Alzira Modulo6 InstalacionesClimatizacionVentilacion Completo

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 6: Instalaciones de climatización y ventilación Tomo 1

FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

CICLO FORMATIVO MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR GRADO MEDIO

MÓDULO 6 INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN Tomo 1

AUTORES: César González Valiente / Rafael Ferrando Pérez

Edita Conselleria de Cultura, Educación y Deporte Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Autores Expertos César González Valiente / Rafael Ferrando Pérez

Dirección y coordinación del proyecto Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés Fotografías e ilustraciones de interior: Autores del módulo Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos, sin la autorización previa y por escrito del editor. ISBN: 978-84-96438-44-6 978-84-96438-47-7

CONTENIDO DEL MÓDULO SEIS TOMO 1 U.D. 1 Repaso de unidades y magnitudes físicas relacionadas con la climatización y ventilación ..................................... U.D. 2 Instalaciones de ventilación .............................................. U.D. 3 Conductos de distribución de aire ................................... U.D. 4 La técnica de difusión del aire ......................................... U.D. 5 Cálculo de cargas térmicas................................................

5 43 101 183 229

TOMO 2 U.D. 6

Técnica de la refrigeración y la bomba de calor aplicada a la climatización ................................................ U.D. 7 El climatizador autónomo................................................. U.D. 8 Instalaciones centralizadas, distribución con agua y refrigerante ........................................................................ U.D. 9 Instalaciones de regulación y control............................... U.D. 10 Trabajo final de curso. Estudio y oferta para la climatización de un local................................................... Glosario del Módulo .........................................................................

293 355 445 531 569 595

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 1 REPASO DE UNIDADES Y MAGNITUDES FÍSICAS RELACIONADAS CON LA CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN

M 6 / UD 1

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

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Objetivos ........................................................................................

11

1. La temperatura........................................................................

13

2. El calor o energía calorífica....................................................

16

2.1. Modos de transmisión del calor ......................................

17

2.2. Calor latente .....................................................................

18

2.3. Calor Sensible...................................................................

19

3. La potencia calorífica .............................................................

21

4. Rendimiento............................................................................

23

5. Presión .....................................................................................

24

6. El vacío .....................................................................................

27

7. El caudal ..................................................................................

29

8. Magnitudes eléctricas..............................................................

33

8.1. Placas de características de motores y equipos...............

33

8.2. Conexión de equipos a la red de alimentación .............

34

8.3. Medidas eléctricas ............................................................

35

8.4. Líneas de alimentación a equipos...................................

35

Resumen ........................................................................................

37

Cuestionario de autoevaluación...................................................

39

Laboratorio....................................................................................

41

1.

Medir temperaturas .........................................................

2.

Medir temperaturas de un equipo climatizador funcionando .....................................................................

3.

41

Medir la velocidad de salida de aire con un anemómetro .....................................................................

4.

41

41

Cálculo del COP aproximado de un equipo climatizador ......................................................................

7

41

8

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INTRODUCCIÓN Para el estudio del presente módulo se hace necesario tener ciertos conocimientos como base de partida; esta unidad didáctica hace un repaso de los conocimientos de física y matemáticas adquiridos en cursos anteriores.

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OBJETIVOS El alumno, al final de está unidad didáctica, conocerá las magnitudes físicas que trataremos relacionadas con la climatización; son principalmente las siguientes: •

Temperatura: °C, °F, °K

•

Energía: Julios, CV, Calorías.

•

Potencia, Rendimiento.

•

Presión: Pascales, Kg/cm2, Bar, mmHg, mm.c.a

•

Caudal: L/s, m3/h

•

Parámetros de la corriente eléctrica: Intensidad, Voltaje, Potencia eléctrica.

Conceptos de la geometría necesaria para el estudio del presente módulo: •

Longitud de la circunferencia.

•

Perímetro de secciones básicas.

•

Sección de círculo, rectángulo, trapecio, etc.

•

Cálculo de superficies irregulares y volúmenes.

•

Fórmulas de utilidad.

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1. LA TEMPERATURA Físicamente, la temperatura de un cuerpo no es más que el nivel de vibración de sus moléculas; cuanto más vibran, más caliente está el cuerpo, y más energía calorífica tiene. A nivel sensorial todos somos capaces de distinguir si un cuerpo está más caliente que otro, es decir podemos apreciar su temperatura relativa respecto a la de nuestro cuerpo. La temperatura se mide con las unidades siguientes: •

•

•

Escala de grados Celsius o Centígrados con los puntos de referencia siguientes: –

0° C: congelación de agua a presión atmosférica.

–

100° C: ebullición del agua a presión atmosférica.

A nivel científico se utilizan los grados Kelvin: –

273° K: congelación del agua.

–

373° K: ebullición del agua.

Los países anglosajones utilizan grados Fahrengeiht: –

32° F: congelación de agua a presión atmosférica.

–

212° F (32 + 180): ebullición del agua a presión atmosférica.

Para convertir grados de una unidad a otra recordemos las fórmulas: Para pasar de grados F a C se utiliza:

Para pasar de grados C a F se utiliza:

Por ejemplo: Si la temperatura es de 30° C, en grados Fahrengeiht: será de 86° F.

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Como vemos, la temperatura en ° F siempre es un valor superior a ° C. Los grados K son similares a los ° C, pero sumándoles 273. 100° C = 373° K

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El aparato que mide la temperatura se denomina Termómetro. Los termómetros se construyen en diferentes formas comerciales según su uso:

Termómetros de cristal con mercurio Consisten en un tubo de cristal cuyo interior se llena con mercurio, el cual se dilata o contrae con la temperatura. Son muy precisos y fiables, pero de respuesta lenta.

Termómetro de mercurio

Termómetros de reloj con bimetal Consisten en dos metales distintos unidos por la punta, de forma que al calentarse o enfriarse, y dilatar una longitud diferente, se tuerce el conjunto hacia un lado. Mediante unas palancas se amplifica este movimiento y se lleva a una aguja indicadora. Se usan mucho en instalaciones con líquidos, calefacción y agua caliente. No son muy precisos, pero son económicos, y de visualización rápida.

Termómetros con sonda a distancia por termopar El termopar es una pequeña soldadura de dos metales distintos que tiene la propiedad de producir una pequeña tensión eléctrica (mV) al cambiar la temperatura. Esta tensión se amplifica y se lleva a una escala graduada. Son muy utilizados en instrumentos portátiles y en sondas de temperatura de equipos, por su rapidez y precisión.

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Termómetro con termopar

Termómetros sin contacto por radiación Miden la temperatura con la radiación que emite todo cuerpo caliente (como el fuego). Alcanzan poca distancia (1 m), y son muy rápidos, pero poco precisos. Actualmente son muy utilizados en procesos de mantenimiento para medir partes de una máquina en funcionamiento, sin riesgos para el operador.

Termómetro por infrarrojos

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2. EL CALOR O ENERGÍA CALORÍFICA Es frecuente confundir el calor con la temperatura entre las personas sin conocimientos técnicos, o asociar el calor con una temperatura elevada. El calor es la energía que posee un cuerpo debida a su temperatura. El calor es la energía que fluye de un cuerpo caliente a uno frío, es decir del cuerpo de mayor temperatura al de menor. Las moléculas vibrantes del cuerpo caliente activan con sus choques a las del cuerpo frío, calentándolo, es decir, trasmitiéndole calor. A nivel práctico podemos equiparar la temperatura como el nivel del agua de un recipiente. El agua siempre discurre de un nivel alto a uno bajo. El caudal de agua sería el calor, y la temperatura el nivel del agua, de forma que las calorías fluyen de un cuerpo caliente a uno más frío.

Símil hidráulico de la transmisión de calor

La unidad de medida del calor es la caloría, que se define como: La cantidad de calor necesaria para elevar un grado Centígrado un gramo de agua.

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Al ser una unidad tan pequeña, se suele usar la Kcal (kilo caloría) igual a 1.000 calorías. Una Kcal es, por lo tanto, el calor necesario para elevar un grado Centígrado un kilogramo de agua, o un 1 Litro de agua. Por ejemplo, para calentar 1 m3 de agua de 15° C a 60° C, la cantidad de calor necesaria será: 1000 kg de agua x (60 – 15) = 1000 x 45 = 45.000 Kcal. Como el calor es una energía, también se mide en Julios, que es la unidad del sistema Internacional, y los países anglosajones utilizan la BTU (British Termal Unit). Las equivalencias son: 1

caloría = 4,186 Julios.

1

Kcal. = 0,00396 BTU

1

BTU = 253 Kcal

Cuando se calculan pérdidas de calor, es decir la extracción de calor mediante equipos frigoríficos, a la Caloría se le denomina Frigoría (Frg). A todos los efectos una Frigoría es una Kcaloría. Ejemplo: Calcular las Frigorías necesarias para enfriar 20 kg de aire de 36° C a 30° C Q = M x Ce x (t2 – t1) = 20 x 0,24 x (36 – 30) = 28,8 Frigorías.

2.1. Modos de transmisión del calor El calor se transmite de tres maneras: •

Conducción: cuando hay un contacto directo entre dos cuerpos. Por ejemplo, al tocar un objeto caliente o frío.

•

Radiación: calentamiento a distancia. Por ejemplo, el calor del sol, o el que desprende el fuego o una estufa se transmite sin contacto, pero podemos sentir el calentamiento a una cierta distancia.

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•

Convección: el calor es transportado por un fluido que se calienta y se desplaza hasta tocar el otro cuerpo. Por ejemplo, el secador de pelo, o una estufa tipo convector.

En climatización se utiliza principalmente el sistema de convección, ya que normalmente se utilizan fluidos en casi todos los equipos.

2.2. Calor latente Para hacer hervir agua es necesario aportar mucho calor. Podemos comprobarlo en casa, colocando un cazo con agua al fuego, y muy pronto vemos cómo elevamos su temperatura hasta el punto de ebullición (100° C); pero cuando se pone a hervir, precisa mucho tiempo para evaporarse totalmente, y además, mientras hierve, la temperatura se mantiene en 100° C, por mucho o poco fuego que le proporcionemos. Este fenómeno aparece cuando un cuerpo cambia de estado (líquido, sólido o vapor). Cuando el agua pasa de líquido a vapor precisa una cantidad grande de energía que denominamos calor latente de vaporización, que en el caso del agua es de 540 Kcal por cada kg que se evapora. Es decir, para elevar el agua de 0 a 100° C, precisamos 100 kcal/kg, y para que cada kg de agua se evapora, 540 Kcal. Kcal. Gráfico temperatura- calor absorbido- cambio de estado

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Por otra parte, para que el vapor de agua pase a líquido, es decir se condense, libera la misma cantidad de energía (540 Kcal/kg). El vapor de agua caliente mucho al condensarse (podemos apreciarlo cuando en una cafetería nos calientan un vaso de leche con vapor, cómo en unos segundos calientan la leche, mediante el calor latente del vapor de agua). El calor latente lo calculamos con la fórmula:

C L es el factor de calor latente, en Kcal/kg. Cada material tiene un factor de calor latente propio. Otro factor latente es el de solidificación/fusión; es decir, para pasar de fase líquida a sólida y viceversa (agua/hielo), que es distinto del de vaporización.

Posibles cambios de estado

2.3. Calor sensible Calor sensible es el que toman o ceden los cuerpos para cambiar su temperatura. Cuando un cuerpo cambia de temperatura, la cantidad de calor que ha tomado o perdido se calcula con la ecuación:

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Siendo: Q = calor en Kcal. M = masa en kg C e = Calor específico en kcal/kg/°C t 2 – t 1= Temperaturas inicial, final en °C El factor Ce es un factor que depende de cada material. Valores de C e: Agua = 1; Aire= 0,24; Aceite= 0,29; Acero= 0,12.

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3. LA POTENCIA CALORÍFICA La potencia sabemos que es la cantidad de energía que se transmite por unidad de tiempo.

La potencia de una máquina nos indica su capacidad para producir trabajo. Si una máquina es más potente que otra, realiza el mismo trabajo en menos tiempo. Por ejemplo: para ir de casa al colegio hace falta una cantidad de energía. Si tenemos dos motos, una más potente que otra, ¿con cuál llegaremos antes? La moto de más potencia realiza el mismo trabajo (la energía) en menos tiempo. La potencia en el sistema internacional se mide en Watios.

La energía calorífica se puede medir en Watios o en Kilocalorías/hora. La Kcal/h es la potencia de una máquina capaz de mover 1.000 calorías durante una hora de trabajo. Es la unidad más frecuente en climatización, aunque en la actualidad se tiende a utilizar cada vez más el Watio, por unificar todas las unidades al sistema internacional. Por ejemplo: calcular la potencia de una llama capaz de calentar un recipiente de 100 L de agua de 20 a 60° en 2 horas: Energía necesaria: M x C e x (t 2 – t 1) = 100 x 1 x (60 – 20) = 4.000 Kcal. Potencia = Energía / tiempo = 4.000 Kcal / 2 horas = 2.000 kcal/h La conversión más frecuente que realizaremos durante el curso es la de pasar de Kcal/hora a Watios y viceversa, ya que hay numerosos catálogos

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y hojas de características que utilizan indistintamente Watios y Kcal/h, y debemos saber realizar la conversión sin consultar.

Para pasar de Kcal/h a W, multiplicamos por 1,16. Para pasar de W a Kcal/h multiplicamos por 0,86.

Recuerda que una misma potencia expresada en Watios es un valor superior al de Kcal/h. 3000 Kcal/h = 3.480 Watios. Otra unidad utilizada ampliamente es el BTU/hora, que es mayor que la Kcal/h. Si:

Muchos modelos de climatizadores utilizan las siglas ..12.. para referirse a un equipo de 3.000 Kcal/h de potencia (12 BTU/h). Los valores de potencias en equipos climatizadores más encontrados en el mercado son los de la tabla siguiente: BTU/h

Kcal/h

7

1900

9

2200

12

3000

24

6000

18

4500

32

8000

36

9000

40

10000

48

12000

Del mismo modo, las necesidades de calor o frío de un local, es decir la potencia necesaria para climatizarlo, se expresan en W o Kcal/h. Esta conversión W a Kcal/h es fundamental para la práctica diaria en climatización, y por ello deberemos memorizarla.

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4. RENDIMIENTO El rendimiento es la relación entre la potencia útil o aprovechable por nosotros, y la que absorbe la máquina.

El rendimiento se simboliza con la letra +(mu), y nos indica el tanto por ciento de energía que se aprovecha, es decir no indica si la máquina es adecuada al trabajo que realiza. El rendimiento es un valor entre 0 y 1. Una máquina muy eficiente tiene un rendimiento cercano a 1 (por ejemplo + = 0,95). Una máquina poco eficiente tiene un rendimiento bajo (+ = 0,4). El rendimiento se indica a veces en tanto por ciento, que lo mismo que en rendimiento simplemente multiplicado por 100. Por ejemplo: si una caldera rinde 30.000 W de potencia, y consume 34.000 W de energía eléctrica, su rendimiento será de: 30.000 / 34.000 = 0,88 ó del 88% Por ejemplo, si para ir al colegio utilizamos un camión, tendremos un rendimiento inferior que si vamos con un ciclomotor, pues el camión consume más combustible que el ciclomotor para el mismo trayecto. En equipos de climatización la potencia calorífica útil es mayor que la eléctrica suministrada al equipo, ya que a la potencia útil se le suma la energía tomada del exterior. A este rendimiento se le denomina Coeficiente de prestaciones COP, y su valor suele oscilar entre 2 y 4.

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5. PRESIÓN La presión es la relación entre una fuerza y la superficie de aplicación de la misma.

Si apretamos un taco de acero contra un trozo de carne, ésta se apretará un poco, pero si la apretamos con un cuchillo, con la misma fuerza, la partiremos. Siendo la fuerza la misma, en el segundo caso la presión que recibe la carne es mucho mayor, dado que la superficie de contacto es muy pequeña. Presión = 10 N / 0,000005 m2 = 2.000.000 N/m2 Podemos imaginar la presión como el sufrimiento del material debido a las fuerzas que se le aplican. Si la presión es muy grande, el material puede deformarse o romperse. Si la presión es pequeña, resiste sin deformarse.

Presión – superficie

Por el mismo concepto, si tenemos una presión pequeña, pero la superficie es grande, la fuerza resultante puede ser muy peligrosa. El concepto de presión es muy importante en Climatización, y las unidades son muy variadas, pero utilizaremos normalmente las siguientes: •

Pascal = 1 Newton / metro cuadrado. Símbolo Pa.

