Aunque que la refrigeración, como la conocemos actualmente, data de unos sesenta años, algunos de sus principios fueron conocidos hace tanto como 10 000 años antes de Cristo.
Uno de los grandes sistemas para suprimir el calor sin duda fue el de los egipcios. Este se utilizaba principalmente en el palacio del faraón. Las paredes estaban construidas de enormes bloques de piedra, con peso superior de 1000 toneladas y de un lado pulido y el otro áspero. Durante la noche, los esclavos desmantelaban las paredes y acarreaban las piedras al Desierto del Sáhara. Como la temperatura en el desierto disminuye notablemente a niveles muy bajos durante el transcurso de la noche, las piedras se enfriaban y justamente antes de que amaneciera los esclavos acarreaban de regreso las piedras al sitio donde el palacio y volvían a colocarlas al sitio donde estas se encontraban.
Se supone que el faraón disfrutaba de temperaturas alrededor de los 26.7°C, mientras que afuera estas se encontraban hasta en los 54°C o más.
Hoy en día, el acondicionamiento de aire es el proceso que se considera más completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura calefacción o refrigeración, humedad, limpieza (renovación, filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales.
Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los aparatos autónomos y los centralizados. Los primeros producen el calor o el frío y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los segundos tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado. En este último caso, la producción de calor suele confiarse a calderas que funcionan con combustibles, y la de frío a máquinas frigoríficas, que funcionan por compresión o por absorción y llevan el frío producido mediante sistemas de refrigeración.
La expresión aire acondicionado suele referirse a la refrigeración, pero no es correcto, puesto que también debe referirse a la calefacción, siempre que se traten todos o algunos de los parámetros del aire de la atmósfera. Lo que ocurre es que el más importante que trata el aire acondicionado, la humedad del aire, no ha tenido importancia en la calefacción, puesto que casi toda la humedad necesaria cuando se calienta el aire, se añade de modo natural por los procesos de respiración y transpiración de las personas. De ahí que cuando se inventaron máquinas capaces de refrigerar, hubiera necesidad de crear sistemas que redujesen también la humedad ambiente.
BASES FISIOLÓGICAS DEL ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE
Las variaciones estacionales extremas de calor y frío son mayores que las que la mayoría de la gente puede soportar aún en las zonas templadas. Los márgenes de temperatura dentro de los cuales la gente se siente cómoda depende en gran parte de la ropa que usa, el grado de actividad física y el contenido de humedad de humedad de la atmosfera, pero para las personas ocupadas en actividades ligeras, puertas adentro, los márgenes siguientes indican de un manera general los límites de confort:
Invierno (ropaje normal) - - - - - - - - - - 18 - 23°C (64-73°F)
Verano (ropas livianas) - - - - - - - - - - 22 – 28°C (71-82°F)
El hecho de que los márgenes sean diferentes según se trate de invierno o verano se deben, en parte, al distinto ropaje, y en parte, a la modificación del metabolismo.
La consideración de estos márgenes de confort indica que hay probablemente muy pocos lugares en cualquier país de zona templada en la que no se necesite algún tipo de acondicionamiento de aire (calefacción en invierno o refrigeración en verano) a lo largo del año. La calefacción invernal, por supuesto, es una costumbre de siglos, y muchas regiones clasificadas como templadas serían inhabitables sin ella. La refrigeración veraniega, aunque no absolutamente esencial para la existencia, es necesaria en muchas partes para confort y vida saludable.
Son cuatro las condiciones atmosféricas que afectan al confort humano:
Temperatura
Humedad
Movimiento del aire
Pureza del aire
1.- TEMPERATURA
Puesto que no es posible la conservación de la vida por sí misma sin el mantenimiento de la temperatura propia del cuerpo humano, la calefacción artificial dentro de los recintos fue el intento más remoto hecho con miras a la modificación de algunos de estos factores. La regulación de la temperatura, dentro de límites propiamente dichos y considerados como óptimos, mediante una calefacción o refrigeración perfectamente reguladas, se obtuvo en época relativamente reciente.
El adecuado control de la temperatura del medio ambiente que rodea al cuerpo humano consigue un mayor confort y una mejora del bienestar físico y de las condiciones de salubridad.
2.- HUMEDAD
Una gran parte del calor que posee el cuerpo humano se disipa por evaporación a través de la piel. Como la evaporación se favorece con una humedad relativa del aire, baja y se retarda si ésta es alta, de ello se deduce que la regulación de la humedad tiene una importancia tan vital, que su influencia en el confort y demás sensaciones físicas no es para despreciar; pues un exceso de humedad no sólo da como resultado reacciones fisiológicas perjudiciales, sino que también afecta (por lo común en forma perjudicial) a las cualidades de muchas de las sustancias contenidas en el lugar que se trate, y muy particularmente sobre los vestidos y muebles.
