instalaciones de aire acondicioado y calefaccion

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Impreso en Argentina

ISBN 978-950-553-155-4

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Quadri, Néstor Pedro Instalaciones de aire acondicionado y calefacción - la ed. la reimp. -

Buenos Aires: Librería y Editorial Alsina, 2008. 405 p.; 22x15 cm.

ISBN 978-950-553-155-4

l. Instalaciones de Aire Acondicionado. 2. Instalaciones de Calefacción. l. Título

CDD697

Fecha de catalogación: 06/05/2008

ÍNDICE GENERAL

PRÓLOGO. XI

INTRODUCCIÓN: PRINCIPIOS BÁSICOS .. 1

Definición de aire acondicionado, 1; Descripción de las funciones básicas, 2; Ventilación, 2; Filtrado, 4; Refrigeración y deshumectación, 5; Calefacción, 5; Humectación, 6; Circulación, 6; Requisitos especiales, 7; Control automático, 7; Ruidos molestos, 8; Ahorro energético, 8; Unidades y definiciones básicas, 9; Intensidad de calor, 9; Cantidad de calor, 11; Calor sensible y calor latente, 13; Transmisión del calor, 14; Conducción, 14; Convección, 15; Radiación, 15.

CAPÍTULO I: CARGAS DE AIRE ACONDICIONADO: TRANSMISIÓN DE CALOR. PSICROMETRÍA. CONFORT 19

Transmisión de calor, 19; Determinación del coeficiente de transmitancia total K, 20; Ejemplo cálculo, 21; Psicrometría, 25; Composición del aire; 25; Contenido de humedad, 25; Medición de la humedad, 26;. Ábaco psicrométrico, 28; Ejemplo de aplicación, 28; Confort térmico, 29; Condiciones atmosféricas que afectan el confort, 32; Temperatura del aire y superficiales, 33; Humedad relativa, 34; Movimiento del aire, 34; Condiciones de diseño, 35; Calidad del aire interior, 37; Condiciones exteriores, 37; Cargas de aire acondicionado, 39; Cargas de refrigeración, 40; Clasificación de las cargas, 40; Externas, 41; Internas, 41; Del sistema, 41; Variación diaria de temperatura, 41; Cargas externas, 42; Ganancia de calor a través de paredes y techo, 43; Paredes y techos exteriores, 43; Paredes y techos interiores, 43; Ganancia de calor a través de vidrios, 45; Cantidad de calor por transmisión (q4v), 45; Cantidad de calor por radiación solar (qrv), 45; Cargas internas, 48; Ganancia de calor de las personas, 48; Ganancia de calor de artefectos eléctricos, 48; Iluminación, 49; Ganancia de calor de diversos aparatos, 49; Ganancia de calor total del local, 50; Caudal de aire de circulación; 50; Cargas del aire exterior, 50; Calor latente del vapor de agua, 52; Calor total del aire exterior, 52; Carga total de refrigeración, 53; Variabilidad de las cargas de refrigeración, 53; Ejemplo de cálculo de las cargas de refrigeración, 53;

VIII N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Suposiciones del cálculo, 55; Ganancias exteriores. Cálculo a las 15 horas, 56; Verificación a las 10 horas, 56; Ganancia por transmisión y efecto solar, 56; Ganancia de calor interna, 57; Caudal de aire a impulsar al local, 57; Ganancia de calor del equipo por el aire exterior, 57; Ganancia total de calor sensible, 57; Ganancia total de calor, 58; Capacidad del equipo, 58; Cargas de calefacción, 58; Pérdida de calor total por transmisión, 58; Pérdidas por transmisión de las superficies, 60; Suplementos por interrupción del servicio, 60; Suplemento por orientación 61; Suplemento por pérdidas de calor en cañerías y conductos, 62; Pérdida de calor sensible por el aire exterior, 62; Ejemplo de cálculo de las cargas de calefacción, 63; Suplementos de mejoramientos, 64; Pérdidas de calor sensible por transmisión (QSi), 64; Suplementos, 64; Pérdidas de calor sensible por el aire exterior, 64; Pérdidas de calor sensible total, 65.

CAPÍTULO II: DISPOSITIVOS DE ENFRIAMIENTO 67

Conceptos básicos, 67; Ciclo de refrigeración por compresión, 69; Refrigerantes, 72; Elementos componentes, 74; Compresores, 74; Compresor alternativo, 75; Compresor rotativo, 76; Compresor a espiral, 76; Compresor axihelicoidal, 78; Compresor centrífugo, 78; Condensadores, 78; Torre de enfriamiento, 82; Dispositivos de expansión, 84; Evaporador, 87; Inversión del ciclo frigorífico - Bomba de calor, 88; Unidades enfriadoras de agua, 90; Cañerías de refrigeración, 92; Arrastre del aceite, 92; Disposición de las cañerías, 93; Línea de líquido, 94; Aislación de cañerías, 94; Ciclo de refrigeración por absorción, 94; Aplicaciones y características de la máquina de absorción, 97.

CAPÍTULO HI: SISTEMAS Y EQUIPAMIENTOS DE AIRE ACONDICIONADO ... 99

Clasificación, 99; Por su misión, 99; Por las estaciones del año en que actúan, 100; Por el tipo de equipamiento, 100; Por la forma de distribución de los fluidos, 100; Sistema unitario o autónomo, 102; Sistema todo aire, 102; Sistema todo refrigerante, 103; Sistema todo agua, 103; Sistemas mixtos, 103; Sistemas unitario o todo aire con equipos compactos autocontenidos, 103; Equipos individuales de ventana o muro, 104; Equipos rooftop, 108; Equipos wall-mounted, 111; Equipos con condensador por aire remoto, 112; Equipos autocontenidos enfriados por agua, 114; Equipos enfriados por agua con bomba de calor (WSHP), 116;Análisis de aplicación de los equipos autocontenidos, 118; Sistema todo refrigerante con equipos split; 119; Simple-split, 119; Multi-split, 122; Multi-split de volumen de refrigerante constante, 123; Multi-split de volumen de refrigerante variable (VRV), 123; Análisis de aplicación del sistema todo refrigerante, 126;

ÍNDICE GENERAL IX

Sistema todo agua con equipos fan-coil, 127; Características de los fancoil, 128; Distribución del agua, 131; Análisis de aplicación del sistema todo agua, 132; Sistema mixto agua- aire, 133; Equipos de inducción, 136; Techos y pisos fríos, 137; Sistema todo aire, 139; Clasificación general de equipamientos y sistemas, 140.

CAPÍTULO IV: FORMAS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE 143

Distribución del aire en el edificio, 143; Distribución a volumen constante 145· Distribución simple zona, 145; Distribución multizona, 147; Dist;ibuci~n a volumen variable (VAV), 148; Calefacción en la distribución a volumen variable, 151; Distribución de aire bajo piso (UFAD), 152; Distribución del aire en los locales, 154; Rejas de alimentación, 154; Difusores, 155; Rejas de retorno, 156; Formas de distribución del aire en los locales, 157; Distribución del aire por mezclado, 157; Cálculo de rejas alimentación, 159; Cálculo de difusores, 160; Cálculo de rejas de retorno o interconexión, 162; Distribución del aire por desplazamiento, 163.

CAPÍTULO V: CONCEPTOS DE DISEÑO 165

Consideraciones generales, 165; Requisitos particulares de diseño, 166; Estética del edificio, 166; Simpleza de la instalación, 167; Mantenimiento mínimo, 167; Facilidad de ampliación, 167; Confiabilidad de funcionamiento, 167; Ahorro energético, 168; Proyecto del edificio, 168; Eficiencia del equipamiento, 168; Eficiencia de la instalación, 169; Normas de diseño, 170; Cargas parciales, 171; Emplazamiento, 171; Zonificación, 173; Factores determinantes de la zonificación, 173; Orientación, 17 4; Horarios de uso, 17 4; Disipaciones térmicas internas y condiciones psicrométricas, 175; Zonificación en edificios de oficinas, 176; Selección de equipos en función de las zonas, 177; Zonificación en instalaciones residen

ciales, 179.

CAPÍTULO VI: COMPONENTES DE LAS CANALIZACIONES .. 183

Cañerías de agua, 183; Cañerías metálicas, 184; Cañerías de acero, 184; Cañerías de latón, 184; Caños plásticos, 185; Polietileno, 185; Polipropileno 185· Unión de las cañerías, 186; Accesorios, 187; Accesorios a presi¿n, 189; Montaje de las cañerÍas, 189; Dilatación de las cañerías, 189; Aislamiento térmico de cañerías, 192; Pruebas hidráulicas de estanqueidad, 192; Desagüe del agua de condensación, 192; Elementos del circuito hidráulico, 194; Válvulas manuales, 195; Válvulas esclusas, 195; Válvulas globo, 196; Válvulas a diafragma, 196; Válvulas esféricas, 196; Vál-

X N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

vulas mariposa, 197; Válvulas de retención, 197; Filtros de agua, 197; Tanque de expansión, 197; Purgado del aire en las cañerías, 200; Bombas circuladoras, 201; Proyecto de las cañerías de distribución 203· Instalaciones monotubulares, 204; Instalaciones bitubulares 205· R~torn~ directo, 205; Retorno compensado, 206; Formas de distribu~ión 'del agua para frío y calor, 207; Conductos de aire acondicionado, 209; Montaje de conductos de hierro galvanizado, 209; Aislamiento de conductos, 215; Conductos prearmados, 215.

CAPÍTULO VII: CÁLCULO DE CAÑERÍAS Y CONDUCTOS 217

Conceptos básicos, 217; Método de cálculo de la fricción constante 218· Cálculo de los dispositivos de transportes del fluido, 219; Cálcu

1

lo d~ cañerías de agua, 219; Ejemplo de cálculo de cañerías, 221; Cálculo de la bomba circuladora, 223; Cálculo de conductos de aire, 223; Ejemplo de cálculo de conductos, 225, Verificación de la contrapresión del ventilador, 228.

CAPÍTULO VIII: ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE Y VENTILACIÓN MECÁNICA 231

Componentes de las instalaciones, 231; Ventiladores, 231; Ventiladores centrífugos, 232; Ventiladores axiales, 233; Acoplamiento de motores, 234; Ventiladores de diseño especial, 235; Extractores de techo, 235; Centrífugos de flujo axial, 235; Plenum fans, 236; Persianas, 236; Filtros de aire, 238; Filtros comunes de superficie plana, 238; Filtros de superficie extendida, 239; Filtros electrostáticos, 242; Diseño de los filtros de aire, 242, Instalaciones de ventilación mecánica, 245; Criterio para selección de ventiladores, 245; Tipo de instalaciones, 246; Método de extracción, 246; Método de impulsión, 246; Método mixto, 248; Normas de proyectos, 248; Locales con contaminantes, 252; Cálculo del caudal de aire de ventilación, 253; Otros elementos de ventilación, 255; Campana y purificador para cocina, 255; Cortinas de aire, 256.

CAPÍTULO IX: CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE Y HUMECTACIÓN . 257

Equipos de aire caliente a gas, 257; Ejemplo de cálculo, 261; Calefactor de conducto, 263; Caloventiladores de gas, 264; Humectación del aire, 264; Bandejas vaporizadoras, 265; Humectador por inyección de vapor, 266; Humectador por pulverización de agua, 267; Paneles humedecidos, 268; Otros tipos de humectadores, 269.

ÍNDICE GENERAL XI

CAPÍTULO X: GENERACIÓN DE CALOR 271

Combustión, 271; Combustibles, 272; Uso del gas natural, 273; Quemadores, 273; Quemadores de gas natural, 274; Controles de seguridad, 274; Control de barrido de aire, 275; Control de presión de gas, 275; Quemadores de combustible líquido, 277; Calderas, 278; Tipos de calderas, 280; Calderas humotubulares presurizadas, 280; Calderas murales, 282; Calderas de pie bajo mesada, 284; Calderas de pie compactas, 287; Calderas seccionales de hierro fundido, 287; Calderas de condensación, 289; Instalación de calderas, 289; Sala de calderas eri el último piso, 290; Cálculo de las calderas, 290; Capacidad, 291; Número de calderas, 291; Control de instalaciones de calderas, 291; Chimeneas de calefacción, 292; Cálculo del conducto de humos, 294; Tanque de combustible, 294; Volumen del tanque, 295.

CAPÍTULO XI: CALEFACCIÓN AGUA CALIENTE: BALANCE TÉRMICO.RADIADORES 297

Generalidades, 297; Tipo de montaje, 298; Balance térmico de invierno, 299; Condiciones de diseño, 300; Pérdidas por transmisión de calor, 302; Pérdidas por infiltración de aire, 302; Condiciones del cálculo, 305; Desarrollo del cálculo, 305; Unidades terminales para la cesión de calor, 307; Radiadores, 307; Radiadores de Hierro fundido, 307; Radiadores de Acero, 308; Radiadores de Aluminio, 308; Condiciones que deben reunir los radiadores, 309; Emplazamiento, 310; Dimensionamiento de los radiadores, 311; Coeficiente de corrección por diferente temperatura de utilización, 312; Coeficiente de corrección por emplazamiento, 312; Ejemplo de cálculo, 314; Cálculo de cañerías de calefac. ción, 315; Ejemplo de cálculo, 316; Cálculo de la bomba circuladora, 318; Otros dispositiv,os de calefacción por agua caliente, 319; Convectores, 319; Termozócalos, 320; Fan-coil individuales, 321; Caloventiladores, 321.

CAPÍTULO XII: CALEFACCIÓN POR PANELES RADIANTES ... 325

Características básicas, 325; Calefacción por paneles de agua caliente, 327; Cañerías, 328; Caños metálicos, 328; Caños plásticos, 328; Forma de los serpentines, 329; Pisos radiantes, 330; Montaje de los pisos radiantes, 331; Planificado de los serpentines, 333; Colectores, 335; Funcionamiento y regulación del sistema, 337; Ventajas y desventajas de los pisos radiantes, 338; Dimensionamiento de los serpentines, 339; Diseño serpentín, 341; Ejemplo de aplicación, 343; Cañerías de distribución y

XII N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

bombas de circulación, 344; Techos radiantes, 344; Losas radiantes, 344; Paneles de techos, 345; Paneles de piso eléctricos, 34 7.

CAPÍTULO XIII: OTROS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN 351

Calefacción eléctrica, 351, Calefacción con calefactores a gas, 354; Sistemas de rayos infrarrojos, 354; Convectores catalíticos, 356; Convectores de tiro natural, 356; Convectores tiro balanceado, 356; Chimeneas u hogares, 357; Calefacción por vapor, 360; Niveles de agua, 362; Trampas de vapor, 362; Sifones, 363; Altura de la sala de máquinas, 364; Ventajas y desventajas de las instalaciones de vapor, 366.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 367

PRÓLOGO DE LA 9ª EDICION

En la actualidad ya nadie duda que las instalaciones de aire acondicionado y calefacción en los edificios, constituyen una necesidad para la vida moderna. Los habitantes de una vivienda se han convencido de los beneficios de la climatización de sus edificios para el confort y la salud humana; los empresarios han comprendido su conveniencia para la eficiencia de su personal; los comerciantes como imagen de su negocio para el bienestar de sus clientes y en la industria, además del confort para los trabajadores, representa una necesidad para el mejora1niento de los procesos de fabricación.

Por ello, se ha encarado esta nueva edición, con el propósito que este libro sea el portal de entrada para aquellos que quieran iniciarse en esta apasionante técnica y que constituya un texto básico de consulta por parte de profesionales, técnicos o estudiantes, para lo cual lo hemos actualizado adecuadamente a los nuevos sistemas, materiales, equipamientos y técnicas, desarrolladas en esta especialidad durante los últimos años.

De esa manera, propendemos al conocimiento de estas instalaciones mediante una descripción didáctica, sencilla y global. Se han realizado ejemplos prácticos de cálculo de cargas, conductos y cañerías y se abarcan todos los tópicos que comprenden estas instalaciones, desde los equipamientos de expansión directa con equipos de aire acondicionado autocon~ tenidos, unidades separadas split o multisplit, VRV, los fan-coil, los sistemas todo aire, con distribución a volumen constante y variable VAV, etc. Además, los métodos de calefacción por agua caliente con radiadores, pisos radiantes y aire caliente, así como los sistemas de ventilación mecánica.

Para la confección de los distintos capítulos se han tenido en cuenta las Reglamentaciones vigentes en la materia, como las Normas !RAM del Instituto de Racionalización de Materiales, Código de la Edificación de la Ciudad de Buenos Aires, Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo, Reglamentación de Gas, etc.

Ade,nás, se han considerado las reco,nendaciones establecidas en la bibliografía existente que se indican al final del libro, así como de fabricantes de materiales y equipos y fundamentalmente de la experiencia personal, surgida de los proyectos y ejecución de estas instalaciones y en la actividad docente de capacitación técnica.

XIV N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

Por otra parte, hemos publicado complementariamente en esta misma editorial el MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN destinado a aquellos que deseen profundizar en el cálculo y diseño y para los que quieran información técnica más especializada, el libro SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

También hay que mencionar el libro ENERGÍA SOLAR e INSTALACIONES DE GAS, donde están descriptos complementariamente los sistemas de generación de calor para calefacción, agua caliente y refrigeración.

EL AUTOR

INTRODUCCIÓN

PRINCIPIOS BASICOS

DEFINICIÓN DE AIRE ACONDICIONADO

Se puede definir el aire acondicionado como la realización de ciertas funciones básicas, destinadas a proporcionar durante todo el año, una atmósfera interior saludable y confortable para la vida de las personas y la ejecución de diversos procesos industriales, con control automático, sin ruidos molestos y con el más bajo consumo energético.

Estas funciones son las siguientes:

• Refrigeración. • Calefacción. • Humectación. • Deshumectación. • Ventilación. • Filtrado. • Circulación.

La refrigeración está combinada con la deshumectación en verano, porque cuando se enfría el aire la humedad relativa tiende aumentar y por otra parte, hay agregado de humedad debido a las personas y al ingreso de aire exterior.

La calefacción está relacionada con la humectación en invierno, porque cuando se calienta el aire la humedad relativa tiende a disminuir.

2 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

La ventilación, el filtrado y la circulación del aire en el local son funciones comunes durante todo el año.

DESCRIPCIÓN DE LAS FUNCIONES BÁSICAS

Cualquier equipamiento de aire acondicionado, se compone de dos partes fundamentales:

• Planta térmica y frigorífica (calefacción y refrigeración). • Unidad de tratamiento del aire.

Cuando las dos funciones están unificadas y contenidas en un solo gabinete como el caso de un acondicionador individual, a esos equipos se los denomina compactos autocontenidos

Cuando las unidades de tratamiento están separadas de la fuente de calor o frío y ubicadas en el mismo ambiente, se las designa unidades terminales.

Las funciones básicas que debe cumplir una unidad de tratamiento de aire, para suministrar aire acondicionado de confort durante todo el año a un local, se muestra en el esquema de la figura 1, y se lo analiza siguiendo el recorrido del flujo del aire.

Ventilación

Se observa que el aire nuevo exterior o aire de ventilación, ingresa a través de una reja de toma de aire y un conducto lo conduce a un recinto, llamado pleno de mezcla porque en él se mezcla con el aire de retorno de los locales, regulándose las proporciones a voluntad mediante persianas de accionamiento manual o eventualmente automáticas.

La ventilación es una función muy importante, que consiste en suministrar aire nuevo a las habitaciones para evitar que se produzca viciamiento y acumulen olores.

En un ambiente cerrado el aire se contamina y sufre ciertos cambios fisicos y químicos producidos por los ocupantes, reduciéndose el contenido de oxígeno y aumentando el de anhídrido carbónico y olores, debido a los procesos respiratorios, transpiración, etc.

Además, en los edificios se producen emanaciones de los materiales y elementos propios, que sumados a los problemas de suciedades y falta de mantenimiento, contribuyen a la contaminación del aire interior y cuando las afecciones provocada en los ocupantes supera el 20%

INTRODUCCIÓN

111111118 1111111 1111111

17

20 ... 19..-,.--'i.il3 ...

Local acondicionado a+

1 2 Unidad de tratamiento de aire

10

11

Referencias 1: Conducto de retorno 2: Conducto de toma de aire 3: Persiana fija de toma de aire 4: Persiana regulable de retorno 5: Persiana regulable toma aire 6: Pleno de mezcla 7: Filtro de aire 8: Bateria de refrigeración 9: Bandeja de condensado

1 O: Batería de calefacción

8

9

7 6

--

11: Bandeja humectadora 12: Junta de lona o plástico 13: Ventilador centrífugo 14: Motor eléctrico y transmisión 15: Base antivibratoria 16: Trampa de sonido 17: Conducto de alimentación 18: Reja de inyección 19: Reja de retomo 20: Exfiltración de aire

Figura l. Esquema de las funciones de una unidad de tratamiento del aire.

3

de la población, se produce una enfermedad del edificio, denominado síndrome del edificio enfermo.

Por lo tanto, debe proyectarse la entrada de una cierta cantidad de aire puro exterior para diluir esos contaminantes y lograr mantener la calidad del aire del ambiente, la que va a depender del número de personas y del tipo local y trabajo que allí se realizan.

4 N. QUADR! - INSTALACIONES DE AlRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Supóngase que en un local acondicionado, el límite máximo tolerable de contaminante establecido por las normas es de 50 mg/m3 y en un ambiente se sobrepasa ese nivel y hay por ejemplo 80 mg/m3. De esa manera, si se inyecta un m3 de aire nuevo por cada m3 de aire ambiente, la concentración bajará a la mitad y estará dentro del límite admitido.

Los puntos de captación del aire exterior deben ser seleccionados con sumo cuidado para lograr el máximo de pureza, evitando colocarlos cerca de cocinas, baños, garajes, calles de tránsito, etc., y en lo posible a lm como mínimo del piso, a fin de reducir al mínimo la entrada de polvo.

Si los conductos son herméticos, puede decirse que el aire nuevo que penetra como ventilación en los locales, debe ser igual al aire contaminado que sale o se extrae de los mismos. Por lo tanto, si no existe ningún medio para extraerlo, ese aire incorporado crea una sobrepresión, eliminándose por exfiltración a través de los cerramientos y aberturas del interior al exterior.

Por ello, una de las ventajas del aire acondicionado, es que por efec' to de esa sobrepresión se reduce la entrada de polvo desde el exterior,

dado que el aire nuevo que penetra se lo hace pasar por filtros antes de entrar en los ambientes.

Cuando se quiere mantener controlada la cantidad de aire nuevo que se introduce en locales con alto grado de hermeticidad, se hace necesario colocar aberturas con persianas regulables o automáticas y en caso de instalaciones importantes se instalan dos ventiladores, uno de ellos para la impulsión y otro para el retomo, con el fin de mantener el equilibrio y producir una mejor circulación del aire.

Filtrado

Luego de la mezcla, el aire pasa a través de una batería de filtros para quitarle el polvo, impurezas y partículas en suspensión. El filtro es el primer elemento colocado en el flujo de aire, porque no sólo está destinado a proteger de suciedades a los locales acondicionados, sino también, a los demás elementos que componen la unidad de tratamiento de aire y a los conductos de distribución.

En las instalaciones comunes de confort, los filtros, normalmente están destinados a eliminar las partículas de polvo que el aire lleva en suspensión, pero no las impurezas de diámetros muy pequeños y mucho menos los humos, olores o gérmenes.

En general, están compuestos de microfibras sintéticas descartables, emplazadas en un armazón metálico o de cartón, o eventualmente

INTRODUCCIÓN 5

son metálicos, de alambre tejido de distinta mallas de acero o aluminio, embebidos en aceite. . .

En casos particulares, se suelen emplear filtros especiales del tipo absolutos o de alta eficiencia.

Refrigeración y deshumectación

El aire es enfriado en verano en una batería o serpentín de refrigeración, dentro del cual hay refrigerante evaporándose o agua fría, según los casos. Esto último, define un aspecto fundamental que caracteriza a los equipamientos de refrigeración, como ser:

• Equipos de expansión directa: cuando el refrigerante se expande para evaporarse directamente dentro del serpentín y por ello, se los denominan evaporadores,

• Equipos de expansión indirecta o agua fría: cuando dentro del serpentín, circula agua fría proveniente de una unidad enfriadora de agua.

La batería de refrigeración trabaja a una temperatura inferior al punto de rocío, para que el aire en circulación pueda condensar parte de la humedad contenida.

De esa forma, en la batería de refrigeración no sólo se enfría el aire sino que además, se cumple con la función de deshumectación. Parte del vapor que constituye la humedad del aire, es condensado en la superficie exterior de los serpentines y esa agua es recogida en una bandeja, para ser eliminada por cañería al desagüe.

En instalaciones industriales, que se requiere gran precisión en el control de humedad, puede aplicarse un sistema separado empleando para la deshumectación, sustancias absorbentes como la silica-gel.

Calefacción

El aire es calentado en invierno en una batería de calefacción, dentro de la cual circula normalmente agua caliente proveniente de una caldera.

Para las aplicaciones comunes de confort se suele utilizar la misma batería de agua fría para calefacción, haciendo circular agua caliente en la época de invierno. En equipos de expansión directa también se suele emplear la misma batería de refrigeración para calentar en invierno, mediante la inversión del ciclo frigorífico o bomba de calor.


Debe destacarse, que no es conveniente que la temperatura de las baterías o cualquier dispositivo de calentamiento supere los 80 ºC, a fin de evitar la tostación del polvo depositado sobre ellos, dado que a temperatura mayores se calcina formando partículas de hollín que son arrastradas por la corriente de aire, que se verifica por ejemplo, en el típico ennegrecimiento de las paredes sobre las estufas a gas. En ese sentido, las baterías más higiénicas son las de calefacción por agua caliente o por bomba de calor.

Humectación

Luego de calentado el aire, se lo hace circular por un humectador para cumplir la función de humectación en invierno, debiéndose siempre emplazarse después de la batería de calefacción, dado que el aire más caliente tiene la propiedad de absorber mayor humedad.

Los dispositivos más comunes son los que evaporan el agua contenida en una bandeja, por medio de una resistencia eléctrica de tipo blindado o recipientes con electrodos sumergidos, que son controlados por medio de un humidistato de ambiente o de conducto.

En las instalaciones de confort la función de humectación generalmente no se realiza en climas templados y húmedos, teniendo en cuenta que las personas aportan una cierta cantidad de humedad en el local y de hecho, los equipos estándar no vienen provistos de dispositivos de humectación incorporados.

Sin embargo, debe cumplirse esa función en climas muy secos y fríos o cuando se requiera en instalaciones industriales o especiales, un tenor de humedad relativa controlada.

Circulación

El ventilador impulsa el aire tratado mediante un conducto de distribución al local, donde se cumple la función de circulación, que es muy importante, porque está destinado a acondicionar el aire del ambiente en lo que hace a temperatura y humedad y contiene además, el aire puro de ventilación que contribuye a mantener su pureza. Por tal motivo, siempre el ventilador debe funcionar mientras el equipo de aire acondicionado esté operativo.

Se utilizan ventiladores del tipo centrífugo, que por sus características son capaces de transportar los caudales de aire necesarios, con bajo nivel de ruidos.

INTRODUCCIÓN 7

Los conductos son generalmente construidos en chapa de hierro galvanizado y deben ser convenientemente aislados. La inyección del aire se realiza en el ambiente por medio de rejas sobre paredes o difusores sobre los cielorrasos, con el objetivo de conseguir un imperceptible movimiento de aire en la zona de permanencia.

Una parte del aire que entra en el local exfiltra por sobrepresión y la otra parte es captada por la reja de retorno, que mediante un conducto la devuelve a la unidad de tratamiento de aire para mezclarla con el aire nuevo exterior que permanentemente entra en el pleno, con el fin de diluir los contaminantes y continuar el ciclo de tratamiento.

REQillSITOS ESPECIALES

Según se indicó en la definición, las funciones de tratamiento del aire descriptas precedentemente, deben realizarse:

• Con control automático. • Sin ruidos molestos. • Con el más bajo consumo energético.

Control automático

La instalación de aire acondicionado debe tener un funcionamiento completamente automático, empleando básicamente termostatos que comandan el funcionamiento de los equipos en base a la temperatura y humidistatos para el control de la humedad. _

Los elementos de control constituyen uno de los aspectos primordiales a considerar, dado que si bien el diseño se efectúa en función de las condiciones más desfavorables, el funcionamiento debe adaptarse a todas las variables climáticas y de utilización que se requieran, especialmente en el caso de necesidades reducidas o parciales.

Por otra parte, el control automático permite ajustar el consumo de energía a las reales necesidades. Por ejemplo, una estufa común sin termostato, provista con un comando manual sensitivo consume más gas y además, se produce normalmente un sobrecalentamiento del aire del local.

Los dispositivos de control deben contar con enclavamientos automáticos de seguridad, para proteger de posibles siniestros no sólo a la instalación propiamente dicha, sino también a las personas y al mismo edificio, por lo que se requiere que en el diseño se establezcan pautas de protección en caso de incendios, averías eléctricas o mecánicas, etc.


En grandes edificios, es conveniente adoptar un sistema de gestión integral del tipo inteligente, que posibilite la operación y regulación de toda la instalación en forma centralizada, con un programa orientado hacia la reducción del consumo energético.

De esa manera, se logra el control directo y el ajuste de cada uno de los parámetros de la instalación, proporcionando en tiempo real la información de su funcionamiento y detección de fallas, para un adecuado mantenimiento.

Ruidos molestos

La instalación de aire acondicionado debe funcionar sin ruidos molestos en el interior de los locales. Los elementos móviles deben estar montados sobre bases antivibratorias y la unión de los ventiladores con la red de conductos, debe efectuarse mediante juntas elásticas que pueden ser de lona o de plástico.

_ En casos especiales de elevadas velocidades de aire, deben emplearse trampas de sonido, para evitar la propagación del ruido del ventilador. En general, en los equipamientos de aire acondicionado los compresores y demás elementos móviles, se montan sobre sustentaciones elásticas.

Por otra parte, la instalación no debe provocar ruidos que molesten los vecinos, debiéndose tomar las precauciones necesarias a fin de evitar las propagaciones de todo tipo de vibración que pudiera producirse, teniendo en cuenta las reglamentaciones vigentes.

Ahorro energético

Las instalaciones de aire acondicionado requieren un elevado consumo eléctrico, por lo que su reducción constituye una de las premisas básicas en los criterios de diseño.

Además, el calentamiento global es otro aspecto que preocupa, no sólo por el efecto de los refrigerantes en la atmósfera, sino fundamentalmente por el nivel de rendimiento de los equipos, dado que si consumen más combustibles que el necesario, disipan mayor cantidad de anhídrido carbónico que es el causante principal del problema.

Previo a realizar el proyecto de estas instalaciones, es necesario determinar si el diseño del edificio es adecuado en cuanto al aislamiento térmico y protecciones solares, no sólo para reducir su tamaño, sino para disminuir el consumo energético y por ende, el costo de funcionamiento durante toda la vida útil.

INTRODUCCIÓN 9

Debe tenerse en cuenta, la utilización de equipamientos con un buen coeficiente de eficiencia energética y además, los proyectos deben contar con una adecuada zonificación y fraccionamiento, a fin de adaptar la producción de aire acondicionado a la demanda. de calor del sistema en la magnitud y momento que se produce, con obJeto de conseguir en cada instante el régimen de potencia más cercano al de máximo rendimiento.

Debe analizarse la utilización de fuentes energéticas no convencionales, como por ejemplo, el aprovechamiento de la energía solar para calefacción y refrigeración y las numerosas tecnologías con sus medios de aplicación.

Se pueden mencionar entre otros, la acumulación de calor, el_i:sufructo de la energía residual desprendida en otros procesos, la utilización de recuperadores de calor del aire que se expulsa contaminado para acondicionar el aire exterior que ingresa, o el empleo de un sistema economizador denominado free-cooling, para aprovechar las condiciones favorables del aire exterior.

La distribución de los fluidos a velocidad variable, constituye otra alternativa para el ahorro energético.

UNIDADES Y DEFINICIONES BÁSICAS

El calor es una manifestación de la energía provocada por el movimiento molecular y es susceptible de medirse, lo que se realiza teniendo en cuenta dos magnitudes fundamentales:

• Intensidad de calor o temperatura. • Cantidad de calor.

Intensidad de calor

La intensidad de calor indica el grado de energía térmica que tiene un cuerpo y está relacionada con la velocidad media molecular. Cuando ella aumenta son más violentas las colisiones o choques que se producen y se dice que tiene más nivel de calor.

En las aplicaciones prácticas, para medirla se fijan arbitrariamente parámetros comparativos con respecto a valores arbitrarios tipificados, denominados temperaturas.

Para ello se utiliza un instrumento como el termómetro, donde se puede visuali;ar la dilatación de un fluido, como el mercurio contenido


en un tubo capilar conectado a un bulbo de vidrio con una escala de temperatura, como se muestra en la figura 2.

Bulbo

(1 Capilar / Escala

7 ¡111111111¡i11111111¡1111¡1111¡111111111¡11111n11¡11111111q1111

Figura 2. Termómetro.

Las escalas más comunes son las siguientes:

• Centígrada o Celsius: se adopta como puntos de comparación el hielo en estado de fusión en OºC y el agua pura en ebullición en lOOºC a-presión atmosférica normal. La escala se divide entonces en 100 partes.

• Fahrenheit: es una unidad inglesa. Se fija como punto inferior una mezcla de hielo y cloruro de amonio en OºF y el punto de ebullición del agua en 212ºF, de modo que se divide la escala, en 180 partes. La temperatura del hielo fundente en esta escala es de 32º F.

La conversión de escalas surge de una regla de tres simple, según se indica en la escala comparativa de la figura 3.

212'F 1DO"C Agua en ebullición

"' "' ; ; "' " "' e,, e:, e:,

'° e:, - -32'F O'C Hielo

fundente

O'F

'F 'C

Figura 3. Escala comparativa de temper~turas.

t'C/100 partes = (tºF - 32)/180 partes

INTRODUCCIÓN 11

Por lo tanto: tºC=(tºF - 32)/1,8 y tºF= 1,8 tºC + 32

Por ejemplo, 80ºF, equivale a una temperatura centígrada de:

tºC = (80'F - 32ºF)ll,8 = 26, 7º C

Cuando se trata de comparar saltos térmicos, la conversión es:

11tºC= 11t°F/l,8 y 11t'F=l,8 11tºC

• Temperatura absoluta: es una escala que se expresa en grados Kelvin, que parte de considerar como hito inicial de temperatura el cero absoluto, que es el nivel mínimo que puede existir en la naturaleza. Ese valor, es aproximadamente -273ºC, y a esa temperatura cesan los movimientos moleculares.

La conversión es la siguiente: T(ºK)= tºC + 273ºC.

Por ejemplo, 20ºC, equivalen a 293ºK.

Cantidad de calor

La cantidad de calor de un cuerpo, representa la suma de las energías térmicas de todas las moléculas que lo componen.

Es decir, que mientras la intensidad de calor o temperatura se relaciona con el movimiento molecular manifestando su nivel térmico, esta magnitud señala el contenido total de energía calórica.

Así, un trozo de hierro al rojo tiene una temperatura mayor que un cubo de agua caliente, pero éste seguramente tiene almacenado más cantidad de calor o energía térmica.

Se demuestra, que la cantidad de calor de un cuerpo es función de su masa y temperatura, o sea del número de moléculas que lo componen y de su velocidad media molecular.

Para mensurar la cantidad de calor, se ha establecido un valor característico que depende de las particularidades de cada cuerpo que se denomina calor específico (Ce), y se lo define como la cantidad de calor necesario para elevar en l 'C la temperatura de la unidad de masa de una sustancia a presión atmosférica normal.

El calor específico si bien es variable con la temperatura, sus desviaciones son muy leves y por ello, se lo supone constante para cada sustancia en particular, considerándose los valores a una temperatura normal de 15ºC, que está dentro del entorno de las aplicaciones prácticas.

12 N. QUADRI • INSTALACIONES DE AlRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

,:, t"C= 1 ºC Como unidad se utiliza el agua y de esa manera, el calor específico igual a 1, sería la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 k~ ~e agua en 1 ºC (14,5 a 15,5 ºC) a presión atmosfenca normal. A esa cantidad de calor aportada se la denomina kilocaloría (kcal), como se observa en la figura 4.

Por ello, la unidad de calor específico valdrá:

Figura 4. Definición Ce: kcal/kg ºC

de kilocaloría. El 1 fi , ca or especí ca del agua es igual a 1, pero d. . d vana para otros elementos empleados en aire acon-

1c10na o, como se observa en el cuadro l.

CUADRO l. CALORES ESPECÍFICOS DE SUSTANCIAS (kcal/kg ºC)

Aluminio 0,22

Cobre 0,093

Hierro 0,115

Aire seco 0,24

Vapor de agua 0,48

Hielo 0,50

En unidades inglesas se emplea el BTU (British Thermal Unit) que ~e lo :efit~{omo la cantidad de calor necesaria para elevar la tem'. pera ura e , ra de agua en 1 º F. Puede considerarse que:

1 kcal = 4 BTU

d a!En utidades del sistema internacional (SI) se emplea como unidad ? e or e f oule, temen.do en cuenta la conversión de la energía mee, -

mea en calonca. La eqrnvalencia es la siguiente: a

1 kcal = 4.185 Joule= 4,185 kJ

INTRODUCCIÓN 13

Suele también emplearse también el Watt o el k W, que es una unidad de potencia para designar los equipos de aire acondicionado, con la siguiente equivalencia: 1 Watt = Joule/seg. De modo que:

1 kcal/h = 4185 Joule/3600seg = 1,16 Watt, o la inversa: 1 Watt= O, 86 kcal/h ó 1 kW = 860 kcal/h

Calor sensible y calor latente

Cuando el agregado de una cantidad calor a una sustancia provoca un aumento de temperatura, que puede determinarse mediante un termómetro sensible a ella, se denomina calor sensible.

Se representa por la fórmula:

Donde: Qs: cantidad de calor sensible, agregado o sustraído (kcal). Ce: calor específico de la sustancia (kcal/kg ºC). m: masa (kg). (t1 _ t2): diferencia de temperatura (ºC).

Por ejemplo, si se desea calentar 1 kg de agua de 10 a lOOºC, la cantidad de calor sensible agregado, considerando que el calor específico del agua es 1, se determina con la e·cuación anterior:

Q = 1 x 1 x (100-10) = 90 kcal.

Sin embargo, ocurre que cuando se está materializando un cambio de estado físico de una sustancia, se verifica que el agregado o sustracción de calor no origina variación de temperatura.

En efecto, si se. tiene agua en ebullición, durante todo el proceso la temperatura se mantiene constante en los lOOºC, hasta que la última partícula de agua se convierte en vapor.

A ese calor que agregado a una sustancia no origina cambio de nivel térmico o temperatura, se lo denomina calor latente, de modo que como su nombre lo indica, ese calor se encuentra latente en el proceso y el desarrollo de la acción de transformación física no puede verificarse con un termómetro. La ecuación que lo representa vale:

Ql = Cl. m

Donde: QI: cantidad de calor latente agregado o sustraído (kcal). Clv: calor latente de vaporización o fusión (kcal/kg). m: masa del cuerpo (kg}.


El vapor que coexiste con el agua en estado de ebullición a 100 ºC se lo denomina saturado. Recién cuando toda el agua se vaporizó, el vapor comienza a calentarse en forma sensible por encima de los 100 ºC y entonces se lo denomina sobrecalentado o sobresaturado.

Los valores de los calores latentes para el agua a presión atmosférica normal, son los siguientes:

• Calor latente de vaporización (100 ºC): 539 kcal/kg. • Calor latente de fusión del hielo (O ºC): 80 kcal/kg.

Por ejemplo, si un kg de agua a 100 ºC comienza la ebullición y se vaporiza totalmente, la cantidad de calor latente agregado de acuerdo a la ecuación anterior, vale:

Ql = 539 kcal/kg x 1 kg = 539 kcal

En ese proceso la temperatura del agua y el vapor se mantiene constante en 100 ºC, hasta que. la última porción de agua se haya vaporizado.

FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR

Todo cuerpo con una cierta cantidad de calor, tiene la propiedad de cederlo a otro que se encuentra a menor temperatura, de modo que siempre existe un fl.ujo térmico natural que consiste en la transmisión del calor de las fuentes de mayor a las de menor nivel térmico, buscando alcanzar un estado de equilibrio o igualdad de temperatura. Para lograr ese objetivo, los fenómenos físicos naturales que intervienen en la transmisión de calor, son tres:

• Conducción. • Convección. • Radiación.

Conducción

La transmisión de calor por conducción es típica de los cuerpos sólidos, donde las moléculas están fijas y atenazadas entre sí.

En ellos, el calor origina una vibración molecular que se transfiere progresivamente de unas a otras, sin modificar su posición relativa.

En la figura 5, se detalla como las moléculas de una pared de chapa de un intercambiador de calor de un equipo calefactor a gas que

INTRODUCCIÓN

están en contacto directo con las llamas, absorben la energía térmica vibrando en su posición relativa, afectando a las próximas y éstas a su vez a las que siguen y así sucesivamente.

De esa manera, la energía calórica atraviesa la pared y es entregada por conducción a la corriente de aire del equipo.

La facilidad del pasaje del calor por conducción depende de su conductividad, que es una propiedad que tiene cada ~atería!. Por ejemplo, los metales son meJOres conductores del calor que los materia-

15

Lado r( ~ •¡.:~ i' Llama ~ .) ;;; • Aire

~~ ~ 1,,. ". caliente

. 'J · .... "' [ \, , • + conducción

t~·- ;):; delcalor

} ¡...~

1\i \[ ' \\~·Pared 1M~ 1J.f, ..::._ metálica

Figura 5. Conducción.

les del cerramiento de una construcción. De esa manera, la conducción del calor se determina con un coefi

ciente A. de conductibilidad térmica en kcal/hmºC, que depende de cada sustancia en particular.

Convección

La transmisión de calor por convección es propia de los f/.uidos, como el caso del aire o el agua, y se produce por el desplazamiento propio de las moléculas que se mueven libremente. Cuando un fluido se calienta las moléculas ascienden, al dilatarse su espacio relativo y hacerse más livianas o descienden en caso de enfriarse.

Este movimiento molecular produce la transferencia del calor por convección, tal cual se muestra en la figura 6.

Convección Aire del

() () __ ()I R~ocal

1 cuerpo caliente

Se utiliza para el cálculo en las apli- Figura 6. Convección.

caciones prácticas, un coeficiente de resis- . tencia al paso de calor por convección, que incluye la radiación, denominado coeficiente de resistencia superficial Rs en hm2 ºC/kcal.

Radiación

La transmisión del calor por radiación se produce en el vacío sin contacto directo, como energía radiante en forma de ondas electromagnéticas al igual que la radiación de la luz.

De esa manera, el proceso de transferencia de calor por radiación, no está vinculado a soporte o vehículo material alguno, no pudiendo ser


explicado como en los casos anteriores en términos de moléculas que vibran o se desplazan.

Radiación t, t,

"""-1> Aire ....,.,,.

Figura 7. Radiación.

Un cuerpo caliente transforma una parte de su contenido de calor en energía de radiación sobre su superficie, emitiendo en forma de ondas que al ser absorbidas por otro cuerpo, se manifiesta en calor. El aire actúa como el vacío y se dice que es diatérmico porque deja pasar la energía radiante pero no la absorbe, como se observa en la figura 7.

Todos los cuerpos absorben y además emiten energía radiante, dependiendo de

la temperatura a que se encuentren y de sus características físicas. El cuerpo negro es un cuerpo ideal que emite y absorbe el máximo de calor por radiación y por ello, cuando un cuerpo está constituido por superficies oscuras lo hace en gran proporción, ocurriendo todo lo contrario cuando se trata de cuerpos de superficies blancas o brillantes, dado que lo reflejan.

Para visualizar las tres formas características de transmisión de calor, supóngase que en un local se ubica un recipiente metálico que contiene agua caliente, segúo se indica en la figura 8.

Se va a producir una transferencia de calor del agua caliente al aire del local debido a la diferencia de temperatura. Si se analiza el proceso a través de una pared del recipiente, se observa que en una primera etapa el calor fluye del agua caliente a la cara interior por convección, originándose un movimiento descendente de las moléculas, debido a que al enfriarse se hacen más pesadas.

1 Aire local

·--~~ t2

\: _. l+ :I Cond\

Agua · Caliente

'. Convección Convección ._ ___________ _. y radiación

Figura 8. Formas de transmisión de calor.

INTRODUCCIÓN 17

Luego el calor se transmite por conducción a través de la pared metálica, debido a la vibración de sus moléculas y por último, se cede al aire del local por convección al producirse una circulación molecular ascendente, debido a que al calentarse se hacen más livianas y además, por radiación de la superficie caliente a los distintos elementos del entorno que rodean al recipiente a través del aire.

Si no hay aporte de calor las temperaturas del agua y del aire tienden a igualarse y la transferencia de calor termina.

El objetivo del acondicionamiento de aire es justamente contrarrestar esa tendencia natural al equilibrio, dado que se debe mantener una diferencia de temperatura del aire interior y exterior de los locales y para lograrlo, se les debe substraer o agregar calor en la misma cantidad que se transmite, por lo que su determinación es la base en que se sustenta el diseño de la instalación.

CAPÍTULO 1

CARGAS DE AIRE ACONDICIONADO

TRANSMISIÓN DE CALOR. PSICROMETRÍA. CONFORT

TRANSMISIÓN DE CALOR

Supóngase que una cantidad de calor constante Q se trasmite a través del área de un cerramiento, tal cual se muestra en la figura 1-1 .

Esa cantidad de calor, se puede determinar con la ecuación:

Q = KA Ct1-t2) Temperatura Temperatura

Siendo: del aire (11) del aire (t2)

Q: cantidad de calor que se transmite (kcal/h). Area(A)

K: coeficiente total de trans-mitancia térmica (kcal/h Q Q

m2ºC).

A: área (m2), 11 >12 t1, temperatura del aire más

Espesor(e) caliente (ºC). t2, temperatura del aire más

frío (ºC). Figura 1-L Transmisión total de calor.

El coeficiente K total de transmitancia térmica se utiliza para los cálculos de pasaje de calor a través de los elementos de la construcción y comprende todos los fenómenos parciales de la transmisión del calor, desde el aire de una cara al de la otra.


Se lo define como la cantidad de calor en kilocalorías que se transmite en una hora a través de un m2 de superficie, existiendo una diferencia de temperatura de 1 ºC entre aire del ambiente interno y externo, siendo la unidad (kcal/hm2 ºC).

Los coeficientes K están tabulados en nuestro país por la Norma IRAM 11601, para los tipos de cerramientos o construcciones normales y en el cuadro 1-I, se indican algunos valores característicos de uso común. En el caso de muros especiales o compuestos, es necesario determinarlo en base a los coeficientes parciales de transmisión, que se consignan en las tablas de los cuadros 2 a 5-I.

Determinación del coeficiente de transmitancia total K

Para el cálculo del coeficiente de transmitancia térmica total K de un cerramiento simple, de acuerdo a la nomenclatura de la figura 2-I, se emplea la siguiente fórmula:

Rt = 11K = Rsi + el'/... + Rse (m2 h ºC/kcal)

Donde: Rt: resistencia térmica total, que es la inversa de K (hm2 ºC/kcal). e: espesor del cerramiento (m). A..: coeficiente de conductibilidad térmica (kca1/hm ºC). (Cuadro 5-1). Rsi: resistencia superficial interna (m2h ºC/kcal). (Cuadro 2-I). Rse: resistencia superficial externa (m2h ºC/kcal). (Cuadro 2-I).

Interior t¡

• Q

t¡>te

---e--....

Exterior

• Q

te

Figura 2-L Transmisión de calor a través de un cerramiento simple.

CARGAS DE AIRE ACONDICIONADO 21

En el caso de un cerramiento compuesto por varias capas, la fórmula es:

Rt = 11K = Rsi + e1/'/...¡ + ez/'/...2 + ... + Rse + Re

Donde: Re: resistencia de una capa de aire (m2h ºC/kcal). (Cuadros 3 y 4-I).

Ejemplo de cálculo

Supóngase calcular el coeficiente de transmitancia total K de un muro compuesto, formado por un muro de mampostería de 12 cm de espesor, una cámara de aire de 2 cm y un tabique de mampostería de 5 cm interior, según se indica en la figura 3-I.

Para simplificar el cálculo se han considerado los revoques incluidos en las mamposterías.

-,1/ ,-v--,v-ti ..

._

Rsi ~

·-... . , .. .,. A1 ·& ;. · . . .

t. • j·~ • ·~ X2 ' . Q Q '· :.1 '-.... ' .

t

. . -· \ te ··:-.. ' ..

Rse .. .. ,-~ ~--'<'-...-

1

e,=5cm2cm e2 ,12cm

Figura 3-1. Transmisión de calor a través de un muro compuesto.

Se establece según las tablas:

• A: mampostería ladrillos macizos, cuadro 5-I: 0,70 kcal/hmºC. • Rsi: resistencia superficial interior, cuadro 2-I: 0,14 m2 ºCh/kcal.


• Rse: resistencia superficial exterior, cuadro 2-I: 0,05 m2ºCh/kcal. • Re: resistencia a la cámara de aire, cuadro 3-I: 0,18 m2ºCh/kcal.

Rt = 0,14 + 0,05/0,7 + 0,18 + 0,12/0,7 + 0,05.

Rt = 0,61 m2 hºC/kcal.

K = 1/Rt = 1/0,61 = 1,64 kcal/h m2ºC

Si en este mismo ejemplo, en el espesor de 2 cm de la cámara de aire se emplaza un aislante térmico de lana de vidrio, la ecuación es similar, pero en lugar de Re intervendría el espesor y el coeficiente de conductibilidad del aislamiento. El valor de 1c para la lana de vidrio, se considera en 0,030 kcal/hmºC (cuadro 5-I).

De modo que:

Rt = 0,14 + 0,05/0,7 + 0,02/0,030 + 0,12/0,7 + 0,05

Rt = 1 m2 hºC/kcal

K = 1/Rt = 1 kcaVm2 hºC.

Se aprecia que mejora notablemente el aislamiento del muro, debido a que con el aislante térmico se han aprovechado las propiedades del aire, que es uno de los mejores aislantes a la conducción del calor, eliminando el desplazamiento por convección que se produce en la cámara de aire y que por tal motivo no es tan eficiente.

De esa manera, como elementos aislantes se utilizan materiales porosos que mantienen el aire estanco y están constituidos por sustancias que son poco transmisoras del calor por conducción, como la lana de vidrio, mineral, poliestireno expandido, espumas de polietileno, elastoméricas, etc.

Sin embargo, es conveniente aclarar, que si bien muchas veces los cálculos teóricos son optimistas, la experiencia práctica indica que salvo en casos particulares o muy especiales, no es conveniente adoptar en los cerramientos aislados, valores menores de 0,6 a 0,8 kcalfm2, para tener en cuenta los deterioros naturales y por los efectos de la humedad, que suelen producirse en las construcciones con el paso del tiempo.


CUADRO 1-1. COEFICIENTE DE TRANSMITANCIA TÉRMICA "K" (kcaVm2hºC)

Cerramientos verticales K

Mampostería de ladrillos comunes 30 cm 1,62

Mampostería de ladrillos comunes 15 cm 2,3

Mampostería de ladrillos huecos 24 cm 1,45

Mampostería de ladrillos huecos 10 cm 2,4

Pared de bloques de ·hormigón 15 cm 2,5

Pared de bloques de hormigón 24 cm 1,85

Paneles de hormigón de 1000kg/m2 10 cm 1,75

Paneles de yeso 7 ,5 cm 2,1

Paneles de madera aglomerada 5,5 cm 1,75

Ventanas de vidrio común 5

Ventanas de vidrio doble 2,8

Cerramientos horizontales K

Techo de losa cerámica común sin aislar 1,5

Techo de losa cerámica común aislada 0,8

Techo inclinado de tejas sin aislar 1,75

Techo inclinado de tejas aislado 0,8

Piso sobre tierra (para calefacción) 1

Entrepisos 1,5

Techo de chapa con aislación 0,8

CUADRO 2-1. RESISTENCIA TÉRMICA SUPERFICIAL DE MUROS Y TECHOS Rs (h m2 ºC/kcal)

Interior muros Rsi

0,14

Interior techos 0,12

Rse Exterior 0,05

CUADRO 3-1. RESISTENCIAS DE CÁMARAS DE AIRE a.C. Ch m 2 ºC/kcal)

Espesor (cm) Cámara vertical Cámara horizontal

1 0.16 0,15

2 0,18 0,17


CUADRO 4-1. RESISTENCIAS DE ESPACIOS DE AIRE Re (h m2 ºC/kcal)

Espacio entre chapas HºGº o aluminio y cielorraso 0,26

Espacio entre tejas sobre entablonado y cielorraso 0,20

CUADRO 5-1. COEFICIENTES DE CONDUCTIBILIDAD TÉRMICA 'J. (kca!/hmºC)

Materiales aislantes Kg/m3 J.

Aire estanco 1.2 0,025

Corcho 100 0,033

Amianto 100 0,063

Fibra de madera aglomerada 300 0,047

Lana de vidrio o mineral 100 0,030

Poliestiereno expandido 15 0,035

Vermiculita 130 0,060

Poliuretano 89 0,036

Perlita 130 0,046

Tablero de fibra de madera aglomerada 300 0,047

Metales Kg/m3 J.

Aluminio 2700 175

Cobre 8900 330

Zinc 7100 95

Hierro 7200 40

Materiales en general Kg/m3 J.

Vidrio 2700 0,7

Baldosas y tejas cerámicas 1600 0,6

Hormigón armado 2000 1,3

Hormigones de agregados livianos 800 0,21

Hormigón de cascotes 1600 0,67

Hormigón de arcilla expandida 1200 0,4

Agua 1000 0;5

Baldosas o tejas cerámicas 1600 0,60

Mampostería de ladrillos comunes 1600 0,70

Mampostería de ladrillos huecos 1200 0,42

Ladrillos de sílice calcáreos 1900 0,90

Bloques huecos de hormigón liviano macizos 1000 0,33

Mortero de revoque a la cal y juntas 2000 1


.1.

1,20

0,55

0,70

0,60

Materiales en general Kg/m3

2100 Mortero de cemento

1200 Enduido de yeso

1900 Fibrocemento

2100 0,15

0,072

0,125

0,18

0,07

Asfalto 1050

Bitumen asfáltico 300

Maderas blandas 600

Madera común 900

Maderas duras 100

0,16 Goma

1400 Policloruro de vinilo

PSICROMETRÍA

La psicrometría es la ciencia que estudia las propiedades físicas del aire, cuyo conocimiento constituye uno de los aspectos primordiales en el diseño de las instalaciones de aire acondicionado.

Composición del aire

El aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de agua. A su vez, el aire seco es una mezcla de gases constituida fundamentalmente por nitrógeno en un 77% que es un gas inerte que no se altera químicamente y oxígeno en un 22% aproximadamente.

El 1 % restante lo componen pequeñas cantidades variables de otros gases como el anhídrido carbónico que es el producto de los procesos de combustión, fermentación y otras transformaciones naturales. Existen además gases inertes, como el argón, neón, etc. y elementos extraños y contaminantes en suspensión, como polvos, humos, bacterias,

gases nocivos, etc. La cantidad de vapor de agua en el aire es extremadamente varia-

ble y constituye la denominada humedad atmosférica.

Contenido de humedad

El aire tiene siempre cierta cantidad de humedad y se mide en gramos de vapor de agua por kg de aire seco (gr/kg) y por lo tanto, se la

denomina específica (he).


Cuando el aire contiene el máximo posible de humedad, se dice que está saturado y cuanto más elevada es la temperatura, mayor es el vapor de agua que se necesita para saturarlo.

Por ejemplo, a OºC se necesitan algo menos de 4 gr/kg para saturar el aire, mientras que a lOºC se requieren 7,6 gr/kg y a 20ºC, 14,7 gr/kg.

En la práctica suele expresarse la humedad en términos de humedad relativa (HR), que es el grado o porcentaje de saturación del aire a cualquier temperatura. Así, el aire saturado con el máximo contenido de humedad tendría una humedad relativa del 100%, mientras que el aire seco tendría un porcentaje del 0%.

De tal manera, si el aire atmosférico por ejemplo, tiene 7,35 gr/kg a la temperatura de 20ºC, la humedad relativa sería del 50%, dado que tendría la mitad de lo que contendría si estuviese saturado, que era de 14,7 gr/kg.

Se lo puede expresar matemáticamente, de la siguiente manera:

HR = he/hes = 7,35/14, 7 = 0,5 o sea, el 50%.

Donde: HR: humedad relativa(%). he: humedad específica real a la temperatura tºC (gr/kg). hes: humedad específica de saturación a tºC(gr/kg).

Medición de la humedad

El instrumento que se utiliza en la práctica para medir la humedad es el psicrómetro, que consta de dos termómetros idénticos en lo referente a graduación y precisión montados sobre un soporte común, como se muestra en el modelo de revoleo, de la figura 4-I.

Mango

Figura 4-I. Psicrómetro de revoleo.


El bulbo de uno de ellos, está recubierto por un liencillo empapado con agua y se lo denomina termómetro húmedo. El otro es un termómetro común que mide la temperatura del aire y se lo denomina termómetro seco.

Rotando el psicrómetro a la misma velocidad alrededor de dos minutos, siempre que el aire del ambiente no esté saturado, el termómetro húmedo irá bajando su temperatura hasta un cierto valor y luego quedará estacionario.

La temperatura que se lee en el termómetro húmedo se denomina temperatura de bulbo húmedo (TBH). Por el contrario, la temperatura que se lee en el termómetro seco es la del aire y para diferenciarla, se la llama temperatura de bulbo seco (TBS).

La disminución de temperatura del bulbo húmedo, se produce por efecto de la evaporación del agua del liencillo en el aire ambiente que lo rodea. De esa manera, el liencillo entrega al aire vapor conteniendo su calor latente de vaporización, el que es aportado por la misma masa de agua en forma de calor sensible, disminuyendo por lo tanto su temperatura, tal cual se detalla en la figura 5-I.

Aire del ambiente t. Calor latente del vapor

..._ .. ::,.' . ·;;:-,7 que aporta el agua en

.. "·.-/:·,; ·· .. forma de calor sensible :.~ -, . ¡,, '.i"":"

.¡._'.,.

·/:.,: ·:. ' . !lli¡U,1;¡::i /;.C·..... . '

Vapor de agua evap·~~._~; f :_:· para saturar el aire del ambiente

Liencillo humedecido

que rodea al liencillo

Figura 5-1. Detalle de la evaporación del liencillo.

Por lo tanto, se infiere que todo proceso de vaporización implica una acción de enfriamiento del líquido remanente. Como el calor de vaporización agregado al aire es igual al calor sensible extraído del líquido, a estos procesos se los denomina adiabáticos o a calor constante.

La cantidad de agua evaporada estará en función de la capacidad del aire circulante de absorber humedad y de e_sa manera, dependerá del tenor de humedad que contenga el aire o de su grado de saturación.


Si el aire del ambiente estuviese saturado no admitirá más humedad y por lo tanto, no se producirá la vaporización del agua del liencillo, de modo que ambos termómetros, el seco y el húmedo, indicarán el mismo valor.

Por lo tanto, cuanto más descienda la temperatura del termómetro de bulbo húmedo con respecto a la de bulbo seco, menor humedad relativa tendrá el ambiente.

De esa forma, conocidas las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco con el psicrómetro, con la ayuda del ábaco psicrométrico se puede determinar no sólo la humedad relativa, sino además, todos los parámetros físicos del aire atmosférico.

Ábaco psicrométrico

El ábaco psicrométrico contiene todos parámetros físicos de una mezcla de aire húmedo por kg de aire seco, representándose en función de las temperaturas de bulbo seco y humedades específicas, las humedades relativas y temperaturas de bulbo húmedo, tal como se muestra en la figura 6-I.

En una escala complementaria ubicada sobre la línea de saturación y siguiendo las líneas de temperatura de bulbo húmedo, puede leerse la entalpía (kcal I kg), que es el contenido total de calor del aire por kg de aire seco, el que puede ser considerado como la suma del calor sensible del aire seco y el calor latente del vapor de agua.

Además, se indican las líneas de volumen específico (m3/kg), que relaciona el volumen del aire con los kg de aire seco y es la inversa del peso específico.

El gráfico psicrométrico es una herramienta muy importante y en él se pueden verificar como los procesos del acondicionamiento modifican la condición del aire, representando en el ábaco, una línea que une un punto de condición inicial del aire, hasta una condición final caracterizada por un segundo punto.

La representación gráfica de dichas evoluciones, facílita enormemente el análisis y resolución del gran número de problemas que se presentan en el acondicionamiento del aire.

Ejemplo de aplicación

Supóngase que se leen con un psicrómetro en verano, las temperaturas del aire exterior: TES: 35ºC y TBH: 24 ºC. Se pueden determinar con el ábaco todos los parámetros físicos de aire, uniendo esos dos valores, de acuerdo al esquema de la figura 7-I:


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Figura 6-1. Ábaco psicrométrico.

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HR:40%. he: 14 gr/kg. Ve: 0,89 m3/kg. Ht: 17,4 kcal/kg. Ve

0,89

\ 19 35

Temperatura de bulbo seco TBS(ºC)

Figura 7-I. Esquema de aplicación del ábaco psicrométrico.

Si esa masa de aire húmedo del ejemplo a 35 ºC, se enfría sin modificar la humedad específica contenida de 14 gr/kg, se observa que al rep:esentar el proceso en el gráfico, el punto de condición se desplaza honzontalmente hacia la izquierda y la humedad relativa va aumentando paulatinamente, hasta que cuando el aire llega a los 19 ºC se satura, o sea contiene el 100% humedad relativa. A ese punto característico se lo denomina temperatura de punto de rocío (TPR).

En ese pun~o, la TBS= TBH = TPR y el aire está saturado. Por ejemplo, si una superficie de un vidrio de ese local está más fría

que. e_l punto de rocío, el proceso sigue por la curva de saturación, procjuciendose '.ª condensación de parte del vapor de agua del aire sobre e~a superficie y se observa en el ábaco, que el aire disminuye su contemdo de humedad específica.

·En el caso contrario, si el aire se calienta en invierno sin modificar la humedad ~specífica, se puede advertir en el ábaco que la humedad relativa disminuye progresivamente.

CONFORT TÉRMICO

Uno de los procesos biológicos del cuerpo humano es el denominado metabolismo, median~e el cual, los alimentos compuestos principalmente de carbono e h1drogeno se combinan con el oxígeno absorbido por los pulmones, para producir calor y energía a fin de la realización de los trabajos internos y externos.


El cuerpo humano tiende a mantener en su interior una temperatura de alrededor de 37ºC, para disipar continuamente ese calor al ambiente, lográndose el estado ideal cuando hay un equilibrio entre la producción y la emisión del calor.

Para lograr ese equilibrio el cuerpo se sirve de un mecanismo de autorregulación sensitivo y extremadamente complicado, combinando varios métodos, como la variación de la cantidad de sangre enviada a la periferia del cuerpo y la modificación de la cantidad de exudación producida por el organismo.

Sin embargo, si bien estas acciones compensan las variaciones de temperatura y cambios atmosféricos, ello se hace a expensas de la comodidad o bienestar térmico. Por lo tanto, las instalaciones de climatización deben proporcionar las condiciones óptimas de bienestar, para que el mecanismo de regulación del cuerpo humano disipe el calor con el mínimo esfuerzo.

La producción de calor por parte del ser humano crece en proporción a la intensidad de la actividad que desarrolla, y cuando el cuerpo se encuentra en completo reposo se produce el mínimo metabolismo, que se denomina metabolismo basal, que es de aproximadamente 40 kcal/h por m2 de superficie del cuerpo humano.

La unidad de m_edida del calor metabólico es el Met (metabolic energy termal) que equivale a 50 kca1Jhm2 y corresponde a una persona sentada inactiva. Considerando para un hombre promedio una superficie de 1,8 m2, la cantidad de calor disipada para el Met es de:

1,8 m2 x 50 kca1Jhm2 = 90 kcal/h

Para los análisis del confort normalmente se considera una disipación promedio de 1,2 Met, que corresponde a trabajos livianos en oficinas, pudiendo aumentar varias veces en el caso de actividades físicas muy pesadas.

La forma que el cuerpo humano elimina el calor, según lo indicado en el detalle de la figura 8-I, es la siguiente:

• Conducción: a través de la piel y los vestidos del individuo. • Convección: desde la periferia de la piel al aire que la circunda. • Radiación: mediante la emisión de calor del cuerpo a las superficies

frías del entorno del local. • Evaporación: por la exudación de la piel y una pequeña parte conte

nida en el aire de respiración.

Las partes disipadas por radiación, conducción y convección, constituyen el calor sensible, mientras que el eliminado en forma de vapor de agua por la exudación y respiración, representa el calor latente.


Respiración ~ ' ·. Radiación

Figura 8-I. Formas de eliminación del calor del cuerpo humano.

La vestimenta del individuo juega un papel importante en el equilibrio térmico del cuerpo humano, dado que tiene la función de aislarlo térmicamente del ambiente. Esa resistencia térmica se expresa en la unidad clo, prefijo de la palabra inglesa clotting, que significa vestimenta y vale:

1 clo = 0,18 m2 h ºC/kcal

En general, para el análisis del confort en los locales se suele tomar un valor de aislamiento global efectivo de la vestimenta de 0,5 clo para el verano y 1 clo para el invierno, como valores medios en el interior de los locales para conjuntos de prendas de hombres y mujeres, consignándose un detalle típico para hombre, en la figura 9-I.

Condiciones atmosféricas que afectan el confort

Si bien el cuerpo humano mediante su mecanismo de regulación mantiene el equilibrio térmico dentro de un gran margen de variaciones, su sensación de confort está íntimamente relacionada con las condiciones del clima del local. Los parámetros básicos que debe controlar un sistema de climatización, son:


Verano Valores de clo (m'h°C/Kcal) Invierno para vestimentas típicas

Camisa de Camisa de 0,21 manga corta 0,31 manga larga

o remera 0,25 Suéter

GJ 0,05 Calzoncillo

• 0,05 Calzoncillo

o-,f4 Pantalones livianos o

Pantalones cortos 0,24 gruesos ,~ 0,03 Medias y 0,05 Al..... Medias y zapatos

"· 0,07 livianos 0,10 ,, zapatos abrigados

0,5 1,b

Figura 9-I. Aislamientos típicos para verano e invierno en Clo.