•

Kp/cm2 (o kg/cm2) = Kilopondio / centímetro cuadrado.

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•

Metro de columna de agua m.c.a.

•

Milímetro de columna de agua mm.c.a.

•

Milímetros de mercurio mm.hg.

•

Bar y milibar = 0,001 Bar.

Puente de manómetros

En la práctica habitual, para cuando no se necesita mucha precisión, es muy corriente realizar la simplificación siguiente: 1

kp/cm2 = 1 Atmósfera = 1 bar = 100 kPa

1

kg/cm2 = 10 m.c.a.

En la tabla siguiente se pueden encontrar las equivalencias exactas entre las unidades de presión mencionadas. Kpa. kg/cm2 m.c.a. Psi. mm.hg Atm.

Kpa.

Kg/cm2

102

-- --------

----------98,1 6,8

0,133

101,3

0,0102 0,1

0,068

0,00136 1,033

m.c.a.

0,00102 10

------------0,68

0,00136 10,33

25

Psi.

0,149

mm.hg

Atm.

7,36

0,00987

1,49

73,6

0,0968

0,0199

-----------

14,7

---------

15,18

736 50

736

0,968 14,7 760

----------

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Unidades de presión Anglosajonas En equipos fabricados en países anglosajones se utilizan otras unidades de presión, de manera que deberemos saber la conversión a unidades del sistema internacional para poder realizar de forma conveniente su mantenimiento. Libras por pulgada cuadrada o PSI. Muchos manómetros o instrucciones de equipos indican las presiones en psi. 1

Libra = aproximadamente 0,5 kg.

1

Pulgada = 25,4 mm.

1

kp/cm2 = 14,7 psi.

Es preciso memorizar las conversiones prácticas siguientes: Para pasar de psi a kp/cm2 debemos de dividir por 15. Para pasar de KPa a kp/cm2 o bar, dividimos por 100. 1

kg/cm2 equivale a 10 m.c.a.

1

Pulgada = 25,4 mm.

En resumen: La presión de los equipos frigoríficos se suele expresar en KPa ó kp/cm2. La presión de ventiladores o conductos de aire en mm.c.a. ó mbares. La presión en tuberías de agua en Bar ó kg/cm2. El aparato que mide la presión se denomina Manómetro, y suele ser una esfera parecida a los termómetros. Tiene un tubo muy fino que conecta con el recipiente cuya presión queremos medir. La presión empuja un fuelle, que está conectado con la aguja indicadora. También hay manómetros con indicación digital.

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6. EL VACÍO El concepto de vacío es también fundamental en los equipos frigoríficos. Por vacío se entiende presiones inferiores a la atmosférica, que es de 1.013 mbar o 760 mm.hg Significa que extraemos la casi totalidad del aire de un recipiente, aunque es imposible sacar todo el aire por completo. El vacío se mide de varias formas: •

En milímetros de mercurio (mm.hg), de 0 a 760.

•

En milibares, de 0 a 1000.

•

Psi de vacío de 0 a 30. (cada psi de vacío vale la mitad).

Los manómetros suelen medir presiones relativas, es decir el cero es la presión atmosférica, pero algunos indican presiones absolutas, siendo 1 la presión atmosférica; por ello hay que tener cuidado con las sus indicaciones, pues nos puede llevar a errores de 1 bar. En las instalaciones frigoríficas se deben mantener siempre presiones superiores a la atmosférica, para evitar la entrada del aire ambiente en el circuito y evitar su contaminación. El aparato que mide el vacío también se le denomina Vacuómetro. Y es un manómetro con la escala de 0 a 1 atm.

Vacuómetro

Bomba de vacío

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Para realizar el vacío en una instalación ésta debe estar completamente cerrada, y conectarle una bomba de vacío, que es un aparato que aspira todos los gases del interior del circuito.

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7. EL CAUDAL El caudal nos indica el volumen de un fluido que circula por unidad de tiempo, es decir la cantidad de líquido o de gas que está pasando por un conducto o tubería. El caudal de un líquido o gas se mide normalmente en Litros por segundo (L/s), o metros cúbicos por hora (m3/h). Vemos que es la relación entre un volumen y el tiempo:

Muchas veces no conocemos el volumen, pero sí sabemos la velocidad del fluido y la sección (área) del conducto, y entonces podemos calcular el caudal mediante la fórmula:

Velocidad en conductos de aire

La sección de un conducto es su superficie interior, perpendicular al sentido de circulación, que medimos en m2 ó cm2. Recordemos que para pasar de cm2 a m2 debemos de dividir por 10.000. Por ejemplo: Calcular el caudal de agua que circula por una tubería de 20 cm de diámetro, sabiendo que la velocidad del agua es de 2 m/s:

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Sección del tubo de 0,2 m de diámetro. S = / x D2 / 4 = 3,14 x 0,22 / 4 = 0,0315 m2 El caudal será: Q = S x V = 0,0315 m2 x 2 m/s = 0,06 m3/s = 60 L/s. Para medir el caudal se utilizan aparatos denominados caudalímetros. El contador de agua y gas de nuestra vivienda es un caudalímetro, ya que nos indica el volumen de agua o gas que hemos consumido. Pero en Climatización generalmente no podemos medir el directamente el caudal de una tubería o conducto de aire, sino que medimos la velocidad del fluido, la sección interior del conducto, y calculamos el caudal circulante mediante la fórmula anterior. La velocidad de circulación de un gas la medimos con un anemómetro, y la de un líquido con un molinete o Venturi, normalmente en metros/segundo (los metros que recorre en un segundo). Hay que tener cuidado con las unidades:

Para pasar de L/s a m3/h se utiliza: Q [m3/h] = Q [L/s] x 3.600/1.000 1 L/s = 3,6 m3/h

Fórmulas para calcular las secciones usuales de conducciones Área Para calcular secciones circulares de tuberías utilizamos la expresión:

Siendo D = diámetro interior.

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Para secciones rectangulares:

Siendo A y B = lados interiores. También podemos calcular el caudal que circula por un conducto mediante tablas conociendo el diámetro y la velocidad. (Ver tabla al final del tema)

Perímetro Es la longitud total del contorno de un conducto: Para conductos circulares: P = / x D Para conductos rectangulares: P = 2 x (A + B)

Medida de velocidades en conductos Para tomar medidas de caudal debemos proceder de la forma siguiente: •

En conductos circulares, tomar cuatro medidas: centro, 1/4 del radio, 1/2 del radio, 3/4 del radio.

•

En conductos rectangulares tomar al menos 6 medidas, tres arriba y tres abajo.

•

En rejilla medir la velocidad a unos 10 cm de la boca en 4 puntos distintos.

•

En difusores circulares, tomar la lectura tocando el difusor en cada anillo.

Medición de velocidad

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En medidas de flujo horizontal de aire, colocarse a un lado, y mantener el molinete más elevado que la mano, y en medidas de flujo vertical, colocar el molinete horizontal, de forma que la mano, o nuestro cuerpo, no perturbe el flujo de aire y modifique la medición. En todos los casos, sacar la media aritmética de todas las mediciones. X medio = (X1 + X2 + X3 + ... + Xn) / n

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8. MAGNITUDES ELÉCTRICAS Las magnitudes eléctricas mínimas que hay que conocer para las instalaciones de Climatización son las siguientes: •

Tensión, también llamada Voltaje, que es la diferencia de potencial entre dos conductores. Se mide en Voltios. El aparato de medida se denomina voltímetro. Para medir lo conectaremos a dos conductores del circuito.

•

Intensidad aparente, o cantidad de corriente que circula. Se mide en amperios. El aparato de llama amperímetro (pinzas amperimétricas). Se suele medir haciendo pasar el conductor por dentro de la pinza.

•

Tipo de corriente: contínua o alterna. Monofásica o trifásica. La tensión eficaz usual en la red de distribución europea es de 400 Voltios entre fases, y 230 entre fase y neutro.

•

Factor de potencia o cos : nos indica la parte de intensidad activa del total medido o aparente que utiliza el motor. Su valor suele ser entre 0.8 y 0,9.

•

Potencia eléctrica: se mide en Watios o Kilowatios (1.000 Watios).

Para calcular la potencia absorbida por un receptor se utiliza la fórmula: Watios = V (tensión en voltios) x I (intensidad en Amperios) x cos Si el receptor es trifásico: – Watios = V (entre fases) x I (Amp) x 3 3 x cos

8.1. Placas de características de motores y equipos Todos los receptores eléctricos llevan una placa donde se indica el tipo de corriente que precisa, la tensión e intensidad nominal y máxima. Clase II, 400V 50Hz 3.750 W In = 6,77 A, Cos

33

0,85

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En motores antiguos se indicaba la potencia en caballos (CV o HP). Recordemos que un CV son 736 Watios: 1 CV = 736 Watios 1 CV = 0,736 KW Los motores hasta 2 KW suelen ser monofásicos, a partir de esta potencia suelen ser trifásicos. En circuitos de control de los equipos de climatización es frecuente utilizar corriente continua a 12 ó 24 Voltios, que se consigue mediante un pequeño transformador de tensión. Hay que tener precaución de no conectar la tensión de línea a conductores de control, pues suele quemarse la placa electrónica del equipo.

8.2. Conexión de equipos a la red de alimentación Se llama “Línea” o “Alimentación eléctrica” al conjunto de conductores que suministra corriente desde la red a una máquina eléctrica o receptor. Las líneas usuales en instalaciones pueden ser:

Monofásicas Tensión 230 V. Frecuencia: 50 Hz. Conductores: 1 de Fase, color normalmente marrón. Símbolo “L” (Line). 1 de neutro, color azul. Símbolo “N” (Neutral). 1 de protección denominado “Tierra”, color verde-amarillo. Símbolo “T” o “G”.

Trifásicas Tensión 400 V. (En grandes potencias 700 o 1000 V). Frecuencia: 50 Hz. Conductores: 3 de Fase, colores marrón, gris y negro. Símbolo R, S y T. 1 de neutro, color azul. Símbolo N. 1 de protección denominado “Tierra”, color verde-amarillo. Símbolo “T” o “G”.

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Para conectar un receptor monofásico 230V a una línea trifásica 400V, deberemos conectar: Neutro con neutro (color azul). Fase con una de las fases de línea (marrón, gris o negro). Si conectamos un receptor a una tensión mayor de la de diseño, es decir 400V donde se precisan 230V, con toda seguridad resultará dañado.

8.3. Medidas eléctricas La tensión compuesta de la red la medimos con un voltímetro pinchando con las dos puntas dos conductores activos de la misma. La intensidad la medimos con un Amperímetro, normalmente de pinza toroidal, separando uno de los conductores y midiendo: •

En líneas monofásicas la fase o el neutro.

•

En líneas trifásicas, una de las fases.

Medición de la intensidad de corriente

8.4. Líneas de alimentación a equipos Para conectar equipos climatizadores a una red eléctrica, deberemos dimensionar el conductor para que soporte la intensidad máxima del equipo. La tabla siguiente nos indica el conductor mínimo a seleccionar según nos indica el vigente Reglamente Electrotécnico para Baja Tensión, según el tipo de colocación, y el número de cables.

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La tabla siguiente resume la anterior para conductores trifásicos de PVC o PE de 0,7 kV, montaje bajo tubo aislante empotrado en pared o suelo (columna 2). Este conductor es el adecuado para realizar líneas bajo tubo a equipos de climatización en interior de edificios. Sección conductor en mm 2

Intensidad máxima A.

Sección conductor en mm2

Intensidad máxima A.

1,5

11,5

50

94

2,5

16

95

100

4

21

120

125

6

27

150

150

10

37

16

49

25

64

35

77

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RESUMEN En la presente unidad hemos repasado los conceptos previos necesarios para afrontar el estudio de este modulo. La comprensión y el repaso de los mismos nos servirán como base de partida.

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN Unidades de temperatura 1. ¿Cuántos ° C son 512° F? 2. ¿Cuántos ° F son 250° C? 3. Pasa 465° K a ° C y a ° F

Unidades de calor, energía y potencia 4. Un aparato de climatización tiene una potencia de 23.000 Kcal/h. ¿Cuántos KW son? 5. El modelo de un climatizador es GW18. ¿Cuántas frigorías tendrá? 6. Un depósito de agua de 2000 L se llena con agua del grifo a 15°C. Para calentarlo a 95°C, ¿cuántas kcal se precisan? Si esto queremos que se realice en 3,5 horas, ¿de qué potencia será el calentador? Calcularlo en Kcal/h y en Watios.

Unidades de presión 7. Una bomba eleva el agua a 20 m de alto. ¿Qué presión en bar marcará el manómetro de la bomba? ¿Y si está en kPa? 8. Un ventilador debe impulsa aire con una presión de 125 mm.c.a, ¿Cuánto es en kPa? ¿Y en mm.Hg? 9. Un pilar de una nave industrial se apoya una placa de acero de 20 x 20 cm. Si el pilar soporta una carga de 40 toneladas, ¿qué presión en kg/cm2 soporta la placa? ¿Y en kPa? 10. Un compresor aspira gas de un circuito cerrado para producir vacío, y el manómetro marca 750 milibares. Si la presión atmosférica ese día es de 770 mm.hg, ¿qué presión esta venciendo en m.Hg.? ¿Y en Kpa).

Caudal 11. Un ventilador impulsa 400 m3/h a un local. ¿Cuántos L/s son? Si colocamos dos ventiladores en paralelo, ¿cuántos l/s impulsarán en total? 12. Por un conducto de 30 x 60 cm interiores, circula aire a una velocidad de 1 m/s. Calcula el caudal en m3/h y L/s. 13. Tenemos un conducto circular de 60 cm de diámetro. Si circulamos aire por su interior a 6 m/s, ¿qué caudal pasará en m3/h? 14. Una rejilla de aire mide 1 m x 2. Si tiene que pasar 10.000 m3/h. ¿A qué velocidad en m/s atravesará el aire la rejilla?

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Electricidad 15. Un motor monofásico consume 6 Amperios. Si la tensión es de 230 V, ¿qué potencia en Watios absorbe? ¿Y en caballos? Suponer cos = 0,8. 16. La potencia de un motor eléctrico es de 10 CV, con cos = 0,85, y conectado a una red de 400 V trifásica, ¿qué intensidad de la línea será la normal? 17. Un equipo climatizador tiene una regleta de conexión que indica: con tres fichas rotuladas con L N E$. ¿Es un equipo trifásico o monofásico? ¿Cuál será su tensión de alimentación, 230 ó 400 V?

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LABORATORIO 1. Medir temperaturas de: •

Interior aula en: cerca de las paredes, centro del aula, a 0,3 m del suelo, a 1 m, a 2 m. Sacar la media.

•

Exterior aula. Patio a la sombra, al sol.

•

Aparatos. Radiadores del aula, una estufa

2. Medir temperaturas de un equipo climatizador funcionando, entradas y salidas de aire. Medir en varios puntos y calcular la media. 3. Medir la velocidad de salida de aire con un anemómetro en varios puntos de un equipo climatizador.

4

•

Medir y calcular la sección del conducto o rejilla de salida del aire.

•

Calcular el caudal de salida en m3/h.

Cálculo del COP aproximado de un equipo climatizador En un equipo climatizador de tipo ventana o compacto se deberán tomar los datos siguientes: A) Localizar la placa de características del equipo e identificar en ella los datos siguientes: Tensión, Intensidad Nominal, Cos , Potencia en W. B) Medir la tensión de la red de alimentación, y con una pinza amperimétrica la intensidad aparente. C) Temperatura de entrada del aire. D) Temperatura de salida del aire. E) Velocidad de salida del aire. F) Sección de salida del aire Pasos: 1° Calcular la potencia absorbida por el equipo con las medidas eléctricas. 2° Calcular el caudal en m3/h. 3° Calcular la potencia térmica con: P (Kcal/h) = Q(m3/h) x 1,2 (densidad aire) x 0,24 (Ce aire) x (T2 – T1) 4° Pasar todas las unidades a Watios y calcular el COP.

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Otras prácticas •

Medir Presiones en tubería de agua. Cambiar de unidades Bar, PA, mmHg.

•

Medir presiones en equipo frigorífico. Medir vacío.

