Instalaciones de Aire Acondicionado

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Aire Acondicionado
Ciclo de Refrigeración - Fuente: Daikin

Los Sistemas de Aire Acondicionado permiten crear un clima artificial en el interior de un edificio. De acuerdo a las necesidades, en ciertos momentos se deberá producir calor y en otros frío, para generar un ámbito de temperatura agradable.

Dentro del espacio donde el hombre reside y desarrolla actividades, ya sea oficinas, talleres, viviendas u otros lugares de reunión como escuelas, teatros, etc., el aire confinado en esos recintos, debe cumplir con una serie de condiciones de confort y habitabilidad considerando temperatura , humedad y control por las presencia de otros gases en el aire.

Climatización: Generalidades

Tanto para obtener calor como frío, las necesidades térmicas de un edificio son similares. La climatización de un ambiente considera de forma indistinta la generación de frío o calor.

Cuando tratamos el enfriamiento, la unidad es la frigoría.

En el caso de generación de calor, la unidad es la kilocaloría.

En principio deben considerarse una serie de factores que inciden en la temperatura interior, tales como las condiciones de aislamiento térmico, la orientación del edificio.

Para el estudio de la refrigeración tendrán que considerarse ciertos aspectos que inciden para la elección del sistema y el cálculo correspondiente; veamos cuales son:

  • Radiación Solar

La energía solar ingresa por radiación dentro del edificio penetrando por ventanas y cristaleras; ello genera una gran cantidad de calor que se eliminará mediante refrigeración. Para controlar estas radiaciones, se puede contar con cortinas exteriores y parasoles, destinadas a atenuar el paso de luz y calor.

Para refrigerar un edificio, siempre costará más enfriar una fachada orientada al sur en verano (aunque en invierno será más cálido y agradable, fácil de entibiar por la influencia de la radiación solar).

  • Iluminación Interior

Las luminarias no solo producen luz, sino también calor; por ello debe tenerse en cuenta este aspecto.

  • Ocupación por Superficie

También las personas desprenden calor, por esta razón se debe diferenciar entre un auditorio o un cine, donde puede reunirse una gran cantidad de personas por m2, muy diferente de una sala de exposiciones, por ejemplo.

Ciertos parámetros inciden negativamente para la refrigeración de espacios en verano, pero ayudan para calefaccionar en invierno.

Teniendo en cuenta todos estos datos, y otros más, de acuerdo a las características del edificio y al destino, podrá efectuarse el cálculo de necesidades térmicas.

Circuito Térmico

Un sistema de climatización funciona moviendo el calor entre el ámbito interior y el exterior. En verano extraen calor del interior hacia el exterior, y en invierno extraen calor del exterior para introducirlo al interior. Por ello, ese movimiento, lo realizan bombas de calor.

Básicamente un circuito térmico esta compuesto de tres elementos:

  1. La unidad evaporadora.
  2. La unidad condensadora.
  3. El fluido térmico.

Condensación y Evaporación

Cuando un líquido pasa al estado gaseoso, absorbe calor. De esta manera reacciona el cuerpo humano para refrigerarse, cuando la temperatura ambiente se eleva, las glándulas sudoríparas expelen sudor, éste se evapora porque se calienta al contacto con la piel, y es entonces que pasa al estado gaseoso por evaporación.

En un sistema de refrigeración, el fluido térmico circula a presión (por lo general es una mezcla de gases con porcentaje mayor de gas freón). En el momento en que el fluido llega a la Unidad Evaporadora Interior, disminuye su presión, pasando del estado líquido al gaseoso y absorbiendo calor del recinto.

Con la ayuda de una bomba, el gas de la instalación circula hasta la Unidad Exterior donde será sometido a presión por un compresor, para expulsar el calor adquirido antes.

Inversión del Proceso (Reversibilidad)

Casi todas estas bombas admiten la inversión del proceso, de manera que pueden realizar la evaporación en el exterior y la condensación en el interior.

A éstas bombas se las denomina Bombas de Calor, las cuales pueden transmitir calor del ambiente hacia el ámbito acondicionado.

