El retorno invertido

El retorno invertido (o retorno inverso) es una técnica utilizada en sistemas de distribución hidráulica para equilibrar el flujo y la presión en instalaciones que involucran múltiples circuitos, como sistemas de calefacción, refrigeración o distribución y tratamiento de agua potable. Típicamente en instalaciones hidráulicas, una forma de conectar todos los equipos a una fuente común es hacerlo mediante una conexión en paralelo (retorno directo), donde todos los equipos comparten la misma entrada y salida. Sin embargo hay variables geométricas como distancia a la fuente que hará que la mayor parte del caudal pasé por el equipo más cercano, dejando a los equipos restantes gradualmente sin caudal, pues “el fluido recorrerá el camino de menor resistencia”. 

Supongamos un grupo de 3 bombas de calor (equipos de acondicionamiento térmico) usado en piscinas, spa y jacuzzi, las cuales deben recircular 150 GPM, para incrementar la temperatura del agua de 21°C a 33 °C. Cada una de estas bombas debe operar con un caudal de 50 GPM, pero están conectadas en paralelo, generando una distribución asimétrica de caudales por ende problemas para alcanzar el valor térmico deseado. Esto se muestra en la imagen 1, donde el mayor caudal pasa por la unidad #1, inclusive sobrepasando el valor del caudal de diseño y dejando desprovisto al resto de equipos.

Imagen 1. Retorno directo. Conexión en paralelo de equipos.

Principio del Retorno Invertido

El concepto básico del retorno invertido es que todas las tuberías tienen la misma longitud efectiva de recorrido, tanto en la ida como en el retorno del fluido. Esto significa que el camino que recorre el fluido desde el suministro hasta cada punto de uso (ida) es compensado por un retorno de la misma longitud. Se basa en la distribución del fluido donde el “primero en entrar sea el último en salir”. Algunas características:

1. Distribución del Flujo: En un sistema convencional de distribución con retorno directo, las tuberías que están más cerca de la bomba o del origen del fluido suelen recibir más flujo o presión que las más alejadas, lo que puede causar desequilibrios. En el retorno invertido, cada circuito tiene la misma longitud total (ida más retorno), lo que asegura que el fluido se distribuya de manera más uniforme a lo largo de toda la instalación.
2. Equilibrio Hidráulico: Debido a que las longitudes de las tuberías son las mismas para todos los circuitos, la pérdida de presión a través de cada ramal es similar, lo que facilita el equilibrio hidráulico sin necesidad de utilizar válvulas reguladoras adicionales o dispositivos de ajuste. Esto es especialmente útil en sistemas con varios emisores, como radiadores, unidades terminales de calefacción/refrigeración, o en redes de agua potable donde se requiere una distribución equitativa.
3. Funcionamiento del Retorno Invertido:
   • El fluido que sale de la bomba o fuente  viaja por una tubería de ida hacia los diferentes puntos de consumo.
   • Después de llegar a los puntos de uso (como radiadores, puntos de suministro de agua o equipos de climatización), el fluido regresa por una tubería de retorno.
   • En lugar de regresar por el camino más corto (como en un sistema de retorno directo), el fluido retorna por una tubería que garantiza que la longitud total del recorrido sea la misma para todos los puntos.

Aplicaciones del Retorno Invertido

El retorno invertido se utiliza principalmente en sistemas hidráulicos donde el equilibrio de presión es crítico para la eficiencia y el confort. Algunos ejemplos incluyen:

• Sistemas de calefacción o refrigeración con múltiples unidades terminales, como radiadores, fan coils o unidades de tratamiento de aire, bombas de calor.
• Redes de distribución de agua potable en grandes edificios o instalaciones, donde se requiere que todos los puntos de consumo reciban una presión uniforme. Filtros, suavizadores, etc.
• Sistemas de energía solar térmica, donde varios colectores solares deben recibir el mismo caudal para una distribución homogénea del calor.

Para el caso anterior de las tres bombas de calor, en la imagen 2, se muestra un retorno invertido en un sistema cuya distribución uniforme de caudales asegura alcanzar el valor deseado de 33 °C.

Imagen 2. Retorno invertido.

Ventajas del Retorno Invertido

• Equilibrio natural: La principal ventaja es que garantiza un equilibrio natural de los caudales y presiones, sin la necesidad de válvulas o dispositivos de regulación complejos.
• Reducción de problemas de circulación: Minimiza los problemas asociados con puntos muertos o desequilibrios en el sistema, lo que puede ocurrir en un diseño con retorno directo.
• Mayor eficiencia: Al asegurar que cada circuito tiene la misma resistencia hidráulica, se maximiza la eficiencia energética del sistema.
• Menos mantenimiento: Menos necesidad de ajuste o mantenimiento de válvulas reguladoras, ya que el equilibrio se consigue de forma natural por el diseño del sistema.

Desventajas

• Mayor cantidad de tuberías: La desventaja principal es que este sistema requiere más tuberías que un sistema de retorno directo, lo que puede aumentar los costos de instalación y la complejidad del diseño.
• Espacio: La disposición de las tuberías puede requerir más espacio, lo que debe tenerse en cuenta en el diseño del edificio o la infraestructura.

Seguidamente se muestra un caso de éxito donde se implementa el uso de 12 bombas de calor para el intercambio térmico e incrementar el agua de una piscina de 410 m3, 425 m2 de área superficial, con un frente de viento 2,77 m/s a una temperatura del aire de 19° C, temperatura del agua en 19 °C y valor deseado de 33 °C. Para esto se consideran 600 GPM en total para ser distribuidos 50 GPM por cada equipo.

Imagen 3. Distribución de 12 bombas de calor para control térmico de piscina.

Imagen 4. Distribución de caudales para 12 bombas de calor.

Elaborado por Ing. Johnny Garita G.