Ejecución de las prácticas Las medidas deberán realizarse con un termómetro con sonda, evitando que el alumno interfiera con su cuerpo la medida. Al finalizar cada práctica se redactará una Memoria conteniendo los apartados siguientes: 1. Objetivo de la práctica. 2. Proceso a seguir. 3. Instrumentos y materiales utilizados, cantidad, coste. 4. Resultados. 5. Conclusión: Valoración, dificultades encontradas.

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M 6 / UD 2

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

47

Objetivos ........................................................................................

49

1. Generalidades..........................................................................

51

1.1. Necesidad de ventilación .................................................

51

1.2. El aire contaminado.........................................................

52

1.3. El edificio enfermo ..........................................................

53

1.4. Ventilación y ahorro energético......................................

53

1.5. Normativa .........................................................................

56

2. Instalaciones de ventilación, componentes principales........

58

2.1. Componentes ...................................................................

59

3. Parámetros físicos....................................................................

60

3.1. Caudal ...............................................................................

60

3.2. Velocidad ..........................................................................

60

3.3. Presiones...........................................................................

60

3.4. Sección..............................................................................

63

3.5. Rugosidad .........................................................................

63

4. Cálculo de la ventilación necesaria en un local ....................

64

4.1. Norma UNE......................................................................

64

4.2. Renovaciones/hora..........................................................

65

4.3. Método Olf .......................................................................

66

4.4. Ventilación natural...........................................................

67

5. Tipos de ventilación................................................................

68

5.1. Por sobre-presión .............................................................

68

5.2. Por depresión ...................................................................

68

5.3. Extracción localizada .......................................................

69

5.4. Extracción centralizada ...................................................

70

6. El ventilador y sus tipos...........................................................

72

6.1. Curva característica de un ventilador .............................

73

6.2. Clasificación de los ventiladores .....................................

75

6.3. Componentes de un ventilador.......................................

79

6.4. Mando de ventiladores ....................................................

82

45

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6.5. Agrupación de ventiladores.............................................

83

6.7. Leyes de los ventiladores .................................................

85

7. Selección de ventiladores. Rendimiento, nivel sonoro ........

88

8. Averías y mantenimiento de instalaciones de ventilación ....

89

Resumen ........................................................................................

93

Cuestionario de autoevaluación...................................................

95

Laboratorio....................................................................................

97

Bibliografía ....................................................................................

99

46

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INTRODUCCIÓN Con este tema podemos introducirnos de forma más fácil en la materia, fijando las instalaciones de ventilación y sus equipos. Aprenderemos a distinguir los diferentes tipos de ventiladores, su uso y mantenimiento. También calcularemos las necesidades de ventilación de diferentes locales de acuerdo con la normativa, y aprenderemos a realizar la instalación más conveniente en cada caso.

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OBJETIVOS Conocer los componentes y sistemas de ventilación, su cálculo, montaje y mantenimiento. Saber calcular y diseñar instalaciones de ventilación en locales públicos, industriales, y extracciones localizadas.

49

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1. GENERALIDADES En la unidad didáctica anterior hemos recordado qué es el caudal y la presión. Estos conceptos los vamos a aplicar para realizar instalaciones de ventilación.

1.1. Necesidad de ventilación Las personas, para vivir, necesitamos respirar continuamente aire que nos aporte oxígeno para nuestro metabolismo. Este aire debe tener una calidad suficiente y estar libre de contaminantes que afecten negativamente a nuestro organismo; en los locales cerrados el aire se vuelve inaceptable para el consumo humano con el paso del tiempo: humos, polvo, personas respirando, etc. La técnica que controla y procura un cambio del aire interior polucionado por otro nuevo de mejor calidad es la “ventilación”. El aporte de aire para las personas depende mucho de la actividad física que realicen: si están sentados, caminando, o realizando un trabajo físico. A mayor trabajo físico, mayor cantidad de aire se necesita. Las instalaciones de ventilación se encargan de extraer o introducir aire nuevo en un ambiente o zona interior, evitando la formación de ambientes insalubres.

Dibujo local ventilado

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La ventilación forzada es completamente necesaria en los recintos cerrados, sobre todo cuando en el exterior hace frío o calor, y se cierran todas las puertas y ventanas. Un buen instalador de climatización nunca olvida dotar al local acondicionado con una ventilación suficiente.

1.2. El aire contaminado El aire que respiramos está compuesto de. •

Oxígeno, 20%

•

Nitrógeno, 78%

•

Vapor de agua, 1,5%

•

Otros gases, 0,5%

Por contaminantes entendemos las partículas o gases existentes en el aire, que pueden perjudicar nuestra salud. Los contaminante los podemos clasificar en •

Humos y polvos. De muy pequeño tamaño.

•

Aerosoles: formados por partículas líquidas en suspensión.

•

Bio aerosoles: bacterias, virus, hongos, polen, etc. Generadas por animales o plantas.

•

Gases: butanos, alcoholes, disolventes. Generados en procesos industriales o de limpieza.

•

Vapores: por la respiración y transpiración de personas, y procesos de evaporación de agua. Baños, piscinas, cocinas, vestuarios.

•

Contaminantes industriales: metales, fibras textiles o minerales, gases de soldadura.

Las consecuencias de la contaminación del aire van desde simples sinusitis y tos a enfermedades pulmonares graves. La respiración de las personas convierte el Oxígeno presente en el aire (O2), en dióxido de carbono (CO2), y la transpiración (por respiración y sudor), genera vapor de agua, olores y aumento de la temperatura. El aire contiene un 0,03% de CO2, que al ser respirado por el organismo humano sale a 37°C con un 4% de CO2. Asimismo, el ser humano en reposo absorbe 25 litros de Oxígeno por hora, equivalentes a 400 litros de aire por hora, consumo que crece con la actividad.

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Por ejemplo, en una habitación cerrada herméticamente con personas en su interior respirando, el aire se va enrareciendo. Cuando la presencia de CO2 es del 2%, la gente presenta un estado de excitación. Si se llega al 3% de CO2, observaremos un estado de depresión general que puede llegar al desfallecimiento. El límite máximo de CO2 recomendado es del 0,1%. Midiendo la concentración de CO2 también podemos tener una idea bastante exacta de la calidad del aire en recintos con personas, y del nivel de ocupación del mismo (el número de personas presentes).

1.3. El edificio enfermo Por síndrome del edificio enfermo se describe las consecuencias que tiene en los ocupantes de un edificio la falta de una adecuada ventilación. Sea por la falta de limpieza, mantenimiento o diseño inadecuado de las instalaciones de ventilación, en los edificios enfermos se producen acumulaciones de contaminantes del aire interior, que se vuelve insano, sufriendo sus ocupantes de forma habitual en los periodos de estancia dolores de cabeza, enfermedades respiratorias, malestar físico, picores de ojos, toses, etc. Desapareciendo los síntomas en los periodos en que los ocupantes no frecuentan el edificio, por ejemplo los fines de semana y en vacaciones, si se trata de un edificio de oficinas. Todas estas molestias y enfermedades son consecuencia de la mala ventilación y/o filtración del ambiente del edificio. Los ocupantes no suelen darse cuenta de ello, aunque habitan locales que están diseñados para mantener una temperatura adecuada, la calidad del aire resulta deficiente, suelen ser edificios que por su construcción no permiten la apertura de las ventanas o si lo permiten resulta molesto por la entrada del aire exterior frío de invierno o caliente de verano.

1.4. Ventilación y ahorro energético Normalmente la ventilación provoca un consumo extra de energía en los edificios climatizados, pero no siempre es así, llegando incluso en ocasiones a ser un elemento de ahorro energético considerable a tener en cuenta en el diseño de la instalación. Lo que determina que la ventilación sea un coste energético o un ahorro es la comparación entre las entalpías del aire del interior y el del exterior, en la siguiente tabla se resumen los casos posibles.

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Tabla comparación de consumo energético según condiciones interiores, exteriores.

Las dos técnicas de ahorro energético más extendidas son el freecoling y los recuperadores entálpicos.

Uso del freecoling Si observamos una instalación de climatización en modo verano veremos que la temperatura del ambiente interior de diseño es de 25 °C y que su uso es para las 24 horas del día. A lo largo del día nos encontraremos con temperaturas mayores de 25 °C y también con temperaturas inferiores (tarde, noche, madrugada). La función del sistema freecoling es reducir al mínimo necesario la ventilación cuando la temperatura exterior es superior a la ambiente y aumentar la ventilación al máximo cuando la temperatura exterior es inferior a la de ambiente. Con esas dos premisas se conseguirán importantes ahorros energéticos.

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ITE 02.4.6 Enfriamiento gratuito por aire exterior “Cuando el caudal de un subsistema de climatización sea mayor que 3 m3/s y su régimen de funcionamiento sobrepase mil horas por año en que la demanda de energía pudiera satisfacerse gratuitamente con la contenida en el aire exterior, será obligatoria la instalación de un sistema de aprovechamiento de la citada energía.”

Uso de los recuperadores entálpicos La función de un recuperador entálpico en invierno es la de calentar el aire exterior de ventilación antes de ser introducido en el local, usando el calor del aire que sacamos del local. En verano se pretende lo contrario, ceder el calor del aire introducido del exterior al que se extrae del local. Suelen ser intercambiadores de calor de placas que crean un flujo cruzado entre el aire de ventilación que entra del local y el que sale.

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ITE 02.4.7 Recuperación de calor del aire de extracción “Cuando el caudal de aire de renovación de un subsistema de climatización sea mayor que 3 m3/s y su régimen de funcionamiento superior a 1.000 horas anuales de utilización del local o zona a climatizar, se diseñará un sistema de recuperación de la energía térmica del aire expulsado al exterior por medios mecánicos, con una eficiencia mínima, en calor sensible, del 45 por 100 referida al aire exterior, en las condiciones extremas de diseño de verano.”

1.5. Normativa La ventilación de los locales está regulada por el RITE, el cual establece la obligatoriedad de cumplir la norma UNE 100011, que establece los caudales mínimos de cada local, en función de su uso y ocupantes. En la tabla siguiente se resume dicha norma:

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CAUDALES DE AIRE INTERIOR MÍNIMO DE VENTILACIÓN (SEGÚN NORMA UNE 100011)Caudales de aire exterior en l/s por unidad Tipo de local Por persona

Almacenes

Aparcamientos

Por m2

0,75 a 3

Otros

5

Archivos

0.25

Aseos públicos (1) Aseos individuales Auditorios

15

8

Aulas

8

Autopsia Bares

12

15

Canchas para el deporte Comedores

10

Descanso, Salas de

20

Escenarios

8

Cocinas (2) (3)

15

2.5 6

8

Dormitorios colectivos

2

15

8

Espera y recepción (Salas)

1.5 6

8

Estudios Fotográficos

Exposiciones (Salas de)

4

2.5

8

Salas de fiestas

15

Gimnasios

12

Sala de fisioterapia Gradas de recintos deportivos Grandes almacenes (14)

4

15

10

1.5

8

12

4

8

Habitaciones de hotel

Habitaciones de hospital

15

Salas de juegos

12

Lavanderías industriales (1) (3)

15

Imprentas, reproducción y planos Laboratorios (6)

2

10 3 5

10

Oficinas

15

10

Paseos de centros comerciales

1

1

Pasillos (15) Piscinas (7)

2.5

Quirófanos y anexos

15

Salas de recuperación

10

1.5

30 10

3 3 7.5

Salas de reuniones

3

10

Supermercados (14) Talleres: En general. En centros docentes De reparación automática (5) Templos para culto Tiendas: En general De animales (8) Especiales (10) UVIS (8)

15

2.5

10

Vestíbulos

25 (12)

2.5

12

Cafeterías

Vestuarios (8)

Por local

5

8

1.5

8

0.75 5 2 1.5

10 10

2.5

(*) Notas de la norma que se ven en cada caso.

57

10 (13)

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2. INSTALACIONES DE VENTILACIÓN Las instalaciones de ventilación se encargan de extraer o introducir aire del exterior en un ambiente o zona interior. La ventilación es necesaria en los recintos para: •

Aportar aire nuevo con oxígeno para la respiración de las personas.

•

Extraer el aire viciado producido por la respiración, humos, gases , etc.

•

Rebajar la temperatura interior en locales no climatizados.

La ventilación también se realiza en las zonas de trabajo para extraer gases o apartarlos de la respiración del operario.

Ejemplo de usos de la ventilación: •

Extracción de humos en cocinas.

•

Extracción de humos en garajes de automóviles.

•

Extracción de gases en zonas de pintura.

•

Extracción de aire en zonas de soldaduras.

•

Renovación de ambientes en locales cerrados, cines, auditorios, discotecas.

•

Ventilación en granjas para rebajar la temperatura del ambiente.

•

Ventilación en automóviles.

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2.1. Componentes Los componentes de una instalación de ventilación son: •

Ventiladores: máquinas que hacen moverse el aire al generar una presión.

•

Conducciones: por donde circula el aire de un local a otro.

•

Elementos de difusión: rejillas o bocas de entrada y salida de aire.

•

Elementos accesorios: compuertas, mandos, reguladores.

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3. PARÁMETROS FÍSICOS Los parámetros para dimensionar un sistema de ventilación son:

3.1. Caudal El Caudal (Q): es el volumen o la masa de aire desplazado por unidad de tiempo, lo medimos normalmente en m3/hora (m3/h) y Litros por segundo (L/s). La equivalencia que mantienen estas dos unidades es:

L m3 1u = 3,6 u Seg. h 3.2. Velocidad La velocidad de aire (V): es la rapidez con la que circula el aire por el interior del conducto. Se mide en metros por segundo (m/Seg.).

Velocidad =

Longitud •m — Tiempo ³– seg µ˜

En la medida que aumenta la velocidad en los conductos de aire el ruido transmitido es mayor y aumenta la pérdida de carga en los conductos.

3.3. Presiones La presión aumenta con la longitud el conducto, y también con la velocidad. Las unidades más habituales para medir la presión son: •

Milímetro de columna de agua:

•

Milímetro de columna mercurio: mm.Hg

•

Pascal:

Pa.

Recordemos las equivalencias: •

Pa. = 1 N/m2.

•

mm.c.a = 9,80665 Pa.

•

0,76 mm.hg = 9,8 Pa.

mm.c.a

60

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La presión necesaria o disponible P: es la presión que el ventilador debe de vencer para hacer circular el aire en una red de conductos. La presión estática Pe actúa en todos sentidos dentro del conducto. Se manifiesta en el mismo sentido y en el contrario de la corriente. Si queremos poner un ejemplo de lugares en los que sólo exista presión estática, podríamos enumerar un balón de fútbol; un local completamente cerrado y sin nada de movimiento de aire tendría como presión estática la equivalente a la presión atmosférica. Si en un conducto la presión estática es positiva y existe un agujero en el mismo, el aire que circula por su interior tiende a salir del conducto. Si por el contrario, la presión estática es negativa, el aire del local tiende a entrar en el conducto. La presión dinámica Pd actúa en el sentido de la velocidad del aire. Su expresión es:

Pd = V 2 16 Siendo: V = Velocidad en m/seg. Pd = Presión Dinámica en Pascales. Ejemplos Una cometa se mantiene en el aire gracias a la componente de presión dinámica. Los aerogeneradores eléctricos que vemos en los montes producen energía aprovechando la energía dinámica del viento. Como se observa, la presión es función del cuadrado de la velocidad, esto explica de una forma clara que los automóviles disparen su consumo, cuando la velocidad aumenta. La presión total es la suma de la presión dinámica + estática.

61

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Presiones en conducto con caudal

Presiones del conducto sin caudal

El aire, al atravesar los conductos y rejillas, sufre una pérdida de presión. Al aumentar la velocidad, aumenta el roce con las paredes y hay más pérdida de presión (pérdida de carga). El ventilador es el que tiene que proporcionar esta presión.

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3.4. Sección Es el área o superficie interior del conducto, medida de forma perpendicular al paso del aire. En conductos rectangulares la sección es:

S = L× A S = Superficie en m2 L = Longitud en m. A = Ancho en m. En conductor circulares:

S =/ × S = Superficie en m2

D2 = / × R2 4

D = Diámetro en m. R = Radio en m. Hay que tener cuidado con las unidades, si nos dan las dimensiones en centímetros o milímetros, lo mejor es pasarlas todas a metros, y después aplicar la fórmula.

3.5. Rugosidad Si el interior del conducto es liso, el aire circulará con facilidad, y con poco ruido, pero si el interior del conducto es rugoso (irregular) el aire se frenará, y el ventilador necesitará más presión para un mismo caudal.