3.- MOVIMIENTO DEL AIRE
El movimiento del aire sobre el cuerpo humano incrementa la proporción de humedad y calor disipados con respecto a la que correspondería a un aire en reposo, dando ello lugar a que la sensación de calor o frío experimente variación.
4.- PUREZA DEL AIRE
La composición física y química del aire comprende un determinado número de elementos diversos. La disminución de la proporción de oxigeno contenido, así como el aumento del anhídrido carbónico, debido a la combustión fisiológica son factores raramente importantes a causa de la pequeña ventilación que se requiere para anular sus efectos. La dilución de los olores humanos exige una gran ventilación y otros medios de eliminación de olores. La eliminación de las partículas sólidas, en suspensión en el aire introducido en el recinto, es importante no sólo por lo que concierne a la salud, sino también por lo que tienen de molestas, así como por el deterioro que frecuentemente representa la suciedad depositada en los mobiliarios y demás objetos. El humo, ya sea producido en el interior de la habitación, ya en el exterior de la misma, debe ser evacuado a causa de lo pernicioso que resulta para la vista y el aparato respiratorio. La mayoría de los médicos convienen en que la expulsión del polen del heno del aire es, en extremo beneficioso para los atacados de la fiebre del heno o del asma. La regulación de la proporción de iones contenidos en el aire puede resultar de importancia en el futuro, pero en la actualidad son demasiado escasos los conocimientos que se poseen sobre el particular para poder deducir conclusiones.
Sin embargo, es posible que la esterilización del aire para la destrucción de las bacterias pueda llegar a revestir la mayor importancia.
DEFINICIONES Y TÉRMINOS EMPLEADOS CORRIENTEMENTE EN AIRE ACONDICIONADO
El frío, por definición, no existe. Es simplemente una sensación de falta de calor.
CALORÍA
Una caloría es la cantidad de calor que tenemos que añadir a 1 Kg. de agua a 15ºC de temperatura para aumentar esta temperatura en 1ºC. es equivalente a 4 BTU.
FRIGORÍA
Una frigoría es la cantidad de calor que tenemos que sustraer a 1 Kg. de agua a 15ºC de temperatura para disminuir esta temperatura en 1ºC. Es equivalente a 4 BTU.
BTU
British Thermal Unit. Unidad térmica inglesa. Es la cantidad de calor necesario que hay que sustraer a 1 libra de agua para disminuir su temperatura 1ºF. Una BTU equivale a 0,252 Kcal.
TONELADA DE REFRIGERACIÓN (TON)
Es equivalente a 3.000 F/h., y por lo tanto, a 12.000 BTU/h.
SALTO TÉRMICO
Es toda diferencia de temperatura. Se suele emplear para definir la diferencia entre la temperatura del aire de entrada a un acondicionador y la de salida del mismo, y también para definir la diferencia entre la temperatura del aire en el exterior y la del interior.
ZONA DE CONFORT
Son unas condiciones dadas de temperatura y humedad relativa bajo las que se encuentran confortables la mayor parte de los seres humanos. Estas condiciones oscilan entre los 22º y los 27 ºC (71-80ºF) de temperatura y el 40 al 60 % de humedad relativa.
TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO (Termómetro húmedo)
Es la temperatura indicada indicada por un termómetro, cuyo depósito esta envuelto con una gasa o algodón empapados en agua, expuesto a los efectos de una corriente de aire intensa.
TEMPERATURA DE BULBO SECO (Termómetro seco)
Es la temperatura del aire, indicada por un termómetro ordinario.
TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCÍO
Es la temperatura a que debe descender el aire para que se produzca la condensación de la humedad contenida en el mismo.
DEPRESIÓN DEL TERMÓMETRO HÚMEDO, O DIFERENCIA PSICOMÉTRICA
Es la diferencia de temperatura entre el termómetro seco y el termómetro húmedo.
HUMEDAD
Es la condición del aire con respecto a la cantidad de vapor de agua que contiene.
HUMEDAD ABSOLUTA (Densidad del vapor)
Es el peso del vapor de agua por unidad de peso de aire seco, expresada en gramos por metro cúbico de aire.
HUMEDAD ESPECÍFICA
Es el peso del vapor de agua por unidad de peso de aire seco, expresada en gramos por kilogramo de aire seco.
HUMEDAD RELATIVA
Es la relación entre la presión real del vapor de agua contenida en el aire húmedo y la presión del vapor saturado a la misma temperatura. Se mide en tanto por ciento.
CALOR SENSIBLE
Es el calor empleado en la variación de temperatura de una sustancia cuando ese le comunica o sustrae calor.
CALOR LATENTE
Es el calor que, sin afectar a la temperatura, es necesario adicionar o sustraer a una sustancia para el cambio de su estado físico. Específicamente en psicometría, el calor latente de fusión del hielo es hf = 79,92 Kcal. /Kg.
CALOR TOTAL (ENTALPÍA)
Es la suma del calor sensible y el latente en kilocalorías, por kilogramo de una sustancia, entre un punto arbitrario de referencia y la temperatura y estado considerado.
