Considerar la época del año, así como el calor en el cuerpo humano y las necesidades del espacio por acondicionar son factores esenciales para el diseño de un sistema de climatización eficaz
Óscar Abraham Hernández Nerio.
Una simple definición de aire acondicionado es el control simultáneo de la temperatura, la humedad, movimiento del aire y la calidad de éste en el ambiente. Para lograr un diseño de climatización eficiente es importante conocer las necesidades por cubrir; esto lo determina la temperatura, la humedad, el movimiento de aire y la calidad que debe de ser controlada, así como las características esenciales de enfoque (objetivo por climatizar).
Los sistemas de aire acondicionado hoy en día son capaces de proporcionar diversas condiciones atmosféricas que podrían incluso ser tan radicales como las implementadas en áreas de proceso de algodón o manufactura de cables telefónicos, procesos en los cuales se requiere de gran precisión para controlar la humedad, temperatura y pureza del aire.
Aunque, en términos realistas, un sistema de aire acondicionado, debidamente calculado y con las características de precisión correctamente seleccionadas, puede mantener prácticamente cualquier condición atmosférica, independientemente de la calidad o temperatura en el aire exterior.
Mientras que el rango de temperaturas y humedades utilizadas en una climatización de confort son relativamente más amplias, la ubicación de esta selección dentro del diagrama sicométrico para su diseño dependerá un tanto de la época del año. Sin embargo, en todo momento deberá de darse especial importancia a la pureza del aire y al movimiento de éste dentro del ambiente, ya que el aire que entra al área por climatizar deberá de encontrarse limpio, es decir, liberado de polvo nocivo y partículas que pudieran alterar las condiciones saludables en el ambiente.
De manera tal que será importante en materia de salud considerar dentro de la selección de equipo, además de las condiciones de temperatura favorables, un sistema de filtración que permita controlar debidamente este factor. La circulación del aire dentro del área por climatizar es esencial para mantener un buen confort. El aire debe circular sobre toda el área sin obstáculos o separaciones que condicionen este elemento, debido a que la correcta circulación permitirá que absorba de manera uniforme el calor y la humedad de toda la habitación, potencializando así su eficiencia.
También es importante que el movimiento del aire sea suave para evitar corrientes o sonidos objetables. El buen confort es subjetivo y puede ser definido como cualquier condición que se cambia para producir bienestar. Mientras que lo anterior suena paradójico, sólo significa que una persona no es consciente del mejor acondicionamiento térmico mientras que se encuentra cómoda, o bien bajo condiciones que permiten esa sensación, pero esto podría estar condicionado a su apreciación.
La selección de equipo, diseño y cálculo de volúmenes de aire se convierte en un factor importante.
Más allá de haber seleccionado y calculado la unidad correcta, un diseño inapropiado del manejo de los volúmenes de aire dentro de las ducterías podría alterar el resultado del proyecto, lo que llevaría a no ser calificado correctamente en el rango de confort.
Otro factor importante para determinar la capacidad adecuada en un sistema es si el usuario es corporalmente más caliente, debido a su índice de masa corporal; o bien por su actividad física dentro de la habitación, si el usuario se encuentra en una actividad constante, incrementará la disipación de calor corporal, lo cual alterará las condiciones atmosféricas. De manera tal que la temperatura, la humedad y el movimiento del aire estarían fuera del rango habitual de selección.
Un sistema de acondicionamiento térmico no calculado de manera consciente en torno a los extremos mínimos y máximos de operabilidad para lograr el control de temperatura, humedad, movimiento de aire, niveles de ruido y calidad del aire de inyección no superará los estándares mínimos para mantenerse dentro de los parámetros permisibles de confort en todo momento y será vulnerable a cualquier uso que extreme estas condiciones. De manera que se vuelve absolutamente importante conocer la información disponible en la materia.
Para los fabricantes, llegar a las mejores condiciones de acondicionamiento térmico para lograr la comodidad y la salud de los seres humanos ha sido objeto de trabajos de investigación extenuantes, por lo tanto, toda la información disponible sobre los resultados de investigación puede encontrarse con excelente referencia en la norma ANSI/ASHRAE estándar 55-1992, Condiciones térmicas ambientales para la ocupación humana.
Diagrama sicométricoEl calor en el cuerpo humano
El cuerpo humano puede ser comparado con un horno que usa la comida como combustible. Su confort individual depende de qué tan rápido y cómo pierde o gana calor. La comida para el cuerpo humano es en gran medida un compuesto de carbono e hidrógeno, y la energía acumulada en este combustible es liberada por la oxidación. El oxígeno necesario para este proceso proviene del aire, y los principales productos de la combustión son el dióxido de carbono y el vapor de agua. El médico llama a este proceso metabolismo.
Se debe pensar en el cuerpo humano como una máquina que requiere de una temperatura esencialmente constante, ya que su calor interno se mantiene aproximadamente en 98.6° F, por lo tanto, el objetivo principal de la climatización es ayudar al cuerpo a controlar la velocidad de enfriamiento, pues tanto en invierno como en verano es un factor predominante.
Por ejemplo, en verano, el trabajo del acondicionamiento térmico es aumentar la velocidad de enfriamiento del cuerpo; mientras que en invierno, su labor es disminuir la velocidad de este efecto. Al considerar estos factores, es posible calcular un balance de calor para el cuerpo humano y el estudio de las formas en que la velocidad de enfriamiento del cuerpo puede ser controlada.
