración de tecnologías avanzadas, principalmente el compresor Inverter y las Válvulas de Expansión Electrónica (EEV).

1. Principio Termodinámico y de Control:

• Ciclo de Refrigeración Variado: A diferencia de los sistemas de encendido/apagado (On/Off) que operan a capacidad nominal o nula, los sistemas VRF ajustan continuamente la capacidad de enfriamiento o calefacción para igualar la carga térmica instantánea del espacio. Esto se logra mediante la variación del flujo másico de refrigerante en el ciclo.

• Compresor Inverter: El corazón del sistema VRF es el compresor de velocidad variable, generalmente de tipo scroll o rotativo, accionado por un inversor de frecuencia (VFD - Variable Frequency Drive). El VFD modula la frecuencia y el voltaje de la alimentación eléctrica del motor del compresor, permitiendo que su velocidad de rotación varíe de forma continua. Esta modulación directa de la velocidad del compresor controla el volumen de refrigerante que se bombea, y por ende, la capacidad frigorífica o calorífica entregada. Esto resulta en:

  • Alta Eficiencia a Cargas Parciales: Los sistemas operan la mayor parte del tiempo a cargas parciales, donde el compresor Inverter es significativamente más eficiente que los compresores fijos.

  • Arranques Suaves (Soft Starts): Elimina los picos de corriente eléctrica asociados con los arranques de compresores fijos.

  • Control de Temperatura Preciso: Mantiene el punto de consigna con mínimas fluctuaciones, mejorando el confort.

• Válvulas de Expansión Electrónica (EEV): Cada unidad interior está equipada con una EEV. A diferencia de las válvulas de expansión termostáticas (TXV), las EEV son válvulas de control de precisión accionadas por un motor paso a paso (stepper motor). Su apertura se regula continuamente en función de la sobrecalentamiento del refrigerante a la salida del evaporador y la carga térmica de la zona. Esta regulación fina del flujo de refrigerante asegura:

  • Optimización del Sobrecalentamiento: Mantiene un sobrecalentamiento óptimo en el evaporador, maximizando la eficiencia de transferencia de calor y protegiendo el compresor de la llegada de líquido.

  • Control Individualizado: Permite que cada unidad interior reciba la cantidad exacta de refrigerante necesaria, operando de manera independiente de las demás unidades conectadas al mismo sistema.

2. Arquitecturas de Tuberías y Modos de Operación:

• Sistema de Dos Tubos (Bomba de Calor o Heat Pump VRF):

  • Configuración: Una línea de líquido y una línea de gas común conectan la unidad exterior con todas las unidades interiores.

  • Modo de Operación: Todas las unidades interiores deben operar en el mismo modo (calefacción o refrigeración) simultáneamente. El cambio de modo global es gestionado por la unidad exterior invirtiendo el ciclo de refrigeración mediante una válvula inversora de cuatro vías.

  • Aplicación: Ideal para edificios donde la demanda térmica es uniforme en todas las zonas (por ejemplo, oficinas con orientación similar o espacios abiertos).

• Sistema de Tres Tubos (Recuperación de Calor o Heat Recovery VRF):

  • Configuración: Tres líneas de refrigerante principales (líquido, gas de alta presión y gas de baja presión) que se conectan a cajas de derivación (Branch Selector Boxes o BC Controllers). Estas cajas, a su vez, distribuyen el refrigerante adecuado (líquido o gas) a cada unidad interior según su modo de operación deseado.

  • Modo de Operación: Permite la calefacción y refrigeración simultánea e independiente en diferentes zonas del edificio. Por ejemplo, una oficina en un lado soleado del edificio puede requerir refrigeración mientras una sala de reuniones en el lado sombrío necesita calefacción.

  • Recuperación de Calor: El calor extraído de las zonas en modo refrigeración puede ser transferido y utilizado para calentar las zonas que lo requieren. Esto se logra redirigiendo el gas caliente de descarga del compresor a los evaporadores de las unidades en modo calefacción, mientras que el calor absorbido de las unidades en modo refrigeración es enviado al condensador de la unidad exterior. Este proceso mejora drásticamente la eficiencia global del sistema, especialmente en climas con cargas térmicas variadas.

3. Componentes Adicionales y Características Técnicas:

• Circuitos de Refrigerante Múltiples: Las unidades exteriores de alta capacidad pueden incorporar múltiples compresores Inverter en paralelo, lo que proporciona mayor redundancia, flexibilidad en la modulación de capacidad y eficiencia a cargas parciales.

• Gestión de Aceite: Los sistemas VRF requieren un diseño sofisticado de gestión de aceite para asegurar el retorno adecuado del lubricante al compresor a través de largas distancias y múltiples unidades interiores, evitando la migración de aceite y garantizando la lubricación.

• Sistemas de Control Avanzados (BMS Integration): Los sistemas VRF integran complejos algoritmos de control que optimizan el rendimiento. Permiten la conectividad con sistemas de gestión de edificios (BMS) a través de protocolos como BACnet o Modbus, facilitando la monitorización remota, la programación horaria y la optimización del consumo energético.

• Longitudes de Tubería Extendidas y Diferenciales de Altura: Diseñados para permitir tramos de tuberías de refrigerante muy largos y grandes diferencias de altura entre unidades interiores y exteriores, lo que proporciona una flexibilidad arquitectónica considerable. Esto requiere cálculos precisos de caída de presión y ajustes en la carga de refrigerante.

• Supercooling/Subcooling Control: Algunos sistemas incorporan intercambiadores de calor internos (economizadores) o ciclos de subenfriamiento avanzados para mejorar aún más la eficiencia del ciclo de refrigeración.

En definitiva, la climatización VRF es una tecnología HVAC de vanguardia que maximiza la eficiencia energética y el confort mediante la modulación continua del flujo másico de refrigerante, adaptándose dinámicamente a las condiciones de carga térmica variable de cada zona, y ofreciendo la posibilidad de operación simultánea de calefacción y refrigeración mediante la recuperación de calor.