NORMAS UNE, ARI Y ASHRAE (Capacidad)
Son las frigorías hora producida por un acondicionador a 35ºC (95ºF) de temperatura seca exterior y 23,8ºC (75ºF) de temperatura húmeda.
COP (coeficiente of Performance)
Coeficiente de prestación. Es el cociente entre la potencia calorífica total disipada en vatios y la potencia eléctrica total consumida, durante un periodo típico de utilización.
FUNCIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS EQUIPOS DE CLIMATIZACION
Las funciones que deben cumplir los equipos de aires acondicionados consisten en:
En verano: enfriamiento y deshumidificación.
En invierno: calentamiento y humidificación.
Comunes en invierno y verano: ventilación, filtrado y circulación.
Estos procesos deben realizarse:
Automáticamente.
Sin ruidos molestos.
Con el menor consumo energético.
CLASIFICACIÓN DE ALGUNOS DE LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
1.- POR SU MISIÓN
A. Para el confort
B. Para procesos industriales
2.- POR LA ESTACIÓN EN QUE ACTÚAN
A. Solo invierno
B. Solo verano
C. Todo el año
3.- POR SU INSTALACIÓN
A. Sistemas centralizados
A-1.- Ventilo-convectores, tipo fan-coil
A-2.- Climatizadores
A-3.- Inducción
A-4.- Volumen variable
A-5.- Mixtos a dos tubos
A-6.- Mixtos a cuatro tubos.
B. Sistemas unitarios y semi-centralizados.
B.1.- Unidades de ventana, muro y transportables
B.2.- Unidades autónomas de condensación por aire
B.3.- Unidades autónomas de condensación por agua
B.4.- Unidades tipo consolas de condensación por aire
B.5.- Unidades tipo consolas de condensación por agua
B.6.- Unidades tipo remotas de condensación por aire split-system
B.7.- Unidades autónomas de cubierta tipo roof-top, de condensación
Los sistemas de aire acondicionado, tanto los unitarios como los centralizados se basan cada vez más en conjuntos totalmente montados y probados en fábrica que incorporan circuitos de refrigeración completos, provistos de la totalidad de los elementos y controles necesarios para el manejo, protección y regulación de su funcionamiento.
Estos sistemas de refrigeración se utilizan para enfriar y deshumidificar el aire que queremos tratar o para enfriar el agua que enviaremos a las unidades de manejo de aire que se utilizan en una instalación centralizada.
El diseño y funcionamiento de estos sistemas de refrigeración gira alrededor de un FLUIDO REFRIGERANTE, al cual mediante una serie de dispositivos se le hace realizar el trabajo fundamental de absorber calor en un lugar, transportarlo y ceder ese calor en otro
Un sistema básico de refrigeración estará compuesto de los siguientes elementos:
- Compresor
- Condensador
- Elemento de control de flujo
- Evaporador
Estos elementos, incorporados en un circuito cerrado que se completa por medio de tuberías de interconexión, permiten hacer circular el fluido refrigerante durante el ciclo, de forma continua.
A medida que el refrigerante circula no sufre cambios químicos, pero está constantemente cambiando su estado físico. Puede ser líquido, gas o una mezcla de los dos, dependiendo de donde se encuentra durante el ciclo.
EL COMPRESOR recibe el refrigerante, en forma de gas por la tubería denominada LÍNEA DE ASPIRACIÓN, lo comprime, añadiéndole por tanto más calor y lo impulsa a través de la LÍNEA DE DESCARGA hacia el CONDENSADOR en forma de gas caliente, recalentado a alta presión.
En el CONDENSADOR (normalmente formado por un serpentín aleteado para aumentar su superficie de intercambio de calor o por un haz tubular y una envolvente) el refrigerante pierde primero su recalentamiento, se satura, parte vapor y mientras continúa perdiendo calor se condensa totalmente.
Una vez que el refrigerante se licua, se enfría algo mas y pasa a través de la LÍNEA DE LIQUIDO al CONTROL DE FLUJO donde, forzado a través de un restricción, pasa abruptamente a un espacio que se mantiene a un nivel de baja presión, donde se expande formando una mezcla fría de liquido y vapor que entra en el EVAPORADOR (otro serpentín aleteado o haz tubular con envolvente) por donde a medida que avanza, sigue evaporándose, absorbiendo para ello calor de las paredes de los tubos o tubos y aletas que lo contienen, seguirá absorbiendo calor hasta vaporizarse completamente, siendo posteriormente recalentado y aspirado por el compresor, reanudando de nuevo el ciclo. Con este dispositivo se consiguen las dos aplicaciones de refrigeración más usuales en aire acondicionado:
- En los sistemas unitarios o compactos, se hace pasar el aire que deseamos tratar a través del evaporador con lo que se enfría y regula su humedad.