• Temperatura del aire y superficiales. • Humedad relativa. • Movimiento del aire.

Temperaturas del aire y superficiales

Las temperaturas del aire dentro de los cuales las personas se sienten cómodas, dependen en gran parte de la ropa que usan, el grado de actividad física y el contemdo de humedad, pudiéndose considerar para personas ocupadas en actividades ligeras, los siguientes márgenes:

• Invierno (ropaje normal) 1 clo: 18 - 23 ºC • Verano (ropas livianas) 0,5 clo: 23 - 27 ºC

El hecho que los valores sean diferentes en invierno o verano, se debe al distinto ropaje y a las modificaciones del metabolismo, dado que el cuerpo humano se va adaptando al clima exterior.

Si bien la temperatura del aire es el parámetro más importante para lograr las condiciones de confort, debe considerarse también la temperatura de las superficies del local que circundan al cuerpo huma-no, dado que afectan la disipación de su calor radiante. . .

Las temperaturas superficiales no deben ser demasiado baJas en invierno o altas en verano, y en ·10 posible deben estar dentro del entorno

r

34 N. QUADRI • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

de la temperatura del aire del local, con una diferencia que no supere 5 ºC. Estas condiciones generalmente no se cumplen en locales con grandes superficies vidriadas y muros o techos con poco aislamiento térmico.

Humedad relativa

Una gran parte del calor que posee el cuerpo humano se disipa por evaporación a través de la piel, favoreciéndose con una humedad relativa del aire baja y retardándose si ésta es alta, por lo que la humedad ejerce una importante influencia en el confort. En general, la humedad relativa ideal para todo el año es del 50%.

No es conveniente que la humedad relativa baje del 30% dado que pueden producirse reacciones fisiológicas perjudiciales, por una sensación de resecamiento de las mucosas respiratorias, sequedad en la piel, etc., pudiéndose originarse además, descargas electrostáticas en los locales por efectos de fricción.

Las humedades relativas por encima del 70% son aún más perjudiciales en los aspectos fisiológicos, pudiendo causar náuseas debido a la reducción de la capacidad de generar sudor del cuerpo, reacciones alérgicas, la modificación de las cualidades de muchas sustancias contenidas en el lugar y el crecimiento de microorganismos. Además, puede provocar la condensación sobre las paredes frías, favoreciendo la formación de hongos, mohos, etc.

Al calentar el aire en invierno la humedad relativa baja, pero en general no hay problemas en climas templados o húmedos y por otro lado, hay un aporte de vapor de agua de las mismas personas en el ambiente.

No ocurre lo mismo en verano donde es imprescindible la deshumectación, debido a la constante humedad generada por las personas y el aire exterior de ventilación más húmedo que se va incorporando permanentemente en la unidad de tratamiento.

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 al aire en reposo, dando lugar a variaciones en las sensaciones de calor.

Por ello, el movimiento del aire no debe ser excesivo, admitiéndose cuando la temperatura y humedad alcanzan las condiciones ideales, una pequeña circulación en la zona de permanencia de 6 a 8 m/min en invierno, admitiéndose de 8 a 12 m/min en verano.


CONDICIONES DE DISEÑO

Para establecer las condiciones de diseño del aire interior o exterior de una instalación de aire acondicionado, no se deben tomar condiciones extremas que originen sobredimensionamientos innecesarios, debiendo adoptarse los valores que la experiencia dan como un resultado aceptable.

Para la sensación de confort térmico no hay valores absolutos, ya que con las mismas condiciones de clima de un local varía para cada individuo en particular y los análisis suelen referirse a valores estadísticos de personas confortables.

Por otra parte, existen factores independientes del clima del local como el ritmo de trabajo, tiempo de permanencia, grado de fatiga, edad, sexo, vestimenta, estado de salud, etc. Influyen además, las diversas costumbres, tipo de alimentación, modos de vivir, etc.

A fin de diseñar un equipamiento ajustado a las necesidades reales, el criterio puede basarse en crear una condición interior que se encuentre en el entorno del 80 al 90% de personas confortables, concibiendo un sistema de regulación y control que permita adaptar y ajustar el funcionamiento a las necesidades reales de operación en todo momento.

No ocurre lo mismo en el acondicionamiento industrial, donde los requisitos son mucho más rigurosos y generalmente están diseñados para mantener las condiciones establecidas en forma permanente, con tolerancias fijadas por el mismo proceso.

Tomando como base numerosos estudios para el diseño de las instalaciones de aire acondicionado, se puede considerar los porcentajes de confort establecidos en las curvas que se muestran en la figura 10-I.

Las curvas contemplan un local en las siguientes condiciones:

• Humedad relativa óptima de diseño para todo el año: 50%. • Temperaturas superficiales promedio cercanas a la del aire. • Actividad liviana, para oficina o vivienda, con un Met de 1,2. • Resistencia de vestimenta: 1 clo, en invierno y 0,5 clo, en verano.

Se observa que la curva de confort de invierno está desplazada hacia las bajas temperaturas y la de verano hacia las altas, debido a que la sensación térmica del cuerpo humano se va ajustando naturalmente a la temporada climática.

Las curvas llegan sólo hasta un pico del 95% de personas confortables, teniendo en cuenta, que es inevitable un cierto porcentaje estadístico mínimo de insatisfacción. A partir del pico cuentan con dos ramas, a la derecha el porcentaje de confort disminuye, quejándose las personas por tener algo de calor y a la izquierda por frío.


Invierno Verano 100 ~ • ,., ';; 90 • ,, .,

~ :e 80 • "' I J\ ' t:: J: 70 e r e,

"' 60 ' "' "' 1 J ,: Q 50· f:! .,

J \ c. 40 15 20 25 30 Temperaturas del aire interior (°CJ

Figura 10-1. Curvas de porcentaje de personas confortables.

Del análisis de las curvas, puede considerarse para el diseño en el caso de viviendas u oficinas con personal, los siguientes parámetros;

Óptimo: 95% personas confortables: • Verano: 24,5 ºC y 50% HR • Invierno: 21,5 ºC y 50% HR

Aceptable: 80% personas confortables (más económica) • Verano: 26,7 ºC y 50% HR • Invierno: 20 ºC y 50% HR

Cabe consignar, que en los ejemplos desarrollados se ha adoptado una condición de diseño de 25 ºC y 50% HR en verano y 22 ºC y 50% HR para aire caliente en invierno, que son las normalmente recomendadas para el dimensionamiento de estas instalaciones y que en la experiencia práctica ha dado resultados satisfactorios.

Se observa, que el punto de intersección de las curvas de invierno y verano es de 23 ºC y 50% de HR y el porcentaje estadístico de confort es del 80%, para ambos casos.

Sin embargo, tomar esa condición de diseño daría una instalación sobredimensionada, porque el 20% de insatisfacción es por una cierta sensación de frío al estar a la izquierda de la curva de verano y de calor en invierno al estar a la derecha. Es el caso típico del proyecto del aire acondicionado de un centro de cómputos, donde se estipula esa condición de funcionamiento durante todo el año.


Calidad del aire interior

Otro de los factores importantes que influyen en el grado de confort, es una adecuada ventilación del local para mantener cierta calidad del aire interior evitando olores y viciamientos.

La calidad del aire depende de su composición y pueden afectar a las personas por diversos factores, lo que obliga a la introducción de aire nuevo de ventilación. Una de las causas es la disminución de la proporción de oxígeno contenido debido el aumento del anhídrido carbónico y el humo de tabaco

Además, es importante la eliminación de polvo o partículas sólidas en suspensión en el aire, no sólo porque afecta la respiración, sino para evitar suciedades que se acumulan en los locales, conductos y equipos de acondicionamiento.

Por otra parte, los elementos propios del edificio como alfombras, pinturas, revestimientos, etc., difunden una serie de gases que polucionan el ambiente, constituyendo una enfermedad llamada síndrome del edificio enfermo, cuando existen enfermedades respiratorias, alergias, estrés, etc., en más del 20% de su población, según la definición de la Organización Mundial de la Salud, en 1982 y que se produce cuando las personas permanecen generalmente gran cantidad de tiempo en oficinas o lugares de trabajo.

CONDICIONES EXTERIORES

Las condiciones exteriores a adoptar en el cálculo no deben coincidir con las máximas registradas en la localidad, puesto que ellas, temperatura de bulbo seco y humedad relativa, se presentan pocos días en la estación y son de corta duración, por lo que no se justifica su adopción como base para determinar la capacidad de la instalación.

El criterio general es promediar las condiciones exteriores que ocurren en un gran número de años y excluir los valores extremos.

Las condiciones exteriores de diseño para los cálculos en verano se consideran normalmente a las 15 horas que es cuando se produce estadísticamente el pico diario de la temperatura del aire.

En lo que respecta a la humedad relativa, se da el hecho que para las altas temperaturas es pequeña y en invierno ocurre lo contrario dado que cuando las temperaturas son bajas con muy pocos gramos d~ vapor de agua en el aire se llega a la saturación, mientras que con temperaturas altas, por el contrario, se requiere gran cantidad de acuerdo a los análisis efectuados precedentemente con el ábaco psicrométrico.

38 N. QUADRI ~ INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Para Buenos Aires suele fijarse a las 15 horas en verano, una condición de diseño exterior de: 35ºC y 40%HR

De modo que, en el curso de un día en verano en Buenos Aires, a la mañana con 24 ºC se tiene humedades relativas de alrededor del 75%, pero al aumentar la temperatura a 35 ºC a las 15 horas, y al considerar el vapor de agua o humedad específica del aire constante en el día, se produce una disminución de la humedad relativa al 40% que es la mínima del día.

Como norma práctica, la humedad relativa en verano puede tomarse en los picos de temperatura en alrededor del 30 al 45%, según las ciudades y para invierno del 80 al 95%.

En invierno se considera que la condición de cálculo se mantiene constante en el día.

Para Buenos Aires, se adopta en invierno una condición de diseño exterior de: OºC y 80% de HR

Las condiciones de diseño exterior en verano a las 15 horas y en invierno, para otras localidades del país, se indican en la tabla del cuadro 7-I.

CUADRO 7-l. CONDICIONES DE DISEÑO EXTERIOR

Verano (15 hs) Invierno Localidad

Temp.(ºC) HR(%) Temp.(ºC) HR(%J

Buenos Aires 35 40 o 80

Mar del Plata (Bs.As.) 32 45 -1.4 85

Santa Fe 35 40 1 80

Rosario (Santa Fe) 36 40 0.4 80

Paraná (Entre Ríos) 36 45 2.4 75

Formosa 38 45 5 75

Corrientes 38 45 4 75

Goya (Corrientes) 38 45 3 75

Resistencia (Chaco) 38 45 3 70

Posadas (Misiones) 38 45 4 75

Córdoba 36 40 -0.4 75

Catamarca 37 35 0.9 65

La Rioja 40 35 -1.5 60

Santiago del Estero 39 40 0.5 65

San Miguel de Tucumán 37 45 1.1 70


Verano (15 hs) Invierno Localidad

Temp.(ºC) HR(%J Temp.(ºC) HR(%J

Salta 34 40 . -3 65

San Salvador de Jujuy 32 40 -1.1 75

San Juan 40 35 -3.1 55

San Luis 37 30 -1.8 60

Mendoza 35 40 -1.1 60

Santa Rosa (La Pampa) 36 40 -2.8 65

Bariloche (Río Negro) 32 40 -5.6 65

Comodoro Rivadavia (Chubut) 31 40 -4.4 40

Esquel (Chubut) 30 35 -7.6 70

Trelew (Chubut) 30 35 -3 60

Santa Cruz -6.3 70

Río Gallegos (Santa Cruz) -7.2 70

Ushuaia (Tierra del Fuego) -12 70


Se entiende por carga de aire acondicionado, la cantidad de calor que hay que extraer en verano o incorporar en invierno para mantener en el espacio una temperatura y humedad prefijada, cuyo cálculo permite determinar las características y dimensiones de la instalación. Pueden clasificarse en dos partes fundamentales, según la época del año:

• En verano: cargas de refrigeración. • En invierno: cargas de calefacción.

CARGAS DE REFRIGERACIÓN

Las unidades que usualmente se utilizan en el diseño de los equipos de refrigeración, son los siguientes:

Frigoría/ hora:

Es una unidad equivalente a kcal/h pero de sentido opuesto, que se emplea en la práctica para especificar los equipamientos de refrigeración. Para realizar los cálculos se analiza la cantidad de calor que el espacio por acondicionar gana o recibe en kcal/hora.


Por ello, a los cálculos de las cargas de verano se los suele llamar de ganancias de calor y una vez determinadas en kcal/h se especifica el equipo en frig/h con el mismo valor absoluto.

Tonelada de refrigeración:

Es una unidad inglesa muy utilizada, que se usa generalmente para especificar la capacidad frigorífica de equipos de cierta envergadura. El valor de la tonelada de refrigeración se considera igual a 3000 frig/h.

KW(frigorífico):

Es una unidad de potencia, que es igual a 860 frig/h.

Clasificación de las cargas

Las cargas de refrigeración de verano pueden clasificarse teniendo en cuenta las formas que se producen, tal como se indica en la figura 11-I, pudiendo ser del local o del sistema.

Efecto solar sobre vidrios paredes y techos

Transmisión

Aire exterior Equipo ....... AAcond. .....,...'----,,,-J

Transmisión

))

Figura 11-I. Formas de ganancia de calor en verano.


Externas del local

Son las ganancias de calor que provienen del exterior y se pueden considerar:

• Transmisión de calor: debido a la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el interior a través de muros, techos y ventanas

• Efecto solar: con aporte de calor instantáneo al incidir sobre las ventanas y pasaje retardado sobre muros y techos.

Internas del local

Constituyen las ganancias de calor que se originan en interior del local, como ser:

• Personas: disipan calor sensible y latente por el aporte de vapor de agua por exudación y respiración.

• Iluminación: por las luminarias que disipan calor. • Otras fuentes: por los artefactos eléctricos, motores, eventuales infil

traciones de aíre, etc.

Del sistema

Se consideran cargas del sistema las ganancias de calor de los conductos, cañerías, ventiladores y bombas.

Otra carga del sistema es el calor proveniente del aire exterior caliente para satisfacer las necesidades de ventilación. Una parte es en forma de calor sensible por la diferencia de temperatura y otra de calor latente debido a la humedad contenida.

Variación diaria de temperatura

En invierno puede considerarse que la temperatura exterior de proyecto se mantiene prácticamente constante durante todo el día sin errores apreciables.

En verano las variacio11es de temperatura diaria son más pronunciadas. En efecto, se considera que las temperaturas pico de cálculo se producen a las 15 según la latitud, pero en horas de la mañana o la noche ellas son menores.

El cuadro 8-I, da las distintas correcciones a las temperaturas de bulbo seco y humedad relativa exteriores de cálculo de verano, según la variación diaria de temperatura exterior.


. En general, puede adoptarse para Buenos Aires una variación dia-ria d_e temperaturas de llºC.Debe tenerse en cuenta, que para las zonas del h_toral de :1uestro país la variación diaria es menor y para las zonas de clima contmental es mayor.

En los ajustes de la tabla, las humedades relativas están redondeadas para una estimación.práctica, pero en el cálculo de las cargas a otras horas del día debe mantenerse constante la diferencia de humedad específica exterior-interior calculada a las 15 horas.

CUADRO 8-I. CORRECCIONES DE TEMPERATURAS EXTERIORES Y HUMEDADES RELATNAS PARA OTRAS HORAS DEL DÍA

Corrección de temperatura y humedad relativa de diseño

Variac. Hora 10 Hora 12 Hora 15 Hora 17 Hora 20 Hora22 diaria temp. TES HR TES HR TES HR TES HR TES HR TES HR

'C % 'C % ºC % ºC % ºC % 'C %

5 'C -3 5 -1 5 o o -1 5 -3 5 -4 10

8 'C -5 10 -3 5 o o -1 5 -3 5 -5 10

11 'C -5 10 -3 5 o o -2 5 -4 10 -6 15

14 'C -5 10 -3 5 o o -2 5 -5 10 -8 20

17 'C -7 15 -3 5 o o -2 5 -7 15 -10 30

19 'C -8 20 -4 10 o o -3 5 -7 15 -10 30

22 'C -9 20 -4 10 o o -4 10 -8 20 -12 30

CARGAS EXTERNAS

Teniendo en cuenta las distintas características de los elementos y forma en que se produce la ganancia de calor, puede dividirse el cálculo en dos partes fundamentales:

• Gananc~a de calor a través de paredes y techos. • Ganancia de calor a través de vidrios.

La suma de esos calores es la carga externa que recibe el local.


Ganancia de calor a través de paredes y techos

Paredes y techos exteriores

El cálculo teórico exacto de la cantidad de calor transmitido en estos casos es sumamente complicado, dado que inciden en conjunto la transmisión por efecto de la diferencia de temperatura y el efecto solar que se desfasa en el tiempo en virtud de la inercia térmica propia de absorción de calor del cerramiento.

Por ello, en la práctica se utiliza un valor denominado diferencia de temperatura equivalente (t.teq.), aplicándose una fórmula similar a la ecuación básica de la transmisión de calor vista precedentemente.

qT = KA (t.teq)

Donde: qT: ganancia de calor total del muro o techo, por transmisión y efecto·

solar (kcal/hora). A: área transversal del muro o techo (m2).

K: coeficiente de transmitancia total (kcalfhm2ºC). Ateq: diferencia equivalente de temperatura (ºC).

En el cuadro 9-I, se dan valores estimados de t.teq. en función del tipo de pared o techo, orientación y hora solar considerada. Es de aplicación para paredes y techos opacos y una diferencia temperatura aire exterior-interior de 10 ºC a las 15 horas.

En la práctica, se puede utilizar esta tabla en forma general, pero debe ajustarse en función directa de la diferencia de temperatura de cálculo del proyecto con respecto a los 10 ºC. Por ejemplo, si en el proyecto se adopta un salto térmico de cálculo a las 15 horas de 12 ºC, a todos los valores se le debe adicionar 2 ºC.

Paredes y techos interiores

En este caso, no existe la radiación solar por lo que se puede aplicar directamente la ecuación de transmisión de calor, considerando el salto térmico entre la temperatura del aire a ambos lados. De esa manera:

qTi = KA (te' - ti)

Donde: qTi: ganancia de calor, por paredes y techos interiores (kcal/h). K: coeficiente de transmitancia total (kcalJhm2ºC). te1: temperatura del aire del local, no acondicionado (ºC). ti: temperatura del aire interior del ambiente (ºC).


CUADRO 9-I. DIFERENCIA EQUNALENTE DE TEMPERATURA (ºC)

Orientación K Hora solar pared (Kcal I hm2 ºC) 10 12 15 17 20 22

2,3 16 14 10 10 9 8

SE 1,6 5 12 9 9 9 8

0,8 6 6 11 9 8 8

2,3 19 20 10 10 9 8

E 1,6 10 16 14 11 10 9

0,8 8 8 13 12 10 10

2,3 14 18 14 11 9 8

NE 1,6 6 11 13 12 9 8

0,8 7 7 11 12 10 9

2,3 6 9 16 15 9 7

N 1,6 5 5 11 13 10 8

0,8 6 6 6 10 12 10

2,3 4 4 16 22 21 8

NO 1,6 6 6 9 13 16 15

0,8 7 7 7 7 12 14

2,3 4 5 13 21 22 11

o 1,6 6 6 8 12 18 17

0,8 8 8 8 8 10 14

2,3 3 4 8 14 21 9

so 1,6 5 5 5 7 14 15

0,8 6 6 6 6 8 12

2,3 3 3 7 9 9 7

s 1,6 3 3 4 5 7 6

0,8 3 3 3 4 6 7

2,3 6 11 21 25 22 18

Techo 1,6 8 11 20 24 23 20

0,8 10 11 18 22 22 21


Para los cálculos prácticos, puede suponerse que un local no acondicionado se encuentra a una temperatura de alrededor de 3ºC menor que la temperatura del aire exterior. O sea:

te'= te - 3ºC

Ganancia de calor a través de vidrios

En este caso, no se considera ningún retardo o inercia térmica y por ello se puede analizar en forma independiente la cantidad de calor que penetra por transmisión y radiación solar. Así, puede establecerse:

qy = qtv + qrv

Siendo: qv: ganancia de calor total del vidrio (kcal/h). qtv: ganancia por transmisión (kcal/h). qrv: ganancia-por radiación solar (kca1/h).

Cantidad de calor por transmisión (qtv)

Este valor se obtiene por medio de la fórmula básica de la transmisión de calor:

qtv = KA (te - ti).

Donde: qtv: ganancia de calor por transmisión del vidrio (kcal/h). K: coeficiente de transmitancia total (kcal/hora m2ºC). A: área del vidrio (m2). te: tempe1.'atura del aire exterior (ºC). ti: temperatura del aire interior (ºC).

Cantidad de calor por radiación solar (qrv)

Se considera la radiación solar que penetra en forma instantánea, pudiéndose aplicar la siguiente ecuación:

qrv = A I c

Donde: qrv: ganancia de calor por radiación solar (kcal/h). A: área del vidrio expuesto al sol (m2). I: intensidad de radiación solar (kcalfhm2), e: coeficiente de corrección por protección de ventana.


En las tablas del cuadro 10-I, se dan los valores de intensidad de radiación solar I sobre las superficies verticales y horizontales para 25 a 40º de latitud sur. Se han considerado los valores de máxima intensidad proyectada por el sol por metro cuadrado en los meses de verano en función de la latitud, orientación y hora del día, en kcalfhm2.

CUADRO 10-1. COEFICIENTES I (kcal/hm2) DE EFECTO SOLAR. LATITUD SUR

Latitud 25º

Hora SE E NE N NO o so s Horiz.

10 185 282 354 185 38 38 38 30 587 12 36 36 141 233 141 30 30 30 680 15 36 35 35 130 395 403 298 50 482 17 26 20 15 23 265 393 400 96 158

Latitud 30º


10 149 276 382 222 35 35 38 38 588 12 38 38 181 284 181 38 38 38 678 15 38 35 32 162 412 401 263 38 488 17 27 21 13 24 265 398 377 78 165

Latitud 35º


10 110 272 408 259 38 30 38 38 580 12 38 38 215 335 215 38 38 36 665 15 38 35 32 190 427 395 230 38 487. 17 27 22 22 27 260 415 366 64 192

Latitud 40º


10 81 265 425 298 38 38 38 38 569 12 38 38 244 379 244 38 38 38 642 15 35 35 32 219 439 390 198 35 485 17 27 27 13 32 257 436 360 54 222


Debe destacarse que el vidrio constituye una trampa de calor, dado que la radi~ción solar visibl~ lo atravie~a, m~entras que la radiación de calor no visible, como las emitidas en el mtenor de un local por los muebles u ocupantes no pasan al exterior y a esa propiedad se la denomina efecto invernadero, tal como se muestra en la figura 12-I.

-o-~ La radiación solar visible pasa a través del vidrio

El vidrio actúa como una trampa de calor

La radiación térmica ~ no visible no pasa a

través del vidrio

Figura 12-I. Pasaje de calor solar a través del vidrio.

De esa manera, todo el calor radiante solar que penetró en el local queda almacenado y ya no puede escapar en forma de radiación por el vidrio y por ese motivo, la protección solar de las ventanas constituye un factor primordial para reducir las cargas de aire acondicionado de verano.

En el cuadro 11-I, se indican algunos valores prácticos coeficiente c de protección de ventanas.

CUADRO 11-1. COEFICIENTES DE CORRECCIÓN POR PROTECCIÓN DE VENTANAS "C".

Vidrio transparente sin protección 1

Vidrio esmerilado o grabado 0,80

Vidrio transparente con cortinas:

• Exteriores color claro

• Interiores claras

Toldo de lona

Parasoles .

0,30

0,50

0,20

0,20


CARGAS INTERNAS

Ganancia de calor de las personas

La cantidad de calor cedido por una persona depende de su tamaño y del grado de actividad muscular además de otros factores y como se había mencionado precedentemente, su unidad es el Met que representa un valor de 50 kca!Jhm2 que corresponde a la disipación de calor total de una persona sentada inactiva. Considerando una superficie de cuerpo de 1,8 m2 su valor total era de 90 kcal/h persona.

Sin embargo, para el cálculo de las cargas debe discriminarse de esa disipación total, cuanto es la parte que se efectúa en forma de calor sensible, ya sea por radiación, convección y conducción y cuanto en forma de calor latente, por efecto de la exudación y respiración.

Para ello, pueden considerarse los valores del cuadro 12-I.

CUADRO 12-1. DISIPACIÓN DE CALOR DE PERSONAS

Calor disipado Met

Grado de actividad (kcal/h) (kcallhm2)

Sensible Latente

Sentado inactivo 55 35 1

Sentado y trabajo muy liviano de oficina 55 45 1,2

Trabajo liviano 57 60 1,3

Trabajo pesado 80 160 2,7

Trabajo muy pesado 120 200 3,6

En general, aumentando el grado de actividad se incrementa la cantidad de calor latente disipado, debido a la evaporación del cuerpo.

Cuando no se cuenta con los datos de la cantidad de personas, puede estimarse en oficinas una persona cada 5 a 10 m2 y en el caso de viviendas se considera para el living o lugar de estar, la suma de las personas de los dormitorios del edificio.

Ganancia de calor de artefactos eléctricos

El calor proveniente de la iluminación y artefactos eléctricos es totalmente sensible, salvo casos excepcionales como secadores de ropa, máquinas de café, etc., que producen, a su vez, calor latente en forma de vapor de agua.


Iluminación

En el caso de lámparas incandescéntes, por efecto Joule la ganancia de calor en el local es de: 0,86 kcal/h por Watt. Para lámparas fluorescentes debe considerarse un factor adicional por la disipación de reactancia de un 20%, sobre el valor calculado de la manera anterior.

Cuando no se cuenta en el caso de oficinas con los datos reales de potencia de los artefactos fluorescentes, puede estimarse una densidad de iluminación aproximada de 20 a 30 Watts/m2 de superficie de local.

Ganancia de calor de diversos aparatos

En el cálculo deben tenerse en cuenta los distintos aparatos que disipan calor en los ambientes, siendo importante considerar los datos de consumo y disipación, dados en las chapas de los fabricantes.

A falta de otros datos, en el cuadro 13-I, se detallan algunos valores, los que deben tomarse sólo en forma estimada, con los ajustes que para cada caso se considere conveniente efectuar.

CUADRO 13-I. DISIPACIÓN DE ARTEFACTOS ELÉCTRICOS

• Motor y trabajo en el local acondicionado

• Motor en el local y trabajo en el exterior

• Motor en el exterior y trabajo en el local

• Televisor a color

• Heladera común

• Heladera con freezer

• Aspiradora

• Ventilador

• Equipos de audio

~ Plancha

• Proyector

• Lámparas vapor mercurio

• PC completa

700 kcal/hHP

70 kcal/hHP

630 kcal/hHP

300 Watts

200Watts

360 Watts

500Watts

50 a 150 Watts

150Watts

700 Watts

500 a 1.500 Watts

200 a 500 Watts

300Watts


GANANCIA DE CALOR TOTAL DEL LOCAL

La ganancia de calor total del interior del local, vale:

QTi = QSi + QLi.

Donde:

QTi: ganancia teta! de calor del local (kcal/h). QSi: ganancia total de calor sensible del local (kca1/h). QLi: ganancia total de calor latente del local (kcal/h).

Caudal de aire de circulación

El caudal de circulación se determina con la siguiente fórmula:

C = QSi/17 (ti - tI)

Siendo:

C: caudal de aire en circulación (m3/min).

QSi: ganancia de calor sensible total en el interior del local (kcal/h). ti: temperatura del aire del ambiente (ºC). tI : temperatura del aire de impulsión al local (ºC). 17: valor que se considera constante.

En la práctica, la temperatura de impulsión tI del aire puede estimarse en 10 ºC menor que la temperatura de diseño del local, por lo que el salto térmico (ti- tI) puede tomarse en general lOºC.

Por ejemplo, si la temperatura de diseño del aire del local es de 25 ºC, la temperatura de impulsión será de 15 ºC y la ecuación queda así:

C = QSi/170 (m3/min)

CARGAS DEL AIRE EXTERIOR

La cantidad de aire caliente exterior que permanentemente debe introducirse en verano para satisfacer las condiciones de ventilación constit".ye una ganancia de calor muy importante para el equipo de air~ aco.nd1c10nado y depende del número de personas, tipo de ocupación y actividad que se realiza en el ambiente.

Un procedimiento práctico, consiste en estimarlo como porcentaje del caudal de aire total recirculado en el sistema de acondicionamiento

' o sea:


Cae= a% C.

Donde: Cae: caudal de aire nuevo exterior (m.3/min). a: porcentaje de aire nuevo(%). C: caudal de aire en circulación (m3/n1in).

A ' pueden considerarse los siguientes porcentajes: Sl,

• Locales con muchas personas: 25 al 30% • Locales para edificios de oficinas: 15 al 25% • Locales para edificios de vivienda: 10 al 20%

Por supuesto, que hay que analizar la caracterís~ica particular de cada aplicación. Por ejemplo, en ~ local de un hospital con enfermos · fecciosos se requiere el 100% de aire exterior. in En los cálculos, siempre es necesario verificar si se cump_le con el

· de ventilación mínimo que suele establecerse reglamentariamente. aire 'd d , · d das En el cuadro 15-I, se indica las canh a es m1mmas recomen a para diversas aplicaciones. Las personas fumando son un factor muy importante y determinante de ese caudal.

CUADRO 15-1. REQUERIMIENTOS DE AIRE NUEVO MÍNIMOS (m3/min persona)

Aplicaciones m3/min pers

Lugares de trabajo en general 0,5

Oficinas generales 0,5

Oficinas privadas 0,6

Restaurantes y lugares afines (con personas fumando) 0,8

Oficinas privadas (con personas fun1ando) 0,8

Viviendas 0,5

Teatros, cines, auditorios 0,6

En la práctica, suele tomarse para edificios residenciales, departamentos u oficinas un valor mínimo de 0,5m3 I min persona, teniendo en cuenta que no haya fumadores dentro de esos locales.

De esa manera, se estima la cantidad de aire nuevo sobre la base del porcentaje del caudal de aire circulado, verificando si se cumplen los requisitos de ventilación mínimo por personas.

52 · N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

. En cas.o que_ no se cuente con aire exterior, como el sucede con los spl1t en res1denc1as, puede considerarse el aire de ventilación , . pi ar pi ersona como infiltración, constituyendo una carga del inte';:;':::e~ oca.

. La cantidad de calor que penetra por el aire exterior son de dos tipos: sensible del aire seco y latente en fiorma de v d , . apor e agua.

Calor sensible del aire seco

Se lo determina mediante la siguiente fórmula:

Donde:

QSe: 17: Cae: te: ti:

QSe = 17 Cae (te - ti).

calor sensible del aire exterior (kcal/h). factor constante.

caudal de aire nuevo que penetra en el sistema (m3/min) temperatura del aire exterior(ºC). · temperatura del aire interior (ºC).

Calor latente del vapor de agua

Se lo determina aplicando la siguiente fórmula:

QLe = 42 Cae (hee - hej)

Donde:

QLe: calor latente del aire exterior (kcal/h). 42: factor constante.

Cae: caudal de aire nuevo que penetra en el sistema (m3/min). hee: humedad específica del aire exterior (gr/kg). he¡: humedad específica del aire interior (gr/kg).

Los valores de humedad específica surgen del ábaco psicrométrico sobre la base de las condiciones interiores y exteriores de cálculo. ,

Calor total del aire exterior

La ganancia total de calor del equipo debido al . t . 1 entonces: aire ex er1or, va e

QTe = QSe + QLe (kcal/h).


Carga total de refrigeración

La carga total de refrigeración QT que requiere el equipo de aire acondicionado, será igual a:

QT = QSi + QLi + QTe

Siendo: QT: ganancia total de calor o carga de refrigeración (kcal/b.). QSi: ganancia total de calor sensible en el interior del local (kcal/h). QLi: ganancia total de calor latente en el interior del local (kcal/h). QTe: ganancia total de calor del aire exterior (kcal/h).

Variabilidad de las cargas de refrigeración

Las cargas de refrigeración varían mucho durante el día y dependen fundamentalmente de las condiciones exteriores, por lo que en el cálculo se requiere estimar las ganancias de calor a las diversas horas del día, con objeto de determinar su variación y en que momento se produce la condición más desfavorable de diseño.

Muchas veces en las aplicaciones prácticas, suelen calcularse las cargas a las 15 horas, que es cuando se produce el pico de temperatura exterior más elevado. En tal caso, es conveniente verificar a otras horas locales con grandes aventanamientos o malas aislaciones, orientados al este o noreste, que pueden originar un pico en las horas de la mañana y en el oeste o noroeste a la tarde.

Sin embargo, debe tenerse presente que antes de diseñar un equipo de aire acondicionado más grande a otra hora del día, consumiendo más energía durante toda su vida útil, se debe verificar, corregir o mejorar, las protecciones solares y los aislamientos térmicos propios de los edificios.

Éste es un aspecto primordial, dado que el proyecto de la instalación de aire acondicionado y la del edificio deben coordinarse para lograr una solución energéticamente adecuada, en lo posible coincidente con las variaciones climáticas exteriores.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LAS CARGAS DE REFRIGERACIÓN

Supóngase que quiere acondicionarse en verano, una oficina ubicada en la ciudad de Buenos Aires, que se detalla en la figura 13-I.

54 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

~

o h:3m 4,50m

·e: .. -" w .--1-~~~~~~12m~~~~~ 30

Sala de oficina personal

Pasillo interior· 15

Figura 13-L Plano planta ejemplo de cálculo de cargas de verano.

Se establecen las siguientes condiciones de cálculo:

• Lugar: Buenos Aires • Hora de cálculo: 15 horas. • Condición Exterior: 35ºC y 40% HR. • Condición interior: 25ºC y 50% HR. • Ca~ti~ad de aire nuevo mínimo: 0,5 m3/min por persona. • Var1ac1ón diaria de temperatura (Bs.As.): 11 ºC. • Cantidad de personas: 10. • Iluminación: 20 watt/m2. • Computadoras y copiadora: 4000 kcal/h total • Ventana: 11 x 1,60 m con cortina exterior e: 0,3 (cuadro 11-I).

Coeficientes de transmisión: K· (Cuadro 1-I) • Pared exterior, mampostería de 30 cm: 1,62 kca1Jhm2 ºC. • Pared interior, mampostería de 15 cm: 2 30 kcaifhm2 ºC • Vidrio común: 5 kcal/hm2 ºC. ' · • Techo de losa cerámica sin aislación: 1,50 kcal/hm2 ºC.

1 En el gráfico psi,crométrico_de la figura 6-I anterior, se determinan

as ~umedades especificas exter10res e interiores, detallándose el roced1miento en el esquema de la figura 14-I Se bt· ¡ · p valores: . o ienen os s1gu1entes


he Referencias E: condición exterior A: condición ambiente ~o; :

1 ~ -

. !1~Í L /,, ~ "';'" 1

25 35

TBS Temperatura de bulbo seco ('C)

Figura 14-I. Determinación de las humedades específicas.

• he,: 14 grlkg

• hei: lOgr/kg:

Suposiciones del cálculo

Puerta interior: se la estima incluida dentro del área de la pared,

dado que las diferencias son despreciables. Piso sobre ·tierra: no se considera ganancia de calor, atento que su

temperatura es normalmente inferior a la del aire del local. Sólo se considera ganancia de calor en el caso de pisos donde la parte inferior es el

exterior u otro local no acondicionado. Locales no acondicionados: se estima una temperatura de 3ºC,

menor que la del aire exterior. Locales acondicionados: no se consideran ganancias de calor de los

cerramientos que los limitan, dado que el salto térmico es O. Cargas del sistema: las ganancias de calor y fugas de aire en

conductos y disipación de calor del ventilador se estiman en un 10% de las ganancias externas de calor y se las co.nsideran como cargas del local, como seguridad en el cálculo del caudal de distribución de

aire.


Ganancias exteriores. Cálculo a las 15 horas

Ganancia de calor por transmisión y efecto solar

ÁreaHKHt,,.t

E(30) (NE) (12 <--> 3)-(11 xl,6) = 18,4 H 1,62 <--> 13* = 388 kcal/h

E(30) (SE) (4,5 <--> 3) 13,5 <--> 1,62 H 9* = 197 kcal/h

Vi (tr.) (NE) (11 H 1,6) 17,6 x 5 H (35-25) = 880 kcal/h Vi (ef sol) (NE) (A H I H e)

! (15) (14 H 3) 17, 6 H 32 H 0,30 = 169 kcal/h

= 42 <--> 2, 3 H (32**- 25) = 676 kcal/h Techo (12 H 4,5)

Ganancia total exterior = 54 H 1,5 x 20* = 1620 kcal/h

= 3930 kcal/h

'" Diferencia de temperatura equivalente (Dteq) (tabla 9-I) ** 3 ºC menor que el aire exterior

Verificación a las 10 horas

La condición exterior a las 15 horas es: 35ºC y 40% HR La corrección para Buenos Aires (11 ºC de variación diaria) a las

10 hs es: -5ºC +10% HR, (cuadro 8-I.). De modo que la condición a las 10 hs es: 30ºC y 50% HR.

Ganancia por transmisión y efecto solar

E (30) (NE)

E (30) (SE)

Vi (tras.) (NE)

Vi (ef sol)

I (15)

Techo

Ganancia total

18,4 X 1,62 X 6*

13,5 X 1,62 X 5*

17,6 X 5 X (30-25)

17,6 X 408 X 0,30

42 X 2,3 X (27**-25)

54xl,5x8

179 kcal/h

109 kcal/h

440 kcal/h

2154 kcal/h

193 kcal/h

648 kcal/h

3723 kcal/h

* Diferencia de temperatura equivalente (ó.teq) ** 3 ºC menor que el aire exterior

La ganancia más desfavorable se produce a las 15 horas y por lo tanto, se continúa con el cálculo a esa hora con el valor de Qt ext 3930 kcal/h. Si hubiera dado mayor, antes de diseñar el equipo a esa hora, debe analizarse la aplicación de una mejora en la protección solar de la ventana.


Ganancia de calor interna

Calor sensible Ganancia de calor en conductos (10%) Q text Personas: 10 personas x 55 kcal/h pers. Iluminación: 20 watts/m2 x 54 m2 x 0,86 Disipación computadoras y copiadoras Total calor sensible Calor latente Personas: 10 personas x 45 kcal/h persona

Resumen de ganancias de calor total del local Total de calor sensible interior (3930 + 5872) QSi

393 kcal/h 550 kcal/h

929 kcal/h 4000 kcal/h 5872 kcal/h

450 kcal/h

Total de calor latente interior QLi =


10252 kcal/h Total de ganancia de calor del local

Caudal de aire a impulsar al local

C = QSi/170 = 9802/170 ~ 60 m3/min

Ganancia de calor del equipo por el aire exterior

57

Tratándose de un local de oficina, puede estimarse un porcentaje de aire exterior, del 20% del caudal circulado. Entonces:

Cae = a% C = 0,2 x 60 = 12 m3/min

El aire exterior mínimo de acuerdo con los requisitos de ventilación es 0,5 m3/min persona. Si hay 10 personas· correspondería un caudal igual a 5 m3/min. De modo que se adopta: Cae: 12 m3/min.

La ganancia de calor del equipo por el aire exterior, valdrá:

Calor sensible aire exterior QSe = 17 Cae (te - ti) = 17 x 12 x (35-25)

Calor latente aire exterior QLe = 42 Cae (hee - he¡)= 42 x 12 x (14-10)

Calor total por aire exterior ( QTe)

Ganancia total de calor sensible

Ganancia de calor sensible del local: QSi Ganancia de calor sensible del aire exterior: QSe Ganancia de calor sensible total: QST

2.040 kcal/h



11842 kcal/h

58 N. QUADRI _ INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Ganancia total de calor

Ganancia de calor sensible del local: QSi 9802 kcal/h Ganancia de calor latente del local: QLi 450 kcal/h Ganancia de calor total del aire exterior: QTe 4056 kcal/h Ganancia de calor total: QT = 14308 kcal/h

Capacidad del equipo

Se adopta un equipo de 15000 frigorías/hora. La capacidad en toneladas es: 15000/3000 = 5 ton. de refrigeración.

Para el cálculo de las cargas de refrigeración, suelen utilizarse planillas de cálculo, que permiten orientar su realización, como la que se indica en la figura 15-I, la que se ha completado con el ejemplo realizado.

CARGAS DE CALEFACCIÓN

El cálculo de las cargas de calefacción en invierno, tienden a determinar la cantidad de calor que se debe suministrar a los locales para compensar las pérdidas, manteniendo la temperatura interior de diseño establecida. En el análisis térmico de invierno no se tiene en cuenta la incidencia favorable de las cantidades de calor aportadas por personas, iluminación, etc., porque se considera el local en la condición más comprometida.

La carga total de calefacción, vale:

QT = QSi + QSe.

Donde:

QT: carga total de calefacción o pérdida de calor total (kcal/h). QSi: pérdida de calor sensible total del local por transmisión (kcal/h). QSe: pérdidas de calor para compensar el calor sensible del aire frío.

exterior, que penetra en forma permanente en el equipo (kcal/h).

Pérdida de calor total por transmisión

La cantidad total de calor sensible, que pierde el local vale:

QSi = Qo (1 + Zd + Zh + Zc)

Donde: Qo: pérdida por transmisión de las superficies del ambiente (kcal/h). Zd: mejoramiento por interrupción del- servicio(%). Zh: mejoramiento por orientación(%). Zc: mejoramiento por pérdidas en cañerías o conductos (%).


Oficinas en Buenos Aíres 15 35º Tlnt{"C) 25

PS LOCAL: onclnaPersonal .ó.T("C) 10

e

3 Lados

paredll-,--'p,_"':'''"---j (cm} ,f---'v_1,_c1ro --, Orient

A(m) B{mJ

12 3 E,o f-----t---NE 11 1.60

4,5 3 E,o SEf---t---

3 14 [15 f----f---

TECHO 12 4,5

PISO

4

""' Total

[m~

2"3

36

TOTALES TRANSMISION Y EFECTO SOLAR

Transmisi6n (kcal/h} Columna 8

Efecto sol ventana (kcalfh) Columna 11

14 Subtotal cargas exteriores (kcalfh) 12 + 13

15 Pérd.conduct {kcalfh)(%•14¡ ("/a) 10

16 TOTAL CARGAS EXT.(kcalih) 14+ 15

QSI Personas semi. Factor Número

17 {kcal/h) Fac"N 55 10

Iluminación w, ..

18 Calor 0,86" watt ,,,. 20'54

Sens. Motores {kcallh) HP

19 inter. 700" HP 700

20 Disipaciones varias kcal/h

21 Disipaciones varias kcallh

22 QSI TOTAL{kcal/h) suma(1Sa21l

5

Am Vídrio

[m')

18,4

17,6

13,5

42

54

6

KP

KV

"'' ~ 1,62

5

1,62

2,3

1,5

7

.ó.tequlv.

"'' ¡•e¡

13

10

9

7

20

' Transmls16n y efecto solar pared y vidrio

5"6"7

388

880

197

676

1620

(kcallh) TRANSMISION 3761 EFECT.SOL

3761 QU Personas Latente Factor

169 23 Calor (kcal/h) Fact'N 45 10

3930 24 Laten Otras fuentes (kca!/h)

393 25 !nter. QLI C.LAT. INT.(kcal/h) {23,¡.24)

4323 CAUDAL = QSI (fila 22)/170 (m3/mln)

CAUDAL.A.E (m31mln) (%'26){%) 20

QE c.sens.AE {kcaHhl CAE(27) .ó.T(7)

Calor 17"CAE'6 T 17 12 10

Aire C.LAT.AE (kcallhJ CAE(27) L::,.G(11)

Ext.er. 42"CAE'.ó.G 42 12 4

30 QE C.TOT. AE !kcallh) (28+29)

4000 31 QST CAL.SENS.TOT. (kcallh} (22+28)

32 QT CALOR TOTAL(kcaUh){22+25+30)

9802 33 TONELAD. REFRIG. QT(flla32)13000

Figura 15-I. Planilla de cálculo de cargas de aire acondicionado. -

59

14 10 4

11

Radiación Solar Ventana

(kcal/h}

450

450

60

12

2016

4056

11842

14308

5Ton


Pérdidas por transmisión de las superficies

Las pérdidas de calor de cada una de las superficies que rodean el local, se calculan mediante la fórmula de la transmisión de calor:

qo =KA (ti - te)

Siendo: qo: cantidad de calor de pérdida de cada superficie (kcal/h). K: coeficiente total de transmitancia térmica (kca1/hm2ºC). A: área del elemento considerado (m2). ti: temperatura del aire interior (ºC). te: temperatura del aire exterior (ºC).

En los cerramientos del contorno del local que limitan a otros locales con calefacción que se encuentran a igual temperatura no se considera transmisión de calor, dado que el salto térmico se hace cero.

Cuando los elementos del contorno del local considerado limitan con locales no cale/accionados, se suele considerar su temperatura de aire como promedio de la temperatura de diseño exterior (te) y la interior (ti). Así, puede estimarse:

te'= (te- ti)/2

Donde:

te': temperatura del local no calefaccionado (ºC).

Para el cálculo de pérdidas de calor en el caso de pisos sobre tierra se adopta un coeficiente K práctico de 1 kcal / hm2ºC y una temperatura de piso igual a 1 D°C.

La suma de todas las pérdidas individuales de cada uno de los elementos del contorno del local representa la pérdida de calor de todo el local Qo, de modo que:

Qo = :);qo,

Donde:

Qo: cantidad de calor de pérdida del local (kcal/h).

Suplementos por interrupción del servicio

Producida una interrupción del servicio de calefacción, al ponerse nuevamente en marcha es necesario un suplemento de calor a fin de llevar nuevamente el edificio al estado de régimen de funcionamiento.


Pueden distinguirse 3 casos característicos, determinados en el

cuadro 16-I:

CUADRO 16-1 SUPLEMENTOS POR INTERRUPCIÓN DEL SERVICIO

Clase de servicio Aplicación Zd%

Servicio ininterrumpido con Viviendas, hospitales, 7

marcha reducida en la noche asilos, etc.

TI. Interrumpido de 8 a 12 h Comercio, oficinas, etc. 15

[[l. Interrumpido de 12 a 16 h Funcionamiento circunstancial 25

Se observa, que los suplementos Zd aumentan con el tiempo de interrupción del servicio, dado que cuanto más tiempo se encuentra sin funcionar la instalación, mayor será la cantidad de calor necesario para volver el edificio al estado de régimen.

Suplemento por orientación

La magnitud de este suplemento está determinada por la diferente exposición solar del local. Se adopta como porcentaje del calor por transmisión Qo, pudiéndose considerar los siguientes valores:

E y O: 0% N, NE y NO: -5% S. SE y SO: 5%

La orientación de un local, viene dada por la ubicación de las paredes exteriores, según se indica en la figura 16-I:

Interior

Zh:-5%

Exterior N

Local orientado al norte

~

o

s 1 E.JO

N

Interior

Zh:-5%

Exterior

Local orientado al noroeste

Figura 16-I. Determinación de suplemento Zh.


• Local con una pared exterior, la orientación de esa pared. " Loc~l con dos par~des exteriores en ángulo o esquina, la orientación

del angulo o esquina.

• Local con tres o cuatro paredes exteriores, o dos paredes enfrentadas se adopta el del mayor suplemento o sea 5%. '

Suplemento por pérdidas de calor en conductos

. , Este valor, depende de la magnitud de los conductos y de su aisla-c10n. Suele adoptarse como norma práctica considerando d seguridad ¡ -¡ ¡ z ' un margen e . en os ca cu os c: 10% sobre el calor de trans . . , Q tituyendo una carga del local. mis10n º' cons-

Pérdida de calor sensible por el aire exterior

En g:ne_ral, es necesario determinar el calor sensible necesario ara elevar en mvierno la temperatura del aire ext . . p manente t 1 . . enor que se mtroduce perd. . ;en e en e_ '.'qmpo de aire acondicionado, para satisfacer las con-

1C1ones e ventilac10n, no considerándose infiltración de aire en el local porque se estima que el aire se exfiltra al exterior por sob " '

Si s · repres10n. t t e reqmer_e un control de la humedad, se debe calcular el calor la¡ en e que_ se necesita agregar en forma de vapor de agua en el sistema va or que sirve para diseñar el dispositivo de humectación del equipo S~lv~

casos {speci~-':r ~o;e agrega humedad para los requerimientos de c~nfort.

calcula: ~:: 'iaª f,' e c~lor sensi~le a agregar al aire exterior se puede mente el salto deotrmu a yta exp icada para verano, invirtiendo obvia-

empera uras.

QSe = 17 Cae (ti - te)

Donde:

QSe: calor sensible a agregar al aire exterior (kcal/h). 17: valor que se adopta como constante. Cae: caudal de aire exterior que se incorpora (m3/min). ti: temperatura del aire interior del local (ºC). te: temperatura del aire exterior (ºC).

El caudal de ventilación necesario puede establece centaje del a· d · ¡ . rse como por-

. ire e c1rcu ación, en función de los valores indicados 1 anahzar las cargas de verano, verificando los caudales m' . a mendados po d . 1n1mos reco-

. r personas etermmados en el cuadro 15-I t . debiendo ser menor a O 5 31 . an enor, no __ , m m1n.


El caudal de aire de circulación requerido para el acondicionamiento de invierno, también puede calcularse de acuerdo a una fórmula similar a la de verano.

C = QSi/17 (t¡ - t¡)

Donde: C: caudal circulatorio (m3/min) . QSi: calor sensible que pierde por transmisión el local (kcal/h). 17: valor que se adopta como constante. tI: temperatura de impulsión del aire caliente en el local (ºC). ti: temperatura del aire interior del local (ºC).

En invierno la temperatura de impulsión en el local acondicionado se fija. Para locales destinados a confort, esa temperatura no debe sobrepasar los 60ºC, porque si no se mezcla adecuadamente en el ambiente puede perjudicar a las personas en la zona de permanencia.

En el funcionamiento de verano se requiere más caudal que en invierno, pero generalmente se mantiene el mismo caudal circulatorio que sirvió de base para el cálculo de conductos y rejas de distribución, por lo que en estos casos, la temperatura de impulsión puede calcularse despejándola de la ecuación anterior.

De todas formas, en caso de instalaciones destinadas sólo para aire caliente, o en casos especiales que se disponga de dos ventiladores o la posibilidad de regular su velocidad de giro, puede trabajarse con menores caudales en invierno, fijando una temperatura de descarga entre 40 a 50ºC.

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LAS CARGAS DE CALEFACCIÓN

Supóngase resolver el cálculo de las cargas de calefacción en invierno, en la misma oficina, del ejemplo de la figura 13-I. anterior.

Se establecen las siguientes pautas de proyecto:

• Condiciones de diseño en Buenos Aires. • Exterior: OºC y 80% HR. • Interior: 22ºC (HR no controlada). • Caudal de aire circulatorio, igual que para verano: C: 60 m3/min. • Caudal de aire exterior, igual que en verano: Cae: 12 m3/min.

No se considera pérdida de calor en el cerramiento que limita con el local calefaccionado. Los locales no acondicionados que lindan a la oficina, se consideran a la siguiente temperatura:

64 N. QUADRI · INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

te'= (te- ti)/2 = 22+0/2 = 11 ºC

Para el piso sobre tierra, se adopta un valor práctico K: 1 (kcal/bm2ºC), suponiéndose una temperatura de superficie de lü°C.

En el cálculo, las puertas interiores se las considera incluidas dentro de la superficie de la pared.

Suplementos de mejoramientos:

• Zd: se trata de local oficina, con una intermitencia de funcionamiento de 12 horas diarias, tipo II, por lo que corresponde un 15%.

• Zh: en función de las dos paredes exteriores, puede considerarse según las indicaciones de la figura 17-I, que el local tiene orientación este (E), con un porcentaje de ajuste del 0%.

• Zc: se estima una pérdida en conductos del 10%.

Pérdidas de calor sensible por transmisión (QSi)

qo = A K(ti-te) E(30)(NE) (12 X 3)-(11 X 1,6) = 18,4 x 1,62 x 22 Vi (NE) (11 x 1,6)

E(30)(SE) (4,5 x 3)

] (15) (14 x 3)

Piso (12 x 4, 5)

Techo (12 x 4,5)

Suplementos

= 17,6 X 5 X 22

= 13,5 X 1,62 X 22

= 42 X 2, 3 X 11

=54xlx12

= 54 X 1,5 X 22

QO = D¡o

Zd: tipo 11: 15% Zh: orientación E: 0% Zc: pérdidas conductos: 10% Porcentaje total: 25%

656 kcal/h

1936 kcal/h

481 kcal/h

1063 kcal/h

648 kcal/h

1782 kcal/h

6566 kcallh

QSi: Pérdida de calor por transmisión: 1,25 x 6566 = 8208 kcal/h.

Pérdidas de calor sensible por el aire exterior

El caudal de aire exterior Cae, es de 12 m3/min. De modo que:

QSe = 17 Cae (ti - te)= 17 x 12 x ( 22 - O)= 4488 kcal/h.


Pérdidas de calor sensible total

La cantidad de calor total QT de pérdida del local es de:

QT = QSi + QSe = 8208 + 4488 = 12696 kcal/b

Para el cálculo de las cargas de invierno suele utilizarse planillas de cálculo que permiten orientar su realización, como la que se indica en la figura 17-1, donde se consignan los datos del ejemplo desarrollado.

Planilla de cálculos de las cargas de invierno de alre acondicionado

é, ~ Dimensión Area K At qo Mejoramiento {°lo) QT= ;¡; QSi+QSe u ·¡;¡ • kcal o • 5 m m hm"C 'C kcallh Zd Zh Zc Tot.

kcallh _J o

E30 NE 12x3-11x1,6 18,4 1,62 22 656

V NE 11x1,6 17,6 5 22 1936

E30 SE 4,5x3 13,5 1,62 22 481

" > 115 - 14x3 42 2.3 11 1063

1 Piso - 12x4,5 54 1 12 648 "i: E = .,,

Te - 12x4,5 54 1,5 22 1782 o <t Q. E "

¡::

" ·¡¡ Qo?566 15 o 10 25 QSi: 8208 "' o

Caudal verano, C: 60 m3/mln

Cae= ao/oC"" 0,20 x60c 12 m3/mln {mínimo 0,5 x 10 p=5 m3Jmin)

QSe = 17 Cae (ti -te)= 17 x 12 x (22 ,O) QSe: 4488

Pérdida de calor total QT:12696

Figura 17-I. Planilla de cálculo de cargas de invierno.

64 N. QUADR! - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

te'= ( te- ti)/2 = 22+0/2 = 11 ºC

Para el piso sobre tierra, se adopta un valor práctico K: 1 (kcal/hm2ºC), suponiéndose una temperatura de superficie de lOºC.

En el cálculo, las puertas interiores se las considera incluidas dentro de la superficie de la pared.

Suplementos de mejoramientos:

• Zd: se trata de local oficina, con una intermitencia de funcionamiento de 12 horas diarias, tipo II, por lo que corresponde un 15%.

• Zh: en función de las dos paredes exteriores, puede considerarse según las indicaciones de la figura 17-I, que el local tiene orientación este (E), con un porcentaje de ajuste del 0%.

• Zc: se estima una pérdida en conductos del 10%.

Pérdidas de calor sensible por transmisión (QSi)

go = A K(ti-te) E(30)(NE) (12 x 3)-(11 x 1,6) = 18,4 X 1,62 X 22 Vi (NE) (11 x 1,6)

= 17,6 X 5 X 22 E(30)(SE) (4,5 x 3)

= 13,5 X 1,62 X 22 I (15) (14 x 3)

=42x2,3xll Piso (12 x 4, 5)

=54xlx12 Techo (12 x 4,5)

= 54 X 1,5 X 22

QO = lijo

Suplementos

Zd: tipo II: 15% Zh: orientación E: 0% Zc: pérdidas conductos: lOo/o Porcentaje total: 25%

=

656 kcal/h

1936 kcal/h

481 kcal/h

1063 kcal/h

648 kcal/h

1782 kcal/h

6566 kcal/h

QSi: Pérdida de calor por transmisión: 1,25 x 6566 == 8208 kcal/h.

Pérdidas de calor sensible por el aire exterior

El caudal de aire exterior Cae, es de 12 m3/min. De modo que:

QSe = 17 Cae (ti- te)= 17 x 12 x ( 22 -0) = 4488 kcal/h.


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QT = QSi + QSe = 8208 + 4488 = 12696 kcal/h

65

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E30 SE 4,5x3 13,5 1,62 22 481

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~ 12 648

.,, 12x4,5 54 1 w Piso -

~ -54 1,5 22 1782 o ~ 12x4,5 a. E Te -

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"' 1 o

caudal verano e·: 60 m3/mln _ 3

.

Cae= a°/oC= 0,20 x60= 12 m3/min {mínlmo0,5 x 10 p-5 m lm1n)

QSe• 17 Cae {ti -te)= 17 x 12 x {22 -O) QSe: 4486

Pérdida de calor total QT:12696

Figura 17 · l. Planilla de cálculo de cargas de invierno.

CAPÍTULO 11

DISPOSITIVOS DE ENFRIAMIENTO

Conceptos básicos

Puede definirse la refrigeración como el proceso de extraer el calor de una sustancia con el fin de disminuir su temperatura, que en el caso del aire acondicionado es el aire interior de nn edificio.

La sustancia que produce el enfriamiento se denomina refrigerante, cuya temperatura debe ser inferior al aire del local. De esa manera, la cesión de calor se efectúa de la fuente de mayor temperatura que es el aire interior del local, a la menor temperatura que constituye el refri- . gerante.

Para efectuar la refrigeración mecánica se aplican las propiedades de cambios de estado físico de las sustancias, como ser la vaporización cuando se le agrega calor, pasando del estado líquido al de vapor o la condensación cuando se produce el proceso inverso, pasando del estado de vapor a líquido.

Por ejemplo, considérese nn recipiente con agua con un termómetro para medir la temperatura sometido a la presión atmosférica normal de 1 atmósfera o 760 mmHg, en nn local a nna temperatu

Temperatura del aire 25°C

ra de 25 ºC y se le aplica nna fuente de Figura 1-Il. Ebullición del agua calor Q, como se muestra en la figura 1-II. a presión atmosférica normal.

~··


El calor agregado se denomina sensible porque aumenta la temperatura del agua, hasta que al llegar a los 100 ºC comienza el proceso de ebullición que origina el cambio de estado fisico de agua a vapor. Al calor agregado ahora se lo denomina latente porque durante todo el proceso que dura ese cambio de estado la temperatura se mantiene constante en los 100 ºC

Sin embargo, la temperatura de ebullición o cambio de estado fisico del agua en vapor, varía en función de la presión a que está sometida.

Por ejemplo, si el recipiente se cierra y se genera una presión de 2 atm la ebullición se produce a una temperatura de 120 ºC y si se sigue aumentando la presión a 3 atm llega a algo más de 130 ºC. De esa manera, la temperatura que se produce el proceso de cambio fisico del agua líquida a vapor aumenta, cuando mayor es la presión a que se encuentra sometida.

Supóngase ahora, que al recipiente se aplica una bomba de vacío para disminuir la presión a que está sometida la masa líquida. Se observa en el termómetro que el proceso de ebullición se produce a menor temperatura a medida que disminuye la presión.

Cuando la presión llega a los 92,5 mmHg se ve que el agua hierve a 50 ºC y si se sigue disminuyendo a 55 mmHg, a 40 ºC. Si se continúa el proceso, cuando la presión llega a los 6,5 mmHg, la temperatura de ebullición desciende a 5 ºC y entonces, ya no se necesita más la fuente de calor Q, indicada en la figura 1-II anterior, porque es el mismo áire del local cuya temperatura está a 25 ºC, quien puede ceder el calor necesa-rio al recipiente para producir la ebullición. ·

Al entregar el aire del local su calor sensible al recipiente frío para producir la ebullición del agua, disminuye su temperatura que es justamente el objetivo que se busca en los sistemas de aire acondicionado de verano. Entonces, el agua dentro del recipiente a una presión de 6,5 mmHg, en un proceso de ebullición a temperatura constante de 5 ºC se va convirtiendo en vapor que coexiste con el líquido a la misma temperatura y a ese vapor que se va generando se lo denomina saturado.

El proceso en el recipiente continúa hasta que se evapora la última porción de agua y todo se convierte en vapor. A partir de allí, el vapor comienza a sobrecalentarse hasta llegar a la temperatura de 25 ºC donde se equilibra con la del aire ambiente y termina consecuentemente su enfriamiento.

Por tal motivo, el vapor producido se lo aspira o absorbe del recipiente para tratarlo externamente, a fin de regenerarlo nuevamente en forma de agua en las mismas condiciones iniciales, con el objeto que la ebullición continúe indefinidamente. A ese proceso se lo denomina ciclo frigorífico.

DISPOSITIVOS DE ENFRIAM:IENTO 69

La aspiración o absorción del vapor del recipiente, definen los dos ciclos frigoríficos más importantes, que son:

• Compresión. • Absorción.

En el ciclo de compresión el vapor es aspirado o succionado por un compresor y en el de absorción absorbido por otra sustancia, por ejemplo el bromuro de litio que tiene avidez natural por el vapor de agua.

CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN

Lamentablemente, el agua no puede utilizarse como sustancia refrigerante en el ciclo de compresión mecánica, porque entre otras cosas, tiene el inconveniente de requerir un alto grado de vacío difícil de mantener en sistemas mecánicos, pudiendo entrar aire o gases incondensables. Además, el compresor desplaza en su funcionamiento aceite del cárter, el que debe restituirse arrastrado por el propio refrigerante en el circuito frigorífico y para ello, debe tener la posibilidad de ser miscible en la fase líquida.

Por ese motivo, se utilizan sustancias refrigerantes que para lograr el objetivo descripto precedentemente, requieran presiones por sobre la atmosférica y sean compatibles con el aceite de lubricación.

Por ejemplo, si se utiliza un refrigerante de las características típicas del R22, el mismo hierve a presión atmosférica normal a -40 ºC y para que se vaporice a 5ºC en vez de tener que hacer vacío como en el caso del agua, se requiere aumentar la presión en el recipiente hasta aproximadamente 6 atmósferas.

El procedimiento consiste en succionar el vapor refrigerante del recipiente mediante el compresor y luego comprimirlo. Cuando se comprime un vapor aumenta su temperatura debido a que se le proporciona energía calórica, que proviene del trabajo mecánico realizado por el compresor.

El compresor luego comprime el vapor refrigerante de 6 hasta alrededor de 20 atmósferas, con lo que se aumenta la temperatura de 5 ºC hasta 50 ºC, y lo descarga en ese estado hacia otro recipiente colocado en el exterior, tal como se detalla esquemáticamente en la figura 2II.

El recipiente exterior se encuentra expuesto a una temperatura de aire de 35 ºC, que constituye normalmente la condición de diseño exterior de una instalación de aire acondicionado en verano.


Local acondicionado

Aire exterior

Línea de vapor a baja presión

i' Calor cedido por el aire del local a 25°C

Figura 2-IL Detalle esquemático del ciclo frigorífico por compresión.

Sin embargo, para el recipiente que contiene el vapor saturado a alta presión a una temperatura de 50 ºC, los 35 •e del aire exterior constituyen un medio frío y se condensa al ceder su calor latente, pasado del estado de vapor a líquido a la misma temperatura de 50 ºC. La condensación es un proceso de características similares, pero inverso a la vaporización detallada anteriormente.

De esa manera se ha logrado pasar de vapor a líquido, pero éste se encuentra todavía a la alta presión de 20 atm y a la alta temperatura de 50 ºC y debe restituírselo al recipiente interior en las mismas condiciones iniciales, o sea, a la baja presión y temperatura de 6 atm y 5 •e respectivamente.

Para ello, mediante una línea de líquido se lo envía nuevamente al recipiente interior que tiene en su entrada una válvula de expansión, la que provoca una brusca reducción de presión de 20 a 6 atmósferas.

Se aprovecha la propiedad que al producirse su expansión, el líquido se enfría debido a su repentina caída de presión, porque se

DISPOSITIVOS DE EI\TFRIAMIENTO 71

genera una pequeña cantidad de vapor denominado flash-gas. De ese modo, se produce la transferencia adiabática del calor sensible del líquido en el calor latente de ese vapor que instantáneamente se ha formado y por lo tanto, baja su temperatura de 50 •e a 5 ºC, que es el objetivo buscado.

Luego, el líquido ya a baja temperatura y presión dentro del recipiente interior, al recibir la fuente de calor sensible del aire del local vuelve a vaporizarse, repitiéndose continuamente el ciclo.

De lo expuesto, surgen las siguientes consideraciones:

• Al recipiente interior, se lo denomina evaporador y al exterior, condensador.

• El compresor, es el que produce la di(erencia de presión y la circulación del fluido refrigerante.

• Existen tres líneas refrigerantes: la de vapor frío, de succión o aspiración, la de vapor caliente o descarga, y la línea de líquido.

• El circuito de baja presión va desde el evaporador al compresor y contiene vapor a baja temperatura y el de altr;i, presión va desde el compresor hasta la válvula de expansión, conteniendo en una parte vapor y en otra líquido a alta temperatura.

• El calor extraído del local por el evaporador es transportado por el circuito refrigerante y eliminado al exterior por el condensador, juntamente con el calor originado por el compresor.

Las temperaturas que se han indicado en los procesos de cambios de estado, constituyen normalmente el entorno de trabajo de los equipos de aire acondicionado.

La temperatura del evaporador sólo puede ser un poco menor de 5 ºC, porque existe el peligro de congelamiento del agua de condensación, producida por la deshumectación del vapor de agua del aire. En cuanto a los 50 ºC, surgen porque el condensador debe tener una temperatura de alrededor de 15 •e más que la fuente de enfriamiento para facilitar la transferencia de calor.

Como fuente exterior de enfriamiento del condensador se puede emplear agua, en lugar de aire, mediante la aplicación de una torre de enfriamiento, con mejor rendimiento según analizará posteriormente.

En la figura 3-II, se detalla un equipo de refrigeración para aire acondicionado. Se observa en el esquema de funcionamiento, que se utilizan serpentines de cobre con aletas de aluminio, para aumentar la transferencia del calor tanto en el evaporador como en el condensador y para lograr mayor eficiencia, se emplean ventiladores que provocan movimientos del aire a través de los serpentines.