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4. CÁLCULO DE LA VENTILACIÓN NECESARIA EN UN LOCAL 4.1. Norma UNE La cantidad de aire para la ventilación un local depende del nivel de actividad física de los ocupantes, ya que al realizar ejercicio físico, como bailar, o caminar, se consume más oxígeno que si se permanece sentado en reposo. También depende del tipo de local, ya que la ventilación necesaria es distinta en una tienda que en una discoteca. La Norma UNE 100011 detalla para cada actividad la ventilación necesaria en L/s por ocupante, y en m3/h por m2 de local. Es decir, multiplicamos el total de personas que quepan en el local, por el factor que nos indica la norma, y obtenemos el caudal total de ventilación del local en L/s. Estos caudales se consideran mínimos a efectos de ventilación y máximos a efectos de ahorro de energía.

Q = n× F

Donde: Q = Caudal necesario en Litros por segundo [L/seg.] n = número de ocupantes. F= Factor de la tabla. En locales donde no conozcamos los ocupantes, multiplicaremos los m2 de superficie del local por el factor de la norma, y obtenemos igualmente el caudal total de ventilación.

Q = S×F Donde: Q = Caudal necesario en Litros por segundo [L/seg.] S = Superficie del local en [ m2 ]d. F= Factor de la tabla. Siempre tomaremos la mayor de las dos cifras resultantes.

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Podemos resumir la norma con el criterio siguiente: •

En locales con ocupantes sentados (cines, auditorios), tomar 8 L/s / persona.

•

En locales con ocupantes de pie (bares, vestíbulos), tomar 12 L/s / persona.

•

En locales con ocupantes de haciendo ejercicio (discotecas, recintos deportivos), tomar 18 L/s / persona.

Por ejemplo: En una sala de fiestas de 32 x 15 m de planta, y 4 m de alto, donde se calcula una ocupación de 1 persona cada 2 metros cuadrados de local. Según la norma UNE100011 Por superficie resulta: Superficie = 32x15= 480 m2. Caudal = S x F = 480 x 15= 1.800 L/seg = 6.480 m3/h. Por ocupantes: Ocupación = 480 m2 x 1 Persona/ 2 m2 = 240 Personas. Caudal = n x F = 240 x 15 = 3.600 L/seg = 12.960 m3/h. Es criterio del instalador el adoptar un valor u otro, pero siempre es recomendable utilizar como mínimo el valor de la ocupación.

4.2. Renovaciones / hora Todo local cerrado tiene un volumen que podemos calcular:

V = S ×h Donde: V= Volumen del local [m3] S= Superficie del local [m2] H= Altura [m] Por ejemplo: Si un local tiene 200 m2 de superficie y su altura es de 3 m, su volumen será de

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V = S × h = 200 × 3 = 600m 2 .

Si instalamos un extractor de 600 m3/h, será capaz de vaciar y renovar todo el aire del local en 1 hora. Si fuese de 1200 m3/h, renovaría el aire del local dos veces en una hora. El concepto de renovaciones/hora se refiere a una extracción capaz de aportar varias veces el volumen del local, es decir renovamos su aire completamente varias veces cada hora. Se utiliza principalmente en locales industriales, talleres, cocinas, etc., donde la ventilación no depende de los ocupantes. Siendo el volumen del local V = Superficie en planta x Altura Para obtener n = 10 renovaciones/hora el caudal resultante será:

4.3. Método Olf Se trata de un método europeo reciente basado en la percepción de la contaminación corporal (el olor desagradable que producen las personas). Un Olf es la contaminación que emite una persona en un recinto ventilado con caudal de aire de 10 l/s.

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Otros valores de olf: Persona haciendo ejercicio ligero

4 olf

Persona haciendo ejercicio fuerte

10 olf

Niño pequeño jugando

1,2 olf

Niño grande

1,3 olf

Los edificios también necesitan una ventilación: Edificios viejos:

0,1 olf/m2

Edificios nuevos:

0,2 olf/m2

El porcentaje de personas que están satisfechas con el ambiente de un local depende de la ventilación por Olf, y está tabulado en la gráfica siguiente: Se suele tomar la proporción del 20% de insatisfechos, que equivale a 7,5 L/s y Olf. La ventilación necesaria será: Q (L/s) = Olfs en el local x L/s y olf (grafica) Ejemplo: Una sala de baile moderna de 200 m2 lo ocupan 25 personas. Calcular la ventilación para un nivel de descontentos del 15%. El total de olf es 45 personas x 4 olf persona =

100 olf

Para el local: 200 m2 x 0,1 olf/m2 =

20 olf Total 120 olf

Caudal por Olf según gráfico para el 15% = 10 L/s y olf. Caudal necesario = 120 olf x 10 L/s = 1.200 L/s Equivalente a 1.200 x 3,6 = 4.320 m3/h

4.4. Ventilación natural Si en un local existen ventanas suficientes, puede no ser necesario instalar un sistema de ventilación forzada, ya que las personas abrirán las ventanas si es necesario. En locales con personas se exige que la superficie de ventanas practicables sea como mínimo = superficie del local / 30, o mayor. En las viviendas particulares es suficiente con la ventilación natural, pero en locales públicos, es mejor instalar una ventilación forzada, ya que muchas veces nadie se preocupa de abrir y cerrar ventanas.

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5. TIPOS DE VENTILACIÓN ¿Extraer o impulsar? Muchas veces al instalador se la presenta la duda entre extraer al aire del local o impulsar al mismo aire del exterior. En general podremos pensar que si un local está en sobrepresión respecto a otro o al exterior, la posibilidad de introducir contaminantes del segundo al primero se reduce. Hay que tener en cuenta que en recinto cualquiera no se fabrica ni se destruye aire. Para extraer aire por una abertura, tendrá que entrar el mismo caudal por otra.

5.1. Por sobre-presión En locales o zonas donde impulsamos aire del exterior al local ocurre que el aire interior saldrá por rejillas o puertas. El local estará en sobrepresión.

Muchas veces la presión del aire en el local provocará que las puertas cuesten de abrir y que cierren violentamente.

5.2. Por depresión Si instalamos un extractor, el local estará en depresión. Si sacamos aire del local, el aire exterior puede entrar dejando alguna ventana entreabierta, o colocando rejillas de entrada de aire.

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En ambos casos deberemos asegurar otra abertura para la entrada o salida libre del aire, o la instalación no realizará su cometido. En grandes locales de reunión, se debe instalar un extractor y un impulsor, para asegurar con exactitud la circulación de aire bajo cualquier supuesto. Es este caso lo llamamos extracción completa.

5.3. Extracción localizada En muchos locales industriales se realizan procesos que generan emisiones de gases u olores. Si estos procesos se realizan en una zona concreta, lo mejor es realizar una extracción localizada, para evitar que se expandan por todo el recinto. La extracción localizada consiste en arrastrar la contaminación mediante una velocidad mínima del aire, y para ello deberemos de calcular el caudal en función de la superficie de la campana, con la fórmula del caudal:

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Q = caudal del ventilador en m3/s S = superficie de la campana em m2 V = velocidad mínima en m/s (cocinas = 1 m/s, soldaduras = 1,5 m/s) Ejemplo: Calcular el extractor de una cocina de restaurante cuya campana mide 3 x 0,6m. Caudal = 1 m/s x (3x0,6) = 1,8 m3/s En una hora serán: Caudal = 1,8 m3/s x 3.600 Segundos/Hora = 6.480 m3/h

5.4. Extracción centralizada En caso de edificios divididos en estancias separadas y algunas de las cuales no tienen ventanas, caso de edificios de oficinas, o centros comerciales, se instala un sistema de ventilación para todo el edificio, que llamaremos ventilación centralizada. Mediante una red de conductos comunicaremos con todos los locales, asegurándonos de que también el aire pueda salir mediante otra red al exterior.

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Extracción centralizada

Recomendaciones •

En locales con muchas personas es mejor impulsar aire del exterior, para asegurar que el aire que aportamos es nuevo.

•

En locales con peligro de incendio es mejor extraer (garajes, almacenes).

•

Siempre que haya un foco de contaminación, humos, etc., es mejor una extracción localizada.

•

Si los locales adyacentes pueden ser peligrosos o sucios, es mejor ventilar por sobre-presión.

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6. EL VENTILADOR Y SUS TIPOS Se denomina ventilador una máquina que, sumergida en un fluido gaseoso, lo fuerza a desplazarse, con una presión menor de 20 kPa. Los ventiladores provocan una corriente de aire y normalmente son accionados por un motor eléctrico. En nuestra vida cotidiana tenemos muchos ventiladores: en el secador de pelo, en la aspiradora, en la campana de la cocina, en el ordenador, etc. Por su configuración, los ventiladores pueden ser de tres tipos:

Axiales, o helicoidales El flujo se induce en la dirección del eje por presión de las palas. Ejemplo: los ventiladores de techo.

Ventilador axial

Centrífugos El flujo se induce dentro del rodete, y sale perpendicular al eje, por centrifugación. Ejemplo: algunos secadores de pelo tipo caracol.

Ventiladores Centrífugos

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Tangenciales El flujo atraviesa el rodete perpendicular al eje. Ejemplo: los ventiladores de los climatizadores domésticos.

6.1. Curva característica de un ventilador La curva característica de un ventilador es similar a la de las bombas centrífugas de agua. Nos muestra la presión que imprime al aire un ventilador para diferentes caudales de aire. En el eje de abcisas aparece el caudal, y en el de ordenadas la presión.

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Ventilador Tangencial

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Punto de funcionamiento ó de trabajo de un ventilador

Si a un ventilador le cerramos la salida de aire, notaremos cómo aumenta la presión, y al mismo tiempo baja el caudal de aire. Cuando el caudal aumenta, la presión disponible disminuye. Cuando estrangulamos el paso del aire disminuimos el caudal, y la presión aumenta. Si conocemos la curva de un ventilador, podemos obtener el caudal que nos suministrará para una determinada presión. También entrando con un determinado caudal obtenemos la presión disponible. El máximo caudal se da con presión cero, lo que se denomina “descarga libre”. La presión máxima se da con caudal cero, es decir con la salida taponada. En los catálogos comerciales se dan curvas con más parámetros, como la potencia absorbida, el rendimiento, revoluciones, etc. Si el motor del ventilador tiene varias velocidades, aparecen varias curvas, una para cada velocidad.

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Curvas de un ventilador

6.2. Clasificación de los ventiladores Los ventiladores utilizados en instalaciones de ventilación son muy variados, y dentro de cada tipo hay multitud de variaciones adaptadas a sus utilización, montaje, alimentación, accionamiento, etc.

6.2.1. Por su construcción Según el sistema empleado en mover el aire, los clasificamos en tres grupos principales: •

Axiales: elevado caudal, muy baja presión.

•

Centrífugos: bajo caudal, alta presión.

•

Tangenciales: muy bajo nivel sonoro. Comparativa de diferentes tipos de construcción.

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Axiales Se llaman así por que el flujo de aire tiene la misma dirección que el eje. El aire es aspirado en la dirección del eje, es acelerado en el rodete mediante las palas, y sale avanzando y girando. Si tras las palas giratorias se instalan otras fijas, el aire sale en dirección axial, y con mayor presión. Tipos de ventiladores axiales: De pala libre. Son el típico ventilador de mesa, o los ventiladores colgantes del techo, con sus palas girando sin protección.

Ventiladores Axiales, tipos

Ventiladores murales o de pared. Trabajan a descarga libre, es decir sin ningún conducto. Pueden ser de pala ancha o estrecha. Los de pala ancha son más silenciosos y se deben de colocar en lugares donde el ruido sea condicionante. Los de pala estrecha dan más presión y caudal, pero producen un ruido como el de una sirena, por lo que deben de usarse sólo en locales industriales. Se utilizan en extracciones pequeñas, o donde se requiere un gran caudal, como naves, polideportivos, etc. Se denominan de acuerdo con su diámetro (300, 400, 600). Su presión disponible va de 10 a 30 mm.c.a. Ventiladores tubulares. Son ventiladores axiales con una envolvente tubular, que canaliza el flujo. Producen una mayor presión con grandes caudales. Se utilizan principalmente en garajes y extracciones localizadas con un pequeño conducto. En general son adecuados para mover grandes caudales de aire con presiones bajas o medias. En grandes tamaños pueden tener las palas con posibilidad de variar su ángulo de ataque, para ajustarlo mejor a la presión necesaria. Su presión disponible va de 10 a 25 mm.c.a.

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Centrífugos El aire entra en el rodete, y sale centrifugado hacia la salida. Se fabrican en cajas de forma cúbica. El rodete lleva los álabes inclinados hacia delante o hacia atrás. Una forma especial son los ventiladores de tejado: se utilizan para realizar extracciones de aire en cubiertas de edificios, trabajando permanentemente las 24 horas del día. Por ello giran a bajas revoluciones, y están fabricados para soportar la intemperie.

Ventiladores Centrífugos

6.2.2. Por su presión Baja presión: presión de 10 a 100 mm.c.a. Dan un gran caudal, son los más habituales. Se denominan de acuerdo con las medidas del rodete, ancho por diámetro (20/20 = 20 cm ancho y 20 cm de rodete). Pueden construirse envueltos por una caja, denominándose cajas de ventilación. Media presión: de 100 a 800 mm.c.a. Tienen un rodete de mayor diámetro y son más estrechos. Se utilizan en extracciones localizadas y para aspirar o arrastrar partículas. Alta presión: presiones hasta 1500 mm.c.a. Se utilizan en aplicaciones de transporte de polvos y otras aplicaciones industriales.

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Ventiladores con diferentes presiones

6.2.3. Por sus condiciones de funcionamiento Ambientes normales: Cuando el aire a mover es el normal. Ambientes agresivos: Construidos con materiales capaces de resistir el gas a mover, como vapores ácidos, corrosivos, partículas, etc. Ambientes de alta temperatura: Para mover humos y gases a alta temperatura. También los empleados en garajes y túneles, deben de soportar una temperatura en caso de incendio de 400° C durante 2 horas.

Ventiladores con diferentes condiciones de funcionamiento

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6.2.4. Por su accionamiento Accionamiento directo: llevan el motor eléctrico acoplado al eje de rotación del ventilador. Transmisión por correas: el motor eléctrico está desplazado, y mediante dos poleas, transmite su potencia al ventilador.

Forma de accionamiento de ventiladores

6.3. Componentes de un ventilador Los componentes de un ventilador son: •

Motor de accionamiento, generalmente eléctrico.

•

Rotor con forma de hélice o de rodete con álabes.

•

Envolvente o carcasa, de tipo caracol o tubular.

6.3.1. Motores Los motores eléctricos de accionamiento de los ventiladores son de los tipos siguientes:

Monofásicos de espira en sombra Motores de baja potencia 10 a 200 W. El arranque es débil, sin necesidad de mecanismos ni condensador. Se utilizan en pequeños refrigeradores.

Monofásicos con condensador de arranque Motores de potencia media 200 a 1000 W. El arranque es fuerte. Están constituidos por un bobinado principal u otro auxiliar.

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Trifásicos Estos motores pueden ser de 500 a 10 ó 20 kW. Al ser trifásicos el arranque es muy fuerte. Los motores de poca potencia pueden conectarse a una red monofásica intercalando un condensador en una de las fases.

Tipos constructivos de motores eléctricos Los motores pueden construirse con varios niveles de cierre: •

Abiertos: se puede apreciar el bobinado. El aire está en contacto con el motor.

•

Cerrados normales: para ambientes normales o con polvo.

•

Protección IP-65: para ambientes húmedos y mojados.

Frente a la temperatura pueden ser: •

Alta temperatura: para hornos.

•

Resistir 400° C durante 2 horas: para garajes y túneles.

Inversión de giro Todos los motores trifásicos pueden invertir su sentido de rotación intercambiando la conexión de dos fases. Antes de arrancar un ventilador trifásico hay que verificar que el sentido de giro es el correcto, pues en caso de girar al revés, el caudal será muy inferior y el ruido mayor de lo normal. El sentido de giro se verifica al desconectar el motor, mirando el rodete antes de que se pare por completo. En los motores monofásicos con condensador debe invertirse la fase del condensador.

6.3.2. Rotores o rodetes El rotor transmite al aire una velocidad y presión. Los parámetros principales son: •

Numero de palas (4, 6, 10).