La distribución del aire tratado en el recinto que se acondiciona puede realizarse por impulsión directa del mismo, desde el equipo para un solo recinto o canalizándolo a través de conductos provistos de rejillas o aerodifusores situados en las distintas zonas o dependencias a acondicionar
En los sistemas centralizados el tratamiento de aire de las distintas zonas, plantas o dependencias se realiza con unidades de manejo de aire que pueden ser ventiloconvectores (fan-coils), climatizadores o inductores, provistos de las baterías de intercambio de calor con el aire a tratar que reciben el agua enfriada en una central o planta enfriadora .
En los sistemas de refrigeración descritos observamos que el calor absorbido por el EVAPORADOR es transportado al CONDENSADOR, siendo necesario en todo caso el disipar del condensador el calor, para conseguir la condensación o licuado del fluido refrigerante, situándolo en condición de volverse a evaporar y de reanudar el ciclo de refrigeración.
El medio que utilicemos para disipar el calor del condensador define los dos tipos de diseño más normales:
A. CONDENSACIÓN POR AGUA
B. CONDENSACIÓN POR AIRE
En la condensación por agua los condensadores suelen ser:
- TUBO EN TUBO: Formados por un arrollamiento de dos tubos concéntricos en los que por uno circula el refrigerante y por el otro, en sentido contracorriente, el agua pasa a enfriar el refrigerante
- MULTITUBULAR CON ENVOLVENTE: Formados por un haz tubular dentro de una envolvente. El agua circula por los tubos y el fluido refrigerante por la envolvente.
Condensador multitubular en envolvente
En la condensación por aire se utilizan serpentines de tubo aleteado que se refrigeran con el aire exterior, forzado a su través por medio de un ventilador.
Existen sistemas de condensación denominados CONDENSADORES EVAPORATIVOS, consistentes en un serpentín aleteado situado en el interior de un recinto por el que circula en sentido contracorriente una cortina de agua y un caudal de aire forzado por un ventilador. Su aplicación es como condensador remoto.
La condensación por agua requiere caudales importantes que no suelen estar disponibles, y existen normativas locales que no autorizan la utilización de agua de red para estas aplicaciones por el importante consumo que supone. En ese caso se debe recurrir a la utilización de las denominadas TORRES DE ENFRIAMIENTO.
La escasez creciente del agua potable y la relativa escasez que sufren las grandes ciudades y centros industriales, “obliga” a recuperar el agua utilizada en el enfriamiento de los condensadores a los circuitos frigoríficos.
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Condensadores
Una TORRE DE ENFRIAMIENTO es una instalación o elemento para el enfriamiento de agua en láminas o gotas, por contacto directo con el aire atmosférico, permitiendo su reciclado en circuitos de refrigeración.
El gasto de agua necesario para compensar la evaporación es solo una fracción muy pequeña del caudal de agua empleado en la refrigeración, de forma que en la torre se recupera como mínimo un 95% del agua.
Las TORRES DE ENFRIAMIENTO utilizadas en instalaciones de acondicionamiento de aire se componen de las siguientes partes:
- Una bandeja de almacenamiento de agua con aportación y control de nivel por válvula de flotador.
- Cámara de entrada de aire forzado atmosféricamente.
- Retenedor de agua o relleno formando un laberinto que obliga a distribuir y laminar el agua y permite el paso de aire en contacto con ella para enfriarla.
- Un sistema de entrada de agua por medio de toberas o pulverizadores que reparten el agua por todo el área de relleno.
- Un separador de gotas para reducir al mínimo las perdidas de agua por arrastre.
- Uno o varios ventiladores axiales o centrífugos para aportación del caudal necesario para el enfriamiento del agua.
- Un cerramiento y estructura que soportan los elementos anteriores.
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Torres enfriamiento y sus componentes
1.- CLASIFICACIÓN EN CUANTO A LA FUNCIÓN PRINCIPAL
b) Sistemas de acondicionamiento para el confort
Su propósito es de crear condiciones atmosféricas que conduzcan a la buena salud, el bienestar y el rendimiento. Los sistemas utilizados en el hogar, oficinas, almacenes, restaurantes, salas de fiestas, hospitales. teatros, etc., son de este tipo.
b) Sistemas de acondicionamiento industriales
El propósito de estos sistemas es el de controlar las condiciones atmosféricas de modo que satisfaga los requisitos de ciertos procesos industriales o científicos.
2.- CLASIFICACIÓN EN CUANTO A LA ESTACIÓN DEL AÑO.
A) Sistemas solo para invierno
B) Sistemas de verano
C) Sistema para todo el año
A)Los sistemas de aire acondicionado solo para invierno, suelen basarse en la calefacción de aire y control de humedad con filtrado y aportación de aire nuevo para ventilación con posibilidad de ventilar en verano y épocas intermedias.
Para ello, puede recurrirse a una central de producción de agua caliente por medio de combustible liquido, gas licuado de petróleo, gas ciudad o electricidad en zonas templadas.
