Poner fin a la ingeniería excesiva

La mentalidad de “más es mejor” no siempre se aplica en los proyectos de ingeniería. Los componentes de ingeniería excesiva a menudo aumentan los costos del proyecto sin proporcionar ningún beneficio real, y hay muchos casos en los que una capacidad excesiva de hecho tiene consecuencias negativas en el rendimiento y la vida útil. Otro tipo de ingeniería excesiva ocurre cuando el sistema utilizado para una aplicación específica es demasiado complejo y hubiera sido posible una solución mucho más simple sin comprometer el rendimiento.


Descubra por qué la ingeniería excesiva aumenta los costos, sin ningún beneficio.


Desventajas generales de la ingeniería excesiva

Independientemente de la aplicación específica, la ingeniería excesiva aumenta los costos del proyecto sin ofrecer beneficios significativos: los componentes de gran tamaño son más carosy el costo laboral asociado también aumenta porque el equipo se vuelve más difícil de manejar.

Cuando los sistemas mecánicos, eléctricos y de plomería son demasiado complejos para la aplicación en cuestión, también existe una mayor probabilidad de error durante la construcción, debido a la introducción de componentes innecesarios. Esto aumenta la posibilidad de tener que lidiar con órdenes de cambio durante la construcción del proyecto.

La sobreingeniería también trae problemas de rendimiento que son específicos de cada tipo de sistema de construcción. Las instalaciones de HVAC tienden a sufrir más: un sistema de ingeniería excesiva puede ser tan problemático como uno de tamaño insuficiente, si no más.

Circuitos eléctricos de gran tamaño

El principal problema de los circuitos eléctricos de gran tamaño es su alto costo. De hecho, se mejora el rendimiento: los conductores sobredimensionados reducen tanto la disipación de calor como las caídas de tensión. El problema es que estos beneficios no son suficientes para justificar el drástico aumento de costes:

  • El cobre es caro.Cuando considera que un edificio típico tiene miles de pies de circuitos eléctricos, el costo de los conductores de gran tamaño se suma muy rápidamente.
  • Se aumenta el diámetro del conducto.Los códigos eléctricos establecen un porcentaje de llenado máximo para el conducto, por lo que el aumento de la capacidad del conductor también implica conductos y accesorios más grandes.
  • Se incrementan los costos laborales.Dado que son más difíciles de manejar, los conductos y circuitos más grandes generalmente requieren más horas de trabajo. En la mayoría de los casos, también se pueden necesitar herramientas especializadas.

Cuando se consideran los costos adicionales de los conductores de gran tamaño, estos superan con creces los beneficios. Los conductores de gran tamaño son particularmente comunes con los equipos de HVAC de bajo consumo energético; a menudo se especifican en función de «reglas generales» que solo se aplican a equipos más antiguos y menos eficientes.

El NEC y otros códigos eléctricos pueden establecer una caída de voltaje máxima permitida. Varía según la aplicación, pero en la mayoría de los casos se utiliza el 3% o el 5%. En estos casos, se debe aumentar el diámetro del conductor para que la caída de voltaje se lleve a niveles aceptables, pero cualquier aumento adicional es innecesario.

El uso de varios voltajes de suministro en la misma instalación es una manera excelente de optimizar los diámetros de los conductores. Tenga en cuenta que la potencia transmitida es proporcional tanto al voltaje como a la corriente, pero solo la corriente define el diámetro del conductor. Si un equipo eléctrico consume demasiada corriente a 240 V, tiene sentido aumentar el voltaje nominal a 480 V; esto reduce la corriente de línea, lo que permite especificar conductores más pequeños. Por supuesto, estas son opciones de diseño que solo pueden ser determinadas por profesionales calificados.

Motores eléctricos de gran tamaño

En el caso de los motores eléctricos, la sobreingeniería tiende a traer muchos más problemas que con los conductores. Cuando están sujetos a condiciones de carga parcial, los motores eléctricos muestran dos tipos principales de comportamiento negativo:

  • Sufren una reducción drástica en la eficiencia cuando la carga mecánica en su eje es mucho menor que su carga nominal. Por ejemplo, un motor cargado al 80% no sufre una caída de eficiencia, pero para valores por debajo del 50% el efecto se vuelve significativo.
  • El factor de potencia también se reduce cuando un motor se carga ligeramente. Las empresas de servicios públicos normalmente establecen un factor de potencia mínimo para sus consumidores, y existen cargos adicionales en la factura de energía por caer por debajo de ese valor.

Por supuesto, otro inconveniente de los motores eléctricos de gran tamaño es el drástico aumento de precios. Los motores pueden estar entre los equipos eléctricos más costosos, y sobredimensionarlos solo reduce la eficiencia y el factor de potencia.

Al especificar motores eléctricos, se debe prestar especial atención a la clasificación de voltaje, ya que determina las características de todos los circuitos e interruptores ubicados aguas arriba. Los motores grandes pueden justificar el uso de voltajes como 480 V o 600 V para evitar corrientes excesivamente altas.

