Climatizacion

Universidad Nacional de San Juan

Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseo

Ctedra INSTALACIONES II

EQUIPOS Y SISTEMAS PARA EL ACONDICIONAMIENTO

TRMICO EN EDIFICIOS

Arq. Erio Mario BORTOT

2011

La atmsfera. Composicin del aire. Se denomina atmsfera a la capa gaseosa que envuelve a la tierra, siendo su espesor muy pequeo comparado con el dimetro de esta. La vida se desarrolla en la capa ms baja de la atmosfera terrestre, denominada troposfera, que es donde se producen todos los fenmenos meteorolgicos.

El aire atmosfrico

La troposfera tiene un espesor aproximado de 10 Km, siendo factible para el hombre soportar con cierta dificultad hasta unos 4000 m sobre el nivel del mar.

La mezcla de gases que componen esta capa est formada por un 78,1 % de nitrgeno, un 20,9 % de oxigeno, un 0,9% de argn y alrededor de un 0,03 % de dixido de carbono, completndose con cantidades menores de otros gases. Adems presenta vapor de

2 Arq. Erio Mario BORTOT CLIMATIZACION

INSTALACIONES II-FAUD-UNSJ

agua en estado gaseoso y cantidades de polvo y sustancias orgnicas en suspensin, en cantidades variables.

El gas activo para la vida sobre la tierra lo constituye el oxigeno, mientras que el anhdrido carbnico se produce a expensas de este por la combustin de la materia orgnica.

Psicrometra Es la parte de la fsica que estudia las propiedades del aire hmedo. Para los fines de este estudio, interesa fundamentalmente considerar al aire hmedo como una mezcla del gas seco (compuesto por la mezcla de gases enunciados anteriormente) y del vapor de agua.

La presin atmosfrica sobre el nivel del mar es en su estado normal de de 760 mm/Hg (1013,25 HPa) cuyos valores van descendiendo a medida aumenta la elevacin sobre el nivel del mar. Dicha presin est formada por las presiones parciales del gas seco y de la presin del vapor de agua.

La cantidad de vapor de agua que puede contener una masa de aire seco depende de su temperatura. Como la cantidad de vapor atmosfrico es muy variable, cuando el aire contiene la mxima cantidad de vapor de agua para una temperatura determinada, se dice que este aire est saturado. En ese estado, cualquier disminucin de temperatura har que el sobrante de vapor de agua precipite como lquido.

Se denomina Humedad Absoluta del aire a la cantidad en peso de agua que contiene la unidad en peso del aire y se mide generalmente en Kg de agua por Kg de aire seco.

A su vez la Humedad Relativa es una relacin entre la Humedad Absoluta que contiene el aire a una determinada temperatura y la que tendra en estado de saturaciones a esa misma temperatura. Su valor medido en porcentaje, vara del 0% al 100%, siendo este ultimo al estado de saturacin.

Se denomina Temperatura de Bulbo Seco, aquella que define un termmetro comn, con la que mide la temperatura del aire atmosfrico.

Si a este termmetro se envuelve el bulbo con un pao embebido con agua, la evaporacin que sufre depender de la humedad ambiente. Esto lleva a un consumo de energa que se manifiesta como una disminucin de la temperatura. Es lo que se denomina Temperatura de Bulbo Hmedo y se relaciona con la cantidad de humedad que contiene el aire.

Aunque menos usado, existe un termmetro capaz de medir la temperatura radiante media. Consta del mismo termmetro definido al principio, cuyo bulbo est encerrado en una esfera hueca de cobre, pintada de negro. Al absorber la radiacin trmica del ambiente

genera un aumento de temperatura. Este se denomina Termmetro de Globo.

Distintos termmetros

A medida que se enfra una masa de aire hmedo, ir aumentando paulatinamente su humedad relativa, hasta alcanzar el punto de saturacin. En esta situacin se encuentra la Temperatura de Roco, que estar en coincidencia con la temperatura de Bulbo Seco y Bulbo Hmedo.

Se define como Calor Sensible a la cantidad de calor empleado para variar la temperatura de un cuerpo, sin cambio de estado. Para el aire hmedo, se relaciona con la Temperatura de Bulbo Seco.

Se define como Calor Latente a la cantidad de calor empleado para variar el estado de un cuerpo, sin variar la temperatura. Para el aire hmedo, se relaciona con la Temperatura de Bulbo Hmedo.

El Calor Total resulta de la suma del calor sensible y del latente de una sustancia. La diferencia de calor entre el estado inicial y el final de un cambio es lo que se denomina Diferencia de Entalpia.

Estas variables pueden visualizarse en un Grafico Psicromtrico.

Diagrama psicromtrico Este se construye a partir de las variables del aire hmedo a una presin determinada, siendo una herramienta de suma utilidad para visualizar las evoluciones trmicas y las magnitudes que exigen tales evoluciones, necesarias para dimensionar los sistemas de acondicionamiento trmico.

Si en un diagrama cartesiano se ubican en abscisas las temperaturas de Bulbo Seco y en la ordenada las humedades de saturacin que corresponden a cada una de ellas, se obtiene una curva de saturacin para

TBS TBH TG



los distintos estados del aire, donde en la parte inferior corresponde al aire hmedo en estado gaseoso, mientras que la parte superior corresponde al estado lquido.

Por lo tanto, dentro de la representacin del aire hmedo, pueden trazarse lneas verticales con base en las abscisas, que representan la Temperatura de Bulbo Seco del aire.

Rectas de la Temperatura de Bulbo Seco

A partir de la curva de saturacin, se generan las curvas de Humedad Relativa, que vara entre un 0% para el aire carente de humedad hasta un 100% que corresponde a la curva de saturacin.

Curvas de Humedad relativa

Tomando como base las ordenadas, pueden trazarse lneas verticales con base en las abscisas para que representen la Humedad Especfica del aire, tambin definida como Humedad Absoluta.

Rectas de la Humedad Especfica

Mediante ecuaciones que relacionan el balance energtico de la masa de aire se pueden trazar los cambios de temperatura con la humedad. En tal situacin se obtienen lneas inclinadas que definen la situacin de los distintos estados del aire contienen la misma cantidad de energa. Estas rectas definen un

valor relativo a la Entalpa, que se corresponde con la Temperatura de Bulbo Hmedo.

Rectas de la Temperatura de Bulbo Hmedo y de la Entalpa

La densidad de los cuerpos vara conforme a la temperatura, siendo por lo tanto aplicable a la masa de aire hmedo. Se define como Peso Especifico a la relacin entre el peso de la sustancia y el volumen que ocupa. En psicrometra del aire se acostumbra utilizar el Volumen Especifico, que se define como la razn inversa del Peso especfico. En el grafico se representan por rectas inclinadas.

Rectas del Volumen Especfico

La reunin de todas estas variables define el Grafico Psicromtrico, donde el estado del aire hmedo queda representado mediante un punto. Las variaciones del estado del aire se representan por el desplazamiento de este a travs de una recta, donde pueden medirse las variables afectadas. Adems, con el solo hecho de conocer al menos dos variables de las mencionadas, pueden hallarse las restantes.

Tabla psicromtrica

Las variaciones visualizadas mediante el desplazamiento del punto, corresponden a un calentamiento (+QS) cuando este se corre hacia la derecha, un enfriamiento (-QS) cuando lo hace hacia la



izquierda, una humectacin (+QL) cuando lo hace hacia arriba y un secado (-QL) cuando se dirige hacia abajo.

Posibles Evoluciones del aire hmedo

Si bien la presin atmosfrica vara con la altura sobre el nivel del mar, no se cometen errores apreciables si se utilizan las tablas psicromtricas definidas para ste.

Evoluciones del calor sensible y latente

Las evoluciones generalmente son combinadas, con variaciones simultaneas de Calor Sensible y Calor Latente, cuya suma, con sus signos correspondientes dan el valor del Calor Total. La cantidad de energa puesta en juego se analiza sobre las lneas de diferencia de entalpa.

Calentamiento

Cuando una masa de aire en estado A es calentada por medio de algn dispositivo que entregue Calor Sensible se produce un incremento de la temperatura, que se visualiza en el punto B. No existe variacin de la humedad especfica pero si de las dems variables.

Calentamiento del aire hmedo

Enfriamiento sin alcanzar el Punto de Roco

Cuando una masa de aire en estado A es enfriada mediante algn dispositivo que sustraiga Calor Sensible se produce un descenso de la temperatura, que se visualiza en el punto B. Como en el caso anterior, no existe variacin de la humedad especfica pero si de las dems variables.

Enfriamiento del aire hmedo

Enfriamiento sobrepasando el Punto de Roco

Cuando una masa de aire en estado A es enfriada mediante algn dispositivo que sustraiga Calor Sensible se produce un descenso de la temperatura. Si este sobrepasa el Punto de Roco, parte del vapor de agua se condensa, lo que implica una disminucin del Calor Latente, que se visualiza en el punto B. En este caso existir una variacin de todas las variables involucradas.