La circulación de agua caliente por un intercambiador o batería situado en una o varias unidades de manejo de aire tales como ventiloconvectores, climatizadores, etc., permite el tratamiento de aire.
La adición a estas unidades de un sistema de humectación y regulación de temperatura y humedad completaría la instalación. Igualmente pueden utilizarse calentadores de aire con los mismos combustibles.
Dada la elevación de los costos de los combustibles y energía eléctrica, re tiende a la utilización de sistemas de alto rendimiento energético por lo que conviene contemplar en muchos casos la conveniencia de utilizar sistemas denominados de BOMBA DE CALOR, que describiremos más adelante.
B)Los sistemas de aire acondicionado solo para verano, suelen basarse en la utilización de equipos autónomos o compactos, que incorporan un sistema completo de refrigeración para tratamiento de aire o en una central de producción de agua enfriada y unidades de manejo de aire. Su objetivo es la refrigeración y el control de humedad en verano con ventilación en épocas intermedias y en invierno.
C)Los sistemas de aire acondicionado para todo el año, son los que se adoptan con mayor frecuencia, y su objetivo es el mantener las condiciones de confort necesarias a lo largo de cualquier estación. Deben cumplir con todas las condiciones del tratamiento de aire: filtrado, control de temperatura y humedad y pureza del mismo. Pueden realizarse utilizando sistemas centralizados o sistemas unitarios. En los sistemas unitarios ofrece gran interés la utilización de unidades autónomas con BOMBA DE CALOR, las cuales por disponer de INVERSIÓN DE SU CICLO de refrigeración pueden dar calefacción con un rendimiento optimo y bajo coste de inversión y explotación.
BOMBA DE CALOR
Denominamos BOMBA DE CALOR a una máquina térmica capaz de transferir calor de una fuente fría a otra mas caliente.
Funcionamiento: Si consideramos el sistema de refrigeración descrito anteriormente y a sus componentes básicos adicionamos los necesarios para poder invertir el sentido de circulación del refrigerante. El serpentín exterior se convertiría en evaporador del gas refrigerante que robaría para ello el calor al aire exterior siendo aspirado por el compresor que al elevar su presión, y temperatura lo envía al serpentín interior donde se condensa cediendo calor al aire circundante interior. Una vez realizada esta condensación, volvemos a tener liquido a alta presión a la entrada del dispositivo de control de flujo dispuesto para iniciar de nuevo el ciclo.
El sistema anterior constituye una BOMBA DE CALOR reversible (con inversión de ciclo) que extrae calor del foco frío aire exterior y lo transfiere a otro más caliente aire interior.
Ventajas: La ventaja de esta maquina es SU CONSUMO. El ahorro de energía, que es lo mismo que decir, ahorro de dinero.
La bomba de calor transporta calor, consumiendo para ello energía eléctrica (la de accionamiento del compresor y movimiento de aire o circulación de fluidos transmisores) pero en una condición muy interesante: Para transportar y ceder la misma energía calorífica que produciría un aparato normal de calefacción eléctrica por efecto Joule, una BOMBA DE CALOR CONSUME MUCHA MENOS ELECTRICIDAD pudiendo llegar de la mitad a la cuarta parte, o lo que es lo mismo, puede suministrar de 2 a 4 veces mas calor que un aparato de calefacción eléctrico.
La relación entre la potencia cedida y al absorbida denominada COP, varia en función de las temperaturas del medio del cual extraemos el calor y al que no cedemos. Cuanto más frío es el medio exterior más energía necesitamos para transportar el calor, de ahí que disminuya la eficiencia, por lo que para cualquier aplicación deberá seleccionarse una bomba de calor con la que aprovechando al máximo sus posibilidades, se consiga la mayor economía de explotación.
Tipos de bomba de calor: Para denominar e identificar los distintos tipos de maquinas térmicas, bomba de calor, podemos establecer una primera clasificación en:
- BOMBAS DE CALOR REVERSIBLES
- BOMBAS DE CALOR NO REVERSIBLES
Dentro de las anteriores la forma más común de clasificarlas consiste en atender a la naturaleza de los medios de donde toman o ceden calor. De este modo podremos identificar las bombas de calor fijándonos solamente en el funcionamiento en régimen de suministro de calefacción y citando en primer lugar el medio del que extraemos calor y a continuación al que se cede el calor.
