Principios de Aire Acondicionado Distribución de aire

Uno de los factores más importantes en los sistemas de aire acondicionado radica en la distribución del aire, debido a que, por más que logremos enfriar o calentar el aire o controlar su humedad, la forma en que lo llevamos a los espacios por acondicionar juega un papel fundamental para lograr el confort de las personas.

Ing. Darío Ibargüengoitia González.

Si se parte del hecho de que el flujo de aire en un ducto es igual en la entrada que en la salida, que no se pierde ni se crea y, muy importante, que siempre será al fin y al cabo turbulento, aunque idealmente a bajas velocidades lo podamos considerar laminar; se tomará en cuenta, entonces, que el flujo de aire, para su distribución, estará sometido a la fricción y a las condiciones de altitud que modifican su densidad.

La intención de este artículo es abordar la distribución de aire para confort humano y dejar a un lado las aplicaciones de enfriamiento para equipos, sistemas y lugares que no sean ocupadas. Si se analiza la definición que se da al confort térmico, se encuentra que “es aquella condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico” y, por lo tanto, está basada en diferentes consideraciones ambientales de tipo físico, psicológico y fisiológico.

Tabla 1. Rangos de humedad y temperatura

De acuerdo con el estándar ASHRAE 55-2010, la mayoría de las personas deberán de sentirse cómodas, térmicamente hablando, en los rangos de humedad y temperatura mostrados en la Tabla 1.

La distribución de aire es una de las variables importantes para lograr ese confort, por ser una influencia directa en la calidad y el movimiento del aire.

El estándar ASHRAE 55-2010 contempla que no hay un movimiento mínimo de aire para que se logre el confort; pero sí establece las velocidades máximas de 30 pies por minuto (ppm) a una temperatura de 72 °F, o bien, de 50 ppm para una temperatura de 78 °F. También, establece que las bajas velocidades afectan siempre la uniformidad de temperatura en los espacios.

Los componentes básicos de un sistema de distribución de aire son:

• Ventilador
• Ductos. Son conductos o tubos por los cuales se distribuye el aire a los diferentes espacios, y se clasificarán de acuerdo con su presión y clasificación, considerando que pueden ser redondos, ovalados o rectangulares. La velocidad es un aspecto muy importante por considerar en los ductos, sobre todo la adecuada selección de sus tamaños, materiales y calibres para evitar la vibración y el ruido
• Controles. Son los dispositivos que regularán el flujo, temperatura y velocidad del aire en los sistemas de distribución, y podrán permitir la realización de un balance de aire de acuerdo con lo diseñado
• Dispositivos de suministro y distribución final del aire. Se considera que, a grandes rasgos, se tienen tres tipos diferentes de distribución de aire en la parte de suministro:

1. Sistemas de mezcla. En este sistema, el aire se suministra a una velocidad mayor y una temperatura menor a las que se buscan en la zona por acondicionar para que, al mezclarse con el aire en el espacio, se llegue a las condiciones de velocidad y temperatura que proporcionen confort

En este sistema, se utilizan principalmente como unidades terminales las rejillas y difusores que se colocan en el plafón o muy cerca de él, con descargas laterales cuando se está hablando de enfriamiento; pueden colocarse lateralmente o en piso cuando se habla de calentamiento

2. Sistemas de desplazamiento. Para este caso, el aire se suministra directamente al espacio a una temperatura ligeramente menor que la requerida y con velocidades cercanas a los 100 pies por minuto, logrando que el aire frío inunde el espacio por acondicionar; al llegar a los objetos o personas que producen el calor, lo desplazará hacia la parte superior, donde se realiza el retorno. Para estos sistemas, se tienen rejillas de inyección que pueden colocarse al nivel del piso, principalmente por los laterales

3. Sistemas locales. Este sistema suministra el aire en lugares muy específicos, relativos a áreas de trabajo u ocupación, y es principalmente utilizado en la industria

• Louvers de entrada y desfogue de aire. Especialmente para las tomas de aire fresco o de ventilación, y para la salida del aire sucio o no deseado en los espacios. Es importante que no sean simples elementos de aluminio que se vean bien, sino que cumplan con los requerimientos que se establecen, al menos en el estándar ASHRAE 62.1, en cuanto a su velocidad y permeabilidad, así como las distancias entre las tomas y los desfogues
• Silenciadores. También conocidos como atenuadores de ruido, son elementos que se utilizan para atenuar el ruido que se genera desde el ventilador y los ductos de alta velocidad para llegar a los elementos de distribución finales con un nivel bajo de ruido. Es importante considerar que estos elementos, normalmente, generan una caída de presión y una fricción importante en el aire, ya que ayudan a amortiguar el sonido
• Unidades Manejadoras de Aire (UMA). Son los equipos que integran algunos de los elementos anteriores. Más allá de la sección del ventilador, la intención es que el aire salga de estas unidades con una modificación, que puede ser de temperatura, humedad y pureza, entre otras
• Serpentines. Son los elementos donde se realiza el proceso psicrométrico; es decir, el intercambio real de temperatura, humedad y energía, para acondicionar el aire por suministrar en los espacios. Será importante hacer una selección adecuada y considerar que estos elementos siempre tendrán una condensación que debe de ser conducida fuera de los espacios y del equipo. Estarán, la mayoría de las veces, dentro de las UMA
• Filtros. Son los elementos que tienen por objeto retener partículas u olores del flujo del aire. Normalmente, se encuentran dentro de las Unidades Manejadoras de Aire, aunque pueden ubicarse de manera independiente y se clasifican en dos:

1. Filtros de partículas, los cuales tienen por objeto remover o retener las partículas sólidas suspendidas en el flujo de aire y se clasifican de acuerdo con las dimensiones y tamaño de las partículas, las cuales se determinan de acuerdo con un valor mínimo reportado de partículas retenidas en pruebas, según la NAFA (National Air Filtration Association), en Estados Unidos, y se conoce como el MERV (Minimum efficiency reported value), que va desde MERV 1 hasta el 20, para dar una eficiencia conocida como filtrado absoluto, como se muestra en la Tabla 2
2. Filtros de gases. Remueven gases o químicos de las corrientes de aire, y su objetivo principal es quitar los olores o compuestos contaminantes del aire

Para cualquier tipo de suministro de aire, es importante la determinación del volumen de aire que requiere cualquier espacio, así como el tipo y cantidad de salidas de aire que se tendrán, considerando el tiro o alcance requerido que tenga el aire, así como los aspectos arquitectónicos y estructurales.

Será muy importante que la selección de los elementos, como difusores, rejillas, etcétera, esté en concordancia con los datos del fabricante para su especificación y correcto funcionamiento.

Es imprescindible resaltar la gran labor que representa la definición correcta de los elementos y sus repercusiones en el diseño completo de un sistema de distribución de aire, para que, sobre todo, sea la pauta que empuje al lector a investigar y documentar la forma de distribuir el aire, más allá de simplemente pensar en empujar el aire desde un ventilador, hasta una rejilla, sin importar los consumos energéticos debido a las perdidas por fricción en los ductos, elementos de manejo y elementos terminales, así como considerar las características del aire en los diferentes ambientes.
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