Pero, por debajo de los 4ºC en el exterior, estas bombas presentan problemas de rendimiento por efecto de la condensación y la escarcha; motivo por el cual no son adecuadas en climas continentales donde las temperaturas alcanzan marcas bajo cero.

Sistemas de Generación de Aire Acondicionado

  • Equipos compactos: constan de una sola unidad
  • Equipos partidos: formados por dos o más unidades.
  • Equipos Unitarios: equipos independientes en cada dependencia con descarga directa de frío o calor.
  • Equipos Individuales: un solo equipo atiende al conjunto del local con descarga indirecta a través de una red de conductos de aire.

La mayor parte de los modelos que se indican, se fabrican con o sin incorporación de Bomba de Calor.

Equipos Autónomos

Los equipos autónomos, individuales, son los más antiguos. Su colocación se realiza en muros y ventanas, con la cara interna con comandos en el interior del edificio y otra que queda al exterior; con el inconveniente de tener que perforar las paredes para su instalación o disminuir la entrada de luz al ubicarlo en ventana.

En ese equipo está integrada la unidad evaporadora (interior) y la unidad condensadora (al exterior). Generalmente estos aparatos solo dan frío (aunque existen frío-calor) y sirven para el acondicionamiento de una sola habitación por su bajo rendimiento.

Su gama de potencias va desde los 2.000 a los 7.000 W, con una potencia eléctrica demandada de 900 -

Equipos Partidos

  • Split o Multi-Split

Este sistema suele utilizarse en pequeños comercios, viviendas o despachos.

Estos equipos poseen una unidad evaporadora al interior y otra condensadora que se sitúa al exterior, las mismas se conectan por tuberías que contienen fluido térmico.

El hueco necesario para unir la unidad interior y la exterior es muy pequeño. Así, un hueco de menos de 10 cm de diámetro es suficiente para pasar los dos tubos del refrigerante, el tubo de condensación de la unidad evaporadora y el cable de conexión eléctrica.

La unidad interior tiene un ventilador que sirve para impulsar el caudal de aire enfriado directamente al ambiente; ésta se instala en la pared o empotrada en falso techo.

La unidad exterior tiene el compresor y es la parte que posee la maquinaria más pesada; por lo general se ubica en el exterior del edificio sobre la pared o apoyada en el suelo de balcones o patios, de este modo no se trasmiten las vibraciones por la pared a la estructura del edificio.

La gama de potencias es la siguiente:

Refrigeración: 2.300 - 7.500 W (potencia eléctrica: 1.000 - 3.000 W) Calefacción: 2.500 - 8.000 W (potencia eléctrica: 1.000 - 2.900 W).

Si se requiere mayor potencia,se recurre a otros sistemas.


  • Equipo Partido Individual

Es también un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión de aire a través de rejillas en pared o difusores en techo. Al igual que los equipos partidos unitarios, está formado por dos unidades: el compresor y el condensador se sitúan en la unidad exterior, mientras que la unidad evaporadora se instala en el interior, conectada a la red de conductos. Ambas unidades se conectan mediante las líneas de refrigerante. Como en el caso anterior, se suele instalar un equipo para toda la vivienda o local. El control es individual por equipo y se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la dependencia más representativa. Para asegurar una correcta ventilación de los espacios acondicionados, la unidad interior precisa una toma de aire exterior. Esta unidad suele ser, en general, de tipo horizontal, para facilitar su colocación oculta por un falso techo. Su gama de potencias es similar al caso anterior.


Equipo Compacto Individual

El equipo compacto individual es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión de aire a través de rejillas en pared o difusores en techo.

Generalmente se instala un equipo para toda la vivienda o local.

El control es individual por equipo y, en locales divididos, se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la dependencia más representativa (la de mayores necesidades de frío o calor).

El equipo necesita una toma de aire exterior, por lo cual suele situarse próximo a un cerramiento del local (fachada o cubierta); interiormente se puede colocar en un falso techo o en un armario.