De acuerdo con lo anterior y atendiendo también a su aplicación podemos relacionar como las bombas de calor más usuales:
1. REVERSIBLES PARA CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN POR AIRE
1.1. Sistema aire exterior-aire
1.2. Sistema aire extraído-aire
1.3. Sistema agua perdida-aire
1.4. Sistema agua de bucle cerrado-aire
1.5.Sistema sol, agua de panel solar, agua torre-aire
2. REVERSIBLES PARA CALEFACCIÓN Y ENFRIAMIENTO DE AGUA
2.1. Aire exterior-agua
2.2. Aire extraído-agua
3. NO REVERSIBLES PARA CALEFACCIÓN POR AGUA Y/O PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA
3.1. Aire exterior-agua
3.2. Aire extraído-agua
3.3. Agua perdida-agua
3.4. Sol-agua panel solar-agua
3.5. Tierra-agua
3.- CLASIFICACIÓN EN CUANTO A LA INSTALACIÓN.
a) Sistemas centralizados
En estos sistemas todos los componentes se hallan agrupados en una sala de maquinas. En esta “estación central” se lleva a cabo el proceso total de acondicionamiento de aire. Entre los procesos mas corrientes se encuentran los siguientes:
a-1 Por ventilo-convectores, tipo fan-coil.
En una “estación central” situada corrientemente en los sótanos del edificio se calienta o enfría, según la época del año, el agua que después, por medio de unas bombas, se envía a cada unidad fan-coil. Un ventilador hace pasar el aire por un radiador, por el cual el aire se calienta o enfría y deshumidifica, según la época.
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a-2 Por inducción.
En este sistema existen una unidades climatizadoras zonales tipo fan-coil, pero sin ventilador. Hasta estas climatizadoras se envía por un lado agua tratada. Asimismo, el aire primario, al salir por las toberas de impulsión, induce unas corrientes de aire secundario que atraviesan la batería de agua, consiguiendo un perfecto control de la temperatura.
a-3 Instalaciones mixtas a dos y cuatro tubos.
Suele denominarse instalación a dos tubos aquella en la que utilizando como medio transmisor el agua, la distribución de la misma a las unidades de manejo de aire se realiza con dos tuberías (IDA-RETORNO).
Pueden utilizarse DOS TUBOS en instalaciones solo frío, solo calor o calor y frío con el sistema de colectores y válvulas necesarias para hacer el cambio de envío de agua fría en verano y agua caliente en invierno por la misma red.
Esta instalación puede aplicarse utilizando como unidades terminales:
- Climatizadores
- Fan-coils
- Inductores
- Combinación de los anteriores
En las instalaciones con inductores el aire de ventilación se trata en un climatizador y se suministra a alta velocidad a cada inductor en los que por medio de sus toberas se produce la inducción necesaria de aire interior a través de las bacterias de intercambio de calor.
En las instalaciones con fan-coils el aire de ventilación puede tratarse en un climatizador y suministrarse a los distintos espacios. Los fan-coils tratarán el aire interior recirculándolo.
Puede tratarse el aire de ventilación por medio de una toma directa de aire exterior al fan-coil.
En las instalaciones por climatizadores el aire de ventilación se trata por medio de una sección de mezcla con el de retorno.
Debe preverse el dimensionado y regulación necesaria para utilización del aire exterior para refrigeración en épocas intermedias.
La instalación de cuatro tubos utiliza como medio transmisor el agua conducida desde una central de producción de agua enfriada y otra de agua caliente por dos circuitos independientes IDA-RETORNO.
En circulación constante por los intercambiadores de las unidades terminales, fan-coil e inductores o climatizadores permite, mediante un sistema de regulación basado normalmente en la regulación del caudal de paso, el disponer de calefacción y refrigeración en todas las dependencias utilizando en cada momento lo necesario. Con ello podríamos estar calentando en invierno las dependencias periféricas de un edificio y refrigerando las zonas interiores que puedan necesitarlo.
Este sistema requerirá una regulación bien proyectada para conseguir una buena eficiencia energética.
b) Sistemas unitarios
En estos sistemas se utilizan equipos totalmente montados y comprobados en fábrica, con lo cual se eliminan los defectos del montaje en obra. Puede bastar con un solo acondicionador de aire si el local es relativamente pequeño, o bien el área total puede ser dividida en varias zonas, cada una servida por un equipo de la capacidad adecuada. Estos sistemas ofrecen las ventajas de un costo inicial moderado y también la de una mayor flexibilidad de funcionamiento.
b-1) acondicionadores de ventana y muro.
Estas unidades se llaman de ventana por precisar de una salida al exterior, ya que la condensación se produce por medio del aire ambiente. Se pueden instalar en ventanas, muro, etc.
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Requisitos indispensables para su instalación:
- Alimentación a 220 V., monofásica, con toma de tierra.
- La parte que da al exterior debe estar bien ventilada, permitiendo que el aire entre por las aletas laterales y salga por detrás, sin llegar a mezclarse, por lo cual no se colocarán en espacios cerrados.
- Colocar en cada local el acondicionador de la potencia adecuada.
- Instruir sobre el manejo.
Su potencia varía entre 1.400 y 6.000 Frg./h. (5.600 a 24.000 BTU).
La calefacción puede producirse:
- Por resistencias eléctricas que suelen adaptarse como elemento opcional.
- Por BOMBA DE CALOR o dispositivos de inversión de ciclo con mayor rendimiento y menor potencia absorbida.