•

Ángulo de ataque. Inclinación de las palas.

•

Ancho y forma de las palas: anchas, estrechas.

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Rodete ventilador centrifugo

El material de las palas suele ser chapa de acero, aluminio, poliéster, o plásticos. El número de palas y su forma dependen del tipo de ventilado, pero en general los rotores de alta velocidad tienen las palas más estrechas que los de baja. El ángulo de ataque está calculado para el caudal nominal del ventilador, de forma que el aire, al entrar en la pala, va con la dirección de su filo, pero si variamos el caudal de aire o la velocidad del rotor, el aire entrará con un ángulo diferente, y producirá una turbulencia que provocará ruido y bajo rendimiento de la máquina. Los ventiladores centrífugos tienen un rodete en forma de jaula de ardilla, con dos anillos laterales y la palas paralelas al eje, alrededor de los anillos. Los anillos se montan sobre unos cojinetes, o rodamientos, y la rotación se imprime por medio de una polea y una correa.

6.3.3. Envolventes La envolvente de los ventiladores es la carcasa fija que canaliza el aire impulsado por las palas hacia la salida. En los ventiladores axiales es circular y cubre las palas por el exterior. También puede tener forma de tubo. En los ventiladores centrífugos canaliza el aire centrifugado por las palas hacia la ventana de salida. Tiene forma de caracol, y suele ser de chapa de acero galvanizada. Los ventiladores pueden recubrirse exteriormente con una caja para amortiguar el ruido interior, o para conectar con los conductos de aire de entrada y salida, y entonces se denominan “Cajas de ventilación”, por tener forma de caja cúbica o prismática.

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6.3.4. Transmisión En los equipos pequeños el motor está unido al rotor, y se dice que es de “acoplamiento directo”. En equipos más grandes el motor no esta acoplado directamente al rotor, y se dice que existe una “transmisión”, que suele ser mediante una correa trapezoidal y dos poleas. Esta transmisión requiere de un “tensado” y una “alineación”, para que funcione correctamente. Variando los diámetros de las poleas podemos variar la velocidad de rotación de ventilador. Estos ventiladores son más versátiles que los de accionamiento directo, ya que cambiando las poleas podemos ajustarlo exactamente al caudal necesario. Si caudal del ventilador baja, es probable que la correa esté resbalando, y precise de tensado. Si los cojinetes que soportan los ejes se calientan excesivamente, puede deberse a un problema de alineación y deben ajustarse.

6.4. Mando de ventiladores Los ventiladores como cualquier máquina eléctrica necesitan de una alimentación eléctrica, que incluya una protección y un sistema de mando o accionamiento.

6.4.1. Alimentación eléctrica Los ventiladores se accionan generalmente mediante un interruptor eléctrico para la marcha o paro. En equipos más grandes se utilizan contactores de dos o cuatro polos, según sea el ventilador monofásico o trifásico, con un relé térmico de protección.

Mandos y regulación de ventiladores

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También pueden instalarse variadores de velocidad electrónicos que permiten ajustar las revoluciones, y adaptar el ventilador al que se precise en el local.

6.4.2. Regulación El mando automático de una instalación de ventilación puede hacerse de varias formas: •

Funcionamiento permanente durante la actividad: se debe dimensionar adecuadamente, y colocar un interruptor propio, o estar conectado a la máquina o sistema de iluminación del local (se utiliza en fábricas, aseos, etc.).

•

Funcionamiento intermitente: su arranque o paro lo gobierna un temporizador, cuyo intervalo se ajusta según las necesidades (se usa en almacenes, garajes, salones, etc.).

•

Funcionamiento según la ocupación del local: se instala un medidor de nivel de CO2, que nos indica si el ambiente precisa ser renovado. Se instala en grandes salones públicos, discotecas, cines, etc. Hay que mantener el nivel de CO2 inferior a 0,1%.

6.5. Agrupación de ventiladores Agrupar ventiladores es instalar varios para un mismo trabajo. Los ventiladores se pueden acoplar en serie o en paralelo. •

En Serie: se conecta la descarga en un ventilador con la aspiración de otro, es decir el aire atraviesa primero un ventilador, el local y después el otro ventilador.

Cuando instalamos ventiladores en serie, las consecuencias son:

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Mismo caudal y doble de presión. Gráficamente, vemos cómo aparecen una curva sobre la otra, sumando la presión de ambos. Para un mismo caudal la presión es el doble que con un solo ventilador.

•

En paralelo: se instala un ventilador junto a otro, aspirando y descargando del mismo local. El resultado es de:

Misma presión, y doble de caudal. Es decir, los caudales se suman, pero la presión disponible es la misma. En la gráfica vemos otra curva con el doble de caudal para la misma presión.

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6.7. Leyes de los ventiladores Si a un ventilador le variamos la velocidad de giro, cambiará el caudal, la presión disponible, y la potencia absorbida por el motor. También si cambiamos el diámetro del rodete o las palas, cambiará el caudal y la presión. Esta variación se puede calcular mediante un conjunto de ecuaciones que se denominan LEYES DE LOS VENTILADORES, y nos permiten ajustar un ventilador al punto de funcionamiento deseado.

6.7.1. Variación de la velocidad de giro Si variamos la velocidad de un ventilador, mediante un regulador electrónico en la línea de alimentación eléctrica, o variando las poleas de transmisión, el ventilador cambiará su curva de funcionamiento de forma que aparecerá una curva casi paralela situada por encima o por debajo de la inicial. Las fórmulas que nos dan las nuevas características son:

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Leyes de los ventiladores

Al subir la velocidad, el caudal sube proporcionalmente, la presión sube al cuadrado, y la potencia al cubo. Extracción. Ejemplo: un ventilador tiene las características siguientes: Caudal: 5.000 m3/h. Presión 25 mm.c.a. Velocidad 2.500 r.p.m. Se desea que el caudal baje a 4.000 m3/h siendo la presión similar. Solución variando la velocidad:

Q = Q 0 . N / N0

Despejando:

N = N0 . Q/Q 0

N = 2500 x 4000 / 5000 = 2.000 r.p.m.

6.7.1. Variación del diámetro del rodete o palas Variar el diámetro del rodete se denomina “recorte del rodete”, y consiste en tornearlo rebajándolo unos pocos milímetros, de forma que bajará su caudal y presión. Se realiza en ventiladores con accionamiento directo. Las ecuaciones son:

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Leyes de los ventiladores

Ejemplo 1: Un ventilador tiene las características siguientes: Caudal= 5.000 m3/h Presión= 25 mm.c.a Diámetro de palas= 300 mm Se desea que el caudal baje a 4.500 m3/h siendo la presión similar. Solución variando el diámetro:

Q = Q0 . (D / D0)3

Despejando:

D = D0 . (Q/Q0)1/3

D = 300 x (4500 / 5000)1/3 = 218 mm.

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7. SELECCIÓN DE VENTILADORES. RENDIMIENTO, NIVEL SONORO Para seleccionar un ventilador deberemos disponer de un catálogo técnico de un fabricante, si es posible con curvas de los diferentes modelos. Primeramente tenemos que elegir el tipo de ventilador: Para altos caudales o bajas presiones: Axiales. Para presiones medias o altas: Centrífugos. Antes de elegir el ventilador tendremos que calcular el caudal necesario, y la presión que tiene que aportar el ventilador. Para calcular con exactitud el punto de funcionamiento de un ventilador, deberemos calcular las pérdidas de carga de la instalación con el caudal inferior al necesario, y repetir el cálculo con otro caudal mayor. En la gráfica del ventilador seleccionado, representaremos estos dos puntos (caudal-presión) y los unimos con una recta. El punto de funcionamiento es la intersección entre esta recta llamada “curva resistente del sistema”, y la curva del ventilador. Si queremos que el sistema tenga un caudal determinado, buscaremos en curvas de diferentes ventiladores la que más se aproxime.

Rendimiento También observaremos el rendimiento del ventilador que se lee en unas líneas auxiliares de la curva del ventilador. Debemos elegir un ventilador que tenga el máximo de rendimiento y por lo tanto el mínimo consumo.

Nivel sonoro En los datos técnicos del ventilador se indica el nivel de ruido que produce el ventilador. El ruido se mide en Decibelios A, dBA. Hay que tener en cuenta que la escala de dBA es de tipo exponencial, y cada 3 dBA el ruido es el doble. En su lugar de trabajo hay que vigilar que el nivel sonoro del ventilador sea aceptable. A partir de 35 dBA el ruido es apreciable, y más de 60 dbA es molesto.

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8. AVERÍAS Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE VENTILACIÓN Las principales averías en los sistemas de ventilación son producidas por: Suciedad. Desequilibrado y vibraciones. Averías eléctricas.

Suciedad La suciedad es una acumulación de partículas arrastradas por el aire que se depositan en los elementos de la conducción. Las instalaciones de ventilación se ensucian mucho por la gran cantidad de aire que desplazan, sobre todo las bocas de captación y descarga, que conviene limpiar a menudo. Aparte del problema sanitario que conlleva estar respirando un aire que atraviesa elementos sucios, la suciedad acumulada en piezas giratorias provoca su desequilibrio y la aparición de vibraciones en el ventilador.

Desequilibrios y vibraciones Si se desequilibra el rotor por suciedad, desgaste, o romperse algún trozo, aparecen las vibraciones, que provocan ruido, el desgaste de los cojinetes del rotor y su rotura o agarrotamiento. Los equipos de ventilación, al ser máquinas en rotación, pueden desequilibrarse y vibrar. Para evitar que esta vibración se transmita al resto de la instalación o al edificio, se instalan sobre soportes elásticos denominados amortiguadores o “silent-blocks”, que pueden ser compuestos de caucho o muelles metálicos. Los rodetes de los ventiladores se equilibran con unos contrapesos, pero la suciedad que se acumula con el uso, puede desequilibrarlos, y provocar vibración.

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Operaciones de mantenimiento La tabla siguiente resume las operaciones de mantenimiento habituales en instalaciones de ventilación:

Operación Limpieza de rejillas

Trabajos Aspirar la pelusa con un aspirador.

Periodicidad Cuando se vean sucias

Soplar lamas con aire a presión. Pasar un trapo por las lamas. Limpieza de rodetes y palas

Con la alimentación desconectada, colocar un palo para trabar el rodete. Pulverizar con desengrasante. Limpiar con paño o con agua a presión. Dejar secar.

Anual o cuando vibre

Limpieza de conductos

Realizada por empresa especializada

Cada 5 años

Engrase de cojinetes

Con la alimentación desconectada, colocar un palo para trabar el rodete. Con engrasador, llenar de grasa.

Anual

Controlar arranque automático

Verificar el sistema de arranque por temporizador o sensor de CO2

Anual

Tensado de correas

Si lleva correas de transmisión, verificar el tensado.

Semestral

Seguidamente damos un cuadro con las averías más frecuentes en las instalaciones de ventilación.

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Avería

Posible causa

El ventilador no arranca

Falta corriente. Ha saltado el interruptor automático o el relé térmico del contactor. El condensador de arranque está cortado. Cambiar. El bobinado del motor esta cortado.

Salta el interruptor magnetotérmico.

Motor agarrotado. Rotor trabado. Motor quemado.

Salta el interruptor diferencial

Motor derivado a tierra. Condensador quemado. Motor o caja de conexiones mojadas. Se ha confundido el neutro por la tierra.

El ventilador hace ruido pero no gira.

Correa de transmisión floja o rota. Chaveta de la polea rota. Cojinetes agarrotados por falta de engrase. Chaveta del rotor o pasadores rotos.

El ventilador va lento

Correa de transmisión floja. Cojinetes agarrotados.

El ventilador hace ruido

Rodete desequilibrado. Rodamientos gastados. Chapas o rejillas sueltas. Antivibradores rotos.

Los cojinetes están calientes

Ejes del ventilador desalineados. Poleas desalineadas. Falta engrase en los cojinetes.

El ventilador sopla poco caudal

Filtro muy sucio. Rodete muy sucio o liso por suciedad o pelusa. Correa de transmisión floja, tensar. Puede estar girando al revés, por haber invertido dos fases de la alimentación eléctrica. Abertura en el conducto que provoca by-pass. Obstrucción interior del conducto (trozo de panel, tabica desprendida, etc.). Palas rotas o dobladas.

El ventilador va pero sopla poco

Polea del motor demasiado pequeña. El motor no puede con el ventilador.

El motor eléctrico se calienta

Motor pequeño, cambiar o cambiar polea por otra menor. Poca pérdida de carga y excesivo caudal. Estrangular el conducto.

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RESUMEN La ventilación es una parte fundamental en cualquier sistema de climatización y confort; no siempre ha sido visto de esa manera y la experiencia ha demostrado que olvidar la ventilación en cualquier proyecto o instalación ha llegado a producir problemas y enfermedades en las personas que habitan esos locales. Cualquier técnico que se aprecie deberá tener en cuenta la ventilación y su componente de ahorro energético o gasto en cada caso.

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Calcular el caudal de ventilación mínimo, en m3/h, de una discoteca con capacidad para 600 personas, y cuyas dimensiones son de 80 x 40 x 4 m de alto. 2. Calcular la ventilación de un taller de soldadura de 15 x 5 m de planta y 4 de altura. 3. Calcular el extractor de una cocina de un restaurante de 6 x 4 m de planta y 3 de altura. 4. Calcular el diámetro del conducto de extracción para el caso anterior, si la velocidad mínima ha de ser de 10 m/s. Suponiendo una pérdida de carga de 2 mm.c.a por metro de conducto, averiguar la pérdida de carga total si la longitud hasta el tejado es de 15 m. Elegir un ventilador centrífugo adecuado conociendo que las pérdidas de carga en el filtro de la campana son de 15 mm.c.a.

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LABORATORIO 1. Con un ventilador centrífugo o axial realizar un conducto en la boca de salida de 0,5 m de longitud, y dimensiones adecuadas al mismo. Colocar una rejilla regulable en la salida. Conectar el ventilador a la red. Ajustar la compuerta de la rejilla desde abierta total a cerrada total, tomando en al menos 5 posiciones los datos de caudal y presión. Dibujar la curva característica del ventilador con una hoja milimetrada o con una hoja de cálculo. 2. Montar un ventilador y un conducto de aire en forma de T, con un difusor en cada extremo. Fijar el ventilador a un soporte con cuatro silent-blocks. 5. Limpiar y engrasar un ventilador centrífugo. Tensar las correas y comprobar el sentido de giro. Comprobar cómo se desequilibra al colocarle un pequeño peso en un álabe. 6. Realizar una extracción de aire con un ventilador centrífugo, un conducto de chapa con un codo y bocas de entrada y salida. Suspender el ventilador con un soporte y los conductos con varillas roscadas y abrazaderas. 7. En la práctica 1 conectar el ventilador mediante un variador de frecuencia. Repetir la práctica a diferentes velocidades de giro, verificando las leyes de los ventiladores. 8. En un ventilador, medir la intensidad consumida cerrando el paso al aire (caudal 0); repetir abriendo el paso del aire. Verificar que la intensidad aumenta con el caudal.

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BIBLIOGRAFÍA Catálogos de la empresa Mitsubishi Electric. Manual de ventilación de la empresa SOLER&PALAU y Salvador Escoda S.A. Prontuario de la empresa CIATESA S.A.

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M 6 / UD 3

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

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Objetivos ........................................................................................

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1. Conductos de aire ...................................................................

109

2. Parámetros de un conducto ...................................................

110

2.1. Sección de paso..............................................................

110

2.2. Rugosidad .......................................................................

110

2.3. Velocidad ........................................................................

110

2.4. Presión ............................................................................

111

2.5. Caudal.............................................................................

112

3. Régimen del flujo....................................................................

114

4. Pérdida de carga .....................................................................

115

4.1. Concepto ........................................................................

115

4.2. Pérdida de carga unitaria ..............................................

116

4.3. Pérdida de carga total....................................................

116

5. Nivel sonoro. Nivel máximo según su uso.............................

118

6. Fórmulas para el cálculo de conductos. Ábacos, pérdida unitaria adoptada ........................................

119

7. Pérdida de carga en codos y accesorios .................................

123

8. Cálculo de redes de conductos de aire de ventilación .........

124

8.1. Proceso de la red............................................................

125

8.2. Esquema de la red..........................................................

126

8.3. Caudal por rejilla ...........................................................

127

8.4. Suma de caudales...........................................................

127

8.5. Hallar diámetros ............................................................

127

8.6. Transformar en rectangular ..........................................

128

8.7. Dimensionar rejillas .......................................................

128

8.8. Hoja de cálculo de conductos .......................................

130

8.9. Ejemplo de cálculo de una red de conductos de aire .

131

9. Cálculo del material necesario para el conducto ..................

133

10. Conductos con chapa de acero ..............................................

135

11. Conductos con tubos flexibles ...............................................

138

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12. Conductos especiales y accesorios .........................................