Enfriamiento del aire hmedo con descenso de humedad

Enfriamiento adiabtico

Es un caso particular donde no existe intercambio de energa con el exterior sino simplemente una variacin entre el Calor Sensible y Latente, manteniendo constante el Calor Total. Esto se logra con un simple

B

A

A B

Enfriador

Agua de condensado

B A

B A

Enfriador

B A

Calefactor

A B

QT

QS

QL

B

A

QL

QS

EA

EB

A



proceso evaporativo a la misma temperatura del aire, cuya evolucin transcurre a travs de la recta de igual entalpa. Todas las otras variables, como la Temperatura de Bulbo Seco, Humedad Relativa, Humedad Especfica y Volumen Especifico, habrn variado.

Enfriamiento adiabtico

Mezcla de aire

En los sistemas de acondicionamiento, generalmente se mezclan dos masas de aire hmedo. Una de ellas es una parte del aire exterior (aire nuevo), necesario para mantener las condiciones de salubridad del ambiente. La otra parte corresponde al aire retorno proveniente del ambiente.

Ubicacin del punto de mezcla sobre la recta AB

Sobre la recta que une ambos puntos se encontrar el punto de mezcla (M), que se acercar tanto a uno u otro punto, segn sean las proporciones que contribuyen para el aire total.

El problema puede resolverse en forma grfica, aunque es ms prctico hacerlo en forma analtica, calculando los porcentajes de aire que contribuyen con cada temperatura (TA) y (TB).

Conociendo dichos valores, se halla la temperatura de mezcla (TM) con la siguiente ecuacin:

Factor de calor sensible

Entre todos los factores que afectan al confort, este es uno de los ms importantes, ya que conociendo los valores de Calor Sensible y Calor Latente puede definirse el Calor Total, con una evolucin del aire perfectamente definida, apta para las condiciones de confort preestablecidas.

No sucede lo mismo si el dato es solamente el del Calor Total, dado solamente por la potencia del equipo ya que existen infinitas combinaciones de QS y QL que cumplen con tal condicin. Si las proporciones de temperatura y humedad no se balancean correctamente, puede resultar un ambiente resulte excesivamente fro y hmedo o bien muy caliente y seco.

Evoluciones con igual Calor Total

Por ello es necesario definir una relacin entre las ganancias de calor sensible y la total, para poder determinar las condiciones que deben cumplirse, para lograr el grado de confort buscado.

En tal caso, se define como Factor de Calor Sensible del local (FCS) a la relacin entre el calor sensible que ingresa segn el balance trmico el calor total del mismo. Ello define una pendiente que se logra uniendo una escala del Factor de Calor Sensible, ubicada generalmente a la derecha del la tabla psicromtrica y un punto de referencia ubicado dentro de la misma.

La ecuacin que permite hallar dicha pendiente se

representa como:

Diagrama del Factor de Calor Sensible

Mquinas trmicas Son los elementos primarios en un sistema trmico que producen una transferencia de calor a partir de la

Punto de referencia

FCS

QT

A

B1

B2

B

M

A

M

A

B

B

A

QT = 0 QL = - QS

Rociador

B A

Bomba



energa que se les suministra. Esta puede ser del tipo de combustibles fsiles pesados, derivados del petrleo, gas, carbn, lea, energa elctrica, radiacin solar, etc. Los dispositivos usados son:

1. Calderas

2. Calefactores de conductos

3. Colectores solares

4. Bombas de calor.

Calderas

Son dispositivos aptos para producir agua caliente o vapor a partir de distintos combustibles. El traspaso del calor de los gases de combustin se produce dentro del cuerpo de dentro de la caldera. La descarga de estos es a travs de una chimenea hacia el exterior mediante. Las potencias de suministro son muy variadas, desde el consumo mnimo para una vivienda hasta con capacidades para tipo industrial.

Caldera domiciliara Caldera tipo industrial

Sala de calderas

Estas se distinguen segn sea el recorrido de los gases de combustin y el alojamiento del agua.

En las calderas humotubulares, los gases calientes atraviesan una serie de tuberas el cuerpo de la caldera. El calentamiento de agua se produce a presin atmosfrica. Cuando el llenado del cuerpo es parcial, pueden generar vapor de agua.

En las calderas acuotubulares, el agua circula a travs de una serie de tubos alojados en el cuerpo, por donde se expanden los gases de combustin. Esta condicin ofrece ventajas por su eficiencia, aunque requiere de un mantenimiento ms ajustado, con medidas de seguridad son ms exigentes. La transferencia de calor para producir vapor o agua caliente se produce con mayor rapidez.

Calefactores de conductos.

Son dispositivos aptos para ser instalados directamente en los conductos de los sistemas de aire. La transferencia de calor se produce en forma directa. Estos pueden ser a gas, donde el pasaje de calor se produce desde los gases de combustin hasta el aire a calefaccionar a travs de conductos de chapa que lo interceptan. Un sistema de mayor eficacia y limpieza es mediante bastidor que contiene una resistencia elctrica. Su facilidad de control lo hace muy adecuado.

Calefactor de conductos a gas

Colectores solares

Es un sistema que aprovecha de la energa solar directa, cuyo costo es nulo. Deben preverse amplias superficies de captacin, lo que influye en el aspecto morfolgico del edificio. Pueden calentar agua o aire, con una temperatura suficiente para mantener un sistema de calefaccin. Como la incidencia de la radiacin solar suele ser irregular, no pueden ser considerados el sentido estricto del trmino como mquinas trmicas, sino como un suplemento para aquellas.



Colectores solares

Bombas de calor.

Es sabido que en estado natural, el calor pasa espontneamente del cuerpo ms caliente hacia el de menor temperatura. El paso contrario solamente es posible mediante la aplicacin de una cierta cantidad de energa a una mquina capaz de realizar dicho trabajo, denominada bomba de calor.

Esta permite trasladar el calor desde una zona de menor a una de mayor temperatura, que logra a travs de un proceso relacionado con la ley general de los gases, expresada en la ecuacin:

Si dentro de un dispositivo existe una cantidad determinada de gas, el que recorra un ciclo con cambios de presin y el volumen, se logran variaciones de temperatura. Dicho dispositivo consta de cuatro partes y sus respectivas etapas. Como se muestra en el ejemplo, lo que trata es extraer calor de un ambiente para mantenerlo a 15 C y enviarlo hacia otro que posee una temperatura de 48 C.

Esquema de una bomba de calor

En la primera etapa existe un artificio que genera un aumento de presin y con ello su movimiento a una temperatura ms alta, que se dirige a un dispositivo denominado condensador.

El gas a alta presin y temperatura llega al condensador. Este es una serpentina con una amplia superficie de contacto que facilita la disipacin del calor. En el ejemplo, el gas alcanza una temperatura de 55C, que al tomar el aire a 35C se enfra, produciendo su condensacin. La temperatura del aire que expulsa, luego de atravesar las aletas de la serpentina es de 48C.

Al finalizar este proceso, se transforma en un lquido que mantiene una presin alta. A continuacin debe atravesar un dispositivo de expansin formada por un paso estrecho que conduce el lquido a una serpentina de mayor volumen, con lo que reduce la presin.

Con esta accin se posibilita la evaporacin del lquido que absorbe calor. Este dispositivo se denomina precisamente evaporador. En el ejemplo, el lquido al expandirse se transforma en gas a una temperatura de 3C, lo que permite absorber el calor a travs de sus aletas, extrayndolo de la corriente de aire a 15C. Al pasar al estado gaseoso a baja presin, reinicia nuevamente el ciclo.

Bsicamente existen dos tipos de bombas de calor. Aquella del ciclo de compresin donde la potencia la provee un motor que otorga movimiento a un compresor que impulsa el gas a presin. Este sistema es usado en la mayora de los equipos. Adems de tener aplicacin en el ciclo de refrigeracin, si se invierte el sentido de circulacin del fluido en la mquina, se utiliza para el sistema de calefaccin.

El otro sistema es el del ciclo de absorcin, donde la potencia es suministrada por una fuente calrica que acta sobre la disociacin de un lquido y sales disueltas en ella (generalmente amoniaco y sales de litio), generando una depresin en el evaporador. Tiene la ventaja que es ms flexible sobre las potencias de trabajo. Adems resulta conveniente para los lugares donde la energa trmica es conveniente, (por ejemplo el calor sobrante en ciertos procesos industriales, o el costo de ciertos combustibles compensan al de la energa elctrica, o se carece de esta que accione sobre los motores). Tiene aplicacin en el ciclo de refrigeracin.

Bombas de calor por compresin y por absorcin



En ambos casos, las dems partes del sistema se comportan de forma exactamente igual, por lo que se analizar las funciones del condensador y el evaporador, que absorben o disipan el calor en medios distintos, como es el aire o el agua.