Sistemas de aire acondicionado

Hay muchos tipos de sistemas de aire acondicionado, que incluyen unidades mini-split, acondicionadores de aire terminales empaquetados (PTAC), unidades de techo empaquetadas (RTU) y bombas de calor. Sin embargo, la ingeniería excesiva tiende a traer un conjunto común de problemas de rendimiento:

  • Los compresores de gran tamaño funcionan en ciclos más cortos y frecuentes, lo que es perjudicial para sus componentes y genera mayores gastos de mantenimiento. Tenga en cuenta que los motores de los compresores consumen una corriente de irrupción que es varias veces su valor nominal cada vez que arrancan; idealmente, no deberían ciclar más de lo necesario.
  • Los sistemas de aire acondicionado tienen el objetivo de controlar tanto la temperatura como la humedad, pero muchos tipos se encienden y apagan en función de la temperatura únicamente. Dado que las unidades de gran tamaño alcanzan el punto de ajuste de temperatura más rápido, no pueden extraer suficiente humedad y el ambiente resultante es frío pero húmedo. Esto es incómodo para los ocupantes y también puede traer problemas de salud.

Los compresores no son los únicos componentes del sistema de CA que presentan problemas de rendimiento cuando se sobredimensionan. En configuraciones de sistemas que utilizan conductos de aire, la ingeniería excesiva también trae varias consecuencias negativas. Por ejemplo, los conductos de gran tamaño implican el desplazamiento de un gran volumen de aire, lo que aumenta los CFM y los requisitos de potencia de los ventiladores.

En plantas de enfriadores y otros tipos de instalaciones de CA que utilizan tuberías hidrónicas, el costo adicional asociado con la ingeniería excesiva puede ser particularmente alto. Además de ser costosas, las tuberías de gran tamaño requieren más potencia de bombeo, lo que aumenta la capacidad de la placa de identificación tanto de las bombas como de los motores.

Para las instalaciones de aire acondicionado que estarán sujetas a aumentos graduales de capacidad, los sistemas de flujo de refrigerante variable (VRF) pueden ser una excelente opción: su naturaleza modular ofrece una gran flexibilidad para dimensionar su capacidad con precisión según las necesidades del edificio. Las plantas enfriadoras también ofrecen flexibilidad, pero son más adecuadas para incrementos de capacidad mayores que las típicas de los sistemas VRF.

Sistemas de calefacción

Para los sistemas de calefacción que se basan en bombas de calor, se aplica la misma lógica de las instalaciones de aire acondicionado: los compresores de gran tamaño sufren ciclos frecuentes y normalmente experimentan una vida útil reducida.

En el caso de las calderas de petróleo y gas, el principal inconveniente de la ingeniería excesiva proviene de los ciclos cortos: un fenómeno que ocurre cuando una caldera sobredimensionada satisface la demanda de calefacción demasiado rápido y luego se apaga. Para comprender mejor el impacto de los ciclos cortos, considere que las calderas funcionan en un ciclo de cuatro pasos: prepurga, intervalo de encendido, postpurga y período inactivo. Cuando el intervalo de disparo es corto, surgen varias consecuencias negativas:

  • La caldera irradia calor desde su envolvente durante todo el ciclo, incluidas las dos fases de purga y el período de inactividad. Las calderas de gran tamaño desperdician más energía en forma de calor irradiado.
  • Durante los pasos de pre-purga y post-purga, los ventiladores se utilizan para desplazar cualquier mezcla inflamable de gases que pueda haber quedado en las calderas. Ambas etapas de purga consumen energía.

Aunque las calderas de gas y aceite pueden realizar ciclos dependiendo de la carga, hacerlo es muy ineficiente. Una alternativa superior es utilizar dos o más calderas de capacidad reducida, lo que ofrece la flexibilidad para cumplir con las condiciones de carga variables con un funcionamiento energéticamente eficiente. Si hay una gran demanda de calefacción en un momento dado, por ejemplo, los lunes por la mañana durante el invierno, todas las calderas se pueden utilizar simultáneamente. Luego, algunas de las unidades se pueden apagar para evitar pérdidas por ciclos cortos.

La idea errónea de que una caldera más grande es mejor se remonta a la época en que se utilizaban chimeneas y chimeneas para la calefacción interior: una chimenea más grande ofrecía una mayor flexibilidad para acomodar incendios de cualquier tamaño. Sin embargo, las calderas modernas funcionan con principios físicos completamente diferentes y la suposición ya no se cumple.

Observaciones finales

La sobreingeniería puede ser favorable en aplicaciones específicas donde se requiere un alto factor de seguridad, pero en la mayoría de los casos, solo aumenta los costos del proyecto sin un retorno de la inversión significativo. De hecho, los sistemas de gran tamaño generalmente tienen un costo de operación más alto debido a una operación ineficiente y gastos de mantenimiento frecuentes. Contratar los servicios de una empresa de diseño calificada es la mejor manera de garantizar que las instalaciones MEP se diseñen correctamente.

Nota del editor: esta publicación se publicó originalmente en noviembre de 2016 y se ha renovado y actualizado para que sea precisa y completa.