Continuando con nuestra serie de entregables de la Guía Metodológica de Distrito Térmicos, donde ya hemos presentado porqué son importantes los distritos térmicos y cuáles son los pasos para poner uno en marcha, entramos en detalle sobre la materialización de esta infraestructura urbana, revisando los sistemas y componentes principales, y analizando su función y características para tener mayor claridad sobre su implementación.

Los distritos térmicos se componen de tres sistemas principales, a saber:

  • La central de producción térmica (enfriamiento o calor).
  • La red de distribución de agua o vapor (red de tuberías).
  • Las estaciones de transferencia térmica (interfaz con usuarios).

Figura 1. Componentes de los distritos térmicos, esquema general.

  1. Central de producción térmica

Construir la central de producción implica la construcción de un edificio o espacio para alojar la sala de máquinas de producción de calor o frío.

Para el caso de enfriamiento se contemplan los enfriadores, las torres de enfriamiento y las bombas de impulsión de agua hacia los clientes. Para el diseño se pueden organizar los enfriadores en paralelo o en serie para abastecer la demanda térmica.

La capacidad instalada de la central térmica debe obedecer a los parámetros de caracterización de la demanda y de la climatología local mencionados en las entregas anteriores. Se recomienda que un equipo de ingeniería con experiencia en sistemas de ventilación, calefacción y aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés) realice el dimensionamiento de la central térmica y determine la configuración de los equipos que se van a utilizar.

Nota importante: en Colombia es común que los sistemas de acondicionamiento de aire se sobredimensionen; por esta razón es recomendable que el desarrollador evite asignar una capacidad a cada cliente en función de sus sistemas preexistentes o de estimativos del cliente sobre la capacidad que este cree requerir.

  • Tipos de enfriadores

Los enfriadores o chillers de agua son una pieza clave en la generación de frío dentro del sistema y funcionan por medio de dos tecnologías:

  • Por compresión de vapor

Este tipo de enfriador emplea diversas tecnologías: de compresión de tornillo, de desplazamiento positivo, de pistón o reciprocantes y centrífugos. En la imagen a continuación se observa un enfriador de agua por compresión de vapor de tipo centrifugo.

  • Por absorción

Estos requieren de una fuente de alta temperatura que puede tomarse de energía residual de procesos industriales (agua caliente de proceso, gases de combustión de turbinas o motores a gas y vapor excedente de una caldera, entre otros) o pueden usar agua caliente proveniente de colectores solares. En la imagen a continuación se observa un enfriador de agua por absorción.

  • Sistema de rechazo de calor

En cuanto al sistema de rechazo de calor se recomienda que las torres de enfriamiento se seleccionen de manera que estén en capacidad de trabajar con cualquier enfriador en la central, de modo que cualquier torre pueda atender a algún enfriador en caso de que una unidad esté fuera de línea.

Adicionalmente, el uso de sumideros naturales de calor, como ríos o lagos, elimina el uso de torres de enfriamiento y debe considerarse su utilización, siempre que la concepción técnica del distrito y la regulación ambiental local lo permita.

  • Sistema de bombeo primario

Existen dos topologías posibles para el sistema de bombeo primario hacia los enfriadores: 1) bombeo dedicado a cada enfriador; 2) bombeo a la línea principal que distribuye a todos los equipos. La selección de uno u otro esquema depende de la realización de un análisis de costo/beneficio.

  • Instrumentación

La central de producción de energía térmica debe contar con un amplio abanico de medidores y elementos que completan el balance de la planta. De acuerdo con recomendaciones de firmas consultoras, esta instrumentación debe abarcar lo siguiente:

  • Medidores de temperatura
  • Medidores de presión
  • Flujómetros
  • Interruptores de estado sólido
  • Válvulas y actuadores

 

  1. Red de distribución

La red de distribución también conocida como sistema de bombeo secundario, permite la circulación de agua de suministro desde la central de enfriamiento hacia las estaciones de transferencia de los usuarios finales, y el retorno del agua hacia la planta.

Las redes de distribución se pueden clasificar en dos categorías: por esquema de bombeo o por trazado de tuberías.

  • Clasificación de redes según esquema de bombeo

La red de distribución se puede diseñar de acuerdo con tres topologías según el esquema de bombeo:

  1. Bombeo centralizado en la línea principal de agua de suministro.
  2. Bombeo distribuido a cada estación de transferencia.
  3. Hibridación de ambos.

En la siguiente figura se muestran las ventajas y desventajas de cada esquema de bombeo:

  • Clasificación de redes según trazado de tuberías

Otra manera de clasificar las redes de distribución es según el trazado de las tuberías. Bajo este esquema de clasificación existen igualmente tres categorías de red:

  • Red ramificada: también conocida como red de espina de pescado. Cada edificación se conecta a una de las centrales de producción de energía térmica mediante un único tubo de suministro y retorno.
  • Red tipo malla: las edificaciones tienen múltiples puntos de conexión a la central de producción de energía térmica, pues la disposición de la conexión suele obedecer a un patrón de cuadrícula. En caso de tener varias centrales próximas, cada edificio puede conectarse a más de una. La confiabilidad del suministro es más alta que la de la red ramificada, pero su costo es más elevado y se justifica solo si es muy alta la disponibilidad del suministro que se necesita.
  • Anillo de distribución: es una solución híbrida entre la ramificada y la malla. Consiste en una red ramificada donde los puntos inicial y final de la red están interconectados, dando como resultado un lazo cerrado que incrementa la confiabilidad.

 

  1. Interfaz con los usuarios (edificaciones)

Las estaciones de transferencia de energía (ETS) son el punto de conexión entre los distritos térmicos y las edificaciones.

Estas estaciones pueden ser diseñadas para uso directo o indirecto, de acuerdo con la aplicación y el fluido de trabajo.

Para la interfaz entre el usuario final y la red de distribución se recomienda que la ETS esté separada del sistema de distribución y del usuario, con el objetivo de lograr las siguientes ventajas para el operador del distrito térmico:

  1. Capacidad de bombeo limitada al punto de conexión de la ETS, eliminando el bombeo en el recinto del cliente.
  2. Separación de circuitos de agua entre el operador del distrito y el cliente final.
  3. Los consumidores se encargarán del agua de reposición y del tratamiento de su circuito.

También se recomienda concebir las estaciones de transferencia como puntos de medición para el cobro de la energía térmica a los clientes, incorporando válvulas medidoras o sensores independientes de caudal y temperatura para realizar la lectura del consumo por edificación.

Para conocer más sobre los distritos térmicos: sus ventajas, cómo se puede fortalecer su implementación en el país y buenas prácticas, lo invitamos a consultar la Guía Metodológica acá: https://www.distritoenergetico.com/wp-content/uploads/2020/11/Gui%C3%ACa-metodolo%C3%ACgica-VF_2020.pdf