Instalaciones de Calefaccion y Climatizacion

thumb|right|300px|Ciclo de Refrigeracion – Fuente: Daikin
Los Sistemas de Aire Acondicionado permiten crear un clima artificial en el interior de un edificio. De acuerdo a las necesidades, en ciertos momentos se debera producir calor y en otros frio, para generar un ambito de temperatura agradable.

Dentro del espacio donde el hombre reside y desarrolla actividades, ya sea oficinas, talleres, viviendas u otros lugares de reunion como escuelas, teatros, etc., el aire confinado en esos recintos, debe cumplir con una serie de condiciones de confort y habitabilidad considerando temperatura , humedad y control por las presencia de otros gases en el aire.

Tanto para obtener calor como frio, las necesidades termicas de un edificio son similares. La climatizacion de un ambiente considera de forma indistinta la generacion de frio o calor.

Cuando tratamos el enfriamiento, la unidad es la frigoria.

En el caso de generacion de calor, la unidad es la kilocaloria.

En principio deben considerarse una serie de factores que inciden en la temperatura interior, tales como las condiciones de aislamiento termico, la orientacion del edificio.

Para el estudio de la refrigeracion tendran que considerarse ciertos aspectos que inciden para la eleccion del sistema y el calculo correspondiente; veamos cuales son:

• Radiacion Solar

La energia solar ingresa por radiacion dentro del edificio penetrando por ventanas y cristaleras; ello genera una gran cantidad de calor que se eliminara mediante refrigeracion. Para controlar estas radiaciones, se puede contar con cortinas exteriores y parasoles, destinadas a atenuar el paso de luz y calor.

Para refrigerar un edificio, siempre costara mas enfriar una fachada orientada al sur en verano (aunque en invierno sera mas calido y agradable, facil de entibiar por la influencia de la radiacion solar).

• Iluminacion Interior

Las luminarias no solo producen luz, sino tambien calor; por ello debe tenerse en cuenta este aspecto.

• Ocupacion por Superficie

Tambien las personas desprenden calor, por esta razon se debe diferenciar entre un auditorio o un cine, donde puede reunirse una gran cantidad de personas por m², muy diferente de una sala de exposiciones, por ejemplo.

Ciertos parametros inciden negativamente para la refrigeracion de espacios en verano, pero ayudan para calefaccionar en invierno.

Teniendo en cuenta todos estos datos, y otros mas, de acuerdo a las caracteristicas del edificio y al destino, podra efectuarse el calculo de necesidades termicas.

Un sistema de climatizacion funciona moviendo el calor entre el ambito interior y el exterior. En verano extraen calor del interior hacia el exterior, y en invierno extraen calor del exterior para introducirlo al interior. Por ello, ese movimiento, lo realizan bombas de calor.

Basicamente un circuito termico esta compuesto de tres elementos:

1. La unidad evaporadora.
2. La unidad condensadora.
3. El fluido termico.

Cuando un liquido pasa al estado gaseoso, absorbe calor. De esta manera reacciona el cuerpo humano para refrigerarse, cuando la temperatura ambiente se eleva, las glandulas sudoriparas expelen sudor, este se evapora porque se calienta al contacto con la piel, y es entonces que pasa al estado gaseoso por evaporacion.

En un sistema de refrigeracion, el fluido termico circula a presion (por lo general es una mezcla de gases con porcentaje mayor de gas freon). En el momento en que el fluido llega a la Unidad Evaporadora Interior, disminuye su presion, pasando del estado liquido al gaseoso y absorbiendo calor del recinto.

Con la ayuda de una bomba, el gas de la instalacion circula hasta la Unidad Exterior donde sera sometido a presion por un compresor, para expulsar el calor adquirido antes.

Casi todas estas bombas admiten la inversion del proceso, de manera que pueden realizar la evaporacion en el exterior y la condensacion en el interior.

A estas bombas se las denomina Bombas de Calor, las cuales pueden transmitir calor del ambiente hacia el ambito acondicionado.