72

.. Aire cal.

N. QUADRI • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

~ Vent. helic.

Condensador

Línea de líquido (alta presión) -+

Linea de gas de descarga {alta presión)

t

Válvula de Evaporador expansión

Línea succión Aire frío

~~f-.;;;-~-:::=?~~~~..J al I! ._ local

Aire enfriamiento del condensador

• (baja presión)

Aire caliente retorno del local

Compresor

Figura 3-III. Esquema de un ciclo de refrigeración por compresión.

En lugar de una válvula de expansión, para simplificar el funcionamiento se utiliza en equipos pequeños un tubo capilar que cumple la misma función.

Refrigerantes

Los factores que deben tenerse en cuenta para la elección de un refrigerante, son los siguientes:

Desde el punto de vista termodinámico: • Temperatura de ebullición, aptas para las fuentes de utilización de la

instalación de aire acondicionado. • Bajas presiones relativas de trabajo. Desde el punto de vista de su utilización: • No debe ser tóxico, explosivo, inflamable, corrosivo ni irritante. • Debe tener olor agradable, o ser inodoro. • No debe ser perjudicial para alimentos, pieles, tejidos, etc. • Debe ser miscible, con el aceite de lubricación empleado.

En las aplicaciones de aire acondicionado se utilizaba un compuesto constituido por cuatro elementos químicos básicos: carbono, hidrógeno, cloro y flúor, denominados generalmente freón.

DISPOSITIVOS DE ENFRIAMIENTO 73

El freón era un gas especial para los equipos de aire acondicionado por no ser explosivo, tóxico, inflamable, corrosivo o irritante y además, permitía adoptar distintos puntos de ebullición según las necesi-dades, variando la proporción de sus componentes. .

Entre las variedades de freones que fueron más utilizados en aire acondicionado, se pueden mencionar los siguientes:

• R 12 (Cl2 F2 CJ. • R 22 (Cl F2 CH.) • R 11 (Cls FCJ.

Sin embargo, en el año 1985 equipos de investigadores detectaron que el nivel de concentración de la capa de ozono en la estratosfera a una altura de alrededor de 15 a 20 km. estaba en disminución, formando agujeros en los polos.

La creación y eliminación del ozono en la estratosfera ocurre naturalmente. En efecto, la radiación ultravioleta del sol destruye una molécula de oxígeno 0 2 liberando dos átomos de oxígeno y cada uno de ellos se une a otra molécula de 02 para formar dos moléculas de ozono 03, que es impermeable a la radi~ción ultravioleta.

De esa manera, el ritmo de formación de ozono depende de la propia acción solar protegiendo a la tierra de la radiación ultravioleta, lo que permite el desarrollo normal de las formas de vida.

Sin embargo, se ha demostrado que los clorofluocarbonos (CZFC) que constituyen los freones, contribuían a la disminución de la capa de ozono porque tal tener gran estabilidad llegaban a la estratosfera, donde allí, la radiación ultravioleta destruía los enlace de los ClFC dejando radicales libres de cloro Cl, que es una sustancia que actúa como catalizadora en la destrucción del ozono.

Una sustancia catalizadora es aquella que incentiva un cambio físico pero no participa en él, de modo que el cloro que es un elemento muy estable, destruye el ozono 03 para regenerar nuevamente 02 y permanece actuando sin intervenir en el proceso.

En los polos durante los largos períodos de oscuridad en invierno, al no incidir el sol plenamente no puede regenerar el ozono destruido, por lo que al llegar la primavera se observan los agujeros indicados y especialmente en el polo sur.

La primera acción para evitar estos problemas en el mundo se planteó en el Protocolo de Montreal en 1987, estableciéndose progresivas restricciones al uso de esos refrigerantes en los nuevos equipamientos y la adopción de campañas de divulgación y capacitación técnica, para prevenir y evitar la descarga de esos gases a la atmósfera en los equipos existentes.


Así, en la reunión de Copenhague de noviembre de 1992 se determinó la prohibición del Rll y R12 a partir del 1/1/96 y para el R22 que es el que posee menor cantidad de cloro en su composición, se exigió una reducción al consumo hasta el 2030.

Por tal motivo, en la industria del aire acondicionado se han desarrollado refrigerantes alternativos que no contienen cloro, entre los que se puede mencionar:

• R.134-A; C2H2F4 (tetrafluoretano), reemplaza al Rl2. • R.123: reemplaza al Rll en algunas máquinas centrífugas pero tiene

una pequeña proporción de cloro, por lo que también afecta la capa de ozono, aunque se estableció su eliminación recién en el 2030. De todas maneras algunos modelos de máquinas centrífugas, que normalmente funcionaban con Rll, se han rediseñado para utilizarse con el 134-A.

• R 407-C: reemplaza al R22 y es de propiedades termodinámicas equivalentes, estando compuesto por una mezcla zeotrópica de 3 refrigerantes que son el R-32 (23%), R-125 (25%) y el R-134-a (52%), requiriendo cierto cuidado para mantener esos porcentajes en los recambios y reposiciones de mantenimiento.

• R 410: es un nuevo refrigerante empleado en equipos compactos y split que cubría el R22, pero requiere presiones más elevadas.

Otro refrigerante utilizado es el Amoníaco (NH3), que se aplica en refrigeración comercial y no afecta la capa de ozono, pero al ser tóxico y corrosivo no puede emplearse en equipos de expansión directa y suele aplicarse en unidades enfriadoras de agua por absorción. En estos equipos se emplea también el Bromuro de Litio (BrLi) como absorbente, que tampoco afecta la capa de ozono

Otro de los problemas ambientales en estudio, es la incidencia de los nuevos refrigerantes en el calentamiento global, debido al efecto invernadero que producen los gases en la atmósfera superior, como el anhídrido carbónico producto de las actividades humanas.

ELEMENTOS COMPONENTES

COMPRESORES

Los compresores generalmente utilizados son los siguientes:

• Alternativo o a pistón. • Rotativo. • Espiral (scroll). • Axihelicoidal o a tornillo. • Centrífugo.


Compresor alternativo

Constan de uno o más cilindros dentro del cual se mueve un émbolo O pistón. El compresor recibe vapor refrigerante a baja presión y temperatura proveniente del evaporador y lo descarga a alta presión y temperatura en el condensador.

La succión del refrigerante se produce en la carrera descendente del pistón y en la carrera ascendente lo compri- , me, tal cual se detalla en la figura 4-II.

Cuando el pistón se mueve hacia abajo, el gas refrigerante a baja presión es aspirado mediante una válvula de succión. Pero tan pronto el pistón se mueve hacia arriba la presión dentro del cilindro crece y la obliga a cerrarse y el gas refrigerante al ser comprimido,

i Succión Descarga

Figura 4-II. Funcionamiento del compresor alternativo.

aumenta su presión y temperatura disminuyendo su volumen y cuando la presión del gas llega ser algo mayor que la existente en el condensador, se abre la válvula de descarga al mismo.

En cuanto el pistón comienza su carrera descendente la presión baja y se cierra la válvula de descarga, hasta llegar a un punto en que es algo menor que la del evaporador, abriéndose entonces nuevamente la válvula de aspiración y repitiéndose el ciclo.

Según el acoplamiento con el motor, pueden ser de tres tipos:

• Herméticos. • Semiherméticos. • Abiertos.

El compresor hermético, como se observa en la figura 5-II, está compuesto por una carcaza blindada, donde el motor eléctrico es refrigerado por el vapor refrigerante y por su simpleza y reducido tamaño es el más utilizado en aire acondicionado.

En virtud de la dificultad de acceso al motor para la reparación y manutención, se los suelen reemplazar directamente en caso de falla. Los semiherméticos son similares, pero el motor y el compresor no se encuentran en un gabinete sellado y en

Figura 5-II. Compresor hermético a pistón.


los abiertos, como se ve en la figura 6-II, el compresor y el motor están separados, vinculados en forma directa o mediante poleas y correas.

Figura 6-II. Detalle de compresor (tipo abierto en "V").

Compresor rotativo

Consta de una cámara cilíndrica cerrada dentro de la cual gira un cilindro metálico, cuyo eje de rotación no coincide con el eje de la misma. Mediante unas aletas que pueden introducirse más o menos profundamente en unas ranuras practicadas en el cilindro giratorio, se originan unos espacios cuyo volumen va variando a causa de la excentricidad del eje de rotación, como se detalla en la figura 7-II.

Cuando los espacios están creciendo se produce la succión del gas refrigerante y al proseguir el cilindro giratorio su rotación, el volumen se va estrechando y se produce la expulsión del gas ya comprimido, cuando se alcanza el mínimo tamaño.

Estos compresores se aplican a los pequeños acondicionadores individuales debido a su funcionamiento silencioso y reducido número de piezas móviles, requiriendo un ajuste muy preciso en su elaboración.

Compresor a espiral

Su principio de funcionamiento se basa en dos piezas en forma de espira que forman al interactuar espacios libres y se los denomina scroll. Un espiral permanece fijo mientras el otro orbita con un movi-


Figura 7-.II. Secuencia operación de compresor rotativo.

miento continuo impulsando el gas refrigerante a esos volúmenes que se van haciéndose más pequeños, aumentando su presión hasta alcanzar la descarga en el centro y de esa manera, se logra una compresión continua y uniforme, tal cual se muestra en el esquema secuencial de la figura 8-II.

Figura 8-IL Secuencia de funcionamiento de compresor scroll.

El compresor básicamente está formado por un scroll móvil, con una corredera cuya función es la de trasformar el movimiento rotatorio del cigüeñal en orbitante del espiral móvil y una válvula de descarga.

Es un compresor hermético muy empleado actualmente, de buen rendimiento y de bajo nivel de ruido, de características muy similares a los rotativos pero de mayor capacidad.


Compresor axihelicoidal

Este tipo de máquina origina la compresión del gas refrigerante mediante la utilización de dos engranajes helicoidales de desplazamiento positivo y por tal motivo, se los denominan compresores a tornillo, empleándose en unidades enfriadoras de agua.

El desplazamiento del fluido refrigerante se produce por la acción de ambos rotores, como se muestra en la figura 9-II, originándose un flujo continuo de gas, sin la intervención de válvulas, pistones u otros elementos que requiere el compresor alternativo. Además, tienen la ventaja con ..

Descarga su:ción respeto éstos, que son de tamaño menor para la misma potencia, y permiten una mejor regulación para funcionamiento a pequeñas cargas parciales.

Figura 9-II. Detalle básico de un compresor a tonrillo.

Compresor centrífugo

En estos compresores se impulsa el gas refrigerante mediante la fuerza centrífuga de un rotor que gira a alta velocidad dotado de paletas de diseño especial, el que toma el refrigerante de baja presión cedido por el evaporador y lo desplaza hacia la periferia, con una velocidad que da lugar a una elevada presión de descarga. Se aplican en unidades enfriadoras de agua, como se muestra en la figura 10-II.

En estas unidades el evaporador no es más que un enfriador de agua el cual está cercano al condensador, formando junto con el compresor centrífugo una unidad integral y son adecuadas para sistemas de gran capacidad, por encima de 100 toneladas de refrigeración.

CONDENSADORES

El condensador es un elemento del circuito frigorífico donde el gas refrigerante caliente proveniente del compresor, transfiere la carga térmica a un medio exterior, que puede ser aire o agua.

El gas refrigerante al entrar en el condensador contiene el calor recogido por el evaporador, más el equivalente en calor del trabajo mecánico efectuado por el compresor.


Motor

\l.

Qr ( l.

Figura 10-II. Unidad enfriadora de agua centrífuga.

79

Como generalmente se utilizan unidades compresoras herméticas, en las cuales el motor eléctrico es enfriado por el mismo refrigerante, hay que agregar también, las pérdidas de calor por el rendimiento eléctrico del motor, pudiendo como regla estimativa, considerarse para el diseño del condensador un 25% más del calor extraído al ambiente acondicionado.

Para lograr extraer el calor debe utilizarse un medio más frío, que puede ser el mismo aire exterior o agua reciclada y enfriada mediante una torre de enfriamiento y por ello, los condensadores pueden clasificarse en:

• Enfriados por aire. • Enfriados por agua.

Los condensadores enfriados por aire consisten en serpentines de cobre con aletada de aluminio, que se refrigeran con el aire exterior que es circulado por medio de un ventilador del tipo helicoidal o eventualmente centrífugo. La descarga caliente del compresor entra en la parte superior del serpentín, saliendo licuado por la parte inferior.

La principal desventaja de este tipo de condensador, es que el medio de enfriamiento es el aire cuya temperatura es variable. Cuando la temperatura del aire exterior se eleva decrece su eficiencia, produciéndose este hecho justamente en el momento que el equipo requiere la mayor capacidad de enfriamiento y por otra parte, el rendimiento del equipo es menor, comparado con los que emplean condensadores enfriados por agua.


Sin embargo, los condensadores enfriados por aire son los que se aplican en la mayoría de las instalaciones, por su sencillez de montaje y bajo mantenimiento. De esa manera, se los incluyen directamente en los equipos compactos autocontenidos de aire acondicionado y en algunos casos, se utilizan separadamente prolongando las tuberías de cobre, indicándose en la figura 11-II, el esquema de uno de los modelos que se emplean.

Vapor .....,,caliente

Líquido

Detalle de la batería de tubos de cobre con aletas de aluminio

Figura 11-11. Esquema condensador por aire.

Los condensadores enfriados por agua utilizan como fluido receptor del calor de condensación del refrigerante el agua, y son vinculados· mediante cañerías y bomba a una torre de enfriamiento, para la eliminación del calor al exterior y volver a reutilizarla, pudiendo clasificarse esos condensadores en:

• Tubo en tubo. • Casco y tubo o casco y serpentín. • Placas.


Los del tipo tubo en tubo como se observa en la figura 12-II, están formados por un arrollamiento de dos tubos concéntricos, en los que por uno circula el refrigerante y por el otro, en sentido contrario a contracorriente, el agua para enfriar el refrigerante.

Figura 12-II. Detalle de condensador tubo en tubo.

Este tipo de condensador tiene un alto rendimiento y por su facilidad de montaje, se utilizan en equipos compactos autocontenidos.

Los tipo casco y tubos detallados en la figura 13-II, se usan generalmente en unidades enfriadoras de agua y están compuesto por un haz tubular ubicados dentro de una carcasa, donde el agua circula por

+ Entrada agua fria de torre de enfriamiento

Cabezal

Vapor refrigerante caliente +

Envolvente

.1. Líquido ,,. refrigerante

Tubos

Figura 13-II. Detalle de condensador casco y tubos.

Cabezal


ellos y el fluido refrigerante por el casco o envolvente. También se emplean los de casco y serpentín, donde se usan serpentines aletadas en lugar de tubos.

Otra aplicación de buen rendimiento de transferencia y que requieren menor espacio, es la utilización de intercambiadores de placas de chapa de hierro inoxidable.

La condensación por agua requiere caudales importantes que no suelen siempre estar disponibles, porque no se lógico la utilización de agua de red para estas aplicaciones. Por lo tanto, es indispensable su reciclaje mediante una torre de enfriamiento.

Torre de enfriamiento

La torre de enfriamiento es un dispositivo que recibe el agua impulsada por una bomba circuladora, desde el condensador del equipo frigorífico y la distribuye finamente pulverizada sobre una superficie plástica laberíntica expuesta a la circulación del aire de un ventilador para facilitar su evaporación y su consecuente enfriamiento, siendo recogida en una batea recolectora.

En la figura 14-II, se muestra un modelo muy empleado de torre de enfriamiento de plástico de tiro inducido vertical, en el cuadro 1-II, se indican sus capacidades y dimensiones promedio y en la figura 15-II, se observa un esquema de su conexión con un equipo autocontenido.

Las partes componentes básicas de la torre de enfriamiento, son las siguientes:

• Bandeja de almacenamiento de agua, con suministro y control de nivel por válvula a flotante y vaciado.

• Cámara de entrada del aire atmosférico, circulado por el ventilador.

• Retén de agua ·o relleno, formando un laberinto generalmente de plástico corrugado para distribuir y laminar el agua y permitir el paso de aire en contacto con ella, con el fin de enfriarla por evaporación.

• Sistema de entrada de agua por medio de toberas, que la pulverizan por todo el área de relleno.

• Separador de gotas para reducir al mínimo las pérdidas de agua por arrastre.

• Ventiladores axial o eventualmente centrífugo, para mover el aire necesario para el enfriamiento evaporativo del agua, con motor blindado para uso a la intemperie.

• Cerramiento y estructura, que soportan los componentes.

Ton

5

7,5

10

15

20

30

40

50

60

80

100


-t- '*" Descarga aire saturado ~-=-..,r,;;;;,-=~ 111111 Motor blindado

Ventilador helicoidal

~~ Separador de gotas

..::;:;;::::;;:::;;;:::;;:::;;=;;::::;;a I Toberas rociadoras Entrada de agua callente

Entrada • de aire

Salldade'-J agua fría+-

Relleno plástico

• Entrada aire

4 Suministro agua

lsandeja recolectora

Figura 14-II. Torre de enfriamiento de tiro inducido vertical.

CUADRO 1-II DIMENSIONES TORRES DE ENFRIAMIENTO DE PLÁSTICO

Dimensiones (m)

Ancho Largo Alto

0,60 0,60 1,50

0,70 0,70 1,50

0,80 0,80 2,00

0,90 0,90 2,00

1,10 1,10 2,00

1,30 1,30 2,00

1,50 1,50 2,00

1,65 1,65 2,50

1,75 1,75 2,50

1,90 1,90 2,60

2,00 2,00 2,60

83

Vent. HP

0,5

0,5

0,75

1

1,5

2

2

3

3

4

5,5


, • Torre de enfriamien to

Toberas

Batea

Nivel azotea

+ L Conducto! , \

Equipo

Co ndensador f+ 1

·-@reomba

Nivel Sala de máquinas

Figura 15-II. Esquema de montaje de torre de enfriamiento.

Para reducir el problema que causa la alta corrosión del agua en cañerías y condensadores, si bien el sistema es de menor rendimiento, suelen emplearse torres de enfriamiento en circuito cerrado, donde el agua de condensación a enfriar circula por el interior de un serpentín aletada y es totalmente independiente del agua de la torre, que en este caso se impulsa finamente pulverizada sobre el mismo serpentín mediante toberas atomizadoras y luego es recogida en la bandeja, para ser recirculada por una bomba destinada a tal efecto.

Para mejorar la eficiencia y también en los casos que debe instalarse el medio de enfriamiento en el interior del edificio, suelen usarse aparatos denominados condensadores evaporativos, donde por el interior del serpentín aletada circula el mismo refrigerante a condensar. Se emplea un ventilador centrífugo que puede descargar el aire con conductos al exterior, tal como se muestra en la figura 16-II.

Dispositivos de expansión

El líquido refrigerante que se encuentra a elevada presión y temperatura, debe ser devuelto al evaporador para continuar el proceso cíclico, pero en ese estado no está listo para ser evaporado pues su presión y temperatura son muy altas.


Descarga• de aire L-JlL--

Toberas

Vapor -+ refrigerante

Entrada de aire

Serpentín de condensación

• •

Ventilador centrifugo

Separador de gotas

Figura 16-II. Condensador evaporativo.

85

Para ello, se utiliza una restricción a fin de disminuir la presión del líquido en forma brusca, de modo de producir su expansión en forma repentina. En ese proceso se genera un vapor denominado fiash-gas, cuyo calor latente de vaporización lo absorbe de la misma masa del líquido en forma de calor sensible y por lo tanto, disminuye su temperatura que es el objetivo buscado.

De esa manera, se produce la entrada de refrigerante líquido al evaporador a baja presión y temperatura, listo para absorber calor del aire ambiente y reiniciar el ciclo. Los dispositivos de expansión constituyen un punto de división entre el lado de alta y baja presión y son de dos tipos característicos:

• Tubo capilar. • Válvula de expansión.

El tubo capilar es el dispositivo de expansión más sencillo, consistiendo en un tubo de longitud más o menos grande, cuyo diámetro interior es considerablemente más pequeño que aquel que se usa para la línea del líquido del mismo sistema.


El capilar adecuado para cada equipo sólo es posible obtenerlo después de rigurosos cálculos y ensayos en calorímetros y su ventaja principal reside es ~u sencillez debido a no existir mecanismo alguno, pero la carga de refhgerante debe ser exacta pues pueden afectar el correcto funcionamiento del sistema.

La válvula de expansión cumple una finalidad similar a la del capilar, pero su utilización es más flexible que en el caso anterior.

La más común es la válvula .de expansión termostática, que consta de un diafragma en la que actúa por un lado, la presión de un resorte y por el otro, la de un bulbo termostático fijado a la línea de succión en la salida del evaporador, de acuerdo al detalle de la figura 17-II.

Tubo capilar del bulbo

Vapor sobrecalentado

.¡.

Bulbo termostático

línea de succión +

Figura 17-II. Válvula de expansión termostática.

El calor absorbido del aire ambiente hace que el líquido refrigerante se vaporice, proceso que debe terminar antes de haber alcanzado la salida del serpentín. Se busca de esa manera, que el vapor se sobrecaliente para asegurar su vaporización completa en la entrada al compresor Y evitar que pueda llegarle líquido, que al ser incompresible lo puede dañar.

El bulbo se regula de modo que el vapor salga alrededor de 3 a 6 ºC por sobre la temperatura de evaporación y si ese valor prefijado aumen-


·• . e refleja en el bulbo que incrementa la presión de un lado del diatafr' s a abriendo la válvula para permitir la expansión de más cantidad , agm' de refrigerante líquido que ingrese al evaporador.

Una vez que ellíquido ha pasado por el dispositivo de expansión, 1 evaporador constituye el serpentín que en la zona de baja presión pro

:uce la reducción de temperatura y extracción de humedad del aire, que exteriormente circula mediante un ventilador.

En general, tanto las válvulas de expansión como los capilares van provistos de un distribuidor de líquido, para asegurar su uniforme repartición en el evaporador, como se ve en la figura 18-II.

Válvula de expansión

Línea de líquido

Distribuidor. de liquido

Tubo _ capilar·

planas

Figura 18-II. Serpentín evaporador de expansión directa.

En la figura 19-II, se muestran las características de un evaporador en V, generalmente utilizado en equipos compactos o unidades separadas.

Figura 19-II. Evaporadores en equipos

de flujo vertical.

88 N. QUADRI. INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

INVERSIÓN DEL CICLO FRIGORÍFICO BOMBA DE CALOR

Un ciclo frigorífico constituye de por sí una bomba de calor, dado que transfiere el calor de una fuente de baja temperatura como el aire interior de un sistema de acondicionamiento de verano, a uno de alta temperatura como lo es el aire exterior, bombeando el calor en contra de la tendencia natural, a semejanza del agua que fluye de un tanque más bajo a otro más alto mediante una bomba circuladora.

Bajo este concepto, una máquina refrigerante puede funcionar en invierno a los fines de calefacción, absorbiendo calor de una fuente externa fría, como por ejemplo el aire exterior, para entregarlo a una fuente interna caliente como el aire del local, dado que siempre se puede extraer calor a las sustancias hasta el cero absoluto a -273ºC.

Se utiliza un dispositivo destinado a cambiar el sentido de circulación del refrigerante en el ciclo frigorífico, consistiendo en una válvula inversora de cuatro vías del tipo corredera, accionada por una válvula solenoide manual o automática, de acuerdo al esquema secuencial, de la figura 20-II.

Verano Invierno

- -t - ¡ -

Serpentín - Serpentín - Serpentín interior Capilar interior

Capilar exterior evaporador condensador evaporador

Q"t ,l. Q ,I.Q t-Q Interior Exterior Interior Exterior

Figura 20-II. Esquema de funcionamiento de la válvula inversora.

En la etapa de enfriamiento en verano, el solenoide no está energi-. zado y con la corredera a la izquierda, se cumple el ciclo normal de refrigeración en verano. Para pasar a la etapa de calentamiento en invierno,


se energiza el solenoide desplazando la corredera hacia la derecha y en esta posición ~l refrigerante circula según un nuevo recorrido, invirtiendo las funciones de los serpentines del condensador y del evaporador.

De esa manera, el sistema frigorífico absorbe en verano el calor del espacio interior acondicionado y Jo descarga al medio exterior desde el condensador más caliente. La válvula inversora conmuta el ciclo en invierno y extrae calor del medio exterior con un evaporador más frío y junto con el calor de compresión, lo descarga al espacio interior a través del condensador caliente.

En general, suele estimarse la eficiencia o performance de una bomba de calor, por el cociente entre la energía entregada al local o efecto útil y la energía absorbida de la red eléctrica. Por ejemplo el coefi -ciente de comportamiento de las bombas de calor, que funciona con una temperatura de aire exterior a 5ºC y una temperatura interior de 21 ºC es de alrededor de 3 y aún mayor en condiciones más favorables.

De ese modo, pueden lograrse rendimientos caloríficos de más de 3 veces la energía eléctrica que se requeriría por medio de una resistencia. Esto se debe a que mediante el ciclo de refrigeración, el calor se bombea del exterior al interior del local mediante el consumo del motor del compresor, mientras que con la resistencia la energía eléctrica se transforma directamente en calórica, por efecto Joule.

De esa manera, utilizando resistencias eléctricas para calefacción se tiene:

1 Watt = 0,86 kcal/h

Con la bomba de calor utilizando la energía eléctrica para accionar el motor del compresor, se tiene:

1 Watt= 0,86 kcal/h x 3 = 2,6 kcal/h

Los factores de reducción de espacio, limpieza de funcionamiento, no tostación del polvo, y la mayor seguridad por no necesitar combustión y almacenamiento de combustible, son factores que compiten con los sistemas convencionales de calefacción.

Además, el empleo una sola unidad para las dos funciones, la facilidad de disponer alternativamente frío y calor, posibilitad del desplazamiento del calor del aire de los locales y eventualmente el aprovechamiento de los focos de calor disponibles como la tierra o agua exterior, conjuga una serie de ventajas importantes para volcarse al uso de este método de calefacción.

Como desventaja, puede mencionarse la disminución de la vida útil de los equipos de refrigeración, dado que deben funcionar en forma


permanente durante todo el año y que disminuyen su rendimiento y deben contar con un adecuado sistema de control, en casos de climas exteriores muy fríos.

UNIDADES ENFRIADORAS DE AGUA

Estos equipamientos cubren una amplia gama de aplicaciones en el aire acondicionado, que va generalmente desde el enfriamiento del agua entre 5 y 10 ºC o eventualmente el empleo de salmueras para usos especiales a temperaturas inferiores.

El equipo de refrigeración básico y los controles son idénticos a los requeridos para expansión directa, pero la unidad enfría agua en un intercambiador y los elementos que la integran son montados en planta por el fabricante, que asume la responsabilidad del adecuado diseño y funcionamiento completo de la máquina.

Los enfriadores de agua autocontenidos, están compuestos por:

• Compresor o multicompresores. • Tanque enfriador de agua. • Condensador enfriado por aire incorporado en la unidad, o condensa

dor enfriado por agua, para vincular con una torre de enfriamiento. • Tablero de fuerza motriz y control.

En la figura 21-II, se ve un esquema frigorífico de las formas de enfriamiento del refrigerante en las unidades enfriadoras de agua.

Las de condensación por agua con torre de enfriamiento, son fabricadas para instalar en una sala de máquinas y se emplean generalmente para grandes capacidades con compresor centrífugo o aplicando el ciclo de absorción, como se detallará posteriormente.

Las pequeñas enfriadoras pueden contar con un sólo compresor y son de pequeña capacidad para uso residencial de 4 a 10 toneladas de refrigeración, pero cuando el equipo ya es de cierta envergadura se emplean multicompresores, que implican circuitos refrigerantes independientes y que al operar en secuencia, permiten una mejor regulación a carga parciales, con una mayor eficiencia y disminución de la corriente de arranque. Otro factor a considerar es la seguridad del servicio, dado que los multicompresores pueden seguir operando aunque alguno de ellos falle y además, aumenta su vida útil.

En la figura 22-II, se muestra un modelo de enfriadora de agua condensada por aire con compresores alternativos o a tornillo, que son aptas para su montaje azoteas y en el cuadro 2-II, se indican las capacidades y dimensiones promedio.

Gabinete lÍnico ..

Agua fría a las unidades de tratamiento del aire

Serpentina evaporadora


_, Aspiración

•

Compresor

Oes~rga -+

Ventilador

VE +-Líquido MI-..... .....,----

UNIDAD ENFRIADORA DE AGUA AUTOCONTENIDA ENFRIAOA POR AIRE

..... Aspiración Descarga

Serpentina condensadora

Compresor ..... .-1--, ... .. Agua fría a las unidades de tratamiento del aire

Serpentina condensadora

Agua a torre de enfriamiento

Serpentina VE ..,.Liquido Condensador evaporadora --11'4·-...,------"" casco y tubo

UNIDAD ENFRIADORA DE AGUA ENFRIADA POR AGUA

Figura 21~11. Formas de condensación de unidades enfriadoras de agua.

Figura 22-Il. Vista de unidades enfriadoras de agua condensada por aire.

91


CUADRO 2-Il. CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE UNIDADES

Toneladas 20 30 40 50 60 80 100 120

Alto (m) 1,25 1,40 1,45 1,50 1,60 1,65 1,70 1,75

Largo (m) 2 2 2,6 2,8 2,8 3,2 3,5 4

Ancho (m} 1,3 1,35 2 2 2 2 2 2

Peso (kg) 780 970 1.500 1.700 1.800 2.100 2.400 3.000

Las unidades enfriadoras con bomba de calor pueden producir agua fría o caliente y también, agua fría y caliente simultáneamente, para instalaciones donde es necesario con mucha frecuencia y en forma sincronizada, la refrigeración y calefacción de distintas zonas del edifi. cio durante todo el año.

Por otra parte, con la aplicación de estos equipos diseñados especialmente para el montaje exterior se logra prácticamente la eliminación de la sala de máquinas y la instalación de calderas.

CAÑERÍAS DE REFRIGERACIÓN

El proyecto de las cañerías de refrigeración de cobre debe contemplar por un lado, la forma de circulación del refrigerante para asegurar la correcta alimentación a los evaporadores y por otro, la adecuada lubricación de los compresores.

Para ello, debe tenerse en cuenta que cuando el sistema de refri. geración no funciona, el aceite de lubricación acumulado en el cárter del compresor tiende a absorber al refrigerante produciendo su migración desde el circuito y para minimizar ese desplazamiento, es necesario elevar la temperatura del aceite. En instalaciones de cierta envergadura se suele instalar un calefactor de cárter, para evitar que se origine el peligro de su inundación, que forma espuma y provoca el sobrecalentamiento de los cojinetes.

Arrastre del aceite

El compresor es lubricado mediante el íntimo contacto del aceite con el refrigerante en las paredes del cilindro y una parte del mismo es arrastrado por el mismo gas refrigerante hacia la línea de descarga en cada arranque y otra parte mínima durante su funcionamiento, en forma permanente y constante.


Por tal motivo, es imprescindible que el aceite sea r'!to:nado a_l cor:'· presar para asegurar su lubricación, de modo que la caneria del crrcmto

ebe ser diseñada para poder desplazarlo. . . d Los refrigerante son miscibles con el aceite_ lubricante ':n la fase , ·d mientras que en la fase gaseosa el aceite se deposita en las h~~;d:~ de las cañerías y luego se drena en los puntos inferiores, por lo

p ue la velocidad del refrigerante debe ser lo sufícientem~nte elevada, en q ¡ or de 2 5 mfseg como para arrastrar el aceite a lo largo del genera may , , circuito.

Disposición de las cañerías

Para el diseño de las líneas de cañerías, debe analizarse el estado que se encuentra el fluido refrigerante en el ciclo, como ser:

• Líneas de gas refrigerante. • Líneas de líquido.

Líneas de gas refrigerante

Para que el refrigerante en estado gaseoso en las líneas de aspiración y descarga arrastre el aceite correctamente, debe tenerse en cuenta algunas normas básicas, como se observa en los detalles de la figura 23-II.

-Tubo horizontal t -

lnclinación1%

-. Inclinación

1°/o

t

f Sifón cada 6 m

Figura 23-II. Pendiente de cañerías.

Para que en las tuberías horizontales el aceite no. se asfo:1-te o estratifique, deben tener una pendiente en el sentido de circula':wn d~l refrigerante mayor del 1%, y de esa manera, se form~ ~n pequeno deposito de aceite al final del tramo horizontal, el cual facilita que sea arrastrado satisfactoriamente por el flujo del refrigerante.


En tu~erías ~erticales de flujo ascendente, se utilizan sifones cuando la una drntancia sea superior de los 6 metros, que cumple la función de recolección del aceite y líquido. refrigerante condensado que puede haberse producido en el funcionamiento o en los períodos de parada. De esa_ m~nera, 1~ velocidad del refrigerante empuja el aceite mezclado con el hqmdo refrigerante hasta el siguiente sifón, donde se repite el proceso ..

Línea de líquido

Cuando el condensador se ubica sobre el evaporador es recomendable que _las líneas ~e líquido no superen los 18 m, a fin de evitar que s1: peso origine excesivas presiones y un funcionamiento deficiente de la valvula de expansión convencional. En tal caso, debe colocarse una vál';'la solenoide que cierra el pasaje de refrigerante líquido en las tubenas en los momentos de parada de la instalación. Cuando se instala el evaporador por sobre el condensador, es conveniente que desnivel no supere los 6 m, para evitar depresiones excesivas.

Aislación de cañerías

. ;formalmente la única cañería que se aísla es la de aspiración 0 succ10n, debido a que al encontrarse a baja temperatura pueden llegar a condensar el vapor de agua del aire sobre las mismas.

Las líneas de descarga y de líquido generalmente no se aíslan dado que es conveniente que disipen calor en su recorrido a fin d~ aumentar el rendimiento del ciclo frigorífico.

CICLO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

El ciclo absorción consta ·de evaporador y condensador tal cual el de compresión mecánica, pero difiere de éste en que el vapor refrigerante que se pro~uce en el evap~rador, no es aspirado por un compresor sino que es absorbido por un med10 absorbente, de allí el nombre de este sistema.

En efecto, hay ciertas sustancias que tienen avidez entre sí o sea qu~ tienen la propiedad de absorber a otra. Por ejemplo, el agu~ tiene avidez por el vapor de amoníaco que se usa como sustancia refrigerante Y de esta manera, una vez producida la vaporización del amoníaco en el evaporador es absorbido por el agua, que se encuentra en un depósito de absorción o absorbedor.


El amoníaco si bien es un buen refrigerante desde el punto de vista termodinámico y no afecta la capa de ozono, no es de aplicación, cuando los serpentines están contacto directo con el aire acondicionado, ya q11e en caso de pérdida tiene el inconveniente, de ser tóxico y corrosivo. Por ello, se los utiliza en equipos enfriadores de agua de absorción de pequeña potencia de 5 a 10 toneladas, son enfriados por aire utilizando como combustible el gas natural a fuego directo, que es de aplicación muy sencilla.

En instalaciones de más envergadura se utilizan el bror,iuro de litio como absorbente y el agua como refrigerante, por lo que, de acuerdo a lo indicado precedentemente, el sistema funciona en vacío.

Supóngase un recipiente con una solución de bromuro de litio concentrado y otro que contiene agua con una cañería que los vincula, habiéndose efectuado en ambos recipientes vacío. De esa manera, en el recipiente denominado evaporador, el agua se evapora a baja presión y temperatura, por la transferencia del calor sensible de un serpentin, por la cual circula el agua que se enfría para destinarla a unidades de tratamiento del aire, como se observa en la figura 24-II.

El evaporador está vinculado con otro denominado absorbedor, donde una solución concentrada de bromuro de litio, busca absorber el vapor de agua tratando de alear.zar un equilibrio estable. Se observa que en ambos recipientes se utiliza una bomba recircalaiora, que mediante toberas, pdveriza el agua y la solución sobre los serpentines para mejorar la eficiencia del sistema.

Como la solución de Bromuro de litio concentrada se va diluyendo con el vapor de agua, es bombeada a otro recipiente denomina::lo separador, donde se la aporta calor a fuego directo, uti:izando cerno cmnbustib,e el gas natural, para hacer que el agua contenida en la dilución hierva y se separe en forma de vapor de agua. De esa forma, la solución vuelve a concentrarse y es retornada al recipiente absorbedor para continuar el ciclo de absorción.

Para aumentar el rendimiento se btercala un intercambiador de calor, para que el absorbente concentrado que retorna caliente se enfríe, calentando a su vez la solución diluida que va al separador.

En tanto, el vapor de agua generado en el separador pasa al condensador y mediante un serpentín donde circula agua enfriada en una torre de enfriamiento, se condensa volviendo al evaporador. El agua de la torre de enfriamiento se la hace pasar previamente por un serpentín del absorbedor, para recoger el calor generado en la dilución.

El agua al entrar en el evaporador a más baja presión, se expande y enfría y de esa manera, se restituyen las condiciones iniciales para continuar el ciclo en forma permanente.


Separador

Vapor de agua

Solución + concentrada {BrLt-Agua)

~\\1/iv' Fuente O de calor lntercambiador de calor

! Absorbedor

t ")

Solución {BrLt-Agua)

'-:=:-r-l ! !

-Agua a torre enfriamiento -

-

Condensador

Vapor de agua

Agua condensada

-Agua enfriada

Refrlgerante(aguaJ -

i -Bomba del separador Bomba del

refrigerante

Figura 24-II Es 1 . . quema comp eto ciclo bromuro 11·t· 10-agua.

Como se puede observar la ener , l' . sume sólo en bombas circulad~ gia e ectnca que se utiliza se con-gerante utilizado el agua y las:;~: b:~;," la comp;esión, siendo el refripresor común en un ciclo de refr" . , uro de htrn actúa como un comen el esquema comparativ d 1 1gerrc10n mecánica, tal cual se muestra Hados en la figura 25-II. o e os ere os de absorción y compresión, deta-

. En efecto, en el ciclo de refri er . , , . crnna el gas refrigerante 1 gl acrnn mecamca el compresor suc-fu y uego o compr.

ente de enfriamiento del d d ime para elevarlo sobre la E con ensa or n el ciclo de absorción esa fuo . ; .

muro de litio, que absorbe el vap d crnn lo realiza la solución de broeleva la temperatura en el ord e agua que es el refrigerante y luego t . separa or no por com . , . amiento para separarlo d 1 . pres10n, smo por calen-

d e a concentración , d con ensarlo en el medio d fr" . y asr po er nuevamente e en 1am1ento.

' ' '

¡

L_L-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_~ __ J

Equivale al compresor


Condensado

VExp,

Evaporador

Fuente de electricidad

+ CICLO ABSORCIÓN

Compresor ¡ VExp.

CICLO COMPRESIÓN

Figura 25-11. Esquema comparativo ciclo de absorción y compresión.

Aplicaciones y características de la máquina de absorción

97

Las unidades enfriadoras de agua que trabajan en este ciclo son adecuadas para funcionamiento permanente, muy flexibles a cargas parciales, son estáticas y prácticamente no producen vibraciones ni ruidos.

Son de aplicación cuando se dispone de una fuente de calor barata o gratis, como puede ser el calentamiento solar o para la cogeneración, utilizando los calores de los gases de escape o residuales de otros ciclos.

Otra función importante es para reducir el consumo eléctrico, cuando no hay una disponibilidad adecuada o las tarifas son excesivas, ya que consumen aproximadamente el 20% de energía eléctrica de lo que necesita una enfriadora centrífuga de igual tamaño

Como inconveniente, se puede mencionar que se requieren torres de enfriamiento de mayor tamaño para eliminar el mayor calor producido en el ciclo, con más elevado consumo de agua. Además, en muchos casos se produce la cristalización, que ocurre cuando la concentración bromuro de litio se sobresatura, manifestándose generalmente en el intercambiador de calor, en el retorno de la solución concentrada al absorbedor y puede producirse por la interrupción del ciclo de dilución o por corte de la energía eléctrica.

Como la máquina de absorción funciona a presión inferior a la atmosférica, cualquier entrada de gases incondensables como aire o hidrógeno, este último producto de una leve corrosión, hacen necesario su eliminación por medio de una unidad de purga permanente.

CAPÍTULO 111

SISTEMAS Y EQUIPAMIENTOS DE AIRE ACONDICIONADO

CLASIFICACIÓN

Las instalaciones de aire acondicionado se pueden clasificar según los siguientes criterios:

Por su misión

• Para confort. • Para procesos industriales.

El propósito de las instalaciones destinadas al confort es la de crear condiciones atmosféricas que conduzcan al bienestar y a preservar la salud humana. Se requiere aire acondicionado para las casas residenciales o de departamentos, oficinas, hoteles, hospitales, locales comerciales, shooping, supermercados, cines y teatros, bancos, restaurant, aulas, centros de cómputos, laboratorios, establecimientos fabriles y la lista es interminable.

En cambio, la función de las instalaciones de acondicionamiento industriales, es la de controlar las condiciones atmosféricas de modo que satisfagan los requisitos de sus procesos.


Por las estaciones del año en que actúan

• Instalaciones unificadas: cumplen simultáneamente las funciones del tratamiento del aire para refrigeración y calefacción, actuando durante todo el año en forma coordinada.

• Instalaciones independientes: se diseñan en forma separada para verano o para invierno. Se incluyen dentro de este rubro las instalaciones de calefacción por agua caliente, con radiadores, piso radiante, etc.

• Instalaciones de aire acondicionada de invierno previstas para verano: se diseñan con el criterio de reducir la inversión inicial por razones económicas, dejándose preparada para un futuro el montaje de la planta de frío, sin modificaciones edilicias sustanciales.

Por el tipo de equipamiento

Las instalaciones de aire acondicionado de verano pueden clasificarse por el tipo de equipamiento, en:

• Expansión directa. • Expansión indirecta o agua enfriada.

En los equipamientos de expansión directa el refrigerante se expande y evapora en el serpentín del equipo, enfriando directamente el aire que se distribuye a los locales, constituyendo la manera más efectiva de lograr el objetivo, dado que hay un el intercambio directo del aire a tratar con el refrigerante.

En los equipamientos de expansión indirecta, que se suelen denominar de agua enfriada, el refrigerante enfría el agua de una unidad enfriadora y mediante una bomba, se la envía por cañerías al serpentín del equipo de tratamiento, para a su vez, enfriar el aire que se distribuye a los locales

En la figura 1-III, se muestran las dos alternativas básicas que se emplean para enfriar el serpentín, de una unidad de tratamiento que distribuye el aire con conductos para el acondicionamiento de un local.

Por la forma de distribución de los fluidos

De acuerdo a la forma de distribución de los fluidos en los locales acondicionados, se pueden considerar cuatro sistemas básicos de aire acondicionado, tal cual se detallan en la figura 2-III.

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11 tmmm 1 11118111 -1 1 lmmml 1-.mll \,;:::::~::;~'.~

"' i ~ ... i Conductos de distribución

Unidad de Unidad enfriadora

CAÑERÍAS DE tratamiento de agua con REFRIGERANTE ~ de aire condensación

dora

~ CAÑERÍAS DE AGUA JJor 4!ure

1 Línea de -·-Íl(IUidO -+ VE Retorno-+ Bomba!, 1 - Enf.

1 1 " 1 1 1 1

Unidad

íl VE aguai

+Línea de l:::J <1- Alimentación succión ... ... tf?:l.r e

Alternativa expansión directa Alternativa expansión indirecta(aguafría)

Figura 1-III. Alternativas de expansión directa o agua fría.

+ Suministro de aire con conductos desde unidad compacta autocontenida o unidad de tratamiento de aire a expansión directa o agua fría ubicadas fuer-a del local

+ Local acondicionado

SISTEMA TODO AIRE

Unidad enfriadora de a agua

suministro directo de aire desde fan..coUs vinculados a líneas de ague: fría con una unidad enfñadora de agua ubicada tuero del local

+o Local acondicionado

SISTEMA TODO AGUA

Suministro directo de aire ... desde un equipo compacto +o autocontenido de expansión

dired:a ubicado en el local

Local acondicionado

SISTEMA UH/TARJO

Unidad condensadora

1' suministro directo de aire con unidadfes euaporadora/s unidas por líneas refrigerantes con unidad condensadora emplazada tuera del local

SISTEMA TODO REFRIGERAtlTE

Figura 2-III. Sistemas de aire acondicionado básicos.


• Unitarios. • Todo aire. • Todo refrigerante. • Todo agua.

Sistema unitario o autónomo

Consiste en el empleo de equipos compactos autocontenidos de expansión directa, colocados en ventana, pared o los mismos locales a servir, sin utilización de conductos, con rejillas de difusión en los propios equipos o mediante plenos de distribución de aire.

Esos plenos consisten en compartimentos con rejas, tal como se muestra en la figura 3-III, emplazados en la descarga del ventilador del gabinete del equipo, que se ubica directamente en el local acondicionado.

Las rejas de distribución del pleno cuentan con regulación direccional del aire, de modo de ajustar su alcance en los sentidos vertical y horizontal.

Aire de distribución al local

Aire del equipo acondicionador

Figura 3-III. Pleno de distribución de aire.

Sistema todo aire

En este sistema, el aire se prepara en un equipo compacto autocontenido, o en una unidad de tratamiento del aire con un serpentín de expansión directa o de agua fría, ubicados en una sala de máquinas o recinto separado y se lo distribuye mediante conductos, inyectándose por

SISTEMAS Y EQUIPAMIENTOS DE AIRE ACONDICIONADO 103

rejas o difusores a los locales. De esa manera, en los locales no hay instalados equipos de aire acondicionado, como ~1 caso anterior.

Sistema todo refrigerante

Se lo conoce como sistema separado o split systems, consistiendo en una o varias unidades evaporadoras ubicadas en el espacio acondicionado. Cuentan con un ventilador que recircula el aire mediante rejillas, el que es tratado en un serpentín de expansión directa alimentado con el refrigerante transportado por cañerías de cobre, desde una unidad condensadora ubicada fuera del local.

Sistema todo agua

Es aquel que en el espacio acondicionado hay unidades terminales denominadas fan-coil, que tienen un ventilador para recircular el aire del local mediante rejillas, que es tratado en un serpentín por la que circula agua fría transportada con cañerías y bomba, desde una unidad enfriadora de agua ubicada fuera del local.

Sistemas mixtos

Los descriptos precedentemente son los sistemas básicos de aire acondicionado, pero en la práctica suelen combinarse con el sistema todo aire, en la medida que se instalen conductos de distribución en los locales. Así, suelen combinarse generalmente, los siguientes sistemas:

o Agua-aire • Refrigerante-aire

En los sistemas agua-aire o refrigerante-aire en los locales se emplean equipos como fan-coil, alimentados con agua fría o unidades evaporadoras con refrigerante respectivamente, complementados con la distribución de aire por conductos.

SISTEMAS UNITARIO O TODO AIRE, CON EQUIPOS COMPACTOS AUTOCONTENIDOS

Un equipo de expansión directa del tipo compacto autocontenido, es aquél que reúne en forma completa en el interior del gabinete el compresor con el sistema frigorífico, la unidad de tratamiento de aire y sus controles.


Si estos equipos son instalados en los mismos locales constituyen un sistema unitario, pero cuando se colocan en salas específicas distribuyendo el aire con conductos configuran un sistema todo aire.

Estos equipamientos se pueden clasificar de acuerdo a su ubicación, según el esquema de la figura 4-III.

EXTERIOR

EQUIPOS EXTERIORES

EQUIPOS lllTERIORfS

Condensador por aire remoto r==~

INTERIOR

Equipo indMdual

Roof-top

wau-mounted

Compacto con condensación por aire remota

compacto enfriado por agua

Figura 4-IIL Clasificación de los equipos autocontenidos.


Se observa, que pueden ser de instalación exterior, como los individuales o roof-top o interior, que son de tres tipos básicos según la forma de condensación: los wall-mounted o de condensación unificada, ]os condensados por aire separado o los enfriados por agua, con torre de enfriamiento.

No se han incluido dentro de esta clasificación los equipos portátiles que no requieren instalación, que son aparatos electrodomésticos con un circuito frigorífico de baja capacidad, destinados a proveer un cierto refrescamiento en el local, eliminando el calor de condensación mediante un recipiente con agua o aire, apoyado sobre una ventana o por manguera unida a un condensador exterior.

EQUIPOS INDIVIDUALES DE VENTANA O MURO

Están formados por un conjunto autocontenido destinados a ser montados en ventanas, paredes o como consola y su nombre se debe a la ubicación, que necesariamente debe ser al exterior. Son de fácil instalación y bajo costo, con una capacidad que llega aproximadamente hasta los 6.000 frig/hora.

El equipo motocompresor es blindado del tipo alternativo o también rotativo para disminuir el nivel de ruido.

Los componentes de la unidad se montan sobre un chasis de chapa deslizable, permitiendo el acceso a las partes internas del aparato sin necesidad de desmontar el gabinete fijo a la pared o ventana, para simplificar las tareas de mantenimiento y reparación.

Los serpentines de intercambio son de cobre con aletada de aluminio. Los frentes son de diseño decorativo, generalmente de plástico con rejas direccionales regulables, para facilitar y orientar la salida del aire.

La reja de retorno es desmontable para acceder a un filtro de aire lavable de poliuretano, cuya función más que eliminar las impurezas del local, es proteger al propio equipo de las suciedades.

La temperatura es mantenida en el local automáticamente mediante un termostato y es seleccionada por el usuario mediante un comando digital remoto.

En la figura 5-III, se muestra una vista con los elementos característicos de estos equipos.

En el cuadro 1-III, se consignan las dimensiones y capacidades promedios y en la figura 6-III, se detalla como forma de aclarar los


Deflector Motor aire ventilador

retorno aire

Ventilador Gabinete

Serpentín condensación

Entrada aire

Compresor

Serpentín -J.:;:¡i~¡--t---~~7~ evaporación

Figura 5-III. Vista de un equipo acondicionador de ventana o muro.

conceptos, el funcionamiento del sistema frigorífico por compresión de un equipo individual, montado en un gabinete que está empotrado en la pared con todos sus elementos constitutivos.

CUADRO 1-III. CAPACIDADES MÍNIMAS Y CARACTERÍSTICAS PROMEDIO DE ACONDICIONADORES DE VENTANA O MURO.

Rendimiento(frig / h) 900 1500 2150 3350 4600 6000

Rendimiento(kcal / h) 1000 1650 2310 3650 5060 6600

Compresor (HP) 1/2 % 1 11/2 2 2 112

Caudal aire (m3/min) 4 6 8 12,5 17,5 22

Dimensiones ( cm)

Ancho 45 50 55 60 70 80

Alto 35 40 45 50 55 60

Profundidad 50 55 60 65 75 90

EXTERIOR


INTERIOR

Aire 15ºC • .,,-,---;:t:;--111 Resistencia eléctrica

Evaporador

Filtro .. Aire 25ºC

Figura 6-III. Esquema de un equipo acondicionador de ventana o muro.

El equipo está compuesto por dos unidades fundamentales:

• Evaporadora. • Condensadora.

La unidad condensadora se coloca del lado exterior y consiste en el compresor, serpentín condensador y ventilador helicoidal, por la cual se hace circular el aire exterior que constituye el medio de enfriamiento del refrigerante y mediante una persiana se puede hacer ingresar una cierta cantidad de aire nuevo. La unidad evaporadora consta de serpentín evaporador, ventilador centrífugo y filtro, que se colocan del lado interior del local.

El acondicionador debe tener una leve caída hacia el exterior, para que el agua de condensación del evaporador que es recogida en una bandeja inferior pase por gravitación a otra, ubicada bajo el ventilador del condensador, con el fin de dispersarla sobre la batería de condensación, para aumentar el rendimiento y eliminar el caño de desagüe que requieren otros equipos.


Su colocación es sencilla y está destinado a ambientes pequeños, con relativamente bajas cargas térmicas, habiendo sido diseñados fundamentalmente para aplicaciones electrodomésticas para consumo de 220V CA., contando con varias limitaciones, como ser:

• El alcance está condicionado, en general a menos de 5 m. • No están diseñados para instalarlos con conductos de distribución. • No disponen de mucha capacidad de ventilación, por lo que está des-

tinado a locales con pocas personas. • No cuentan con control de humedad. • El filtrado es de baja eficiencia. • Como el compresor está incluido en el mismo gabinete, no son del

todo inaudibles.

Por ello, los acondicionadores de aire individuales de ventana o muro deben desecharse como solución para la resolución de proyectos de edificios de mediana y gran envergadura, estando destinado a locales aislados o a pequeños edificios de uso residencial.

En cuanto a la calefacción, los modelos en general utilizan una válvula inversora para permutar el ciclo frigorífico como bomba de calor, o emplean eventualmente resistencias eléctrlcas incluidas en la misma unidad, como se ha indicado en el detalle de la figura 6-III anterior.

EQUIPOS ROOF- TOP

Son acondicionadores compactos autocontenidos de expans10n directa enfriados por aire, admitiendo la instalación de conductos de distribución. Se los denominan roof-top (sobre-techo), porque fueron concebidos para instalarlos directamente en el techo con descarga vertical hacia abajo, pero al diseñarse con descarga horizontal es posible montarlos en cualquier lugar exterior disponible.

Constituyen equipos similares a los individuales pero de mayor tamaño, nacen aproximadamente a las 7500 frigorías o 2,5 toneladas y son del tipo trifásicos. Son de reducido nivel de ruido, bajo costo relativo y fácil instalación, estando diseñados especialmente para ser instalados a la intemperie, en aplicaciones comerciales y residenciales.

En la figura 7-III, se muestra sus características típicas. En el cuadro 2-III, se indican las capacidades, y medidas aproxi

madas de algunos modelos.


Descarga de aíre "-

Entrada de aire condensación

Descarga de aire alimentación

Figura 7-lIL Vista de equipo tipo roof-top.

109

CUADRO 2-III. DIMENSIONES APROXIMADAS DE ROOF-TOP

Capacidad (ton) 3 5 7,5 10

Caudal aire(In3/min) 35 55 85 110

Consumo (KWJ 5,5 6,5 9,5 11,5

Dimensiones Ancho x largo 1,1 X 1,2 1,1 X 1,2 1,1 X 1,6 1,5 X 1,7

(m) Altura 0,75 0,75 1,2. 1,2

En las figuras 8 y 9-III, se detalla su instalación sobre techo. La experiencia indica que es siempre conveniente su montaje con

un pequeño gabinete que actúe como pleno de mezcla, para evitar filtraciones de agua en las terrazas. Puede ser de mampostería, con una puerta de acceso hermética y aislada con burlete de goma de 0,55 x 1,10 m con visor, que se fabrican en forma estandarizada.

Los filtros vienen provistos en el mismo equipo, pero pueden instalarse en el pleno de mampostería para facilitar el mantenimiento.

Se han instalado conductos, conformando un sistema todo aire usando el cielorraso como pleno de retorno. Para calefacción se los utiliza generalmente con bomba de calor, pero también se fabrican con íntercambiador de calor a gas natural o resistencias eléctricas.


Equipo roof-top

Base antivibratoria

Junta de lona

Retorno

Pleno de mezcla en gabinete de

mampostena

N

Figura 8-III- Detalle típico de montaje de roof- top en azotea.

Local de ventas

Figura 9-III. Instalación de un roof-top para un local comercial.

.. = -1111


EQUIPOS WALL-MOUNTED

Son acondicionadores autocontenidos de expans10n directa con condensación por aire incorporada, aptos para colocarse en el interior.

En la figura 10-III, se observa en un corte, que se necesita una entrada y salida de aire para la condensación del refrigerante, por lo que normalmente se monta sobre una pared exterior y de allí su nombre wall-mounted, pero puede separarse, porque al contar con ventilador centrifugo tienen la capacidad de eliminar el aire de condensación mediante conductos.

Interior

retomo

Condensador

Ventilador de condensación

Pleno de distribución

Exterior

11111111.. Descarga aire .,,. condensación

Figura 10-III. Detalle de equipo autocontenido wall-mounted .

En el cuadro 3-III, se indican las dimensiones aproximada de estos equipamientos.


CUADRO 3-III CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE EQUIPOS WALL-MOUNTED

Capacidad Dimensiones en metros

en toneladas Ancho Alto Profundidad

5 1,30 1,50 0,65

7,5 1,70 2,00 0,70

10 2,10 .

2,00 0,80

Estas unidades han sido diseñadas para edificios de departamentos en torre u otras aplicaciones similares, donde no es posible contar con espacio disponible alguno en el exterior para ubicar los equipamientos de aire acondicionado.

Este equipo puede utilizarse para proveer calefacción, mediante la inversión del ciclo de la bomba de calor, resistencias eléctricas o una batería alimentada con agua caliente proveniente de una caldera.

EQUIPOS CON CONDENSADOR POR AIRE REMOTO

Estos equipos se diferencian de los anteriores, porque al condensador se lo separa de la unidad y se lo instala en forma remota en el exterior, como se muestra en el esquema de la figura 11-III.

Líquido +-

- UNIDAD -o " .,,

I· INTERIOR

·I .,,

[!! .. ENFRIADA

., o "' c. POR AIRE

., (O

.,, ~ "' e,

u

... • Asp. ... Descarga

Compresor

INTERIOR EXTERIOR

Figura 11-III. Esquema frigorífico de la separación del condensador.

SISTEMAS Y EQUIPAIVUENTOS DE AIRE ACONDICIONADO 113

Está compuesto por un equipo autocontenido interior que contiene el compresor, evaporador y ventilador, el que es vinculado mediante cañerías de refrigerante con un gabinete remoto independiente, que contiene el ventilador y el serpentín de condensación, tal cual se indica en la figura 12-III.

Compresor

Aire exterior

411

Líquido

Condensador enfriado por aire

• •

Descarga -+

Figura 12-III. Detalle de montaje de equipo compacto autocontenido con condensación por aire remota.

Se busca con la separación del condensador una mayor flexibilidad en el diseño y posibilidades de emplazamiento.

El equipo se puede colocar en el mismo local con pleno de distribución, pero generalmente, se emplazan en una sala de máquina separada distribuyendo el aire por conductos, constituyendo en tal caso, un sistema todo aire.

En el cuadro 4-III, se indican las capacidades y dimensiones aproximadas de estos equipamientos.


CUADRO 4-Ill CAPACIDADES Y DIMENSIONES APROXIMADAS (metros) DE EQUIPOS AUTOCONTENIDOS CON CONDENSADOR REMOTO

Capacidad Unidad interior Condensador remoto

en toneladas Alto Ancho

5 2 1,1

7,5 2 1,7

10 2 1,7

15 2,1 1,9

EQUIPOS AUTOCONTENIDOS ENFRIADOS POR AGUA

Profund. Alto Ancho

0,60 0,7 1,5 0,7

0,60 0,8 1,9 0,8

0,60 0,8 2,3 0,8

0,75 0,9 2,5 0,8

Son equipos del tipo interior similar al anterior con compresor, evaporador y ventilador dentro del gabinete, pero también cuentan con un condensador incorporado enfriado por agua, de acuerdo al esquema frigorífico que se describe en la figura 13-III.

-o

" I· e o "-., :,, ....

Liquido

UNIDAD INTERIOR ENFRIADA POR AGUA

t Torre de enfrlamiento

D Compresor[]-l~~g:h;ID:;C:::::;~

INTERIOR EXTERIOR

Figura 13-IIL Esquema frigorífico equipo con enfriamiento por agua.

De ese modo, la condensación del refrigerante es producida por medio de agua que se lleva el calor extraído por el aparato, empleando para ello un intercambiador refrigerante-agua ubicado dentro de la misma unidad, enviándose el agua mediante cañerías y bomba a una


.•·.·• de enfriamiento exterior destinada a extraer el calor al agua para torre '

ducir su temperatura . . re Las características del aparato, se muestran en la figura 14-III Y

1 capacidades y dimensiones aproximadas, en el cuadro 5-III. :-e as

Ventilador

Motor

Filtro de aire

- Evaporador

- Tablero eléctrico -lfl.--1- Condensador

por agua

Figura 14-III. Vista el equipo autocontenido por condensación por agua.

CUADRO 5-IIL CAPACIDADES Y DIMENSIONES APROXIMADAS (metros)

DE EQUIPOS AUTOCONTENIDOS CON CONDENSACIÓN POR AGUA

Capacidad (ton) Alto Ancho Profundidad

5 2 1,1 0,60

7,5 2 1,7 0,60

10 2 1,7 0,60

15 2,10 1,9 0,75

20 2,15 2,4 0,75

30 2,20 3 0,90

40 2,50 3,5 0,90

60 2,70 3,5 1,10


Estos equipos se instalan normalmente con conductos integrando los sistemas todo aire, pero puede utilizarse en el mismo local con pleno de distribución, lo mismo que el caso anterior.

Tienen muy buen rendimiento energético, pero como contrapartida son mayores los gastos de mantenimiento que requiere la torre de enfriamiento. En la figura 15-III se detalla su montaje.

• Torre de enfriamiento ...

Ventilador centrífugo

~ Aire ext. /;'\. /;'\. /Í'\. /Í'\. ..

Compresor { ] t

Cond.

Figura 15-III. Detalle montaje de equipos autocontenidos enfriados por agua.

Tanto en estos equipos, como en los enfriados por aire remoto descriptos anteriormente, la calefacción se realiza mediante el empleo de baterías de calefacción alimentadas con agua caliente de una caldera o eventualmente resistencias eléctricas.

También se utilizan equipos calefactores a gas separados, que se emplazan en el conducto de descarga de distribución del aire a los locales.

EQUIPOS ENFRIADOS POR AGUA CON BOMBA DE CALOR (WSHP)

Son equipos autocontenidos enfriados por agua con bomba de calor. Pueden ser del tipo consola para ubicar bajo ventanas o de colgar en cielorraso o también compacto interior para instalarlos con conductos de aire

SISTEMAS Y EQUIPAM:IENTOS DE AIRE ACONDICIONADO 117

de distribución, en capacidades que varían normalmente de 2 hasta 30 toneladas, por lo que pueden conformar un sistema unitario o todo aire.

Estos equipos son vinculados para la condensación mediante dos cañerías de distribución, con una torre de enfriamiento en circuito cerrado para apoyo del ciclo de refrigeración o con una caldera de agua caliente, como refuerzo del ciclo de calefacción, como se observa en la figura 16-III, y a esta forma característica de montaje de los equipamientos, se la denomina WSHP (Water Source Heat Pump) .

~~--~ Bomba

.. .. .. t t t

Torre enfriamiento circuito cerrado

Q Q Q Q .. .. .. .. • Equipos

autocontenidos con bomba

t de calor t t

.. .. .. .. Caldera

Figura 16-III. Esquema de funcionamiento de sistema unitario con bomba de calor por circulación de agua (WSHP).

t

t

Las unidades se ubican de modo de servír las distintas zonas del edificio, especialmente las áreas centrales y perimetrales, con el objeto de producir la transferencia de cargas aprovechando la bomba de calor en un circuito cerrado de agua de condensación, que es el encargado de transportar el calor desde un sector a otro mediante la bomba circuladora.

Por ejemplo, una zona central de un edificio por las disipaciones internas producidas1 eventualmente puede requerir refrigeración en invierno, por lo que el calor de condensación cedido por esas unidades al agua es desplazado a las zonas perimetrales que necesitan calefacción y al transferir como efecto útil el calor del mismo edificio, da como resultado un efectivo ahorro energético.

De esa forma, las unidades que están dando refrigeración entregan calor de condensación al agua, y tienden a subir su temperatura, mientras que las que suministran calefacción, absorben el calor de esa agua y a su vez, tienden a bajar su temperatura.

.,


Cuando existe un cierto equilibrio entre las unidades en operación que están enfriando y calentando, es innecesario el funcionamiento de la torre de enfriamiento y de la caldera. Si aumentan las necesidades de las unidades de refrigeración o calefacción, toda el agua del circuito cerrado debe calentarse hasta más de 30ºC para que arranque la torre de enfriamiento, o enfriarse menos de 15ºC para que lo haga la caldera.

Análisis de aplicación del los equipos autocontenidos

Por sus ventajas, es muy grande la utilización de equipos compactos autocontenidos de expansión directa en las instalaciones de aire acondicionado, constituyendo sistemas unitarios debido a que se los puede emplazar inyectado directamente el aire en los mismos locales o eventualmente con plenos de distribución. En caso de utilizar conductos constituye un sistema todo aire, pero no requieren grandes salas de máquinas, pudiéndose ubicar en pequeños recintos

Un factor importante a considerar es la rapidez y facilidad de montaje y su facilidad de traslado y desmontaje, especialmente para su instalación en edificios alquilados o de funcionamiento provisorio. Se reduce notablemente la tarea artesanal de obra en la ejecución de las instalaciones, ya que son equipos elaborados en fábrica con la más alta tecnología y garantizados por los fabricantes.

Permiten una mayor flexibilidad en el diseño de las instalaciones, posibilitando en forma simple su zonificación y compartimentación de acuerdo con las caracteristicas del edificio. Por ejemplo, puede utilizarse un equipo sirviendo independientemente para cada zona, de modo que satisfagan la utilización para distintas horas de trabajo, diversas orientaciones, etc.

Tienen un buen margen de posibilidad de trabajo a carga parcial, porque puede subdividirse el serpentín de refrigeración en partes independientes, contando los compresores con dispositivos que permiten fraccionar su capacidad.

Como desventaja, se puede ~encionar que requieren más atención que los sistemas de plantas térmícas centralizadas, debido a que cada equipo contiene un compresor con un circuito de refrigeración completo y eso se magnifica en edificios de gran envergadura.

La potencia frigorífica total a instalar es mayor que las plantas centrales con unidades condensadoras o enfriadoras de agua, porque cada equipo debe satisfacer la carga pico, sin tener en cuenta el efecto de simultaneidad cuando se sirven varias zonas a la vez.


Son algo ruidosos, especialmente cuando los equipos están instalad sen el mismo local. La distribución con pleno sólo se justifica en localeºs amplios, comerciales o industriales, donde el nivel de ruido no sea condicionante del proyecto.

SISTEMA TODO REFRIGERANTE CON EQUIPOS SPLIT

Este sistema también llamado sistema separado o split system, nace de la idea de dividir en dos gabinetes la unidad evaporadora Y l~ unidad condensadora, que estaban unificadas en el eqmpo autocontemdo de acuerdo a lo indicado en la figura 6-III anterior.

