Si bien las vigas frías resultan atractivas, la eficacia de éstas depende del espacio por acondicionar. Conocer los factores que determinan su buen funcionamiento es ideal para realizar la mejor elección.
Por Hidrosistemas Baja Integral Services.
Uno de los retos más grandes que tienen los diseñadores de una disciplina mecánica (en nuestro caso HVAC) es estar al tanto de lo último en equipos, sistemas y nuevas tecnologías. Muchas veces es difícil estar al corriente de todo; además, siempre es más rápido y sencillo utilizar el sistema o el equipo que ya conocemos y con el que tenemos experiencia trabajando. Sin embargo, hay que recordar que ésta no siempre es la solución más eficiente que se le puede ofrecer al cliente ni tampoco la más económica.
Uno de los sistemas que son relativamente nuevos en la industria en México (aunque en realidad, las primeras patentes de estos equipos se remontan a la década de 1940 para las vigas frías de tipo activo, y 1970 para las pasivas) y que generan un poco de incertidumbre entre los diseñadores son los chilled beams o vigas frías.
Este tipo de equipos o sistemas son una novedad para muchos diseñadores mexicanos, y, por lo tanto, causan cierto temor o desconfianza tanto en ellos como en los clientes; por eso es rara vez especificado en el país.
Sin embargo, a pesar de que existen ciertas consideraciones importantes a tomar en cuenta para que un sistema con vigas frías funcione de manera óptima, la operación y especificación de este tipo de equipos son realmente muy sencillas y ofrecen importantes ventajas sobre otros sistemas, si se le instala en la aplicación correcta.
La ASHRAE define a las vigas frías como “aquellos dispositivos para recirculación de aire que transfieren calor sensible hacia y dentro del recinto por medio de agua”.
Esto quiere decir que las vigas se encargan sólo de la carga sensible del cuarto. Las vigas frías pueden dividirse en dos tipos: pasivas y activas. Estos equipos utilizan agua como medio primario de transferencia de calor y, como es de suponerse, el control de la temperatura con un sistema de vigas frías se logra controlando lo que sucede en el coil o serpentín.
Por qué utilizar agua
¿Es realmente tan eficiente? La respuesta es sí. El agua tiene una capacidad térmica por volumen 3 mil 500 veces mayor que la del aire. Como comparación, podemos decir que una tubería de 1” de diámetro que transporta agua, como medio de transferencia, puede ofrecer el mismo enfriamiento / calefacción que un ducto de 18”x 18”.
Otra ventaja es que a final de cuentas, la energía que se utilizaría en un ventilador para mover este aire en realidad se utilizará en una bomba para lograr hacer llegar el agua al serpentín de la caja.
La eficiencia de una bomba es mucho mayor en comparación con un ventilador, lo que aumenta una vez más los costos de operación en un sistema de vigas frías.
Vigas Pasivas
Las vigas frías o chilled beams del tipo pasivo funcionan acondicionando el aire a base únicamente de convección natural. El diseño consta de un pequeño serpentín en una caja que cuelga del techo, y la función de ésta es, además de lograr una imagen estéticamente más agradable, ayuda a mantener una transferencia de calor uniforme a lo largo del coil. Al pasar el aire del cuarto por esta caja, éste entra en contacto con la superficie del serpentín (tubo y / o aletas), se realiza la transferencia de calor y el aire sale de la viga fría ya acondicionado.
La inducción del aire hacia la caja es generada simplemente por la corriente de aire, debido a la convección natural. Este tipo de vigas no cuentan con ningún medio de distribución del aire, además de la mencionada convección, pues el aire caliente sube y entra en la caja; el frío (acondicionado), sale de la caja y baja pare ser distribuido en el cuarto. En estos sistemas la deshumidificación y la ventilación requerida deben ser suministradas por procesos complementarios (estos equipos sólo abaten la carga sensible del cuarto).
Las mejores aplicaciones para las vigas frías activas son en donde la carga sensible esté entre los 15 y los 25 BTUH/ft2. Son excelentes en aplicaciones destinadas a acondicionar pasillos, servidores de cómputo, áreas de impresión, etc.
Vigas Activas
El otro tipo de vigas frías, las activas, utilizan aire forzado de ventilación que entra a la caja y la presuriza, y, al salir a través de unas boquillas que crean un medio de inducción, logra que el aire del cuarto pase por la viga sea acondicionado y regresado al recinto. Debido a que este tipo de equipos utiliza la introducción activa de aire de ventilación para magnificar el efecto de inducción, con frecuencia, se les llama también difusores de inducción.
Esta característica les da a las vigas frías activas una mayor capacidad de enfriamiento y calentamiento, en comparación con las que son pasivas.
En algunas ocasiones, este aire de inducción viene de un equipo de aire acondicionado centralizado, de modo que este aire ya llega a la viga fría acondicionado lo suficiente para abatir la carga latente y de ventilación, lo que deja la carga sensible en el aire acondicionado por la viga.
Estos equipos cuentan con unas boquillas en donde el aire es inducido para que circule fuera y dentro de la viga; a pesar de ello, su operación es sumamente silenciosa. Las mejores aplicaciones para este tipo de vigas frías son aquellas en donde la carga se encuentra entre los 15 y los 25 BTUH/ft2.
Estas vigas esquemáticamente también son distintas de las vigas pasivas. En las pasivas existe un espacio entre la viga fría y el techo (aproximadamente unas 8 pulgadas) para permitir que el aire del recinto pueda entrar en el sistema por la parte superior. El aire, una vez acondicionado, sale por la parte inferior de la caja y se distribuye en el ambiente.