Pero, por debajo de los 4ºC en el exterior, estas bombas presentan problemas de rendimiento por efecto de la condensacion y la escarcha; motivo por el cual no son adecuadas en climas continentales donde las temperaturas alcanzan marcas bajo cero.

• Equipos compactos: constan de una sola unidad
• Equipos partidos: formados por dos o mas unidades.

• Equipos Unitarios: equipos independientes en cada dependencia con descarga directa de frio o calor.
• Equipos Individuales: un solo equipo atiende al conjunto del local con descarga indirecta a traves de una red de conductos de aire.

La mayor parte de los modelos que se indican, se fabrican con o sin incorporacion de Bomba de Calor.

Los equipos autonomos, individuales, son los mas antiguos. Su colocacion se realiza en muros y ventanas, con la cara interna con comandos en el interior del edificio y otra que queda al exterior; con el inconveniente de tener que perforar las paredes para su instalacion o disminuir la entrada de luz al ubicarlo en ventana.

En ese equipo esta integrada la unidad evaporadora (interior) y la unidad condensadora (al exterior). Generalmente estos aparatos solo dan frio (aunque existen frio-calor) y sirven para el acondicionamiento de una sola habitacion por su bajo rendimiento.

Su gama de potencias va desde los 2.000 a los 7.000 W, con una potencia electrica demandada de 900 –

• Split o Multi-Split

Este sistema suele utilizarse en pequenos comercios, viviendas o despachos.

Estos equipos poseen una unidad evaporadora al interior y otra condensadora que se situa al exterior, las mismas se conectan por tuberias que contienen fluido termico.

El hueco necesario para unir la unidad interior y la exterior es muy pequeno. Asi, un hueco de menos de 10 cm de diametro es suficiente para pasar los dos tubos del refrigerante, el tubo de condensacion de la unidad evaporadora y el cable de conexion electrica.

La unidad interior tiene un ventilador que sirve para impulsar el caudal de aire enfriado directamente al ambiente; esta se instala en la pared o empotrada en falso techo.

La unidad exterior tiene el compresor y es la parte que posee la maquinaria mas pesada; por lo general se ubica en el exterior del edificio sobre la pared o apoyada en el suelo de balcones o patios, de este modo no se trasmiten las vibraciones por la pared a la estructura del edificio.

La gama de potencias es la siguiente:

Refrigeracion: 2.300 – 7.500 W (potencia electrica: 1.000 – 3.000 W)
Calefaccion: 2.500 – 8.000 W (potencia electrica: 1.000 – 2.900 W).

Si se requiere mayor potencia,se recurre a otros sistemas.

• Equipo Partido Individual

Es tambien un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emision de aire a traves de rejillas en pared o difusores en techo. Al igual que los equipos partidos unitarios, esta formado por dos unidades: el compresor y el condensador se situan en la unidad exterior, mientras que la unidad evaporadora se instala en el interior, conectada a la red de conductos. Ambas unidades se conectan mediante las lineas de refrigerante. Como en el caso anterior, se suele instalar un equipo para toda la vivienda o local. El control es individual por equipo y se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la dependencia mas representativa. Para asegurar una correcta ventilacion de los espacios acondicionados, la unidad interior precisa una toma de aire exterior. Esta unidad suele ser, en general, de tipo horizontal, para facilitar su colocacion oculta por un falso techo. Su gama de potencias es similar al caso anterior.

El equipo compacto individual es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emision de aire a traves de rejillas en pared o difusores en techo.

Generalmente se instala un equipo para toda la vivienda o local.

El control es individual por equipo y, en locales divididos, se realiza de acuerdo con las condiciones de confort de la dependencia mas representativa (la de mayores necesidades de frio o calor).

El equipo necesita una toma de aire exterior, por lo cual suele situarse proximo a un cerramiento del local (fachada o cubierta); interiormente se puede colocar en un falso techo o en un armario.

Existen modelos horizontales y verticales adaptados a las posibilidades de instalacion.

