Elegir el filtro ideal que se adapte de lleno a las necesidades de su sistema de aire acondicionado puede ser complicado.
Para evitar la propagación de enfermedades en un edificio a causa de partículas aerotransportadas y mejorar la eficiencia energética se deben tener en cuenta varios factores.
Lic. Marisa Jiménez.
Una de las preguntas más frecuentes que se hacen al diseñar y/o arrancar un sistema nuevo HVAC, o simplemente cuando se están cambiando los filtros como parte de un programa de mantenimiento, es si realmente se considera el tipo de filtro adecuado para una aplicación específica.
La filtración del aire en sistemas HVAC es el método más usual para proteger a las personas y a los propios equipos de partículas aerotransportadas. Los filtros deben remover un rango muy amplio de tipos y tamaños de partículas, por lo que es imposible diseñar un filtro que pueda remover todos los contaminantes de manera eficaz. Incluso, dentro de una misma aplicación, muchas veces se requiere no solamente de un tipo de filtro, sino que se debe efectuar una combinación estratégica de dos o más.
En el mercado, existe una gran variedad de filtros para partículas con diferentes medidas, en espesores que pueden ir desde 1” (2.54 cm), hasta 36” (91.44 cm), y en diversas configuraciones para elegir. Cada tipo de filtro deberá satisfacer los requerimientos de calidad de aire para una aplicación específica. Así pues, la filtración de un edificio de oficinas o una tienda departamental será sumamente diferente a la de un quirófano.
Cabe señalar que los filtros de aire no representan sólo una solución al requerimiento de calidad de aire de un complejo o proceso, sino que son parte primordial para mantener la eficiencia energética nominal de los equipos HVAC. Mediante una correcta selección y un mantenimiento adecuado de filtros se evita suciedad tanto en los intercambiadores de calor (serpentines), como en el motor del ventilador, lo que evita un mayor consumo de energía en la operación. Basar la decisión de compra de filtros solamente en el precio puede resultar, a la larga, muy costoso operativamente.
Muchas de las directrices actuales recomiendan niveles de filtración basados en el estándar 52.2-2007, de ASHRAE, el cual mide la eficiencia fraccional por tamaño de partícula de un filtro HVAC. Esto indica la capacidad de un filtro para remover partículas de 0.3 hasta 10 micras de diámetro (>10 micras-visibles). La eficiencia o capacidad del filtro están determinadas por un Valor Mínimo Reportado de Eficiencia (MERV, por sus siglas en inglés), el cual se asigna a cada tipo de filtro.
Un filtro MERV 1 es el menos eficiente, mientras que un filtro MERV 16 es el más eficiente. Para protección contra partículas de 3 a 10 micras, es recomendado seleccionar filtros MERV 5-8; para protección de partículas de 1 a 3 micras, la mejor solución son los filtros MERV 9-12, y para protección de partículas contaminantes de 0.3 a 1 micra, es preciso utilizar filtros MERV 13-16. Después de considerar la eficiencia en el momento de elegir un filtro, también se deben tomar en cuenta otros parámetros que se miden en el estándar, como la caída de presión del filtro y su capacidad de retención de polvo.
Calidad del aire interior
La calidad del aire interior tiene impacto en la salud, confort y productividad de los ocupantes de un edificio. Según la Agencia para la Protección Medioambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés), el aire en el interior de una edificación puede estar de 2 a 5 veces más contaminado que el del exterior.
Anualmente, se estiman pérdidas por 60 billones de dólares relacionadas con el Síndrome del Edificio Enfermo en Estados Unidos. Entre los síntomas del Síndrome, se encuentran irritación de ojos y nariz, así como dolores de cabeza asociados con el edificio propiamente y no con una enfermedad en particular. Reducir de 20 a 50% estos síntomas traería beneficios anuales de 10 a 30 billones de dólares, un incentivo muy poderoso para mejorar la calidad del aire interior.
En la Universidad de Purdue, se realizaron pruebas con el fin de cuantificar los efectos de la selección de filtros de diferentes MERV en la cantidad de polvo que traspasaría a un serpentín de enfriamiento, lo que significaría un impacto, mayor o menor, en la calidad de aire en el interior. Las mediciones se realizaron sin filtro y con filtros de cuatro diferentes MERV: 14, 8, 6 y 4, en equipos con serpentines de 3, 4 y 8 hileras (equipos de 3, 5 y 35 TR). Los resultados demostraron que los equipos con MERV altos proveen, en general, una mejor calidad de aire.
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| Gráfica 1. Cantidad de polvo que traspasa el filtro y serpentín de 8 hileras1 |
En los equipos con serpentines de 8 hileras, la cantidad de polvo que traspasó el serpentín con un filtro MERV 4 fue 30 veces mayor que el que traspasó el serpentín con un MERV 14. En la prueba sin filtro, la cantidad de polvo que traspasó el serpentín fue aproximadamente 60 veces mayor que el del filtro MERV 14. Lo anterior demuestra que la selección del MERV tendrá un impacto considerable en la cantidad de polvo que el filtro removerá o dejará pasar (ver gráfica 1).