' El objetivo, es por un lado facilitar el emplazamiento de ~os e~uipos y por otro, separar del interior de los locales el ~lemento mas ruidoso que es el compresor, habiéndose desarrollado umdades evaporadoras interiores prácticamente inaudibles para el oído humano.

De ;sa manera, el gabinete interior denominado unidad evaporadora, contiene un ventilador centrifugo y el serpentín de evaporación, y el gabinete exterior llamado unidad condens°:fora, alberg_a el compresor, el ventilador y el serpentín de conde°:~ac10n y van umdos por medio de tuberías de cobre para la conducc10n del refrigerante.

Pueden ser:

• Simple-split: cuando se utiliza una sola unidad evaporadora. • Multi-split: cuando se utilizan varias unidades evaporadoras, con

una sola unidad condensadora.

SIMPLE- SPLIT

En el esquema básico de la figura 17-III, se detalla la característica de separación del circuito frigorifico de un simple-split.

La interconexión de ambas unidades requiere una cañería de succión y otra de líquido para la circulación del fluido refrigerante, que generalmente conforman un conjunto o paquete, con h cañería de desagüe y la línea de eléctrica de suministro y comando, siendo estas tuberías de pequeñas dimensiones y de muy fácil instalación. En la figura 18-III se muestra un detalle de estos equipamientos.

La unidad condensadora exterior puede instalarse suspendida o apoyada en un aire luz, patio, azotea, marquesina, balcón, etc.

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\

..1 +-Líquido ..1 .. .. Unidad o

o 11 ..,

I· condensadora •I .. "' .. e o .. <>. .., .. e > o w t)

..,.. Succión,.-...

1 ... . ~ ... Unidad

evaporadora Compresor Descarga

INTERIOR EXTERIOR

Figura 17-Ill. Esquema frigorífico del simple-split.

· ,1 mmmnnnmrmmmmmmmoofill Unidad evaporadora interior ,i.i

le 1 :2

u 1 !!! di· 1 ..

"' 1 "O

1 :l 1 :5 :1 1

~

t o l g ., .., :l .5 ..J

Desagüe condensación

Figura 18-III. Características de un sistema simple-split.


La longitud de separación de las dos unidades no debe ser excesi· va, pudiendo estimarse a título referencial:

• Hasta 2500 frig/h: 10 m . • Más de 2500 a 5000 frig/h: 15 m. • Más de 5000 frig/h: 20 m.

Sin embargo, deben considerarse en cada caso las recomendacio· nes del fabricante de los equipamientos, quienes deben suministrar las instrucciones completas del montaje y el diámetro de las cañerías de refrigeración, para cada uno de sus modelos.

La unidad evaporadora puede adaptarse a cualquier ambiente en función de las necesidades, fabricándose en capacidades promedios de 2000 a 12500 frig/h, y vienen provistas con filtro de aire. En la figura 19-III, se muestran algunos modelos típicos.

MODELO DE EVAPORADORES

Cassette 4vías

Cassette 2vías

Tipo conducto

Techo

Mural

Consola D

Capacidades (miles friglh}

2 2,5 3,2 4 5 6,3 10 12,5

••••••

•••••••• • • • • • • • •

••••••

•••• •••••

Figura 19-III. Modelos típicos de unidades evaporadoras.


Los murales están diseñados para colocarlos colgarlos sobre la pared y las tipo consola para apoyar sobre el piso

Los cassette pueden ser para embutir dentro del cielorraso, con una altura de aproximadamente 35 cm, o del tipo para suspender bajo del cielorraso, ocupando unos 20 cm y pueden ser de dos o cuatro vías, para la distribución del aire.

Se pueden emplear modelos para colocar dentro de cielorrasos, inyectando el aire tratado por medio de pequeños tramos de conductos, que incluso, permiten colocar la toma de aire exterior.

Para calefacción estos equipos aplican la bomba de calor. Cabe consignar, que también se pueden emplear unidades evapo

radoras interiores de tratamiento de aire compactas, también llamadas manejadoras de aire, distribuyendo con pleno en el local. Si se las ubica en un recinto y se distribuye el aire mediante conductos como se muestra en la figura 20-III, constituyen un sistema todo-aire.

Aire exter. ..

• Líquido

Unidad condensadora

-t- -t-

e º ::)

.. ~ u ~

" e

Figura 20-111. Sistema con unidad interior de tratamiento de aire.

MULTI-SPLIT

•

El equipamiento denominado multi-split, permite vincular desde una sola unidad condensadora, dos hasta más unidades evaporadoras emplazadas en diversos locales, como se muestra en la figura 21-III.


Unidad condensadora

exterior

Unidades evaporadoras interiores

Figura 21-III. Detalle de montaje de unidades multi-split.

Estos equipamientos multi-split pueden ser de dos tipos:

• Volumen refrigerante constante. • Volumen refrigerante variable.

Multi-split de volumen de refrigerante constante

123

Permiten vincular normalmente hasta unos 4 split interiores y no admiten grandes longitudes de cañerías por los problemas del retorno del aceite que desplaza el compresor, de acuerdo a lo descripto en el Capítulo II, por lo que requieren en el montaje cierto cuidado con las distancias de separación y los requisitos de sifones y pendientes.

La capacidad total de enfriamiento del sistema está determinada por la unidad exterior y como en la práctica no se necesitan operar simultáneamente todas las unidades evaporadoras interiores durante el día, se puede diseñar una unidad condensadora más económica aprovechando el efecto de simultaneidad.

Multi-split de volumen de refrigerante variable (VRV)

Constituye un conjunto múltiple que puede alimentar hasta 32 unidades evaporadoras, vinculadas con una sola unidad condensadora y pueden proporcionar frío solo, frío o calor independiente o frío y calor en


forma simultánea mediante la bomba de calor. Los equipamientos se distribuyen completos con todos sus accesorios y sistema de control.

Las unidades condensadoras exteriores son compactas y modulares, y se fabrican en capacidades nominales de 5, 7 ,5, 10 y 15 toneladas de refrigeración y están diseñadas para instalarlas en tandem, con una altura unificada. De esa manera, permite ajustar la instalación a cual- . quier capacidad y configuración mediante los diversos modelos de unidades interiores y tienen una gran flexibilidad en el diseño del trazado frigorífico, como se detalla en la figura 22-III.

Unidades

Unidades

(

, evaporadoras :s: tipo mural 1

'

~~ A otros pisos del edificio

Figura 22-III. Detalle general de montaje de sistema VRV.

. _Se _obsen:a que se han instalado conductos en algunos locales, para d1stnbmr el aire y una unidad de ventilación, conformando un sistema mixto, refrigerante-aire.

Los compresores son del tipo scroll y disponen de un sistema de variación de frecuencia denominado inverter, que convierte la corriente alterna de la red en continua y un inversor, de allí el nombre inverter,


que genera la corriente alterna trifásica de frecuencia variable a partir de la continua.

Esta corriente aplicada al motor, le permite regular su velocidad de giro en función de la demanda, modulando continuamente la capacidad frigorífica del conjunto de unidades evaporadoras interiores, y por eso, se llama generahnente a estos equipamientos volumen refrigerante variable (VRV).

El compresor tiene menor desgaste al funcionar suavemente y al no necesitar parar y arrancar intermitentemente, se logra reducir notablemente el arrastre de aceite al circuito frigorífico, el que es retornado mediante separadores de aceite muy eficientes. Esta particularidad permite alcanzar grandes longitudes de tuberías refrigerantes, dado que las unidades interiores y exteriores se pueden separar hasta 100 m y permiten diferencias de altura de 50 m, como se detalla en la figura 23-III.

Figura 23"-III. Distancias para de montaje de unidades.

El sistema de control permite un regular continuamente entre el 10% y el 100% de la capacidad nominal, con un coeficiente de eficiencia y un ahorro energético muy elevado. Además de los compresores las unidades condensadoras son también equipadas con un sistema de variación de velocidad de los ventiladores de condensación, permitiendo que los equipos puedan trabajar en mvierno con la bomba de calor a temperaturas de aire hasta -lOºC.

Cuentan con la posibilidad de transferencia de las cargas de una zona a otra mediante la bomba de calor. Para ello, se utiliza un controlador de bomba de calor (BC), que es el dispositivo que distribuye el


refrigerante a las unidades interiores de acuerdo al . m1ento, ya sea calefacción o refrigeración. modo de funciona.

El usuario puede seleccionar las condiciones amb. t I d zo:'a o local para lograr la climatización deseada Un Ien a es_ e cada c10n analiza cuales son las necesidade I d . 1 · a red d'.' mforma. m?mento, mediante controles remotoss er:ac:~a: e imat1zac1on en cada microprocesador en las unidades interi ':ª de l~s zonas y un cia suministrada a la demanda real d aire~ y texlten?res, aJusta la poten-

L. ea1nsaac1on os dispositivos de control son inteli . .

co:' el sistema del edificio, permitiendo det!entes y fu:den mte~arse

hm1en~o ya sea refrigeración, calefacción o v:::;:~:~ó: i'Pº de func10':,ª·

orar1a, semanal o anual y visualiza 1 ~ ' a programacron to optimizando el consumo energétic:. os parametros de funcionamien-

Cuentan con la función de autodia ó t· miento, permitiendo localizar las fall gn s ico y prueb~ ~e funcionareduce el tiempo de reparación y mantas. y . su: car~ctensticas, lo que tro histórico de anomalías. emm1en o y dispone de un regís-

Análisis de aplicación del sistema todo refrigerante

Este sistema cuenta con la venta. a . nas y el espacio ocupado es m J que no reqmere sala de máquires e interiores permite su monetn~r, pu;s el diseño de unidades exterio-

aJe en ,arma muy sen ·¡¡ t controles remotos de fácil regulación ºb. : c,. a, con ando con namiento a determinadas progr ! pos, ihdad de aiustes de funcio

amac1ones Se eliminan los conductos re·as dºfu

mas que pueden requerirse en' ca~o d l . ~ores, s~lvo los pequeños tra-dentro de cielorrasos, para alimentar =~~1.hzar umdades evaporadoras la entrada de aire exterior Al est I lentes grandes o para prever les de ruidos son mínimos . porq ªr e co1:11presor en el exterior los niveson prácticamente son in~udiblue as umdades evaporadoras interiores

es. Se reducen los tiempos de ejecución d d

que facilitan la conexión de las . , a o que se proveen accesorios caner1as y requie - . ~

tras de aberturas para su vinculación , n . ren peque:1os d1ame-grandes roturas de paredes o ada t ., , do s1endo necesar10 efectuar

E P ac10n e ventanas n el caso de los equipamientos VRV a se h . . .

tajas del ahorro energético y facilidades de y an md1cad_o, las venlar permite ejecutar las instalaciones en e control. S_u .°?ncepc10n modusiones y ajustándose al desarrollo de la;ªp;s, fle~1~1hzando las inveraplicar en edificios existentes o aq 11 o ras c1v1les. Se las puede

ue os que por sus decoraciones no es


posible el pase de conductos, disimulándose las cañerías de refrigerante de pequeño diámetro en las molduras o entretechos.

En cuanto a las desventajas de estos sistemas, es que debe tenerse en cuenta una correcta ejecución y carga de las tuberías para la circulación del refrigerante, debiéndose tomar precauciones para evitar pérdidas de refrigerante en los locales.

Uno de los aspectos que se cuestionan es la entrada de aire nuevo, para satisfacer las necesidades de ventilación de los locales, a fin de mantener la calidad del aire interior. Normalmente, en las aplicaciones residenciales no hay problemas en emplear los simple o multi-split sin ventilación, considerando las infiltraciones naturales de aire por ventanas y puertas como lo hacen los sistemas de calefacción tradicionales, teniendo en cuenta que en general son pocas las personas que habitan los locales y algunos modelos para mejorar la percepción de olores vienen provistos de ionizadores de diseño especial

Sin embargo, lamentablemente es común el uso indiscriminado de estos equipamientos sin toma de aire exterior en oficinas y locales comerciales con muchas personas, cuando existen varios métodos disponibles para solucionar ese téma.

En efecto, se han desarrollado equipamientos que permiten mediante un pequeño tubo el envío de aire nuevo a presión desde la unidad condensadora exterior, que ingresa a la unidad evaporadora en el local junto con el paquete de las cañerías de refrigerante.

También, algunos modelos de cassettes pueden hacer ingresar aire exterior y por otra parte, el empleo de las unidades tipo conducto permiten efectuar la mezcla del aire exterior con el retorno.

Además en los equipamientos VRV, se han diseñado para aplicar en forma alternativa en caso necesario, unidades especiales de ventilación independientes destinadas a estos propósitos.

SISTEMA TODO AGUA CON EQUIPOS FAN-COIL

En estos sistemas, en el espacio acondicionado hay pequeñas uni -dades de tratamiento de aire denominadas fan-coil, en los cuales circula agua fría por un serpentín y mediante ventiladores y rejillas distribuyen el aire en el local.

El agua circula mediante bombas y cañerías desde una unidad enfriadora y la calefacción puede proveerse distribuyendo agua caliente a los fan-coil, mediante la misma unidad enfriadora. invirtiendo el ciclo


frig?rífico trabajando como bomba de calor O mediante caldera remota segun el esquema que se muestra en la figura 24-III. '

r~-¡: Fan-coil

• 1

Enfriadora . Y y1 ti agua 1 1 1

rl 1- 1111> 1 _. 1

1'LE:J It L -•--- ..L ___ ..,._¡ f Caldera J r- - - :-419--- - - - - J

1 1 L---<111(---(l)J Bomba

Figura 24-III. Detalle esquemático de montaje de un sistema todo agua.

Características de los fan-coil

bº Como su nombre lo indica, fan (ventilador) y coi! (serpentín) es un g~ mete con un serpentín por el cual circula agua fría O caliente ~rovemente de una ~idad enfriad.ora de agua con bomba de calor O una caldera ?e agua ~ahente, Y ventiladores centrífugos que provocan la recirculac,ón del a~re del local, como se observa en la figura 25-III.

Ca~a unidad terminal fan-coil está constituida por un gabinete que contiene la toma de aire, filtro, serpentín y ventiladores centrífugos q':e son de dob)e entrada montados sobre un eje común a un motor eléc'. tnco, que distribuye el aire al ambiente por medio de una reja horizontal o eventualmente fro~tal sin la utilización de conductos y precisamente por esta~ caracter~stic~s, se de':'o~inan sistema todo agua.

~stos eqmpos permiten mtroducir cierta cantidad de aire exterior ª. traves de u~a pequeña abertura en la pared con una toma de aire pro-VISta con reg,stro de ajuste manual. '

Ct;enta con 1;lil pleno de mezcla en la parte inferior para regular las prop?rc10nes de aire de retorno del local y el aire nuevo de ventilación y pre':º pase Pº: el filtro, el aire se enfría o calienta circulando por el serpentm o batena que puede ser de 2 a 4 hileras, dentro de la cual fluye


Aire de inyección Interruptor y conmutador de velocidad -'t Serpentín de

Motor de tres velocidades Ventilador

14 Aíre de recírculacíón

intercambio térmico

Conexión serpentina

Bandeja de desague

Figura 25-III. Vista de un fan-coil individual vertical.

129

el agua fría para enfriar y deshumectar el aire en verano o agua caliente para calentarlo en invierno, tal cual se muestra en el corte de la figura 26-III.

El modelo vertical está destinado a colocarlo sobre el piso generalmente bajo ventana y el horizontal puede ser colgado en los cielorrasos armados, como se detalla en la figura 27 -III. Se suministran con o sin gabinete exterior, para ser colocados en muebles que pueden formar la decoración del local.

Existen cuatro capacidades típicas que provienen de la línea de fabricación americanas, que son el 200, 300, 400 y 600, valores, que surgen de la cantidad de aire circulado por los aparatos, en la unidad CFM (pies cúbicos por minuto).

En el cuadro 6-III, se indican las capacidades y dimensiones aproximadas.

Estos equipos tienen la posibilidad de regulación manual de temperatura, si bien no es aconsejable, ajustando algIU1a de las tres velocidades o parada del ventilador mediante una botonera. La regIIlación automática consta de un termostato ambiente que acciona o no el ventilador.

Eventualmente, en instalaciones de cierta envergadura se puede regIIlar el caudal de agua suministrado, mediante el empleo de válvulas


Inyección. de aire

Bandeja condensado

Ventilador !fan)

Figura 26-III. Corte de un fan-coil individual tipo vertical.

.~ Filtro Toma ~l=J de aire de aire 1 ,n,r1 ----~,-J nuevo (l'rrr lL~-JI.. -.,,..---..1L..,

Panel de Reja de 4- inspección retorno

Reja de alimentación

Figura 27-III. Detalle de montaje de fan-coil horizontal.

CUADRO 6-IIL CAPACIDADES Y DIMENSIONES PROMEDIO DE FAN-COIL

Modelo Rango de calor Caudal Dimensiones (m) sensible (frig I h) de aire (m3 / min) Largo Ancho Alto

200 500- 1400 5,7 0,95 0,23 0,65 300 1250-2200 8,5 1,10 0,23 0,65 400 1800-2800 11,2 1,20 0,23 0,65 600 1500-3800 17 1,40 0,23 0,65


de tres vías modulantes, adecuando de esa manera su capacidad a las cargas parciales.

Distribución del agua

La distribución del agua fría y caliente a los fan-coil se puede realizar mediante dos, tres o cuatro cañerías.

El caso de dos tuberías que se ha detallado en la figura 24-III anterior, es la más común y económica y se utiliza en edificios residenciales. Consiste en un caño de alimentación y otro de retorno a un serpentín único en cada fan-coil que en verano, recibe agua fria desde una unidad enfriadora y en invierno, el agua caliente de una caldera o de la misma unidad enfriadora actuando como bomba de calor.

Para el diseño en calefacción se utiliza generalmente el mismo caudal de agua que para el enfriamiento y en este caso, la unidad tendrá una capacidad mayor que la necesaria, pudiéndose adoptar una temperatura de agua caliente baja, entre los 40 a 60 ºC.

Otra alternativa, es trabajar a la menor velocidad del ventilador o parándolo directamente, para que la unidad funcione como convector por tiraje natural.

Sin embargo, esta forma de montaje carece por completo de flexibilidad cuando la instalación debe adaptarse a las variaciones de cargas en épocas intermedias, o los casos de zonas que requieran frío o calor simultáneamente como un gran edificio de oficinas o comercio.

La alternativa para mejorar la distribución mediante el uso de tres caños, se basa en hacer llegar al serpentín de cada fan-coil una cañería de alimentación de agua fría y otra de agua caliente. Una válvula automática abre el paso del agua de una u otra, según la demanda de frio o calor respectivamente, siendo el retorno común a ambas y de allí la denominación de tres caños.

Esta forma de distribución ha caído en desuso porque es muy complicado de regular, existiendo el peligro de recirculaciones de agua caliente por las enfriadoras o frías por la caldera.

La distribución mediante de cuatro caños es el más apropiada para el funcionamiento durante todo el año. En este caso, cada fan-coil tiene dos baterías o una separada en dos partes y dos circuitos de agua independientes, uno para refrigeración y otro para calefacción y mediante válvulas automáticas se regula la secuencia de funcionamiento de cada batería de acuerdo a la necesidad.

Debe destacarse, que todas las líneas de agua de alimentación y retorno deben aislarse, para prevenir la condensación y pérdidas de calor.


Además, en estos equipamientos debe preverse la eliminación del agua de condensación de la humedad del aire sobre el serpentín. A tal efecto, vienen provistos con una bandeja recolectora del agua, las que son conectadas a una red de cañerías dispuestas normalmente junto a las de agua de suministro, las que son vinculadas con la red de desagüe del edificio. Como norma general, se recomienda un diámetro nominal de desagüe no menor de 19 mm (%").

Debe destacarse, que suelen usarse en los sistemas todo agua, los mismos modelos de diseño de equipos tipo consola, murales o cassettes, empleados como unidades evaporadoras interiores de la línea de expansión directa del sistema todo refrigerante, pero en este caso utilizando una batería de agua. De esa manera, se facilita el proceso de fabricación, proyecto y selección de los equipamientos.

Análisis de aplicación del sistema todo agua

Una de las ventajas del sistema todo agua es que no emplean conductos de distribución que requieren mucho espacio, reduciéndose las obras al tendido y montaje de cañerías que originan menores problemas en las obras civiles. Por otra parte, una bomba de agua consume mucho menos energía que un ventilador de aire, para transportar la misma cantidad de calor.

Con el empleo de los equipos fan-coil se puede efectuar la regulación automática o manual de la temperatura, en forma independiente para cada ambiente. En la mayoría de las aplicaciones residenciales no todas las habitaciones son utilizadas al mismo tiempo o con la misma carga térmica, por lo que es posible enfriar solamente los locales que realmente se utilizan y en la medida necesaria.

Igual que en los multi-split, al ser la circulación de aire independiente en cada local no hay mezcla con el aire de otros locales, por lo que es de aplicación en el caso de hoteles y habitaciones de hospitales.

Si no se quiere hacer una inversión inicial muy grande, puede realizarse la instalación solamente para calefacción, previendo en un futuro la instalación del equipamiento de frío, sin prácticamente ninguna modificación posterior al sistema. En este caso, el diseño de las cañerías de agua debe efectuarse para refrigeración.

Entre las desventajas, debe destacarse que en instalaciones de gran envergadura, el edificio requiere gran cantidad de aberturas para las tomas de aire y las unidades individuales necesitan bastante mantenimiento por la gran cantidad de ventiladores y serpentines, con


mucha agua condensada debido a la humedad del aire exterior y filtros que se ensucian rápidamente. . . . .

Por otra parte, la capacidad de toma de aire extenor es limitada y puede producirse en invierno en algunos casos de edi~cios de !?'ªn altura la entrada de aire o agua de lluvia, por efecto del viento y diferencias de presión exterior e interior del aire.

El alcance del ventilador es limitado normalmente hasta unos 5 metros, porque están diseñados para evitar ruidos y fuertes corrientes de aire.

SISTEMA MIXTO AGUA-AIRE

Muchas veces, suelen emplearse unidades de tratamiento de aire compactas, denominadas comúnmente fan-coil centrales para diferenciarlos de los individuales o también manejadoras de aire, cuando se las suele usar con serpentines de expansión directa

Estas unidades permiten colocarles plenos de distribución del aire en los mismos locales, pero en la mayoría de los casos se emplean con conductos y al utilizar los fan-coil individuales con los centrales, constituyen un sistema mixto, agua-aire. En general, son del tipo modular, cuyas características se consignan en el cuadro 7-III.

CUADRO 7-II!. MEDIDAS PROMEDIO Y CAPACIDADES DE UNIDADES DE TRATAMIENTO DE AIRE COMPACTAS O FAN COIL CENTRALES

Toneladas 5 10 15 20 25 30 35

Caudal (m3/min) 57 114 171 228 285 342 400

Largo (m) 1 1,20 1,60 2 2,20 2,40 2,60

Ancho (m) 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90

Alto (m). 1 1,25 1,50 1,70 1,90 2 2,10

En la figura 28-III, se muestran algunas variantes de montaje que pueden realizarse, configurando los módulos de ventilador y de serpentín en diversas posiciones.

Una aplicación típica del sistema mixto agua-aire, se muestra en la figura 29-III. Se observa que se ha empleado una unidad enfriadora con bomba de calor para proveer agua caliente en invierno.

El local superior cuenta con un sistema todo aire con una unidad de tratamiento o fan-coil central y conductos y en los pisos inferiores, se


r---,

:~· 1 ~ ' 1 = , .... . , , ... L __ ...J

Alternativas de montaje

r----, •• , .._ Pleno de ¡ • ¡"' descarga

-·~ Sección ventilador

Sección serpentín

Figura 28-III. Formas de montaje de fan-coil centrales o manejadoras de aire.

emplea un sistema todo agua con fan-coil individuales de pie y de colgar, los que deben contar con tomas de aire exterior.

Otro ejemplo interesante, consiste en el empleo de fan-coil individuales sin toma de aire exterior, distribuyéndose el aire nuevo de ventilación en forma directa a los locales, mediante conductos provenientes de un equipo fan-coil central, donde se efectúa su acondicionamiento completo, tal como se detalla en la figura 30-III.

Se observa, que se han definido dos zonas periféricas alimentadas con fan-coil individuales sin toma de aire exterior y una zona central interna, abastecida por la mencionada unidad de tratamiento de aire.

El aire de ventilación incorporado puede extraerse por sobrepresión en los locales como en este caso o eventualmente, mediante conductos y ventilador de extracción.

Este sistema mixto agua-aire es muy recomendable porque mejora notablemente la eficiencia de filtrado, dado que la presión de los ventiladores de los equipos fan-coil individuales es muy baja y se elimina la entrada de aire en cada uno, evitando los problemas de aberturas en las fachadas de los edificios, así como el eventual ingreso descontrolado de aire exterior.


-.. Fan-coll central

- - -.. .. .. Conductos de distribución

Unidades fan-coll Individuales de colgar

Figura 29-III. Ejemplo de un sistema mixto agua-aire.

Unidad enfriadora de agua con bomba de calor

Fan-coJI sin toma de aire exterior

Conducto de aire nuew tratado

HD--.,-:-:::=-f-l-r-lLJ Fan-eoil

Bomba aire central

Fan-coll sin toma de aire exterior

-.. t

Figura 30-III. Sistema mixto agua-aire con aire nuevo central.

135


Además, en la planta central de tratamiento se puede proceder a la humectación del aire cuando sea necesario en invierno y en verano, se efectúa la deshumectación del aire exterior en la unidad central, limitándose los equipos fan coi! interiores a sólo el aire interior.

Por tal motivo, el control de humedad en estos sistemas es mucho más eficiente y la eliminación de condensado de los equipos individuales disminuye notablemente, facilitando el drenaje y permaneciendo mucho más limpios al no ingresar el aire exterior. Cabe consignar, que esta solución con aire exterior independiente, también es factible utilizando unidades evaporadoras multi-split combinadas con manejadoras de aire de expansión directa, de acuerdo a la figura 20-III anterior, abastecidas por una unidad condensadora. Constituye entonces, un sistema refrigerante-aire que puede ser de volumen de refrigerante constante o variable si son muchas unidades interiores.

EQUIPOS DE INDUCCIÓN

Otro sistema mixto agua-aire puede consistir en utilizar las unidades de inducción, donde se reemplaza el motor eléctrico de accionamiento de los ventiladores de los fan-coil por un determinado volumen de aire denominado primario, que es impulsado a una cámara que lo descarga a través de toberas múltiples a alta presión y velocidad, lo que provoca una zona de depresión debajo de la misma por efecto venturi, que induce a circular el aire del local.

Este aire inducido se denomina secundario, el que previo al acondicionamiento por un serpentín, se mezcla con el aire primario y entra nuevamente en el ambiente, como se observa en la figura 31-III.

El aire primario generalmente constituye la totalidad del aire exterior necesario para la adecuada renovación y para el efecto de inducción, su caudal es aproximadamente el 25% del total circulado por cada unidad. Este aire primario es acondicionado en lo que hace a temperatura y humedad, en una unidad de tratamiento de aire centralizada ubicada en una sala de máquinas, donde se lo filtra adecuadamente y se lo impulsa a alta velocidad con conductos de aire de 8 a 10 cm de diámetro, que normalmente se empotran en los contrapisos.

Es un método que fue concebido para mejorar los sistemas todo agua con fan-coil individuales, pero en la actualidad no se lo emplea por la complejidad de su instalación.


Aire primario tratado caliente o frío

Toberas inductoras de aire

Aire

~12~~~B~at:;:e[.rí::a tratamiento aire secundalio del local

Figura 31-III. Detalle de equipo de inducción.

TECHOS Y PISOS FRÍOS

137

Consisten en paneles radiantes en la que circula agua fría por un serpentín de tubos de cobre, solidariamente fijado sobre los cielorrasos que constituyen la superficie fría del ambiente, con el fin de compensar parte de la ganancia de calor sensible.

El techo generalmente está formado por placas modulares de aluminio o de acero perforado que se interconectan entre si, fabricándose además de diversos diseños, en chapas lisas en acero, en placas embebidas en yeso, en vigas, etc.

En condiciones de funcionamiento normal para verano, se debe complementar el techo frío con una instalación de aire primario, que es acondicionado en una unidad de tratamiento de aire y distribuido por conductos, cuya misión es la de suministrar el remanente frigorífico necesario, la ventilación de los locales y regular la humedad del ambiente, según se detalla en el esquema de la figura 32-III.

En general, se considera en los cálculos que el techo frío absorba en forma de calor sensible, las cargas internas o eventualmente, la máxima posible del ambiente en función de la disponibilidad de superficie,


mientras que las restantes cargas sensibles, incluyendo las ganancias de calor latente del local y la del aire exterior, lo extraiga el aire primario a incorporar en el local.

Conductos

..... n n ;ªneles n n ____ 1~1:~~h~·J_VJ_ ~ r-

1--+~~~~~~..i..~~~~~~ ..... ~~~-~ A unidad

t condensadora

,.....__,Humectador ,l.- Retorno

Desde unidad enfriadora de agua y caldera

Ventilador Batería de Batería FIitros calefacción refrigeración

Entrada de + aire nuevo de ventilación

Figura 32-III. Esquema de instalación de techos fríos con aire primario.

Estas instalaciones se utilizan en invierno circulando agua caliente constituyendo un sistema de calefacción radiante de techo, con la posibilidad de realizar la humectación en la unidad de tratamiento de aire.

La temperatura del agua fría en los paneles debe ser cuidadosamente controlada, para que la temperatura de la superficie del techo no descienda a un valor menor que el punto de rocío del aire ambiente debido a que pueden producirse condensaciones, adoptándose en general temperaturas de agua de 15ºC como mínimo. Si bien se necesita mayor superficie de intercambio con esa temperatura, la eficiencia energética de la unidad enfriadora aumenta, dado que trabaja con una temperatura de evaporación más elevada.

Debe aclararse, que el serpentín de la unidad de tratamiento de aire debe estar a una temperatura menor del punto de rocío para deshumectar el aire primario y para ello, deben tener una temperatura


inferior a la del agua que circula por los paneles de techo, por lo que puede ser alimentado por una unidad condensadora independiente, entre otras alternativas.

Debido al tiempo que se requiere para enfriar la masa de la estructura del techo, estos sistemas son de más inercia térmica que los convencionales, por lo que su aplicación debe orientarse a edificios con locales de funcionamiento continuo.

Los pisos fríos constituyen otra opción, pero estos sistemas como los anteriores están limitados además de la condensación, por la mínima temperatura a que se pueden llevar las superficies de contacto con el pie, las que no deberían ser menores de 18 ºC.

Es una alternativa interesante para aprovechar las instalaciones de calefacción por pisos radiantes existentes en edificios residenciales, buscado lograr en verano una sensación térmica de frescura en los locales, al disminuir la temperatura radiante promedio del entorno y por ello, se los suele denominar de refrescamiento radiante. Para estos casos, es de aplicación una unidad enfriadora de agua con calentamiento con bomba de calor.

Sin embargo, al no ser esas superficies suficientes para satisfacer las cargas sensibles, la temperatura del local será más elevada que las de los sistemas convencionales y por otra parte, al no extraerse el calor latente en forma de vapor de agua, la humedad tenderá a aumentar si hay muchas personas, por lo que debería complementarse con aire primario tratado, tal cual Jo indicado para los techos fríos.

SISTEMA TODO AIRE

Este sistema puede estar constituido además de equipos compactos autocontenidos, por una unidad de tratamiento de aire, con serpentín de expansión directa o agua fría, ubicada en una sala de máquinas separados del espacio que se acondiciona, utilizando como fluido termodinámico el aire que se distribuye por conductos.

Desde el punto de vista del mantenimiento la centralización de los componentes principales en un recinto independiente, tiene la ventaja que el control y la regulación se concentran en un solo punto, con lo cual se simplifican las tareas del personal encargado y hace que no se requiera en los ambientes acondicionados atención alguna, dado que no existen como en los otros sistemas, filtros y bandejas de recolección de condensado, tuberías, caños de desagües, elementos eléctricos, ni generación de ruidos.


Permiten un más efectivo control de humedad y del aire exterior como fuente de ventilación, con un filtrado más eficiente y mediante un proyecto adecuado de conductos con rejas o difusores bien distribuidos, se produce una circulación y barrido del aire en los locales mucho más uniforme.

La desventaja, es que se necesita mayor espacio para el montaje de los conductos, especialmente cuando las unidades de tratamiento están alejadas y hay limitación en las alturas de paso. El límite de su utilización, está en función de contar con la disponibilidad de la sala de máquinas y que se mantenga dentro de valores razonables las dimensiones y longitud de recorrido de los conductos.

Uno de los problemas de los sistemas todo aire que alimentan mediante conductos varias zonas o grupo de locales desde un solo equipo o unidad de tratamiento de aire, es la regulación de distribución del aire para satisfacer las cargas parciales diferentes y variables que se van produciendo en los mismos, debiéndose recurrir a diferentes métodos con cierto grado de complejidad, que se describirán en el Capítulo siguiente.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE EQUIPAMIENTOS Y SISTEMAS

En el cuadro 8-III, se detalla la clasificación de los tipos de equipamientos y sistemas, descriptos precedentemente.


CUADRO 8-III. CLASIFICACIÓN GENERAL EQUIPAMIENTOS Y SISTEMAS

Tipo de Equipos frío Características Sistemas equipamiento

Individual de ventana Unitarios Autocontenidos

o muro

exteriores Roof-Top

Wall-Mounted

Unitarios o Compacto con condensación todo aire

Autocontenidos separada por aire según tengan o

interiores no conducto

Compacto con condensación

Expansión separada por agua

Directa Compactos con bomba de calor con condensación por

agua unificada (WSHP)

Simple- Split

Todo Multi-split caudal refrigerante

Unidades refrigerante constante (Split -

condensadoras Systems)

Multi-split caudal refrigerante variable (VRV)

Manejadora de aire Todo aire con conductos

Fan-coil-individual Todo agua

Unidad de tratamiento

Expansión Unidades de aire o fan-coil central Todo aire

con conductos indirecta enfriadoras

o agua fría de agua Fan-coil individual con Fan-coil central y conductos

Agua-Aire Inducción- Techos

o pisos fríos

CAPÍTULO IV

FORMAS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE

DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO

Las formas típicas de distribuir los caudales de aire acondicionado en el edificio, están relacionada con la manera de regular el calor necesario a extraer en el funcionamiento de la instalación.

En efecto, la cantidad de calor sensible que debe extraerse en todo momento del espacio acondicionado, depende del caudal de aire circulante y el salto térmico del aire de entrada y salida, de acuerdo a la ecuación vista precedentemente en el Capítulo I, al calcular las cargas de aire acondicionado:

Donde: QSi: 17: C: ti: tl:

QSi ~ 17 C (ti-tI)

calor sensible a extraer del interior del local (kcal/h). constante. caudal de aire circulante (m3/min). temperatura de diseño del aire del ambiente o retorno (ºC). temperatura del aire de impulsión al local (ºC).

Como la temperatura del aire del ambiente ti debe permanecer constante, se deduce de esta fórmula que si se quiere regular la cantidad de calor sensible QSi a extraer del local, se tiene dos posibilidades de variables a modificar:


• Temperatura de impulsión (tl). • Caudal circulante (C).

Por ello, en función de la forma de regulación, existen dos tipos básicos de distribución de los caudales de aire:

• Volumen constante: manteniendo constante el caudal de aire circulante y variando la temperatura de impulsión.

• Volumen variable: variando el caudal de aire circulante y manteniendo constante la temperatura de impulsión.

La distribución a volumen constante constituye la mayor parte de las instalaciones, diseñándose para mantener el caudal circulatorio uniforme y se varía la temperatura de impulsión a los locales, tal cual se detalla en la figura 1-rv:

Por ejemplo, cuando el termostato detecta que la temperatura del local baja de un valor predeterminado, detiene al compresor del equipo de aire acondicionado, de modo que el serpentín va aumentando su temperatura y consecuentemente la del aire de impulsión al local, disminuyendo de esa forma la cantidad de calor sensible extraída.

Aire nuevo .... ventilación

Equipo de aire ----1 acondicionado

Aire de impulsión Caudal

.---'= .. =='-1( * constante

.. ¡----- {I) 1 ---·-----·

. . .. Aire de retorno

Figura 1-N. Sistema todo aire de volumen constante.

En cambio, la forma distribución del aire a volumen variable denominado VAV, basa su regulación modificando el caudal circulante y manteniendo la temperatura de impulsión constante, utilizando una caja o dispositivo denominado persiana o compuerta de regulación, que varia el caudal de aire impulsado comandada por un termostato de ambiente, tal cual se indica en el esquema de la figura 2-IV.


Aire nuevo .... ventilación

Equipo de aire acondicionado

!_ ____ {I)

Aire de retorno • +i

Figura 2-N. Sistema todo aire de volumen variable.

145

Debe destacarse, que no se debe arrancar o parar el ventilador como forma de regulación, porque el ventilador debe funcionar en todo momento mientras el equipo de aire acondicionado esté operativo, para asegurar el barrido del aire y la entrada de aire nuevo de ventilación en los locales acondicionados.

DISTRIBUCIÓN A VOLUMEN CONSTANTE

Se puede clasificar esta forma de distribución del aire en:

• Simple zona. • Multizona.

Distribución simple zona

Una las formas más comunes es cuando se atiende a un local o grupo de locales mediante un conducto único, como se muestra en el ejemplo detallado en la figura 3-IV.

Se observa que el aire exterior mezclado con el de retorno se filtra y luego es enfriado y deshumectado en verano, por un el equipo de aire acondicionado compacto autocontenido con condensador remoto enfriado por aire y mediante un ventilador, se lo descarga al conducto distribución único, que lo trasporta a los distintos locales a climatizar. El aire se difunde en los locales mediante rejas de inyección o difusores y una


Condensador

-'. ~

t

.. Descarga Chimenea

= mmm mmm .. -= .. p .. = ti 1 .. -= =

~ .. -.. -.. -.. .. PR

PR

•• ... -•• -•• -.. -!! ..

Rejas de inyección

., Reja de retorno

Conducto retorno

LOCAL ACONDICIONADO

Difusores

LOCAL ACONDICIONADO

Conducto alimentación

Batería calefac. SALA DE t

i MAQUINAS _..1-_

...

Figura 3-IV. Sistema todo aire de simple zona.

.. 11'1 -•• 11'1 -.. 11'1 -•• 11'1 -.. 11'1 .. •• R .. .. !! .. 11'1 -H

~ .. = = .. -== .. .. = .. -= .. --

FOR1:1AS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE 147

parte se elimina por sobrepresión y la otra se extrae mediante rejas y conductos, retornando nuevamente al pleno de mezcla.

Para el acondicionamiento de invierno, se emplea una bateria de calefacción alimentada desde una caldera de agua caliente, mediante bombas en by-pass y cañerías, utilizándose en esa época sólo el ventilador del equipo de refrigeración .

Las instalaciones de climatización de un solo conducto, puede efectuarse con distribución del aire en alta velocidad, que están comprendidas entre 600 a 1500 m/min, reduciéndose las secciones en comparación de las de baja velocidad, debiendo ser amortiguados los ruidos originados por medio de silenciadores. Por sus complicaciones, estos sistemas no se emplean actualmente .

Cuando una distribución simple zona sirve a varios locales, generalmente se utiliza un solo termostato que se coloca en el pleno de mezcla, censando sobre la persiana de regulación del aire de retorno, con el fin de parar o arrancar el compresor o sus etapas de control

Esta forma de regulación es solamente aceptable para el caso que los locales tengan similares características de variación de las cargas térmicas parciales .

Distribución multizona

En general, como los edificios no tienen variación uniforme en las cargas térmicas, es necesario dividirlos en diversas zonas de acondicio~ namiento, teniendo en cuenta la orientación, horario de ocupación de locales, diversidad de cargas, etc., pudiéndose definir a una zona, como aquella que requiere un termostato independiente .

Para ello, se utilizan los métodos de recalentamiento o mezcla de aire frío con templado.

El caso de recalentamiento del aire de suministro, se emplea para evitar subenfriamientos, ajustando las necesidades zonales, mediante una batería calefactora generalmente eléctrica, comandada por un termostato en los locales o grupos de locales servidos de la zona.

Por ejemplo, supóngase en el ejemplo de la figura 3-IV anterior, que los locales del piso superior ganen mucho calor por efecto del sol en el techo y requieran el funcionamiento pleno del aire acondicionado, mientras que en el piso inferior las condiciones han sido satisfechas y no lo necesita. Como el equipo debe seguir funcionando para abastecer al piso superior, ese local se subenfría.

El método de recalentamiento consiste en colocar una resistencia eléctrica en la derivación del conducto de planta baja, comandado por un


termostato del aire del local, la que recalienta artificialmente el aire de suministro. Este procedimiento es sencillo, pero el gasto energético es elevado porque el aire se enfría y luego calienta, aunque es ideal como forma de control.

Otra forma, consiste en modificar la temperatura del aire de impulsión a cada zona mezclando aire templado (a la temperatura del local) con frío, Y se lo realiza mediante el empleo de doble conducto de inyección o equipos tipo multizona.

La distribución del aire por doble conducto consiste en un conducto que transp~rta aire frío y otro aire templado y mediante una caja mezcladora ubicada en cada zona a servir, se lo inyecta a la temperatura necesaria comandado por un termostato de aire del local, mientras que en los equipos mu/tizona se realiza la mezcla del aire frío con el templado en el propio equipo, distribuyéndose el aire tratado mediante un conducto por cada zona a servir.

, _Dichos métodos permiten un buen control pero si bien la energía term1ca gastada en ambos casos, es algo menor a los sistemas de recalentamiento debido a su complejidad y al mayor tendido de conductos que requieren, actualmente no se emplean.

DISTRIBUCIÓN A VOLUMEN VARIABLE (VAV)

Se había mencionado que en la forma de distribución a volumen variable, se regulaba el caudal actuando sobre una persiana o compuerta reguladora. Esas persianas pueden ser instaladas en cajas circulares o rectangulares o también diseñadas para montar en el mismo conducto, como se muestra en la figura 4-IV:

Figura 4-IV. Detalle de persiana de regulación motorizada modulante.

FORMAS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE 149

Si se emplean equipos compactos convencionales con ve,Ítiladores de caudal constante, el accionamiento de las persianas provocaría una variación inaceptable de la presión en los conductos. Para mantener la presión uniforme, se instala un conducto en by-pass en la descarga del ventilador provistos con persianas de regulación que pueden ser barométricas, porque actúan en función directa con la presión del aire o motorizadas modulantes comandadas por un presiostato.

En la figura 5-IY, se muestra el montaje de un roof-top, con persianas modulantes de regulación y una reja barométrica en by-pass.

Persiana by.pass "i!H=~

f ' 1 1 ,/ Compuertas de ', 1 ..¡.

• Termostato • / regulación de caudal '' -., Termostato zona 1 .. ,,.,./ ..._..... zona 2 ©~~ ~-©

Figura 5-IV. Esquema de roof-top con distribución a volumen variable.

Sin embargo, la mejor forma de ahorrar potencia absorbida en la distribución del aire, consiste en utilizar directamente un ventilador con motor de velocidad variable.

Para ello, se había mencionado que se emplea un rectificador, que convierte la corriente alterna de la red en continua y un inversor, que genera la corriente alterna de frecuencia variable a partir de la continua.

Dado que la potencia necesaria para impulsar una máquina rotativa, es función geométrica de su rotación, el método de variarla para regular su capacidad permite ahorrar energía, tal como se indica en el gráfico de la figura 6-IV.

Se observa en el gráfico, que si se quiere reducir el caudal de aire de un ventilador a un 60% empleando persianas de regulación, la


potencia absorbida por el motor se reduce al 87%, pero si se emplea un regulador de velocidad, la misma baja al 20%.

Esta característica es similar para cualquier máquina rotativa, como las bombas de aguas o los compresores en los equipos VRV.

100 100

90 90 87%

80 80

" -¡; 70 70 e:

~ o 60 60 c.

"' 'O

"' !' 50 50

e: 40 40 "' e o 30 Q. ~- 30

20% 20

10 10

o o o 20 40 60 80 100

Porcentaje de caudal

Figura 6-IV. Gráfico potencia-caudal de ventiladores.

En la figura 7-IV, se muestra un diseño típico de distribución de conductos para una oficina, desde una unidad de tratamiento de aire de volumen variable y retorno por pleno de techo.

Es conveniente en el diseño, controlar hasta 4 compuertas por zona desde un solo termostato, para actuar plenamente sobre las áreas servidas evitando dispersiones. En los perímetros de los locales es recomendable instalar difusores lineales, los que suelen vincularse mediante conductos flexibles para simplificar el montaje.

Uno de los problemas importantes de la distribución a volumen variable, es que cuando disminuye el caudal circulatorio en función de las necesidades de calor de los locales, también paralelamente se reduce el porcentaje de aire exterior de ventilación. Por ello, se recurre mediante el sistema de regulación, a no cerrar totalmente la distribución del aire de la compuerta, dejando un porcentaje mínimo de abertura de aproximadamente un 15%.


Zona 1

T

Compuertas

Zona4

Zona3

Figura 7-IV. Distribución de conductos de volumen variable en oficinas.

En locales con alta densidad de población, esta apertura mínima no alcanza para satisfacer las necesidades de ventilación y además, cuando se llega a la temperatura de diseño y el termostato ordena cerrar la persiana, como una pequeña parte del aire sigue circulando se origina un subenfriamiento del aire del local.

Por tal motivo y específicamente en el caso de oficinas, es recomendable ingresar el aire exterior de ventilación en forma independiente, con una unidad de tratamiento específica.

Otro de los problemas, es que al reducir el caudal disminuye el alcance de las rejas o difusores para el barrido del aire del ambiente, si bien lo atenúa el efecto coanda o de superficie, que hace que el aire tienda a adherirse a las paredes o techo, como se verá posteriormente.

Calefacción en la distribución a volumen variable

La forma de distribución del aire VAV fue concebido para refrigeración y al tener un solo conducto, sólo puede enfriar o calefaccionar en forma independiente y no simultánea. Cuando se requiere ambos servicios al mismo tiempo, se pueden emplear dos métodos de calefacción:


• Separada. • Integrada.

Cuando la calefacción es separada se emplean generalmente radiadores. En las zonas perimetrales se pueden utilizar termozócalos 0

eventualmente convectores eléctricos. La calefacción integrada se realiza mediante dos formas:

• Cajas recalentadoras. • Volumen y temperatura variable (VVT).

Las cajas recalentadoras son un gabinete conteniendo resistencias eléctricas, que se montan en los conductos de distribución en los locales, recirculando el aire ambiente mediante un ventilador centrífugo, que puede estar emplazado en serie o en paralelo con el flujo del aire primario que contiene el aire de ventilación, proveniente del equipo de tratamiento de aire.

El objetivo, es aprovechar el aire del local que es más cálido que el aire de impulsión frío y de esa manera, cuando el termostato requiere calefacción, el ventilador de la caja se pone en marcha, para mezclar del aire del ambiente, con el de refrigeración mínimo y mediante las resistencias eléctricas se le proporciona calor. Ello representa un mayor consumo energético, pero se logra un buen nivel de control.

El otro método de distribución integrado es el denominado volumen y temperatura variable (VVT). En este caso, un control digital programado fija el modo de trabajo del equipo en calefacción, cuando estadísticamente existen más zonas que requieren calor, y cierra el suministro de aire, a las zonas que necesitan enfriarse y viceversa. Se emplean una serie de termostatos de ambientes denominados esclavos, que regulan la apertura de las persianas modulantes de su zona y un termostato patrón, que además de controlar su zona permite la inversión automática del ciclo.

Este procedimiento, es de ap!i.::ación para uso residencial, existiendo líneas de controles estándar hasta 8 zonas, para aplicar generalmente a equipos roof-top con bomba de calor.

Distribución de aire bajo piso (UFAD)

Se aprovecha el piso técnico elevado que se usa normalmente para tender los cables de alimentación eléctrica, teléfono e informática, para la distribución el aire desde una unidad de tratamiento, empleando un ventilador de caudal variable y se utiliza el cielorraso armado como pleno de retorno, como se observa en la figura 8-IV:


Unidad de tratamiento de aire

Cajas de regulacion con difusores de piso

Figura 8-IV. Sistema todo-aire de distribución por piso elevado,

153

Este método de distribución denominado (UFAD) Under Floor Air Distribution, puede considerarse dentro de los sistemas todo aire, reemplazando los conductos por los plenos de piso y techo, tendiendo a disminuir la altura de los edificios.

La distribución se efectúa por desplazamiento del aire que es impulsado a baja velocidad y a una temperatura mayor que lo normal, para evitar corrientes frías y baje mucho la temperatura del piso. Se utilizan cajas de regulación, empleando difusores de piso, generalmente de flujo helicoidal de baja velocidad, que desplazan el aire suavemente en el espacio de ocupación.

La ventaja principal de esta forma de distribución, es el más bajo consumo energético con respecto a los sistemas convencionales. Esto se debe a que el volumen que se enfría, no es la totalidad del ambiente, sino hasta la parte más alta de la zona de ocupación de aproximadamente 2 m de altura, despreciándose las cargas sensibles interiores del local que están por encima, como por ejemplo, la disipación de las reactancias de iluminación, dado que si bien son cargas del equipo, al no constituir una carga propia del local se reduce el caudal circulante.

Debe destacarse, que este sistema no es del todo recomendable para calefacción, debiéndose instalar elementos de regulación y mecanismos deflectores ajustables y en general, es conveniente disponer de un sistema independiente de calefacción en los locales.


Es muy recomendable la combinación de esta forma de distribución con los techos fríos, haciendo circular por ellos en invierno el agua caliente.

DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN LOS LOCALES

Los elementos que se utilizan generalmente para la distribución del aire acondicionado en los locales, son construidos en chapa o aluminio y se diferencian por la forma de ubicación, en:

• Rejas: Ubicadas en la pared inyectando o retornando el aire en forma horizontal.

• Difusores: Colocados en el cielorraso suministrando el aire en forma vertical o eventualmente en el piso desplazando el aire hacia arriba

Rejas de alimentación

Deben contar en lo posible con tres regulaciones y por ello, son denominadas comúnmente trifl,ex, según se observa en la figura 9-IV

= = ~ ! 11 ; 11 • Vista

•• •• . ~ ~ ~

- Corte f=:..--, :\ Regu18;ción ..., '\....,..- volumetrica ..,. \ o de caudal

:\ --., Regulación

direccional

Figura 9-Iv. Reja de distribución tipo triflex.

La regulación volumétrica sirve para ajustar el caudal a distribuir y consiste en aletas colocadas en la parte de atrás y las regulaciones direccionales permiten orientar el aire horizontal o verticalmente, con el giro de aletas colocadas en dos planos sucesivos.


Difusores

En el difusor del tipo de la figura 10-IV, el flujo direccional surge del diseño de las pendientes de las aletas deflectoras según los modelos. En este caso sólo cuenta con regulación de caudal o volumétrica, mediante persianas interiores de accionamiento manual.

Corte

Figura 10-IY. Detalle de difusor.

Para locales bajos conviene que los modelos de difusores tengan aletas casi horizontales, mientras que para locales elevados pueden utilizarse aletas con más pendiente y se denominan de tipo escalonado.

Existen muchos modelos de difusores, pudiendo ser cuadrados fijos o también, con aletas en cuatro direcciones y regulación volumétrica y los tipos cassette con distribución lateral regulable en dos, tres o cuatro direcciones y el retorno en el centro.

Los difusores lineales se ubican generalmente contra ventanas o paredes perimetrales y cuentan con regulación de caudal, pudiendo ser de ranuras fijas o con regulación direccional. Generalmente vienen con una caja de conexión para facilitar su instalación sobre los cielorrasos, efectuándose su conexión con la red de distribución mediante conductos flexibles, como se muestra en la figura 11-IV .

,$. Vista .f.

Conducto flexible

Détalle de montaje

Figura 11-IV. Difusor lineal.

T


Rejas de retorno

Estas rejas cumplen la función d . que no requiere ninguna regulación di:e c3:ptar el 3:ire del local, por lo cuente con regulación volumét . d cc10nal y solo es necesario que nea o e caudal

En las figuras 12 y 13-N. e · reto:110 de chapa estampada y'o~ra~::~r~ l~s !etalles de una reja de . pect1vamente. rmna a e retorno especial res- ,

• •

• •

Fi . gura l2-N. ReJa de retorno estampada.

F. igura 13-N. Reja de retorno especial.


FORMAS DE DISTRIBUCIÓN pEL AIRE EN LOS LOCALES

Los sistemas de distribución del aire, pueden clasificarse en dos

tipos fundamentales:

• Por mezclado. • Por desplazamiento .

DISTRIBUCIÓN DEL AIRE POR MEZCLADO

Esta forma de distribución es la más común en las instalaciones de aire acondicionado, consistiendo en inyectar el aire en el local a velocidades mucho más altas que las tolerables en la zona ocupada, a menor temperatura para enfriar o a mayor para calentar .

A medida que el aire insuflado que se designa como aire primario va alejándose de la reja de inyección, se va produciendo el arrastre y mezclado por inducción de un volumen importante de aire del ambiente denominado aire secundario, incrementando su volumen y modificando su temperatura y humedad y por último llega lentamente a la zona de ocupación, tal cual se muestra en la figura 14-N.

Aire """ primario

Aire ¡cundario} )

"-"--1 _!} Figura 14-IV, Difusión del aire por mezclado en verano.

Si se supone una abertura o boquilla circular de bordes bien redondeados, el aire primario va induciendo un cono que se va diluyendo a medida que aumenta la distancia desde la salida.


La velocidad máxima se encuentra en el eje del cono, el que se orienta levemente hacia abajo en verano o arriba en invierno, debido a la diferencia de peso específico con el aire secundario del local.

En el caso de refrigeración, con las rejas o difusores colocados bajo la superficie del cielorraso, suele producirse el efecto superficie denominado coanda, detallado en la figura 15-IV.

Este efecto es similar al de capilaridad en el agua y hace que el aire prácticamente se adhiera a lo largo del techo, generando una envolvente plana que reduce la caída y aumenta el alcance o propagación del flujo primario. Por ello, es conveniente que en el caso de rejas de alimentación, no estén separadas más de 20 cm del cielorraso para lograr una buena distribución.

Debe aclararse que las rejas de retorno prácticamente no intervienen en la distribución del aire en el local, la que sólo depende de la ubicación de las rejas de alimentación y difusores, pues lo que importa en definitiva, es la acción inductiva de la masa de aire primario sobre el secundario.

Conducto s:I

Difusor .

Figura 15-N. Efecto coanda.

En efecto, la función de la reja de retorno es la de captar parte del aire contaminado del local, para devolverlo a la unidad de tratamiento de aire en las condiciones de temperatura y humedad de diseño interior, a fin de diluirlo adecuadamente con el aire nuevo en el pleno de mezcla.

Por tal motivo, en la mayoría de los casos basta una sola reja de retorno, e incluso no instalarla en el local, retornando mediante rejas de intercomunicación a través de otros locales acondicionados de la misma zona.

Sin embargo, debe considerarse que no se produzcan cortocircuitos del aire entre las bocas de alimentación y la de retorno.


Por ejemplo, si se coloca en invierno una reja de retorno enfrentada con la reja de alimentación en la parte superior de la pared opuesta, al ser el aire primario de distribución más liviano y desplazarse por la zona elevada del local, la reja de retorno lo captaría directamente, prácticamente sin mezclar eón el aire secundario, retornando nuevamente al equipo el aire primario caliente, sin cumplir su función de mezclado en el local.

Debe aclararse, que no importa si una boca de alimentación esté al lado de una de retorno, en la medida que se inyecte el aire a una velocidad de inducción adecuada, como sucede con los acondicionadores de aire individuales.

Como norma básica de proyecto, debe ubicarse la reja de retorno en un punto que capte el aire en las condiciones de diseño del ambiente, sin que sea influida bajo ningún aspecto por el aire prima:io de las_ rejas de alimentación o los difusores, ni por corrientes de aire extenores del local.

En general, siempre es preferible ubicar las rejas en la parte inferior de los locales, debido a que en calefacción suele haber algunos grado más de temperatura en la parte superior de los locales, debido a la tendencia natural del aire caliente a ascender En tal caso, especialmente en oficinas o locales comerciales, no deben estar muy cercanas a las personas, a fin de evitar posibles molestias originadas por el movimiento del aire.

Cálculo de rejas de alimentación

Para la selección de las rejas de inyección, deben tenerse en cuenta dos factores fundamentales, que son:

• Caudal de aire. • Alcance.

El caudal de aire a circular, se basa en la cantidad de calor sensible que debe suministrar o eliminar de cada local y es un dato que surge del cálculo de las cargas de aire acondicionado, analizadas en el Capítulo I.

El alcance se lo define como la distancia horizontal recorrida desde la reja por el aire primario, hasta obtener un valor mínimo de movimiento y comenzar a caer sobre un plano de 1,80 m de altura, ubicado desde % hasta la pared opuesta, como se detalla en la figura 16-IV.

Se busca que la velocidad del aire secundario inducido en el local, no produzcan corrientes de aire molestas a las personas.

160 N. QUADR! - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

. En la práctica, se estipula el alcance considerando la distancia que ex'.ste en'.re la re¡a y la pared opuesta de la habitación y en el caso de dos reJas ubicadas en paredes opuestas, se considera como la mitad de 1 distancia entre ambas. a

. En ~ción ~el caudal, en m3 / min y el alcance en metros y que las reJas sean maud1bles, en el cuadro 1-IY, se ha insertado una planilla que permite su diseño, ingresando siempre a los valores mayores. '

Alcance = Largo (m)

Figura 16·IV. Alcance de una reja.

Por ejemplo, supóngase calcular una reja de alimentación cuyo caudal es de 12 m3/min y un alcance hasta la pared opuesta de 4,50 m.

De acuerdo a la planilla y en función de esos dos datos y adoptando los valores mayores, se dimensiona una reja de 60 x 15 cm.

Cálculo de difusores

Se diseñan de la misma manera que las rejas de alimentación, pero en este caso el alcance es el radio de difusión, según se indica en

la figura 17-Iv. El cuadro 2-IY, permite el cálculo de los difu

sores en función del caudal en m3 / min y el radio de alcance en metros.

Figura 17-N. Radio de alcance de un difusor.


ClJADRO 1-N. TABLA DE SELECCIÓN DE REJAB DE INYECCIÓN (CM)

Caudal m,3/min.

2;1

2,8 4,2

5,6

7

8,4 9,8

11,2

12,6

14 15,4

16,8

18,2

19,6

Caudal m3/min

1 1,5

2 3

3,5

4

5

6 7

8

8,5

10

14

17

20

Alcance del aire en metros

3 4,2 5,4 6.6 7,8 9

20x10

20x10 20x10

30x10 20x10 20x10 20x10

35x15 25x10 25x10 20x10 20x10 20x10

35x15 35x10 30x10 30x10 25x10

40x15 30x15 30x15 30x10 30x10

60x15 40x15 35x15 30x15 35x10

60x20 50x15 40x15 35x15 35x15

60x20 60x15 50x15 40x15 40x15

60x25 60x20 60x15 40x15 40x15

75x25 60x20 60x15 50x15 40x15

75x20 60x20 60x15 40x15

75x25 75x20 70x15 50x15

75x25 75x20 70x15 60x15

CUADRO 2-IV TABLA DE SELECCIÓN DE DIFUSORES (DIÁM:ETRO EN CM)

Radio de alcance en metros

0,5 1 2 2,5 3 3,5 4,5 5

12 12

15 12 12

15 15 15

15 15 15

20 20 20 20

20 20 20 20 20

25 20 20 20 20 20

25 25 25 25 25 25 20

30 25 25 25 25 25 20

30 30 25 25 25 25 20

40 30 30 30 30 30 25

45 40 30 30 30 30 25

50 45 40 30 30 30 25

50 45 40 40 30 30

50 45 40 40 40 30

10,2

25x10

30x10

35x10 35x15

35x15

35x15

40x15

40x15

50x15

60x15

5,5 6

20

20 20

20 20

25 20

25 20

25 25

30 30

30 30


Cálculo de rejas de retorno o interconexión

Para su cálculo, puede emplearse la fórmula:

A=CN

Donde:

A: sección real de la reja (m2). C: caudal de aire (m3/min). V: velocidad del aire, sobre el área transversal (m/min).

Se establece para el cálculo de las rejas de retorno o interconexión una velocidad del aire de 90 a 120 m/min, que es lo suficientemente baja para que no moleste a las personas, ni que las afecte el nivel de ruidos. Determinada la sección se calculan sus dimensiones de acuerdo a los espacios disponibles.

En este caso no interviene el alcance y en cuando al caudal, se toma como seguridad en el diseño el total circulante en el local, o sea el mismo caudal de las rejas de alimentación.

Por ejemplo, supóngase calcular una reja de retorno que absorbe un caudal de aire de 60 m3/min.

Si se fija una velocidad de 100 m/min, el área total de la reja de acuerdo a la ecuación anterior, vale:

A= CN = 60/100 = 0,60 m2

Se adopta una reja de retomo de 60 x 100 cm.

DISTRIBUCIÓN DEL AIRE POR DESPLAZAMIENTO

Se denomina distribución por desplazamiento a la utilización de un sistema de difusión de aire a baja velocidad, mediante una corriente prácticamente del tipo laminar de aire frío, impulsada por la parte inferior de los locales que lo desplaza hacia arriba en el aire ambiente, como se observa en la figura 18-IV.

La velocidad del aire de difusión es pequeña y necesita difusores especiales, realizándose la distribución desde los pisos a una temperatura de 18 "C.


--.. - .. .. - -.. -t

c. ~ ,- :)

t t 1 ..

Figura 18· IV. Distribución del aire por desplazamiento.

De ese modo, el retorno del aire es realizado desde arriba, aprovechando los movimientos convectivos naturales. E': caso de fuente~ de calor estacionarias es conveniente emplazar las reJas de retorno directamente sobre ellas. . .

En la figura 8-IV anterior, se ha detallado esta forma de d1stnb ción denominada Under Floor Air Distribution (UFAD). Se emplea g;neralmente en oficinas, con aire de distribución bajo el pleno for":ado por el piso técnico, que se utilizan además para los cableados elec-tricos, telefónicos e informáticos. . . . .

Se utilizan difusores generalmente de fluJo hehco1dal de baJa velocidad como el que se muestra en la figura 19-IV, que se ajustan sobre el panel del piso y alojan una rejilla de regulación.

Figura 19·IV. Difusores de piso de flujo helicoidal.

CAPÍTULO V

CONCEPTOS DE DISEÑO

Consideraciones generales

La incidencia de las instalaciones de aire acondicionado debe considerarse desde la fase inicial del proyecto del edificio.

Lo primero que debe analizarse con detenimiento, es el emplazamiento de las salas o recintos de los equipamientos donde se albergan los elementos indispensables para su funcionamiento y esos espacios deben definirse en función de los tipos de equipos, cañerías, conductos, tableros, evaluando los aspectos funcionales y de accesibilidad para facilitar la operación y el mantenimiento.

Los locales donde se instalen los equipos, deben posibilitar un cómodo montaje y desmontaje de los diversos elementos que componen la instalación. Debe estar previsto el acceso directo de los equipamientos desde el exterior, proyectándose aberturas de acceso o eventualmente puertas trampas lo suficientemente grandes, para el cómodo ingreso de los equipamientos y sus piezas constitutivas.

La distancia de los equipos o dispositivos a las paredes que rodean el local o techos no deben ser pequeñas, para facilitar las tareas de mantenimiento. Las válvulas de accionamiento y elementos de control deben ser fácilmente accesibles y sin el empleo de escaleras portátiles y en instalaciones de envergadura, para su operación y regulación deben colocarse pasarelas de acceso.

Las paredes, techos y suelos deben ser lisos o con revestimientos apropiados para facilitar la limpieza y evitar la acumulación de polvo,


siendo además es necesaria la adecuada ventilación y contar con suficiente iluminación.

El Código Municipal de Buenos Aires, establece ciertas características que deben cumplir estos locales, entre las que se pueden mencionar:

• Tener ventilación al exterior, mediante vanos o conductos de área útil igual o mayor de 0,20 m2, para la entrada permanente y constante de aire exterior. La ventilación de la sala de máquinas de aire acondicionado, debe asegurar 5 renovaciones horarias de su volumen.

• La superficie de paso debe ser amplia, no debiendo ser menor que 50 cm alrededor de la mitad del perímetro de cada equipo y una altura de 1 m sobre los aparatos en los que sea necesario trabajar o inspeccionarlos.

• Si existen calderas, no deben tener comunicación con locales de medidores de gas, ni contener a éstos.

Los montajes de equipamientos en el exterior deben ser fácilmente accesibles y si no se ha previsto en el proyecto del edificio deben instalarse escaleras marineras. Cuando sea necesario elevar elementos de alto peso, como por ejemplo compresores, se deben prever aparejos con dispositivo de izado, previendo un eventual desmontaje para reparación.

REQUISITOS PARTICULARES DE DISEÑO

Estética del edificio

Como premisa fundamental de diseño, la instalación de aire acon· dicionado debe formar parte del edificio sin desvirtuar el hecho arquitectónico.

Lamentablemente y especialmente en las construcciones existentes, es común ver emplazar indiscriminadamente equipamientos invadiendo las fachadas, incluso en edificios históricos, sin ningún respeto a la estética y el arte creador que llevó a su concepción.

Por ello, debe analizarse con mucho detenimiento la ubicación de los equipos, cañerías y conductos exteriores, de modo que no perjudiquen la visual del entorno, integrando el diseño del edificio.

CONCEPTOS DE DISENO 167

Simpleza de la instalación

La capacidad de los equipamientos debe ser la mínima, compatible con su funcionabilidad y posibilidades de mantenimiento y su tiempo de montaje debe ser el más breve posible, en concordancia con la moderna tecnología de la construcción, por lo que el diseño debe ser simple, tratando de emplear equipos de fabricación seriada que permitan una fácil y rápida instalación.

Mantenimiento mínimo

El mantenimiento de las instalaciones debe estar concebido de modo de limitarlo a ciertas rutinas periódicas, que no exijan grandes esfuerzos o inversiones por parte del usuario. Se deben disponer de los manuales de ingenieria, operación y mantenimiento y los equipamientos a instalar deben ser de marcas acreditadas, que cuenten con garan · tía, repuestos y un adecuado servicio de post-venta.