La gama de potencias es:

Refrigeracion: 7.000 – 17.000 W (potencia electrica: 3.000 – 7.000 W).

Calefaccion: 7.500 – 18.000 W (potencia electrica: 3.000 – 6.500 W).

Los multievaporadores son equipos partidos que cuentan con una unidad exterior y varias unidades interiores funcionando al mismo tiempo.

Estos sistemas pueden llegar a potencias del orden de las 25.000 frigorias, aunque lo usual es que lleguen a 10.000.

Poseen una gran capacidad de regulacion ya que cada unidad interior tiene control individual. Tal es el grado de independencia, que una unidad puede estar dando frio y otra calor, ya que la unidad externa comanda y maneja el flujo de calor al sistema.

El mayor inconveniente es que requiere de personal especializado para su instalacion ya que es compleja, ademas es un sistema de alto coste.

Las instalaciones centralizadas tienen un sector del sistema ubicado en el exterior, por lo general en la parte mas alta del edificio (cubierta, azotea) y desde alli, su distribucion por los ambientes del edificio.

Este tipo de instalaciones responden a disenos donde deben servirse a grandes superficies como por ejemplo centros comerciales, grandes tiendas, etc.

Las plantas exteriores tienen las unidades evaporadoras y condensadoras integradas, desde donde parte un entramado de tubos, los conductos de fluido termico (aire, agua o gas).

Esta es una instalacion que requiere un estudio donde debera considerarse:

• Peso de la Instalacion:

Las unidades exteriores pueden superar los 300 kg , deben ser aisladas de las superficies de las cubiertas, instaladas sobre bancadas con una estructura que no transmita las vibraciones.

• Vibraciones y Ruidos:

De no ser modelos que cuenten con correccion acustica de fabrica, debe preverse un apantallamiento para aislar del ruido a las viviendas aledanas.

• Aspecto Estetico:

La ubicacion del equipo en la cubierta debe ser contemplada por su impacto estetico. Pueden instalarse pantallas decorativas que oculten dichos equipos.

• Tuberias de Distribucion:

Los tubos de fluido deben disponerse en sitios proyectados a tal fin, que permitan su correcta instalacion y la posibilidad de acceder a personal tecnico para su mantenimiento.

Estas tuberias atraviesan todas las plantas desde su parte mas alta hasta el sotano. Pueden aprovecharse estos pasos de instalaciones para fontaneria o lineas electricas, aunque es preferible dejarlos previstos en la fase de proyecto.

Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de un lugar a otro.

Para su instalacion solo requiere una sencilla abertura en el marco o el cristal de la ventana o balcon. Resuelve de forma adecuada las necesidades minimas de acondicionamiento, generalmente frio, en pequenas estancias.

Su gama de potencias es la siguiente:
Refrigeracion: 1.600 – 3.800 W (potencia electrica: 700 – 1.700 W)
Calefaccion: 2.500 – 3.500 W (potencia electrica: 1.000 – 1.300 W)

Veamos los distintos sistemas de distribucion:

Cuando la unidad evaporadora esta en el exterior, y su planta integrada en la cubierta, el frio se distribuye mediante tuberias de agua. Estas unidades se denominan Fan-Coil.

La unidad evaporadora produce agua fria, de transporte mas sencillo; las tuberias de agua fria circulan hasta unidades interiores de disipacion, en donde un ventilador impulsa el aire entre los conductos que la contienen. Asi el aire se enfria, trasmitiendo el calor al agua que en su circuito retorna a la unidad evaporadora.

El transporte de calor entre la unidad evaporadora y la condensadora se realiza por medio de tuberias de gas. Dichas tuberias por lo general son de cobre y se encuentran aisladas en todo su recorrido con espumas elastomericas para no ceder calor o frio a los materiales y ambientes por donde discurre.

Este es uno de los sistemas mas difundidos: distribucion de frio o calor por aire.