Los edificios comerciales pueden optimizar su desempeño a través de una mejor calidad del aire si se ataca la eficiencia del filtrado. La filtración efectiva es la principal línea de defensa de los ocupantes de un edificio contra contaminantes. Una de las formas más sencillas de conseguirlo es cambiar los filtros tipo panel por filtros de superficie extendida (tipo pliegues, bolsa o minipleat). Por lo general, los filtros tipo panel (MERV 1-4) sólo remueven 20% de las partículas en el rango de 3 a 10 micras, lo que significa que están dejando pasar 80% de estas partículas relativamente grandes, además de las más finas (0.3 a 3 micras).
Algunas de las partículas en este rango de tamaño, que pueden generar reacciones alérgicas en los ocupantes de un edificio, son el polen, esporas de hongos y polvo. Las partículas que miden menos de 2.5 micras se consideran “respirables” y pueden ser inhaladas para después depositarse en los pulmones, ocasionando enfermedades y, en el peor de los casos, la muerte.
Se incluye una tabla con orientación general para la selección del nivel de filtración, publicada en La guía de calidad de aire, de la ASHRAE, un manual de mejores prácticas para el diseño, construcción y commissioning de edificios comerciales e institucionales. Las eficiencias sugeridas van desde “buenas” –parte más baja del espectro que ya representa una mejora sobre los códigos mínimos en calidad del aire interior– hasta “mejores”. Éstas últimas representan una mejoría sustancial en el beneficio sobre los niveles mínimos de los códigos (ver tabla 1).
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Problema o situación |
Recomendación/ Rango de solución |
Resultado/Beneficio |
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Mantener las superficies de intercambio de calor y del sistema de distribución más limpias |
Aplicar MERV 8-13 |
Reduce la excesiva suciedad del serpentín; mantiene la eficiencia del intercambio de calor; reduce la perdida de energía; reduce los costos de limpieza y mantenimiento; disminuye las oportunidades para el crecimiento de moho mediante la reducción de nutrientes y retención de humedad |
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Mantener el espacio acondicionado limpio |
Aplicar MERV 8-13 |
Reduce las molestias ocasionadas por el polvo; reduce los costos de limpieza |
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Control de partículas viables y/o patógenas |
Aplicar MERV 14-16 |
Reduce la exposición de los ocupantes a los patógenos aerotransportados; disminuye efectos negativos en la salud; disminuye al ausentismo y costos relacionados con la productividad |
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Tratar aire exterior excesivamente contaminado |
Aplicar MERV 11-14 Aplicar fase gaseosa ME * |
Asegura la aceptabilidad cuando el aire del exterior es no-conforme; reduce la exposición de los ocupantes a fuentes externas de partículas, olores e irritantes; reduce el resiego de contaminación cruzada de los extractores del edificio; reduce los productos indeseables de reacciones químicas entre el ozono y los químicos del interior |
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Control específico de los contaminantes en cuestión, incluyendo los asociados con intentos criminales o accidentes |
Aplicar MERV 13-16 Aplicar HE-HEGA * |
Reduce el riesgo de contaminación por partículas o gases, por derrames accidentales o incidentes criminales, que sean perjudiciales para los procesos, productos, personas o sus actividades relacionadas |
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Aumentar la tasa de ventilación del aire exterior usando el procedimiento de Calidad del Aire del estándar ASHRAE 62.1 (ASHRAE 2007b) |
Aplicar MERV 11-13 Aplicar ME-HE * |
Puede reducir el exceso de carga latente de aire exterior en ciertas regiones; reduce la carga de contaminantes del aire exterior contaminado; puede resultar en disminución de la capacidad del equipo HVAC y costos de capital relacionados, consumo de energía y costos de operación |
| Tabla 1. ©2009 Indoor Air Quality Guide-Best Practices for Design, Construction and Commissioning, ASHRAE, Atlanta, GA.2HEPA=filtros absolutos eficiencia mínima 99.97% DOP @ 0.3 micras (“High-efficiency particulate air”)ME=filtración molecular de eficiencia media con “by-pass” parcialHE=filtración molecular de alta eficiencia “solid bed”HEGA=adsorbente de alta eficiencia “deep bed” | ||
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 0.5% Desechos 18.5% Inversión+mantenimiento 81% Energía |
| Gráfica 2. Gastos de operación en sistemas de climatización | |
| Nota. Sin embargo, vale la pena mencionar que un proyecto de investigación reciente de la ASHRAE, relacionado con las consecuencias de la filtración en el consumo de energía, concluye que los sistemas pequeños tipo residenciales o comercial ligero no se comportan como los sistemas comerciales o industriales. Mediciones en casas y comercios pequeños, en los que se estudiaron equipos con filtros de tres rangos de eficiencias: baja (MERV 2), media (MERV 6-8) y alta (MERV 11 y 12), demostraron que elegir una filtración superior, como MERV 11, para la calidad del aire no parece tener ninguna penalización en energía (menos de 1 kW/h/ton por día) en equipos pequeños.3 | |
Reducción de costos de operación
Una necesidad constante en edificios comerciales e industriales es el ahorro energético y sus costos de operación. Después de elegir el grado de eficiencia y limpieza de aire que queremos alcanzar, la siguiente decisión es seleccionar el sistema de filtración que nos cueste menos operar durante todo el ciclo de vida útil del equipo o sistema HVAC. Según Thomas Carlsson, experto en la industria de la filtración, el costo de la energía en el que incurre un sistema de filtrado constituye 81% de su costo total, mientras que el costo del filtro per se, su instalación y los gastos de desperdicio ascienden sólo a 19%. Esto significa que el costo del filtro apenas representa una quinta parte de la inversión total (ver gráfica 2).