Facilidad de ampliación

Muchas veces los edificios se construyen en etapas previendo un ritmo de avance programado. Por ello, las instalaciones de aire acondicionado deben estar proyectadas de modo de ir acompañando esas ampliaciones, para que pueda incrementarse su capacidad en forma sencilla, con mínimas obras civiles y prevención de espacios de uso.

Confiabilidad de funcionamiento

En los casos donde la premisa básica es la continuidad del servicio, se debe procurar en el diseño alcanzar un alto grado de confiabilidad, instalando equipamientos con una redundancia (n+l), para que siempre exista en la instalación un equipo de reserva disponible y expectante, con controles que permitan permutar automáticamente el orden de funcionamiento en lapsos de operación predeterminados.

Debe preverse también las fallas de los equipos asociados, tales como los elementos de suministro de energía y muchas veces este criterio se aplica a instalaciones de confort, como el caso de oficinas cerradas, donde el sistema de ventilación debe ser asegurado.

En los equipos estándar de confort, por su característica de aplicación y funcionamiento, sus componentes se diseñan generalmente para


un trabajo de aproximadamente 1200 horas anuales en forma intermitente, para una vida útil de 10 a 15 años.

En los casos de instalaciones de aire acondicionado industriales, laboratorios o centros de cómputos, muchas veces deben funcionar ininterrumpidamente durante todos los días del año, por lo cual se han desarrollado equipos denominados de precisión para diferenciarlos de los de confort. Están diseñados para el control automático de temperatura, humedad, distribución y limpieza del aire, durante las 24 horas del día y los 365 días del año, que representa 8760 horas continuas de funcionamiento, con una vida útil de 20 años.

AHORRO ENERGÉTICO

Las posibilidades de ahorro energético en el diseño de las instalaciones de aire acondicionado o calefacción son muchísimas, pero para lograr la mejor solución, es indispensable que haya una adecuada conjunción con el proyecto del edificio, dado que ambos conforman un conjunto indivisible.

Proyecto del edificio

La utilización de un adecuado aislamiento térmico de los muros y techos constituye la premisa fundamental, dado que ello implica el uso de equipos de aire acondicionado más pequeños, con un consumo energético menor durante toda la vida útil del edificio.

Deben estudiarse con esmero en el proyecto del edificio la forma, orientación, distribución de espacios interiores y aberturas, protecciones solares, aleros, parasoles, etc., de acuerdo a los principios básicos que constituye la denominada arquitectura bioambiental.

Por otra parte, en los edificios de oficinas o comercios debe adoptarse un sistema de iluminación eficiente y de bajo consumo.

Eficiencia del equipamiento

En el diseño de equipos de refrigeración, debe tenerse en cuenta para aumentar el rendimiento, que las temperaturas de condensación deben ser las más bajas y las de evaporación las más altas posibles.

Por ejemplo, los equipos de enfriados por agua con torre de enfriamiento tienen mayor rendimiento que los enfriados por aire exterior,

CONCEPI'OS DE DISEÑO 169

porque su temperatura de condensación es menor y por otra parte, las unidades condensadoras o enfriadoras de agua rinden más, cuanto mayor es la temperatura de evaporación o del agua de distribución respectivamente.

Para determinar la eficiencia energética de los equipamientos frigoríficos a colocar, suele aplicarse un coeficiente de performance denominado COP, que es la relación entre la potencia frigorífica del equipo con respecto a la potencia eléctrica consumida, medidos ambos en KW, información que debe aportar el fabricante. De esa manera:

COP = KW(frig)/KW(elect)

Se especifica generalmente, que el COP mínimo de un equipo de aire acondicionado, esté comprendido entre 2,5 a 3.

Eficiencia de la instalación

En principio, deben preverse las aislaciones adecuadas de las cañerías o conductos y aquellas partes de la instalación que lo requieran, a fin de reducir al mínimo las pérdidas de calor.

Una posibilidad a considerar en el proyecto, es aprovechar las posibilidades que da la naturaleza, empleando energías gratuitas no convencionales, como por ejemplo, la calefacción o refrigeración solar

Además, en el transcurso de un año de funcionamiento, existen períodos de tiempo en los cuales el aire exterior es favorable para la climatización de los ambientes, pudiéndose emplear sistemas economizadores, que se los denomina free-cooling. También puede realizarse el preenfriamiento o precalentamiento del aire exterior que ingresa para ventilación, mediante la utilización de intercambiadores, denominados recuperadores de calor, que aprovechan la temperatura del aire que se expulsa de los locales acondicionados, para mejorar las condiciones de temperatura de ingreso del aire nuevo de ventilación.

En la figura 1-V, se muestra la idea básica de gabinetes recuperadores de calor y free-cooling, empleando dos ventiladores.

Es recomendable la distribución de los fl.uidos a volumen variable y la utilización del ciclo bomba de calor para calefacción en lugar de resistencias eléctricas constituyen un ahorro de energía considerable, permitíendo además, el aprovechamiento del calor de condensación que los equipos frigoríficos desprenden, para desplazarlo a las zonas frías del edificio. El uso de sistema de calderas de baja temperatura del tipo condensación es una interesante alternativa a considerar.


Recuperador de calor del aire de extracción Descarga aire ¡ ¡ .Lr-.._ Descarga

cont~;:!~ado ,~~~a:r--eví aire3~~cvo

Entrada Retorn~ aire aire nuevo 1 _

1 contaminado

35ºC del local 25°C

EXTERIOR Estación veraniega

INTERIOR

Free- cooling aprovechando el aire favorable exterior Descarga aire 1 1 1 D_escarga

con~~bnado <,~~~ V~ air;;,~~vo

E!1trada ~"' _ ! ~=:~~:~~e0 ª":5~~evo I del local 25ºC Estaciones intermedias

Figura 1-V. Detalle esquemático de recuperador de calor y free-cooling.

La utilización de la máquina de absorción, aprovechando fuentes de calores residuales, como los desprendidos en un grupo electrógenos, es otra de las opciones que suele denominarse cogeneracwn

El almacenamiento de energía produciendo hielo en las horas de la noche, cuando la tarifa energética es más económica, posibilita recortar los picos térmicos diarios y además, al reducir el tamaño de los equipos funcionan en un entorno más eficiente y pueden mantener el servicio en casos de corte de energía, permitiendo disminuir la capacidad de los grupos electrógenos.

NORMAS DE DISEÑO

Si se efectúa un análisis general, se pueden mencionar algunos aspectos determinantes del diseño de la instalación, como ser:

• Cargas parciales. • Emplazamiento. • Zonificación.

CONCEPTOS DE DISEÑO 171

Cargas parciales

Las instalaciones son dimensionadas para que satisfagan las cargas máximas, pero deben poder mantener en el ambiente las condiciones psicrométricas en las distintas variables que puedan producirse en el funcionamiento.

Estas cargas son denominadas cargas parciales y esa capacidad de adaptación a las diversas exigencias del ambiente es de vital importancia.

El aspecto básico y primordial del diseño, es conseguir que las capacidades frigoríficas suministradas en cada momento por los equipamientos de la instalación, sean idénticas a las necesidades instantáneas de los locales a acondicionar, lo que lleva en muchos casos a la necesidad de considerar su desdoblamiento, para satisfacer las pequeñas cargas parciales.

Por ejemplo, supóngase que en función del cálculo de las cargas pico se proyecta una enfriadora de agua de de 200 toneladas de refrigeración para el acondicionamiento de un edificio de oficinas. Sin embargo, si el fabricante de la unidad enfriadora de agua establece que la posibilidad de operación menor de la máquina es del 15% de su capacidad, deben analizarse las cargas parciales mínimas del edificio.

En efecto, si en un día feriado funciona sólo una oficina de informática y la carga total del edificio se reduce a 25 toneladas, esa máquina de 200 toneladas, sólo arrancaría con 30 toneladas. Si eventualmente lo hace se produce el reciclaje, porque llega inmediatamente a satisfacer la carga y para y luego tiende de nuevo a arrancar, y no es conveniente que esto se produzca más de 8 veces por hora, desde el punto de vista del desgaste mecánico o del eléctrico por el deterioro de los contactares.

Por ello, en este caso, sería conveniente dividir los equipamientos en dos unidades enfriadoras de 100 toneladas.

Por otra parte, las maquinas rinden más cuando están funcionando al máximo de su capacidad y en este caso, operaría a cargas parciales prácticamente una sola, mientras que la otra permanecería expectante para acoplarse en caso de aumentar las cargas. Además, se dispone de mayor seguridad en el servicio en caso de fallas y se aumenta la vida útil de la instalación.

Emplazamiento

Como se había 1nencionado anteriormente, las instalaciones de· aire acondicionado se dividen en dos partes, por un lado la unidad de tratamiento del aire y por otro la planta frigorífica o térmica, que pueden estar unificadas como el caso de un equipo autocontenido.

172 N. QUADR! • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Cuando se centraliza la instalación completa en una gran sala de máquinas en el subsuelo de un edificio, allí se efectúa en conjunto la preparación de los fluidos energéticos y el tratamiento del aire. Si se encuentra alejada de los espacios acondicionados, requieren largos tendidos de conductos y de grandes dimensiones, que ocupan áreas útiles y originan problemas constructivos.

Los espacios que se necesitan para el trasporte de carga térmica por aire son muy superiores al que requeriría una cañería de agua o de refrigerante. Por ejemplo, para alimentar a una carga de 50 toneladas se necesita un conducto de aire de aproximadamente lm2, mientras que si se emplea una cañería de agua para los mismos fines, se requeriría un diámetro de 10 cm y por otra parte, el consumo energético para mover el aire con el ventilador es 5 veces mayor que con la bomba de agua.

Por los motivos expuestos, el aire no debe utilizarse para el transporte mediante largos tendidos de conductos. Como norma básica de diseño, los conductos deben destinarse a la distribución del aire en los

Jocales acondicionados con rejas o difusores, que es la forma más adecuada para lograr un uniforme barrido del aire.

De lo expuesto, surge que es conveniente descentralizar las unidades de tratamiento de aire y ubicarlas cercanas a los locales a acondicionar, para que desde allí, se efectúe la distribución del aire mediante los conductos.

No ocurre lo mismo con la planta frigorífica y de calefacción, que es conveniente que estén centralizadas, desde el punto de vista de la operación, mantenimiento y seguridad y porque además, se logra reducir su capacidad aprovechando las cargas simultáneas que se producen en todo el edificio.

En las viejas instalaciones de grandes edificios, normalmente se centralizaba todo el conjunto en una sala de máquinas, porque de esa manera se facilitaba el control operacional y el mantenimiento de las instalaciones, que estaba basada en la llamada tecnología del re/ay y la percepción visual y sensorial in situ de los equipos, elementos e instrumentos de control por parte del operario.

El desarrollo de la tecnología digital posibilitó distribuir las unidades de tratamiento de aire en el edificio, y vincularlas mediante controles electrónicos que permiten supervisar múltiples equipamientos emplazados en las distintas partes del edificio, desde una sala de control centralizada.

En resumen, el proyecto ideal de una instalación de aire acondicionado en un edificio de cierta envergadura, apoyado con la tecnología de control y supervisión digital, debe consistir en:


• Planta frigorífica o térmica centralizada. • Unidades de tratamiento de aire, distribuidas en el edificio.

Ese concepto de diseño es el que priva en los sistemas todo agua y todo refrigerante multisplit.

El uso de sistemas unitarios con equipos compactos autocontenidos de expansión directa en grandes edificios, si bien permite distribuir el tratamiento del aire, también descentraliza la planta frigorífica, con gran cantidad de circuitos de refrigeración a mantener.

Por otra parte, la capacidad frigorífica total a instalar es mayor, porque cada uno de ellos, debe estar diseñado para satisfacer la carga pico de los locales que sirven, sin considerar la simultaneidad de las cargas en el edificio, como se demostrará posteriormente con un ejemplo.

Zonificación

La instalación de aire acondicionado debe servir a un conjunto de locales del un edificio, que difieren entre sí en su funcionamiento a cargas parciales, ya sea por su orientación, cargas internas, efecto solar o distintas condiciones de funcionamiento y ello constituye un aspecto importantes a tener en cuenta en el diseño.

Se había mencionado que el criterio de zonificación consiste en agrupar el acondicionamiento de todos aquellos ambientes del edificio, cuyas cargas térmicas varían en forma similar. De esa manera, se había definido como una zona, a aquellos locales que están controlados por un mismo termostato.

Existen varias formas de zonificar, pero no cabe duda que la mejor de todas, es que cada zona tenga su propio equipo de tratamiento de aire, con su termostato de control.

FACTORES DETERMINANTES DE LA ZONIFICACIÓN

Los principales factores determinantes de la zonificación son:

• Orientación. • Horarios de uso. • Disipaciones internas y condiciones psicrométricas.

17 4 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Orientación

El sistema de acondicionamiento debe adaptarse en todo momento, a la naturaleza variable de las cargas de orientación de las paredes exteriores. En la figura 2-V, se muestran dos ejemplos de zonificación por orientación en una oficina administrativa.

;:._ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Zona perimetral este

OFICINA ADMINISTRATIVA -

~ ~ ... - - • Zona central

Zona perimetral oeste

t t t t t Conductos a unidades de tratamiento de aire o equipos compactos por zona

Sistema todo aire

~---a a a B Fan.coil itufMduales

Zona perimetral este

OFICINA ADMINISTRATIVA

E~+ Zona central

Zona perimetral oeste Fan-coi1 índMduales

s M- -- _§__ §_ 8 Cañe.ñas a unidades enfriadoras de agua Conductos a unidades de tratamiento de aire o fan-coil central

Sistema agua .. aire

Figura 2-V. Zonificación por orientación de las paredes exteriores.

Horarios de uso

Otro factor importante de zonificación, es el horario de uso u ocupación a lo largo del día de los locales a acondicionar.

~upóngase el caso de un edificio con un local de negocios en planta baJa Y el departamento del dueño en planta alta, donde es evidente la nec_esidad de zonificar por el horario de funcionamiento del negocio y la v1vrnnda. En la figura 3-V, se muestran dos alternativas de zonificación por horario con equipos independientes.

Otro caso típico, lo constituye una casa de vivienda residencial donde en horas del día debe climatizarse las zonas de estar, mientras que por la noche sólo se requiere el acondicionamiento de los dormitorios.


Roof-top

Casa de departamento

~

Local negocio

Sistema todo aire

Multi-split Roof-top

-~!1=~11 ·~ a Casa de departamento

Local negocio

Sistema refrigerante-aire

Figura 3-V. Zonificación por horario de funcionamiento.

Disipaciones térmicas internas y condiciones psicrométricas

175

Un elemento importante a considerar en la zonificación, está determinada por la diversidad de cargas térmicas interiores debidas a máquinas o dispositivos que disipan calor al ambiente, como es el caso de un centro de cómputos lindero con una oficina con personal.

Si se unificaran los dos locales con un único equipo, ocurre que el centro de cómputos requiere enfriamiento permanentemente, porque tiene una carga interior constante y preponderante con respecto a las otras, mientras que en la oficina al ser variables con las condiciones exteriores, cuando las cargas son pequeñas el aire del local se subenfriará.

En invierno, se magnifica el problema porque equipamiento informático, por su gTan disipación puede incluso requerir refrigeración, mientras la oficina necesita calefacción. Por otra parte, el centro de cómputo opera en condiciones psicrométricas distintas de las que se requieren para el confort del personal.

En general, se zonifica al centro de cómputos con un equipo de precisión especialmente diseñado para trabajo intenso y un equipo independiente de confort destinado al personal de la oficina, tal cual se detalla en el esquema de la figura 4-V.


Centro de cómputos

Equipo que disipa calor

A equipo de

precisión Sistema todo aire

Oficina personal

t t-t; Aequlpo compacto

Figura 4-V. Zonificación por distintas disipaciones.

ZONIFICACIÓN EN EDIFICIOS DE OFICINAS

En los casos de oficinas y especialmente en edificios en torre, los locales presentan dos zonas básicas, como se ve en la figura 5-V.

• Zona perimetral. • Zona central.

Dentro de esos locales se define como zona perimetral, la distancia comprendida hasta unos 5 metros a partir del muro exterior, la que se considera expuestas a la acción variable del sol y de las condiciones exteriores.

La parte interior constituye la zona central donde las cargas no sufren la influencia de los elementos exteriores, a excepción del último piso, y tienen una carga relativamente constante y muy grande, especialmente de computadoras, dado que se instala normalmente una PC por puesto de trabajo, a la que se suma la disipación por iluminación y ocupantes.

Por tal motivo, esas zonas centrales en la mayoría de las veces deben ser refrigeradas en pleno invierno.

A su vez, las zonas perimetrales se caracterizan por las variaciones extremas de carga, desde un máximo en verano de radiación solar a través de las ventanas, acompañadas por transmisiones de calor, disminuyendo luego en las estaciones intermedias, hasta que representan una pérdida de calor importante durante el invierno.

En el caso de Buenos Aires el clima es variable y en la época intermedia de abril o mayo, puede requerirse enfriamiento por la tarde en los

5m

Zona porimetral


Zona central

5m

Zona perlmetral

Figura 5-V. Zona perimetral y central.

177

locales orientados al noroeste y oeste, mientras que en el mismo momento los del sur, sureste y este, puede necesitar calefacción.

Por ello, para hacer frente a esas variaciones de cargas, el sistema de acondicionamiento debe disponer de dos f/.uidos termodinámicos en los espacios que se acondicionan, uno frío y otro caliente, durante todos los días del año.

Selección de equipos en función de las zonas

Supóngase el caso de un piso de un edificio dedicado a oficinas, donde se ha considerado tres zonas denominadas, este, oeste y norte, en el que se ha efectuado el cálculo de las cargas a distintas horas del día, llegándose a los valores consignados en el cuadro 1-V.

CUADRO 1-V. PLANILLA DE RESUMEN DE CÁLCULO DE CARGAS

Zonas Cargas totales de acondicionamiento (kcal / hora) 10h 12 h 15h 17h

Este 5000 1000 800 600 Oeste 800 1000 8000 9000 Norte 3000 7000 4000 2000

Total horario 8800 9000 12800 11600

Se observa que la zona este tiene el pico a las 10 horas, la oeste a las 17 horas y la norte a las 12 horas. Sin embargo, el pico máximo horario simultáneo para las tres zonas, se produce a las 15 horas con 12800 kcal/h.


En el diseño de los equipamientos, se deben cumplirse dos objetivos básicos:

• Para el edificio: el equipo frigorífico debe satisfacer la carga máxima simultánea. En este caso, el valor de las necesidades es de 12800 kcal/h.

• Para las zonas: los elementos de distribución de aire o equipamientos, deben satisfacer las exigencias de los picos de carga térmica máximas horarias.

Como forma de aclarar estos conceptos, se analizarán las capacidades de los equipamientos y sus elementos constitutivos, en algunas aplicaciones típicas de sistemas de aire acondicionado destinados a oficinas, según los detalles esquemáticos indicados en la figura 6-V.

SISTEMA UNITARIO

Norte Este

D-> +-D

Equipos

D-> compactos autocontenidos con pleno de

Oeste distribución

SISTEMA TODO REFRIGERANTE

Norte

Oeste

Este

Unidad condensad.

Multi-split (VRV)

lil lil lil

llil

.! 'i

SISTEMA TODO AIRE

Norte Este

(VAV} Persianas de regulación

Oeste

SISTEMA TODO AGUA

llorte Esté J

Fon coil 1

individuales Cañerías de agua J,

1 Enfriadora de agua

Oeste

Figura 6-V. Esquemas de alternativas de zonificación.


Sistema unitario • Equipos compactos autocontenidos, capacidad total: 21000 frig!h. • Equipo Zona Este: 5000 frig/h. • Equipo Zona Norte: 7000 frig/h. • Equipo Zona Oeste: 9000 frig/h.

Sistema todo aire (volumen variable) • Equipo compacto autocontenido, capacidad: 12800 frig/h. • Conductos y rejas, en base al caudal, calculado con la máxima carga

sensible interior horaria, en las respectivas zonas.

Siste,na todo refrigerante (multi-split VRV) • Unidad condensadora exterior capacidad: 12800 frig/h. • Zona Este: Evaporadoras interiores: 5000 frig/h. • Zona Norte: Evaporadoras interiores: 7000 frig/h. • Zona Oeste: Evaporadoras interiores: 9000 frig/h.

Sistema todo agua • Unidad enfriadora de agua: 12800 frig/h. • Zona Este: Fan-coil individuales y cañerías agua: 5000 frig/h. • Zona Norte: Fan-coil individuales y cañerías agua: 7000 frig/h. • Zona Oeste: Fan-coil individuales y cañerías agua: 9000 frig/h.

Se observa en el primer caso, que en el sistema unitario con equipos compactos autocontenidos por zona, la capacidad frigorífica instalada de los equipamientos es de 21000 frig/hora, dado que no se tiene en cuenta la simultaneidad de cargas por zona en el edificio, mientras que en los sistemas de planta de frío centralizada, la unidad enfriadora de agua o la unidad condensadora sólo requieren 12800 frig/h.

El equipo compacto autocontenido en la distribución VAV, también es de 12800 frig/h y los conductos y rejas de distribución deben calcularse con la máxima ganancia de calor sensible interior horaria QSi de cada zona, en base a la fórmula vista precedentemente.

ZONIFICACIÓN EN INSTALACIONES RESIDENCIALES

Supóngase un edificio de vivienda de dos plantas dividido en tres zonas básicas: living y cocina-comedor en planta baja y dormitorios en planta alta.

Efectuado el análisis de las cargas a diversas horas de día, se llega a los valores consignados en la planilla del cuadro 2-V, donde se observa que el pico diario requeriría un equipo de 12000 frig/h o sea, de 4 toneladas a las 15 horas.


CUADRO 2-V. PLANILLA DE RESUMEN DE CÁLCULO DE CARGAS

Cargas totales de acondicionamiento (kcal I h) Zonas

10 h 12h 15h 17h 20h 22h

Living comedor 1800 2200 3000 2700 2400 2100

Cocina comedor 2500 3200 3900 3600 3000 2600

Dormitorios planta alta 2500 3400 5100 4600 3600 2900

Total horario 6800 8800 12000 10900 9000 7600

Total horario sin dormitorios 4300 5400 6900 6300 9000

hasta las 20 7600

Una manera razonable de diseño es estimar que durante el día no se utilizarán los dormitorios de la planta alta y que esos locales recién se comiencen a acondicionar a partir de las 20 horas. Se observa en la planilla que el pico diario se traslada a las 20 horas, requiriendo un equipo de 9000 frig/h o 3 toneladas, para satisfacer la demanda máxima simultáneas de todas las zonas.

Supóngase que se emplean los sistemas de acondicionamiento, consignados en el corte del edificio, de la figura 7-V.

Zona cocina.comedor ZonalMg

Sistema todo refrigerante Sistema tocio aire, volumen variable

Figura 7-V- Corte de un edificio residencial, con esquemas de zonificación.


Se trata de un sistema todo refrigerante con equipamiento multisplit a volumen refrigerante constante y otro todo-aire utilizando un equipo roof-top con distribución del aire a volumen variable, que son sistemas típicos normalmente empleados para la resolución de estos proyectos. De acuerdo a Jo indicado precedentemente, las capacidades de los equipamientos valdrán:

, Sistema todo refrigerante: muti·split volumen refrigerante constante: • Unidad condensadora: 9000 frig/h. • Zona living: unidad evaporadora: 3000 frig/h. • Zona cocina-comedor: unidad evaporadora: 3900 frig/h. • Zona dormitorios: unidades evaporadoras: 3600 frig/h.

La unidad condensadora puede a servir a unidades evaporadoras interiores, cuya una capacidad total pueden llegar hasta el doble de la unidad condensadora y eventualmente si se ponen en funcionamiento todas las unidades evaporadoras simultáneamente, tiende a elevarse su capacidad frigorífica debido a que la temperatura de evaporación aumenta.

Sistema todo aire, volumen variable con roof-top: • Equipo roof-top: 9000 frig/h. • Conductos y rejas, en base al caudal, calculado con la máxima carga

sensible interior horaria, en las respectivas zonas.

Cabe consignar, que si se emplearan acondicionadores individuales o simple-split los equipos deben satisfacer los picos zonales, de modo que:

• Zona living: • Zona cocina-comedor: • Zona dormitorios:

Total instalado

3000 frig/h; 3900 frig/h 3600 frig/h

10500 frig/h

Se observa en estos casos, que la capacidad frigorífica de los equipos a instalar es mayor que en los ejemplos anteriores.

CAPÍTULO VI

COMPONENTES DE LAS CANALIZACIONES

CAÑERÍAS DE AGUA

Los caños empleados son de sección circular y se identifican comercialmente por su diámetro nominal en pulgadas o exterior en milímetros. Las propiedades que deben tener los materiales de los caños empleados para la distribución del agua a los dispositivos terminales, deben ser las siguientes:

• Sección y espesor uniforme. • Superficie interior lisa sin porosidades para lograr una baja pérdida

de presión por frotamiento. • Buena resistencia al calor para soportar en forma permanente la

temperatura máxima de operación. • Dilatación no excesiva. • Adecuada flexibilidad para permitir el doblado sin dañarse o fisurarse. • Resistencia mecánica a los golpes, aplastamientos o punzonamientos. • Resistencia a los agentes atmosféricos como los rayos solares, niebla

salina en zonas marítimas, abrasión del viento, polvo, etc. • Resistencia a los elementos químicos, y no formar incrustaciones. • Resistencia a la transmisión del calor. (Salvo para paneles radiantes). • Fácil de detectar y ser atáxicos. • Impermeable al oxígeno. • No ser propagante de ruidos. • No conducir corrientes parásitas que tiendan a originar cerros1on

galvánica debido a la diferencia de potencial electroquímico.


Las cañerías que se utilizan generalmente son:

• Metálicas: ferrosas de acero o no ferrosas de cobre o latón. • Plásticas: de polietileno reticulado o polipropileno simples o com

puestos con aluminio.

CAÑERÍAS METÁLICAS

Cañerías de acero

Las cañerías de hierro negro que se emplean son del tipo con costura, cuyas dimensiones se establecen en la Norma IRAM 2502. Estos caños se han usado tradicionalmente, pero debido la oxidación y que es más dificultosa la técnica de montaje con respecto a los nuevos tipos de cañerías, se ha reducido actualmente su uso.

Por otra parte, debe tenerse en cuenta la corrosión electrolítica del hierro, que obliga al uso de juntas dieléctricas en la vinculación con elementos de cobre o aluminio que se emplean normalmente en las unidades terminales.

Las cañerías galvanizadas prácticamente no se usan, porque al ser dificultosa la unión de los caños entre sí mediante soldadura, se debe emplear el empalme roscado y ello no es recomendable en el caso de calefacción, porque al calentarse se dilatan tendiendo a torsionar y aflojar las roscas. Tampoco es usual el empleo de caños de acero inoxidable.

Cañerías de latón

Las cañerías metálicas más empleadas son de latón, denominadas comúnmente hidrobronz, estando constituidas por una aleación de cobre (95%) y zinc (5%). Son fácilmente curvables y se pueden unir mediante soldadura capilar con accesorios diseñados especialmente. Pueden ser de tipo reforzado o especiales de mayor espesor, provistas con extremos para roscar y también con aislación térmica incorporada consistente en una vaina de PVC.

Este tipo de cañería metálica es más recomendable que las de hierro negro, dado que si bien es de mayor costo, la instalación es más simple y no hay tanto peligro de corrosión por mal montaje o eventuales entradas de aire durante la vida útil de la instalación.

COMPONENTES DE LAS CANALIZACIONES 185

En general, se usan muy poco los caños de bronce que constituyen una aleación de cobre (95%) y estaño (5%) y los de cobre se emplean en circuitos frigoríficos.

Caños plásticos

Los caños generalmente utilizados, son del tipo simple o compuestos con aluminio de:

• Polietileno reticulado. • Polipropileno.

Polietileno reticulado

En general, se emplean caños de polietileno reticulado denominados generalmente PEX, es óptimo para la aplicación en estas instalaciones. Su curvatura es sencilla, pero no pueden unirse por termofusión, efectuándose la vinculación en forma mecánica mediante conectores de ajuste a presión.

Polipropileno

El polipropileno tiene temperaturas de fusión y de deformación por calor mayores que el polietileno y es un material más duro y algo menos flexible, pero tiene la ventaja que permite su unión por termofusión.

Existen dos tipos de caños de polipropileno que se diferencian por su estructura molecular, el hopolímero que es más duro y permite el roscado, mientras que el copolímero random es algo más blando y flexible.

En el caso de los caños de plásticos, uno de los problemas es la difusión de oxígeno a través de sus porosidades, que producen no sólo la corrosión de los materiales metálicos que forman parte de la instalación, sino también la generación de burbujas de aire que afectan la circulación. Hasta los 40 ºC este fenómeno es insignificante, pero cuando la temperatura aumenta el efecto de difusión crece en forma exponencial y por ello, para el uso en instalaciones de agua caliente con radiadores se requiere la aplicación de barreras aislantes.

Una de las barreras que se emplean es una capa adhesiva exterior o a veces interior, que actúa como barrera aislante al oxígeno, compuesta por un material etilvinílico (EVAL) insoluble en agua. Sin embargo, como la misma no es del todo segura, una forma más eficiente es el empleo de aluminio configurado en el mismo caño, que además, le proporciona otras propiedades adicionales.

186 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AlRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Tubos compuestos de aluminio

Una alternativa muy recomendable, lo constituye un tubo compuesto de aluminio revestido con polietileno reticulado denominado Pex-AlPex, como se.nrnestra en la figura 1-VI, o también, de aluminio revestido c?npohpropilen_o copolímero random, que se denomina PPR-Al-PPR, que t'.~nen la ven~aJa con respe~to al anterior, de poder unirse por termofus;on. El alumimo le proporciona al conjunto sus propiedades de resistencia estructural, son estancos a la difusión de oxígeno facilita el doblado mantienen la estabilidad de forma. ' y

So': aconsejable~, además, los caños de capas de polipropileno h?,mopohrr.tero o copohmero random con cubierta de aluminio, que tambien permiten la vmculación por termofusión.

Figura 1-VI. Características del tubo de aluminio compuesto (Pex-Al-Pex).

UNIÓN DE LAS CAÑERÍAS

La unión de las cañerías se realiza en obra mediante la utilización de accesorios, que son piezas de conexión diseñadas al efecto. Cuando en una cañería hay que efectuar un cambio de dirección, como norma debe tratarse de doblar el caño antes que usar accesorios. Las uniones soldadas son las más comunes en el montaje.

La termofusión es un medio de unión por soldado muy simple apto en caños de, polipropileno. Se emplea una termofusora donde se introduce simultaneamente el borde exterior del tubo y la superficie interior del acceson.o en unas boquillas, calentándose hasta unos 260 ºC. Est.~ndo calientes ambas piezas, se las une para que se produzca la fuswn molecular de las capas superficiales del material.

Cuando los diámetros son elevados o es dificultoso el acceso se emplea la electrofusión, que consiste en incorporar en el interior de los accesorios de polipropileno unas resistencias eléctricas que generan el calor necesario para la fusión.


La soldadura capilar se emplea en los tubos de latón o cobre, haciendo que un material líquido fundido, pueda penetrar en el espacio capilar que se produce en la unión entre el caño y el accesorio, llenando y hermetizando el intersticio anular. En estas instalaciones debe emplearse la soldadura fuerte, que requiere materiales de aporte más resistentes que la soldadura blanda de estaño. Se usan varillas compuestas por plata o cobre fosforoso, con temperaturas de fusión del orden de los 500 ºC, empleando un soplete con una intensa llama envolvente, para que el accesorio se ponga al rojo y facilitar que el material de aporte penetre por capilaridad.

En los caños de hierro se emplea la soldadura autógena, consistente en la fusión de una varilla metálica que se introduce entre las partes a soldar, pudiendo ser eléctrica cuando se utiliza el calor de un arco voltaico, provocado por una corriente elevada entre el caño y el electrodo constituido por la varilla de soldar u oxiacetilénica cuando el calor es generado por un soplete donde se produce la combustión del oxígeno con el acetileno a una temperatura muy elevada.

El roscado de los caños se realiza generalmente en obra, con herramientas especiales como la terraja, morsas y llaves especiales. El fileteado más corriente es el tipo Whitworth o paso de gas

Las uniones roscadas se emplean en las conexiones de fan-coil, radiadores, bombas, unidades enfriadoras de agua, calderas, etc., para facilitar el montaje o desmontaje, no siendo recomendable la vinculación de caños entre si por roscado, de acuerdo a lo indicado precedentemente.

Accesorios

Los accesorios pueden ser del tipo para roscar provistos con rosca macho o hembra, o lisos para soldar o también mixtos.

En la figura 2-VI, se detallan los accesorios para unir dos caños rectos. Las cuplas son hembras para diámetros iguales y las de reducción, para diferentes diámetros.

En el caso de uniones en cañerías horizontales, conviene que la cupla de reducción sea excéntrica para que no queden las suciedades estancadas en el peralte. Los niples son machos de largo variable destinados a la unión de caños por roscado.

Para el montaje y desmontaje de los elementos de la instalación se emplean las uniones dobles, que están compuestas por dos cuplas una tuerca abrazadera y contratuerca que las vincula.