Desde la unidad termica, generadora de frio, con la ayuda de un ventilador, se impulsa el aire por un sistema de conductos que llegan a distintos ambientes. Por lo general, discurren disimulados por falso techo.

Estos conductos son de material aislante para mantener la temperatura hasta llegar al punto de servicio. En edificios los conductos se realizan con paneles de fibra de vidrio, recubiertos de papel aluminio para impedir la perdida de fibras.

En construcciones industriales o aparcamientos, se realizan en chapa de acero galvanizado con recubrimiento interno de fibra de vidrio.

Esta distribucion se efectua por la entrada del aire en las habitaciones mediante rejillas llamadas difusores, cuya funcion es distribuirlo de manera uniforme para que no enfoque directamente sobre las personas.

La velocidad de salida no supera los 0,25 m/s. Cuanto mayor es la velocidad, mas ruidosa resulta, ademas no conviene ya que puede afectar la salud de las personas (puede originar catarros o contracturas musculares). El aire impulsado entonces retorna a la maquina cerrando el circuito.

Para retorno se instalan rejillas de retorno en sitios estrategicos para conseguir un buen barrido del volumen refrigerado.

Antes de volver a ser impulsado, el aire se filtra pues regresa sucio por elementos en suspension, humo de tabaco y otros elementos contaminantes. Estos filtros requieren ser limpiados periodicamente.

Es importante el aporte de aire exterior al sistema para lograr una buena calidad de aire en circulacion dentro de los ambientes, como minimo un aporte del 10%.

La composicion volumetrica del aire puro se establece dentro de los siguientes parametros:

Oxigeno ………………. 20,99%

Anhidrido Carbonico… 0,44%

Nitrogeno …………….. 78,03%

Vapor de Agua ……… variable

Otros Gases ………… 0,04%

Cualquier instalacion de aire acondicionado total debe contemplar las condiciones enunciadas a continuacion:

• Temperatura ambiente (calefaccion y refrigeracion).

• Contenido de humedad ambiental.

• Circulacion del aire.

• Filtrado del aire.

• Ventilacion (por aporte de aire exterior).

La eficiencia de una instalacion de aire acondicionado depende del criterio de eleccion de los equipos y el diseno de la instalacion.

Como guia para una buena eleccion y correcta aplicacion, enunciamos los siguientes factores:

• Tipo de local y destino del mismo.

• Caracteristicas del ambiente natural.

• Instalaciones existentes de ventilacion.

• Arquitectura, caracteristicas.

• Costos.

Por lo expuesto vemos que en estas instalaciones deben considerarse no solo las necesidades generales de cada local, por sus dimensiones, orientacion, destino, etc., sino que tambien han de tenerse en cuenta las condiciones de cerramiento.

Frente a estas variables existen ciertas deficiencias en las instalaciones centralizadas que envian el aire en condiciones similares para todo el edificio.

En estos casos deben proponerse soluciones denominadas multizonas.

Realizando instalaciones independientes de acuerdo a cada zona en particular y enviando aire o agua a ellas en las condiciones exigidas para su confort.

En instalaciones no centralizadas (individuales) se recurre a unidades compactas de distintos tipos, condensadas por agua o aire, distribuyendo el aire con un sistema similar a la calefaccion por aire caliente.

Al hacer circular el aire por unas tuberias mas frias que estas, el vapor de agua contenido en el aire, se condensa en la superficie de las tuberias. Esto sucede en las unidades evaporadoras cuando se genera frio.

El agua que aparece entonces, debe evacuarse en forma adecuada contamplandose en estos casos un desague para cada unidad.

En epocas invernales tambien se producira condensacion en el exterior de las unidades condensadoras. Por este motivo, se proveen conexiones a los desagues pluviales del edificio a fin de evitar danos a la cubierta.

Uno de los componentes del aire es el vapor de agua; aunque su peso no supera el 5% del aire, las variaciones de humedad pueden influir en la salud de las personas.

Los sistemas de climatizacion siempre deben controlar el contenido de humedad ambiente, que debera ser lo suficientemente alta.