Combinacin de los dispositivos

Condensador enfriado por aire Consta de un bloque que contiene las serpentinas provistas de aletas que extienden su superficie en contacto con el aire. Es un sistema apto para equipos de pequea y mediana potencia, donde la corriente de aire es forzada, provocada por un ventilador.

Condensador

Torre enfriadora

Condensador enfriado por agua El refrigerante que llega caliente por la compresin, entrega su calor a travs de serpentinas a un medio lquido (agua), contenida en un tanque. A su vez esta se enva a una torre de enfriamiento, para disipar el calor al exterior, como elemento esencial para este sistema.

Evaporador de expansin directa La absorcin del calor producido en el evaporador se emplea para refrigerar directamente el aire. En todos estos casos debe preverse el destino del agua de condensacin.

Enfriador de lquidos

Terminal tipo VS

Evaporador como enfriador de lquidos El refrigerante a menor temperatura, mediante un sistema de serpentinas enfra un lquido (agua) cerca del congelamiento. Este ser enviado por bombeo hacia las unidades remotas de tratamiento del aire tipo Ventilador serpentn. (Fan Coil)

Segn sea la forma de manejo de condensador y el evaporador, se obtienen las siguientes configuraciones, como esquemas bsicos para todos los equipos y sistemas utilizados.

Condensador enfriado por aire

Evaporador de expansin directa

Se emplea en los equipos autnomos de pequea y mediana potencia. (Autocontenidos enfriados por aire. De ventana, de techo, split,)

Condensador enfriado por aire

Evaporador enfriador de lquidos Se utiliza en los equipos de sistemas de mediana potencia y gran potencia. Requiere de una torre de enfriamiento. No es aconsejable en zonas de aguas duras

Condensador enfriado por agua

Evaporador de expansin directa Se utiliza en los sistemas

Condensador enfriado por agua

Evaporador enfriador de lquidos Se utiliza en los sistemas centrales de mediana y

Evaporador

Condensador

Fan-coil

Torre de enfriamiento

Ele

ctr

obo

mba

bom

ba

Electro bomba

Evaporador

Condensador

Fan-coil

Electro bomba

Ventilador

Evaporador

Condensador

Torre de enfriamiento

Ventilador

Ventilador

Evaporador

Condensador

Ventilador



centrales de mediana y gran potencia, con terminales Fan Coil. Debe instalarse en espacios abiertos, para disipar el calor del condensador.

gran potencia, con terminales Fan Coil. Requiere de una torre de enfriamiento. No es aconsejable en zonas de aguas duras

Torres de enfriamiento

El enfriamiento de los condensadores sumergidos requiere de grandes cantidades de agua para disipar el calor, que se consigue solamente reciclado una cantidad limitada que transfiere el calor al ambiente a travs de una torre de enfriamiento, que disipa el calor al ambiente por evaporacin.

Torre enfriadora y sus componentes

Est formada a menudo de una estructura metlica inoxidable y una malla interna tipo nido de abeja, que recibe al agua mediante boquillas rociadoras que desciende a contracorriente de un flujo de aire forzado por un ventilador. Su eficiencia depende de la temperatura de bulbo hmedo que puede conseguir, siendo ptima para climas clidos secos. Como contrapartida, tiene el grave inconveniente de perder rpidamente su rendimiento en zonas con aguas duras, por las incrustaciones que se forman en su estructura y en las tuberas de conduccin del agua.

Conformacin de equipos y sistemas Con los dispositivos especficos para la calefaccin, se encuentran todos los equipos y sistemas normalmente utilizados. Los usos posibles son a ttulo orientativo, sin que ello sea excluyente.

A - EQUIPOS UNITARIOS

Comprenden las variedades y tipos de equipos en los que todos sus componentes estn contenidos en un solo gabinete, los que se subdividen en varios grupos.

De ventana

Son equipos de pequea y mediana potencia, aptos para colocar en ambientes nicos. Su instalacin es autnoma, econmica y fcil. El inconveniente que presenta es la necesidad de ser instalado en un muro que da al exterior. La calefaccin se obtiene por resistencia elctrica o con bomba de calor. Se aconseja para habitaciones, comercios y oficinas pequeas, consultorios, etc.

Equipo de ventana

De techo (Roof top)

Son equipos semejantes a los anteriores, pero de mayor potencia, lo que permite acoplarles conductos de cierta longitud para la distribucin y recuperacin del aire del local. Estos equipos se proveen para fro solo, fro-calor, por Bomba de calor.

Figura 1 Sistema de techo o de marquesina



Se aconseja para locales comerciales, estudios, salones medianos, etc. Tambin se disponen de equipos con enfriador por el ciclo de absorcin, alimentados a gas. Estos equipos se pueden utilizar con suministro en forma horizontal o vertical.

Sistema separado (Split)

La caracterstica de este equipo es que las unidades de soplado y evaporacin y las del compresor y condensacin se alojan en unidades distintos. Las potencias usuales son pequeas y medianas. Su ventaja reside que no requiere de un paramento expuesto hacia el exterior. Adems por estar en la unidad que contiene el compresor fuera del local, se evitan los ruidos directos dentro de este.

Existen distintos modelos, como con montaje o vertical. Se proveen para fro solo o fro calor por bomba de calor en capacidades medianas. El condensador puede ser instalado de varia formas. Los sistemas multisplit utilizan una sola unidad exterior, la que sirve a varias unidades interiores, con la posibilidad de climatizar locales diversos.

Sistemas Separados Unidades de consola.

Sistema separado central

Sus ventajas resultan de una instalacin econmica y relativamente fcil. No es necesario que el local posea un paramento expuesto al exterior, aunque es indispensable una comunicacin con el condensador. Existe una distancia lmite entre el evaporador y condensador, que est determinada por los conductos que contienen el lquido refrigerante.

Distancias recomendadas entre la unidad externa e interna

Sistema Central enfriado por aire.

Son equipos de mediana potencia, aptos para sistemas centrales. La ventaja del condensador enfriado por aire es la simpleza de su instalacin, no requiriendo otros dispositivos adicionales, aunque con la contra que debe ser adosado a un muro que est en contacto con el exterior. Se usan en grandes comercios, bancos, autoservicios, restaurantes, grandes oficinas, etc.



Autocontenido enfriado por aire

Combinacin con calefaccin de conductos

Una combinacin que evita el uso de agua caliente o vapor como fluido que transfiera el calor, es colocar un calefactor de conductos, que generalmente es a gas. Esta solucin tiene dos opciones, dependiendo del equipo base. Este, adems de los elementos para la transferencia trmica, posee el mdulo de impulsin del aire (ventilador) y el sistema de filtrado de polvos.

Equipo base - Enfriador de expansin directa

La calefaccin se puede resolver adicionando al conducto de salida del sistema de fro, un calefactor de conducto, generalmente a gas.

Circuito bsico de un sistema de expansin directa y calefactor de conducto

Equipo base - Calefactor de conducto

El calefactor de conducto posee un quemador de gas, una cmara de transferencia de calor y el conducto de expulsin de los gases de combustin.

Calefactor de conducto a gas dem elctrico

La refrigeracin se logra con el agregado de un evaporador de conductos. El condensador es separado y se ubica en el exterior. La instalacin adquiere la siguiente configuracin.

Enfriador expansin

directa

Impulsin. Aire tratado

Reto

rno.

Aire r

ecupera

do

Aire nuevo

Calefactor de conducto

Aire del condensado

Al local



Evaporador de conducto

Calefactor como equipo base

- Instalacin para invierno y verano

B - EQUIPOS DE SISTEMAS

En este grupo se hallan todos los equipos en que sus componentes se hallan distribuidos en el edificio, conformando un sistema. Presentan una gran variedad, que puede dividirse en dos grupos.

1. El refrigerante acta en forma directa sobre el aire tratado

Tambin denominados de "expansin directa. Funcionan de manera semejante a los equipos unitarios, con la diferencia que sus componentes no se hallan en un solo equipo. El calor del condensador se descarga al exterior mediante una torre de enfriamiento.

Sistema central enfriado por agua

Es un sistema de caractersticas similares al autocontenido enfriado por aire, en cuanto a las ventajas que resultan que al ser de expansin directa,

obteniendo un buen rendimiento. Las potencias disponibles son para cargas medianas y grandes. Asimismo admite la instalacin de tuberas para la distribucin y recuperacin del aire del local.

Al tener el condensador enfriado por agua requiere de una torre de enfriamiento, la que debe ser instalada en un lugar bien ventilado y alejado de los lugares con ocupacin de personas. Requiere adems de sus correspondientes tuberas y bomba de impulsin.

Para la calefaccin puede acoplarse un calefactor de conductos a gas o con resistencia elctrica. Si se dispone de caldera, admite serpentinas para vapor o agua caliente.