Se usan también las bridas que constan de dos abrazaderas separadas con una junta elástica, que se vinculan mediante pernos o espárragos y tuercas. Generalmente, se usan en diámetros grandes y empleando juntas dieléctricas para evitar la propagación de corrientes galvánicas.


~~~e Cupla de Cupla d~ , reducción red'!cclon Unlon doble

excentrica n----~

Brida

Figura 2-VI. Accesorios para uniones rectas.

Los accesorios para cambios de dirección pueden ser para 45° 0 90º Y se muestran en la figura 3-VI. Los codos son elementos hembra para curvaturas cerradas y son de radio interior menor O igual a la 3/4 art del diámetro interior. P e

. , Si el radio Ri es mayor se denomina curva, que por su configura-c10n pueden ser macho o hembra, cortas o largas.

~~ Codo 45º Codo 90º

Curva HH Curva MH

Figura 3-VI. Accesorios cambio de dirección.

Los accesorios para los ramales pueden verse en la figura 4-VI Los '!' cuyo ~ombre deriva de su forma, pueden ser a 90º 0 45° ~on

bocas de igual drametro o de reducción. También se usan las crucetas

-----·---- -


cuando se quiere vincular 4 cañerías en un punto de unión, pudiendo reemplazarse por dos T a 90º.

Accesorios a presión T(te) Cruceta

Figura 4-VI. Accesorios para ramales.

Están destinados a vincular caños plásticos entre sí o caños plásticos a otro material mediante rosca. Son piezas de plástico duro o metal con una superficie externa con espigas, que se introducen en forma muy ajustada en los extremos de los caños a unir, comprimiéndose sobre el conjunto un casquillo metálico mediante una pinza especial.

Para la unión de los caños de polietileno reticulado, se suele usar también una vinculación mecánica de casco y anillo, empleando una virola o conector de ajuste a presión, como se detalla en la figura 5-VI.

MONTAJE DE LAS CAÑERÍAS

Inserto Virola caño

Figura 5-VI . Dispositivos de unión mecánica.

En general el montaje de las cañerías se efectúa por los contrapisos, con una adecua.da aislación térmica para evitar pérdidas de calor, permitir su libre dilatación y protegerlas del mortero o elementos agresivos. Conviene siempre que la distriliución sea perimetral y cercana a las paredes evitando trazados diagonales, para facilitar su localización en caso de un eventual deterioro o modificación futura.

Dilatación de las cañerías

La dilatación de una cañería se produce por la variación de temperatura y modifica su longitud, como se ve en la figura 6-VI.

Figura 6-VI. Dilatación de las cañerías.


L final = L inicial + t.L

Dicha variación de longitud t.L, está dada por la ecuación:

t.L = a L t.T

Donde:

.ó..L: dilatación de la cañería, por variación de temperatura (mm). a: coeficiente de dilatación térmica del material (mm/m ºC). L: longitud inicial del caño (m). .ó.T: variación de temperatura de la cañería (ºC).

Algunos coeficientes de dilatación a (mm/m "C) valen:

• Polietileno o polipropileno: 0,15 • Latón o cobre: 0,018 • Hierro 0,012 • Aluminio 0,023

Se observa que el coeficiente de dilatación es mucho mayor en los caños plásticos que en los metálicos. Sin embargo, en los caños plásticos con aluminio, la dilatación del material plástico se conforma al valor del aluminio.

Fijo Deslizante

Figura 7-VI. Tipos de apoyos cañerías.

En el montaje, las cañerías deben disponerse de forma que puedan dilatarse y contraerse libremente. En las cañerías a la vista la fijación a la estructura del edificio se realiza mediante soportes especiales o por medio de grapas fijas o deslizantes para permitir su dilatación, como se indica en la figura 7-VI.

Las variaciones de longitud por efecto de la dilatación suelen absorberse con la misma elasticidad de la red, debido a los cambios de dirección. La sustentación debe permitir la libertad de movimiento en forma correcta, como se observa en la figura 8-VI.

En las cañerías empotradas en los contrapisos se debe evitar una vinculación totalmente rígida que impida las dilataciones, pudiendo utilizarse como empotramiento elástico la misma aislación térmica.

Se pueden usar elementos compensadores de dilatación, conformados por la misma cañería o axiales, de acuerdo a lo detallado en


Incorrecto

Figura 8-VI. Formas de instalación de sujeciones .

la figura 9-VI. La grapa fija debe ubicarse junto a la derivación más cercana.

Grapa fija

Grapa o O deslizante

DtGrapa deslizante

~

_J Grapa $ fija Grapa

O O deslizante

Figura 9-VI. Compensadores de dilatación.

Grapa • • fija

Grapa O O deslizante

Los caños que cruzan muros o juntas de dilatación deben ser colocados dentro uno de mayor diámetro para aislarlo de los movimientos. Se denomina caño camisa, como se observa en la figura 10-VI.

Cañería

0,20m, ro,2om Caño camisa

Junta dilatación L:;::,.,...-==:::¡:...+,-f----' del edificio

Cañería

Figura 10-VI. Cruces de junta de dilatación.


Aislamiento térmico de cañerías

El aislamiento térmico en las cañerías reduce las pérdidas de calor y evita las condensaciones del vapor de agua del aire sobre la superficie de los caños, cuando la temperatura está por debajo del punto de rocío. En zonas frías reduce el peligro del congelamiento que origina tensiones excesivas por el aumento de volumen del hielo y en estos casos, conviene agregar sustancias anticongelantes.

En caños plásticos se usan coberturas tubulares termoaislantes de espumas de polietileno, que se inserta en el tubo y luego se completan las uniones con una cinta autoadhesiva y termoaislante. Otra forma de montaje más común es el uso de lana de vidrio, mineral o poliestireno expandido, etc., en medias cañas, que luego se unen con alambre.

En general, se adoptan aislaciones de 25 mm de espesor cuando las cañerías son interiores y 50 mm cuando están ubicadas en el exterior del edificio.

En las aislaciones térmicas debe tenerse en cuenta una adecuada protección contra la condensación intersticial. En efecto, cuando el agua de la cañería está fría, también lo está el aire de los poros de la aislación y ello genera, que la presión de vapor del aire exterior más caliente lo haga migrar hacia el interíor de la aislación. Cuando el aire en su avance encuentra una temperatura por debajo del punto de rocío, se produce la condensación de su humedad.

Este problema es grave, dado que el agua formada por condensación dentro de los poros, tiene un coeficiente de conductividad térmica 20 veces mayor que el aire seco y además, se produce el deterioro del aislamiento por la generación de microorganismos y putrefacción, dado que el agua es imposible de eliminar.

Por tal motivo, como medida de prevención en todo aislamiento térmico, es necesario colocar en su exterior una barrera de vapor, que consiste en un material de espesor delgado que evite la propagación del aire dentro de la estructura del material aislante. Para ello, se emplean revestimientos asfálticos, cintas plásticas, delgadas chapas de aluminio, hierro galvanizado, etc.

En la figura 11-VI, se detalla el aislamiento típico de una cañería, con media caña de lana de vidrio, con barrera de vapor de chapa de hierro galvanizado o aluminio exterior.

Cabe consignar, que se proveen algunos aislamientos de espumas elastométricas que son impermeables al paso de vapor.


Cañerla

Medias cañas de sección rígida de lana de vidrio

"

Barrera de vapor chapa HºGº o Al 0,5 a0,7mm

Figura 11-VI. Detalle de aislamiento de cañerías.

Pruebas hidráulicas de estanqueidad

193

Todas las redes de tuberías deben ser probadas hidráulicamente a fin de asegurar su estanqueidad, antes de quedar ocultas por las obras

de albañilería. · Para probar las instalaciones de agua, hay que tapar las bocas de

alimentación, ramales, terminales, etc. Se utiliza una bomba manual especial que mediante un pistón y un recipiente con agua produce la presión de prueba necesaria en las cañerías. .

Una vez completada la instalación con todos los artefactos, independientemente de las pruebas parciales que hayan realizado durante el montaje, debe efectuarse una prueba final de estanqueidad de toda _la instalación completa, con una presión de 1,5 a 2 veces la de traba¡o, durante 24 horas como mínimo.

Desagüe del agua de condensación

La humedad extraída por condensación del aire en la parte exterior del serpentín de refrigeración, es recogida en una bandej~ Y d_ebe ser eliminada por cañería a un desagüe, para lo cual, es necesano la mstalación de un sifón en la ubicación adecuada con el fin de:

• Permitir el libre desagüe del agua condensada. • Impedir la entrada del aire por el desagüe. • Obstaculizar la fuga del aire acondicionado. • Evitar el acceso de insectos o polución desde el desagüe de la red.


Debe considerarse, que cuando el serpentín evaporador está antes del ventilador al succionar el aire se genera una presión negativa menor que la atmosférica y si no hay sifón o está mal diseñado, se produce por la cañería de drenaje el ingreso de aire exterior que no permite el desagüe durante el funcionamiento del equipo. Ello da lugar a un aumento de nivel de agua en la bandeja que puede producir su desborde.

Para diseñar el sifón tal como se muestra en la figura 12-VI, como norma práctica, se adopta una altura mínima del sifón del doble de la presión estática originada por el ventilador. Por ejemplo, si el ventilador tiene una presión de 25 mm de columna de agua, la altura del sifón A debería ser como mínimo de 50 mm de altura. '

Bandeja de desagote del condensado

Conexión mínima314"

Sifón

Figura 12-VI. Detalle de aislamiento de cañerías.

Si el equipo no toma aire exterior como un simple split la deshumectación es mínima ya que depende sólo de la humedad interio~ pudiéndose adoptar el diámetro con que viene provista la bandeja. E~ cambio, con la toma de aire exterior se suma la deshumectación de ese aire y se recomienda en tal caso, que el diámetro no sea menor de %".

Los tramos horizontales deben tener una pendiente mínima del 2%, para prever un adecuado desagüe, dado que suele obstruirse por suciedades, no debiendo haber tramos ascendentes o formación de U. Es conveniente aislar el sifón y la cañería de desagüe, porque puede condensar cuando los equipos se colocan en los mismos locales.

ELEMENTOS DEL CIRCUITO HIDRÁULICO

Los elementos más importantes del circuito son:

• Válvulas manuales. • Filtros de agua.


• Vaso de expansión. • Válvulas de desaire. • Bombas circuladoras.

Válvulas manuales

Las válvulas manuales son los elementos destinados al control de la circulación del agua, y pueden estar destinadas a la apertura o cierre del circuito o a regular el caudal transportado.

Cada tipo de válvula posee características particulares de aplicación y los elementos importantes en la selección son los diámetros, caídas de presiones y materiales empleados. Los más utilizados el bronce, hierro fundido, acero, acero inoxidable, aluminio y materiales plásticos.

Las válvulas que generalmente se utilizan, son las siguientes:

• Esclusa. • Globo. • Diafragma. • Esférica. • Mariposa. • Retención.

Válvulas esclusas

Están constituidas por una compuerta móvil que constituye el cierre hidráulico, como se muestra en la figura 13-VI. Cuando están abiertas proporcionan un pasaje casi sin obstrucciones-, prácticamente sin caída de presión.

Cuando se están abriendo o cerrando, originan una rápida alteración de la presión con el peligro de vibración de la compuerta de cierre, de modo que no son recomendables para la regulación del fluido. Se emplean como dispositivo de cierre, por ejemplo, para el montaje o desmontaje de bombas o elementos instalados en by-pass para prevenir casos de fallas o mantenimiento.

Si no funcionan periódicamente tienen el inconveniente que suelen trabarse por acumulación de óxidos y suciedades.

Figura 13-VI.

Válvula esclusa.


Figura 14-VI.

Válvulas globo

Según la forma como van ubicadas en las cañerías se distinguen las de paso angular o recto según el detalle de la figura 14-VI. '

En estas válvulas la caída de presión es mayor que en las esclusas por el cambio de dirección que se origina al paso del fluido, pero la variación de presión es suave en la operación de cerrar o abrir, por lo que son ideales para regulación.

Válvulas a diafragma

Válvulas globo. Constan de un diafragma elástico de goma con tratamiento especial como elemento de cierre

o apertura del flujo del agua, tal cual se detalla en la figura 15-VI.

Figura 15-VI. Válvula a diafragma.

Su principal característica es que no poseen prensa estopa, con imposibilidad de pérdidas por la ubicación del diafragma, siendo recomendables para ubicar en el interior de locales. Son de cierre hermético, mantenimiento sencillo y poseen una adecuada regulación.

Válvulas esféricas

Como su nombre lo indica constan de una esfera ranurada, que al girar produce la apertura o cierre, como se observa en la figura 16-VI. Por su amplia área de pasaje las' pérdidas de carga son mínimas y


requieren poco mantenimiento, con una vida útil prolongada. No son del todo eficientes para regulación del caudal.

Válvulas mariposa

Constan de un disco que rota a 90º, dentro de un cuerpo equivalente a una sección de cañería como se detalla en la figura 17-VI.

Son aplicables en sistemas de cierta envergadura, donde se requiera cierre hermético o adecuado control del caudal de agua.

Válvulas de retención

Están destinadas a que el flujo circulante siga permanentemente una determinada dirección, impidiendo su inversión, según se detalla en la figura 18-VI.

Filtros de agua

Tienen la función de evitar la recirculación de impurezas tales como suciedades, óxidos, etc., que pueden afectar a las bombas, válvulas, instrumentos de medición y otros aparatos de la instalación.

Uno de los filtros más comunes es el llamado Y o canasto, que se muestra en un corte de la figura 19-VI, compuesto de una malla de bronce o acero inoxidable con forma de cartucho, provista con tapa desmontable para la limpieza.

Tanque de expansión

A medida que el agua aumenta de temperatura va ocupando por efecto de la dilatación un mayor volumen, por lo que es necesario en instalaciones de calefacción el montaje de un

Figura 16-VI. Válvula esférica.

Asiento Eje

Figura 17-VI. Válvula mariposa.

Figura 18-VI. Válvula de retención.

Figura 19-VI. Filtro de ajtlla.


recipiente que permita almacenarla. De no ser así, se produciría un aumento de presión en toda la instalación.

Se considera que para un calentamiento del agua desde 10 ºC tomada de la red, hasta 80 ºC, la dilatación es de alrededor del 3% del volumen, de modo que si la instalación tiene una capacidad de 100 litros de agua, al funcionar contiene 103 litros.

La característica del tanque de expansión puede ser de dos tipos, según estén o no en contacto con la atmósfera:

• Abiertos. • Cerrados.

El tanque de expansión abierto está en comunicación con el aire exterior, sometido a la presión atmosférica. Se ubica al nivel superior de la instalación y por lo tanto cumple además la función carga de agua de la instalación, utilizándose para esa función en instalaciones de agua fría. Cuenta con cañerías para provisión de agua con flotante, vaciado y ventilación, para separar el aire arrastrado por el agua y eliminarlo del circuito, como se detalla en la figura 20-VI.

La cañería de carga y expansión se separa del fondo del tanque unos 5 a 10 cm, para que decanten las impurezas del agua de provisión.

Cañería de ventilación

Tapa de inspección

Flotante

Agua

rs!wcm Cañería de carga y expansión

Purga

Figura 20-VI. Esquema de tanque de expansión abierto.


El volumen del tanque de expansión abierto tanto para cañerías de agua caliente o fría, puede calcularse con la fórmula práctica:

V= Q/500

Donde: V: volumen del tanque (litros). Q: capacidad de caldera (kcal/h), o unidad enfriadora de agua (frig/h).

Cuando se vincula la cañería de agua de carga y expansión con la caldera, no se deben colocar válvulas de cierre ya que existe el peligro que pueda llegar a quedar accidentalmente obturada impidiendo la expansión natural del agua.

El tanque de expansión cerrado se emplea para instalaciones de calefacción y consta de un depósito o recipiente metálico, el cual está dividido en dos cámaras separadas por una membrana flexible, como se indica en el detalle esquemático de la figura 21-VI.

Desformación membrana por expansión

Nitrógeno seco

Membrana //lr--t elástica

Agua caliente

Agua+

Figura 21-VI. Detalle esquemático de un vaso de expansión cerrado.

En estos casos, la instalación se llena directamente desde la red de agua de suministro, luego se cierra y funciona como un circuito totalmente hermético. Es empleado para pequeñas instalaciones y generalmente vienen incorporados en calderas murales y bajo mesadas. Debe instalarse asociado a una válvula de seguridad que mediante la expulsión de agua previene los aumentos excesivos de presión, regulándose generalmente a 3 atmósferas. Se pueden mencionar las siguientes ventajas con respecto al vaso abierto:


• No hay no hay agua nueva que ingresa con aire para compensar la evaporación, disminuyendo las suciedades, corrosiones internas y las formaciones de burbujas o bolsas de aire.

• Ocupan pequeños espacios de modo que se instalan junto a la calde~ ra o ya vienen incorporados, facilitando el montaje de la instalación.

• Disminuyen las necesidades de redes de desaire. • No existe peligro de congelamiento del agua en climas muy fríos.

Purgado del aire en las cañerías

El aire que penetra en la instalación como es más liviano que el agua tiende a subir por las cañerías verticales y a depositarse en las partes superiores de la instalación, así como también de los colectores de calderas, unidades enfriadoras, radiadores, etc. y allí se colocan los purgadores. La eliminación del aire en las cañerías se torna difícil si la velocidad del agua es elevada, por lo que su ubicación siempre debe ser donde sea reducida.

Los purgadores de aire pueden ser automáticos o manuales. Los automáticos se basa en la acción de un flotador que desciende o se eleva según haya o no aire, accionando sobre un dispositivo de apertura o cierre. Los grifos manuales se emplean en radiadores y en la parte superior de las cañerías suelen instalarse caños camisa. En la figura 22-VI se indican los detalles de los purgadores descriptos.

No existe aire en la Instalación el flotante es elevado por el empUje del agua cerrando el orificio de salida

SECUENCIA FUNOONAMIENTO PURGADOR .-...J'L__ AUTOMÁTICO 0-1--U

Si hay aire, al ser más liviano ocupa la parte superior, y al bajar el flotante, es evacuado, por el orificio de salida

Grifo de desaire radiador

Figura 22-VI. Detalles esquemáticos de purgadores de aire en cañerías.

----ce------· --------

COMPONENTES DE LAS CANALIZACIONES _ , ce.e.e.e. . 20:r·,

Bombas circuladoras

Se emplean para la circulación del agua y están constituidas normalmente por un cuerpo de fundición y rotores o turbinas, debiendo ser de funcionamiento silencioso y sin trepidaciones.

El acople entre el cuerpo de la bomba propiamente dicha y el motor puede efectuarse mediante un manchón elástico que facilita el mantenimiento, como se muestra en la figura 23-VI.

Motor Descarga Bomba

\ Succión

---------------' Base

Figura 23-VI. Bomba acoplada con manchón elástico.

También se emplean las denominadas monoblok en que la vinculación con el motor es directa, como se ve en la figura 24-VI.

Descarga

Motor

Succión

Base CT·:t::===~fí!J

Figura 24-VI. Bomba monoblok.

Estas bombas se montan sobre bases antivibratorias que pueden consistir en una base de hormigón flotante sobre un elemento antivibratorio que puede ser corcho, fibra de vidrio, goma, etc., de acuerdo a los detalles que se consignan en la figura 25-VI.

202 N. QUADRI • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

En las instalaciones de pequeña o mediana envergadura se u .. zan las bombas autocontenidas, cuyos detalles se indican en la fi tih-. 26-VI, las que se montan directamente a las tuberías mediante gura plamiento elástico. un aco-

.

Junt,,brea 2cm

B 5cm 1

1

A

Planta

Figura 25-VI. Base antivibratoria.

· Figura 26-VI. Bomba autocontenida.


En estas bombas es indispensable que el eje del motor cualquiera sea la orientación de la tubería esté horizontal, no debiendo girar nunca en vacío porque el agua que es la que produce la lubricación. En las calderas murales o bajo mesada estas bombas vienen incorporadas, generalmente con motor de tres velocidades para su regulación.

En instalaciones de cierta envergadura por razones de seguridad operativa es conveniente instalar dos bombas en by-pass, como se indica en la figura 27-VI, dado que si una de ellas falla o debe hacerse el mantenimiento, se dispone de la otra .

UD: Unión doble VE: Válvula esclusa

Figura 27-VI. Bombas en by-pass.

El montaje se efectúa con uniones dobles o eventualmente bridas y válvulas de cierre, para facilitar la operación del reemplazó de la bomba sin afectar el servicio.

La bomba circuladora puede instalarse tanto en el circuito de alimentación como en el de retorno de agua. Generalmente en el caso de calefacción por radiadores suelen montarse en el circuito de retorno, a fin de que trabajen con menor temperatura de agua.

PROYECTO DE LAS CAÑERÍAS DE DISTRIBUCIÓN

Las cañerías, pueden instalarse mediante dos formas básicas:

• Monotubular. • Bitubular.


Instalaciones monotubulares

Estas instalaciones cuentan con una sola cañería conectándose los dispositivos terminales en serie, o sea uno después de otro, y se las emplean en instalaciones de calefacción por radiadores. Los radiadores van recibiendo el agua más fría de los anteriores, como se detalla en la figura 28-VI, por lo que deben compensarse con mayor sección para lograr idéntica capacidad de suministro de calor.

Tenlace

,oe la caldera-+ t

+- A la caldera

t +

VálvulaTde enlace y regulación

Figura 28-VI. Esquema de un circuito monotubular.

t +

La vinculación se efectúa utilizando una pieza T, que actúa como enlace de las cañerías y permite ajustar el caudal de agua que alimenta a los radiadores. Esta válvula en la medida que deja pasar en forma directa parte del agua caliente, disminuye el enfriamiento y posibilita una mejor circulación, pudiendo instalarse una válvula termostática para el control automático.

En nuestro medio prácticamente no se utilizan este tipo de montaje, dado que si bien permiten alguna reducción de la inversión en cañerías, se incrementa el costo por las mayores secciones de radiadores que requiere.


Instalaciones bitubulares

Las instalaciones bitubulares se emplean para calefacción y refrigeración. Las unidades terminales se montan en paralelo y ~uentan c?n dos cañerías, una de alimentación desde la caldera o la unidad enfriadora de agua y otra de retorno a ellas, como se puede observar en el circuito de calefacción por radiadores de la figura 29-VI.

t Alimentación -.

+-Retomo

Figura 29-VI. Esquema de un circuito bitubular.

Según la forma de distribución de los caños de retorno, las instalaciones bitubulares, se pueden clasificar en:

• Retorno directo. • Retorno compensado.

Retorno directo

En esta forma de distribución la longitud de cañerías que recorre el agua de cada circuito cerrado de un fan-coil a la unidad enfriadora es distinto, tal como se observa en la figura 30-VI. En el circuito del fan-coil más cercano al tener el agua menor resistencia, tiende a circular mayor caudal y enfriará más que los que se encuentran más alejados.

Por lo tanto, se necesita una adecuada regulación de la circulación mediante el uso de válvulas de doble reglaje o detentares que son elementos de regulación del agua por parte del instalador, pero se requiere un ajuste permanente porque generalmente el sistema tiende a desequilibrarse.


l iT 1

- -- -Fan•coil individuales - -

- Unidad enfriadora de agua

Figura 30-VI. Esquema de distribución con retorno directo.

En instalaciones de envergadura esta forma de distribución, requiere válvulas reguladoras de caudal en lugares específicos.

Retorno compensado

Se observa en la figura 31-VI, que en esta forma de distribución la longitud de los circuitos cerrados de alimentación y retorno que debe recorrer el agua de la unidad enfriadora a los fan-coil son todos iguales, de modo que tienen la misma resistencia y prácticamente requieren poca regulación. Por ello, en todo proyecto de cañerías, siempre es conveniente tratar de adoptar la distribución con retorno compensado.

Unidad enfriadora de agua

Figura 31-VI. Esquema de distribución con retorno compensado.


Es recomendable la instalación de válvulas que permitan la desvinculación de los equipos, evitando el vaciado total de las cañerías para mantener la instalación en servicio y facilitar el mantenimiento.

Formas de distribución del agua para frío y calor

La distribución de agua fría y caliente en el casos de fan-coil se realiza mediante dos, o tres o cuatro cañerías.

El caso de dos tuberías, se observa en la figura 32-N.

Tanque

~ de carga v expansión

+- Fan-coil

e ,o o

1 r¡i¡

·¡; E ..

Fan-coil ~ o e ! ..

E .. .¡. t ~ ... t ., .. 1:

... ., il ~ e ¡i¡ ., .,

~ o .!!

., o

,l: .!!! .. :, ,l: :p ..

:,

.~~ Enfriadora ->'é

:f de agua

Caldera ,.¡,¡

Figura 32-VI. Distribución de agua mediante un sistema de dos caños.


Se había mencionado en el Capítulo III, que es la forma de montaje más común y económica, pero carece de fiexibilidad cuando se requieren frío o calor simultáneos y que la distribución con tres caños para mejorar la prestación no da resultados satisfactorios.

La distribución con cuatro tubos es la más apropiada para el funcionamiento durante todo el año, ya que cada circuito está conectado en forma separada, de modo que las válvulas regulan la secuencia de operación mediante serpentines independientes para frío y calor. En la figura 33-VI, se muestra un esquema de montaje.

-W.~i,¡J:~-:

o E

! .. "O .. .. e .. ~ <> .. ::, m ..:

::::~~ :,;,~$5 .. .. T anques de carga expansió

V n

.- l --- .- .-

o e -... o

.i f .i t t .. "O

.!! ,l: .. ::,

~

Bomba agua fría

~¡J¡()-¡J¡-¡J¡-

Bomba agua

Fan-coil

Fan-coil 1::_

Enfriadora de agua

.. "O .. :e .. ::,

~

caliente ~ -¡J¡

1~---C-al-de_ra __ ..... l·¡i¡~~ ..... Figura 33-VI. Distribución de agua mediante un sistema de cuatro caños.


CONDUCTOS DE AIRE ACONDICIONADO

Los conductos en cuanto a la velocidad pueden clasificarse en:

• Baja velocidad: hasta 600 m/nrin. • Alta velocidad más de 600 m/min.

La mayoría de las instalaciones comunes se proyectan con conductos de aire a baja velocidad y baja presión, hasta 50 mmca, porque los niveles de ruidos son menores y el montaje es más sencillo. Incluso en los de alta velocidad normalmente los conductos de retorno se diseñan con redes de baja.

Los conductos de aire acondicionado pueden ser de distintos materiales como chapa de hierro galvanizado, aluminio, plástico, mampostería e incluso, prearmados de lana de vidrio o espumas rígidas, que incluyen la aislación térmica .

MONTAJE DE CONDUCTOS DE HIERRO GALVANIZADO

Los conductos de hierro galvanizado son los más utilizados y se los construye rectangulares debido a las características constructivas de la edificación. Los conductos circulares que si bien son ideales para la circulación, originan espacios desaprovechados en los ángulos cuando se los recubre con falsas vigas y por otro lado, no permiten reducir la altura que generalmente es uno de los problemas en el diseño.

Los espesores mínimos de chapa que se emplean en los conductos de baja presión, según las dimensiones del lado mayor, son:

• Hasta 0,75 m chapa BWG Nº 24 o 25, espesor: 0,6 mm= 5 kg/m2 • Desde 0,75 hasta 1,50 m BWG Nº22, espesor. 0,75 mm= 6 kg/m2

A partir de 1 m de lado mayor se colocan refuerzos perimetrales de hierro ángulo o chapa Nº 14 doblada en igual forma. Son ejecutados con pliegues en diagonal de todas sus caras, para aumentar la resistencia, reduciendo las deformaciones y vibraciones y en su unión deben ser sellados herméticamente para evitar pérdidas o fugas y entradas de aire no previstas

La chapa es cortada de acuerdo a los tamaños deseados y unidas por medio de costuras o juntas especiales, según los detalles constructivos que se indican en las figuras 34 y 35-VI.


....:., A Junta simple

~ .. D J:nta angular e Pestaña vertical 8 Junta desli>ante

Figura 34-VI. Detalle de uniones de conductos.

Conducto de distribución

Figura 35-VI. Detalle de construcción de conductos.

La sujeción de los conductos debe efectuarse con soportes adecuados, pudiendo emplearse planchuelas fijadas a la estructura del edificio, de acuerdo al detalle que se consigna en la figura 36-VI. Cuando es necesario modificar la forma de un conducto rectangular se recomienda que la inclinación no supere el 25%, como se muestra en la figura 37cVI y que la reducción del área no sea mayor del 20%, tal como se indica en la figura 38-VI.

Deben cubrirse todas las tuberías y obstáculos circulares de diámetro mayor que 10 cm y todas las formas irregulares de anchura mayor a 8 cm, con una cubierta aerodinámica a fin de evitar turbulencias, tal cual se detalla en la figura 39-VI.

y


~ varilla roscada ---•11

Figura 36-VI. Detalle de fijación de conductos.

Figura 37-VI. Inclinación máxima para transformación conductos.

.., Aire

! Reducción de : area no mayor ! del 20°/o ' ' ' ' '

1....-..J~P-e-ndiente I máxima25%

Figura 38-VI. Reducciones máximas de sección.

211


Pendiente máxima 25% /

~ ~_J

Figura 39-VI. Detalles de protección contra obstáculos.

Si se deben emplazar algunos elementos como una batería de calefacción cuyas dimensiones son mayores que las de conducto la transformación debe realizarse tal como se muestra en la figura 40-VI.

Max Max

.... Aire ~

! Max

Planta

Corte

.... Aire

Figura 40-VI. Forma de montaje de elementos en conductos.

. En el mont_aje de conductos debe evitarse la propagación de vibra-c;ones de las _umdades de tratamiento de aire o equipos de aire acondicwnado, mediante juntas antivibratorias de lona o plástico, tal cual se detalla en la figura 41-VI.


Equipo AA

Junta lona Planchuela o plástico sujeción

~==:::.¡Lona o plástico

Detalle de unión

Base antivibratoria

Figura 41-VI. Juntas antivibratorias en conductos.

213

Toda pieza especial para las derivaciones como curvas o codos, debe ser construida con los mismos espesores indicados para los conductos. Las curvas deben ser de amplio radio, mayor a los 3/4 de la dimensión del conducto en la dirección del giro. Si es igual o menor se denominan codos y se define como codo normal, como se ve en la figura 42-VI, cuando se cumple que:

Ri=%D

Siendo:

Ri: radio de giro interior (cm) . D: diámetro del conducto (cm).

Si no se cumple esa relación el codo debe llevar de uno a tres guiadores, que son elementos de chapa que se extienden en toda su curvatura, como se ve en la figura 43-VI. También pueden emplearse guiadores múltiples.

A fin de evitar turbulencias por la desigual distribución del aire, la derivación de un conducto recto hacia los ramales en el caso de curvas o codos con guiadores, debe estar por lo menos a 3 veces el diámetro o la anchura del conducto, de acuerdo a lo indicado en la figura 44-VI.


o

t

f

Radio exterior Re=Ri+D

i----o,--~

Figura 42-VI. Codo normal.

Figura 43-VI. Detalle de guiadores.

Zona -+ turbulenta

~30 ,¡. Curva o codo con guiadores

Figura 44-VI. Distancia de ramales de derivación.


Aislamiento de conductos

El aislamiento de los conductos de alimentación además de reducir las pérdidas térmicas, evita las condensaciones que se pueden producir y se emplea lana mineral, de vidrio, poliestireno expandido, etc., de 25 mm (1") en el interior o de 50 mm (2") en el exterior. Los conductos de retorno en el interior normalmente no se aislan y los exteriores con 25 mm (1").

Las aislaciones deben ser cubiertas con una barrera de vapor que puede consistir en papel asfáltico o plástico y en lugares a la vista suele emplearse como cobertura exterior chapa de aluminio o HºGº.

CONDUCTOSPREARMADOS

Son construidos en paoeles rígidos de modo de conformar todo un conjunto conducto-aislación, que se vao cortando y uniendo mediante pegamento por tramos y accesorios. Los más comunes están compuestos de fibra de vidrio de alta densidad con una fina chapa de aluminio interior y otra exterior que actúa como barrera de vapor, de acuerdo a los detalles que se observan en la figura 45-VI.

No es recomendable utilizar una opción más económica con un tratamiento interior de capa dura de resina fenólica polimerizada, porque es factible que con el tiempo, pueda producirse algún desprendimiento accidental de la fibra. También se emplean conductos prearmados con un núcleo de espuma rígida de polisociaoato de 20 mm, recubierto en ambas caras con aluminio gofrado.

Recubrimiento exterior de ---c_,....c':C aluminio

Aislamiento de . lana de vidrio

Vista del conducto

Figura 45-VI. Conductos prearmados de lana de vidrio.


Otros conductos empleados son los de plástico f/.exible con alambre de sustentación, para conferirle cierta rigidez mecánica en su conformación, los que se pueden proveer con aislación incorporada.

Generalmente se montan en instalaciones provisorias donde se requiere realizar un sistema de distribución de aire rápido y económico, o cuando se necesitan ejecutar tramos sinuosos en lugares de dificil acceso.

Para su instalación se deben ejecutar cajas de unión o piezas especiales de acople de chapa galvanizada, tal cual se indica en la figura 46-VI.

Caja con persiana de retorno

Caja de descarga con reja

Collares regulación

Figura 46-VI. Detalle de montaje de conductos plásticos flexibles.

CAPÍTULO VII

CÁLCULO DE CAÑERÍAS Y CONDUCTOS

Conceptos básicos

Para calcular los diámetros de las cañerías de agua o los conductos de distribución de aire, teniendo en cuenta las leyes del escurrimiento de fluidos, deben determinarse dos datos fundamentales, que son:

• C: caudal: es la cantidad de fluido medido en volumen, que circula en la unidad de tiempo a través de la sección transversal de una canalización. Se mide en: litro/h, m3/min, etc.

• R: gradiente hidráulico: es la pérdida de pres~ón po~ ~etro, p~r efecto de los frotamientos que se producen en la c1rculac1on del fluido por las canalizaciones y se mide normalmente en milímetro de columna de agua por metro (mmca/m), y equivale a 1 kg!m2.

Además como unidad de presión se usa el metro de columna de agua y el Pas~al (Pa) o el kilopascal (kPa), con la siguiente conversión:

1 mea = 1000 mmca

1 mmca = 10 Pa y 1 mea = 10 kPa.

Para el cálculo se emplean gráficos, tanto para las cañerías de agua como las de aire, con la configuración indicada en la figura 1-VII.


Caudal máximo

.,P<iámetro (bomba o ventilador) principal

/j'\, v:Ocidad de /?n •"' max1ma Caudal de tramos 71 ,,./ · <le cañerías o /

~ conductos /I ~ ,,. o / Diámetros i f tramos /·;~ "' e "'o -" !~

R: Gradiente (mmca/m)

Figura 1-VII. Detalle esquemático grafico de cálculo de canalizaciones.

Método de cálculo de fricción constante

El procedimiento de cálculo de canalizaciones que se denomina de fricción constante, se basa en la suposición de un gradiente hidráulico R (mmca/m) de caída de presión uniforme a Jo largo de toda la canalización.

Ese gradiente se determina en el tramo principal, con el caudal máximo transportado que es el de la bomba o ventilador, fijando una máxima velocidad de circulación, como se observa en el esquema de la figura 1-VII anterior.

Esta velocidad máxima se establece en virtud de razones económicas teniendo en cuenta no superar valores tolerables en cuanto a niveles de ruidos o erosión de las canalizaciones.

De esa manera, se puede determinar el diámetro del tramo principal de la red y allí nace la recta de maniobra, que es un valor de R constante, que permite seleccionar los diámetros de los otros tramos de la canalización, en función de sus caudales circulantes.

Por tal motivo, todos los diámetros de la red estarán determinados sobre esa recta de maniobra (R constante), en función de los caudales transportados por tramo.

La experiencia práctica demuestra que el método de fricción constante es sencillo y sus resultados son satisfactorios, en la medida que las

CÁLCULO DE CANERíAS Y CONDUCTOS 219

presiones requeridas en los elementos de la red de cañerías y conduc~o.s sean relativamente del mismo orden y fundamentalmente, los d1spos1tivos de cesión de calor cuenten con elementos de regulación como válvulas o persianas que permitan ajustar los caudales de los fluidos transportados.

Cálculo de los dispositivos de transportes del fluido

Para determinar la característica de la bomba o el ventilador debe establecerse el caudal y la presión que se debe disponer para producir el movimiento. Esa presión puede estimarse en forma práctica, mediante la ecuación:

H=2LIR+LZ

Donde: H: presión de bomba (mea) o ventilador (mmca). 2 L 1 R: pérdida de carga total por frotamiento de los tramos rectos de cañerías y accesorios del circuitÜ cerrado más desfavorable o más largo de la canalización (mmca). El número 2 surge de considerar que en el circuito, la caída de presión en los accesorios es igual al de los tramos rectos de las cañerías. R: gradiente hidráulico (mmca/m). L 1: sumatoria de la longitud de los tramos rectos del circuito (m). LZ: frotamiento en las resistencias particulares como la unidad enfriadora, caldera, fan-coil, baterías, rejas, persianas. etc. (mmca).

El circuito cerrado más desfavorable generalmente está constituido por los tramos de canalizaciones de alimentación y retorno que une la bomba o ventilador con el dispositivo terminal más alejado.

CÁLCULO DE CAÑERÍAS DE AGUA

El gráfico de cañerías de hierro, que se muestra en la figura 2-VII, se suele emplear en forma práctica para el cálculo de los diversos tipos de caños empleados, teniendo en cuenta que las diferencias de fricción son pequeñas y que se deben adoptar las dimensiones nominales de los caños que varían dentro de un amplio margen.

De todas formas, es necesario siempre tener en cuenta los valores proporcionados por los fabricantes, en tablas o gráficos.


40 50 611 70 80 90

Figura 2-VII. Gráfico de cálculo de cañerías de agua.

CÁLCULO DE CAflERíAS Y CONDUCTOS 221

El caudal de agua puede determinarse mediante las ecuaciones:

• Agua fría para refrigeración : C = Q/5,5 • Agua caliente de calefacción: C = Q/10

Donde: C: caudal (1/h). Q: ganancia de calor en verano y pérdida en invierno (kcal/h}. Los denominadores son las diferencias de temperaturas entre el agua de las cañerías de alimentación y retorno a los dispositivos de enfriamiento o calentamiento, considerado el peso y calor específicos igual a la unidad.

Las velocidades máximas que es conveniente adoptar a la salida de la bomba, para seleccionar una red de cañerías relativamente económica, sin provocar ruidos y erosión, son las sigúientes:

• Agua fría de refrigeración: 0,8 a 1,7 m/seg. • Agua caliente de calefacción: 0,4 a 0,8 m/seg.

Fijada la velocidad de descarga de la bomba y con el caudal máximo, se determina la recta de maniobra de R constante, que permite seleccionar los diámetros de los diversos tramos de la canalización.

Ejemplo de cálculo de cañerías

Supóngase calcular la instalación de cañerías para alimentar cuatro fan-coil con agua fría según el esquema de la figura 3-VII.

Unidad enfriadora de agua

-

!•~Tanque de carga y expansicin

1 2 3 4 2000 1500 1000 500

9 10 11 5001-r-:F,-an-, 1500 .¡. Fan ., 500 .¡, Fan , Fan .t•

coil coíl I coil I coil 1 5001/h 1 5001/h 1 5001/h 1 5001/h

1 121 131 141 1-2..-~0..__L~ºº•-.L-~I

- ..-:: 500 1000 1500 1 '---' 1 Bomba

'-()------ 2:00---------1

Figura 3-VII. Esquema cálculo cañerías.


D~l cálculo de las cargas de refrigeración se determinó que la ganancia de calor que debe extraer cada fan-coil es de 2750 kcal/h p lo tanto, considerando un salto térmico de 5,5 ºC que surge de un ~ or d l. t . , 7 ºC gua e a 1men ac10n a y retorno de 12,5 ºC, el caudal transportado or cada uno de ellos, vale: p

C = Q/5,5 = 2750/5,5 = 500 1/h e/u

Se observa que se han numerado los tramos de cañerías, indicándose los caudales de agua transportada desde cada fan-coil hasta la uni

2000

~ 1500 ~ .. .., :S 1000

~ o 500

1"/

Gradiente R (mmcalm)

Figura 4~VII. Detalle esquemático del procedimiento de cálculo

dad enfriadora. El caudal de la bomba es de 2000 1/h.

Con el gráfico de cálculo de cañerías de la figura 2-VII, anterior, se fi.ja una velocidad de salida máxima de la bomba de 1 m / seg y con ese caudal de 2000 1/h se determina el gradiente constante o recta de maniobra R: 45 mmca / m .

Los diámetros de demás tramos se determinan con su caudal transportado sobre dicha recta.

Se adopta el diámetro más aproximado en más o en menos, se· gún el procedimiento que se detalla en el esquema simplificado de la figura 4-VII y en el cuadro 1-VII se resume el cálculo realizado.

Se destaca que el diámetro mínimo empleado, es de 13 mm.

CUADRO 1-VII. PLANILLA RESUMEN CÁLCULO CAÑERÍAS

Tramo (Nº) Caudal Olh) Diámetros ly8 2000 25 mm (1") 2y7 1500 19 mm (3/4") 3y6 1000 19 mm(3/4")

4, 5, 9, 10,11,12,13 y 14 500 13 mm (1/2")

Cálculo de la bomba circuladora

Se había determinado, que el caudal era de 2000 1/h y la presión eficaz de la bomba Hb, se calcula con la fórmula simplificada:

CÁLCULO DE CAÑERÍAS Y CONDUCTOS 223

En este caso, cuando la longitud de todos los circuitos cerrados son iguales por ser el retorno compensado, se puede considerar que el circuito más desfavorable es el del fan-coil más alejado, compuesto por los tramos 1, 2, 3, 4, 14 y 8, cuyo valor se estima en 30 metros y como el gradiente R es de 45 mmca/m, quedli: \

Hb = 2 :E IR + :EZ = 2 x 30 m x 45 mmca/m + :EZ

Hb = 2700 mmca + :EZ = 2.7 mea+ :EZ

Para calcular la presión de la bomba, debe sumarse la caída de presión Z en mea, compuesta por el fan-coil del circuito más desfavorable y la unidad enfriadora de aire, datos suministrados por los fabricantes.

Suponiendo: Unidad enfriadora: 2,6 mea Fan coil: 1,3 mea

r.z = 3,9 mea

De modo que, la bomba es de: Hb = 2,7 + 3,9 mea= 6,6 mea De esa manera, con el caudal de 2000 1/h y la presión de 6,6 mea,

se especifica el modelo de bomba circuladora a utilizar.

CÁLCULO DE CONDUCTOS DE AIRE

Para el cálculo de los conductos de chapa de hierro galvanizado para aire acondicionado o ventilación, se emplea el ábaco de la figura 5-VII, donde se establece la relación entre el caudal de aire (m3/min) y el gradiente R (mmca/m), para una determinada velocidad de circulación (m/min) y el diámetro del conducto (cm).

Este gráfico se puede emplear en forma práctica para los diversos tipos de conductos empleados, teniendo en cuenta que las diferencias de fricción son pequeñas y están dentro de las aproximaciones que se pueden obtener. El caudal" de aire en circulación puede determinarse mediante las siguientes ecuaciones:

• Aire frío para verano: C = Qsi/170 • Aire caliente para invierno : C = Qtl510

Donde: C: caudal de aire a circular (m3/min). Qsi o Qt: calores sensibles de ganancia interior en verano o pérdidas por transmisión en invierno (kcal/h).


1.lito.fti.~~~~~~~~~~~LUJ..Cill 0.15 0.2 0.3 0,4 0.5 0.7

Gradiente (mmca/m)

Figura 5-VII. Gráfico de cálculo de conductos.

CÁLCULO DE CAÑERíAS Y CONDUCTOS 225

Los denominadores son factores, que surgen de las difere~cias de temperaturas entre el aire de retorno y alimentación en el local, el peso y

calor específicos del aire.

El caso de aire acondicionado de verano e invierno se debe calcular

el caudal con la fórmula de verano. Las velocidades máximas a la salida del ventilador que se adoptan

para permitir seleccionar una red de conductos relativamente económica, sin provocar ruidos y erosión, son las siguientes:

• Locales industriales: 500 m/min. • Oficinas de personal: 300 a 450 rn/min. • Oficinas individuales y viviendas: 300 m/min. • Bibliotecas y locales donde se necesite silencio: 250 m/min.

En general, para velocidades superiores a los 500 m/min debe analizarse la necesidad de instalación de trampas de sonidos, para evitar la propagación del ruido del ventilador por la red de conductos.

Fijada la velocidad de descarga del ventilador y con el caudal máximo se determina la recta de maniobra de R constante, que permite seleccionar los diversos tramos de la canalización.

Ejemplo de cálculo de conductos

Supóngase calcular la red de conductos, para un equipo compacto de aire acondicionado tipo roof-top, según el esquema de la figura 6-Vll,

--· llllllII !2148 mmn !3136 llllllII (4124 llllllII 15112 mmn <!>46 q,42 $38 <1>27 60x30 50x30 35"30 20x30

Local oficina de personal

Figura 6-VIL Esquema de cálculo de conductos.


que corresponde a la oficina de personal en la que se efectuó el cálculo de las cargas de aire acondicionado en el Capítulo I.

En el cálculo de las cargas se obtuvo una ganancia de calor sensible interior de 9802 kcal/h y por lo tanto, el caudal a circular valdrá:

C = Qsi/170 = 9802/170 = 60m3/min

Se han adoptado cinco rejas, de modo que cada una tiene un caudal de 12 m3/min, cuyas dimensiones son de 60 x 15 cm de acuerdo al cálculo realizad.o en el Capítulo IV:

En el detalle, se han numerado los tramos de conductos, indicándose los caudales de aire-transportado desde cada reja, hasta el equipo

de aire acondicionado. El caudal del ventilador del equipo es de

0,05 Gradiente R (mmca/m) ·

Figura 7-VII. Detalle esquemático del procedimiento de cálculo.

60m3/min. Con el gráfico de cálculo de

conductos de la figura 5-VII anterior, se fija una velocidad máxima de salida del ventilador de 300 m I min que es adecuada para ese local y con ese caudal, se establece el gradiente constante o recta de maniobra R = 0,05 mmca/m y los diámetros de todos los tramos de la instalación se determinan sobre dicha recta en base al valor del caudal transportado, según el procedimiento que se detalla en el esquema de la figura 7 -VIL

En la práctica, suelen utili-zarse secciones de conductos rec

tangulares para reducir la altura y facilitar su instalación, para ello existe un ábaco de conversión que permite pasar del conducto circular a otro rectangular o cuadrado equivalente, incluido como figura 8-VII. Las medidas de los cuadrados, están indicados sobre la diagonal.

CÁLCULO DE CANER!As Y CONDUCTOS 227

500..-~~,.......ü't""~~q--,r,;:-roT"<¡""'1~T"rr-"r---,--,-T1"Til

400

300 2501--~~~~~~d\'d\'~k't---N-'\-""-i\"l.:N'\fli:f'i.:""!:---i--i-r-r-n ~oP...~~d-\d\:!Vl~'lN~~d-\:-\;'~~'t'l¡k--'~,;i-t-i--t-tl 1501\..-....:-..J-:'-...-J-c\l--\d-~~J,,.~~~~~~~"-""-'k'~~~ti-t-ti

2 3

Lado del conducto (b) cm

Figura 8-VII. Ábaco para conversión de conductos circulares en rectangulares o cuadrados.


De esa manera, teniendo en cuenta que el alto del local era de 3 m se establece una altura uniforme de los conductos de 30 cm y se obtienen las dimensiones que se indican el detalle esquemático del procedimiento, consignado en la figura 9-VII

e 601+----',---'---'<--'l ,!!. a1 so, .... ___ _,,_ ...... __, o ,:, j 351•411-------''<--'l.

30 LadoA(cm)

Figura 9-VII. Detalle esquemático de conversión de medidas de conductos.

En el cuadro 2-VII, se resumen los resultados del cálculo.

Cuadro 2-VII. PLANILLA RESUMEN CÁLCULO CONDUCTOS

Tramo Caudal Longitud Diámetros Dimensiones (Nº) (m3/min)) (m) (cm) (cm)

1 60 4 50 70x30

2 48 2 46 60x30

3 36 2 42 50x30

4 24 2 36 35 X 30

5 12 2 27 20x30

6 60 3 50 70x30

I:1=15m

CÁLCULO DE CAÑERíAS Y CONDUCTOS 229

Verificación de la contrapresión del ventilador

El caudal es de 60 m3/min y la presión eficaz del ventilador Hv, se calcula con la fórmula simplificada:

Hv = 2 I:IR+ I:Z

Donde: Hv: presión que debe vencer el ventilador. En los equipos de aire acondicionado el fabricante debe dar los datos de la presión disponible del ventilador, destinada a la red de conductos. (mmca). 2 :E 1 R: es la pérdida de carga total de los tramos rectos de conductos y accesorios, del circuito más desfavorable o más largo (mm.ca). I:Z: frotamiento en las resistencias particulares, ubicadas fuera de la red de conductos propiamente dicha (mmca)

Los valores de Z, para los cálculos prácticos, pueden estimarse en de acuerdo a lo consignado en el cuadro 3-VII.

CUADRO 3-VII. CAíDAS DE PRESIÓN DE ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE

Elemento Caída de presión

(mmca)

Rejas de alimentación y difusores 2

Rejas de retorno 1

Persianas fijas o regulables 1.5

Plenos 1

Filtros de aire comunes 5

Baterías 1,5 a 2,5 por hilera

Supóngase que el equipo tiene disponible en el ventilador para gastar en la red de conductos, una presión Hv de 10 mmca.

Considerando que la longitud del circuito cerrado más desfavorable, compuesto por los tramos 1, 2, 3, 4, 5 y 6 es de 15m, y que el gradiente R constante en el gráfico, es de 0,05 mmca/m queda:

Hv = 2I: 1 R + I:Z = 2 x 15 x 0,05 + I:.Z = 1,5 mmca + I:.Z


La pérdida de presión Z, según la tabla del cuadro 3-VII valen:

Reja de alimentación (última): 2 mmca Reja de retomo: 1 mmca Persiana regulable retorno: 1,5 mm.ca Pleno de mezcla: r mmca

Total ~z: 5,5 mmca

Hv = :E 2 1 R + :E Z = 1,5 + 5,5 = 7 mmca

Verifica c?n un_ cierto margen_ de seguridad, dado que es menor que los 10 mmca drspomble en el ventilador de equipo.

CAPÍTULO VIII

ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE Y VENTILACIÓN MECÁNICA

Componentes de las instalaciones

Además de los conductos descriptos precedentemente, los elementos básicos que se emplean en las instalaciones de aire acondicionado o ventilación mecánica para la distribución del aire, son los siguientes:

• Ventiladores. • Persianas fijas o regulables. • Filtros de aire.

VENTILADORES

El ventilador es una máquina accionada por un motor que convierte su energía de rotación en incremento de presión, destinado a mover un caudal de aire determinado. Se los clasifica en:

• Centrífugos. • Axiales.


Ventiladores centrífugos

En el ventilador centrífugo el aire circula radialmente por medio de un rotor o turbina, el que se halla incluido dentro de un envolvente en

Figura 1-VIII. Ventilador centrífugo.

forma de caracol, siendo descargado por acción centrífuga y de allí surge el nombre que lo caracteriza. El aire se mueve según una trayectoria que adquiere un giro de 90 grados, de modo que entra con dirección coincidente con la del eje de giro del rotor y sale perpendicularmente a ésta, como se indica en la figura 1-VIII.

El ventilador centrífugo se utiliza en la generalidad de las aplicaciones específicas de aire acondicionado, en virtud de su amplio margen de funcionamiento, alto rendimiento y presiones relativamente elevadas

que los hacen aptos para vencer el frotamiento de los elementos qu~ intervienen en la red de conductos.

Pueden ser de simple entrada con una sola boca de aspiración lateral, como el indicado en la figura 1-VIII anterior, o doble entrada que cuentan con dos bocas a ambos lados del rotor. Los primeros, son denominados SASE simple ancho simple entrada y se ubican fuera del recinto de 1~ unidad de tratamiento de aire, mientras que los segundos se denomman DADE doble ancho doble entrada, instalándose dentro del gabinete de la misma.

La principal característica que distingue a los ventiladores centrífug~s es la forma de inclinación de las paletas del rotor, que originan d1stmtos impulsos que conforman la dirección del flujo de aire. Los tipos de paletas empleadas, se muestran en la figura 2-VIII, pudiendo ser:

• Curvadas hacia adelante. • Curvadas hacia atrás. • Radiales.

Los ventiladores multipala están constituidos por numerosas paletas angost':s cu;vadas hacia adelante, siendo su ventaja principal la de ser muy silencrnsos y por tal motivo, se utilizan generalmente en los equipos de aire acondicionado.

En estos ventiladores si la contrapresión en la distribución del aire es menor que la calculada, la potencia absorbida por el motor sube rápi-

ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN DEL AIRE Y VENTILACIÓN MECÁNICA 233

.,,_ .,,_ Múltiples paletas curvadas hacia adelante (multipalas)

Paletas radiales

-'-''-'-'\·--- .,,_ Paletas curvadas hacia atrás

Figura 2-VIII. Tipos de paleta de los rotores.

damente por lo que no deben sobredimensionarse, evitando en su operación el cierre o aperturas bruscas de persianas.

Los ventiladores de aletas curvadas hacia atrás se emplean en instalaciones de ventilación mecánica o aire acondicionado de cierta envergadura, permitiendo una buena regulación del caudal suministrado, pero son algo ruidosos. Estos rotores son autolimitantes de potencia, por cuanto si el caudal aumenta por una disminución de la resistencia, la potencia no sube más de un valor máximo determinado. Dentro de este tipo están los airfoil con perfil de alas de avión.

Los ventiladores de aletas radiales tienen una característica de funcionamiento intermedia entre los dos anteriores. Son algo ruidosos, empleándose generalmente para ventilación industrial, en lugares con partículas en suspensión por su propiedad de ser autolimpiable.

Ventiladores axiales

Los ventiladores axiales son aquellos que mueven el aire en una dirección coincidente con la del eje de giro del rotor o hélice, provocando un flujo axial y se clasifican en dos tipos básicos por sus características funcionales, según se ve en la figura 3-VIII.

• Helicoidales. • · Axiales propiamente dicho.

Los helicoidales se denominan así porque el flujo de aire de descarga tiene una trayectoria helicoidal o en forma de tirabuzón debido a la forma de sus paletas. Son de palas anchas con gran superficie de empuje, empleándose generalmente para extracción de aire a boca libre, o sea sin conductos u otras aplicaciones donde la resistencia que se requiere es muy baja.


Helicoidal Axial

Figura 3-VIII. Vista de ventilador helicoidal y axial.

Los ventiladores axiales propiamente dicho son de palas más angostas y alcanzan presiones mayores. En el cuadro 1-VIII, se indican sus características, capacidades y consumos eléctricos aproximados.

Cuadro 1-VIII. CARACTERÍSTICAS DE VENTILADORES AXIALES

Diámetro (cm) RPM Caudal (m3/min) Potencia: Watt

25 1400 14 60 900 20 50

30 1400 30 80

900 40 90 40

1400 55 150

45 900 65 130

1400 100 370 60 900 160 500

Existen ventiladores axiales de funcionamiento reversible de modo que pueden utilizarse como extractores o impulsores indistint~mente.

Acoplamiento de motores

. Tanto los ventiladores centrífugos como los axiales se pueden vmcular al motor, mediante:

• Acoplamiento directo. • Transmisión.


En el acoplamiento directo el montaje del rotor se efectúa sobre el eje propio del motor y en estos casos, ]as velocidades de giro de los ventiladores son las mismas que la de los motores que los mueven.

Ventilador \1rifugo

Correas ' Motor

Figura 4-VIII. Acoplamiento con poleas y correas.

En el acoplamiento por transmisión los rotores están montados sobre ejes auxiliares que pueden girar a velocidades muy diversas, eligiendo la relación de transmisión que convenga mediante poleas y correas, como se muestra en la figura 4-VIII.

Por razones de seguridad a las personas se debe proteger el acceso a las correas y poleas con una malla de alambre tejido.

Ventiladores de diseño especial

Entre los ventiladores de diseño especial, se pueden mencionar:

• Extractores de techo. • Centrífugos de flujo axial. • Plenun fans.

Extractores de techo

Pueden ser axiales o centrífugos y en ambos casos, el aire entra en dirección coincidente con la del eje de giro y es conducido al exterior por una capota denominada hongo o paraguas en un cambio de trayectoria de 180º, según el detalle de la figura 5-VIII.

Centrífugos de flujo axial

Figura 5-VIII. Detalle extractor de techo.

Como se observa en la figura 6-VIII, el aire entra al ventilador y sale del mismo con idéntico sentido aunque en el interior de la caja se


Motor

Figura 6-VIII. Ventilador centrífugo de flujo axial.

producen cambios de dirección, pudiendo ser de acople directo al motor o mediante correas y poleas.

Plenumfans

Son ventiladores sin envolvente sobre el rotor, donde el aire es canalizado por los elementos aspirantes e impulsado por el rotor a un pleno para la distribución. Es una alternativa para instalar en unidades de tratamiento de aire, pudiendo ser a

transmisión o de acople directo, como se detalla en la figura 7-VIII.

Pleno de unidad de •] • tratamiento 'I >-

Fl ,-- I',,-,

I • .. ·-·-·- S· . i ·- - •/ ' i o - ir°'"' • • 7 . . -

Figura 7-VIII. Detalle de plenum-fan.

PERSIANAS

Las persianas son construidas generalmente de chapa de hierro galvanizado, montadas en un armazón de hierro perfilado y pueden ser de dos tipos:

• Fijas tipo celosía. • Regulables.

Las persianas fijas tipo celosía pueden llevar una protección denominada antipájaro de alambre tejido exterior de malla chica y en la figura 8-VIII, se indica un detalle de sus características típicas.


Las persianas regulables deben ser provistas con palanca de cómodo accionamiento manual y movimiento suave, sobre bujes de bronce y para aumentar su hermeticidad de cierre se pueden colocan bordes de neopreno en todas las aletas.

Cuando se las instalan en los plenos de las unidades de tratamiento de aire se le colocan indicaciones del porcentaje de apertura, tanto en la toma de aire exterior como en el retorno

Según se observa en los esquemas de la figura 9-VIII, de acuerdo al sistema de cierre las aletas de las persianas regulables pueden ser:

• En paralelo. • Opuestas.

Las aletas en paralelo son adecuadas para sistemas de regulación todo-nada y las aletas opuestas para sistemas de regulación proporcional, por su mayor rapidez de respuesta y pérdida de carga y son las que se aplican generalmente en el caso de persianas modulantes motorizadas intercaladas en conductos o en las compuertas de regulación.

Las dimensiones de las persianas, se calculan con la ecuación:

A=CN

Donde: A: área transversal de la persiana (m2)

C: caudal de aire de ventilación (m3/min).

V: velocidad sobre el área transversal de la persiana (m/min).

Aletas chapa HºGº 24

Marco chapa ~ HºGº22 • ~

Figura 8-VIII. Persiana fija tipo celosía.

Aletas en paralelo

t

Aletas opuestas

Figura 9-VIII. Esquemas de persianas regulables.

238 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AlRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

La velocidad sobre el área transversal se establece normalmente entre 250 a 300 m/min.

Por ejemplo, supóngase dimensionar una persiana regulable para el control de un caudal circulatorio de 60 m3/min, del ejemplo de cálculo de conductos del capítulo VII. Si se fija una velocidad transversal de 300 m/min, con la ecuación anterior queda:

A= CN = 60 (m3/min)/300(m/min) = 0,20 m2

De ese modo, de acuerdo a la disponibilidad de espacio se puede adoptar una persiana regulable de 30 x 70 cm.

FILTROS DE AIRE

La eliminación de las impurezas es una función que se debe cumplir para mejorar la condición del aire interior y para proteger al propio equipamiento de las partículas de polvo atmosférico provenientes del aire exterior.

Debe destacarse que en general, los filtros de aire comunes no están destinados a reducir la polución en los locales como la producida por el humo de tabaco, transpiración, respiración, etc.

Existen dos tipos básicos de filtros, los mecánicos que son los más empleados y recolectan el polvo en un medio filtrante de fibras o mallas que pueden ser de superficie plana o extendida, y los electrostáticos que aplican un campo magnético para la retención.

Filtros de superficie plaua

Son los filtros de uso común, pudiéndose mencionar:

• Metálicos. • Fibras. • Poliuretano.

Los filtros metálicos están compuestos por una serie de 7 o más mallas de alambre superpuestas, embebidas en un medio viscoso como aceite mineral. El aire conteniendo polvo circula a través del entramado cambiando continuamente de dirección y cuando la partícula choca con la malla rígida, queda adherida al medio viscoso. Son filtros lavables pero el mantenimiento representa un trabajo engorroso, por lo que prácticamente han dejado de utilizarse.

ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN DEL AlRE Y VENTILACIÓN MECÁNICA 239

Los filtros de fibra están formados por filamentos largos y continuos unidos con adhesivos para incrementar su retención, formando un panel elástico y resistente con una estructura laberíntica de una densidad que aumenta progresivamente en el sentido del avance del aire, lo que hace que las partículas más gruesas queden retenidas sobre la superficie y las más finas en su interior.

Generalmente se utiliza como material las fibras de lana de vidrio, pero existe el riesgo que en caso de producirse accidentalmente desprendimientos y al ser arrastradas por el aire afecten a los pulmones de las personas al inhalarlas, por lo que es recomendable el empleo de fibras sintéticas de poliéster u otras, como el polipropileno o el nylon.

Los filtros de fibras son desechables después de su utilización y vienen provistos con marco de cartón con refuerzos para darle rigidez, como se muestra en la figura 10-VIII

Figura 10-VIII. Filtro estándar de fibras.

Son de baja resistencia al pasaje de aire, construyéndose en las mismas medidas estándar de 50 x 50x 5 cm de espesor o proveyéndose en rollos que se montan en portafiltros constituidos por armazones metálicos.

Los filtros de poliuretano son de muy baja eficiencia, son del tipo lavable y se aplican en equipos pequeños con el objeto principal de proteger la batería de refrigeración y el ventilador de las suciedades.

Filtros de superficie extendida

En los filtros de superficie extendida el área del medio filtrante es mayor que la del mismo filtro y según las características constructivas se pueden clasificar en:


• Plisados. • De bolsa. • Absolutos.

Los filtros plisados son de mediana eficiencia y descartables y están compuestos por fibras de algodón reforzadas con sintéticas, plegados de modo de alcanzar una superficie filtrante de alrededor de 4 veces su área frontal. Toda su superficie es soportada y adherida a una malla de alambre soldado, según se indica en el detalle de la figura 11-VIII.

Figura 11-VIIL Detalle del filtro plisado.

Se emplean en unidades de aire acondicionado de centros de cómputos, fábricas, casetas de pintura, hospitales, centrales telefónicas y como prefiltros para los filtros absolutos.

Los filtros de bolsa están compuestos por un manto filtrante compacto de superficie extendida, constituidos por fibras de vidrio o sintéticas ultrafinas mezcladas con un aditivo especial. Se ejecuta en varios colores según su eficiencia y mediante el plegado, forman bolsas individuales sustentadas en un marco rígido, según se indica en la figura 12-VIII.

El marco es metálico o de cartón de alta resistencia y se adhiere firmemente en su perímetro interno al medio filtrante, para eliminar cualquier posibilidad de fugas de aire sin filtrar.

Son filtros de gran eficiencia y se emplean en sistemas de aire acondicionado especiales, laboratorios, industria alimenticia, automotriz, etc.

Los filtros absolutos, denominados HEPA (High Efficiency Particulate Arrestance), son filtros de superficie extendida desechables


Figura 12-VIIL Filtro de bolsa.

con un marco rígido. Son conocidos como absolutos debido a que su eficiencia es prácticamente total para las partículas de polvo.

El filtro está construido con fibras de vidrio o sintéticas ultrafinas en su mayoría de diámetro inferior a 1 micrón, que forman una tela que es plegada y espaciada por separadores que generalmente son de aluminio, como se muestra en la figura 13-VIII.

Se emplean en la manufactura de microelectrónicos, así como para uso médico, salas de terapia intensiva y de recuperación.

Marco

Tela filtrante

Separadores corrugados

Detalle de separadores

Figura 13-VIII. Filtro absoluto HEPA

Para preservar la vida útil de un Filtro HEPA es importante la utilización de prefiltros, generalmente del tipo plisado.


Filtros electrostáticos

Estos filtros se basan en aprovechar los campos electromagnéticos para extraer los contaminantes de una corriente de aire y sus características, se indican en la figura 14-VIII.

1 1 Aire , < t \ t t "d'''I +I

con amina o ' '- ' 1 1c • ,,,. y

........ ~' 1 -,

', ',,. , Partículas ::3• + 1 colectadas

Aire filtrado

• //:~.~:/í: \ , zii-¡¡;;;;::_:::i, e:> 1 1 \ Electrodo 12000 V

Figura 14-VIII. Principio funcionamiento filtros electrostáticos.

Se observa que se cargan positivamente las partículas del aire en un campo electromagnético de un potencial de aproximadamente 12000 volts. Luego se disponen unos electrodos de placas o rejillas también positivos que las repelen, haciendo que sean atraídas por electrodos negativos especialmente diseñados para recoger el polvo.

Se utilizan en instalaciones en la que se requiere un alto grado de filtrado, dado que son de alta eficiencia y pueden incluso extraer partículas de contaminantes muy pequeños, humo de tabaco, nieblas, etc. Pueden completarse con filtros de carbón activado o lámparas germicidas para remover olores y destrucción de bacterias.

Diseño de los filtros de aire

En el gráfico de la figura 15-VIII, se indican los alcances de los distintos tipos de filtros.

Se observa que los filtros comunes normalmente utilizados en las unidades de tratamiento de aire o equipos de aire acondicionado, sólo eliminan las partículas grandes del polvo ambiental y no son efectivos ante los contaminantes, por lo que el medio más eficiente consiste en el ingreso de aire nuevo y puro para diluirlos.

Para elegir el filtro más adecuado, es necesario tener en cuenta los siguientes factores:


001 o. 0,005 0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100 1000

Pelos J

1 Bacterias 1

1 1 1

Polvo ambiental

Humo combustión 1 Polen 1

Humo de trabaco

Insecticidas 1 .. --------- ---1-------- ·--------- --- ------- -- ------- -· - -- --

0,001 0,005 0.01

Filtros de alta eficiencia

Filtros electrostáticos

0,05 0,1 0,5 1 Micrones

5

Filtros comunes

10 50 100 1000

Figura 15-VIII. Alcance de los tipos de filtros.

• Eficiencia gravirnétrica o arrestancia. • Eficiencia atmosférica. • Caída de presión.

La eficiencia gravimétrica o arrestancia representa e_I p?r_centaje retenido en peso por un filtro en un ensayo con un polvo smtetico normalizado. Sin embargo, como esas partículas son _en ge~eral mayores que la del polvo atmosférico, normalmente ese índice es siempre mayor

que el real. - · 't · del 90'!! De esa manera, un filtro con una eficien~~a grav1me nea . o

puede ser de poca utilidad, para una instalac10:1 donde se necesite un alto grado de limpieza de partículas muy pequenas., . fi . .

Por tal motivo, es conveniente verificar el indice de e_ ~ciencia atmosférica, que representa la eficiencia del filtr~ con relac10n a su capacidad para eliminar partículas muy finas del ai~e.

Para instalaciones de ventilación o aire acond1c7onado comunes de confort para uso residencial u oficinas, suele e~p~c1ficarse una arrestancia O eficiencia gravimétrica de 90% y atmosferzca del 40%.


!-'.ª ~aída de p,:esión o resistencia que es creada por un filtro tiene tambien importancia, dado que cuanto mayor es la misma, más elevad es la cantidad de energía que se requiere para desplazar el aire. a En los filtros de alta eficiencia se trata de compensar en cierta medid la caída de presión, utilizándose en forma plegada para disminuir la velocidad del aire que lo atraviesa y consecuentemente su resistencia.ª

En general, las resistencias típicas iniciales de los filtros comunes varían desde 5 a 10 mmca para utilizarse con equipos compactos estándar, hasta de 25 mmca o más en filtros de alta eficiencia como los HEPA que normalmente requieren ventiladores especiales. '

En general, p_ara el diseño de los filtros comunes se adopta una velocidad de pasa;e del aire a través de la superficie frontal de 100 m I min que es lo bastante baja como para reducir la caída de presión y que no se produzca un rápido ensuciamiento.

De esa forma, la sección transversal de la batería de filtros se calcula con la fórmula:

A=CN

Donde:

Ejemplo

A: área transversal del filtro (m2). C: caudal de aire que atraviesan los filtros (m3/min). V: velocidad del aire (m/min).

Supóngase que el caudal de aire a circular es de 50 m3/min. La secc10n transversal de los filtros a instalar fijando una velocidad de 100 m/min, es de:

A= CN = 50/100 = 0,5 m2

Si se utilizan filtros estándar desechables de fibras sintéticas de 50 x 50 cm o sea 0,25 m2, se deben colocar 2 filtros en un portafiltro de 0,50x 1 m.

. Generalmente, en las unidades de tratamiento o manejadoras de arre los filtros planos se montan formando baterías o paneles y cuando la limitación del espacio es grande, se suele aumentar la superficie disponiendo los paneles en forma de V o W.

La distribución uniforme del aire que atraviesa una batería de filtro es de gran importancia, debiéndose evitar excesivas velocidades en algunos de ellos que provoquen una desigual suciedad aumentando innecesariamente la potencia requerida por el ventilador.'


INSTALACIONES DE VENTILACIÓN MECÁNICA

La ventilación es un proceso destinado a mejorar la calidad del aire interior de un local mediante su renovación permane~te, reemplazándolo con igual cantidad de aire puro obtenido del exterior.

Las necesidades de una instalación de ventilación mecánica para asegurar una uniforme distribución del aire nuevo en los locales y mantener sus condiciones de pureza, están determinadas fundamentalmente por las siguientes causas:

• Exhalaciones orgánicas como el anhídrido carbónico y vapor de agua producidas por la respiración y transpiración humanas.

• Producción de olores y humo de tabaco. • Generación de calor por parte del cuerpo humano y por los artefactos

de iluminación. • Aumento de temperatura por transformación de cualquier forma de

energía en calor. • Disipación de gases de la combustión dentro del local por parte de

artefactos de calefacción. • Emanación de gases y contaminantes así como partículas en suspen

sión provenientes de procesos industriales.

Por tal motivo, las fábricas o locales donde se aglomera el público donde hay producción de olores, polvo y materiales en suspensión, vapores humos y gases, aire demasiado caliente o húmedo, deben estar dotado; de estas instalaciones que pueden o encontrarse incluidas dentro de las de aire acondicionado o ser independientes y exclusivas para ese fin.

Criterio para selección de ventiladores

En general, los ventiladores axiales están destinados a mover grandes caudales a boca libre porque tienen escasa capacida_d de generar presión y su entorno de trabajo es de 5 a 10 mmca, no siendo recomendados para vencer mayores presiones porque reqmeren velocidades periféricas altas que los convierten en muy ruidosos. . .

En un caso eventual de montaje con conductos, no deben considerarse grandes longitudes y su diámetro debe ser igual o ma?or qu~ la medida de las palas del ventilador y el mejor resultado se obtiene fiJando el extractor al extremo del conducto y extrayendo de él.

Los diversos márgenes de capacidades y niveles de ruido, están en función de las revoluciones por minuto del ventilador. En general, como norma práctica conviene que las revoluciones no superen las 900 RPM. si


se desea un ventilador axial relativamente silencioso y donde es determinante el nivel de ruidos, deben montarse sobre elementos antivibratorios.

Los ventiladores centrífugos son de instalación más complicada pero sirven para vencer presiones mayores, clasificándose como de baja presión hasta los 50 mmca y si se requiera bajo nivel de ruido se debe optar por el de palas curvadas hacia adelante o multipalas, pero deben trabajar en la maniobra a una presión constante para no sobrecargar el motor.

Si no interesa demasiado el ruido o si éste puede amortiguarse por algún medio, es preferible elegir los de palas curvas hacia atrás.

TIPOS DE INSTALACIONES

Las instalaciones de ventilación mecánica deben ser capaces de suministrar la cantidad de aire nuevo adecuado, sin considerar el que puede provenir de las aberturas para la ventilación natural y se pueden clasificar según el método o forma de renovación del aire utilizado, en:

• Extracción. • Impulsión. • Mixto.

Método de extracción

En este caso, los ventiladores toman el aire del espacio a ventilar y lo desalojan hacia fuera, siendo reemplazado por igual cantidad de aire exterior que entra por aberturas practicadas al efecto, de acuerdo al detalle de la figura 16-VIII.

Se origina una leve depresión por lo que se aplica para cuando se desea que el aire del local no pase a las habitaciones vecinas. Es el caso de cocinas, baños y lugares con emanaciones nocivas.

Método de impulsión

Mediante este método el ventilador toma el aire de afuera y lo impulsa hacia la habitación o local, como se ve en la figura 17-VIII.

Esta manera de ventilar genera una sobrepresión en el local lo que obliga al aire a salir a través de las persianas de descarga. Se aplica cuando se quiere que el aire no penetre en el local por fisuras o juntas de ventanas o puertas, por problemas de polvo o por contaminantes.


Ventilador de techo ....--... ;w .. ,~~~~J T ll~~~fi\'C"m:~~u:

Entrada de aire ..

... Salida de aire

Local

Entrada de aire ..

Figura 16-VIII. Método de extracción.

tr Impulsor A tr tr ~w ~ b l ,1, Entrada I

de aire I I Salida ~ de aire

:::::• ~

I Local

Figura 17-VIII. Método de impulsión.

Salida I de aire ~ ... ~

:::r

247

Por ejemplo, un local de transformadores debe ventilarse por impulsión si está lindero a uno de baterías de plomo-ácido.

El aire exterior que ingresa en la generalidad de los casos se trata previamente con filtros para disminuir su tenor de polvo. Las entradas de aire deben proyectarse en los locales en que se requiera una buena ventilación en verano en las orientaciones Este, Sur, Sureste o Noroeste, a fin de evitar el ingreso de aire muy caliente.


Método mixto

Este tipo de ventilación se emplea para combinar las condicion de extracción e impulsión a fin de lograr una mayor eficiencia de ba ~s d d 1 . rri

o e aire, tal cual se indica en la figura 18-VIII.

Ventilador de techo ...--....

1' Salida de aire

Impulsor centrífugo

Entrada de aire

Local

Figura 18-VIII. Método mixto.

NORMAS DE PROYECTOS

Ventilador de techo ...--....

1' Salida de aire

. En el diseño de una instalación de ventilación, debe tenerse en c1:1en~a fü.':'damentalmente los puntos de entrada y salida de aire y su distnbuc10n en el local, así como un adecuado acceso a los ventiladores para efectuar las tareas de mantenimiento y reparación. '

El ~mplazamiento de la toma de aire no debe elegirse arbitrariamente, smo que debe determinarse por observaciones y experiencia. ~~mo norma, no debe colocarse a nivel del piso para evitar la penetrac~on ~e polvo y tampoco deben instalarse a mucha altura, por cuaIIto el arre tiende a circular por la parte superior del local sin influir en la zona de permanencia de las personas.

. Se recomienda en sistemas de extracción, situar las entradas de aire entre 1 Y_ 2 metros aproximadamente sobre el nivel del piso.

Debe evitarse colocarlas en la proximidad de chimeneas cocinas retretes, baños, calles con tránsito automotor, etc., o en la proxi~idad d~


anuncios o elementos luminosos que atraigan insectos. Además, es conveniente que las persianas fijas lleven del lado interno una protección antipájaro de alambre tejido, indicada en la figura 8-VIII aIIterior, para evitar la entrada de roedores, insectos, etc.

Si se utilizan extractores para sacar el aire del local, deben situarse de modo que la circulación del aire no sea molesta a las personas y el aire nuevo que entra, no incida directamente sobre ellas.

Los resultados más satisfactorios se obtienen cuando los extractores se colocan opuestos a las entradas de aire, de modo que el aire introducido produzca un barrido del volumen de aire del local.

Sin embargo, la distaIIcia entre el extractor y las entradas de aire no deben ser muy grandes, por cuaIIto el aire se va viciando a medida que recorre el espacio. Como regla general, la distancia máxima entre la entrada y salida no debe ser mayor de 20 metros, debiéndose verificar que no se produzcaII corrientes molestas del aire en el local.

Debe evitarse en lo posible instalar extractores cerca de ventanas o puertas, dado que si ellas quedaII abiertas el extractor tomará el aire desde allí, no ventilando el local correctamente, como se destaca en la figura 19-VIII.

J) Ubicación incorrecta, el aire no barre todo el ambiente

Cortes del local

Ubicación correcta

Figura 19-VIII. Ubicación correcta e incorrecta del ventilador.


Cuando dos paredes laterales de un edificio son exteriores y opuestas, la forma más simple es la de instalar en una pared los ventiladores aspirando el aire interior y prever convenientemente espaciadas, entradas de aire en la pared opuesta, como se muestra en la figura 20-VIII.

Extractores

Entradas de aire

1' 1' Planta del local

Figura 20-VIIL Ventilación cruzada.

Si solamente una de las paredes laterales accede al exterior, una posible solución sería utilizar un conducto de extracción a lo largo de la pared interior, tal como se señala en la figura 21-VIII.

~ .. 1' 1'

Extractor de aire

Planta del local

1' Entradas't de aire 't Figura 21-VIII. Extracción con conducto lateral.

Si la distancia entre las paredes laterales es considerable, es conveniente proceder a una canalización central de aspiración de manera de reducir el trayecto del aire, evitando la posibilidad de recirculaciones, como se muestra en la figura 22-VIII.


..g. Entradas ..g. de aire ..g.

Planta del local

1' Entradas 1' de aire

Extractor

Figura 22-VIII. Extracción por conducto central.

251

Para edificios de una sola planta cuando se debe extraer aire caliente, se pueden emplear unidades de extracción instaladas en el techo y entradas de aire en el nivel inferior, para hacer más intensa la extracción en la zona de permanencia. En la figura 23-VIII, se observa que se aprovecha el calentamiento del aire en el sobretecho, que al hacerse más liviano ayuda al extractor a eliminar el aire caliente del local.

Extractor 111------,"'cF Salida

't de aire

Entrada de aire

Corte local

Entrada deaire •

Figura 23-VIII. Esquema de extracción por techo.

Para prevenir corrientes de aire contrarias originadas por la acción del viento y la entrada de lluvia dentro de los locales cuando el extractor no funciona, se pueden emplear persianas automáticas como se muestra en la 24-VIII, que están construidas sobre un armazón de tablillas de chapa de aluminio o plástico, que se abren con el impulso del aire del ventilador y se cierran por gravitación cuando está detenido.


Figura 24-VIII. Persiana automática.

Locales con contaminantes

Se suelen utilizar con mejores resultados persianas automáticas accionadas por un electroimán, que produce la apertura o cierre cuando funciona o no el ventilador o motorizadas que permiten un funcionamiento más eficiente y seguro. En zonas muy ventosas es conveniente la colocación de codos de protección en la descarga de los extractores.

Si se originan en el aire desprendimientos de contaminantes de cualquier naturaleza que puede ser perjudicial para la salud, tales como vapores, gases, nieblas, polvos u otras impurezas o se producen altas temperaturas, deben proyectarse las instalaciones de modo que sean capaces de mantener en el ambiente la concentración de contaminantes , contenido de oxígeno y otros requisitos, dentro de los valores límites establecidos por la Reglamentación de la Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo.

En la misma, se determinan las concentraciones máximas permisibles de sustancias contaminantes tolerables en el aire, por debajo de las cuales los ocupantes pueden exponerse sin afectar su salud.

Cuando existe contaminación por sustancias desprendidas en un proceso industrial que no pueden ser captadas en forma directa por los extractores del local, es necesario suministrar al ambiente una cantidad de aire nuevo suficiente como para diluir la totalidad del contaminante, de modo que su concentración no afecte a las personas.

Sin embargo, en fuentes puntuales de contaminación como por ejemplo, polvos nocivos, humos, vapores, gases, nieblas o pulverizaciones, es indispensable instalar sistemas de extracción localizados con el fin de que capten los contaminantes desprendidos en su origen e impidan su dispersión en el local. Consisten generalmente en la utilización de campanas de extracción, como se indica en el detalle de la figura 25-VIII.

Las instalaciones de ventilación localizadas deben ejecutarse de modo que no existan fugas que puedan producir contaminación en otras áreas del local, no debiendo descargar a la atmósfera exterior en lugares donde pueda ofrecer riesgo a la salud de las personas.

Por otra parte, los sistemas de ventilación general del local deben diseñarse de modo que no produzcan corrientes de aire que perturben el


Entrada de aire

Ventilador centrífugo

Campanas

Exir*~~

Salida de aire

Corte local

Figura 25-VIII. Sistema de ventilación localizado.

253

espacio de captación de los extractores localizados, con objeto de permitir eliminar en forma activa los contaminantes.

CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE DE VENTILACIÓN

El caudal de aire que requiere una instalación de ventilación depende del volumen del local a ventilar, y de las veces que en un determinado tiempo se desea renovar el aire contenido, teniendo en cuenta el uso a que esté destinado y eventualmente, la cantidad de personas que lo ocupan.

Una manera práctica para determinar ese caudal es el método de las renovaciones horarias, estimando de acuerdo al uso o destino del local la cantidad de veces que es necesario renovar su volumen por hora.

En la tabla del cuadro 2-VIII, se indican la cantidad de renovaciones horarias de acuerdo al tipo o función del local y en algunos casos, se determina la cantidad mínima requerida en m3/hora por persona.

Supóngase por ejemplo, efectuar la ventilación de un local de oficina general de 12 x 4,5 x 3 m de altura, con un total de 10 personas.

De acuerdo a la tabla, se requieren 6 renovaciones horarias del volumen del local, con una cantidad mínima de 30 m3fh por persona. De modo que:

Volumen: 12 x 4,5 x 3 = 162 m3 Caudal: 162 rn3 x 6 renovaciones/h = 972 m3/h Caudal por persona: 10 personas x 30 m3/h = 300 m3/h


CUADRO 2-VIII. RENOVACIONES DE AIRE PARA VENTILACION DE LOCALES

Locales Renovlh m3 /hpers.

Fábricas trabajos sedentarios 6

Fábricas trabajos activos 10

Bibliotecas 6 30

Exposiciones 16

Estudio de radiodifusión 30

Locales de sanidad 10

Baños y sanitarios 10

Salas de baile, discotecas 90

Teatros cines auditorios 40

Estudios de grabación 20

Fundiciones 10

Talleres de imprenta 6

Transformadores 12

Calderas 20

Sala de máquinas 12

Taller mecánico automotores 8

Garajes 6

Restaurante o lugares afines 12 20

Oficinas en general 6 30

Oficinas privadas 6 40

Cocinas 20

ge esalforma, se adopta el caudal mayor o sea 972 m3/h onsu tando la tabla de capacidade d 1 .

para un caudal de 972/60 = 16 2 m3 . s e cuadro 1-VI anterior, dor axial de 30 cm de diámetro' 900 ~1;:, puede adoptarse un ventilaa boca libre. ' ., con un caudal de 20 m3/min


OTROS ELEMENTOS DE VENTILACIÓN

Campana y purificador para cocina

La misión de la campana colocada sobre el artefacto cocina que se observa en la figura 26-VIII, es extraer los vapores que origina, redu

ciendo al mínimo la expansión de los olores.

60---1

Instalación

Figura 26-VIII. Detalle de campana de cocina.

Cuanto más baja se ubique mejor será la absorción, debiendo en su planta abarcar todo el artefacto de cocina. Sus dimensiones típicas y ubicación están determinadas de modo que las tareas se realicen con la

mayor comodidad. Los equipos vienen provistos con ventilador centrífugo incorpo-

rado para descarga superior con conducto o lateral en el caso de paredes que den al exterior. Se proveen con tres velocidades de marcha y botonera individual de comando, contando con iluminación incorporada y filtro con objeto de proteger el ventilador de impurezas. La descarga del aire se efectúa por conductos cuyo diámetro mínimo es

de 10 cm. Existen también en plaza purificadores que consisten en una cam-pana provista de varios filtros y una pequeña turbina eléctrica que circula la corriente de aire por ellos, reintegrando el aire filtrado al ambiente. En la realidad esos elementos se ensucian con mucha rapidez, por lo que su uso está destinado en casos extremos, cuando no hay

posibilidad de instalar conductos al exterior.


Cortinas de aire

En los lugares públicos las puertas de entrada frecuentemente abiertas originan problemas debido a la entrada de aire exterior em!'leándos~ normalmente cierra puertas, puertas dobles, etc., que causan mconvementes cuando el tránsito de personas es muy elevado.

Para solucionar el problema se utilizan las cortinas de aire destinad~s a separar el aire interior del exterior del local, descargando una corriente de aire de alta velocidad, que además de reducir al mínimo la infiltración impide la entrada de insectos o polvo.

~l princi~io de funcionamiento consiste en introducir aire a gran velocidad, mediante una reja horizontal ubicada en la parte superior de la abertura, el que se mezcla con el aire ambiente formando una cortina protectora. Se utilizan normalmente equipos autocontenidos de a_cuerdo a la figura 27-VIII, que circulan el aire hacia abajo con un ventilador centrífugo tomando el aire de recirculación lateralmente en el mismo equipo.

Figura 27-VIII. Cortina de aire con equipo autocontenido.

En el caso de invierno se calienta el aire con resistencias eléctricas a temperaturas de inyección de 35 a 50 ºC, debiéndose aclarar que parte del calor aportado a la cortina de aire se incorpora al local, produciendo un refuerzo en la instalación de calefacción.

CAPÍTULO IX

CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE Y HUMECTACIÓN

EQUIPO DE AIRE CALIENTE A GAS

Las instalaciones de aire caliente suelen estar unificada con las de refrigeración cumpliendo las funciones coordinadamente durante todo el año, en la misma unidad de tratamiento de aire o equipo de aire acondicionado, generalmente utilizando una batería de calefacción por agua caliente o la misma unidad de refrigeración funcionando como bomba de calor en invierno, tal cual lo descripto precedentemente.

Sin embargo, el sistema de calefacción por aire caliente puede también ser independiente, utilizando un equipo especial de calentamiento a gas, de acuerdo a lo indicado en la figura 1-IX.

Estos equipos si bien han sido diseñados para funcionar solo en invierno, están concebidos con la idea que constituyan la etapa inicial de un proyecto futuro de aire acondicionado integral en el edificio.

Constan de un intercambiador a gas natural montado en un gabinete exterior de chapa, conteniendo un ventilador centrífugo y controles. De esa manera, el equipo distribuye el aire caliente a los locales por una red de conductos de alimentación y retomo, constituyendo un sistema todo aire, como se detalla en la figura 2-IX. El aire se absorbe en la parte inferior donde se encuentra el pleno de mezcla con los filtros y es impulsado por el ventilador a los intercambiadores a gas constituido por células selladas que canalizan los gases de la combustión hacia el conductos de humo.


11111111

Vista

lntercambiador de calor a gas

Ventilador centrifugo

Filtro de aire

componentes

Figura 1-IX. Equipo de aire caliente a gas.

,., "" Conducto

de humo

Rejas de alimentación

lntercambiador de calor a gas

Ventilador l lllllll\--lf-+L..f centrírugo

~~~iM Filtro de aire

+- Reja de retorno

Aire-+ exmtrado

Local calefaccionado

Figura 2-IX. Esquema de funcionamiento de equipo de aire caliente.

De esa manera, el sistema de combustión es completamente independiente de la circulación del aire a los locales, que se calienta sobre las paredes exteriores de las celdas de chapa.

Estos equipos generalmente son proyectados para aprovecharlos en un futuro para el acondicionamiento de verano, montando sobre el

CALEFACCIÓN POR AIRE CALIENTE Y HUMECTACIÓN 259

gabinete a la salida del ventilador una sección evaporadora diseñada por los fabricantes a esos efectos, la que se vincula con una unidad condensadora exterior, tal cual se muestra en la figura 3-IX.

Hay que considerar en tal caso, que los conductos de distribución deben ser calculados para verano y que el ventilador centrífugo tiene que estar preparado para aumentar el caudal de aire, incrementando su número de vueltas o RPM.

Diseñando la sección de la toma de aire exterior en base al caudal total circulante, el equipo puede ser utilizado para ventilación en la época de verano mientras no se instale el equipo de refrigeración. En tal caso, debe cerrarse la reja de retomo y prever una persiana en el local para la descarga al exterior del aire contaminado.

En caso de ser necesario, se puede agregar un humectador en el conducto de descarga, con objeto de controlar la humedad relativa en los locales.

aire ext.

Conducto de humos

Unidad~~~ condensadora

lntercamb. a gas

Pleno de mezcla

+

-.J Reja alim. ~

-i-ld=I-Sección evaporadora

+- Reja retorno

Figura 3-IX. Equipo de aire caliente con unidad de refrigeración.


Comparado con las instalaciones de calefacción por agua caliente son de poca inercia térmica debido al bajo calor específico del aire, por lo que su puesta en régimen es más rápida que en el caso de radiadores y más aún, en pisos radiantes.

Sin embargo, como todos los artefactos que queman gas el intercambiador de calor trabaja a temperaturas superiores a los 80 ºC, por lo que son algo menos higiénicos, dado que producen la tostación del polvo, de acuerdo a lo indicado precedentemente al analizar las funciones básicas de climatización.

El equipo cuenta con un sistema de seguridad que una vez puesto en marcha y encendidos los quemadores, no pone en funcionamiento el ventilador hasta tanto el intercambiador de calor esté lo suficientemente caliente, para que el aire se distribuya a una temperatura adecuada evitando las corrientes de aire frío.

Si una vez en funcionamiento el ventilador la temperatura del aire de descarga disminuye porque no hay llama a los quemadores o es insuficiente, el sistema de control lo detiene hasta tanto no se restablezcan las condiciones de temperatura aceptables.

Si por falla o insuficiencia de caudal se sobrepasa la temperatura del aire, antes de que llegue a límites que puedan resultar perjudiciales para los usuarios, se desconecta la válvula principal de gas a los quemadores.

Estos equipos permiten cierta flexibilidad en el diseño de los conductos de distribución de aire. En casas residenciales muchas veces se instala solamente una reja de retorno con un pequeño conducto vinculado al pleno de mezcla, como se detalla en la figura 4-IX.

Figura 4-IX. Detalle de instalación de equipo en edificio residencial.


La entrada de aire exterior puede ser al pleno de mezcla con persianas regulables y en algunos casos para simplificar el montaje, se la conecta directamente al conducto de retorno mediante una persiana de regulación. El conducto de descarga de los gases de la combustión se debe instalar a los cuatro vientos.

En la figura 5-IX, se indican los requisitos para la instalación de un equipo en un recinto . . .

Alimentación de aire

,..-----.. 1 ' L ____ .!

15cm

-----.t.. .. •,

r-c> Conducto descarga : : a los 4 vientos

Alimentación de aire ..

---if'-Lt- Filtro

+- Retorno de aire

Figura 5-IX. Detalles de equipo colocado en un recinto local especial.


Debe colocarse una puerta de acceso de medidas adecuadas para permitir el paso y movimiento del gabinete y contar con entradas de aire para la combustión, mediante dos rejas, una superior y otra inferior comunicadas a un espacio ventilado, emplazadas en la misma puerta de acceso o en la pared del local.

En virtud de lo indicado precedentemente, no se puede utilizar el local como pleno de mezcla como suele ocurrir con un equipo compacto de refrigeración, debiendo el aire de retorno llegar hasta el calefactor por conductos herméticos.

En el cuadro 1-IX, se indican las capacidad y dimensiones prome-dio de éstos equipos. ·

CUADRO 1-IX. CAPACIDADES Y DIMENSIONES PROMEDIO

Capacidad Caudal Diam. Alto Ancho Prof. Diam.Chim. kcallh m3/min Gas m m m m

16000 24 13 1,40 0,40 0,40 0,10

25000 30 13 1,40 0,50 0,50 0,15

30000 40 13 1,40 0,60 0,60 0,16

40000 40 13 1,50 0,70 0,70 0,18

60000 80 19 1,50 1,10 0,70 0,20

80000 120 19 1,60 1,20 0,80 0,22

Ejemplo de cálculo

Supóngase dimensionar un equipo compacto autocontenido de · calefacción, por aire caliente a gas. La temperatura de diseño se establece en 22ºC, y efectuado el cálculo de las cargas de invierno de acuerdo al procedimiento explicado en el Capítulo I, se determinaron las pérdidas de calor sensible interiores en: QSi: 12000 kcal/h.

El caudal de aire a circular empleando la fórmula práctica indicada en el Capítulo 7, vale:

C = QSi/510 = 12000/510 = 23,5 m3/min

Se considera que el caudal de aire nuevo para ventilación es el 15% del caudal de aire circulado, de modo que:


3/ . Cae = a% C = 0,15 x 23,5 = 3,5 m mm

El caudal mínimo, suponiendo en el local 6 personas es de:

Cae = 6 x 0,5 m3/min persona= 3 m3/min

De modo que, se adopta el valor mayor de: Cae: 3'.5 m3/min. La cantidad de calor sensible para calentar ese aire, vale:

QSe = 17 Cae (ti - te) = 17 x 3,5 x (22 -0) = 1310 kcal/h

La cantidad de calor total necesaria, es de:

QT = QSi + QSe = 12000 + 1310 = 13310 kcal/h

Adoptando un margen de seguridad del 20%

QT = 1,2 x 13310 = 16000 kcal/h

263

Por lo que se elige en la tabla de capacidad, del cuad:o 1-IX anterior, un equipo de 16000 kcal/h, con un caudal de 24 m3/mm.

CALEFACTOR DE CONDUCTO

Se trata de equipos calefactores a gas natural debiendo contar con aire para la combustión y a la vez disponer de un conducto para ':vacuar los humos producidos, los que generalmente se instalan suspendidos del techo, como se muestra en la figura 6-IX.

1

Figura 6-IX. Detalle de calefactor de conducto a gas.


Están diseñados para dotar de calefacción complementando los equipos acondicionadores de aire para refrigeración, intercalándose en los conductos de descarga.

Ca!oventiladores a gas

El calefactor a gas anterior, con el agregado de un ventilador centrífugo constituye un caloventilador compacto autocontenido que permite distribuir el aire caliente mediante conductos. También puede emplearse un ventilador helicoidal, cuando se quiere descargar directamente el aire caliente en los locales.

En la figura 7-IX, se muestran las características de estos aparatos.

Caloventilador a gas con ventilador centrífugo

Caloventilador a gas con ventilador helicoidal

Figura 7-IX. Caloventiladores a gas.

HUMECTACIÓN DEL AIRE

Desde el punto de vista teórico, se había determinado al analizar el ábaco psicrométrico que para establecer una condición controlada de humedad en el local en invierno, era necesario proceder a su humectación.

Sin embargo, las humedades relativas para instalaciones de confort en zonas templadas y húmedas, si bien tienden a bajar, no lo hacen a valores menores del 30%, límite mínimo desde el punto de vista fisiológico analizado precedentemente.


Ello se debe a que el aire exterior tiene durante las cargas parciales una cierta cantidad de humedad y que hay una ganancia permanente de vapor de agua producida por la exudación y respiración de personas que ocupan el espacio acondicionado.

Generalmente, la humectación del aire se requiere en el caso de zonas de climas muy secos, donde una baja humedad relativa influye en la salud y el confort, debido al resecamiento de las mucosas respiratorias. Por otra parte, en ciertas aplicaciones industriales es primordial mantener altos contenidos de humedad ambiente como ocurre en la industria textil.

Además, otros de los problemas que presenta la baja hume?ad relativa son las cargas electrostáticas generadas cuando hay rozamientos de materiales, produciéndose descargas de alto voltaje que en algunos casos, es acompañada de una chispa, lo que origina peligros. de incendio en presencia de gases combustibles. En el área de computación se producen problemas, por la dificultad de manejo de las hojas de papel y la destrucción de datos almacenados en los discos rígidos de las PC.

El humectador debe ubicarse siempre luego de pasar el aire por el dispositivo de calentamiento, porque el aire más caliente tiene más capacidad de absorber humedad. Se pueden emplear distintos métodos y tipos de humectación, entre los que se pueden mencionar:

Incorporación directa de vapor de agua

• Bandejas vaporizadoras. • Inyectores de va por.

Evaporación de agua

• Pulverización de agua o lavadores. • Paneles humedecidos.

Bandejas vaporizadoras

Es el sistema más común que consta de una bandeja con agua, que se calienta mediante resistencias eléctricas blindadas hasta el punto de ebullición en caso de requerirse la humectación, instalándose en la unidad de tratamiento de aire o directamente en el conducto, tal como se observa en el detalle de la figura 8-IX.

Se diseña una bandeja poco profunda provista de flotante, con gran superficie expuesta al aire circulante en relación al volumen del agua para favorecer la evaporación. El calor latente necesario para la humectación proviene de las resistencias eléctricas, no existiendo problemas de arrastre de gotas.


El sistema de control conecta y desconecta las resistencias, mediante un regulador de humedad o humidistato, colocado en el conducto de retorno o eventualmente en el mismo local. Un microswitch de seguridad corta el suministro eléctrico en caso de falta de agua.

Figura 8-IX. Humectador por vaporización.

Humectador por inyección de vapor

Se emplea un humidificador compacto que distribuye vapor de agua en el conducto de circulación del aire a humidificar. Consta de un recipiente cilíndrico que se alimenta de agua de la red y produce el vapor por medio del paso de corriente eléctrica a través de dos electrodos: com~ se ~ue_stra en la figura 9-IX, utilizando la misma agua como res1stenc1a electnca para producir el calentamiento

Un sistema electrónico de regulación controla mediante un humidistato la operación de los electrodos en forma automática, además de las restantes funciones como ser el control del nivel de agua su alimentación y desagüe, así como la concentración en sales min;rales en el cilindro de vapor.


Tubo distribuidor de vapor

Electrodos

Agua

Figura 9-IX. Esquema humectador por inyección de vapor.

Humectador por pulverización de agua

267

Consiste en una cámara emplazada en una unidad de tratamiento de aire, o una batea de chapa de hierro galvanizado para montar en conducto, como la indicada en el detalle esquemático de la figura 10-IX. Por ella, circula el aire a humectar a contracorriente de una fina lluvia de agua pulverizada por toberas.

El humectador funciona comandado por un humidistado que normalmente se ubica en el retorno del aire recirculado, que censa el contenido de humedad del aire y si es necesaria la humectación pone en funcionamiento la bomba circuladora que es las que produce la recirculación del agua, pudiéndose montar dos bombas en by- pass. Debe proveerse un flotante en la batea para satisfacer las necesidades de agua de reposición.

Estos humectadores requieren separadores de gotas para garantizar que las partículas de agua arrastradas por el aire no lleguen a otras secciones de la unidad de tratamiento de aire o a la red de conductos. En general, consisten en laberintos construidos en chapa galvanizada en V o W, en los cuales el aire es obligado a cambiar de dirección, produciendo en dichos cambios el choque de las gotas las que son recogidas en la batea.

268 N. QUADR! • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Separador de gotas

Puerta acceso hermética

Toberas

Aire circulante

+ Flotante

con visor 1--"''-,-!!'-.,--,.--"'-IP de vidrio

'----..e-+=. A desagüe

~---ill--. ~Bombas

,., 'C7 circuladoras ,.__. en by-pass

¡i¡~ ¡i¡, _ __.