140

13. Proceso de instalación de conductos de aire. Elementos de fijación y unión................................................

143

14. El mantenimiento de los conductos de aire..........................

149

15. Trazado con conductos de fibra.............................................

151

15.1. Tramos rectos .................................................................

154

15.2. Reducción a una cara ....................................................

155

15.3. Curvas .............................................................................

155

15.4. Derivación horizontal y vertical ....................................

157

15.5. Pantalón..........................................................................

158

15.6. Embocaduras..................................................................

159

15.7. Métodos con tramos rectos ...........................................

160

15.8. Ensamblaje de tramos de conductos ............................

161

16. Controles y medidas en instalaciones de ventilación............

163

16.1. Velocidad en conductos.................................................

163

16.2. Velocidad en salidas de aire ..........................................

163

16.3. Presión estática, dinámica, total....................................

164

16.4. Nivel sonoro ...................................................................

166

17. La seguridad en el montaje y mantenimiento de conductos de aire ....................................................................

167

Resumen ........................................................................................

169

Anexos (ábacos y tablas para el cálculo de conductos)..............

171

Cuestionario de autoevaluación...................................................

177

Laboratorio....................................................................................

179

Bibliografía ....................................................................................

181

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INTRODUCCIÓN Los conductos de distribución de aire son una parte muy importante de los conocimientos que debe tener un instalador de climatización. En este tema abordamos las nociones fundamentales para el cálculo, diseño y montaje de una instalación tipo de conductos.

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OBJETIVOS Saber diseñar y dimensionar redes de distribución de aire mediante conductos de fibras y chapa. Saber dimensionar las bocas de salida y entrada de aire con una difusión óptima. Obtener la pérdida de carga total, para poder seleccionar el ventilador adecuado. Conocer el sistema de montaje y mantenimiento de los conductos de distribución de aire.

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1. CONDUCTOS DE AIRE Son conducciones por cuyo interior fluye el aire, y que se utilizan para transportarlo de un lugar a otro, mediante sobrepresión o depresiones generadas por un ventilador. Como hemos visto anteriormente, las instalaciones de ventilación constan de tres partes principales: ventilador, conductos de distribución y bocas de salida. Los conductos de aire son los encargados de distribuir el caudal generado por el ventilador por distintos espacios o zonas. Es decir, el ventilador genera mediante presión un caudal de aire en el interior de un conducto principal, que generalmente se va dividiendo en ramas, de forma que de el aire se va repartiendo por las diferentes salidas.

Formas de conductos

Clasificación: •

Según su forma: rectangulares, circulares, ovalados.

•

Según su material: de chapa de acero, de fibras minerales, de obra, de polisocionurato.

•

Según su presión: de alta, media o baja presión.

•

Según su instalación: preformados, realizados in situ.

•

Según su función: conducto principal, ramales y derivaciones a rejillas.

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2. PARÁMETROS DE UN CONDUCTO Un conducto de aire queda definido por los parámetros siguientes:

2.1. Sección de paso Es el área interior perpendicular al paso del aire. Se mide en m2. En el caso de conductos circulares es:

S= Superficie en m2. D = diámetro interior en m. En los conductos rectangulares es:

Siendo S= Superficie en m2. A= ancho en m. B = Alto en m.

2.2. Rugosidad La rugosidad nos indica si el interior de un conducto es más o menos liso. Es el tamaño medio de los salientes o entrantes de la superficie. Es claro que el aire circulará más fácilmente si el conducto es más liso, y peor si el conducto es más rugoso. Los conductos de chapa y plástico son poco rugosos. Los conductos de yeso o de obra son muy rugosos.

2.3. Velocidad La velocidad de circulación del aire por el interior del conducto se mide en m/s. La velocidad máxima depende del tipo de conducto. Un aumento de la velocidad por encima de los valores recomendados aumentará el nivel de ruido y la pérdida de carga en los conductos.

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Los conductos también se clasifican en función de la velocidad: Alta velocidad: velocidades mayores de 10 m/s Media velocidad: de 6 a 10 m/s Baja velocidad: menor de 6 m/s La velocidad del aire la medimos con un aparato denominado anemómetro.

Anemómetro

2.4. Presión La presión en el interior de un conducto tiene dos componentes: •

Presión estática.

•

Presión dinámica.

Se mide normalmente en Pa ó mm.c.a mediante un manómetro. Como las presiones en los conductos son muy pequeñas se suele medir la diferencia de presiones, entre el interior y el exterior del conducto, con un manómetro diferencial.

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Manómetro diferencial de aire

Recordemos que la equivalencia entre unidades de presión es: 1

mm.c.a. = 9,8 Pa.

1

mmHg = 13,59 mm.c.a.

1

mmHg = 133,32 Pa.

2.5. Caudal El caudal, como vimos en la unidad didáctica 1, es el volumen de aire por unidad de tiempo, y se mide en Litros/segundo y en m3/hora. Como el caudal resulta difícil de medir se calcula de forma indirecta conociendo la sección de paso (midiendo el interior del conducto), y la velocidad del aire con un anemómetro.

Siendo: Q= Caudal en m3/seg. S = Sección en m2. V= Velocidad en m/seg. Para pasar a m3/h multiplicaremos el caudal por 3.600 (60 x 60 segundos que tiene una hora). Ejemplo Si tenemos un conducto de 20 x 500 mm. con una velocidad del aire 4 metros por segundo. Calcular el caudal en m3/h.

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Sección = 0,2 m x 0,5 m = 0,1 m2 Caudal = S . V = 0,1 m2 x 4 m/s = 0,4 m3/s. Caudal = 0,4 m3/s x 3600 s/h= 1.440 m3/h. Ejemplo: Calcular el caudal en m3/h. de un conducto circular de 300 mm de diámetro con una velocidad 10 m/s. Sección = / x D2/4 = / x 0,32/4 = 0,0706 m2 Caudal = 0,0706 m2 x 10 m/s x 3600 = 2.544 m3/h

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3. RÉGIMEN DEL FLUJO Dependiendo de la velocidad y forma del conducto, el régimen del fluido puede ser: •

Laminar: si todas las partículas van paralelas. Caso de velocidades bajas. En aire aparece en velocidades menores de 1 m/s. El régimen laminar es inaudible.

•

Turbulento: en el flujo aparecen movimientos de rotación y remolinos. Es el flujo normal en conductos de ventilación. Se oye circular el aire con mayor o menor ruido.

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4. PÉRDIDA DE CARGA 4.1. Concepto Al circular el aire por un conducto se provocan choques y rozamientos con las paredes que provocan su frenado. Cuanto mayor sea dicho roce y la fuerza de los choques, mayor presión necesitará aportar el ventilador para que circule el caudal necesario, es decir el roce provoca una pérdida de presión o de carga. Esta pérdida de carga se mide igual comparando la presión existente al principio del tramo a medir y la presión del final. La pérdida de carga depende de: •

La velocidad del aire. A más velocidad, más pérdida de carga.

•

La forma del conducto. Cuanto más circular menor pérdida.

•

El material del conducto. A mayor rugosidad, más pérdida.

Medición de perdida de carga

La presión en un conducto de aire va bajando a medida el aire va recorriendo dicho conducto, de forma lineal. La pérdida de presión en un tramo depende de su longitud y de los factores mencionados.

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4.2. Pérdida de carga unitaria Es la caída de presión en un metro lineal de conducto. Se expresa en Pa/m (pascales por metro), o mm.c.a/m. Se denomina J. En algunas gráficas se expresa en Pa/100 m (Pascales por 100 m de conducto)

4.3. Pérdida de carga total Conociendo la pérdida de carga unitaria “J” de un conducto, podemos saber la pérdida total en un tramo de longitud “L”.

Siendo: (P2 – P1) = Pérdida de carga en el tramo en Pascales P2 = Presión en el punto n° 2 en Pascales. P1 = Presión en el punto n° 1 en Pascales. J = Perdida de carga unitaria en P/m. L = La longitud en m. También podemos saber la pérdida unitaria a partir de la pérdida total y la longitud. Despejando:

Siendo: P2 – P1 = caída total de presión Pa. L = longitud del conducto m. J = Pérdida de carga unitaria Pa/m. Ejemplo Si en un conducto de 50 m de longitud la presión cae desde 10 hasta 5 mm.c.a., ¿cuál es la pérdida unitaria?: Solución Pérdida total de presión en el tramo = 10 – 5 = 5 mm.c.a. L = 50 m. J = 5 / 50 = 0,1 mm.c.a/m.

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Ejemplo ¿Qué pérdida de carga tendrá un conducto de 60 m de longitud, si la pérdida de carga unitaria es de 50 Pa/m? Solución (P2 – P1) = J x L (P2 – P1) = 50 x 60 = 3.000 Pa.

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5. NIVEL SONORO Es el nivel de ruido que produce la circulación del aire en conductos o rejillas, se mide en decibelios dBA, mediante un instrumento llamado sonómetro. La escala de decibelios es de tipo logarítmico, ya que el oído humano tiene una sensibilidad muy amplia. Algunos valores de ejemplo son: Nivel de percepción en silencio absoluto: 20 dBA. Frigorífico doméstico a 1 m: 30 dBA. Climatizador 30 a 34 dBA Calle durante el día 40 a 60 dBA. Conversación dos personas: 60 dBA. Discoteca nivel alto: 90 dBA Nivel doloroso: 120 dBA. En el caso de los conductos de aire, el nivel sonoro es determinante para su cálculo, y dependiendo de su uso, no sobrepasaremos unas velocidades máximas, para evitar molestias en el local donde se instalen. Es decir, deberemos elegir la velocidad máxima del aire en función del nivel máximo de ruido admitido en el local. Para ello podemos tomar: •

Viviendas < 35 dBA.

•

Locales < 40 dBA.

•

Grandes locales < 50 dBA

Hay que tener en cuenta, al ser la escala de los decibelios de tipo exponencial, 3 dBA pueden significar un nivel del doble del inicial. Dicho de otra forma, dos equipos que emiten un ruido de 40 dBA cada uno, hacen juntos un ruido de 43 dBA. El ruido de un conducto es bastante proporcional a la pérdida de carga unitaria del mismo.

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6. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE CONDUCTOS Para el cálculo de la pérdida de carga en conductos se utiliza la fórmula de Darcy-Weisbach, que en conductos circulares es:

Siendo: •

K coeficiente numérico según unidades empleadas.

•

f factor de fricción que depende del material interior y del régimen de flujo.

•

Q caudal de aire.

•

L longitud el tramo.

•

D diámetro interior.

Una fórmula muy utilizada para conductos lisos es:

Expresados: P en Pascales Q en m3/s. L en metros. D en metros. Para simplificar los cálculos se suelen utilizar ábacos con los que podemos averiguar la pérdida unitaria (por cada metro lineal de conducto) que nos produce un conducto por el que pasa un determinado caudal. En el gráfico siguiente, si conocemos el caudal y el diámetro del conducto, hallaremos la pérdida de carga unitaria. Y si lo multiplicamos por la longitud del tramo, obtendremos la pérdida de carga total.

Ejemplo Si tenemos un conducto con: Caudal 1500 m3/h. Diámetro 360 mm.

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Hallar la caída de presión si el conducto tiene 50 m de longitud. Usando el gráfico 1° Entramos por el caudal de 1500 m3/h, hasta tocar la línea inclinada del diámetro de 360 mm. 2° Bajamos y en el eje horizontal obtenemos una pérdida de carga de 0,045 mm.c.a. Luego: Pérdida total = 0,045 x 50 m = 2,25 mm.c.a.

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Sin embargo, si conocemos el caudal que pasa, y lo que queremos es averiguar las dimensiones que tiene que tener un conducto de aire, lo que haremos es fijar una pérdida de carga unitaria J por metro de conducto, que dependerá del lugar donde se instale el conducto (viviendas, locales, grandes locales). Partiendo del caudal, hallaremos el diámetro del conducto necesario (ver flecha de la figura superior). La pérdida unitaria que fijamos depende del nivel sonoro máximo admitido en el local: Viviendas: 0,05 mm.c.a./m (50 Pa) Locales: 0,06 mm.c.a./m (60 Pa) Grandes centros comerciales: 0,8 mm.c.a./m (80 Pa) Ejemplo Dimensionar un conducto de aire para una vivienda que transporte 1300 m3/h. Solución Con el gráfico anterior: 1° Partimos del caudal de 1300 m3/h y nos desplazamos en horizontal hasta la raya vertical de 0,05 mm.c.a/m. 2° En ese punto, la raya inclinada del diámetro es de 360 mm. Adoptamos un conducto de 360 mm. Para calcular una red de conductos de aire con fijaremos una pérdida de carga unitaria igual para todos los tramos. Una vez dimensionada, la presión necesaria será igual a la pérdida unitaria que hayamos fijado, multiplicada por la longitud hasta el punto más alejado del conducto.

L = longitud del recorrido más largo la red.

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Imagen de una red indicando el recorrido mayor

Este sistema de calcular conductos se denomina “pérdida de carga constante”.

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7. PÉRDIDAS DE CARGA EN CODOS Y ACCESORIOS En las curvas, en las bifurcaciones y en los cambios de sección de los conductos se producen pérdidas de carga adicionales, que deberemos sumar para hallar la pérdida de carga total. Las rejillas de toma y salida de aire también producen pérdidas que encontraremos en los catálogos de selección de los fabricantes. Al final de la unidad didáctica se han adjuntado unas tablas para hallar estas pérdidas adicionales.

Longitud equivalente Es la longitud de un conducto que ocasionaría una pérdida de carga igual al accesorio considerado. De esta forma sumamos a la longitud del conducto la longitud equivalente de codos y accesorios, y calculamos el conducto con los gráficos normales. Ejemplo Un conducto de 60 m tiene una pérdida unitaria de 50 Pa/m y tiene dos codos con una longitud equivalente de 10 m cada uno. Hallar la pérdida de carga total. Solución Longitud total = 60 m conducto + 10 + 10 (codos) = 80 m. Pérdida total (P2 – P1) = J . L (P2 – P1) = 80 m . 50 Pa/m = 40.000 Pa.

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8. CÁLCULO DE REDES DE CONDUCTOS DE AIRE DE VENTILACIÓN El cálculo de conductos de aire tiene por objeto determinar las dimensiones de cada uno de los tramos, conocer su pérdida de carga, y verificar que el ventilador es capaz de generar la suficiente presión para que circule el aire requerido en el proyecto. Las redes de conductos de distribución de aire pueden ser simples, con un solo tramo, o con muchos ramales, curvas, reducciones, etc., pues en la mayoría de casos deberemos adaptarnos al edificio en el que se instalen. Discurren por los espacios que han previsto en el proyecto, desde el equipo climatizador o ventilador, hasta las diferentes estancias del establecimiento. Vamos a describir un sistema sencillo para su cálculo y dimensionado, tramo por tramo. Aunque hay varios métodos para calcular conductos de aire, vamos a describir únicamente el método de la pérdida de carga constante que antes hemos explicado. Con este método fijamos una pérdida de carga constante para todos los tramos del conducto, en Pa por metro, independientemente de su tamaño. Es decir, en todos los tramos de la red de conductos la pérdida unitaria es igual. La pérdida total de la red de conductos será la longitud máxima hasta la rejilla más alejada, multiplicada por la pérdida por metro adoptada para toda la red. Ejemplo La longitud del conducto desde el ventilador hasta la última rejilla es de 25 m. El conducto se ha dimensionado con una pérdida unitaria de 40 Pa/m. Calcular la pérdida de carga total. Pérdida unitaria 40 Pa/m. Pérdida total = 40 Pa/m x 25 m = 1000 Pa. Seguidamente sumaremos lar pérdidas localizadas en rejillas, codos, etc., o habremos sumado sus longitudes equivalentes a la longitud total del conducto.

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Ejemplo En el caso anterior, la hay de seis codos, con una longitud equivalente de 4 m cada uno. Longitud de codos = 6 x 4 = 24 m. Pérdida total = 40 Pa/m x (25 + 24 ) m = 1960 Pa.