Expansin directa. Condensador enfriado por agua Calefaccin por agua caliente o vapor

Las unidades compactas condensadas por agua, proveen enfriamiento, deshumectacin, calefaccin, filtrado y circulacin del aire. Igualmente, por su construccin modular, permite ubicar fcilmente el ventilador para descargar el aire en sentido horizontal o vertical. Tambin admiten como accesorios serpentina de calefaccin interiores, para agua caliente.

2. Un fluido intermedio (agua) acta sobre el aire tratado.

Este sistema debe poseer equipos para tratar el fluido intermedio, los que consisten en calderas y mquinas enfriadoras. Estas se encuentran alojadas en sala de mquinas.

En estas ltimas, el evaporador enfra el agua hasta cerca de su punto de congelamiento. El condensador es enfriado por agua, aunque existen modelos donde es enfriado por aire.

A vaso de expansin o respiradero

Evaporador de expansin

directa

Torre de Enfriamiento

Caldera

Bomba de impulsin

Bomba de impulsin

Impulsin. Aire tratado

Airee

recupera

do

Aire nuevo



La otra parte del sistema est constituido por los equipos para tratar el aire del local, los que reciben el agua fra y/o caliente, la que circula por un serpentn adecuado, el que permite por soplado, la transferencia trmica. Dichos dispositivos se denominan Fan Coil (Ventilador Serpentn), tanto individuales como zonales.

En este grupo se hallan todos los equipos en que sus componentes se hallan distribuidos en el edificio, conformando un sistema. El centro de operaciones se halla en la sala de mquinas, donde se instalan una o varias calderas y una o varias mquinas enfriadoras de lquidos.

Los enfriadores de lquidos con condensador enfriado por aire tienen la ventaja que no necesitan una instalacin torre de enfriamiento para disipar el calor del condensador, aunque para ellos debe instalarse fuera de la sala de mquinas en un lugar muy ventilado.

Circuito bsico de un sistema central

Los enfriadores de lquidos con condensador enfriado por agua tienen la ventaja de manejar mayores potencias, pero al requerir de una torre de enfriamiento, tiene la desventaja de incrustaciones en las caeras, donde existen zonas con aguas duras.

Con condensador enfriado por aire -

Con condensador enfriado por agua

En ambos enfriadores, el agua toma una temperatura hasta cerca de su punto de congelamiento. A veces se agrega una solucin salina para bajar an ms su temperatura.

Terminales Ventilados Serpentn (Fan Coil)

La otra parte del sistema est constituido por los equipos para tratar el aire del local, los que reciben el agua fra y/o caliente, la que circula por un serpentn adecuado, el que permite por soplado, la transferencia trmica. Dichos dispositivos se denominan Fan Coil (Ventilador Serpentn).

En la sala de mquinas se controlan los caudales de agua que se dirigen hacia las instalaciones con los terminales. El sistema ms simple lo constituye un sistema de una caera principal de distribucin y una de retorno, la que proveern agua caliente (alrededor de 80C) para la estacin invernal y agua fra (cerca del punto de congelamiento) para la estacin estival.

Circuito bsico de un sistema central con aire primario

El sistema ms comn est constituido por dos tuberas, que funcionan en forma alternada para el periodo invernal y estival. Existen sistemas de tres tuberas (una para el agua caliente, otra para el agua fra y un retorno comn) son usados en casos

Vaso de Expansin

Torre de Enfriamiento

Caldera

Local

Aire primario

Aire nuevo

Mquina enfriadora

Manejador de Aire

Bomba de impulsin

Vaso de Exp

Mq enfr

Torre de Enfr.

Caldera

Fan-Coil individual

Bomba Vlv 3V

Impulsin. Aire

tratado

U

TC

Unidad Trmica Central

Air

e r

eto

rno

Aire nuevo



especiales, donde se requiera indistintamente calefaccin o refrigeracin. Un caso ms elaborado consiste directamente en un sistema con cuatro caeras, donde dos pertenecen a la conduccin del agua caliente y dos para el agua fra.

Operacin para invierno y verano

Sistema central con VS individuales

Los terminales individuales son aptos para locales de uso personalizado en un edificio de unidades colectivas, tal como son las habitaciones de hotel, hospital, oficinas, etc.

Fan Coil individuales

Las unidades verticales, con gabinete, tienen usos semejantes, aunque su instalacin se hacen a la vista y adosados en un muro, que puede dar al exterior o hacia el pasillo. La toma de aire nuevo se realiza mediante una rendija que se conecta con la parte trasera del aparato. Debe tenerse presente el problema del desage del agua de condensado.

Sistema central con manejadores de aire

Estas son terminales VS aptas para condicionar grandes espacios. Su potencia es muy variada, lo que permite

una diversidad en capacidades de acondicionamiento para distintos ambientes.

Equipo colgado del techo

Pueden ser colocados en forma vertical (montados en el piso), o bien horizontal (montada en el piso o colgada del techo). Su construccin modular permite que la inyeccin pueda ser realizada por el frente, por arriba, o por detrs del equipo.

Manejadores verticales y horizontales - Combinaciones de posicin

Con VS y aire primario suplementario

Al ser operado en forma individual, permite una climatizacin selectiva, dentro del sistema central. Los inconvenientes son los mismos que en el caso anterior, debiendo contar con una descarga individual del agua de condensacin. En los sistemas que toman el aire nuevo directamente del exterior, existen problemas con la presin del viento y el polvo del ambiente.

Verano

Invierno



Es un sistema aire-agua, con terminal VS semejante a los sistemas convencionales, pero asegurando el suministro de aire primario con una tubera suplementaria.

Con aire primario y terminal a induccin

Son sistemas operados con conductos de agua y aire. El primero para soportar la carga trmica y el segundo para proveer aire nuevo. El aire de impulsin se conduce en caeras de acero a alta presin, con una seccin relativamente reducida. Se inyecta al local mediante boquillas que inducen al movimiento del aire. Los equipos tienen dispositivos de absorcin acstica, que reducen los ruidos generados por esta operacin.

Sistema a induccin con aire primario

Sala de mquinas

Debe poseer dimensiones mnimas que garanticen las condiciones de mantenimiento y seguridad, con espacios bien iluminados. Las caeras, motores y dems dispositivos deben ubicarse sin obstruir la libre circulacin. Debe preverse adems un espacio adecuado para el tablero elctrico.

Vistas de salas de mquinas

En cuanto a la ubicacin de la sala de mquinas, no existe un lugar prefijado, pudiendo ser en el stano, en algn espacio dentro del edificio o en la azotera del mismo. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes.

Los lugares de acceso deben permitir el traslado de los equipos sin dificultad.

Utilizacin de la azotea

Sistemas de conduccin Todos los sistemas de Aire acondicionado pueden definirse en funcin de fluidos controlables suministrados a cada rea acondicionada (aire y/o agua), segn el siguiente criterio:

1. Sistema Todo-aire

2. Sistema Todo-agua

3. Sistema Aire-Agua

Sistema Todo-aire En este tipo de sistema, las plantas de tratamiento del aire pueden estar algo alejadas del local acondicionado, dispuestas en una estacin central. Solo el agente refrigerante o calefactor final (aire), es introducido dentro del espacio acondicionado por medio, de conductos y distribuido en el local a travs de bocas de alimentacin (rejas y difusores). Una de las limitaciones de este sistema es la referente a la necesidad de efectuar tantas instalaciones independientes como zonas cuya densidad de carga trmica o rgimen de uso sea distinto. Por tal razn, este sistema es particularmente indicado para locales de uso nico, tal como puede ser supermercados, teatros, cines, comercios, etc.

Se detallaran solamente algunos establecimientos tpicos que admiten instalaciones para una funcin nica, dentro de los cuales, la mayora de los ocupantes requieren el mismo microclima.



Establecimientos de comidas y bebidas

Esta clasificacin comprende entre otros, los restaurantes, cafeteras, comedores, bares y locales nocturnos. Su caracterstica principal es la existencia de grandes cargas a determinadas horas del da y de la noche. Estas cargas punta deben coordinarse con las condiciones externas para determinar la carga critica. Es un requisito indispensable la buena ventilacin con un control del aire extrado para neutralizar los olores de la comida, para el bienestar de los ocupantes, sino adems para evitar la absorcin de olores por las paredes y mobiliario. En el caso que existan zonas para fumadores, las precauciones de ventilacin deben ser estudiadas con mayor atencin

Los restaurantes pueden variar desde grandes comedores separados de las cocinas y alacenas, hasta habitaciones prximas a la cocina o en las que stas estn situadas en los mostradores. En este ltimo caso debe ponerse especial cuidado en el sistema de extraccin de aire. Deben controlarse las cargas trmicas que genera la cocina, debiendo existir una corriente de aire las aleje de la zona del comedor. Con mayor atencin se deben estudiar los elementos que producen vapor y calor. Los aparatos ms molestos suelen tener campanas de extraccin.