Como se mencionó anteriormente, el metabolismo es el proceso por el cual el cuerpo produce calor. En resumen, para lograr una climatización adecuada, es importante tomar como primer elemento la condición térmica humana, y, conociendo e interpretando debidamente este factor, se podrá lograr una climatización adecuada que cumpla con los estándares mínimos de confort.
Aunque se debe cuidar en el diseño que las condiciones térmicas ambientales en el exterior tienen una gran relación con la forma en que el usuario siente la temperatura proporcionada, o el rango de confort que espera y en qué tiempo lo espera. Todo esto podría influir en el usuario debido a la cantidad de calor absorbido por el cuerpo al estar expuesto a la radiación solar o cualquier otro factor de transferencia térmica generada por el uso inapropiado con anterioridad de fuentes de generación o pérdida de calor, de manera tal que su percepción en cuanto a la capacidad de enfriamiento/calentamiento requerida podrá cambiar de manera tan constante como estos factores se involucren.
Por eso cobra verdadera relevancia el conocer a fondo todos los factores que influyen dentro de un diseño de climatización exitoso; los criterios y las normas establecidas permitirán en mayor medida alcanzar el objetivo planteado.
Variables por considerar
Los factores no humanos que influyen en la determinación de un sistema adecuado o la capacidad del mismo son el calor sensible, el calor latente y el calor radiante.
El calor sensible: es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y, por lo tanto, su estado.
La cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar es directamente proporcional a la masa del cuerpo y la diferencia de temperaturas; entonces, el calor sensible sí se nota, puesto que aumenta o disminuye considerablemente la temperatura del objeto que lo recibe, haciendo que se perciba como más o menos caliente
El calor latente: es en definición la oposición del calor sensible, ya que éste, aunque modifica las condiciones de una sustancia al cambiar su fase (no se ve), es llamado calor escondido en la materia, debido a que aumenta en sólo 1°C la temperatura del objeto al que se le aplica; pudiendo, no obstante, modificar su estado físico
El calor radiante: es el efecto que produce un cuerpo caliente en contacto directo con objetos circundantes, es decir, es el calor que incrementa o disminuye proporcionalmente la temperatura dentro de la habitación por transferencia, como los rayos del Sol hacia un muro no colindante, que generará una transferencia de calor superior a la de un muro que sí es colindante o bien que no los recibe. En este efecto se debe conocer y comprender la transferencia por radiación, convección y evaporación
Una vez comprendidas las variables que influyen de manera directa en la capacidad de temperatura ganada dentro de un espacio, entonces, deberá de estudiarse las superficies, compuestos y densidad para poder establecer los BTUs que representan en una tabla de diseño, sin perder de vista el volumen de aire disponible dentro de la habitación, lo cual representa un factor inamovible.
De manera tal que si se toma en cuenta el calor inicial dentro de la habitación, el volumen, la calidad, la humedad en el aire y el movimiento que éste obtiene de manera tácita dentro de la habitación, y se añade la condición térmica humana, su índice de masa corporal y la cantidad máxima de ocupantes dentro de la habitación, se puede obtener la capacidad ideal de acondicionamiento térmico requerido.
 Disipación de calor en el cuerpo humano |
Distribución adecuada del aire
El diseño de distribución forma parte importante dentro de la selección del sistema adecuado para la climatización de un proyecto nuevo o la revaloración del existente, sobre todo cuando ésta es de confort, debido a que los volúmenes de aire y su distribución (puntos de difusión) deben estar correctamente calculados para no degradar la eficiencia y cumplir con las características de climatización mínimas de confort.
El aire introducido en una habitación debe distribuirse de manera tal que dentro de la zona de ocupación no existan grandes diferencias de temperatura, ya sea horizontal o vertical.
Esto se puede controlar siempre que las alturas de un punto de difusión no excedan la elevación mínima del piso terminado de 2.40 metros, lo cual proporcionará mayores ventajas para la distribución apropiada de la calidad del aire y su velocidad si éste se entregara a las diferentes secciones de la habitación según el enfriamiento requerido de manera uniforme.
No obstante, se deberá de mantener en todo momento el control sobre el flujo, la ubicación y la proyección de la inyección cercana o no del usuario, de manera que no se convierta en una situación incómoda.
En toda distribución de aire de inyección deberá considerarse que no se inyecte a corta distancia a un usuario, pues el cuerpo humano es un generador constante de calor y humedad, y al inyectar aire de manera directa sobre éste, se crea una película de estancamiento de aire caliente y húmedo que envuelve al usuario, impidiendo que el cuerpo perciba de manera apropiada el acondicionamiento térmico.
Por lo tanto, el tipo de ocupación, la actividad física, el nivel de ruido aceptable y el grado de actividad de los ocupantes en la habitación cobran gran relevancia en el diseño. La velocidad de inyección del aire admisible en una habitación acondicionada generalmente rondará los 360 ppm en el punto de inyección inmediato para que éste sea aceptable en el rango de confort, debido a que habitualmente una velocidad de menos de 25 ppm se considera aire inmóvil, mientras que 65 ppm es apenas el movimiento del aire que alcanza a percibir una persona promedio.
Entonces, para poder obtener un diseño exitoso es necesario conocer y controlar debidamente los factores de incremento térmico, la ocupación y las características promedio de sus ocupantes, la actividad física por efectuarse dentro del recinto y la velocidad de inyección permisible dentro del proyecto.
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Óscar Abraham Hernández Nerio
Ha desarrollado proyectos de climatización para Continental Tire de México y la Universidad Tecnológica de México, entre otros. Actualmente, es propietario de Global Aire, empresa en la que ha ejecutado proyectos de aire acondicionado y refrigeración.