8.1. Proceso de la red Proceso de cálculo de una instalación de ventilación Partiremos de los datos siguientes: •

Caudal a extraer o impulsar, en m3/h, que nos viene dado por las necesidades del local o sus ocupantes, descritas en la Unidad Didáctica 2.

•

Material del conducto, chapa, fibra, obra, etc.

•

Tipo de local en el que se instale el conducto, que nos permite fijar la pérdida de carga unitaria.

En el caso de equipos climatizadores donde no conocemos el caudal de impulsión, podemos calcularlo multiplicando su potencia frigorífica en Watios 0,24. Siendo: Q= Caudal de aire en m3/h. P = Potencia del climatizador en W. Ejemplo En un local se va a instalar un climatizador de 40.000 Kcal/h. Calcular el caudal de aire aproximado que impulsará en m3/h. Solución Pasamos las Kcal/h a Watios. 40.000 x 1,16 = 46.400 Watios Calculamos el caudal: 46.400 x 0,24 = 11.136 m3/h

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8.2. Esquema de la red Trazar un esquema del conducto Primeramente situaremos las rejillas por el local. Para distribuir las rejillas por un local, podemos dibujar una malla con una distancia entre punto igual a la altura libre del local; es decir, si el local tiene 4 m de alto, dibujar las rejillas separadas 4 m unas de otras. Hay que tener en cuenta que la separación de las paredes debe ser la mitad (2 m). Posteriormente repetimos la operación, pero con una separación igual a 1,5 h, dibujar la malla (4 x 1,5 = 6m), y entre ambas soluciones elegir la más adecuada (la que cuadre más exacta). En la unidad didáctica 4 veremos con más detalle la selección de rejillas y difusores para un local, pero para un dimensionado inicial con el criterio anterior es suficiente.

Dibujo de rejillas distribuidas en un local

Seguidamente vamos a dividir la red en tramos y luego los numeramos en el sentido del movimiento del aire, teniendo en cuenta que: •

Siempre que cambie el caudal es un tramo distinto (hay una rejilla, hay una derivación).

•

Siempre que cambie el tamaño es un tramo distinto.

•

Aunque haya curvas y codos, el tramo es el mismo.

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8.3. Caudal por rejilla En un local se puede hacer una aproximación dividiendo el caudal total entre el número de rejillas, de esta forma obtenemos el caudal de cada rejilla. Como norma general consideraremos que: •

El caudal de una rejilla estará entre 400 y 800 m3/h

•

El caudal de un difusor estará entre 600 y 2.000 m3/h.

•

En locales muy altos estos valores aumentan.

8.4. Suma de caudales Sobre el esquema del conducto vamos sumando los caudales que circulan por cada rama, en el sentido del flujo del aire. Escribimos sobre cada rama el caudal que circula por ella.

8.5. Hallar diámetros Utilizaremos la gráfica de cálculo de conductos del Anexo 1. Hallar el diámetro de cada tramo con la gráfica de pérdidas de carga. Entrar horizontalmente por el caudal del tramo hasta cruzar la línea vertical de pérdida de carga adoptada, y obtenemos el diámetro resultante (líneas inclinadas). Si quedamos entre dos líneas, elegir la mayor arriba o abajo. Repetir para todos los tramos, anotando el diámetro resultante de cada una de ellas. Comprobar que la velocidad del aire no sobrepasa los valores indicados en la tabla de velocidades máximas (al final del tema). Si sobrepasa, elegir el diámetro siguiente. La pérdida de carga unitaria a adoptar depende del tipo de local donde se instalen los conductos. Tomaremos: Pérdida de carga a seleccio nar según tipo de local. Tipo de local. mm.c.d.a/m. Viviendas y locales silencioso s (cines, museos, bibliotecas) 0,05 Locales comerciales, tiendas, bares, restaurantes 0,07 Grandes centros comerciales y locales ruidosos 0,1 En conductos de alta velocidad donde no importe el ruído. 0,3 – 0,5

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Pa/m. 0,5 0,7 1 3 -5

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8.6. Transformar en rectangular Utilizaremos la gráfica de conversión circular-rectangular del Anexo 1. Si el conducto debe de ser rectangular: Transformaremos la sección circular a rectangular. Es decir vamos a encontrar un conducto rectangular que tenga una pérdida de carga similar al conducto circular que hemos calculado. Ahora tenemos dos dimensiones: el ancho y el alto del conducto. Si aumentamos una, nos bajará la otra, y viceversa. Para ello utilizaremos una tabla de conversión (al final del tema) con el proceso siguiente: •

Adoptamos una altura máxima, que nos vendrá condicionada por la altura del local, o la del falso techo por donde discurrirán los conductos. En viviendas, de 12 a 16 cm., en pequeños comercios de 20 a 40 cm., en grandes locales hasta 90 cm. Otro sistema es hacer cuadrado el último tramo (el más pequeño), y adoptar su alto.

•

Con la tabla de conversión de conducto circular a rectangular, entrar horizontalmente con la altura elegida, hasta encontrar el diámetro calculado en la rama, subir y obtener el ancho.

•

Si el ancho es mayor de 3 veces el alto el conducto queda muy aplanado, y conviene aumentar el alto para que el ancho se reduzca. Es decir no conviene realizar conductos muy planos, pues habrá que reforzarlos con tabicas interiores para que no se deformen y se aumentará considerablemente el gasto en materiales.

Una vez dimensionado el conducto, anotar las medidas en mm. de cada rama, e intentar unificar a tamaños pares y múltiplos de 10 (200x240, 600 x 320).

8.7. Dimensionar rejillas Dimensionar las rejillas o difusores con un catálogo que nos indique el ruido que producen a diferentes caudales (ver apartados siguientes). Este proceso lo aprenderemos con detalle en la Unidad Didáctica 4.

Recomendaciones para dimensionar conductos de aire: •

Es recomendable sobredimensionar un poco los tramos finales, ya que tendrán la mayor pérdida de carga de la red.

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•

En el conducto principal sólo reducir una dimensión, el ancho o el alto, procurar no cambiar las dos a la vez, pues resulta una pieza complicada de construir.

•

Aprovechar los ramales para reducir la altura.

•

En los ramales cortos podemos unificar reducciones. No hace falta reducir tras cada rejilla.

Hoja de ruta para cálculo de una red de conductos

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8.8. Hoja de cálculo de conductos El proceso anterior puede hacerse muy cómodamente mediante una hoja de cálculo, como la del ejemplo siguiente. En esta hoja sólo debemos modificar los valores de las celdas de color verde. Hay que realizar previamente el esquema de la red, situando las rejillas y numerando los tramos. En la hoja de cálculo introduciremos primeramente el caudal total, el número de rejillas, y el tipo de local. Seguidamente, en cada tramo introduciremos el número de rejillas que sirve, es decir el total de rejilla que hay aguas abajo o que alimenta dicho tramo. De esta forma la hoja calcula el caudal del tramo. Introduciremos su longitud en metros. Introduciremos el alto adoptado para ese tramo. La hoja calculará el ancho del conducto correspondiente a dicho alto, para que sea equivalente al diámetro necesario. Repetiremos en todos los tramos, y cambiaremos el alto cuando consideremos que el ancho es demasiado grande (no superar un ancho mayor del triple del alto).

Hoja de cálculo de una red de conductos

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8.9. Ejemplo de cálculo de una red de conductos de aire Ejemplo de red de conductos de aire en una cafetería: Se ha calculado una instalación de climatización con una potencia de 11.450 W. El caudal de aire impulsado por la climatizadora lo obtenemos con la fórmula:

Como vamos a instalar 8 difusores, el caudal por cada difusor será de:

Según datos del fabricante se selecciona un difusor de 10 pulgadas (250 mm). Hacemos un esquema de la red y numeramos los tramos en el sentido de la circulación del aire. Calculamos el caudal que pasa por cada tramo viendo los difusores que hay aguas abajo. Por ejemplo, el tramo n° 7 sirve a tres difusores, por lo que su caudal será de 344 m3/h x 3 = 1.032 m3/h.

Formas de conductos

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A continuación se resuelve el diseño de los conductos, mediante una hoja de cálculo. En dicha hoja se calcula también el diámetro equivalente, y la superficie de fibra necesaria para su fabricación. Se ha adoptado un alto de 20 cm para todos los tramos, menos el primero que es de 30 cm.

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9. CÁLCULO DEL MATERIAL NECESARIO PARA EL CONDUCTO Como el material de los conductos de fibra se suministra en planchas, es necesario conocer cuántos m2 de fibra necesitaremos para construir el conducto. Si hacemos el conducto con planchas de fibras realizadas en obra, tendremos que calcular la superficie que necesitamos para cada tramo recto con la fórmula:

Siendo: S= Superficie de material para conducto en m2. L = longitud del tramo en m. A = Ancho interior del conducto en m. B = Alto interior del conducto en m.

Desarrollo de un conducto rectangular

En el caso de codos, tes, reducciones, etc., calcular la superficie en planta y multiplicarla por 3. En el caso de conductos de chapa la fórmula es:

Siendo: S= Superficie de material para conducto en m2.

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L = longitud del tramo en m. A = Ancho interior del conducto en m. B = Alto interior del conducto en m. Para las piezas especiales de chapa, como codos, tes, derivaciones, etc., deberemos realizar un plano exacto de la red de conductos, para enviarlo al fabricante, pues las piezas se construyen en los talleres, y deben encajar en la obra sin errores. Ejemplo Calcular la fibra necesaria para fabricar un conducto de aire rectangular de 60 cm de ancho, 40 cm de alto y 4 m de largo. Solución A = 0,6 m. B = 0,4 m. L = 4 m. S = L x 2 x (A+B+0,1) = 4 x 2 x (0,6 + 0,4 + 0,1) = 8,8 m2.

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10. CONDUCTOS CON CHAPA DE ACERO Los conductos con chapa de acero galvanizado se usan generalmente en extracciones de aire o gases que puedan alcanzar altas temperatura, como cocinas, chimeneas de calderas, garajes, etc. El material de los conductos de chapa está calificado como M0, lo que significa que es incombustible, y resistente al fuego.

Conducto de chapa

También se utilizan en instalaciones de climatización pero con una capa interior aislante de goma o coquilla. Los conductos pueden ser de sección circular o rectangular. Los de sección circular se fabrican con una lámina de chapa arrollada en espiral y unida por un encaje o “engatillado”. Los diámetros de los conductos están normalizados y suelen variar en incrementos de 10 cm: 10, 20 ,30, 40, 50, 60, 70, 80 . Los de sección cuadrada también están normalizados, pero pueden fabricarse para tamaños especiales.

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Formas de conductos

Las piezas normalizadas son: •

Codos curvos.

•

Codos rectos con tres o más secciones.

•

Derivaciones rectas a uno o dos lados.

•

Derivaciones inclinadas a uno o dos lados.

•

Reducciones y cambios de dimensión.

Accesorios normalizados tes y codos

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El acabado exterior puede ser galvanizado o lacado blanco. Las uniones se realizan mediante encajes con junta de goma y remaches o tornillo auto-roscantes.

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11. CONDUCTOS CON TUBOS FLEXIBLES Los tubos flexibles están formados por dos láminas de aluminio o PVC con un aislante de fibra intercalado, y una espiral de acero templado interior que le permite mantener su sección circular. Se utilizan para derivar un conducto principal o secundario a la boca de salida, de forma que su situación definitiva puede ser variada hasta el último momento en la obra.

Permiten dejar realizadas las embocaduras a rejillas o difusores en el momento de la instalación del conducto, para que una vez colocado el falso techo, poder perforarlo y conectar con facilidad a los elementos de difusión, atornillando la rejilla a la embocadura del flexible. Los tubos flexibles permiten salvar obstáculos como tuberías o vigas descolgadas, sin necesidad de complicadas piezas especiales que requieren los conductos rígidos. Sin embargo presentan como inconvenientes una gran pérdida de carga que pueden llevar a graves problemas de falta de caudal y originar un ruido más elevado que los conductos rectos.

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La tendencia actual es al aumento de este tipo de conductos, por su rapidez y economía de montaje. Las piezas más utilizadas son: •

Acoplamientos a conducto recto. Piezas circulares con pestañas, para atornillar al conducto de chapa.

•

Manguitos de unión cilíndricos con dos rebordes, para hacer empalmes.

•

Embocaduras a rejillas cuadradas o plenum de rejilla.

•

Tes y codos.

Plenum para rejilla

Todo ello se realiza generalmente en chapa de acero galvanizado o aluminio. Las uniones se realizan con abrazaderas metálicas o bridas de poliéster. Posteriormente se encinta la unión con aluminio para que quede estanca.

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12. CONDUCTOS ESPECIALES Y ACCESORIOS Con planchas rígidas de poliisocianurato En el caso de tener que realizar los conductos de forma que queden vistos, los conductos de fibra de vidrio no ofrecen un aspecto demasiado bueno, por lo que es conveniente realizarlos con otro tipo de planchas más rígidas, como los paneles de aluminio con poliuretano o poliisocianurato (praxa). Estos paneles se cortan de forma casi igual a la fibra de vidrio, pero sellando las uniones con silicona o cola blanca. Mientras pega la cola, pueden atornillarse o graparse. Posteriormente se encintan las uniones con aluminio, cuidando su buen aspecto final. La separación entre soportes es mayor que con fibra de vidrio, oscilando entre 3 ó 4 m. Su precio es también similar a la fibra de vidrio, y el tiempo de montaje es incluso inferior.

Conductos con fibras textiles La principal característica de estos conductos es que la difusión del aire la realiza el propio conducto por toda su superficie, sin necesidad de bocas de salida.

Conductos de fibras textiles

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Se utilizan instalados de forma vista, en lugares donde no se permiten corrientes de aire, como instalaciones de fabricación de productos alimenticios, piscinas, etc. También pueden plegarse al finalizar la impulsión de aire, como una cortina. Otra ventaja es que pueden descolgarse y lavarse perfectamente.

Conductos de escayola Se encuentran en desuso.

Elementos complementarios de ventilación Otros elementos de las redes de ventilación son: •

Persianas de sobrepresión: se abren al circular el aire, se colocan en la descarga exterior. Impiden la entrada de aire en sentido inverso, pájaros, etc.

•

Compuertas, para regular el caudal en los tramos principales. Pueden ser de regulación manual fija, o automática mediante un servomotor.

•

Compuertas cortafuegos, para impedir que en caso de incendio el humo se propague por todo el edificio. Se cierran mediante resorte disparado por un detector de temperatura o una señal eléctrica de la centralita de incendios del edificio.

•

Campanas, para recoger el aire localizado en una zona. En el caso de cocinas incorporan filtros de retención de grasa, para impedir que se ensucien los conductos y ventiladores.

•

Registros o tapas de inspección y limpieza. Son tapas que deben permitir introducir la cabeza de un operario, y realizar operaciones de limpieza.

•

Elementos de unión entre conductos, rígidos, flexibles.

•

Elementos de fijación y suspensión: soportes, varillas roscadas, alambres.

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Accesorios de ventilación

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13. PROCESO DE INSTALACIÓN DE CONDUCTOS DE AIRE Para realizar una instalación de conductos de aire hay que seguir el proceso siguiente:

Conductos de fibra

Instalación con conductos por el techo

a) Alzar un plano a escala del local, con las puertas, pilares, zonas de mesas o instalaciones, etc. Si es posible, tener también el plano de situación de puntos de luz y elementos decorativos existentes en el techo, así como vigas y otros obstáculos. b) Situar la climatizadora o el ventilador en un lugar donde exista el máximo de altura y pueda ser registrable. Distribuir aproximadamente las bocas de salida de aire. Situar el retorno en un extremo, o en el centro, o donde más humos se generen (si éste realiza también la función de extracción).