Estudios de Radio y TV

Tales espacios pueden variar mucho en cuanto a sus dimensiones, ocupando uno o ms pisos de un edificio, o el edificio completo dedicado enteramente a una red. Los estudios grandes, en especial los dedicados a la TV tienen unas cargas enormes y variables de iluminacin.

Hay que diferenciar entre las prestaciones para las salas de escenas con el de las areas administrativas y de recepcin. Los equipos electrnicos tienen componentes delicados, por lo que es imprescindible evitar el ingreso de polvos. Un aspecto importante es el control de los ruidos y vibraciones que pueden emitir los equipos de acondicionamiento del aire.

Salones de belleza, peluqueras

Los equipos generadores de calor y de olores, adems de los productos utilizados sern los aspectos importantes de este tipo de aplicacin. Una medida es establecer correctamente los volmenes de aire de renovacin En las peluqueras, se deben evitar corrientes de aire molestas que afecten las cabezas de los clientes. Si estos establecimientos forman parte de un complejo donde existen locales para otros usos, debe cuidarse que no se contaminen con el aire de retorno, siendo aconsejable en este caso una instalacin autnoma para cada caso en particular.

Iglesias, teatros, salas de msica, salas de conferencias

Estas aplicaciones tienen en comn un considerable nmero de ocupantes, congregados en los espacios para realizar actividades grupales. Como generalmente se realiza en horarios preestablecidos, tanto diurnos como nocturnos, el anlisis de las cargas trmicas debe ser estudiado con detalle para cada situacin. Cuando los espacios son de gran altura, debe pensarse en el problema de la estratificacin del aire, lo que requiere un cuidadoso diseo de la ubicacin de las rejas de distribucin y recuperacin.

Salas de baile, juegos y diversin

Estas se caracterizan por la gran cantidad de personas que se encuentra en su interior desarrollando actividades ms o menos intensas, lo que incrementa el calor latente. Cuando la pendiente del FCS resulta ser muy pronunciada, se dificulta una solucin sencilla del tratamiento del aire. En tal caso suelen buscarse mtodos adicionales para disminuir la cantidad de vapor del aire. Asimismo la proporcin de renovacin del aire en el local suele ser alta, desplazando el punto de mezcla, lo que incrementa la potencia de los equipos a utilizar.

Fbricas. Establecimientos productivos

Debe establecerse una distincin entre el acondicionamiento de la fbrica desde el punto de vista del confort humano y el acondicionamiento que necesitan determinados productos industriales. En el primer caso lo que se busca es el bienestar del trabajador, y en el segundo lo ms importante es el ambiente que rodea al producto. Cuando los valores de temperatura y humedad son semejantes para ambos, no existen incompatibilidades. En el segundo caso el proyecto deber tratarse con la particularidad que este exige. Generalmente se estudian zonas limitadas, sea en forma real o virtual, para estudiar en forma separada los puntos de acondicionamiento para cada situacin, pudindose disponer de unidades adicionales, o regular las corrientes de aire.

Grandes almacenes. Supermercados. Hipermercados.

Pese a la gran carga trmica que deben soportar, el espacio nico lo hace indicado para este tipo de solucin. Generalmente se colocan bateras de equipos para satisfacer la demanda, tanto en calefaccin como en refrigeracin. Cuando estos centros poseen espacios destinados a otras firmas comerciales, cabe la posibilidad de la instalacin de equipos propios o bien, cuando esta solucin no se justifica, incluir en el canon del uso del local los costos proporcionales al sistema central nico de climatizacin.



Bibliotecas. Museos

Las bibliotecas y museos que contienen colecciones de libros y obras de arte generalmente suelen estar ubicados en las grandes ciudades. Esta situacin expone a las colecciones a la accin destructora de una atmsfera sucia, por lo que el proyecto del acondicionamiento de aire debe prestar especial atencin al filtrado y eliminacin de la suciedad atmosfrica, manteniendo adems una humedad y temperatura constantes a lo largo del ao, con un control riguroso de la temperatura y humedad constantes.

La ventaja es que estas condiciones coinciden prcticamente con las destinadas al confort humano, lo que no requiere una separacin de sus prestaciones. El movimiento y circulacin del aire debe ser analizado con cuidado, para evitar cortocircuitos entre las bocas de salida y retornos o zonas con estancamiento (zonas muertas), especialmente en los rincones.

Como el sistema debe funcionar en forma continua y permanente, es necesario prever la confiabilidad operativa de los equipos, dotndolos de sistemas automticos de control. El problema acstico adquiere singular importancia.

Escuelas y Colegios

En una escuela es necesario mantener un ambiente adecuado durante todo el ao escolar, aunque en casos particulares puede abarcar su uso durante los periodos receso de invierno y verano.

Los edificios dedicados a la enseanza primaria y secundaria generalmente se desarrollan en una o dos plantas. Los edificios para la enseanza superior tienen otras exigencias suplementarias, aunque la variacin no es demasiada, centrada especialmente a una mayor variedad en lo que se refiere a la ocupacin. En muchos casos, estos pueden estructurarse en varios pisos, con una ocupacin de actividad simple o mltiple, por cuyo motivo la seleccin del sistema es ms variada.

Para los casos donde se eximen las estaciones extremas, la carga trmica a la que estarn sometidos ser ms reducida, tanto en los meses cercanos a la poca estival como invernal, siendo aconsejable para los primeros un sistema todo-aire, de cualquier tipo.

Sistema Todo-agua Los sistemas Todo - Agua son aquellos que poseen elementos terminales de tipo Fan Coil (Ventilador serpentn) a los locales acondicionados, por donde circula agua caliente o fra. La ventilacin necesaria se obtiene mediante una abertura en forma de rendija en la pared, por infiltracin o a travs de las zonas internas.

Estos sistemas utilizan generalmente dos caeras, una de alimentacin y una de retorno, por la que circula agua fra en verano yagua caliente en invierno. El medio refrigerante (agua fra) puede ser suministrado por una fuente remota y se obtiene de un enfriador de lquidos. El medio calefactor (agua caliente), se obtiene de una caldera. El agua, tanto fra como caliente, es bombeada a varias unidades terminales, distribuidas por todo el edificio.

Este sistema es particularmente indicado donde existe diversidad de cargas trmicas o rgimen de usos distintos, los que requieren instalaciones para funciones mltiples.

Bajo este concepto estn comprendidas las aplicaciones de sistemas de acondicionamiento de aire adecuadas a grandes edificios de varias plantas y muchos locales, con cargas trmicas y funciones heterogneas. Esta diversidad exige la divisin de los edificios en varias zonas Individuales, las que pueden ser de distinto tamao, desde una pequea habitacin hasta una zona amplia.

Dentro de este grupo se hallan las oficinas, hoteles, hospitales, u edificios semejantes, todos los cuales presentan algunos problemas comunes.

Edificios de oficinas

Dichos edificios pueden estar ocupados ntegramente por una sola organizacin comercial o a varias entidades. Este aspecto vara el enfoque del problema, ya que los edificios ocupados por distintas firmas necesitan establecer una separacin en cuanto al uso de las instalaciones.

En los grandes edificios de oficinas debe tenerse en cuenta la orientacin de las fachadas, las que provocan grandes variaciones de cargas trmicas, especialmente por la incidencia de la radiacin solar sobre sus envolventes, que mayormente son vidriados. Tambin influyen las sombras o reflejos de los edificios vecinos y el transitorio paso de nubes que disminuyen las cargas trmicas.

Estas situaciones exigen un sistema de acondicionamiento muy flexible, capaz de equilibrar las cargas variables que se producen en las distintas orientaciones.

Las areas internas del edificio estn menos expuestas a estas variaciones de temperatura, motivo por el cual puede utilizarse un sistema todo-aire. Ocasionalmente puede ser necesario establecer un sistema de aire primario y agua secundaria, particularmente cuando las cargas son altas.

Los edificios pueden ser bajos, con una gran superficie de suelo y techos, en que predominen zonas interiores, o pueden ser altos y estrechos formados nicamente por zonas perifricas.



Aunque los edificios de oficinas estn ocupados principalmente durante perodos de 8 a 10 horas y algunas oficinas estn ocupadas por la noche, el sistema de acondicionamiento debe trabajar normalmente al menos unas 16 horas, aunque para situaciones extremas, debe dimensionarse el sistema para cualquier horario del da.

Los espacios ocupados por el equipo de acondicionamiento deben mantenerse alejados de las zonas muy ocupadas y de las salas de conferencias, a fin de evitar insalvables problemas de amortiguamiento de ruidos.

Hoteles, Hospitales

Los espacios generales de estos edificios son aplicables las condiciones expuestas para los edificios de oficinas. Lo diferencian en la particularidad de uso que deben cumplir los dormitorios, donde el control individual del aire es indispensable.