Figura 10-IX. Humectador por pulverización.

Estos hu~e?tadores son de alto costo de instalación y requieren mucho mantemmrento. Se lo suelen emplear en instalaciones industriales, para que además de la humectación cumplan la función de enfriadores evaporativos en la época de verano.

Paneles humedecidos

Se compone de elementos humedecidos que se colocan en la corriente de aire para favorecer la evaporación del agua.

Se utilizan planchas de celulosa acanalada de malla sintética 0 mal_Ias de filtros metálicos, dispuestos de forma que el aire circule horizontalmente y el agua que los humedece se distribuya goteando


sobre su superficie desde la parte superior, por medio de tubos distribuidores perforados.

El humectador se complementa con una bandeja recolectora del agua y una válvula a flotante, encargada de la reposición del agua evaporada.

Otros tipos de humectadores

A fin de su aplicación industrial se utilizan humectadores especiales basados en atomizadores centrífugos y l)~ados generalmente a los equipos de aire acondicionado de prec1s10n con sistemas de control incorporados, se emplean humectadores de tipo infrarrojo o ultrasónico.

CAPÍTULO X

GENERACIÓN DE CALOR

COMBUSTIÓN

Se denomina combustión a la combinación química de un cuerpo con oxígeno con desprendimiento de calor, entre un elemento que se quema llamado combustible y el oxígeno que recibe el nombre de comburente. Los componentes esenciales de los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos son el carbono y el hidrógeno que se combinan con el aire, quien les proporciona el oxígeno necesario para la combustión, y contienen además, proporciones pequeñas y variables de azufre, nitrógeno, agua y sedimentos. .

Para que pueda iniciarse la combustión es necesario que exista una temperatura lo suficientemente elevada, denominada temperatura de ignición que depende del combustible.

La reacción termoquímica del carbono en un proceso de combustión completa con el oxígeno, produce anhídrido carbónico con disipación de calor y si es incompleta por falta de oxígeno se forma monóxido de carbono altamente tóxico, con menor desprendimiento de calor.

A su vez, el hidrógeno que es muy ávido de oxígeno en el proceso de la combustión, forma vapor de agua y puede condensarse si el interior de los tubos de las calderas o en el colector de humos se encuentra a una temperatura relativamente fría, denominado punto de rocío de los gases de la combustión, generalmente por debajo de los 70 ºC.

La presencia de agua en la superficie interior de los tubos es nociva, pero se magnifica cuando el combustible utilizado contiene azufre


por la formación con el agua de ácidos sulfurosos (S03H2) y sulfüricos (S04H2), que provocan en las calderas convencionales la corrosión interna de las paredes y los tubos de humo.

Combustibles

Se definen como combustibles a todos los elementos que se utilizan en la práctica para producir calor, que mediante el oxígeno del aire forman llama a través de una serie de reacciones termoquímicas.

Los combustibles que se utilizan pueden clasificarse según su estado físico natural, en sólidos, líquidos o gaseosos.

Los combustibles sólidos son de origen vegetal como la leña o el carbón de leña, o fósiles, como la turba, lignito, hulla o antracita. Un elemento que se utiliza mucho es el coque que es el residuo de la destilación de la hulla.

Los combustibles líquidos son los derivados de la destilación del petróleo crudo. Se pueden mencionar el kerosén, el gasoil o el diese/ oíl, que son los más utilizados.

El fuel-oil es un combustible muy viscoso de dificil transporte por cañerías al quemador especialmente los días fríos. Para allanar este inconveniente se los mezcla para reducir su viscosidad con un 30% de diese! oil.

Los combustibles gaseosos son los más utilizados. Se emplea en la generalidad de los casos el gas natural que es una mezcla de hidrocarburos livianos a presión y temperaturas normales, que esta compuesto básicamente de metano.

El gas envasado en cambio es una mezcla de propano y butano, que se licua a cierta presión y su aplicación en calefacción es más limitada.

Los combustibles se distinguen por el poder calorífico, que es la cantidad de calor producida por la combustión completa de la unidad de peso (kg) o de volumen (m3), según sean combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Para los cálculos prácticos puede estimarse:

• Leña: 4400 kcal/kg. • Combustibles líquidos: 10.000 kcal/litro. • Gas natural: 9000 kcal/m3.

Los valores consignados corresponden al poder calorífico inferior, que es el que interesa en la práctica a las reales condiciones de combustión de las calderas convencionales, en virtud que no se tiene en cuenta el calor del vapor de agua de los humos que se eliminan al exterior por las chimeneas.

GENERACIÓN DE CALOR 273

Uso del gas natural

En la actualidad, se emplea en la generalidad de los casos el gas natural como combustible de calefacción, dado que es más simple el proceso de la combustión, reduce la tarea de mantenimiento, es de fácil medición y no requieren tanques de almacenamiento in situ, disminuyendo los costos de instalación y por otra parte, no existen problemas con las entregas de combustible. Además, los conductos y chimeneas son más pequeños, los gases de la combustión producen menor contaminación ambiental y tiene menos contenido de sustancias corrosivas como el azufre.

Sin embargo, existe más peligro en su uso por la posibilidad de formación de mezclas explosivas y su disponibilidad depende del suministro de la red, donde muchas veces en los meses de invierno se reduce el caudal de suministro originado por el gran consumo.

Por tal motivo, en los casos de edificios en los que se quiere asegurar el funcionamiento de una instalación de calefacción, como es el caso de hospitales, escuelas, industrias, oficinas, etc., se instalan quemadores del tipo dual, que son diseñados para funcionar normalmente con gas natural, pero que en caso de faltar funcionan con combustible líquido.

En Buenos Aires, no se permite el uso de los combustibles líquidos para calefacción, salvo los casos de excepción empleando los quemadores duales mencionados precedentemente.

QUEMADORES

Un quemador es un dispositivo destinado a producir la mezcla íntima del combustible y el comburente, que es una condición indispensable para la realización del proceso de la combustión.

El propósito de un quemador es el de transformar el combustible en energía calórica útil, debiendo presentar las siguientes características:

• Ser controlable en un amplio rango de su capacidad, sin retorno o apagado de llama.

• Asegurar una distribución uniforme de calor sobre el área calentada. • Ser capaz de realizar una perfecta combustión. • No levantar llama más allá de la boca de descarga. • Asegurar la rápida ignición, con un desplazamiento de llama rápido

y positivo. • Operar en forma estable durante la combustión, encendido y apagado. • Ser de construcción robusta para resistir las condiciones severas de

funcionamiento durante toda su vida útil.

27 4 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

Quemadores de gas natural

Se componen esencialmente de un inyector de gas a presión, que induce y se mezcla con el aire primario en la depresión que se produce en un tubo venturi. Esa mezcla aire-gas toma al salir por los orificios del quemador el aire secundario de la atmósfera para producir la llama, como se muestra en la figura 1-X.

Por dicho motivos, se denomina a estos quemadores atmosféricos.

Entrada de gas

+ Inyector

Aire primario inducido Llama

Gas Mezcla

Tubo venturi

Figura 1-X. Quemador a gas atmosférico.

Deben tener una distribución correcta de la mezcla aire-gas, para que no se produzcan retrocesos o arrastre de llama. En general, se utiliza la propiedad de un encendido rápido y seguro de una llama grande por medio de una pequeña constantemente encendida, llamada piloto.

Controles de seguridad

Los quemadores a gas deben contar con ciertas condiciones de seguridad, interrumpiendo el funcionamiento del suministro cuando:

• Se apague la llama. • Se interrumpa la corriente eléctrica. • Cese el tiro a través de la cámara de combustión. • Se eleve la temperatura en el fluido calefactor (Agua o aire caliente).

Además, no se debe permitir el pasaje de gas al quemador principal mientras no se detecte la presencia de llama en el piloto. Los controles no deben permitir la reposición del quemador automáticamente en caso de corte de suministro o energía eléctrica, para lo cual debe intervenir una persona.


Los dispositivos de corte pueden ser del tipo térmico como los bimetálicos o termocuplas, que actúan sobre la base del calor que reciben ya sea de la llama piloto o la del quemador principal, pero tardan un cierto tiempo en reaccionar por lo que sólo se emplean en estufas o pequeñas calderas.

Los más utilizados son los electrónicos que se basan en el fenómeno que a altas temperaturas las moléculas de combustibles se ionizan haciéndose conductoras. Como consecuencia de ello, puede circular corriente entre dos electrodos sumergidos en la llama principal o en la llama piloto y actúan prácticamente en forma instaotánea cuando éstas se apagan.

También se emplean controles fotoeléctricos que consisten en una célula fotorresistiva sensible a la banda de radiaciones de los productos de la combustión.

Control de barrido de aire

Tienen por fin no permitir el encendido del piloto sin antes asegurar que no hay gas acumulado en la cámara de combustión. Cuando no hay un adecuado tiraje natural pueden producirse bolsas de mezclas aire-gas en su interior, debido al mal cierre de la llave de paso de gas o a las dificultades en el encendido.

En esos casos, es necesario generar un tiraje presurizando la cámara mediante un quemador con ventilador, el que debe ponerse en marcha no menos de 15 segundos aotes de encender el piloto. Es conveniente que permanezca también encendido el ventilador un lapso después de apagada la caldera.

Control de presión de gas

En instalaciones importaotes pueden colocarse elementos que regulen la presión de gas, como estabilizadores de presión.

En la figura 2-X, se muestra un quemador atmosférico tipo lineal muy utilizado en calderas de calefacción en depresión, con tiraje natural por la chimenea.

Consiste en tubos con numerosos orificios de salida dispuestos en tramos rectos. La mezcla aire-gas llega a esos orificios tomando de la atmósfera la totalidad del aire de la combustión.

En la figura 3-X, se muestra un esquema de un quemador automático monotobera, que cuenta con un ventilador para su aplicación en calderf!S presurizadas.


~. Figura 2-X. Quemador atmosférico lineal.

Electrodo encendido

/ Entrada t Entrada,-1-1-!-!!-+ de gas de aire Rotor

\ -+HHi::t:__ _ __J

Programador

Motor

UII-J--

Figura 3-X. Quemador gas con ventilador para caldera presurizada.

Es del tipo compacto provisto con electrodo de encendido y control electrónico con dispositivo de seguridad y barrido previo de los gases. Pueden ser también del tipo multitobera.

El quemador principal en instalaciones de envergadura generalmente arrancan en lo que se denomina bajo fuego que representa el 30%


de la capacidad total, por razones de seguridad y para reducir al mínimo el ruido de arranque del quemador. También se puede producir el arranque en forma modulada.

Cuentan con seguridad por falta de aire, que asegura que el encendido del quemador principal se efectúe con el gas y el aire necesarios para la combustión en las proporciones correctas y por falta de llama, utilizando sistemas de detección electrónicós.

Un actuador mantiene abierta una válvula automática de corte de gas mientras existen las condiciones de seguridad.

Quemadores de combustible líquido

La función de todo quemador de combustible líquido en combinación con un hogar de caldera adecuado, consiste en pulverizar finamente el fluido, mezclarlo íntimamente con el aire y producir su combustión con el máximo aprovechamiento de su poder calorífico. Este quemador debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Pulverización fina del combustible: cuando se pulveriza un combustible éste se divide en número de gotitas, la suma de cuyas superficies es muy superior a la del líquido sin pulverizar y ellas están rodeadas de aire, lo que favorece el proceso de vaporización y combustión. El pulverizado del combustible debe ser uniforme, de modo que partícuM las sean del mismo tamaño para asegurar la combustión regular.

• Inyección del combustible: una vez pulverizado el combustible se lo inyecta en la hornalla de la caldera, con el aire necesario para la combustión.

• Regulación de la llama: debe existir la posibilidad que el combustible inyectado en el hogar, pueda ser regulado en forma y longitud de alcanM ce, manteniéndose siempre la correcta proporción aireMcombustible.

En la figura 4-X, se detalla un quemador para combustibles livianos, que puede ser a gas-oil o diese! oil cambiando los picos.

Constituyen una unidad integral compuesta por un cuerpo de aluminio fundido con su base de apoyo, motor eléctrico, ventilador centrífugo, que provee todo el aire necesario para la combustión, bomba de engranaje para la succión y compresión del combustible, pico atomizador, válvula reguladora de presión, filtro, transformador de encendido y electrodo de ignición.

El motor del quemador acciona la bomba de combustible y el ventilador que están sobre el mismo eje. Estos elementos, proveen el combustible debidamente pulverizado y el aire necesario para la combustión, en la tobera de salida.


Motor

Bomba

Figura 4-X. Quemador automático para gas-oil o diesel -oil.

L'.' combustión se inicia por medio de una chispa eléctrica continua prod_u~1da por l~s electrodos, que van conectados al transformador que sum1mstra tensión de alrededor de 10.000 volts. Se usa para el control de l_a llama una célula fotorresistiva de sulfuro de cadmio sensible a las rad1ac10nes de banda visible de la llama, para detectar su presencia

El funcionamie;1to del quemador es comandado por un control. de temper~~ura del flmdo calefactor, por ejemplo, el agua caliente para calefaccwn.

En caso eventual de utilizar combustibles pesados o mezcla 70% Fue! Oil Y _30% Diesel-Oil, se emplea un modelo de quemador denomi~ nado rotativo que debe venir provisto con precalentador especialmente en el caso de zonas frías. '

CALDERAS

Las ca'.deras empleadas en instalaciones de calefacción, son elementos destmados a obtener agua caliente, con el fin de utilizarla como portadora de calor hacia las unidades terminales ubicadas en los locales. Las calderas de vapor se utilizan muy poco para calefacción.


Las calderas son del tipo de baja presión y con el avance de la calefacción semicentralizada, se comenzaron a diseñar para producir agua caliente a gas natural en pequeñas capacidades, buscando simplicidad y una reducción de mano de obra especializada para el montaje, las que son elaboradas en fábrica bajo normas de calidad y entregadas con garantía.

Estas calderas son de tipo compacto y de buen aspecto estético y vienen con quemador incorporado, aislación térmica, accesorios y controles. La mayoría de los modelos pueden además, suministrar agua caliente para el consumo domiciliario y en el caso que no se disponga de gas natural, también se las fabrica coii quemador de gas oil.

Además, se han diseñado calderas para calefacción con rendimientos que se aproximan al ideal, con el objeto de aprovechar al máximo el poder calorífico del combustible utilizado y se han reducido los tamaños, a fin de lograr un mayor aprovechamiento de los espacios en los edificios.

En la actualidad, ya no se instalan las tradicionales calderas para calefacción con hornallas de ladrillos refractarios, salvo casos muy especiales, diseñándose el hogar rodeado completamente con agua, de modo de evitar que se originen altas temperaturas superficiales.

Toda caldera, se compone de dos superficies básicas de transferencia de calor:

e Directa: que está en contacto con la lla1na y constituye la hornalla. • Indirecta: que está en contacto con los gases de la -combustión.

La superficie indirecta tiene gran importancia en el rendimiento y se busca el aprovechamiento del calor de los gases de la combustión para su utilización como efecto útil, lográndose de este modo, que su temperatura sea baja al salir por la chimenea.

Si una caldera tiene gran superficie directa y poca indirecta, la caldera tendrá una rápida puesta en régimen pero poco rendimiento y si por el contrario, tiene mucha superficie indirecta y poca directa, tendrá un buen rendimiento pero la puesta en régimen será muy lenta. Por tal motivo, en el diseño de una caldera debe balancearse adecuadamente las dos superficies, para lograr un adecuado tiempo de puesta en funcionamiento con un buen rendimiento térmico.

La característica constructiva de la superficie indirecta de transferencia de calor, define los tipos de calderas, que pueden ser:

• Tubulares. • Celulares.

280 N. QUADRI - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CAIEFACCIÓN

En la caldera tubular como su nombre lo indica, la superficie indirecta está compuesta por tubos, clasificándose en:

• Humotubulares • Acuotubulares

En la caldera humotubular los humos de la combustión circulan por e'. interior de los tubos y el agua de calefacción los rodea por la parte exterior. En camb10, en la acuotubular los humos circulan por el exterior de los tubos y en su interior se encuentra el agua de calefacción. _ En la celular la superficie indirecta no está constituida por tubos,

smo por celdas de placas de acero o hierro fundido.

TIPOS DE CALDERAS

Se pueden mencionar los siguientes tipos de calderas, que son las generalmente utilizadas en instalaciones de calefacción:

• Humotubulares presurizadas. • Murales o tipo calefón. • De pie, bajo mesada. • De pie. compactas. • Seccionales de hierro fundido. • De condensación.

Calderas humotubulares presurizadas

En la_ figura ?-X, se muestra una de estas calderas que son muy usadas en mstalac10nes centrales de calefacción de 70000 kcal/h o más.

Figura 5-X. Vista de caldera humotubular de hogar presurizado.

GENERACIÓN DE CA!OR 281

Consiste en un hogar presurizado sumergido en agua que constituye la superficie directa donde se produce la combustión. Luego, se invierte la dirección de la llama en el fondo de la caldera que retroceden lamiendo las paredes de la homalla, ingresando los gases de la combustión en la superficie indirecta, que consiste en un haz de tubos concéntricos que nacen en el frente del hogar, como se observa en el corte de la figura 6-X.

Alimentación

Turbulador

Figura 6-X. Corte de una caldera humotubular presurizada.

Estos tubos contienen unos elementos denominados turbuladores que producen una rotación helicoidal de los gases de la combustión, con objeto de aumentar el coeficiente de transferencia de calor y finalmente los humos llegan a la parte posterior, donde son evacuados al exterior por la chimenea.

El quemador normalmente es a gas natural y está montado en la tapa frontal accesible a la hornalla y a lo tubos. Cuenta con dispositivos de seguridad y un ventilador para producir cierta presión en el hogar para la circulación de los gases de la combustión, debido a que el tiraje natural generado por los humos de la chimenea no resulta suficiente y por ello, a estas calderas se las denomina presurizadas.

Se logran rendimientos mayores del 97% del poder calorífico del combustible y además una gran reducción de las dimensiones, comparadas con las calderas humotubulares de hogar en depresión que se utilizaban antiguamente.

Estas calderas se pueden proveer también con quemador a combustible líquido y eventualmente para funcionar con vapor a baja presión. Se entregan completas con todos sus elementos, para diversas capacidades y dimensiones típicas, indicadas en el cuadro 1-X.


CUADRO 1-X. CAPACIDADES Y DIMENSIONES APROXIMADAS DE CALDERAS HUMOTUBULARES PRESURIZADAS

Capacidad Dimensiones (en metros) (kcal/ h) Ancho Largo Alto

70.000 0,65 1,33 0,92

90.000 0,65 1,33 0,92

110.000 0,70 1,59 0,97

130.000 0,70 1,59 0,97

150.000 0,75 1,79 1,07

200.000 0,75 1,79 1,07

250.000 0,80 1,85 1,12

330.000 0,90 2,05 1,19

400.000 0,90 2.05 1,19

550.000 1,00 2,17 1,32

700.000 1,00 2,59 1,37

850.000 1,12 2,97 1,49

1.000.000 1,12 3,00 1,49

Una de las ventajas principales de estas calderas es que la limpieza y reparación de los tubos se realiza rápidamente, dado que son accesibles directamente desde el frente de la caldera. Toda la superficie de fogueo está rodeada de agua no requiriendo la instalación de ladrillos refractarios como las calderas tradicionales.

Calderas murales

Estas calderas son del tipo acuotubular porque el agua circula en el interior de un serpentín de tubos de cobre, arrollado a una chapa especialmente tratada que es sometida al fuego directo y a los humos de la combustión de un quemador del tipo atmosférico.

Tienen menor volumen de agua, con gran superficie directa y por lo tanto poseen una más rápida puesta en régimen que las humotubulares y se las suele denominar por sus características caldera-calefón, como se muestra en la figura 7-X, porque están concebidas siguiendo los lineamientos del calefón tradicional.


-

- ;1010101 l@I@ u 1--·1··1·· . -

Figura 7-X. Vista de caldera mural.

Vienen completas con su aislamiento así como la bomba y el t~que de expansión, y se las fabrica para.tiro nat1':ral o_f?rzado con ~e:1t1-lador y contienen todos los controles, incluso d1spos1tivos aut~~aticos para programar el funcionamiento y se las provee para calefacc101: ~ola, cuyo montaje se detalla esquemáticame1_1!e en la ligur:'- 8-X. Tambien se las fabrica del tipo mixtas para calefacc10n y agua caliente.

Conducto de humos

Serpentín calefacción

1--tlll!lll\1""-I Quemador

Bomba

1' Gas

Figura 8-X. Detalle de montaje de caldera mural para calefacción.


Las calderas mixtas vienen provistas con controles digitales para un funcionamiento automático, permitiendo seleccionar y controlar permanentemente la temperatura de servicio del agua de suministro de calefacción y de agua caliente para el consumo doméstico, con protecciones de funcionamiento y detección de faJlas.

En general, como el consumo de las dos fuentes en forma simultánea supera la producción calórica de la caldera, se prioriza el consumo de agua caliente cortándose el suministro de calefacción durante su período de uso. En caso de que las necesidades de agua caliente sean elevadas, se proveen modelos de calderas murales con tanques de almacenamiento de agua.

Se observa en la figura 9-X, el esquema de una caldera mixta en la que el circuito de agua caliente de consumo no tiene mezcla alguna con el agua de calefacción.

tt Agua de Gas suministro

Artefactos -sanitarios

rn Figura 9-X. Detalle esquemático de montaje de caldera mural mixta.

En este caso, el agua se calienta en un serpentín alojado en el mismo cuerpo de caldeo de la caldera.

Las calderas murales son recomendables para instalaciones semicentralizadas en departamentos o edificios residenciales por su bajo costo, pequeño tamaño y simpleza de instalación y su alcance llega hasta algo más de 25.000 kcal/h.


En la tabla del cuadro 2-X se indican capacidades y dimensiones típicas, así como los caudales de agua caliente de consumo, considerando un calentamiento del agua de 25 'C.

CUADRO 2-X. CAPACIDADES Y DIMESIONES APROXIMADAS DE CALDERAS MURALES

Capacidad Dimensiones en metros Caudal agua (kcal! h) Ancho Alto Profundidad caliente a I min)

16800 0,45 0,80 0,35 11,3

21600 0,45 0,80 0,35 14,4

25000 0,50 0,80 0,35 16

Calderas de pie bajo mesada

En la figura 10-X, se muestra un modelo de caldera de pie bajo mesada, denominadas comúnmente tipo cocina porque están diseñadas con una altura de 85 cm para emplazarlas en las mesadas, con una capacidad como para abastecer un departamento o una casa residencial.

Figura 10-X. Vista de caldera bajo mesada.

La caldera detallada en los cortes de la figura 11-X, es del tipo humotubular.

Actualmente, se las suele fabricar con intercambiadores de diseños especiales del tipo acuotubular o también celular construida en fundición


Cámara o de humos

Corte longitudinal

Aisl. /'-.._

Corte frontal

Figura 11-X. Detalle esquemático de caldera bajo mesada.

.. Retomo-del agua caliente

d~ hi';1';º, que son muy recomendables porque les proporciona una larga v,da uh! con un buen rendimiento.

Estas cal~er':s al igual que las murales, vienen con bomba y tanque de e'.'pans1ón mcorporado y se las puede proveer para calefacción y agua cahent~ para consumo domiciliario simultáneo, o con termotanq e de acumulac10n. u

, Las capacid~des alcanzan valores mayores que las murales, fabricandose hasta mas de 50000 kcal/h, consignándose las medidas típicas en la tabla del cuadro 3-X.

CUADRO 3-X. CAPACIDADES Y DIMESIONES APROXIMADAS DE CALDERAS BAJO MESADA

Capacidad Dimensiones en metros (kcal/ h) Ancho Alta Profundidad

10000 0.,40 0,85 0,60 15000 0,50 0,85 0,60 20000 0,50 0,85 0,60 25000 0,66 0,85 0,60 30000 0,66 0,85 0,60 40000 0,81 0,85 0,60 50000 0,85 0,85 0,60


Calderas de pie compactas

Son de las mismas características que las ya descriptas bajo mesada, pero para lograr más capacidad se las construye de mayor altura y su aplicación entra dentro del campo de la instalación centralizada de un edificio residencial de cierta envergadura, donde se requiere un recinto específico o una sala de máquinas para emplazarla .

Son de bajo costo, fáciles de montar, sencillas de operar y regular y generalmente vienen asociadas con un termotanque, para la provisión de agua caliente sanitaria.

En la figura 12-X, se muestra un modelo tipo humotubular y en el cuadro 4-X, se detallan las capacidades y dimensiones aproximadas de

estas calderas.

Conducto de humo

.. Alimentación B

D

~:!~~~2:::JPE~rada de gas

Figura 12-X. Calderas de pie compacta a gas.

También se las fabrica como las murales, del tipo celular o en cuerpo de fundición de hierro, las que vienen provistas de control electrónico


CUADRO 4-X. CAPACIDAD Y DIMENSIONES DE CALDERA DE PIE COMPACTA

Capacidad Dimensiones (metros)

Alto (kca/1 h) Diámetro Alto interceptor caldera humos

40000 0,60 1,65 0,45

50000 0,60 1,65 0,45

60000 0,60 1,65 0,45

75000 0,70 1,80 0,45

90000 0,70 1,80 0,45

105000 0,70 1,80 0,45

120000 0,80 1,80 0,45

de funcionamiento y seguridad, pudiendo suministrarse para gas o combustible líquido.

Calderas seccionales de hierro fundido

Son calderas tradicionales de aplicación recomendable cuando deban emplearse combustibles sólidos, compuestas por secciones de hierro fundido que se van uniendo para formar la superficie de calefacción necesaria, siguiendo el mismo criterio de los radiadores. Con dichas secciones se conforma un hogar de combustión, como superficie primaria y varias celdas o células como superficie secundaria, las que se encuentran en contacto con el flujo de los gases de la combustión. En su diseño, se trata de obtener una amplia superficie de transmisión para aumentar su rendimiento térmico.

En la figura 13-X, se observan algunos detalles característicos. Estas calderas pueden ser armadas en situ y es factible introdu

cirlas por puertas de entrada pequeñas o accesos dificultosos en edificios existentes.

Permiten el incremento de la superficie de calefacción en caso de ser necesario, con sólo aumentar el número de secciones y por su gran resistencia a la corrosión son de vida ilimitada. Eventualmente, la reparación es sencilla reemplazando la sección que puede estar afectada.


o o o o o

lffil o o

1©1©1m1©1 lo o

1 [ (~ 11 1 1 :i} 1 ~ )

o o

Celdas

Hornalla

Base 1 --...o, /Q '¡ l

Sección Frente Lateral

Figura 13-X. Características de la caldera seccional.

Calderas de condensación

Las calderas de condensación constituyen una reciente alternativa para aprovechar el rendimiento del combustible. Mediante esta técnica, se trata de recuperar el calor de condensación que se pierde con los gases de la combustión evacuados por la chimenea.

Es una caldera que trabaja a baja temperatura y el calor del vapor de agua contenido en los gases de combustión, se libera por co:'densación so~re superficies de la caldera, por debajo del su punto de roc10 y se transmite como calor útil al agua de la caldera. Por ello, el rendimiento conseguido puede llegar al 110% sobre el poder calorífico inferior del comb'-'.stible.

Las calderas de condensación emplean como combustible el gas natural, por carecer prácticamente de azufre en su composición Y por producir una mayor cantidad de vapor de agua en la combustión y para su fabricación se emplea acero inoxidable a fin de contrarrestar los efectos de corrosión sobre su superficie.

INSTALACIÓN DE CALDERAS

En el montaje de una caldera en una sala de máquinas, debe buscarse que el quemador y su tablero de comando queden fácilmente accesibles y a la vista de la puerta de acceso por razones de seguridad. Por otra parte, el quemador no debe estar en la corriente de aire.


En caso de que se instalen varias calderas para un mismo fin, el montaje se debe efectuar mediante colectores perfectamente alineados y nivelados, por lo que se construye una base de hormigón o mampostería. En estos casos, se deben emplear bridas o uniones dobles de conexión y válvulas de modo de poder quitar cualquiera de las calderas, sin que por ello deje de funcionar la instalación.

Sala de calderas en el último piso

La ubicación de la sala de calderas en el piso más elevado es factible mediante el uso de calderas de hogar sumergido, separadas del suelo con el fin de que el calor no afecte la losa de sustentación y muchas veces, su ubicación está relacionada con el proyecto de las unidades enfriadoras de agua o las condensadoras enfriadas por aire, que se instalan en la azotea.

Se puede mencionar como ventaja que en el último piso los locales están más aireados e iluminados y se reducen la longitud de los conductos de humo a los cuatro vientos, que ocupan mucho espacio atravesando las plantas del edificio.

En los edificios de gran altura la columna de agua al incidir sobre la caldera ubicada en el piso inferior, origina una elevada presión sobre ella. En la parte superior, evidentemente no actúa dicha carga

De todas formas, la ubicación en la planta superior requiere redes de combustibles más largas. Si bien no hay ningún problema con el gas natural, en el caso de utilizar combustibles líquidos es necesario colocar en el local un tanque de combustible diario, el que debe ser alimentado mediante una bomba automática desde el tanque principal de combustible del edificio, ubicado en la parte inferior.

Debe destacarse, que existe el peligro que la caldera elevada quede sin agua en caso de una avería de las cañerías que origine una pérdida importante o por falta de suministro. Por ello, es necesario que se instalen alarmas y controles de seguridad para evitar ese problema.

CÁLCULO DE LAS CALDERAS

En general, una vez determinada la capacidad de calor necesaria para la instalación y elegido el tipo de caldera que se va a utilizar, se efectúa la selección en función de las capacidades suministradas por los fabricantes.


Capacidad

La cantidad de calor necesaria para la instalación, se calcula mediante la siguiente fórmula:

Qc = QT (1 + a)

Donde: Qc: cantidad de calor que deberá suministrar la caldera (kcal/h). QT: cantidad de calor del balance térmico (kcal/h). a: Porcentaje que se adiciona para tener en cuenta el calor necesario para poner en régimen de funcionamiento la instalación de calefacción, pérdidas de calor por transmisión de la caldera y cierto margen de seguridad en los cálculos (%). Puede considerarse en general un porcentaje 20%.

Número de calderas

En instalaciones de cierta envergadura a veces es conveniente no colocar una sola caldera grande, siendo preferible desdoblar el equipamiento en capacidades más pequeñas. Ello proviene del hecho de que el rendimiento calorífico de la caldera, disminuye sensiblemente cuando están lejos de funcionar al régimen de marcha normal.

Por ejemplo, en una instalación de 300.000 kcal/h es mejor colocar tres calderas de 100.000 kcal/h, dado que permite una mejor regulación de la instalación. En efecto, de esta forma se enciende una cuando la instalación marcha a un tercio de su capacidad, dos cuando marcha a dos tercios y tres en ocasión de los grandes fríos cuando la instalación funciona al máximo de su potencia.

CONTROL DE INSTALACIONES DE CALDERAS

Los siniestros de calderas se producen con mayor frecuencia con la utilización generalizada del gas natural como combustibles. Las causas más frecuentes de siniestro son:

• Deficiente instalación del quemador de gas: se produce cuando el gas que se acumula en la cámara de combustión y en distintos lugares de la caldera, ocasionando una explosión violenta en el momento de producirse la chispa de encendido.


• Falta de agua: al producirse una disminución importante del agua en la caldera, provoca una evaporación prácticamente instantánea, lo que origina un exceso de presión que no puede ser soportado por el material, aconteciendo entonces el accidente por estallido de la caldera.

Por tal motivo la Municipalidad de Buenos Aires a dictado la Ordenanza 33.677/81, que instituye un Seguro de Responsabilidad Civil Obligatorio y obliga a la designación de un profesional para su control en forma permanente y periódica.

Alcanza a todo tipo de generador sea éste destinado a confort, servicio o uso industrial, para calderas de más de 50.000 kcal/h. Se desprende de lo indicado, que se han excluido de esta Reglamentación las instalaciones semicentralizadas destinadas a viviendas residenciales o

departamentos. El profesional debe constatar que la instalación reúna las necesa

rias condiciones de seguridad y efectuar una verificación permanente, estableciéndose que por lo menos visite la instalación una vez cada tres

meses.

CHIMENEAS DE CALEFACCIÓN

Las chimeneas empotradas en el edificio deben construirse con una cámara de aire a fin que el calor no afecte su estructura, tal cual como se muestra en la figura 14-X.

En las calderas comunes en depresión, el aire circula por la chimenea debido a la acción aspirante o tiraje natural, que se produce por la diferencia de peso entre la columna de gases calientes más liviano que ocupa la chimenea y el aire frío, que constantemente debe ingresar para producir la combustión.

Ese tiraje de la chimenea debe ser lo suficientemente intenso, como para desplazar esa cantidad de aire requerida para la combustión y además los gases quemados, venciendo todas las resistencias que se

oponen a su paso. En la parte superior de la chimenea es conveniente colocar un

extractor del tipo estático, que es un sombrerete fijo diseñado especialmente para asegurar el tiraje constante en el conducto, contrarrestando los efectos negativos que puede producir el viento.

Cuando se trata de vincular varias calderas en un tramo horizontal, se utiliza una bóveda construida con ladrillos refractarios dotada de -~,.,~ ..... 4- ... ,.,.,..~o ..-nar,6.nlf>~ n~r~ !-:11 ::intosustentación. con el fin de colectar el

GENERACIÓN DE CALOR

Salida l I j Salida aire., -+ aire

/¡!-/¡! 1

Gases dela combustión

/¡!-\ /¡!

1

t"

Puerta limpieza

_Hormigón o mampostería

Espacio de aire 3cm

Ladrillos refractarios 12 cm

1,258 ...

Base de

k;~~~hormigón Bóveda Ladrillos

Mampostería ---.._ refractarios

u hOrmigón ~==~

293

Zorro dela caldera 1,25S Entrada

Figura 14-X. Detalles de chimenea de calefacción.


humo y se denomina zorro de la caldera, con una sección de un 25% mayor que el tramo vertical.

Cálculo del conducto de humos

Se emplea la siguiente fórmula práctica:

S = ex Qc/'lli

Donde: S: sección (cm2). Qc: cantidad de calor de la caldera (kca1/h). h: altura de la chimenea, desde la boca de descarga.

hasta el nivel superior del sombrerete (m). a: coeficiente práctico, según el combustible utilizado.

Se suelen aplicarse los siguientes coeficientes ex :

• Gas: 0,018. • Combustibles líquidos: 0,025 • Combustibles sólidos: 0,033.

La sección calculada con esta fórmula, se aumenta en un 10% por razones de seguridad y se recomienda que la relación de lados no se sobrepase 1,5 veces, debiendo descargarse los humos a los 4 vientos.

Por ejemplo, supóngase una caldera para gas natural de 40000 kcal/h y una altura del conducto de humos h de 4 metros, la sección de la chimenea valdrá:

S = ex Qc/Vh = 0,018 X 40000/V4 = 360 cm2

Considerando un 10% más: S = 1,1 x 360 = 400 cm2

Se puede adoptar una chimenea de 20 x 20 cm.

TANQUE DE COMBUSTIBLE

Los depósitos de los combustibles líquidos normalmente son metálicos y suelen fabricarse en medidas estándar de acuerdo a la tabla del cuadro 5-X.


CUADRO 5-X. DIMENSIONES DE TANQUES DE PETRÓLEO DE HIERRO

Capaculad Dimensiones (metros) (litros) Diámetro Largo

500 0,75 1,20

1000 0,80 2.00

2000 0,92 3,00

5000 1,46 3,00

8000 1,58 4,50

10000 1,70 4,50

15000 2,07 4,50

20000 2,37 4,50

30000 2,66 6,00

Por razones de seguridad los tanques deben ir enterrados bajo tierra con una tapa mínima de 1 metro, salvo que se lo proteja con una aislación equivalente. Tampoco debe colocarse a menos de 1 metro de muros divisorios o muros de carga.

La figura 15-X, muestra un tanque para petróleo construido en chapa de hierro soldada, con doble costura interior y exterior de forma cilíndrica y fondos bombeados, donde se detallan las conexio~es.

Volúmen del tanque

Se puede determinar con la siguiente fórmula práctica:

V= Qc/20

Donde: V: volumen del tanque (litros). Qc: cantidad de calor de la caldera (kcal/h). 20: factor, que tiene en cuenta su funcionamiento durante la temporada invernal.

El caño de carga de combustible nace a 50 cm del cordón de la vereda y su diámetro es de:

• Gas oil o diese! oíl: 76 mm (3"). • Fuel oil o mezcla, 70/30 fuel/díesel oil: 100 mm (4").

296 N. QUADR! - INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CAI,EFACC!ÓN

Curva a 180º con , Cañería de malla de alambre ventilación a los 4 vientos 51 mm

Cañode~ limpieza _ y Bomba reloj 25 mm - Nivel de piso

- ........ -.,,~,====ll====FF=====n::i ........... ,/ .. .. /__., ... ,,.,. Carga de ~ Caño ii. E combustible , medidor ~ ""'

-+ Tapa insp:c

5c:: 1_,_ l 1

Válvula de retención

r{ ¿ ~- ! >.,,.,, ....... ~ ~ ,.,

Figura 15-X. Tanque de combustible.

CAPÍTULO XI

CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE

BALANCE TÉRMICO. RADIADORES

Generalidades

Una instalación de calefacción por agua caliente comprende su calentamiento en una caldera, su distribución por cañerías impulsada por una bomba y la disipación del calor mediante unidades terminales en los ambientes, como el caso de los radiadores, convectores, termozócalos, paneles radiantes, etc., mediante el esquema básico que se describe en la figura 1-XI. Son instalaciones muy higiénicas dado que como las temperaturas de trabajo promedio en general no superan los 80º, no se produce la tostación del polvo.

t Caldera compacta a gas bajo mesada con bomba y vaso expansión cerrado

Conducto de humos

Quemador

... Cañería de alimentación

Calíerla de retorno 4-.

Radiadores

Figura 1-XI. Esquema de instalación de calefacción por agua caliente.


Tipo de montaje

En una instalación de calefacción por agua caliente puede plearse dos tipos de montajes básicos: ' n em-

• Centrales. • Sem.icentrales o individuales.

En lo_s c~ntrales la instalación de calefacción está proyectada para todo el ed1fic10, con una caldera emplazada en una sala de máqu· desde donde se distribuye mediante cañerías y bomba el agua l~nats, 1 "d d . , ca 1en e a as un1 a es termmales de cada una de labitaciones de los dive s departamentos del edificio. r os . En l?s semicentr~les también llamados individuales el montaje es mdependiente por umdad locativa, instalándose una caldera en cada uno de los departam~ntos, desde donde se distribuye mediante cañerías Y bo_mb~, el agua caliente a las unidades terminales de cada una de 1 hab1tac10nes. as

En 1~ figura 2-XI, se muestran en forma comparativa los dos tipos de ?3-ontaJes d~ una instala~ión de calefacción por agua caliente con radiadores, aplicados a un mismo tipo de edificio.

1~

Distribución centralizada Distribución semicentralizada

Figura 2-XL Esquema comparativo de montajes de calefacción.

CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE 299

Las instalaciones centrales tienen las siguientes ventajas con res

pecto a las semicentrales:

• El calentamiento del edificio se efectúa en forma uniforme, dado que el uso de la calefacción no depende de cada propietario.

• En general el hecho de utilizar una sola caldera grande en lugar de muchas pequeñas, origina menos pérdidas de calor por transmisión y mejor rendimiento térmico, por lo que la instalación central es tér

micamente más eficiente. • No se usan espacios útiles para calderas en los departamentos. • No se requiere incrementar las redes de distribución de gas natural

como combustible en el edificio, dado que la conexión es única para la caldera ubicada en la sala de máquinas. Si se debe emplear combustible líquido, sería necesario un tanque para el almacenamiento de combustible en cada uno de los departamentos.

Sin embargo, la instalación semicentralizada o individual es muy simple y práctica, porque el usuario tiene la facultad de hacer funcionar o no la instalación y controlarla a su voluntad, efectuando el mantenimiento y operación en forma directa. Puede regular sus propios gastos e inversiones de acuerdo a sus necesidades, desvinculándose de los problemas del consorcio y los gastos comunes.

Este hecho, hace que en los nuevos edificios de departamentos las instalaciones de calefacción por agua caliente sean del tipo semicentralizadas y por ello, existen en el mercado numerosos modelos de calderas del tipo mural o bajo mesada, que han sido concebidas específicamente

para esos propósitos. Sin embargo, en el caso de edificios públicos, oficinas, industriales,

comerciales, d_e salud, hotelería, educación, etc., deben tenerse presente, las ventajas de centralizar la planta de calefacción en el edificio.

BALANCE TÉRMICO DE INVIERNO

La determinación del balance térmico en este tipo de calefacción, difiere de lo explicado precedentemente, dado que el aire exterior de ventilación no penetra en forma permanente y constante, como en las instalaciones de aire acondicionado de invierno o las de calefacción por aire caliente, con equipos compactos a gas.

En efecto, en estos casos el aire se infiltra naturalmente a través de las aberturas del local y en el cálculo del balance térmico, para determinar la cantidad de calor de pérdida de los locales se considera


la suma del calor de transmisión e infiltración, tal cual se muestra en la figura 3-XI.

De modo que se puede establecer que:

QT = Qt+ Qe

Siendo: QT: cantidad de calor de pérdida total del local (kcal/h). Qt: cantidad de calor sensible de pérdida por transmisión (kcal/h). Qe: cantidad de calor para la infiltración del aire (kcal/h).

La determinación de esa cantidad de calor es muy importante, porque sirve de base para el diseño de los dispositivos de calentamiento y para el dimensionamiento completo de la instalación.

Local calefacionado

+ ti

ti >te

Pérdidas de calor port+smisión

te

+ + Pérdidas de calor por infiltración

Figura 3-Xl. Detalles de las pérdidas de calor en un local calefaccionado.

Condiciones de diseño

En el Capítulo I se habían analizado las condiciones de confort y diseño interior de las instalaciones de aire acondicionado de invierno, donde se utilizaba aire como fluido calefactor.

Cuando las unidades terminales de calefacción reciben el agua caliente de una caldera como los radiadores o el caso de los paneles radiantes, suele considerarse para analizar las condiciones de diseño la denominada temperatura efectiva TE, que· conjuga los parámetros bási-

ilf.~~~ ;i: :-.,;-.-.~.;;::::.--·- -

~-"-a;;:

CALEFACCIÓNPORAGUACALIENTE \ .. \, ··301.c -...¿~:-~·;:,. >\.'!,,

""~--,:~t;;·~~ ... :._,_~, cos de las condiciones del local, que producen igual sensación térmica o índice de confort.

Si se mantienen los parámetros de humedad relativa entre el 30 y 70%, un leve movimiento del aire de 6 a 8 m/min y la temperatura radiante. o superficial media TRM, de los elementos del contorno del local, no son menores que 5 ºC, con respecto al aire interior, puede expresarse la temperatura efectiva TE en forma práctica, para una vestimenta de pantalones gruesos y camisa de mangas largas, de un valor clo=l, como el promedio entre la temperatura del aire del ambiente TA y la temperatura superficial media TRM, de modo que:

• TE = (TRM + TA)/2

Supónganse tres locales iguales con determinadas condiciones de temperatura radiante media TRM y de temperaturas de aire TA, medidas en el plano de vida de 1,50m de altura y en el centro del local, con los sistemas de calefacción, que se indican en la figura 4-XI.

TRM:17"C TRM:18°C • " 1 1

TA: 20°C TA:19"C

• • 1UD. t t ..

1 TRM:16ºC

Radiadores Piso radiante Aire caliente

Radiadores: TE = (TRM + TA)/2 = (17 + 20)/2 = 18,5 ºC Piso radiante: TE = (TRM + TA)/2 = (18 + 19)/2 = 18,5 ºC Aire caliente: TE = (TRM + TA)/2 = (16 + 21)/2 = 18,5 ºC

Figura 4·XI. Locales con igual sensación térmica.

En ese análisis, los tres locales tienen igual TE: 18,5 ºC, de modo que las personas tendrían igual sensación térmica o de bienestar, aún cuando las condiciones de diseño del aire interior TA, hayan variado.

Se observa que si en los sistemas de calefacción por radiadores se considera aceptable una condición de temperatura del aire de 20 ºC, en los casos de paneles de piso puede disminuirse la temperatura de aire a 18 ºC a 19 ºC, manteniendo el mismo índice de confort, porque las temperaturas superficiales promedio o TRM son mayores.


En los sistemas por aire caliente por el contrario, debido a que las temperaturas superficiales son aún menores en virtud que no hay ninguna superficie caliente en el local, se requieren en general temperaturas del aire de 21 a 22 ºC para mantener el mismo índice de confort, tal cual lo visto en la curva de la figura 10-I anterior.

Resumiendo entonces, puede considerarse para estos casos, las siguientes condiciones típicas de diseño interior:

• Instalación de radiadores u otras unidades terminales: 20 ºC. • Instalación de paneles radiantes de piso o techo: 18 a 19 ºC.

Por otra parte, es necesario tener en cuenta que con cierto grado de actividad corporal, la temperatura de diseño puede disminuirse, por ejemplo:

• Gimnasios o talleres de trabajo pesado: 16ºC. • Vestuarios o talleres de trabajo liviano: 18ºC.

Las condiciones exteriores de diseño, son las consignadas en el Cuadro 7-I anterior, al describir el cálculo de las cargas de aire acondicionado de invierno.

Pérdidas por transmisión de calor

Las pérdidas por transmisión de calor ya se han analizado en el Capítulo I, al tratar las cargas de aire acondicionado de invierno.

El procedimiento, consiste en calcular la cantidad de calor que se pierde por transmisión a través de cada elemento del contorno del local, aplicando la fórmula: qo = KA (ti-te), y luego se suma: :E qo = Qo.

A ese valor Qo se le aplican los suplementos porcentuales de: Zd: por interrupción del servicio, Zh: por orientación y Zc: por pérdidas de calor en cañerías.

De modo que la cantidad de calor total de pérdida por transmisión vale: Qt = Qo (1 + Zd + Zh + Zc)

Pérdidas por infiltración de aire

La cantidad de calor necesaria para compensar las pérdidas de calor sensible debido al aire exterior, que en este caso es la infiltración que penetra en el local, se determinaba con la fórmula:

Qe = 17 . C . (ti - te)


Siendo: Qe: cantidad de calor por infiltración (kcal/h). 17: valor que se adopta como constante. C: caudal de aire que penetra por infiltración (m3/min).

(ti - te): salto térmico entre el aire el interior Y exterior (ºC).

303

El caudal de aire que penetra por infiltración a través de las aberturas depende de las características constructivas, del grado de herm':ticidad y de la velocidad del viento que incide sobre ellas. Se suele estimar para el cálculo un valor de m3 / h de infiltración de aire por metro lineal del perímetro de abrir en base a análisis de laboratorio, de acuerdo a la presión del viento y el tipo de carpintería.

Como en general, no se dispone de la información confiable de esa infiltración, en la práctica se realizara una estimación del caudal, en función de establecer un número de renovaci?nes horarias del vol,umen del local determinados en el cuadro 1-XI, temendo en cuenta el numero de paredes que limitan con el exterior, los que constituyen valores mínimos, para asegurar la aireación del ambiente.

CUADRO 1-XI. NÚMERO DE RENOVACIONES DEL VOLUMEN DEL AIRE DEL LOCAL POR HORA DEBIDO A LA INFILTRACIÓN DE AIRE

Paredes exteriores del local

Una pared exterior con ventana normal

Dos paredes exteriores o una con ventana grande

Con más paredes exteriores

Nº de renovaciones por hora del volumen del local

1

1,5

2

En locales de circulación o ventilados como baños o cocinas, se adoptan 2 renovaciones horarias. Como norma general no debe sobrepasarse de 2 renovaciones

horarias por efecto de infiltración de aire.

Por tal motivo, la cantidad de aire que fluye por infiltración de aire se calcula con la fórmula:

. Nº renov/hora x Volumen del local (m3) Caudal (m3/mm) = 60 (min/hora)

Reemplazando el caudal, la fórmula de la cantidad de calor por el aire de infiltración queda entonces, de la siguiente manera:


Qe = 17 Nº (r/h) V (ti - te) 60

De modo que, puede considerarse en forma aproximada:

Qe = 0,3 . Nº (r/h). V . (ti - te)

Luego, la pérdida total de calor del local vale: QT = Qt + Qe

Ejemplo

Se trata de determinar la cantidad de calor necesaria para com!'e~sar las pérdidas de un local, cuyas características y dimensiones se md1can en la figura 5-XI.

lit, E Norte .. 0,3 ... 4,50m .. e -o Habitación .,._ s .... 0,3 = .. ., h:2,70m -'¡

fi 0,1 0,1

· Pasillo no calefaccionado

Figura 5-Xl. Planta de local ejemplo balance térmico.

Los datos son:

• Temperatura interior: 20ºC. • Temperatura exterior de cálculo, para Buenos Aires: o ºC. • Altura del local: 2, 70 m. • Zd: Clase de servicio I, ininterrumpido: 7% (Cuadro 16-I). • Zh: Orientación local E: 0%.

Coeficientes de transferencia total K (Cuadro 1-1): • Pared exterior de ladrillos macizos de 0,30 m: 1,62 kca1/hm2 ºC. • Pared interior de ladrillos huecos de 0,10 m: 2,40 kcal/hm2 ºC. • V~ntana corrediza con marco de aluminio: 5 kcal/hm2 ºC. • Piso sobre tierra: 1 kcal/hm2 ºC. • Techo exterior de losa, contrapiso y baldosas: 1,5 kcal/hm2 ºC.


Condiciones del cálculo

• Se consideran los locales no calefaccionados como el pasillo, a una temperatura promedio interior-exterior: (20-0)/2 =10 ºC.

• No se consideran pérdidas de calor entre locales calefaccionados. • Se estiman las puertas interiores incluidas dentro de la superficie de

la pared, por lo tanto, no se las considera en el cálculo. • Para piso sobre tierra se establece un coeficiente K práctico igual a 1,

y su temperatura se fija en 10 ºC. • El número de renovaciones por hora debido a la infiltración de aire se

determina en base al cuadro 1-XI anterior, para dos paredes exteriores, corresponde 1,5 renovaciones por hora.

• En el cálculo de calefacción, no se consideran los aportes de calor de personas, iluminación, etc., dentro del local, es decir, se estima el local en la condición más desfavorable.

• Para simplificar el cálculo se computa totalmente el área de la pared, sin restar el área del vidrio, restándose al coeficiente K del vidrio, el de la pared. De ese modo, se restan los coeficientes K, en lugar de restar las áreas, dado que en general son constantes en el proyecto. En el ejemplo desarrollado, el coeficiente K del vidrio es de 5 y el de la pared en que se haya ubicado es de 1,62. De esa manera se computa todo el área de la pared con el coeficiente 1,62 y luego todo el área del vidrio, pero con un coeficiente K (5-1,62) = 3,38 kcalfhm2 ºC.

Desarrollo del cálculo

Pérdidas de calor sensible por transmisión (Qt)

qo = A K(ti-te) E(30)(NE) (4,5 x 2,7) = 12, 15 X 1,62 X 20 Vi (NE) (2 x 2,1) = 4,2 X 3,38 X 20 E(30)(SE) (3 x 2,7) = 8,1 X 1,62 X 20 1(10) (4,5 X 2,7) = 12,15 X 2,4 X 10 Piso (4,5 x 3) = 13,5 X 1 X 10 Techo (4,5 x 3) = 13,5 X 1,5 X 20

Qo =Lqo

Suplementos

Zd: tipo I: Zh: orientación E: Zc: pérdidas cañerías:

Porcentaje total:

= = = = = =

394 kcal/h 284 kcal/h 262 kcal/h 292 kcal/h 135 kcal/h 405 kcal/h

1772 kcal/h

7% 0%

10%

17%


CUADRO 2-XI. CARACTERÍSTICAS DE SECCIÓN DE RADIADOR DE HIERRO FUNDIDO DE 4 COLUMNAS

Altura Profund.

Ancho Cantid. Peso Emisión Modelos total sección sección

(mm) agua de calor

(mm) (mm) (litros) (kg) kcal!h

46 460 140 50 0,60 4,3 63

61 610 140 50 0,70 5,9 86

76 760 140 50 0,80 5,4 108

Radiadores de acero

Se fabrican en modelos similares a los de hierro fundido, generalmente se proveen ya armados en las secciones necesarias y tienen una buena terminación mediante pinturas epoxi horneadas. Son más fáciles de ;11ontar_ que l?s de hierro fundido debido al menor peso, pero tienen menor res1stenc1a a la corrosión y menor vida útil.

Radiadores de aluminio

Son los más utilizados. Se los fabrica por fundición o por extrucción Y son más livianos que los de hierro fundido, debido al bajo peso específico del material y a la obtención de paredes de columnas sumamente delgadas.

Generalmente, uno de los motivos que decide su utilización es el aspe~to estético, ya que se proveen en colores con una superficie suave Y umforme. Sus características típicas se indican en la figura 8-XI y el cuadro 3-Xl.

CUADRO 3-XI. CARACTERÍSTICAS DE SECCIÓN DE RADIADORES DE ALUMINIO

Altura Profund. Ancho Cantid. Peso Emisión

Modelos total (mm)

sección agua sección de calor (mm) (mm) (litros) (kg) kcal!h

350 420 90 80 0,30 1,1 110

500 570 90 80 0,40 1,5 150

600 670 90 80 0,50 1,7 170

700 770 90 80 0,60 1,9 190


Corte de sección

Vista

Figura 8-XI. Corte sección y vista de radiador de aluminio.

Son de menor resistencia que los de hierro fundido y su corrosión es mayor por la presencia de oxígeno ya sea por el ingreso directo con el agua o por el uso de cañerías plásticas sin barrera de oxígeno y también, por la producción de corrientes galvánicas entre el aluminio y el acero que son muy difíciles de evitar. En este aspecto, los radiadores de aluminio extruido son los más atacados por las aleaciones que usan.

Condiciones que deben reunir los radiadores

Los radiadores deben cumplir ciertos requisitos, como ser:

• Resistencia mecánica y bajo peso. • Reducida capacidad de agua.

Deben tener una adecuada resistencia mecánica de modo de soportar las presiones de funcionamiento de los sistemas, por lo que generalmente se emplean estructuras tubulares. Por otra parte, el elevado peso hace más dificultoso el armado e instalación en obra.

Además, deben contar con una reducida capacidad de agua para lograr una menor inercia térmica disminuyendo el tiempo de precalentamiento.


Los radiadores de hierro fundido tienen mayor resistencia mecánica que los de aluminio, pero éstos tienen menos cantidad de agua y al pesar menos permiten un más fácil montaje en obra.

Cuando los radiadores son pequeños se pueden conectar de un solo lado. Sin embargo, cuando aumentan las secciones la circulación de agua no es pareja, produciéndose cortocircuitos en la circulación, lo que origina diferencias de temperatura, por lo que es de buena práctica conectar los radiadores de más de 12 secciones en forma cruzada.

Emplazamiento

El punto más adecuado para la colocación de los radiadores es sobre las paredes frías exteriores, en lo posible bajo ventana tratando de ocupar todo su ancho, dado que se origina una corriente de aire frío más pesado hacia abajo, la que es contrarrestada por la acción convectiva hacia arriba del aire caliente del radiador.

En la figura 9-XI, se muestran dos locales de iguales características, pero en uno se ubica el radiador bajo la ventana y en el otro sobre la pared interior.

r 23ºC Aire

20.C caliente -----•-----Aire frío

que baja 17ºC Frío enpies

10°C

Figura 9-XI. Emplazamiento comparativo de radiadores.

Se observa que si bien puede lograrse igual temperatura del aire en el centro de los locales en un plano de vida a 1,50 m sobre el nivel del piso, cuando el radiador se ubica bajo la ventana se origina una distri· bución más uniforme de la temperatura entre el piso y el techo y ade· más, se ejerce una enérgica compensación fisiológica al calor de radiación cedido por el cuerpo humano a las superficies frías de ventanas y paredes exteriores.

En el caso del radiador ubicado en la pared interior, se produce una corriente de aire frío en la zona inferior del local, con una mayor diferencia de temperatura entre el aire superior e inferior.


El tamaño de ]os radiadores no debe ser excesivo, en general no más de 25 secciones porque además de ser pesado, produce una caneen· tración de calor puntual elevada en el local. . . . , .

P 110 en el diseño debe analizarse la d1stribuc10n de radiadores ore, 'd.dd

en el local, tratando de ubicarlos sobre los puntos de mayor per z a e calor con un alcance máximo no mayor de 5m.

Dimensionamiento de los radiadores

La determinación de ]a cantidad de calor que emite cada sección de radiador se realiza mediante análisis normaliza~os de laboratorio, d_e manera que los fabricantes deben expresar la cantidad de calor que emi-ten en función de condiciones específicas y normas del ensayo. .

En general según se muestra en la figura 10-_XI, para un ra_d'.ador por agua caliente emplazado a la vista en un ambiente, las cond1c1ones

típicas de prueba son las siguientes:

Temperatura entrada 90°C

Temperatura ambiente 20°C

Temperatura salida 70°C

Figura 10-XI. Condiciones típicas de prueba de radiadores.

Donde: te: temperatura del agua de entrada: 90 ºC. ts: temperatura del agua de salida: 70 ºC. tp: temperatura promedio: (90 + 70)/2= 80 ºC. ti: temperatura del aire ambiente: 20 ºC.

Por lo tanto: tp - ti = 60 ºC

En las planillas de los cuadros 2 y 3-XI ante~'.ores, se h~;' establecido ]as cantidades de calor emitido por cada secc1on en func10n de esos

parámetros.


Si las condiciones reales de diseño son distintas es necesario efectuar un ajuste a las capacidades, teniendo en cuenta las variaciones de:

• Temperatura de trabajo. • Forma de emplazamiento.

Por lo tanto, la capacidad real de cada sección de radiador, puede expresarse por la ecuación:

q* = q. c. c1

Donde:

q*: valor real de emisión de calor de cada sección del radiador (kcal/h). q: capacidad del radiador en las condiciones típicas, tp-ti= 60 ºC y emplazamiento normal a la vista en el local (kca1/h). e: coeficiente de corrección por diferente temperatura de trabajo. c1: coeficiente de corrección por diferente emplazamiento.

Coeficiente de corrección por diferente temperatura de utilización

El coeficiente de corrección c, puede expresarse por la ecuación:

c = (!ü/60)n

Donde:

.6.t: salto térmico real (tp - ti) de la instalación (ºC). n: constante característica de cada unidad terminal de acuerdo a ensayos de laboratorios, que generalmente se adopta igual a 1,3.

De esa manera, se ha construido el gráfico de la figura 11-XI, en la que se indica la curva exponencial del valor de c en función del salto térmico real del proyecto, que permite en forma sencilla evaluar la corrección. Se observa, que para tp-ti = 60 ºC, corresponde c = L

Coeficiente de corrección por emplazamiento

Las capacidades normalizadas se establecen para condiciones de emplazamiento normal que consiste en un radiador a la vista en el local, separado generalmente de 4 cm de la pared y 7 cm del piso para el de hierro fundido, y de 2,5 y 12 cm respectivamente, para el de aluminio, pudiendo variar para cada modelo y tipo de radiador según indicación del fabricante.

1,6

1,5

1,4

1,3

~ 1,2 e ,o ·¡; 1 u '

1

~ 8 1

! 9 ~ º·

~

~ o, 8 o u

o ,7

o ,6

o ,5

o ,4


I , j

I '

I

/ /

/ /

J I

J J

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Diferencia de temperatura ( lp· ti )(ºC)

Figura 11-XI. Coeficiente de corrección radiadores por temperatura.

313

Pueden considerarse los coeficientes prácticos de corrección ci establecidos en la figura 12-XI, para los diversos tipos de emplazamien-tos que pueden producirse. .

Una vez establecida la capacidad real total de calor q* que emite cada sección de radiador, se determina la cantidad de secciones necesarias, con la ecuación:

Nº secciones = Q balance/q*

Obviamente, el número de secciones debe ser entero por lo que, salvo el caso que el primer decimal sea cero, se adopta siempre el valor mayor.


1 1

Emplazamiento normal c1 :1

1 1

A la vista con repisa

c,.:0,95

1 1

Empotrado a la vista

c,:0,90

1 1

Empotrado con tapa C1:0,80

Con gabinete exterior c1 :0185

Figura 12-XI. Coeficientes de corrección c1 por emplazamiento.

Ejemplo de cálculo

Supóngase calcular un radiador de aluminio para el local indicado e': la figura 5-XI anterior, en el que se había efectuado el balance térmico de calefacción, habiéndose determinado la necesidad de suministrar una cantidad de calor de 2401 kcal/h.

Se supone emplear un radiador de aluminio modelo 700 de acuerdo a la figura 8-XI anterior, emplazado en el local en forma empotrada a la vista.

. En la tabla del cuadro 3-XI anterior, surge que la capacidad de cada sección para tp-ti = 60 ºC y emplazamiento normal, es de 190 kcal/h.

Como fluido calefactor se utiliza agua caliente con una temperatura de entrada de 85 ºC y de salida 75 ºC, por lo que la temperatura promedio del fluido es:

tp = (te+ts)/2 = (85+75)/2 = 80 ºC.

La temperatura del ai~e interior del local que sirvió de base para el balance termico es de 20 C, por lo que la capacidad de calor real de cada sección del radiador es de:

q* = q. C. C¡

q = 190 kcal/hsección, para el modelo 700 (cuadro 3-XI). e= 1, se determina en función de (tp-ti). Como tp = 80 ºC y ti= 20 ºC 0

sea, para: tp-ti = 60 ºC, y la curva de corrección de la Figura 11-XI. ' c1= 0.90: de acuerdo a la Figura 12-XI, para empotrado a la vista.


De modo que: q* = q. c . c¡ = 190 x 1 x 0,9 = 171 kcal/h sección

Por lo tanto:

Nº secciones = Q balance/q* = 2401/171 = 14,04 = 14 secciones

Se adopta un radiador de aluminio de 14 secciones y modelo 700.

Considerando de acuerdo a la figura 3-XI, que cada sección del radiador es de 8 cm de ancho, el largo total será de 8 x 14= 112 cm.

CÁLCULO DE CAÑERÍAS DE CALEFACCIÓN

Tal cual se indicó precedentemente, al efectuar el análisis del escurrimiento del agua por las cañerías, en el Capítulo VII, el diámetro de los tramos de la instalación, puede ser estimado mediante el gráfico de la figura 2-VII anterior, que se puede emplear en aplicaciones prácticas para los distintos tipos de cañerías y que pueden verificarse con la información que proveen los distintos fabricantes.

El dimensionamiento se efectúa sobre la base del caudal de agua circulante, en litros/hora y la pérdida de carga o gradiente R, en mmca/m, que se supone constante.

El caudal de cada tramo de cañerías surge de la fórmula:

c = Q110

Donde: C: caudal transportado (l/h). Q: cantidad de calor transportado por tramo (kcal/h). 10: factor que surge de considerar un salto térmico en el radiador de lOºC (En el ejemplo, agua entrada 85ºC y salida 75ºC).

El gradiente R o pérdida de carga por metro, se considera constante y se lo determina en el gráfico de cálculo mencionado, sobre la base de una velocidad máxima del agua en la red.

Esta velocidad máxima a la salida de la bomba circuladora se fija para estas instalaciones en 0,4 a 0,8 m/seg, tal cual lo mencionado en el Capítulo VII, con el fin de lograr una circulación que no origine ruidos, ni erosión en la red, sin causar además, pérdidas de cargas excesivas que darían bombas con mucho consumo energético.

De esa manera, con el caudal máximo de la red que es el caudal de la bomba y su velocidad de salida, se fija la línea de maniobra de

316 N. QUADRI- INSTALAcIONES DE AIRE ACONDICIONADO y CALEFACCIÓN

gradiente constante y con los caudales de cada tramo se calculan los distintos diámetros de las cañerías. '

Ejemplo de cálculo

. Supóngase calcular las cañerías de polipropileno con cubierta mtermedia de aluminio, para un sistema de agua caliente por radiadores, detallado en la figura 13-XI, en la que se ha empleado una caldera mural, con bomba y tanque de expansión incorporado.

Se ha efectuado el balance térmico y determinado el rendimiento de cada radiador en 2.600 kcal/h. Por lo tanto, de acuerdo a lo consignado precedentemente, el caudal transportado por cada uno de ellos vale:

C = Q/10 = 2600/10 = 260 1/h e/u

260 1/h

E 260

260Uh

1

260

780 e 260

Figura 13-XI. Ejemplo de cálculo de cañerías de calefacción.


En el detalle, se han consignado letras en cada T de bifurcación, como forma de identificar los tramos de cañerías, indicándose los caudales de agua transportados que se van incrementando al llegar a la caldera. De esa manera, el caudal de la bomba circuladora incorporada en la caldera, debe ser de 780 1/h.

Con el gráfico de cálculo de cañerías de la figura 2-VII anterior, se fija una velocidad de salida máxima de la bomba de O, 5 m I seg Y con ese caudal, se determina el gradiente constante o recta de maniobra, en este caso, R=l4 mmca/m y los diámetros de todos los tramos de la instalación se determinan sobre dicha recta con su caudal transportado.

Se adopta el diámetro más aproximado, según el procedimiento que se detalla en la figura 14-XI.

780

¡ ~ 520 w .. ... 1i 260 ... ¡¡¡ l.)

., /i .,

o::

.. .... &

/ 31411

Gradiente R (mmcaJm)

Figura 14-XI. Detalle del método de cálculo de cañerías.

Se destaca que en el tramo inicial el diámetro está prácticamente en el medio entre 3/4" (19mm) y 1" (25mm) y en ese caso, se ha adoptado el mayor.

Se recuerda además, que el diámetro mínimo empleado en estas instalaciones es de 13 mm.

En el cuadro 4-XI, se resume el cálculo realizado.


CUADRO 4-XI. PLANILLA RESUMEN CÁLCULO CAÑERÍAS

Tramos Caudal (// h) Diámetros

AByCA 780 25 mm (1")

BDyCE 520 19 mm (3/4")

Dly 1 C 260 13 mm (1/2")

D2y2E 260 13 mm (1/2")

D3 y3E 260 13 mm/1/2")

Cálculo de la bomba circuladora

El caudal era de 780 1/h y la presión eficaz de la bomba Hb se cal· cula con la fórmula simplificada: Hb = 2 :¡;IR+ :EZ.