La caída de presión de un sistema de filtración está directamente relacionada con el consumo de energía: entre más alta sea la caída de presión, más energía se requerirá para vencer la resistencia del filtro y mover el aire a través del sistema (ver nota). Tal consideración le da especial importancia al programa de mantenimiento.
El reemplazo oportuno de los filtros también impactará en el consumo energético. La decisión de cambiar o no los filtros a tiempo impactará definitivamente en el costo de operación de todo el sistema HVAC. Puede ser muy tentador retrasar el reemplazo de filtros porque es un ahorro inmediato y tangible; pero, ¿cuál es el beneficio de retrasar una compra de filtros si se compara con el costo de la energía extra requerida para operarlos? (ver tabla 2).
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Costo de retrasar el reemplazo de filtros |
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Mantenimiento de rutina 4 cambios vs 3 cambios |
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Mantenimiento de rutina (trimestral) |
Mantenimiento con retraso (un mes) |
Impacto |
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Costo de los filtros inversión inicial: $70.00 mx; 100 filtros |
$28,000 |
$21,000 |
$7,000 Ahorro en filtros |
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kWh consumidos, presupone un ∆P de 0.61” W.G. (0.22” inicial, 1.00” final) |
217,007 |
251,695 |
34,686 Incremento en kWh |
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Costo energético: $1.40 kWh (Tarifa H-M) |
$303,810 |
$352,369 |
$48,560 Costo adicional en energía |
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Costo total |
$331,810 |
$373,369 |
$41,560 Incremento total |
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Tabla 2. Consumo energético en kilowatts por hora= Q x ∆Px t/n/1000; Q=flujo, ∆P= promedio de caída de presión en Pa, t=tiempo de operación del ventilador en horas, n= producto de la eficiencia del ventilador (68%), motor (86%) y drive (99%) |
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Los costos de mantenimiento de los equipos HVAC derivados de la limpieza de serpentines y ventiladores también se pueden disminuir si se mejora el sistema de filtración y se protege el equipo. Está comprobado que las partículas de 1 a 10 micras son las que se depositan e incrustan en los serpentines, reduciendo su vida útil, estimada en 15 o 30 años, a la mitad, debido al aumento en la caída de presión.4
Un serpentín sucio no sólo produce un impacto en la capacidad de enfriamiento y la energía, también en la reproducción de bioaerosoles comunes, como esporas de bacterias y hongos, que tienden a crecer en la superficie del serpentín, afectando severamente la calidad del aire. Este problema refuerza la necesidad de proteger los serpentines con el debido nivel de filtración, el adecuado mantenimiento y el reemplazo oportuno.
Un sistema HVAC usualmente representa entre 40 y 70 por ciento de los consumos operativos de un complejo; por lo que aquellos usuarios o dueños de inmuebles que exigen y buscan la mejor tecnología en sus equipos de HVAC para asegurar el menor costo operativo deberán dedicar la misma atención a la selección adecuada de los filtros de aire, pues así protegerán el tiempo dedicado y la inversión hecha en tecnologías más costosas, pero garantizarán la salud y el confort de sus ocupantes. Al final, estarán construyendo un edificio más seguro, cómodo y sustentable.
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Referencias
1. Li Yang, James E. Braun and Eckhard A. Groll, The Role of Filtration in Maintaining Clean Heat Exchanger Coils, Purdue University; Air-Conditioning and Refrigeration Technology Institute
2. Indoor Air Quality Guide- Best Practices for Design, Construction, and Commissioning. ASHRAE, Atlanta, GA
3. Brent Stephens, M.S.; Jeffrey A. Siegel ASHRAE RP-1299 Energy Implications of Filtration in Residential and Light-Commercial Construction, 2010
4. Jeffrey Siegel, Iain Walker and Max Sherman, Dirty Air Conditioners: Energy Implications of Coi