En tal caso, la solucin adecuada proviene de utilizar unidades individuales de fan-coil (ventilador-serpentn), en el caso de una instalacin centralizada. Es usual utilizar directamente unidades individuales tipo ventana o equipos separados (Split), aunque debe resolverse adecuadamente la morfologa resultante en la fachada del edificio. Con ello se resuelve gran parte el problema que surge de las variaciones de carga trmica a que estara sometido el equipo del sistema central.

Las habitaciones de los hoteles tienen una poblacin transente que no ocupa la habitacin durante la mayor parte del da, lo que da lugar a variaciones de uso muy importantes. En tal situacin la estimacin de la carga mxima tendr en cuenta las condiciones climticas del da y las horas probables de mayor ocupacin. Los sistemas centrales suelen resolverse con mquinas enfriadoras de absorcin, ms proclives a soportar variaciones importantes de cargas trmicas.

En las habitaciones de los hospitales la situacin suele ser ms homognea, con una ocupacin permanente durante todos los das del ao, lo que facilita la estimacin de la carga trmica. En cuanto a la distribucin del aire, debe prestarse singular atencin con los volmenes de retorno, que pueden transmitir infecciones intrahospitalarios.

Esquema bsico. Instalacin con sistema aire-agua VS horizontal baja silueta

En dicha situacin, los equipos deben contar con unidades esterilizadoras, evitando asimismo la intercomunicacin entre distintas zonas. El caso de los quirfanos, salas de cuidados intensivos, morgue, el problema suele ser mayor, debindose tomar la precauciones para cada caso.

En las otras dependencias de mayor volumen y diversidad de ocupacin, tanto en hoteles como en hospitales, como comedores, salas de conferencias, administracin, que tienen periodos de uso distintos, pueden ser resueltos con manejadores de aire independientes, para el sistema todo aire.

Sistema Aire-Agua Anlogamente a los sistemas Todo - Aire, las plantas refrigeracin y Tratamiento de aire se encuentran alejados de los ambientes acondicionados. La mayor carga trmica de los ambientes es absorbida por la circulacin del agua fra o caliente de los equipos terminales. El sistema de aire que lo acompaa es destinado solamente para entregar aire nuevo, pre acondicionado y filtrado, que mejora sustancialmente el sistema todo-agua, siendo aplicable para los mismos edificios.

ELEMENTOS TERMINALES Son aquellos dispositivos que se hallan en el local, para la distribucin y recuperacin del aire en forma directa, como su conversin, a travs de un fan-coil, en el caso de sistemas con agua.

Aire primario

Terminal VS Baja silueta PLANTA

CORTE

Difusor

Circulacin del aire



Elementos terminales para sistemas de aire

Se componen bsicamente de difusores de techo o pared, que inyectan el aire a los ambientes, arrastrando la masa de aire del local. Parte de ste se recuperar mediante las rejas de retorno.

Los difusores de cielorraso se ubican en forma horizontal. Sus formatos usuales son de seccin circular, rectangular o cuadrada. Las rejas de pared se ubican sobre las superficies verticales e inyectan el aire en forma horizontal, con distintos ngulos de apertura.

Reja de inyeccin de pared Difusores de techo

Las rejas de recuperacin: son las encargadas de recoger el aire del local para enviarlo como caudal reciclado al equipo. La ubicacin estratgica de las bocas de distribucin y recuperacin surge de conveniencias de diseo como puede ser la disponibilidad de espacio para las tuberas altura de locales, etc. En cualquier caso debe garantizarse un barrido uniforme del aire en el volumen del local, evitando la formacin de cortocircuitos y zonas muertas dentro del local.

Reja de recuperacin

Tambin hay que tener en cuenta el fenmeno de la estratificacin, donde el aire caliente tiende a elevarse naturalmente y el aire frio a descender. Este fenmeno es apreciable en locales de mucha altura. Adems la zona necesaria para el confort de las personas climatizar corresponde a la elevacin promedio donde este se encuentra, tomndose como base una altura de diseo de 1,5 m.

Estratificacin del aire en un local Termografa de las superficies

El aire caliente que asciende por encima de dicha altura desperdicia grandes cantidades de calor que se acumulan en la parte superior del local. Menos notorio es el efecto de la refrigeracin, ya que por peso propio se acerca bastante a la altura que necesitan las personas.

Distribucin por techo y recuperacin en muro, sobre zcalo.

Es la forma clsica para la distribucin del aire. Los difusores de techo permiten entregar cantidades importantes de aire de manera muy uniforme. Necesitan alturas de instalacin superiores a 3 m. La reja de recuperacin se instala sobre el zcalo, necesitando un espacio importante para alojar la tubera vertical de retorno. Si el edificio es de varios pisos, los retornos horizontales se alojan dentro del cielorraso conjuntamente con las de distribucin del piso inferior.



Distribucin en techo y recuperacin sobre zcalo Distribucin y recuperacin en techo

Distribucin y recuperacin por techo.

Como en el caso anterior, permite una buena distribucin del aire del local. La ventaja econmica de la recuperacin por techo reside en que no necesita construir una caera expresamente para el retorno, siendo el mismo espacio por sobre el cielorraso que cumple con tal finalidad. El cielorraso puede ser del tipo estanco con rejas de recuperacin. Es un sistema apto para refrigeracin, aunque no es aconsejable para la calefaccin, salvo que los locales sean de poca altura.

En el caso que la distribucin sea por techo, puede optarse (sin que tales configuraciones sean excluyentes) por una distribucin rectangular o de tresbolillo. Para una cobertura del 100%, se trazan circunferencias el centro de los difusores de tal manera que se superpongan totalmente.

Distribucin rectangular

Distribucin tresbolillo

En el caso de las rejas de recuperacin su cantidad es sensiblemente menor, debiendo ser colocada en lugares estratgicos con respecto a la ubicacin de los difusores, no existiendo una recomendacin estricta para ello, sino solamente evitar algunos efectos indeseados.

Distribucin en muro, sobre dintel y recuperacin en muro, sobre zcalo.

Igualmente es una disposicin clsica para sistemas de calor y fro. Permite alojar los conductos de distribucin en un espacio contiguo, que puede ser sobre el cielorraso de un pasillo, ms bajo que la habitacin. La recuperacin puede colocarse en el mismo paramento o en el opuesto. En cualquier caso debe solucionarse las ubicacin del conducto de retomo vertical.

Distribucin en muro, sobre dintel Recuperacin en muro, sobre zcalo

Distribucin

Recuperacin

Distribucin

Recuperacin

Difusores

Difusores

Recuperacin

Distribucin

Distribucin

Recuperacin



Distribucin y recuperacin en muro, sobre dintel

De forma semejante, tiene la ventaja econmica que la parte del cielorraso sobre el pasillo sirve de conducto de retorno. En el caso que este descenso est conectado con el local, el retorno se hace con una reja puesta horizontalmente en la parte inferior.

Distribucin sobre dintel Recuperacin bajo cielorraso

Distribucin y recuperacin en piso o sobre zcalo

Es una solucin para la calefaccin sola empleada usualmente en los locales con mucha altura, ya que al formar un circuito de aire bajo, evita que el calor ascienda en espacios innecesarios.

Distribucin sobre zcalo Recuperacin sobre zcalo Comparacin con piso radiante

Cuando la distribucin y recuperacin es por piso, las rejas de distribucin y retorno deben soportar el peso de las personas y ser desmontables para retirar el polvo del suelo que se acumula en ellas. En espacios donde

existe la libre circulacin de las personas es preferible colocarlas sobre el zcalo.

Se justifica bastante en zonas fras para iglesias o teatros, donde se ubican debajo de los bancos o butacas. Una variante de este tipo de calefaccin es colocar directamente pisos radiantes, pero estos se justifican solamente para lugares muy fros permanentes y en lugares de uso continuado.

Elementos terminales para sistemas de agua

Sus elementos esenciales son los Fan-coil, que convierten la carga trmica del agua para acondicionar el local donde estn instalados. Para aplicacin individual existen modelos para instalar a la vista o para alojar en un nicho. El alcance de la vena de aire es de cerca de 8 m.

Terminal Fan Coil vertical y horizontal

Mecnica de los fluidos El fluido se mueve dentro de un canal porque posee una cierta cantidad de energa mecnica, la que se compone de energa cintica que corresponde a la velocidad del fluido y energa potencial que es la presin que ejerce el fluido entre las sucesivas secciones y sobre las paredes del conducto.

Energa cintica y potencial

En un sistema terico, con fluidos sin rozamiento, para el caudal permanente no uniforme, la energa total se mantiene constante durante todo el recorrido, variando solamente los valores de energa cintica y potencial. La energa cintica (velocidad) ms la energa potencial (presin), dan como resultado la energa total. En los sistemas tericos, cualquiera sea

EP V

EC S

Distribucin Recuperacin

Distribucin

Recuperacin

Plano de confort

1,50 m

Cielorraso



la variacin que ocurra, esta se mantiene constante a travs de todo el trayecto.