En el caso de las vigas activas, la configuración es distinta, pues la inducción se hace con ayuda de un flujo de aire secundario que entra a la viga fría por medio de un ducto. En este proceso ya no se necesita el espacio libre entre la caja y el techo, y ahora el equipo puede ir pegado al falso plafond. El aire del recinto que será acondicionado por la viga fría entra por la parte inferior del techo falso, y al subir dentro de éste pasa a través del coil hidrónico; una vez acondicionado, las boquillas, mediante las cuales sale el aire de inducción, ayudan a guiar el aire y a enviarlo afuera de la viga y de vuelta al recinto.
Existe una última variación de este tipo de sistema. La más reciente se trata de una combinación de viga fría pasiva que utiliza principios de convección y radiantes, lo que le da hasta un 35 por ciento más de transferencia de calor.
Uno de los aspectos más críticos al momento de la selección de las vigas frías es la temperatura de punto de rocío del aire (o la temperatura de la cual sucede la condensación del vapor de agua presente en el aire) en el recinto que se está acondicionando. Esto viene de la mano con evitar el principal problema que se tiene con la incorrecta aplicación de este tipo de sistemas: la excesiva humedad, condensación y la generación de moho.
El agua que pasa por el serpentín debe estar siempre a una temperatura por encima de la de punto de rocío del aire. Se recomienda que el agua de suministro de las vigas frías esté al menos 1˚F por encima del punto de rocío del aire dentro del espacio por acondicionar.
La mejor aplicación para un equipo de este tipo es aquella en donde las cargas internas de humedad son moderadas, el aire primario de inducción es deshumidificado y las infiltraciones hacia el recinto son controladas y limitadas. Como guía, podemos mencionar que una buena aplicación para estos equipos es aquella en donde se tenga un factor de calor sensible de alrededor de 0.7.
Algunas vigas cuentan con una charola para condensados incluida, pero esto de ninguna manera quiere decir que el funcionamiento normal de la viga contemple condensación constante. El propósito de esta charola es la protección en caso que se llegara a dar este fenómeno, que debe ser evitado.
Dónde Instalarlas
Las vigas frías son más comúnmente instaladas en el techo o plafond, pero también –dependiendo del espacio y la aplicación– pueden colocarse en muro. Además, las vigas frías ofrecen la flexibilidad de poder instalárseles diversos dispositivos, tales como luces auxiliares en la detección de incendios, etc.
Sobre su instalación, no es recomendable instalar las vigas frías pasivas directamente sobre las personas. En el caso de las vigas activas, este no es ningún problema; de hecho, esto es precisamente lo que se recomienda. Hay que recordar que en el caso de las vigas pasivas la salida del aire es por debajo, y en las vigas activas es por la parte superior lateral. Lo que se busca es evitar incomodar al personal y aprovechar la naturaleza del flujo de aire creado por la operación de la viga para obtener el máximo confort y desempeño del sistema.
Hoy en día la industria dirige y enfoca su atención en métodos más sustentables y energéticamente eficientes para crear confort térmico, en ese aspecto las vigas frías se han convertido en una excelente alternativa a los sistemas tradicionales de aire forzado, ya que proveen un excelente confort térmico, conservación de la energía y utilización eficiente del espacio. Incluso este tipo de sistemas podría ser más eficiente que uno de páneles de enfriamiento radiantes.
La operación de las vigas frías es bastante simple, además de necesitar muy poco mantenimiento. Y en adición es una opción que representa una reducción considerable en la inversión inicial, respecto a otros sistemas.
Otras ventajas de estos equipos son: que su operación es sumamente silenciosa, son dispositivos muy ligeros; en el caso de las vigas frías activas, se promueve la circulación constante de aire de ventilación, se previene la aparición de bacterias y hongos relacionados con la humedad y condensación de los sistemas convencionales; reduce considerablemente costos y tiempos al eliminar una buena parte del sistema de ductería, se reducen también considerablemente el tiempo e inversión dedicada a la reparación y mantenimiento, debido a que estas piezas carecen de partes móviles, motor, etc; no cuentan con charolas de condensado que deban ser limpiadas o reemplazadas, y por supuesto, ayuda a obtener puntos LEED en caso de estar en busca de una certificación de este tipo.
Los sistemas de vigas frías han sido instalados con gran éxito en escuelas, oficinas, y teatros, y sus aplicaciones son muchísimas más. Sólo hay que recordar que estos equipos se encargan de la carga sensible. Así que en espacios en donde la mayor parte de la carga es de este tipo no se corre riesgo de tener infiltraciones de aire exterior o áreas adyacentes en donde el contenido de humedad sea alto.
Al momento de la selección de la viga fría correcta para su proyecto se deben considerar todas las opciones disponibles que ofrecen algunos fabricantes. Por ejemplo, se pueden encontrar modelos en uno, dos o cuatro vías de patrón de flujo. También es posible elegir entre varios estilos de malla perforada (y así lograr una integración visual estética óptima con el resto de los dispositivos en el recinto). Existen modelos que, gracias a sus medidas (48”x 48” o 24”x 24”), permiten su instalación en plafond reticular.
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Hidrosistemas Baja Integral Services
Es una empresa mexicana con matriz en Mexicali, Baja California. Cuenta con 15 años de experiencia en el suministro e ingeniería de equipos para el sector industrial. Además, brinda consultoría, análisis, diseño e instalación de sistemas de bombeo, así como mantenimiento y alquiler de equipo.