Existen modelos horizontales y verticales adaptados a las posibilidades de instalación.

La gama de potencias es:

Refrigeración: 7.000 - 17.000 W (potencia eléctrica: 3.000 - 7.000 W).

Calefacción: 7.500 - 18.000 W (potencia eléctrica: 3.000 - 6.500 W).

Multievaporadores

Los multievaporadores son equipos partidos que cuentan con una unidad exterior y varias unidades interiores funcionando al mismo tiempo.

Estos sistemas pueden llegar a potencias del orden de las 25.000 frigorías, aunque lo usual es que lleguen a 10.000.

Poseen una gran capacidad de regulación ya que cada unidad interior tiene control individual. Tal es el grado de independencia, que una unidad puede estar dando frío y otra calor, ya que la unidad externa comanda y maneja el flujo de calor al sistema.

El mayor inconveniente es que requiere de personal especializado para su instalación ya que es compleja, además es un sistema de alto coste.

Instalaciones Centralizadas

Las instalaciones centralizadas tienen un sector del sistema ubicado en el exterior, por lo general en la parte más alta del edificio (cubierta, azotea) y desde allí, su distribución por los ambientes del edificio.

Este tipo de instalaciones responden a diseños donde deben servirse a grandes superficies como por ejemplo centros comerciales, grandes tiendas, etc.

Las plantas exteriores tienen las unidades evaporadoras y condensadoras integradas, desde donde parte un entramado de tubos, los conductos de fluido térmico (aire, agua o gas).

Esta es una instalación que requiere un estudio donde deberá considerarse:

  • Peso de la Instalación:

Las unidades exteriores pueden superar los 300 kg , deben ser aisladas de las superficies de las cubiertas, instaladas sobre bancadas con una estructura que no transmita las vibraciones.

  • Vibraciones y Ruidos:

De no ser modelos que cuenten con corrección acústica de fábrica, debe preverse un apantallamiento para aislar del ruido a las viviendas aledañas.

  • Aspecto Estético:

La ubicación del equipo en la cubierta debe ser contemplada por su impacto estético. Pueden instalarse pantallas decorativas que oculten dichos equipos.

  • Tuberías de Distribución:

Los tubos de fluido deben disponerse en sitios proyectados a tal fin, que permitan su correcta instalación y la posibilidad de acceder a personal técnico para su mantenimiento.

Estas tuberías atraviesan todas las plantas desde su parte más alta hasta el sótano. Pueden aprovecharse estos pasos de instalaciones para fontanería o líneas eléctricas, aunque es preferible dejarlos previstos en la fase de proyecto.


Acondicionador de Aire Portátil

Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de un lugar a otro.

Para su instalación sólo requiere una sencilla abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcón. Resuelve de forma adecuada las necesidades mínimas de acondicionamiento, generalmente frío, en pequeñas estancias.

Su gama de potencias es la siguiente: Refrigeración: 1.600 - 3.800 W (potencia eléctrica: 700 - 1.700 W) Calefacción: 2.500 - 3.500 W (potencia eléctrica: 1.000 - 1.300 W)

Distribución de Fluidos: Sistemas

Veamos los distintos sistemas de distribución:

Distribución por Agua

Cuando la unidad evaporadora está en el exterior, y su planta integrada en la cubierta, el frío se distribuye mediante tuberías de agua. Estas unidades se denominan Fan-Coil.

La unidad evaporadora produce agua fría, de transporte mas sencillo; las tuberías de agua fría circulan hasta unidades interiores de disipación, en donde un ventilador impulsa el aire entre los conductos que la contienen. Así el aire se enfría, trasmitiendo el calor al agua que en su circuito retorna a la unidad evaporadora.

Distribución por Gas

El transporte de calor entre la unidad evaporadora y la condensadora se realiza por medio de tuberías de gas. Dichas tuberías por lo general son de cobre y se encuentran aisladas en todo su recorrido con espumas elastoméricas para no ceder calor o frío a los materiales y ambientes por donde discurre.

Distribución por Aire

Este es uno de los sistemas más difundidos: distribución de frío o calor por aire.