Dentro de estos equipos domésticos destacamos el acondicionador de aire transportable, porque su utilización es básica en aquellas instalaciones en que, por una serie de variadas razones, no se desea hacer ningún tipo de obra. Esta principal motivación se complementa con la de su transportabilidad, porque permite con gran facilidad acondicionar varias habitaciones de forma alterna.
El acondicionador se compone de dos cuerpos:
- Mueble principal, que lleva incorporados todos los mecanismos básicos, colocado en la habitación que se desea acondicionar.
- Condensador que en forma de maleta debe ir situado al exterior.
Estos dos cuerpos van unidos por tuberías que en forma de manguera unen inseparablemente los dos elementos anteriores.
b-2) Unidades autónomas de condensación por aire.
Estos equipos son llamados compactos porque reúnen en un solo mueble todos los elementos necesarios para su funcionamiento.
Necesitan de una entrada y una salida de aire del exterior para la condensación del gas, pero dado que los ventiladores son del tipo “centrífugo”, se puede colocar el aparato en el interior del local o sótano y conducir este aire del condensador al exterior.
Requisitos indispensables para su instalación:
1. Salida de aire al local
2. Retorno de aire del local
3. Salida de aire del condensador al exterior
4. Entrada de aire al condensador desde el exterior
- Alimentación a 220 V. o 380 V. trifásica.
- Toma de aire del exterior y salida de aire caliente al exterior.
- Colocar el acondicionador de la potencia adecuada.
La potencia frigorífica, según los modelos, varía entre 15.000 y 60.000 Frg./h.
La calefacción puede ser por agua caliente, vapor o batería eléctrica de calefacción.
También se dispone de BOMBA DE CALOR o dispositivo de inversión de ciclo en este tipo de unidades, de gran interés por lo que simplifican el sistema de acondicionamiento, su interesante rendimiento energético y bajo coste de explotación.
El equipo se suministra con un termostato ambiente y un panel de mandos.
Además de estos compactos tipo armario o verticales existen, con características muy similares, otros compactos también de refrigeración por aire, de tipo horizontal, diseñados especialmente para su instalación en alto, en falsos techos o en lugares difícilmente accesibles para cualquier otro tipo de aparato, porque su altura es de aproximadamente 50 centímetros. Permiten resolver una innumerable serie de instalaciones a un coste muy bajo.
Se aconseja su empleo en pequeñas instalaciones centralizadas, y también se utilizan muchísimo como continuación del equipo de ventana, ya que son similares y su potencia frigorífica empieza donde acaba el acondicionador doméstico. Las potencias mas usuales son de 5.000 a 15.000 Frg./h. (20.000 a 60.000 BTU/h.) permiten la canalización de la descarga del condensador.
b-3) Unidades autónomas de condensación por agua.
El proceso general de refrigeración de estas unidades es igual al de las anteriores, pero se diferencia de aquellas en que la condensación del gas es producida por medio de agua a la temperatura ambiente normal. El agua se lleva el calor extraído por el aparato.
En aparatos de pequeña potencia (hasta 6.000 frigorías/hora) o cuando las disponibilidades de agua lo permitan, el agua se tira a la red del alcantarillado. Empleando agua de la red el consumo de agua se obtiene así:
Litros/hora = Frg/hora x 0´12
Cuando el consumo de agua sea importante, se deben emplear torres de recuperación de agua, colocadas en las plantas superiores o en patios bien ventilados.
Requisitos indispensables para su instalación:
- Alimentación a 220 V. monofásica para los equipos de 6000 Frg/h. con toma
- Alimentación a 220 o 380 V. trifásico para los equipos de más de 9.000 Frg/h.
- Acometida de agua, salida de la misma y drenaje de agua condensada.
- Bomba, tuberías y torre.
- La calefacción se produce por baterías de agua caliente, vapor o resistencias blindadas con sus protecciones correspondientes.
b-4) Unidades tipo consola de condensación por agua.
Son unidades autónomas de pequeña potencia y su funcionamiento es muy similar al de los equipos compactos enfriados por agua.
Necesitan una toma de agua de la red y dos salidas para drenaje y agua del condensador.
La calefacción se consigue por medio de una batería eléctrica o una batería de agua caliente.
Estas unidades pueden ser dotadas de dispositivo bomba de calor o inversión de ciclo para dar calefacción en invierno.
b-5) Unidades tipo consola de condensación por aire.
Su funcionamiento es similar al de los equipos ventana, con la gran ventaja de ser más silencioso.
Necesitan una salida y toma de aire del exterior, quedando la unidad a ras del muro.
La calefacción se consigue por batería eléctrica o batería de agua caliente.
b-6) Unidades tipo remotos de condensación por aire (splits-system).
Estas unidades se diferencias de las compactas en que están partidas o divididas en dos muebles: unidad condensadora y unidad climatizadora.