En trabajo sedentario, la temperatura adecuada para el ambiente es de aproximadamente 21ºC en invierno y 24ºC en verano. Estos limites deberan ser respetados para no consumir mas energia de la debida y para que los equipos puedan funcionar correctamente.

La calidad de aire es de radical importancia para lograr ambientes climatizados sanos.

Cuando la ventilacion es insuficiente o los filtros no funcionan correctamente, o no se limpian perodicamente, la calidad del aire disminuye, se enrarece, y las personas que permanecen en esos ambientes pueden contraer enfermedades respiratorias, alergias, erupciones cutaneas y problemas oculares.

Las Instalaciones de Aire Acondicionado funcionan a partir de dos elementos que la integran:

1) La Central Frigorifica o Calorifica: son las unidades o sistemas productores de frio y calor;

2) El Sistema Impulsor de Aire.

En las Instalaciones Centralizadas de Enfriamiento, la central frigorifica (o sistema productor de frio), se compone de una o varias unidades frigorificas que funcionan por compresion, aunque tambien los hay por absorcion.

La Unidad Frigorifica por Compresion es una Bomba de Calor que toma el calor del ambiente, lo cede a un fluido exterior (aire o agua, o una mezcla de los dos).

Una Unidad Frigorifica esta compuesta por los siguientes elementos:

• Compresor.

• Evaporador.

• Condensador.

• Sistema de Expansion.

• Controles.

Segun sea el condensador empleado, las instalaciones centrales podran ser:

1.- Unidades Condensadas por Agua.

2.- Unidades Condensadas por Aire.

3.- Unidades Condensadas Mediante Sistema Evaporativo.

Las Unidades Condensadas por Agua son las mas difundidas. Tienen la ventaja de ser equipos compactos de buen rendimiento, con la posibilidad de ser montadas y probadas en fabrica.

En estas unidades suelen utilizarse Torres de Recuperacion o llamadas Torres de Enfriamiento que, aunque se incrementa el coste inicial de la instalacion, se reduce el consumo elevado de agua y se emplean unidades montadas en fabrica, probadas antes de su instalacion.

En las Instalaciones Centrales Calorificas se utilizan diversos tipos de calderas para produccion de agua caliente, por lo general a presion atmosferica.

En menor proporcion tambien se emplean instalaciones con agua sobrecalentada, por lo general con temperaturas que no superan los 110ºC y centrales, mediante la produccion de vapor de agua a baja presion.

En estos casos se recomienda que la combustion se realice en forma automatica para que el operador solo ponga en marcha el quemador al arranque diario de la instalacion, automatizando los periodos de paro y marcha del quemador y el encendido del mismo.

Para el tratamiento del aire y el sistema de impulsion, desde las centrales productoras de calor y frio, podemos enviar a las plantas el agua fria o caliente, la cual sera transformada en aire frio o caliente mediante camaras o fan-coils, o tambien, convertir el agua fria o caliente en aire frio o caliente y enviarlo asi tratado a las plantas.

En el sistema convencional y multizona, el aire transporta frio, calor, humedad y deshumidificacion, del mismo modo sucede en el sistema a doble conducto.

En el sistema fan-coil se impulsa y recicla el aire, realizando su acondicionamiento tratandolo dentro del mismo local con el trabajo de un ventilador que recibe agua fria o caliente segun el caso.

El sistema a induccion reemplaza el ventilador por una corriente de aire recibida desde la central a alta presion, provocando la induccion del aire interior a circular.

• Reglamento de Instalaciones Termicas en los Edificios. (RITE)
• NTE.- Instalaciones.
• Normas Basicas de Edificacion. NBE-CT-79, NBE-CA-88 y NBE-CPI-96.
• Normativa del Ayuntamiento y Compania Suministradora de Energia correspondiente.

• Instalaciones NTE-I
• Instalaciones de Calefaccion, Climatizacion y Agua Caliente
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