Desde la unidad térmica, generadora de frío, con la ayuda de un ventilador, se impulsa el aire por un sistema de conductos que llegan a distintos ambientes. Por lo general, discurren disimulados por falso techo.

Estos conductos son de material aislante para mantener la temperatura hasta llegar al punto de servicio. En edificios los conductos se realizan con paneles de fibra de vidrio, recubiertos de papel aluminio para impedir la pérdida de fibras.

En construcciones industriales o aparcamientos, se realizan en chapa de acero galvanizado con recubrimiento interno de fibra de vidrio.

Esta distribución se efectúa por la entrada del aire en las habitaciones mediante rejillas llamadas difusores, cuya función es distribuirlo de manera uniforme para que no enfoque directamente sobre las personas.

La velocidad de salida no supera los 0,25 m/s. Cuanto mayor es la velocidad, más ruidosa resulta, además no conviene ya que puede afectar la salud de las personas (puede originar catarros o contracturas musculares). El aire impulsado entonces retorna a la máquina cerrando el circuito.

Para retorno se instalan rejillas de retorno en sitios estratégicos para conseguir un buen barrido del volumen refrigerado.

Antes de volver a ser impulsado, el aire se filtra pues regresa sucio por elementos en suspensión, humo de tabaco y otros elementos contaminantes. Estos filtros requieren ser limpiados periódicamente.

Es importante el aporte de aire exterior al sistema para lograr una buena calidad de aire en circulación dentro de los ambientes, como mínimo un aporte del 10%.

Composición del Aire

La composición volumétrica del aire puro se establece dentro de los siguientes parámetros:

Oxígeno ................... 20,99%
Anhídrido Carbónico... 0,44%
Nitrógeno ................. 78,03%
Vapor de Agua ......... variable
Otros Gases ............ 0,04%

Tener en Cuenta

Cualquier instalación de aire acondicionado total debe contemplar las condiciones enunciadas a continuación:

  • Temperatura ambiente (calefacción y refrigeración).
  • Contenido de humedad ambiental.
  • Circulación del aire.
  • Filtrado del aire.
  • Ventilación (por aporte de aire exterior).

La eficiencia de una instalación de aire acondicionado depende del criterio de elección de los equipos y el diseño de la instalación.

Como guía para una buena elección y correcta aplicación, enunciamos los siguientes factores:

  • Tipo de local y destino del mismo.
  • Características del ambiente natural.
  • Instalaciones existentes de ventilación.
  • Arquitectura, características.
  • Costos.

Por lo expuesto vemos que en estas instalaciones deben considerarse no solo las necesidades generales de cada local, por sus dimensiones, orientación, destino, etc., sino que también han de tenerse en cuenta las condiciones de cerramiento.

Frente a estas variables existen ciertas deficiencias en las instalaciones centralizadas que envían el aire en condiciones similares para todo el edificio.

En estos casos deben proponerse soluciones denominadas multizonas.

Realizando instalaciones independientes de acuerdo a cada zona en particular y enviando aire o agua a ellas en las condiciones exigidas para su confort.

En instalaciones no centralizadas (individuales) se recurre a unidades compactas de distintos tipos, condensadas por agua o aire, distribuyendo el aire con un sistema similar a la calefacción por aire caliente.

Condensación

Al hacer circular el aire por unas tuberías más frías que éstas, el vapor de agua contenido en el aire, se condensa en la superficie de las tuberías. Esto sucede en las unidades evaporadoras cuando se genera frío.

El agua que aparece entonces, debe evacuarse en forma adecuada contamplándose en estos casos un desagüe para cada unidad.

En épocas invernales también se producirá condensación en el exterior de las unidades condensadoras. Por este motivo, se proveen conexiones a los desagües pluviales del edificio a fin de evitar daños a la cubierta.

Humedad

Uno de los componentes del aire es el vapor de agua; aunque su peso no supera el 5% del aire, las variaciones de humedad pueden influir en la salud de las personas.