Ambas unidades van unidas por medio de tuberías de cobre para la conducción del gas refrigerante. Pueden existir dos posibilidades: que la unidad condensadora tenga que ir colocada en el exterior (caso A), o bien en el interior, canalizando por medio de conductos la aspiración y descarga de aire del condensador. Dentro de esta gama incluiríamos las consolas enfriadas por aire en su modalidad de remotas.
La potencia frigorífica, según los modelos, abarca la gama desde 2.000 a 60.000 Frg./h. La calefacción se consigue por medio de baterías eléctricas, baterías de agua caliente o vapor o bomba de calor.
b-7) Unidades autónomas de cubierta, tipo roof-top de condensación de aire.
Unidades preparadas para instalación en intemperie. Tipo horizontal. Son adecuadas para aplicaciones en locales de una sola planta con cubierta plana tales como hipermercados, industrias, etc.
CONSUMO ENERGÉTICO
El costo que actualmente representa la energía eléctrica es de vital importancia en una especialidad como el aire acondicionado que requiere un elevado consumo, por lo que su reducción representa una de las premisas básicas en los criterios de diseño.
Para ello, existen numerosas tecnologías y medios de aplicación, que se centran fundamentalmente en el ajuste de las necesidades, la utilización de fuentes de energía no convencionales, el incremento de la eficiencia y la recuperación de la energía residual, independientemente de utilizar equipos de alto rendimiento.
El apropiado uso del aislamiento térmico en el edificio, contribuye un elemento fundamental. A su vez la aislación térmica, reduce al mínimo las pérdidas de calor en los equipos, unidades de tratamiento de aire y la red de conductos y cañerías de la instalación.
Por otra parte, es indispensable la adopción de soluciones arquitectónicas que tiendan a la reducción de consumo energético, teniendo en cuenta el aprovechamiento de la radiación solar, protecciones, etc., para reducir infiltraciones.
En el transcurso de un año de funcionamiento del sistema de climatización, existen períodos de tiempo en los cuales las características del ambiente exterior del edificio son favorables para la climatización mediante el aire exterior, mediante un sistema economizador denominado comúnmente free-cooling.
Otro aspecto a considerar es con objeto de adaptar la producción de aire acondicionado a la demanda del calor del sistema, la utilización del ciclo bomba de calor para calefacción es recomendable en lugar de resistencias eléctricas y el empleo de gas natural para refrigeración con unidades enfriadoras de agua operando con el ciclo de absorción constituye una alternativa a considerar.
Otras formas de ahorrar energía consiste en la recuperación de calor de condensación aprovechando que los equipos frigoríficos desprenden en su funcionamiento gran cantidad de calor que convenientemente recuperada puede ser empleada para otros servicios o zonas frías del edificio o también el almacenamiento de energía enfriando agua o produciendo hielo en las horas de la noche cuando la tarifa energética es más económica, el que está destinado a recortar los picos térmicos diarios, permitiendo reducir de esa manera, el tamaño de los equipos acondicionadores.
CONTROL AUTOMÁTICO
El automatismo se realiza básicamente mediante un termostato que “controla” el funcionamiento de los equipos y un higrómetro para el control de la humedad. Esto constituye uno de los aspectos primordiales, dado que si bien el diseño de la instalación se efectúa en función de las condiciones más desfavorables o críticas, el sistema debe funcionar correctamente adaptándose a todas las variables climáticas y de utilización que se requieren, por lo que se debe contar con los controles automáticos adecuados.
Además de la optimización del consumo en cada una de las instalaciones en grandes edificios, es conveniente adoptar un sistema de gestión integral que posibilite la operación y regulación de toda la instalación del consumo energético, así como una disminución de los costos de mantenimiento.
De esa manera, se obtiene el control directo de cada uno de los parámetros de la instalación, proporcionando en tiempo real la información de lo que está pasando en el edificio, pudiéndose tomar decisiones sobre elementos de ahorro energético, tales como selección de las condiciones interiores de confort, fijación de parámetros de funcionamiento regulación de la iluminación, bombas de agua, etc.
BIBLIOGRAFIA
- Ideas básicas sobre acondicionamiento de aire/Interclisa/Carrier, S.A./1988
- Acondicionamiento de aire / Interclisa. /1991
- Manual de Aire Acondicionado. Carrier. Ed. Marcombo, /1996. Capítulo 9-12.
- Manual Técnico de Calefacción y Aire Acondicionado.
- Tomo II. Recknagel, Sprenger, Hönmann.
- Ed. Bellisco, 2000. Capítulo III.
- Acondicionamiento de Aire: Principios y Sistemas - Edward G. Pita
Páginas de Internet como:
- http://es.wikipedia.org/wiki/Acondicionamiento_de_aire
- http://www.emc.uji.es/asignatura/obtener.php?letra=9&codigo=29&fichero=1082540407929
- http://www.kartix.net/aireaciondicionado.html
- http://html.rincondelvago.com/aire-acondicionado-y-refrigeracion.html