En los sistemas reales, existe una magnitud derivada del movimiento. La resistencia que ofrece la tubera al avance del fluido consume parte de la energa. Esto se denomina prdida de carga.

Distribucin del caudal

Un sistema de mallas cerradas se da por ejemplo en las redes de provisin de agua potable donde el clculo de las ecuaciones de equilibrio es bastante complejo. El sistema de mallas cerradas se da en las tuberas de distribucin de agua potable urbana, mientras que un ejemplo de las mallas abiertas se da en los canales que distribuyen el agua de regado.

Mallas cerradas y abiertas - Ecuaciones de nudos y mallas

Cualquiera sea el sistema de mallas y nudos, en todos los casos debe cumplirse con las ecuaciones de equilibrio que se expresan mediante la ley de Kirchoff, las que se expresan como:

La sumatoria de los caudales que ingresan en un nudo deben ser iguales a los que egresan.

En un mismo tramo, si no existen prdidas de caudal en el trayecto, el egreso en un extremo debe ser igual al ingreso en el otro.

El fluido se mueve dentro de un canal porque posee una cierta cantidad de energa mecnica, la que se compone de energa cintica que corresponde a la velocidad del fluido y energa potencial que es la presin que ejerce el fluido sobre las paredes del conducto.

Energa en una canalizacin ideal

En un sistema terico, con fluidos sin rozamiento, para el caudal permanente no uniforme, la energa total se mantiene constante durante todo el recorrido, variando solamente los valores de energa cintica y potencial.

En los sistemas reales, existe una magnitud derivada del movimiento, que es el rozamiento sobre las paredes Esta consume energa a travs de la conduccin, lo que se denomina prdida de carga. La lnea que determina la energa disponible se denomina lnea piezomtrica. Las prdidas de carga ocurren en dos situaciones definidas:

A travs de un trayecto recto, lo que se denominan prdidas de carga lineales.

A travs de cambios de direccin o de seccin, lo que se denominan prdidas de carga por singularidades.

Perdidas de carga en una canalizacin

La presin resultante entre la seccin de entrada (H0) y la de salida (H1), responde a la expresin:

El trmino Hf corresponde a la prdida de carga por friccin siempre es positivo. Por lo tanto la pendiente desciende invariablemente en el sentido del movimiento. La presin final en la tubera debe mantener una presin mnima, capaz de mover el aire del local.

Singularidades en las conducciones

Las canalizaciones de aire no siempre se componen de tramos rectilneos sino que a menudo se presentan singularidades en su trayectoria que obligan al uso de

Prdida de carga

localizada

Prdida lineal

Energa Total

Velocidad 2 Caudal Velocidad 1

Energa Total

Energa Potencial

Energa Cintica

Velocidad 2 Caudal Velocidad 1

Caudal = Seccin x Velocidad

C1

C4

C5

C3 C3

C2

C7

C6

C1 = C2 + C3 + C4

C3 = C5 + C6 + C7

Sistema cerrado Sistema abierto



codos, desviaciones, entradas, salidas, obstculos, etc. Todos los cuales ofrecen resistencia al paso del aire provocando prdidas de carga. Establecidos dichos valores a lo largo del curso de la corriente y conectados con una serie de rectas, se obtiene una lnea que se llama pendiente de energa o lnea piezomtrica.

El acondicionamiento del aire El acondicionamiento del aire para el confort permite mantener un microclima en los locales, con una serie de variables perfectamente definidas, mediante el uso de sistemas que no introduzcan perturbaciones acsticas objetables.

Las variables a controlar son

La temperatura deseada.

Una humedad aceptable.

Mnima cantidad de partculas en suspensin, incluso polen y bacterias.

Nivel aceptable de olores.

Movimiento y distribucin del aire uniformes

El principio del acondicionamiento consiste en hacerlo pasar a travs de una cmara, donde mediante dispositivos adecuados se le agrega o sustrae calor, tanto sensible como latente. Adems se procede a su filtrado y si fuese necesario al tratamiento de bacterias.

Clculo de caudales y estado del aire Para los sistemas de climatizacin, se producen cambios de energa expresada en variaciones de temperatura y humedad, anterior y posterior al proceso, cuyas ecuaciones son:

Siendo:

Ga Caudal del aire tratado, medido en peso

Ce Calor especifico del aire seco

Cx Calor de vaporizacin del agua

T0 Temperaturas del aire de entrada

T1 Temperaturas del aire de salida

X0 Humedad especifica del aire de entrada

X1 Humedad especifica del aire de salida

Para el Sistema Internacional de Unidades, damos las siguientes magnitudes:

Calor especfico del aire seco 1 KJ/kg. C

Calor de vaporizacin del agua 2257 KJ/Kg

Como 1 Watt corresponde a 1 J/s, si se utiliza como unidad de tiempo la hora, que equivale a 3600 segundos, las ecuaciones quedan:

[W]

W

Cuando se determina la potencia de los equipos, el caudal y las condiciones del aire a tratar, una gran parte proviene del interior del ambiente, al que se le suma una parte del aire exterior que aseguren las condiciones mnimas de salubridad, conforme al siguiente esquema.

Esquema de la instalacin para un ciclo de tratamiento del aire

REFRIGERACIN DEL AIRE

Durante el servicio de verano, la climatizacin consiste en enfriar y deshumedecer el aire que se introduce en el local a fin de mantener su estado dentro de los parmetros establecidos.

El aire exterior A y el aire de recirculacin B se unen la cmara de mezcla, dando por resultado M. La longitud del tramo AB se denomina como Recta de Mezcla. A partir del punto M se produce un enfriamiento del aire hasta llegar al estado C, que define prcticamente las caractersticas del aire a la salida del difusor al local. El aire de impulsin introducido en el local a climatizar cambia de nuevo su estado, siguiendo la recta CB. Esta debe partir de C y llegar al punto B, en forma paralela a la de FCS, con lo que se habr cumplido el ciclo de refrigeracin previsto.

Ciclo de refrigeracin

TC

C

EM A

B M

EC

TB TM TA

B

A

QS QL

Aire tratado

LOCAL

Aire reciclado

Aire nuevo

M

B

C



Mtodo de clculo

Con los datos del balance trmico se calcula el Factor de Calor Sensible, segn la expresin:

En el diagrama psicromtrico se ubica el punto B, que definen las condiciones del aire del ambiente climatizado. A partir de este se traza una paralela hasta que corte la lnea de saturacin, obteniendo las condiciones del punto C, que corresponde a las condiciones del aire que sale traspasa el panel de las serpentinas de enfriamiento,1 lo que permite encontrar sus valores de Temperatura TC, Volumen especfico VEC y entalpia EC.

Con las temperaturas de los puntos B y C, adems del Calor Sensible, se obtiene el caudal del aire, tanto en peso como en volumen.

[Kg/h]

[m/h]

Conforme a ciertos criterios de salubridad, que relacionan tipo de actividad, volumen del local y ocupantes de la sala, se determina el caudal de renovacin del aire VaR en [m/h]

Relacionndolo con el aire de impulsin total se obtiene:

Relacin de aire Nuevo y Reciclado:

Se obtiene la Temperatura del Aire Mezcla como:

Colocada sobre la recta A-B permite determinar su entalpa EM. [Segn las unidades de la tabla]

El calor que debe sustraer el equipo, en las unidades de entalpa que estn definidas en la tabla ser:

Para transformarlo en las unidades comerciales, se citan las siguientes equivalencias:

1 TR = 3025 Kcal/h = 3517 W = 12.661 KJ/h = 12.000 BTU/h

Obtenidos aproximadamente con 1 HP o 1 CV de compresor (1HP = 1,014 CV)

CALEFACCIN SIN HUMECTACIN DEL AIRE

En ciertas condiciones es posible que el calor latente del local sea suficiente para mantener las condiciones de humedad dentro de los lmites de confort. Esto

1 Es una simplificacin que se realiza para el ejercicio, sin que vare demasiado el resultado final. En la situacin real no toda la humedad del aire se condensa, sino que atraviesa la serpentina de enfriamiento con un valor de Humedad Relativa algo superior del 90%. Esta disminucin define el Factor de Contacto.

constituye una ventaja debido a que se simplifica la instalacin, pudiendo usarse casi todo el sistema utilizando para la refrigeracin.

La nica diferencia que existe es el agregado de un dispositivo que entregue calor, sea un calefactor de conducto o una batera de serpentinas por la que circula agua caliente o vapor. Si la situacin lo permite, puede utilizarse el ciclo inverso de la bomba de calor.

En este caso, el aire exterior en el estado A y el aire de recirculacin en el estado B se unen en la cmara de, mezcla, dando por resultado el estado M. Luego se calienta: aire de impulsin hasta el punto E, que al ser introducido en el local, debe variar en su estado segn la recta CB.