Los sistemas de climatización siempre deben controlar el contenido de humedad ambiente, que deberá ser lo suficientemente alta.

Temperatura

En trabajo sedentario, la temperatura adecuada para el ambiente es de aproximadamente 21ºC en invierno y 24ºC en verano. Estos límites deberán ser respetados para no consumir más energía de la debida y para que los equipos puedan funcionar correctamente.

Síndrome del Edificio Enfermo

La calidad de aire es de radical importancia para lograr ambientes climatizados sanos.

Cuando la ventilación es insuficiente o los filtros no funcionan correctamente, o no se limpian peródicamente, la calidad del aire disminuye, se enrarece, y las personas que permanecen en esos ambientes pueden contraer enfermedades respiratorias, alergias, erupciones cutáneas y problemas oculares.

Composición de Instalaciones de Aire Acondicionado

Las Instalaciones de Aire Acondicionado funcionan a partir de dos elementos que la integran:

1) La Central Frigorífica o Calorífica: son las unidades o sistemas productores de frío y calor;

2) El Sistema Impulsor de Aire.

Instalación Centralizada de Enfriamiento

En las Instalaciones Centralizadas de Enfriamiento, la central frigorífica (o sistema productor de frío), se compone de una o varias unidades frigoríficas que funcionan por compresión, aunque también los hay por absorción.

La Unidad Frigorífica por Compresión es una Bomba de Calor que toma el calor del ambiente, lo cede a un fluido exterior (aire o agua, o una mezcla de los dos).

Una Unidad Frigorífica está compuesta por los siguientes elementos:

  • Compresor.
  • Evaporador.
  • Condensador.
  • Sistema de Expansión.
  • Controles.

Según sea el condensador empleado, las instalaciones centrales podrán ser:

1.- Unidades Condensadas por Agua.

2.- Unidades Condensadas por Aire.

3.- Unidades Condensadas Mediante Sistema Evaporativo.

Las Unidades Condensadas por Agua son las más difundidas. Tienen la ventaja de ser equipos compactos de buen rendimiento, con la posibilidad de ser montadas y probadas en fábrica.

En estas unidades suelen utilizarse Torres de Recuperación o llamadas Torres de Enfriamiento que, aunque se incrementa el coste inicial de la instalación, se reduce el consumo elevado de agua y se emplean unidades montadas en fábrica, probadas antes de su instalación.

Instalación Central Calorífica

En las Instalaciones Centrales Caloríficas se utilizan diversos tipos de calderas para producción de agua caliente, por lo general a presión atmosférica.

En menor proporción también se emplean instalaciones con agua sobrecalentada, por lo general con temperaturas que no superan los 110ºC y centrales, mediante la producción de vapor de agua a baja presión.

En estos casos se recomienda que la combustión se realice en forma automática para que el operador solo ponga en marcha el quemador al arranque diario de la instalación, automatizando los períodos de paro y marcha del quemador y el encendido del mismo.

Tratamiento del Aire y Sistema de Impulsión

Para el tratamiento del aire y el sistema de impulsión, desde las centrales productoras de calor y frío, podemos enviar a las plantas el agua fría o caliente, la cual será transformada en aire frío o caliente mediante cámaras o fan-coils, o también, convertir el agua fría o caliente en aire frío o caliente y enviarlo así tratado a las plantas.

En el sistema convencional y multizona, el aire transporta frío, calor, humedad y deshumidificación, del mismo modo sucede en el sistema a doble conducto.

En el sistema fan-coil se impulsa y recicla el aire, realizando su acondicionamiento tratándolo dentro del mismo local con el trabajo de un ventilador que recibe agua fría o caliente según el caso.

El sistema a inducción reemplaza el ventilador por una corriente de aire recibida desde la central a alta presión, provocando la inducción del aire interior a circular.

Normativa y Bibliografía

  • Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. (RITE)
  • NTE.- Instalaciones.
  • Normas Básicas de Edificación. NBE-CT-79, NBE-CA-88 y NBE-CPI-96.
  • Normativa del Ayuntamiento y Compañía Suministradora de Energía correspondiente.

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