Considerando que la longitud del circuito cerrado del radiador más desfavorable o sea el más alejado, en este caso son los tramos de cañe· rías que alimentan y retornan del radiador Nº 2. Está compuesto por los tramos AB-BD-D2-2E-CE y CA, que se estiman en 20m, y con el gra· diente R =14 mmca/m queda:

Hb = 2 :¡;IR+ :¡;z = 2 x 20 m x 14 mmca/m + :¡;z

Hb= 560 mmca + :¡;z = 0,56 mea + :¡;z

Para determinar la presión de la bomba, debe sumarse la caída de presión Z, en mea compuesta por el radiador del circuito más desfavorable y la caldera, datos suministrados por los fabricantes.

Suponiendo:

Caldera: 1 mea Radiador de aluminio: 0,5 mea :¡;z = 1,5 mea

La presión de la bomba vale:

Hb = 0,56 + 1,5 mea = 2.06 mea

Con el caudal 780 y la presión 2.06 mea se elige el modelo de la bomba circuladora. Debe aclararse, que en estos casos de calderas con bombas incorporadas por los fabricantes, deben verificarse las capacidades y características de las mismas con los valores de cálculo.


OTROS DISPOSITIVOS DE CALEFACCIÓN POR AGUA CALIENTE

319

Además de los radiadores, y las instalaciones de calefacció': por paneles radiantes, cuyo tema se desarrolla en el Ca?ítulo 12, _e_xisten otras unidades terminales importantes por agua caliente, pudiendose

mencionar las siguientes:

• Convectores. • Termozócalos. • Fan-coil. • Caloventiladores.

Con vectores

Son calefactores formados por tubos de aletas que se ubican en la parte inferior de un nicho empotrado en la pared, provisto c~n una_ tapa de cerramiento con rejillas para la circulación natural del arre caliente, según los detalles que se muestran en la figura 15-XI.

t

Corte

-"' nmunlllllllÍlltmnmmumn mmunnnmumnnmunnm

nnnum1nnnnnnmnnmm1 1nnumumnnn111111m111um Tapa

calefactora

Figura 15-Xl. Detalle del convector.

La circulación se debe al tiraje que produce el aire del ambiente al penetrar por la rejilla inferior y aumentar su temperatura en el


1ispositiv~ de calentamiento y al hacerse más liviano asciende por efeco co_n;ect1vo, descarg_ando en el local por la rejilla superior que viene

prov,s ~ con una persiana manual para regulación. A ,~aldad de rendimiento son más livianos que los radiadores

de poca mercia calorífica, por lo que son adecuados para usar en locale~ que de?an calentarse en forma intermitente. Son de más difícil lim ie za, debiendo ser la tapa frontal fácilmente desmontable fabricándos!l -

3ge0neralmente_en anchos de 8 y 14 cm para empotrar ~n pared de 1/ys

cm respectivamente.

Termozócalos

Consisten en un sistema de calefacción perimetral que son insta~:t~s ~ la tita de los zó?alos_ del ambiente. Están constituidos por

'?'e s e c . P~ en cuyo mtenor se instalan los dispositivos de calen-~iento constitmdos por caños de cobre con aletas de al . . ta bien, tubos aletadas de hierro por la cual circ umm~o o macuerdo a los detalles de mont~je de la figura l~~t agua caliente, de

Figura 16-XI. Termozócalo.


Su principal ventaja reside eri la uniformidad de distribución del calor en el ambiente y por su característica, son adecuados para espacios longitudinales, como por ejemplo, pasillos o circulaciones con superficies vidriadas, interconexión de cuerpos de edificios, etc.

Este sistema de calefacción tiene el inconveniente que la cesión de calor depende de la longitud perimetral disponible de los locales, que en la mayoría de las veces es escasa, teniendo en cuenta la ubicación de muebles y puertas.

En el montaje de las cañerías, debe evitarse en lo posible su vinculación por debajo de las puertas, para evitar la formación de U, que suelen ser puntos de acumulación de suciedades de difícil eliminación. Por otra parte, los locales calefaccionados deben ser relativamente limpios porque al estar estos dispositivos casi en contacto con el piso, la corriente de aire caliente tiende a arrastrar el polvo depositado.

Fan-coil individuales

Generalmente, para disminuir la inversión inicial de las instalaciones de aire acondicionado para verano, suele efectuarse la calefacción con estos artefactos que ya hemos descripto al analizar los sistemas todo agua, ver figuras 25 y 26 III anteriores, dejando prevista la futura instalación de la unidad enfriadora de agua.

El diseño de la instalación debe efectuarse para la época de verano por lo cual, cumplen más que satisfactoriamente las necesidades de calefacción, tal cual se describió al analizar este tema en el Capítulo III.

Caloventiladores

Son aparatos que funcionan por convección forzada del aire, empleando un ventilador helicoidal o axial montado en el gabinete y cuentan con una batería de tubos de cobre con aletas de aluminio por la cual circula el agua caliente, o eventualmente vapor de agua.

Pueden ser diseñados para tiro horizontal según se indica en la figura 17-XI, o también para descarga vertical.

Son artefactos compactos que emiten gran cantidad de calor por unidad de volumen de aire, que se ubican colgados a 2,50 a 3 m de altura del piso, siendo algo ruidosos por el funcionamiento del ventilador y estas características lo hacen apropiados para la utilización en industrias.

Los caloventiladores de tiro horizontal generalmente se sitúan cerca de las paredes exteriores impulsando el aire caliente en fonna


Persianas regulación

Serpentln tubos cobre y aletas de aluminio

Figura 17-XI. Detalle esquemático de un caloventilador.

oblicua, de modo que la corriente de aire perimetral llegue al entorno de la pared a una velocidad lo suficientemente lenta, como para provocar una adecuada mezcla con el aire infiltrado por las aberturas del local y en el caso de grandes espacios interiores, se pueden emplear los modelos de tiraje vertical.

En la figura 18-XI, se indican los detalles típicos de emplazamiento de estos aparatos.

En el cuadro 5-XI, se consignan sus capacidades trabajando a una temperatura promedio de agua caliente de 80 ºC.

Diámetro (m)

0,25

0,30

0,40

CUADRO 5-XI. CAPACIDADES CALOVENTILADORES AGUA CALIENTE 80 ºC

Caudal RPM MotorHP Capacidad (m3/min) (kcal/ h)

10 900 1112 3900

16 1400 1/12 5100

18 900 1/10 7200

30 1400 1/10 9600

30 900 1/8 10800

45 1400 1/8 14000


o /I\ @

\1! o

.,

Figura 18-XI. Detalles de distribución de caloventiladores en planta.

CAPÍTULO XII

CALEFACCIÓN POR PANELES RADIANTES

Características básicas

El propósito de este método de calefacción es mantener los dispositivos de calentamiento completamente invisibles en el local, para lo cual se embuten en los pisos, techos o eventualmente paredes del edificio. La calefacción por paneles emite calor por radiación y convección, pero como la componente de radiación es más elevada, ello ha llevado a llamarla calefacción radiante, en contraposición con los sistemas convencionales que se les suele llamar convectivos.

Ambos métodos de calefacción son distintos según se detalla en la figura 1-XII, donde se representa un corte de un local calefaccionado por radiadores y otro por losas radiantes, consistente en caños de hierro empotrados en el hormigón por la cual circula agua caliente.

Se observa que un radiador ubicado bajo la ventana produce una corriente convectiva que se eleva hacia el techo y a su vez, emite una pequeña parte del calor por radiación. En cambio, en el proceso de caldeo del sistema del panel, la superficie si bien calienta el aire por contacto directo, la convección es muy baja dado que el aire al hacerse más liviano queda estratificado en el techo.

A su vez, el techo emite calor por radiación pero el aire al ser diatérmico no lo absorbe, de manera que son los muebles y demás superficies del entorno los que absorben ese calor, calentando por convección el aire del local.

r !!


Sistemas eonveetivos

Sistemas radiantes

Figura 1-XII. Comparación de calefacción convectiva y radiante.

De esa forma, la calefacción por paneles se orienta hacia el control del bienestar aumentando la temperatura radiante o superficial media, obrando sobre la componente de radiación de disipación corporal, mientras los sistemas convectivos se basan en la temperatura del aire actum,1.do principalmente sobre la componente de convección. '

Esta_ es una ventaja importante de la calefacción por paneles, dado que per~ute mantener la temperatura del aire más baja, provocando una meJora en la función respiratoria del cuerpo humano, tal cual lo demostrado en la figura 4-XI anterior.

Debido a la tendencia natural que tiene el aire caliente de ocupar las regiones más altas, la convección es algo mayor en los paneles instalados en los pisos que en los techos.

Se observa en los gráficos de la figura 2-XII, los perfiles de temperatura verticales de una habitación que emplea piso y techo radiante o radiadores ubicados bajo ventana. '

Para el análisis, se fijaron las condiciones de temperaturas típicas d_e, diseño d': estas instalaciones a 1,50 m en el plano de vida o respiraCJon, efectuandose a menor temperatura para paneles radiantes, basa-

2,7

]: 'B 1,a " = 1,5 .. ... j

0,1


Piso radiante -~

\

Techo radiante

!

J I

li

Calefacci<in por radiadores

....

l

l

I j

NP.¡516 1Q 20 21 1516182021 1516182021 Temperaturas del aire ¡oq

Figura 2-XII. Perfil comparativo de temperaturas.

327

do en el hecho que el bienestar en estos casos se obtienen con una temperatura del aire menor. Se observa además, en el caso de paneles la gran uniformidad de temperatura entre piso y techo.

Por otra parte, en el caso de la calefacción por piso radiante, la temperatura de la cabeza del individuo a una altura de 1,80 mes menor que los otros y se mantienen los pies levemente calientes, lo que constituye una ventaja adicional de este tipo de calefacción.

CALEFACCIÓN POR PANELES CON AGUA CALIENTE

Estas instalaciones consisten en la emisión de calor de los paneles constituidos por las superficies del propio edificio, ya sea piso, techo o paredes, utilizando como fluido calorífico agua caliente a baja temperatura de 35 a 50ºC, la que se hace circular por cañerías empotradas formando serpentines. Con esas bajas temperaturas se trata de no originar dilataciones excesivas ni altas temperaturas superficiales, que provoquen problemas a las personas ya sea por contacto directo o por altas radiaciones.

La característica constructiva de los edificios debe ser tal, que permita absorber las dilataciones y tensiones debidas al calentamiento y a


la vez, transmitir el flujo de calor de los caños empotrados a la superficie emisora del panel en forma correcta y uniforme.

Cañerías

En estos casos, los caños al estar empotrados dentro de una masa de mortero de hormigón, además de las propiedades para la distribución del agua caliente, indicadas precedentemente en el Capítulo VI, deben tener:

• Buen coeficiente de transmisión de calor. • Adecuada flexibilidad, para no dañarse o fisurarse en el doblado en

la conformación de los serpentines. • Resistencia al contacto directo, con los materiales de la construcción.

Los diámetros exteriores usuales son de 16 a 20 mm, exteriores o nominales de 1/2 y 3/4", en separaciones que oscilan de 10 a 35 cm y los tipos de caños que generalmente se emplean, son los siguientes:

• Metálicos: de hierro negro, latón o cobre. • Plásticos: de polietileno reticulado o copolímero. • Compuestos de aluminio con polietileno o polipropileno.

Caños metálicos

En general, el hierro negro prácticamente ha dejado de usarse porque la ejecución del doblado, soldadura y montaje de los serpentines es más complejo y es más factible de oxidaciones.

Por ello, pueden emplearse caños de latón o cobre que cumplen adecuadamente con las funciones y se sueldan con soldadura fuerte capilar. En dimensiones pequeñas de 1/2" o 3/4" vienen en rollos de 40 m y por su flexibilidad, permite una fácil y simple ejecución de los serpentines.

Caños plásticos

Uno de los caños más empleados es el de polietileno reticulado (Pex), que es sumamente flexible y permite el simple curvado manual en frío, proveyéndose en rollos de más de 200 m, lo que facilita la ejecución de los serpentines sin soldaduras o empalme alguno, lo que reduce el riesgo de pérdidas de agua.

Debido a ello, prácticamente no es necesario el empleo de accesorios como curvas o codos, salvo aquellos casos que posean insertos con

CALEFACCIÓN POR PANELES RADIANTES 329

rosca metálica, que son necesarios para la vinculación de las cañerías con los elementos propios de la instalación.

También se emplean caños de polietileno copolímero octeno, cuya estructura molecular no es reticulada, pero cuenta con ramificaciones entrelazadas y tienen la propiedad de unión por termofusión.

Tubos compuestos con aluminio

Estos tubos constituyen una alternativa interesante de características similares al Pex-Al-Pex o al PPR-Al-PPR descriptos anteriormente en el Capítulo VI, pero con un espesor de aluminio algo más delgado, para facilitar la difusión del calor y el doblado en la ejecución de los serpentines.

Forma de los serpentines

Los serpentines se muestran en la figura 3-XII, y pueden ser:

• Continuos. • En espiral. • Mixtos.

Entrada ¡ de agua "'"""- Entrada agua caliente

~cali•nt~• ~~

Serpentín en espiral Serpentfn continuo Retorno

Figura 3-XII. Tipo de serpentines.

El serpentín continuo es el más común, pero requiere numerosas curvas con mayor pérdida de carga y se hace dificultosa la ejecución cuando la separación de caños es pequeña.

La serpentín en espiral es el técnicamente más recomendable, dado que como la circulación del agua e impulsión y retorno se disponen cercanas, hay una mejora en la uniformidad de la temperatura del suelo, requiriendo menor número de curvas y menos pronunciadas, lo que facilita la instalación.


Pueden también diseñarse paneles mixtos, combinando el panel continuo con el espiral para mejorar la distribución y muchas veces para reforzar con caños las zonas perimetrales.

PISOS RADIANTES

La instalación de calefacción por piso radiante se las suele proveer por los fabricantes de caños plásticos, con todos los accesorios necesarios para los montajes.

Básicamente un piso radiante está constituido por tres partes fundamentales, como se muestra en la figura 4-XIL

Colector Colector retorno alimentación

i ,~~~ . .. .. .,,

,--• __,l Se~pentines~

1 colefoctores ~t

rfill]

Figura 4-XII. Esquema básico de un sistema de piso radiante.

• Generación de calor: con caldera para calentar el agua de 35 a 50 ºC. • Distribución del agua caliente: mediante bomba circuladora por cañe

rías aisladas, hasta los colectores de distribución.


• Emisión de calor: desde las superficies del piso del ambiente a una temperatura de 26 a 29 ºC, colocado sobre una placa de hormigón apoyada sobre una base aislante flotante, donde se empotran los serpentines de agua caliente ejecutados usualmente con caños plásticos de 16 a 20 mm de diámetro exterior, cada 10 a 35 cm.

Montaje de los pisos radiantes

Como primer paso se debe limpiar la superficie del contrapiso, efectuado un alisado con un mortero de cemento hidrófugo y verificando que no haya desniveles. Luego, se coloca una base fiotante de aislación de poliestireno expandido de 20 mm de espesor mínimo y una densidad no menor de 20 kg/m3, cubriendo toda la superficie del ambiente, como se muestra en la figura 5-XII.

Banda perimetrol

Figura 5-XII. Detalle de base flotante del piso radiante.

El aislamiento térmico se instala con objeto de:

• Reducir las pérdidas caloríficas hacia abajo. • Posibilitar una mejor distribución del calor hacia el piso.

Además, sobre las paredes se aplica una lámina aislante constituyendo una especie de zócalo, de alrededor de 10 cm de altura y 10 mm


de espesor, apoyada en las paredes en todo el perímetro del local destinada a evitar perdida de calor por los laterales, reducir la propagación de ruidos y actuar como junta de dilatación del panel. Generalmente, se emplea una banda de espuma de polietileno.

Tanto la base flotante de aislamiento horizontal como el zócalo, se cubren con un film de polietileno de 0,2 mm de espesor mínimo, con objeto de proteger el conjunto de la humedad del mortero de hormigón que se instalará sobre el mismo.

Sobre el film, se monta una malla metálica presoldada de e¡, 4,2 mm reticulada (tipo sima) de 15xl5 o 15x25 cm, la que está destinada a servir de bastidor y elemento adicional estructural a la placa de hormigón a ejecutar, fijándose el caño que conforma el serpentín, mediante precintos plásticos.

Otra alternativa, consiste en colocar paneles preformados de poliestireno expandido de una densidad de 20 kg/m3. Estos paneles se colocan sobre todo el área del piso y tienen la misión de fijar las tuberías emisoras mediante la presión del encastre, guiándolas y facilitando el montaje de los circuitos con la separación entre tubos. Algunos modelos de esos paneles cuentan con el añadido de un film adherido a la cara superior, para el aislamiento hidráulico.

Una vez ejecutado el serpentín, se realiza la prueba hidráulica. El llenado de agua se realiza por el colector, circuito por circuito, procurando eliminar todas las burbujas de aire y dejando los caños con agua.

Luego, se ejecuta la placa de hormigón cubriendo la aislación y los tubos del serpentín, con un espesor total de aproximadamente el triple del diámetro exterior del caño. No son convenientes espesores mayores, porque aumentan la inercia térmica del sistema, mientras que si son menores, se reducen la capacidad de resistencia de la placa.

Es importante que el hormigón sea sumamente compacto, en relación 1:3:3, debiendo ser el agregado grueso de pequeña granulometría, compuesto de arena y canto rodado y que la superficie de contacto con el tubo sea perfecta para lograr una adecuada transmisión del calor, evitando la formación de burbujas de aire dentro de la masa, dado que constituyen elementos aislantes.

Para ello, se agrega al mortero un fluidizante o fluyente, constituido por un aglomerante basado en anhidrita en forma de polímeros. Con ello, se mejora además la resistencia a la flexotracción y se facilita la colocación del hormigón.

Debe asegurarse un completo fraguado de la loseta antes de la colocación del piso. Una buena práctica, es producir el secado haciendo funcionar el sistema durante dos o tres semanas aumentando la temperatura del sistema en forma gradual.


La placa o loseta transmite el calor al piso que a su vez, lo emite al ambiente por radiación y convección natural, trabajándose con bajas temperaturas de agua, para no originar altas temperaturas superficiales.

Los tipos de pisos a emplear pueden ser los comunes, tales como madera, baldosas, cerámicas, alfombras, etc., y su influencia es pequeña con respecto a la distribución del calor por la placa de hormigón, no debiéndose utilizar materiales que sean aislantes o de alta resistencia al pasaje de calor. En las ñgura 6-XII, se muestra el detalle de un corte de un piso radiante con piso de parquet.

l--r--1K.~HFilm polietileno

f--'---!Cxt:--,

Parquet

Placa hormigón

Caños serpentín

Malla sima

Figura 6-XII. Detalle de piso radiante con piso de parquet.

Planificado de los serpentines

Los serpentines que se utilizan en pisos radiantes son los del tipo continuo, espiral o mixtos, de acuerdo a lo explicado precedentemente. En el montaje se deben emplazar la distribución del agua más caliente, hacia donde se produce la mayor pérdida de calor en los locales, como las partes cercanas a las ventanas o paredes frías exteriores, tal cual se detalla en los esquemas de la figura 7-XII, tratando de lograr como objetivo primordial, una uniformidad de temperatura en la placa emisora.


Serpentín continuo

Serpentín espiral

Figura 7-XII. Forma de montaje de serpentines.

De esa manera, a medida que el agua avanza por el serpentín y disminuye su temperatura, debe ir atacando las zonas menos frías de Ios·locales

Como norma general de proyecto debe efectuarse un serpentín por local, de modo que pueda regularse independientemente su temperatura, dado que la calefacción de locales vecinos con un serpentín único es causa siempre de molestias, porque no se produce una distribución uniforme de temperatura y es muy dificil su regulación, aún cuando se trate de locales iguales destinados a un mismo uso.

El edificio debe permitir absorber las dilataciones y tensiones debidas al calentamiento, siendo conveniente colocar juntas de unos 8 mm de ancho, cuando las superficies de los paneles, superen superficies de 40 m2 o la longitud del lado, sea mayor de 8 rn, evitando relaciones de lados mayores de 1 en 2. Los tubos que atraviesen las juntas de dilatación, deben ser envainados con un caño camisa para permitir la adecuada dilatación, de acuerdo al detalle indicado en la figura 10-VI anterior.

En ambientes muy grandes, resulta práctico conformar varios serpentines en paralelo para que la longitud no sea elevada, corno se muestra en la figura 8-XII.

En la figura 9-XII, se muestra la disposición de cañerías de un departamento, donde se observa que se han planificado paneles continuos independientes para cada ambiente. Los serpentines acometen a un gabinete de distribución único, que alberga los colectores de alimentación y retorno, con las llaves que permiten regular dentro de ciertos límites los locales calefaccionados.


! .. Retorno__.

Figura 8-XII. Serpentín continuo en paralelo.

Figura 9-XII. Detalle_ de la planificación de serpentines en un departamento.

Colectores

Los colectores son en general de cobre o latón, los que se ubican en cajas metálicas diseñadas especialmente, en la que está prevista las entradas de las cañerías de vinculación con la caldera y las acometidas a los diferentes serpentines del sistema.

Las cajas con los colectores deben estar situadas en lo posible en el centro geométrico de la planificación de los paneles, de modo que la distancia a cada uno sea la mínima y a una altura fácilmente accesible, no menor de 50 cm con respecto al nivel del piso.


En la en la figura 10-XII, se indica un detalle de instalación de los colectores de distribución

_(f) ...

1 - ,_ Colector alimentación

t t 1 " C¡¡ja tte colectores ~

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_(! il ~ - ,-. ' " .. -11 Wl • .!! - - ,_ .. ~ Colector retorno .. I; t ~ : Q ti

" arcuito " !¡;

~ t otro panel ....... .!! -+ ..

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Serpen~

~ ~

continuo

Figura 10-XII. Detalle de montaje de colector de distribución.

. Los colectores generalmente vienen provistos con:

• Llave de entrada y de salida para la vinculación con la caldera. • Termómetro de entrada y de salida. • Válvulas de regulación en el colector de alimentación, de acciona

miento manual o automática, utilizando un servomotor conectado a un termostato de ambiente individual.

• Detentares en el colector de retorno, con el fin de que el instalador realice la regulación hidráulica durante su puesta en marcha.

• Válvulas de desaire automáticas.

La concentración de cañerías en la zona del colector, hace necesario reforzar convenientemente su aislación térmica y por otra parte, no es conveniente utilizar más de 6 serpentines por colector, para simplificar el montaje.


Funcionamiento y regulación del sistema

El agua es calentada en la caldera y distribuida a los colectores por medio de cañerías de distribución, similares a las usadas en las instalaciones de radiadores.

Para evitar que la caldera trabaje con temperatura muy bajas se efectúa la regulación del suministro de agua a los paneles, mediante una válvula mezcladora de 3 vías que modula en proporciones adecuadas el caudal de alimentación y retorno, a fm de mantener en forma permanente las temperaturas requeridas del agua de calefacción, como se muestra en el esquema de la figura 11-XII.

La centralita de control ajusta la temperatura del agua de alimentación, en forma proporcional a la variación de temperatura exterior y la regulación de la temperatura del interior de los locales, puede efectuarse en forma manual, con la válvula de regulación en el colector de alimentación y el detentor en el retorno .

Una regulación más precisa, puede consistir en utilizar un termostato para efectuar la regulación de la temperatura del interior del ambiente, controlando la circulación del agua por el serpentín, mediante un servomotor colocado a la salida del colector de alimentación, en lugar de la válvula de regulación manual.

Caldere Bomba

Gabinete con colectores de alimentación y retorno

1/R.eg Detentor

Figura 11-XII. Esquema de regulación de calefacción por piso radiante.


Ventajas y desventajas de los pisos radiantes

Esta forma de calefacción permite lograr confort con menor temperatura del aire, mantienen la superficie de la cabeza más fresca y levemente caliente los pies, por los que todos estos factores se traducen en la percepción de una mayor sensación de bienestar y por ello, son instalaciones recomendadas para viviendas residenciales o colectivas.

La emisión de calor se efectúa en forma uniforme desde todo el piso, mientras que en los otros métodos de calefacción en los cuales existe un número determinado de emisores de calor, suelen producirse zonas calientes y frías en un mismo ambiente.

La temperatura de la superficie emisora del piso de un sistema de calefacción por piso radiante es baja, normalmente de 26 ºC en los locales de estar permanente y 29 ºC en los de tránsito y al ser la diferencia de temperaturas con el aire del ambiente muy reducida, el movimiento convectivo es muy pequeño y no origina desplazamiento de polvo.

Como los emisores de calor están empotrados en el piso, no ocupan espac10s útiles para circulaciones o apoyo de muebles y al no haber elementos calefactores, no existe el riesgo de golpes o quemaduras por contacto con ellos. Además, la placa emisora flotante bajo el piso mejora la aislación acústica de los locales

El tendido de las cañerías en el interior del edificio, evita en climas fríos el peligro de congelamiento del agua de la instalación.

Al ser menor la temperatura del ambiente interior en comparación con los otros sistemas de calefacción, disminuyen las pérdidas de calor por transmisión y por infiltración, ya que son proporcionales a la diferencia de temperatura con el aire exterior y hay una disminución de pérdidas en las calderas y en las cañerías, debido a que se trabaja a menor temperatura del agua.

Por otra parte, la moderada temperatura de impulsión del agua hace que éste sea uno de los métodos de calefacción más compatibles co~ el empleo de paneles solares térmicos y actualmente se están desarrollando los denominados sistemas de refrescamiento por pisos fríos para tratar de utilizarlas en verano.

En cuanto a sus limitaciones, se puede mencionar que su aplicación está orientada a las nuevas construcciones, porque es dificultosa su realización en edificios existentes o ampliaciones.

. Es una instalación de mayor inercia térmica que la calefacción por radiadores, dado que las cañerías deben ceder una cierta cantidad de calor a la placa de hormigón, lo que retarda la puesta en régimen y cuando se apaga, ese calor almacenado no tiene aplicación útil.


Este inconveniente haceque los pisos radiantes no sean adecuados para ambientes que se calienten por cortos períodos, como teatros, cines, auditorios, sala de conferencias, restaurantes, grandes locales comerciales, etc. Además, no cuentan con entrada de aire nuevo exterior y desde ese aspecto, tampoco son aconsejables para locales con muchas personas.

Por otra parte, el edificio debe contar con buena aislación térmica, porque la cesión de calor de los pisos está limitada por la temperatura superficial y muchas veces, el área emisora no alcanza para satisfacer las necesidades, debiendo recurrirse a paneles complementarios de pared o techo o eventualmente radiadores. En general, estas instalaciones no se adaptan bien a edificios con grandes pérdidas de calor, siendo muy sensible a los grandes aventanamientos y paredes exteriores frías, así como las infiltraciones de aire.

Además, los serpentines deben estar bien proyectados, dado que los errores de ejecución y reparaciones son diñciles, ya sea para aumentar la capacidad o variar su disposición. En estos casos, queda sólo la posibilidad de elevar la temperatura del agua o aumentar el caudal mediante una bomba de mayor capacidad.

DIMENSIONAMIENTO DE LOS SERPENTINES

Si se considera un tubo empotrado por el cual circula agua caliente, luego de un lapso determinado, el calor atraviesa el espesor del material del caño en función de su conductibilidad térmica y a medida que transcurre el tiempo, va aumentando la temperatura de los elementos de la estructura que lo rodean, distribuyéndose el calor en forma uniforme en todas direcciones, hasta llegar a la superficie emisora de calor en el local.

Es evidente que la distribución térmica se incrementa a medida que aumenta el diámetro del caño, a causa del mayor área de contacto entre el caño y la estructura. Como el calor fluye en todas direcciones, debe colocarse aislantes térmicos para reducir al mínimo las pérdidas hacia las superficies no útiles.

Considerando un piso radiante, con un serpentín empotrado dentro de una placa de hormigón sobre un aislamiento térmico, de acuerdo con el esquema de la figura 12-XII, puede calcularse la cantidad de calor emitida, según la ecuación:

ti

Figura 12-XII. Transmisión de calor de un piso radiante.


Q = kr L (th- ti)

Donde:

Q: cantidad de calor emitida por el piso radiante (kcal/h). kr: coeficiente total de calor emitido, por metro de tubo (kcal/hmºC). L: longitud del serpentín empotrado en el área del piso (m). th: temperatura promedio del agua de calefacción (ºC). ti: temperatura del aire interior del ambiente (ºC).

Se puede establecer que la longitud del serpentín vale:

Siendo: A: !:

L =All

área del panel de piso calefactor (m2). separación entre ejes de los caños empotrados (m).

Reemplazando L y despejando de la ecuación anterior, se puede determinar la separación de los caños !:

1 = kr A (th - ti)/Q

La cantidad de calor Q surge del balance térmico del local a calefaccionar, suponiendo una temperatura del aire interior de diseño ti de 18 a 19ºC, según el procedimiento de cálculo indicado en el Capítulo XL El valor de la temperatura promedio del agua th, es de:

th = (te + ts)/2

Donde:

te: temperatura del agua a la entrada del serpentín (ºC). ts: temperatura del agua a la salida del serpentín (ºC).

El salto térmico entre la temperatura del agua de entrada y salida, se fija generalmente en lOºC.

La temperatura promedio del agua no debe sobrepasar los 50ºC para evitar dilataciones excesivas, dado que pueden provocar problemas en las estructuras donde se empotran los serpentines y además, en el caso de paneles de piso se puedan originar temperaturas superficiales que superen los límites admisibles de 26 a 29 ºC. En general, la tempe-· ratura promedio del agua de calefacción th se la supone constante en toda la instalación entre 35 a 45ºC, adoptándose normalmente 40ºC.

El coeficiente de calor kr, que emite el caño hacia la superficie del piso, va a depender del material, diámetro exterior, el espesor del recu-


brimiento y del tipo de piso a emplazar. Según valores experimentales, se ha verificado que la conductibilidad propia y específica del material del caño en sí, no es determinante con relación a todo el conjunto de resistencias térmicas que componen el piso.

Pueden establecerse los siguientes valores prácticos de kr, para los caños normahnente utilizados en pisos radiantes, considerando una placa de hormigón de espesor igual a 3 veces el diámetro ~xterior del caño, sobre el cual se aplica un piso cerámico, baldosas o marmol:

Coeficiente kr (kcal/hm ºC) Polietileno reticulado: • Diámetro exterior 20 mm: 0,95 • Diámetro exterior 16 mm: 0,85

Latón o cobre • Diámetro exterior 23 mm: 1,10 • Diámetro exterior 17 mm: 0,89

En caso de emplearse pisos de otras características, debe considerarse un factor de corrección del coeficiente kr, teniendo en cuenta la mayor resistencia al pasaje de calor, de acuerdo con lo siguiente:

Factor de corrección del coeficiente kr • Piso de madera (parquet) o plásticos:0,9 • Pisos de alfombra: 0,8

Diseño serpentín

De modo que conocido el área, tipo de piso y caño a emplear, con el coeficiente de emisión kr y con la fijación del salto de temperatura entre el agua y el aire, puede determinarse con la cantidad de calor a emitir, la separación de los caños del serpentín. En general, por razones constructivas suele redondearse la separación de caños en módulos de 5 cm.

Debe constatarse, que la separación no sea menor de 10 cm, P?rque ello implica que la temperatura del piso es el~vada y e~ muy dificultosa la ejecución especialmente en los serpentines continuos Y _no mayor de 30 cm, para lograr que la distribución de temper~~ura d~l piso sea lo más uniforme posible. Lo ideal es que la separac10n este comprendida entre 15 y 30 cm.

En caso que la separación según el cálculo sea menor qu~ ~~cm, antes de reducir la separación a 10 cm, conviene analizar la posibilidad de aislar mejor el local para reducir las pérdidas de calor Q. Otra solución que suele emplearse, es tratar de aprovechar las zonas perimetrales


bajo ventanas o paredes frías que no son transitadas, e incrementar allí la cantidad de caños con separaciones de 10 cm, aumentando de esa manera la emisión de calor en esas zonas, tal como se muestra en la figura 13-XII y si ello no es viable, se deben utilizar paneles suplementarios de pared o techo o eventualmente radiadores de calefacción.

Debe destacarse que estos sistemas requieren una buena aislación de los locales, dado que si se necesitan complementos en cada uno de ellos, el edificio no es apto para este tipo de calefacción.

Serpentín continuo reforzado

Serpentín espiral reforzado

Figura 13.XII. Refuerzos perimetrales.

Por otra parte, debe verificarse que la longitud del serpentín más la conexión a los colectores no sea excesiva, a fin de no originar elevadas caídas de presiones en los circuitos de circulación de agua. Así, no se deben superar las siguientes longitudes:

• Diámetro exterior 20 mm: 100 m ~ Diámetro exterior 16 mm: 75 m

La longitud del serpentín, vale de acuerdo con lo indicado anteriormente L = A/1. De modo que la longitud total es de:

LT=L + 2 Le

Donde: LT: longitud total del caño,hasta los colectores (m). L: longitud del serpentín (m). Le: longitud conexión del serpentín a los colectores (m).


Ejemplo de aplicación

Supóngase calcular el serpentín continuo de un piso radiante destinado a calefaccionar un dormitorio de 3 x 3 m con parquet, emplea':do caño plástico de polietileno reticulado de 20 mm de diámetro exter10r. Los datos del proyecto son:

Q: balance térmico: 850 kcal/h. ti: temperatura del aire del local: 18ºC. th: temperatura promedio del agua de calefacción: 40ºC.

A: área del panel: 9 m2.

La separación de caños se calcula con: 1 = kr A (th-ti)/Q

El coeficiente kr de acuerdo con la tabla anterior vale 0,95 kcal!hm ºC, el que debe ser corregido porque se trata de un piso de parquet, con el coeficiente de ajuste 0,90. De modo que:

kr = 0,95 x 0,9 = 0,855 kcal/hmºC, y de esa forma:

1 = 0,855 X 9 (40-18)/850 = 0,20 m

El valor es adecuado porque está comprendido entre 15 Y 30 cm.

El largo del serpentín vale: L = A/1 = 9/0,20 = 45 m

Si la distancia de Le = 2 m desde el serpentín a los colectores de alimentación y retorno respectivamente, la longitud total vale:

LT = L + 2Lc = 45 + 2 x 2 = 49 m

Esa longitud es aceptable dado que es menor de 100 m. De esa manera, para el diámetro exterior del caño de polietileno reticulado fijado de 20 mm, la separación del serpentín es de 20 cm y sobre esa base se efectúa el proyecto, según se

-3m--~

' _02omm -

C c/20cm -, 1

detalla en la figura 14-XII. m ( 3

Las características particulares del piso son las detalladas en el corte

' (

)

esquemático de la figura anterior 6- ~ XII. Como la placa de hormigón debe tener un espesor aproximado a 3 veces

)

+

el diámetro exterior del caño, su valor Figura 14-X!l. será de: 3 x 20 mm = 60 mm = 6 cm. Detalle del piso radiante.


Cañerías de distribución y bombas de circulación

Las cañerías de distribución de alimentación y retorno, desde la caldera _hasta los colectores que abastecen los serpentines, se calculan de la m_,sma forma detallada en el cálculo de cañerías de agua caliente por radiadores en el Capítulo XI anterior, con la salvedad que el diámetro del serpentín surge del diseño del panel calefactor.

Para el diseño de las bombas, el caudal circulante C (l/h), se calcula sobre la base de un salto térmico de lOºC, entre la entrada y salida de agua del serpentín, con la fórmula: C = Q/10, y para su contrapresión se analiza el circuito cerrado más largo que constituye el serpentín má¡ desfavorable, tal cual se ha señalado en el ejemplo de cálculo de cañerías para radiadores.

TECHOS RADIANTES

Los sistemas de calefacción por paneles radiantes de techo se pue-den clasificar en: '

• Losas radiantes. • Paneles de techo.

Losas radiantes

Son instalaciones de calefacción radiantes por techo, constituidos por serpentines de caños de hierro negro soldados embutidos en las losas del hormigón, que forma parte integrante de la estructura del edificio Y de allí su nombre. En la figura 15-XII, se muestran sus características constructivas.

Losa hormigón

i~,!~~~~~,~~~~~~I~ Tubería Hierro hormigón Cielorraso

Figura 15-XII. Detalle de losa radiante.


Se aprovecha el hecho que el coeficiente de dilatación del hierro es prácticamente del mismo orden que el hormigón y en algunos Reglamentos, se suele considerar al panel de hierro como integrador de la estructura resistente de la losa, permitiendo reducir las secciones del hierro estructural.

En los pisos intermedios de un edificio de varias plantas, la calefacción por losa radiante permite calentar suavemente el piso situado encima y esa acción se considera favorable, ya que constituye a la homogeneización del calentamiento en sentido vertical y a conservar los pies calientes.

De modo que, eligiendo convenientemente el aislamiento por encima de los tubos, se puede efectuar un sistema mixto regulando la proporción de calor que pasa al piso superior y reduciendo al mínimo el calor que fluye en el último piso, pudiendo utilizarse vermiculita, lana mineral o de vidrio, arcilla expandida, etc.

La temperatura máxima admisible de la superficie de los paneles de techos, depende del ángulo sólido de emisión de radiación que incide sobre cabeza de los ocupantes, siendo recomendable no superar los 40ºC.

Las losas radiantes han dejado prácticamente de ejecutarse y han sido reemplazados por los pisos radiantes. En efecto, su instalación debe ser siempre del tipo central en el edificio para que la estructura se caliente uniformemente, dado que pueden originarse dilataciones diferenciales, mientras que la tendencia actual es hacia las instalaciones semicentralizadas o individuales, con una caldera por piso.

Al calentar la masa total de hormigón que compone la estructura, la inercia térmica es mucho más pronunciada que en los pisos radiantes, que se instalan en una pequeña placa emisora flotante de hormigón aislada del edificio y además, ello permite que el piso radiante pueda ser del tipo semicentralizado.

Por otra parte, como se mantiene más fresca la parte superior del local y la radiación no incide directamente sobre la cabeza de las personas, hay una mejor sensación de bienestar.

Por último, debe señalarse que para la ejecución se requiere mano de obra especializada en el montaje de cañerías de hierro y una coordinación adecuada, con la ejecución de la estructura de hormigón, no contando con toda una serie de elementos accesorios para el montaje, como los que se han desarrollado especialmente para los pisos radiantes con caños plásticos.

Paneles de techos

En algunos casos, se aprovechan los cielorrasos suspendidos para empotrar los caños y un caso particular es el panel de cielorraso armado en yeso, pudiendo ejecutarse con tubos de hierro el que debe protegerse de la corrosión, como se muestra en el detalle de la figura 16-XII.


Tablero de madera -

Caño

Cámara de aire

Figura 16MXII. Panel de cielorraso armado.

En estos casos, la puesta en régimen se acorta notablemente con respecto a las losas radiantes,. pero deben tomarse precauciones en su ejecución, para evitar rajaduras por dilataciones y por dicho motivo es muy poca su utilización. '

Otro tipo particular, de sistemas de calefacción por techo radiante consiste en la utilización de paneles constituidos por cielorrasos metáli'. cos prefabricados, conteniendo el serpentín de calefacción por el cual circula el agua caliente.

, . En la figur~ 17-XII, se muestra el esquema de un módulo, el que bas1camente esta formado por un serpentín de tubos de cobre fijados sobr~ las placas mo~ulares de aluminio o de acero inoxidable, que comunmente son del tipo perforado y se fabrican de diversos diseños en chapas lisas en acero, embebidas en yeso, etc. '

La vinculación del caño de cobre a la placa debe ser franca y uniforme para facilitar la transmisión de calor debiéndose colocar sobre el conjunt¿ un aislamiento térmico para evitar pérdidas de calor hacia arriba.

Estos elementos suelen ser empleados asociados en verano con las instalaciones ck techos fríos, circulando agua fría proveniente de una uni-

Figura 17-XII. dad enfriadora de agua, analizados Módulo de serpentín de techo. precedentemente en el Capítulo III.


PANELES DE PISO ELÉCTRICOS

En general, se emplean dos tipos de elementos eléctricos empotrados:

• Cables calefactores. • Láminas calefactoras.

Los cables calefactores están constituidos por uno o varios conductores aislados con magnesia o materiales de similares características, comprimida en el interior de una envoltura metálica. Tienen una excelente conductividad térmica, hermeticidad y buena resistencia mecánica y térmica, proveyéndose en rollos.

El cable es tendido sobre el contrapiso aislado, mediante regletas plásticas, instalándose de acuerdo al detalle de la figura 18-XII.

1,som

Cable calefactor /

Figura 18MXII. Detalle instalación de cables calefactores.

Se lo empotra en una carpeta de hormigón de unos 3 cm con aislación térmica, tal como se observa en la figura 19-XII.

Las láminas calefactoras consisten en una banda polimérica semiconductora de unos 30 cm de ancho por 1,2 mm de espesor, que se coloca en contacto directo bajo el piso terminado.

Esa banda puede ser preparada para ser conectada a la tensión de red, pero por -razones de seguridad suele utilizarse una fuente de


24 volts, tal cual se muestra en esquema de la figura 20-XII y su montaje, en el corte de la figura 21-XII.

Solado Carpeta hormigón

• • • Cables

Aislación ·.· ~ ~O ~, . " . <:;::, " i:.) .,.,

Losa hormigón á<> •:, ºo " Q ,O ,,

Figura 19-XII. Corte de un piso radiante con cable calefactor.

'~~ Calefactoras

Conductor ,,estañado

1' 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1

Detalle lámina calefactora

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Figura 20-XII. Esquema de panel de piso con láminas calefactoras.

El polímero posee en su composición partículas distribuidas de manera homogénea, que al estar en contacto unas con otras permiten el paso de corriente, confiriéndole la propiedad de ser semiconductor.

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Piso terminado Lámina calefactora Aislamiento térmico Losa hormigón

Figura 21-XII. Corte de piso con láminas calefactora.

349

Este sistema tiene la propiedad de autorregulación, dado que cuando la temperatura ambiente es baja, esas partículas se encuentran muy próximas entre sí, permitiendo un mayor pasaje de corriente eléctrica y generando una mayor energía calorífica. Cuando la temperatura aumenta, las partículas se separan y se produce una disminución de la emisión de calor.

..

CAPÍTULO XIII

OTROS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

CALEFACCIÓN ELÉCTRICA

Esta forma de calentamiento se basa en que la corriente eléctrica al circular por una espiral conductora, encuentra alta resistencia al pasaje, produciéndose la transformación de energía eléctrica en calórica por efecto Joule.

En general, se utiliza mucho la energía eléctrica para calefacción mediante artefactos individuales, como las estufas de resistencias eléctricas tradicionales de espiral o de cuarzo, que logran mayor alcance de radiación, los convectores de aire caliente, las lámparas infrarrojas, que se emplean incluso para secar, etc.

Además, se pueden mencionar los caloventores, tubos para calentamiento de aire, paneles calefactores, cortinas de aire caliente, baterías de resistencias para instalar en conductos de aire caliente y la aplicación de cables calefactores o paneles semiconductores para calefacción por piso radiante, de acuerdo a lo detallado precedentemente en el Capítulo XII.

Los radiadores oleotérmicos son otra aplicación interesante de la energía eléctrica. Consisten en un radiador normal de chapa al que se llena de aceite especial y se lo calienta con una resistencia de inmersión ubicada en la parte inferior, de modo que el aceite al hacerse más liviano asciende y circula por convección en el radiador.

Un modelo se muestra en la figura 1-XIII.


Figura 1-XIII. Radiador oleotérmico eléctrico.

Se utiliza aceite para evitar la formación de vapor del agua, reducir la corrosión y lograr un más rápido calentamiento. En general, los diferentes modelos vienen con termostato regulable incorporado e interruptores que permiten ajustar las distintas potencias.

La energía eléctrica presenta innumerables ventajas técnicas para usarse para calefacción, por los siguientes motivos:

• No existe combustión, humos, residuos, olores y no consume oxígeno.

• Siempre está disponible, dado que utiliza la electricidad como fuente.

• No exige instalaciones complicadas ni espacios dedicados a las mis· mas, como depósitos de combustible, chimeneas, etc.

• Es muy segura, sin peligro de estallidos o explosiones. • Es muy fácil de regular, programar y automatizar. • No tienen inercia térmica, de modo que responden inmediatamente a

las necesidades de calor y no queda calor remanente en el sistema, luego de la parada.

• Tiene muy poco mantenimiento.

Esta serie de ventajas convierten a la energía eléctrica en la fuente de calor ideal. Sin embargo, la limitación está en los precios de la electricidad que son muy elevados para su uso en calefacción y que su rendimiento está limitado al valor de su.equivalente térmico que por efecto Joule, es: 1 Watt = 0,86 kcal/ h.

Por otra parte, hay que recordar que la mayoría de la generación eléctrica se efectúa aún con los combustibles tradicionales y el aprovechamiento energético global es muy bajo.

Para que la energía eléctrica pueda competir con los otros combustibles a los fines de la calefacción, se dispone de dos métodos básicos, que son:

• Bomba de calor. • Acumulación, con tarifas nocturnas bajas.

La bomba de calor es una de las aplicaciones más importantes de la electricidad buscando aumentar la efici.encia energética. Con un sistema frigorífico se logran extraer por cada Watt aplicado al compresor,

OTROS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN 353

tres o más veces la cantidad de calor de la que se logra con la conversión directa de energía eléctrica en calórica, de acuerdo a lo explicado precedentemente en el Capítulo II.

La acumulación del calor eléctrico durante las horas de la noche es otra alternativa interesante que se emplea en algunos países apuntando a bajar los costos operativos, mediante la reducción de la tarifa eléctrica nocturna que ofrecen las compañías de electricidad. El motivo de esta reducción, es que por la noche existe un menor consumo y como las centrales eléctricas necesitan un funcionamiento continuo, se origina un excedente que se pierde al no existir sistemas para acumular la energía eléctrica.

De esa manera, suele utilizarse como fuente de calor la energía eléctrica almacenada durante la noche, por ejemplo de 23 a las 7, o sea durante 8 horas, en calefactores compactos autocontenidos de acumulación.

Se utilizan para ello, un núcleo acumulador de calor que está constituido principalmente por ladrillos refractarios, que se calientan hasta unos 600 a 700 ºC mediante resistencias eléctricas blindadas. Cuentan con un adecuado aislamiento térmico y un eficiente sistema de seguridad y control.

Estos acumuladores pueden ser del tipo estático para pequeñas capacidades, donde el calor se descarga por tiraje natural durante el día o del tipo dinámico donde se adiciona al acumulador un ventilador, que circula el aire por el núcleo refractario y lo difunde en el ambiente. En una de las tantas variedades de acumuladores dinámicos, se le adiciona un intercambiador para calentar agua, a fin de destinarla a uncircuito de calefacción por agua caliente. También se suelen utilizar los pisos radiantes eléctricos analizados anteriormente, aumentando el espesor de la carpeta de hormigón a unos 12 cm, para contar con una masa adecuada de almacenamiento de calor.

Como en la práctica la acumulación de calor nocturno de 8 horas, alcanza habitualmente hasta un 70 a 80% del consumo total de calefacción, generalmente se usa un sistema mixto, con acumuladores y convectores eléctricos que actúan complementariamente en caso de ser necesario, para mantener la temperatura de confort elegida.

De todas maneras, independientemente de los métodos indicados para mejorar la eficiencia o reducir los costos operativos, esta forma de calefacción puede aplicarse en aquellos lugares donde no se requiere calefacción en la mayoría de los días, como ocurre en las localidades del litoral de nuestro país, o también, en edificios con mucha carga interna, como en los centros de cómputos, dado que en estos casos, la incidencia del mayor costo de energía eléctrica no llega a ser representativo.


Debe mencionarse que muchos modelos de equipos compactos de aire acondicionado, proveen como alternativa de caldeo el uso de resistencias eléctricas. Además se las emplean dado su sencillez de montaje y rápida respuesta, como complemento operativo de las instalaciones de refrigeración, para satisfacer ajustes de regulación de los sistemas en las épocas intermedias.

Por otra parte, la utilización del calor generado eléctricamente en la industria, ofrece muchas ventajas cuando es imposible o poco práctico disponer de otras fuentes de combustibles, cuando las calderas son insuficientes o cuando se dispone de energía eléctrica remanente.

CALEFACCIÓN CON CALEFACTORES A GAS

Es innumerable la aplicación de estufas o convectores a gas por su sencillez de instalación y bajo costo en viviendas, comercios e industrias y se los puede clasificar en dos tipos fundamentales:

• Sin descarga al exterior: estufas de rayos infrarrojos o catalíticas. • Con descarga al exterior: convectores de tiro natural o balanceado.

Sistemas de rayos infrarrojos

Constan de un quemador atmosférico a gas, el cual calienta de 800 a 1000 ºC, una placa material poroso cerámico protegida por una malla de alambre, de acuerdo a los detalles de la figura 2-XIII.

~Vista ~ pantalla

cg_' Malla metálica

Cerámico poroso

Figura 2-XIII. Pantalla de rayos infrarrojos.

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•\


La mezcla gaseosa arde en su parte delantera, poniendo incandescente la masa cerámica.

Este tipo de calefacción es económico, pero tiene el inconveniente que los gases de combustión agregan humedad al ambiente y produce anhídrido de carbónico o eventualmente monóxido de carbono, viciando y enrareciendo el aire. Por otra parte, estos aparatos producen un alta radiación, que puede afectar especialmente la cabeza de una persona y una forma de atenuarla es orientando los aparatos a las zonas circundantes.

La ventaja de su aplicación es la sencillez de montaje, rapidez de puesta en régimen y fundamentalmente, la economía de la instalación. Son apropiados para calentar zonas al aire libre o espacios bien ventilados, como galerías comerciales, talleres, hangares, etc.

Estos artefactos deben contar con una termocupla, la cual al recibir calor genera una tensión eléctrica y activa una válvula electromagnética, que permite el pasaje de gas siempre que el piloto esté encendido. Este dispositivo de seguridad debe emplearse en todas las estufas de gas.

Se emplean también, convectores a gas sin descarga al exterior que si bien no originan radiación, tienen los mismos problemas indicados con los gases de la combustión.

En viviendas, por razones de seguridad estos tipos de artefactos están prohibidos en dormitorios o baños y se establece que los ambientes estén bien ventilados y que limiten directamente con el exterior, con un volumen no menor de 15 m3. La potencia térmica no debe ser mayor de 50 kcaJ/hm3 del ambiente a calefaccionar.

Por otra parte, los locales deben contar con ciertas áreas Jibres de aberturas, para acceso de aire y salida de los productos de la combustión, consignados en el cuadro 1-XIII.

CUADRO 1-XIII. ÁREAS LIBRES DE ABERTURAS DE VENTILACIÓN PARA CALEFACTORES A RAYOS INFRARROJOS

SOBRE MUROS EXTERIORES

Capacidad Entrada aire inferior Salida aire superior (kcallh) (cm2) (cm2)

Hasta 3000 50 75

De 3001 a 6000 75 100

6001 a 10.000 100 150

Más de 10000, incrementar 10 cm2 de entrada y 15cm2 de salida por cada 1000 kcal/h


Convectores catalíticos

En los convectores catalíticos el proceso de combustión del gas se realiza en el seno de una lana ignífuga, la cual se halla impregnada de un elemento catalizador de platino. El catalizador tiene la función de favorecer la reacción química de la combustión, produciéndose a una temperatura sumamente baja de alrededor de 350 ºC.

La ventaja de estos aparatos consiste en que no producen monóxido de carbono, pero de todas formas debe ventilarse los locales debido a que generan vapor de agua y anhídrido carbónico y tienen las mismas prescripciones reglamentarias que las establecidas para las estufas infrarrojas.

Convectores de tiro natural

En estos casos, los gases de la combustión se expulsan directamente al exterior mediante un conducto de humo por efecto del tiraje que se produce. La combustión, se realiza en una cámara especial, que es independiente del aire de circulación por convección en el local, pero que absorbe parte de él para producir llama.

Esta toma de aire es permanente y constante para la combustión, por lo que los locales requieren la entrada de aire exterior establecida en el cuadro 1-XIII anterior. Dado que existe el peligro de pérdidas de gas, en virtud que hay una interconexión del quemador del aparato con el ambiente, no se admite en dormitorios o baños.

Convectores tiro balanceado

Es idéntico al anterior, pero en este caso, la cámara de combustión es una unidad herméticamente sellada aspirando el aire del exterior.

De ese modo, hay dos circuitos perfectamente diferenciados, uno para la toma y expulsión del aire exterior para la combustión y otro para la captación del aire del interior del local y su descarga caliente por convección natural.

Para el encendido se utiliza un encendedor automático y por sus características se admite colocarlos en todos los ambientes.

En la figura 3-XIII, se muestran los detalles esquemáticos de los convectores de tiro natural y balanceado y en el cuadro 2-XIII, sus dimensiones aproximadas.


Gases de combustión Aire

-'"

.. c. c. c.

~" 1

1

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' 1

1

~

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I+ .. 1,Alre

com bustión

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Tiro natural

Aire Gases de I caliente combustión ,-~--, + +

+ Ali::_-:_,..,_,-_-_l-lr_::.l.,,:a'"' •í +

+

•il ' + + Aire ~=::= ,=11M +

combustión 1-~-1, 1

1

1 +

Tiro balanceado

Aíre del +local

Figura 3-XIII. Detalles esquemáticos de convectores tiro natural y balanceado.

CUADRO 2-XIII. CAPACIDADES Y DIMENSIONES APROXIMADAS PARA CALEFACTORES DE TIRO NATURAL O TIRO BALANCEADO

Capacidad Dimensiones aproximadas en cm

(kcal/ h) Alto Ancho Profundidad

3000 0,60 0,50 0,22

4000 0,70 0,65 0,22

6000 0,80 0,80 0,22

CHIMENEAS U HOGARES

Se conoce con el nombre de chimenea u hogar, un dispositivo de diversas dimensiones y formas que se ubica en el interior de una vivienda, destinada a contener el fuego que se produce mediante la combustión de leña o eventualmente gas natural. Se complementa con un conducto de evacuación de gases al exterior y un sombrerete estático, a fin de evitar la influencia desfavorable del viento.


Al arder los leños dispuestos en el hogar, desprenden cierta cantidad de calor que eleva la temperatura del aire de los locales. Parte del calor se emite por radiación en forma directa por el fuego o el refractario que constituye el hogar y parte se emite por convección por el calentamiento del aire, como se indica en forma esquemática en la figura 4-XIII.

o Sombrerete estático

t Gases de la combustión

Figura 4-XIII. Funcionamiento de la chimenea u hogar.

La mayor parte del calor se escapa por el conducto hacia el exterior, por lo que el rendimiento térmico de estos elementos es muy reducido. Sin embargo, este sistema de calefacción sigue teniendo vigencia por razones decorativas y además, la sensación de bienestar o placer que representa para el ser humano la observación del fuego encendido.

Teniendo en cuenta estos aspectos, la ubicación ideal dentro de una vivienda debe ser el living comedor o la sala de estar.

En el diseño, deben adaptarse los recaudos necesarios para lograr el calentamiento adecuado del local sin producir humos. Para ello, se ejecuta un pequeño desplazamiento para encausar las corrientes des-

''


cendentes, creando una especie de tubo venturi para provocar una adecuada circulación de los gases de combustión, como se indica en la figura 5-XIII.

Incorrecto Correcto

Figura 5-XIIL Detalle tiraje en chimenea.

En el cuadro 3-XIII, se consignan algunas dimensiones orientativas de hogares con sus respectivos conductos de humo.

Anclw

0,70

0,80

0,90

1,00

1,20

CUADRO 3-XIIL DIMENSIONES TÍPICAS DE HOGARES Y CONDUCTOS DE HUMO

Dimensiones del hogar Dimensiones de conducto (metros) de humo (metros)

Alto Profundidad Diámetro Cuadrado

0,60 0,40 0,25 0,23 X 0,23

0,70 0,40 0,30 0,27 X 0,27

0,75 0,45 0,38 0,35 X 0,35

0,75 0,45 0,38 0,35 X 0,35

0,80 0,50 0,40 0,37 X 0,37

En la figura 6-XIII, se detallan las características principales de un hogar comúnmente utilizado con planta trapezoidal, paredes laterales con 30º de inclinación aproximada y provisto de un revestimiento de ladrillos refractarios.


1 Base del hogar

'

Planta

Conducto de humos

Campana

10a20cm

Ladrillos refractarios

Boca

Corte Base

Figura 6-XIII. Detalle constructivo de la chimenea u hogar.

La parte posterior del hogar es vertical hasta 1/3 a 1/2 de la altura del hogar, produciéndose luego, una inclinación de 30º, hasta sobrepasar en unos 10 a 20 cm, el dintel de la boca. En la garganta se ubica un registro para regular el tiraje.

Dentro de este tipo de calefacción se deben mencionar las salamandras que son estufas de leña de tiro natural, construidas de hierro fundido de fuego visible. Algunas son para gas natural.

CALEFACCIÓN POR VAPOR

Esta forma de calefacción se basa en la generación de vapor de agua en una caldera a una determinada presión, con el fin de desplazarlo por cañerías hasta los dispositivos de calentamiento, donde al ceder calor se produce su condensación. Luego por gravitación el agua retorna nuevamente a la caldera a presión atmosférica normal, como se detalla en la figura 7-XIII.

Regulador 0 de nivel deag

Cañería agua red o tanque elevado


Válvula reguladora

cañería alimentación de vapor

lntercambiador de calor vapor-agua

iii.lª

Vent

Trampa de vapor

Cañería retorno de condensado

Nivel de agua tuera de servicio

ESQUEMA FUERA DE SERVICIO

caldera de vapor

suministro

't Agua caliente -+ ~ 11 alimentación

~ ......... ·4···· · 1il···: ........... ., .. ~-------11-~-:-Alimentación 11 . . ...................... ·---;!iiijj .. de vapor Retorno 't

0 t :

' ' '

Presión de trabajo

NiVel de agua en senlicio

( por ejemplo 1 mdec.a) Retorno de

+- condensado

Nivel de agua tuera de senlicio

:: .. ªº .. " .. ª...¡:;J::J. .... ..¡ ESQUEMA EN SERVICIO

Figura 7-XIII. Esquema funcionamiento instalación por vapor a baja presión.


Niveles de agua

En un primer instante, el agua llena la instalación hasta un nivel denominado nivel de agua fuera de servicio, controlada por un regulador de nivel que acciona una válvula solenoide para suministrar el agua de la red de distribución del edificio.

Paulatinamente, el agua se va calentando en la caldera hasta llevar a la vaporización a una temperatura de 101,7 ºC, en virtud de la presión de 1 mea o 0,1 kg/cm2 que se quiere mantener en el sistema y va desplazándose por las cañerías hasta llegar al dispositivo de calentamiento. En este caso, es un intercambiador vapor a agua caliente que puede estar destinado por ejemplo, a un sistema de calefacción por piso radiante.

El vapor de agua se condensa entregando su calor latente de vaporización al agua del intercambiador y retorna como agua, por gravitación a la caldera mediante cañerías que por lo indicado, se denominan de condensado, repitiéndose el ciclo ininterrumpidamente.

Se observa, que la presión que el vapor en la caldera, hace retroceder y subir por vasos comunicante el agua en los retornos hasta un nivel que se denomina nivel de agua en servicio, que va depender de la altura de presión. En ese aspecto, el Código Municipal de Buenos Aires clasifica las instalaciones por vapor de la siguiente manera:

• Baja presión: menor de 0,30 kg/cm2 o 3 mea. • Alta presión: igual o mayor de 0,30 kg/cm2 o 3 mea.

En general, para calefacción se trabaja en baja presión, generalmente a 1 mea como este caso, hasta 2 mea. Se desprende entonces, que el intercambiador debe encontrarse por encima de dicho nivel a fin de evitar que el serpentín se llene de agua, lo que impediría la circulación del vapor.

Trampas de vapor

La trampa de vapor está destinada a impedir que parte del vapor pueda pasar directamente a las cañerías de retorno de condensado, dado que por un lado se desaprovecharía su calor latente de vaporización de alrededor de 539 kcal/kg y por otro, evitar la propagación de ruidos originados por el vapor al chocar con el agua.

Las trampas termostáticas, son las comúnmente empleadas en las instalaciones de calefacción por vapor a baja presión. Constan de un fuelle que al llegar el vapor se dilata y cierra la abertura de paso y al condensarse y enfriarse levemente se contrae, dejando escapar el condensado, como se muestra en la figura 8-XIII.

Sifones

OTROS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

Vapor .. Tapa

Fuelle dilatable

-3, Condensado

Figura 8-XIII. Trampa de vapor.

363

Uno de los aspectos a considerar, es que en las cañerías de alimentación de vapor se va produciendo algo de condensado, por lo que las cañerías horizontales deben tener una pendiente mínima del 1 % en el sentido del avance del vapor para permitir su escurrimiento. Debido a ello, cuando debe conectarse una cañería horizontal con una derivación vertical, se origina la acumulación del agua condensada que obstruye el paso, como se detalla en la figura 9-XIII.

Figura 9-XIII. Circulación de vapor y condensado.

Para resolver este problema, se utilizan generalmente un sifón, que es un elemento que vincula la cañerías de alimentación y retorno de condensado, permitiendo la evacuación del agua acumulada_ en las cañerías de alimentación. El sifón debe tener un largo de aproXImadamente una vez y media al doble de la altura de la presión de trabajo, para evitar que cualquier aumento de presión pueda vencer la carga, como se observa en el detalle de la figura 10-XIII.

364 N. QUADRJ • INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

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Retorno de 111 condensado •

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4 Alimentación

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111 de vapor Vapor desde la calde ra

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Nivel de agua del sifón fuera de servicio

liiiiii --"'+

Conden sado dera a la cal

Nivel de agua del sifón en servicio

El diámetro del sifón está dado por el diámetro de la cañería de condensado

rl Válvula

, ~ Tapón vaciado

Figura 10-XIII. Detalle del sifón.

Altura de la sala de máquinas

En estas instalaciones el estudio de la altura de la sala de máquinas es muy importante, para verificar que el agua de condensación no llegue a inundar por el retomo los tanques intermediarios, intercambiadores de calor, baterías de calefacción, etc. Supóngase un ejemplo de alimentación de vapor a un tanque intermediario para el agua caliente de consumo en

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1


un edificio, donde se han estimado ciertas alturas de acuerdo al detalle de la figura 11-XIII.

H o ~ "' _______ ¡

Sala de máquinas

... e

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h

Nivel de agua en servicio

Nivel de agua s. fuera de servicio

Figura 11-XIII. Estimación de altura de la sala de máquinas.

• h: base de mampostería ... e ha: altura del nivel de agua caldera ........ . • Pt: presión de trabajo ........ . • Remanente de seguridad ......... . • Altura del tanque intermediario • Diferencia entre losa y tanque • H Total .....

0,20m 1,50 m 1,00m 0,20m 1,10 m 0.50 m 4,50 m

En este caso particular, la altura mínima de la sala de máquinas sería de 4,50 m. En caso de no poder darse esa altura mínima, se tienen tres soluciones:

• Reducir la presión de trabajo. • Profundizar la caldera. • Utilizar un tanque receptor de condensado.

No es conveniente la reducción de la presión de trabajo de la caldera, dado que se incrementan los diámetros de las cañerías. Además, no se puede disponer de más de 50 a 60 cm de columna de agua por ese concepto.

La profundización de la zona de emplazamiento de la caldera es la solución más simple y adecuada, con lo que se logra aumentar la altura

366 N. QUADRI - INSTALAO!ONES DE AIRE ACONDICIONADO Y CALEFACCIÓN

útil disponible en la instalación, sin aumentar la altura de la superficie total de la sala de máquinas.

Otra posibilidad, más complicada, es abrir el circuito y descargar las cañerías de retorno de condensado en un tanque receptor y luego enviar esa agua a la caldera mediante una bomba rotativa de construcción especial.

Ventajas y desventajas de las instalaciones de vapor

Entre las ventajas con respecto a las de agua caliente, se puede indicar la rapidez de puesta en régimen y que son más económicas dado que los elementos calefactores tienen mayor rendimiento, no existen bombas y no se requiere tanques de expansión dado que las cañerías no están llenas de agua. Además, no existe riesgo de congelamientos y especialmente en los edificios de gran altura, que se produzcan grandes derrames de agua en caso de roturas de cañerías.

Sin embargo, estas instalaciones prácticamente ha dejado de utilizarse para calefacción, por la desventaja de ser algo más peligrosas y que requieren un mayor mantenimiento y control de la operación.

Por otra parte, es necesario contar con un desnivel entre la caldera y los dispositivos de calentamiento, por lo que no son de aplicación en edificios pequeños, salvo que tengan sótano y tampoco en las casas de departamentos que normalmente utilizan instalaciones semicentralizados o individuales, para los que se han desarrollado calderas compactas, diseñadas específicamente para agua caliente.

Debe mencionarse, que la corrosión es mucho mayor porque trabajan con vapor, agua y aire, recomendándose el uso de radiadores de hierro fundido y caños de latón o cobre. La temperatura es algo elevada para los caños plásticos.

Además, las acumulaciones de agua en las cañerías vacías provocan chasquidos con el choque del vapor que se propagan con facilidad y por la mayor temperatura de trabajo las dilataciones son mayores, se produce la tostación del polvo sobre los calefactores y quemaduras en caso de contacto accidental.

Por ello, estas instalaciones son aplicables sólo en grandes complejos edilicios o en establecimientos de tipo industrial que dispongan de algún remanente de vapor del proceso y que cuenten con personal de operación y mantenimiento capacitado.

A fin de profundizar el estudio de los distintos temas que se tratan en e~ta publicación se recomienda la siguiente bibliografía de distinto origen traducido

al español.

CARRIER AIR CoNDITIONING CoMPANY, Manual de aire acondicionado, Editorial

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Publicaciones del autor

Manual de cálculo aire acondicionado y cale/ación, Editorial Alsina.

Instalaciones de gas, Editorial Alsina.

Instalaciones eléctricas en edificios, Editorial Cesarini.

Instalaciones sanitarias, Editorial Cesarini.

Energía solar, Editorial Alsina.

Protección de edificios contra incendios, Editorial Alsina.

Energía fotovoltaica, Editorial Alsina.

Sistemas de aire acondicionado, Editorial Alsina.

instalaciones de aire acondicioado y calefaccion

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