Este mtodo es vlido si la Humedad Relativa puede ser mantenida en el local por lo menos en un 35%, para que no produzca los indeseables efectos de la sequedad del ambiente.

Ciclo de calefaccin sin humectacin

Mtodo de clculo

En el diagrama psicromtrico se ubica el punto que define las condiciones del aire del local. Suponemos que el aire de impulsin tendr el mismo caudal de refrigeracin. Como punto de partida, suponemos que la mnima Humedad Relativa para la temperatura de confort de invierno no debe ser inferior al 35%, por lo que colocaremos el punto B en tal posicin.

Como no conocemos an la temperatura a la salida de los difusores, pero que debe cumplir la condicin que no sea demasiado alta, podemos estimar un Volumen Especfico de 0,9 m3/Kg, que corresponde al aire de unos 50 C. En estas condiciones se obtiene:

[Kg/h]

Se calcula la Humedad Especfica que debe contener el aire de impulsin, considerando el aporte del Calor Latente del balance trmico. La diferencia de humedad especfica entre B y C ser:

[Kgv/Kga]

Como la humedad especfica en C es igual a M, puede hallarse valor de esta restando a la que corresponde al punto B. El punto de mezcla M estar ubicado en la

TA

C

EM

A

B M

EC

TM TB TC



recta AB, donde el punto A estar definido por las condiciones del aire exterior.

Como ya se conocen los valores de temperatura de los puntos A, B y M puede procederse a verificar si el aire de renovacin que resulta es suficiente para las condiciones establecidas. Partiendo de la ecuacin de la temperatura de mezcla puede hallarse la Relacin del aire nuevo.

El volumen del aire nuevo, que habr que comparar con el mnimo necesario ser:

Si la ecuacin satisface lo requerido, puede hallarse temperatura en el punto C

Con la diferencia de entalpa entalpia entre M y C y el caudal medido en peso, se halla la potencia del equipo, dado en las unidades que marca la tabla psicromtrica.

Se recuerdan nuevamente las equivalencias de potencias: 1 Kcal/h = 1,163 W = 3,967 BTU

CALEFACCIN CON HUMECTACIN DEL AIRE

Cuando el clima es muy fro, por debajo del punto de congelamiento, el vapor de agua que contiene el aire del ambiente es muy escaso, ocasionando en su caldeo un secado excesivo. Esto obliga a disponer de un humedecer el aire en el proceso de tratamiento, para mantener los niveles de humedad del ambiente dentro de los parmetros de confort.

Ciclo de calefaccin con humectacin Batea humectadora

Una forma es obtenerlo mediante un precalentador, humectador y calentador, donde el aire exterior A ingresa a la cmara de mezcla junto con el B, dando M. Para agregar vapor de agua, es necesario precalentarlo

hasta D para que en el humectador mediante un proceso adiabtico se traslade hasta E. El calor necesario para este proceso se extrae del aire en D, con lo que se enfra. Luego debe calentarse hasta C, para ingresr al local para llegar al punto B, segn la recta CB.

Una variante del sistema consiste en aplicar al equipo una batea humectadora y calentador, que consta de una resistencia elctrica blindada inmersa en una batea con agua, la que regula la cantidad de vapor para que transcurra directamente desde M hasta C.

En trminos generales, los procesos de clculo se desarrollan con la misma metodologa vista anteriormente.

Distribucin del caudal y dimensionamiento de las tuberas para aire

Las lneas de tuberas que pertenecen a los sistemas de acondicionamiento trmico son del tipo abierto, por lo que con los datos del balance trmico se determina la potencia de los equipos y la cantidad de aire (o agua) que deben conducir las tuberas.

La prdida de carga en conductos se define como:

Donde:

Pc = prdida de carga lineal, en mmca/m

F = factor de rugosidad del material del conducto (chapa galvanizada = 0,9)

V = velocidad del aire en m/s

D = dimetro del conducto en cm

Con dicha ecuacin se elaboran bacos o reglas de clculo para la seccin circular. La seccin equivalente, corresponde a la dimensin geomtrica que ocasiona la misma perdida de carga de la seccin circular. Con el concepto de permetro mojado (trmino utilizado en hidrulica), que relaciona el rea del conducto y su correspondiente permetro afectado por el rozamiento.

Seccin circular y rectangular equivalente

Relacionando los valores para una seccin circular, el dimetro equivalente surgira de la ecuacin:

D

B

A

TA

C

ED = EE

A

B

M

EC

EM E

D

TM

TE

TD TB TC



Abaco Regla de clculo

Para dimensionar los conductos para la circulacin del aire existen varios mtodos. El de igual friccin, que consiste dotar a toda la canalizacin una prdida de carga constante, es uno de los que presenta una simpleza y exactitud suficiente para los sistemas de baja presin.

Si bien las secciones circulares suelen ser atractivas cuando se instalan a la vista, tienen la dificultad de resolver los cambios de direccin, reducciones y bifurcaciones. Hay que tener en cuenta que las piezas mayores deben ser construidas en taller, conforme a las dimensiones que surgen del diseo. Para las tuberas finales de pequeo dimetro, suelen utilizarse tubos flexibles de aluminio.

Elementos constitutivos de un sistema de caeras para aire

En las secciones rectangulares, las transiciones con curvas y reducciones son relativamente fciles de realizar, las que en trminos generales se aconseja en fijar un lado de no menos de 15 cm e ir variado sucesivamente uno u otro, redondeando en mltiplos de 5 cm. La relacin de lados conviene que no supere la relacin 1:3, aunque en caso de necesidad de proyecto puede aumentarse.

Bifurcaciones en tuberas rectangulares

Para las conducciones de aire se establecen velocidades mximas. Para instalaciones comunes de baja presin se aconseja una prdida de carga de 0,1 mmca/m (aproximadamente a 1 Pa).

Velocidades mximas recomendadas en conductos (m/min)

Aplicacin Por Nivel Sonoro Por rozamiento inyeccin

Por rozamiento retorno

Principal Secundario

Principal Secundario

Principal

Secundario

Residencias 180 120 300 180 240 180

Cuartos de hoteles y hospitales

300 210 450 300 390 270

Oficinas privadas. Bibliotecas

360 240 600 360 450 300

Teatros. Auditorios

240 170 390 240 330 240

Oficinas. Bancos. Restaurantes

450 300 480 300 420 270

Centros comerciales

540 360 600 420 450 300

userResaltado



Edificios industriales

750 510 900 600 540 360

Como primera medida se distribuyen los difusores y las rejas de distribucin en los lugares considerados apropiados. En el ejemplo se han dispuesto 12 difusores de techo en espacios regulares. Con la ubicacin del equipo Acondicionador de aire se traza un sistema de tuberas, considerando los espacios disponibles en el local.

Ejemplo de distribucin de difusores de techo

Con la disposicin de las tuberas de conexin se procede a numerar los nudos (o si se prefiere los tramos) mediante nmeros o letras. La ventaja de numerar los nudos deriva que en un tramo donde haya un cambio de direccin puede existir tambin un cambio de proporcin de la tubera, quedando por lo tanto contemplado en la planilla de clculo. En ese caso hay que discriminarlo.

Para nuestro propsito, donde lo que se pretende es solamente determinar los espacios necesarios, se elaborar una planilla simplificada, con los siguientes datos, suponiendo una prdida de carga constante. Se inicia en el tem Tramos donde se colocan todos aquellos con iguales requerimientos.

Tramos Caudal C

Velocidad V

Seccin circular

S

Dimetro D

Seccin rectangular

A B

9-13, 11-15, 14-10, 9-13

8-12, 7-11, 6-10, 5-9

8-4

4-3, 7-3, 6-2, 5-1

3-2

2-1

1-E

El caudal del aire que circula por las tuberas se expresa en volumen/ tiempo. Su cantidad se determina aplicando las leyes de Kirchoff. Podemos suponer que todos los difusores erogan el mismo caudal, por lo que el gasto de cada uno de ellos se obtiene dividiendo el caudal total por el nmero de bocas. Con el caudal obtenido y la prdida de carga definida se hallan las

velocidades en los tramos. Se recomienda que no superen la velocidad mxima prevista.

Existen bacos o planillas donde se leen directamente las velocidades y los dimetros obtenidos.

Caso contrario se calcula primero la seccin y luego el dimetro correspondiente mediante la frmula obtenida por el despeje del dimetro en la frmula de seccin de un crculo.

Para el pasaje de la seccin circula a la rectangular se utilizan tablas, elaboradas con las frmulas vistas en el apartado correspondiente.

En cuanto a la velocidad en las tuberas de agua, para su dimensionamiento puede considerarse una velocidad constante de 1 m/s (60 m/min). Estas siempre se conforman por secciones circulares en caeras industrializadas y sus dimetros estn normalizados.

E 1

5

9

13

2

6

10

14

7

11

15

3 4

16

12

8

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