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c) Decidir la altura máxima de los conductos de acuerdo con la altura del falso techo, y si hay vigas u otros obstáculos. Si no hay limitación, adoptar el alto de los ramales finales, dimensionándolos cuadrados. d) Calcular y dimensionar la red cuidando de unificar tamaños y reducir al mínimo las piezas especiales. Obtener la superficie total de fibra necesaria, sumándole un 20 a 25% de más por desperdicios. Encargar las rejillas y sus marcos. e) Cuando el local esté con las instalaciones eléctricas y de fontanería ya realizadas, es el momento de fabricar y suspender los conductos. Éstos se pueden realizar en el suelo del propio local o en taller. Se unirán en tramos que permitan su manejo, y se elevarán, empalmarán y graparán. Se marcarán los puntos con bocas de salida con un círculo o cuadrado con rotulador. f) Se instalará la máquina climatizadora con su acometida eléctrica, desagüe y línea para el mando o termostato. Los soportes deben descansar sobre tacos de goma o antivibradores, para evitar transmitir ruidos por la estructura. g) Cuando el escayolista realice el falso techo, cubrirá nuestros conductos, pero deberá marcar bajo la escayola los puntos donde van las bocas con una cruz. h) Antes de que pinten el techo deberemos cortar la escayola en los puntos marcados, y colocar los marcos de las rejillas o difusores. Si es preciso, deberán ser fijados con escayola o yeso. También realizaremos un registro para la máquina que a veces puede ser la propia rejilla de retorno. i) Realizaremos el embocado de los marcos de las rejillas al conducto por el interior del agujero practicado, rellenando con trozos de fibra y encintando los bordes. k) Una vez finalizado el local e incluso pintado, colocaremos las rejillas, y pondremos en marcha la instalación. Ajustaremos la regulación de cada rejilla para conseguir que el aire salga en todas a la misma velocidad, mediante un anemómetro y un embudo que abarque todo el difusor. l) Si apareciesen ruidos excesivos en las bocas de salida o entrada, deberemos agrandarlas, o aumentar su número. También podemos variar la polea de los ventiladores del climatizador al objeto de reducir su velocidad de giro. Si en algún punto del local apareciesen corrientes de aire excesivas, deberemos ajustar la orientación de las rejillas para corregirlo, y en caso de ser difusores, cambiar su tipo por otro más abierto o cerrado.

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Conductos de chapa El proceso es igual hasta el punto d, en el que encargaremos a fábrica todas las piezas, remitiéndoles el plano lo más exacto posible. Una vez recibidas las piezas de chapa las instalaremos, y si algún tramo no encaja o cabe, podemos recortarlo y remacharlo, o devolverlo a fábrica para que lo rectifiquen. En caso de pequeños defectos, podemos cortar y modificar algún tramo con las herramientas siguientes:

Tijeras de chapa

Corte: •

Tijeras de chapa.

•

Máquinas de cortar chapa, amoladora.

Doblado: •

Alicates de presión para doblar.

•

Dobladora de chapa.

Uniones: •

Remachadora.

•

Tornillos rosca chapa.

•

Soldadura por arco. Utilizar electrodos de 1 mm, soldando con puntos sin hacer cordones.

Elementos de fijación y unión Los conductos de aire deben fijarse del techo de los locales mediante elementos de anclaje y suspensión, dado que normalmente van colocados a una altura inferior, y superior al falso techo.

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Los sistemas de anclajes se realizan mediante los elementos siguientes:

Anclajes •

•

Tacos para tabiquería hueca: –

Tacos de plástico expansivos.

–

Tacos metálicos expansivos.

–

Balancines.

–

Tacos químicos.

–

Alambre o brida pasada por dos perforaciones.

Tacos para hormigón. –

Tacos metálicos,

–

Tacos de plástico para hormigón.

–

Puntas expansivas con rosca.

•

Perfiles empotrados en obra.

•

Perfiles soldados a la estructura.

•

Tornillos pasantes en paredes o forjados con pletina trasera.

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Suspensiones •

Varillas roscadas:

•

Varillas M8, 10, cortadas a medida. C, tuerca D, Arandela E

•

Flejes perforados: Se sirven en rollos de varios tamaños.

•

Barras perforadas de apoyo: perfiles en forma de U, Omega, etc.

•

Alambre y esquinas de plástico. Alambre 1 mm galvanizado en rollos.

•

Abrazaderas colgadas.

Soportes y suspensiones de conductos

Otros apoyos •

Escuadras y soportes atornillados a paredes.

•

Anclajes en tramos verticales.

Los anclajes de los conductos de aire deben ser resistentes, pues aunque el peso de los conductos es pequeño, cuando circula el aire tienden a moverse y oscilar, y con el tiempo desprenden o parten los tacos y tirantes. También sucede que otras instalaciones aprovechan los soportes de la instalación de climatización para colgar diversos elementos que pueden sobrecargar los anclajes.

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Hay que desechar por completo los anclajes con alambre a otras instalaciones del techo, como tuberías de agua, tubos eléctricos, etc. No es conveniente tampoco utilizar astillas de madera cruzadas en perforaciones de bovedillas, ni alambre pasados por dos agujeros de ladrillos o bovedillas. Utilizar siempre tacos expansivos en tabiques de ladrillo, y tacos para hormigón en paredes macizas.

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14. EL MANTENIMIENTO DE LOS CONDUCTOS DE AIRE Los conductos de aire presentas los siguientes problemas con su uso:

Suciedad Se acumula en su interior polvo fino de color negro, pelusas, telarañas, etc. Para su limpieza hay varios procedimientos: •

Colocando aspiradoras en una boca e introduciendo una manguera de aire comprimidos que arrastre la suciedad hacia la aspiradora.

•

Mediante robots con cepillos, que se introducen en el conductos y de manipulan a distancia.

Las rejillas y difusores deben limpiarse con aire a presión y un paño húmedo, para arrastrar la pelusa depositada. Una vez limpio el conducto debe desinfectarse mediante un aerosol bactericida, que se introduce con el equipo en marcha por la impulsión, sin que haya personas en los recintos climatizados.

Limpiador de conductos

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Corrosión Los conductos de chapa pueden sufrir oxidación en ambientes húmedos, que debe pintarse con pinturas especiales para chapa galvanizada. La corrosión puede dar lugar a perforaciones y desgarros del conducto, con la consiguiente pérdida de aire.

Destrucción por humedad Afecta a los conductos de fibras minerales. La humedad perjudica al aglomerante de las fibras, y aumenta el peso del conducto, que se desmorona o agrieta.

Ruidos Se producen generalmente por existir piezas sueltas en uniones, soportes, rejillas, etc., que al pasar el aire comienzan a oscilar y traquetear, produciendo ruidos muy molestos. La solución es reapretar tornillos, o remachas las piezas sueltas. También aparecen ruidos al cerrar excesivamente algunas bocas de salida, y desequilibrarse los caudales. Entonces se crean en el interior del conducto ondas de presión que generan vibraciones y rumorosidad. En estos casos muchas veces lo que procede es reducir los caudales de impulsión mediante el ajuste de las poleas de los ventiladores, o incluso realizando un by-pass en la máquina.

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15. TRAZADO CON CONDUCTOS DE FIBRA El trazado y fabricación de conductos de fibra requiere unas técnicas específicas para obtener unos productos finales adecuados a su función, duraderos y estéticos, que describimos a continuación. Existen varios métodos de trazado que corresponden a las recomendaciones de los fabricantes; cada instalador con su experiencia adoptara uno o lo que más le interese de cada uno; hay que tener en cuenta que los fabricantes de herramientas de corte, que suelen coincidir con los fabricantes de panel establecen criterios propios y denominaciones de colores que a veces no coinciden entre si. Cada fabricante tiene un manual de montaje y conformación de figuras que amplia lo expresado en este texto; aquí daremos a conocer las figuras más sencillas que se presentan en las instalaciones.

Foto de escoda de las partes de una red de conductos

Material en bruto El formato más habitual de suministro de placas de fibra mineral es de 3 m de largo, por 1,20 m de ancho. Su espesor es de 20 a 25 mm. La fibra está aglomerada con una resina que le confiere rigidez, y una lámina de refuerzo que puede ser de papel o de aluminio (papel plata).

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Si tiene aluminio por las dos caras se denomina “doble aluminio”. Las cajas contienen 8 planchas, total 28,8 m2.

Herramientas Para realizar los cortes en las planchas, utilizaremos las herramientas apropiadas; existen juegos de cuchillas que realizan cortes estándar en los paneles y juegos que los fabricantes recomiendan para el uso con sus paneles. En ocasiones nos encontramos que cada cuchilla está marcada con un color para simplificar el proceso de elección de la misma durante la construcción. Las herramientas de corte suelen ser tres: •

Roja; realiza cortes en V, para plegar la plancha y realizar un canto (glascoair).

•

Azul: realiza el rebaje del extremo lateral del conducto, dejando una pestaña para que encaje y se grape al primer tramo.

•

Negra: realiza el encaje de media madera, para empalmar un conducto con el siguiente.

Tramo recto con cortes media madera

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Tipos de cantos

Tramo recto con cortes en V

Los cantos se realizan según la herramienta usada, y son: •

Canto en V: es el realizado tradicionalmente.

•

Canto en media madera: usado recientemente, mejora la estanqueidad y la rigidez del conducto, y puede reforzarse con un perfil metálico en forma de z, quedando los conductos muy fuertes.

Grapado Los conductos se unen mediante grapas metálicas realizadas con una grapadora especial. Las grapadoras para conductos de fibra suelen ser manuales o mediante aire comprimido. Las grapas se abren hacia los lados dentro de la fibra.

Canto grapado

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Grapadora

15.1. Tramo recto

Foto medidas conducto recto

Para trazar un tramo recto marcaremos en una plancha de fibra los puntos donde colocar la regla que guiará la herramienta de corte. Haremos marcas respetando las distancias: A-40 B-40 A-40 B-40

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Los tres primeros cortes los haremos con la herramienta roja, y el último con la herramienta azul. Plegaremos los tramos y cerraremos el conducto grapando la pestaña sobre le primer tramo.

15.2. Reducción a una cara Se utiliza para reducir la sección tras una boca de salida. También para ir reduciendo un conducto a medida que se van colocando bocas de salida. Reducir una cara es más fácil que reducir dos. La figura a cortar debe tener la forma de la figura, y se obtiene a partir del desarrollo de la figura formada por una C, con una tapa lateral. Hay que tener en cuenta que la tapa se introduce en la C unos 13 mm, por lo que hay que aumentar todos los lados de la C en esa medida:

Reducción a una cara

15.3. Curvas a) Redonda Se realiza cortando la parte inferior y superior con el cuchillo, sobre el trazo de la curva necesaria, sin cortar la lámina inferior de aluminio.

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Se mide 40 mm. por el exterior de la curva trazada, y se corta todo el panel con el cuchillo. Se retira la fibra para que quede una pestaña de 40 mm. por el exterior de la pieza. Las paredes exterior e interior de la curva se realizan contando un rectángulo de la altura del conducto más 40 mm. y de la longitud del desarrollo de la curva. El corte es total del panel.

Posteriormente se cortan las dos paredes, exterior e interior, a las que realizaremos unos cortes para poder doblarlas y ajustarlas al trazado curvo de la tapas. El corte de las paredes será recto, y posteriormente por los dos bordes se realiza un canteado con la herramienta negra. Para que las paredes de la pieza puedan tomar la forma curva, deberán realizarse cortes verticales.

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Finalmente, se grapan las paredes a las caras, y se encintan.

b) Curva a partir de un tramo recto Para realizar un codo a partir de un tramo recto debemos realizar dos cortes alrededor de todo el conducto, con un ángulo respecto del conducto de 67,5° (90 – 45/2), de forma que nos quedan tres tramos rectos.

El tramo intermedio lo giramos 180° en el sentido transversal al conducto. Finalmente pegamos con cola especial de fibra las uniones, y encintamos apretando fuertemente las caras. Antes de utilizar el conducto deberemos esperar unas horas hasta que endurezca la cola.

15.4. Derivación horizontal y vertical a) Horizontal Se realiza para sacar un ramal de un conducto principal, el cual se reduce en anchura tras dicha derivación. Normalmente, el ancho del conducto tras la derivación queda con un acho menor o igual al ancho de la derivación.

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Derivación sencilla

Se traza igual que la curva cortando la placa inferior y superior, y después se cortan las tapas laterales realizando cortes en la fibra, y grapándolas a las caras superior e inferior.

b) Vertical Se realiza para sacar una bifurcación en vertical de un conducto principal, el cual se reduce de altura tras dicha derivación. Se usa para realizar ramales que van a plantas superiores. Su trazado es similar al de la derivación horizontal con un giro de 90°.

15.5. Pantalón

Doble derivación. Pantalón

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Se denomina pantalón a una derivación doble, es decir cuando un conducto se divide en dos ramales simétricos o distintos. Se traza y construye igual que las derivaciones horizontales. Primero cortamos la pieza inferior. Trazando las curvas y dejando un pequeño tramo recto para embocar los conductos siguientes. Usamos la pieza inferior como plantilla para cortar la pieza superior, ya que han de ser iguales. Los tabiques laterales los realizaremos a partir de una tira larga con cortes de la herramienta azul a ambos lados.

15.6. Embocaduras Se denominan así a los acoplamientos del conducto a la máquina o ventilador, de forma que quede estanco, pero que permita la vibración de la máquina sin dañarse el conducto. Los ventiladores y equipos tienen una salida de aire rectangular con cuatro pestañas, que utilizaremos para encajar dentro del conducto, de forma que quede los más ajustado posible. Posteriormente encintaremos el conducto a la máquina para que quede estanco. En el caso de grandes equipos, es necesario intercalar un acoplamiento flexible, que es un trozo de conducto realizado con un material elástico (caucho, PVC) que se une al equipo y al conducto, y permite oscilar la

Embocadura máquina

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máquina sin perjudicar a los conductos. En el caso de conductos de chapa es imprescindible, ya que evita que el ruido del equipo se transmita por los conductos a los locales. También son embocaduras las conexiones a rejillas de entrada o salida de aire. Es la unión entre la perforación realizada en el conducto y el marco de la rejilla, que puede estar obrado a las paredes. Se realiza por el interior del marco, con pequeños trozos de fibra, encintando bien todos los bordes.

15.7. Métodos con tramos rectos Es un sistema de construcción de conductos que evita el realizar piezas curvas, sustituyéndolas por segmentos rectos o “gajos”. Con este método no se realizan curvas, sino que se realizan con trozos de conductos rectos cortado en ángulo y empalmados.

Construcción de codo con tramo recto

Tiene la ventaja de que las piezas especiales son más rápidas de construir, y que el rozamiento interior, aunque parezca que será mayor que en las piezas curvas, resulta ser menor, ya que en las piezas curvas las paredes interiores quedan rugosas y con cortes, y las realizadas a partir de tramos rectos quedan lisas y perfectas.

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Formas de conductos

Con el sistema del tramo recto se pueden realizar codos, desviaciones, derivaciones y dobles derivaciones. Si los conductos no son muy grandes (de menos de 1000 mm) es un sistema preferible al tradicional.

15.8. Ensamblaje de tramos de conductos Una vez realizados los tramos y piezas especiales, deberán unirse mediante un solape (realizado con la herramienta negra), grapado, y encintado. Hay que procurar que la esquina grapada quede continua en todos los tramos unidos.

Sentido de circulación del aire

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No es admisible uniones en las que los conductos tengan dimensiones diferentes, ni deformaciones o falta de paralelismo. En general los conductos se realizan en tramos de 1,20 m, que es la anchura de las placas. Para realizar un conducto de 3,60 m deberemos unir tres tramos. Si los conductos son pequeños y largos, pueden cortarse de 3 m de largo, cortando las planchas a lo largo, siempre que el desarrollo de la pieza sea menor de 1,20 m. que es el ancho de una placa. Los tramos de conductos pueden unirse en piezas de unos 3 ó 4 m, que es el máximo que puede trasladarse por las obras. Además, hay que elevarlos a su altura de montaje, y los tramos mayores pueden partirse al moverlos. Hay que colgar los conductos a una cierta distancia del techo, que nos permita grapar la parte superior de la unión y encintarla. Posteriormente, elevaremos todo el conducto ensamblado a su altura definitiva, con cuidado de no deformarlo.

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16. CONTROLES Y MEDIDAS EN INSTALACIONES DE VENTILACIÓN Una vez acabada la instalación de una red de conductos de aire, deberemos verificar que su funcionamiento es el proyectado, midiendo sobre todo los valores de velocidad de aire, y nivel de ruido producido.

16.1. Velocidad en conductos La velocidad de circulación del aire por el interior del conducto la podemos medir mediante un anemómetro con la punta fina, llamado de hilo caliente. Estos anemómetros tienen una punta con una resistencia eléctrica, y un termopar. La resistencia se calienta, pero al pasar el aire del conducto a su través, se enfría, en proporción directa a la velocidad del aire. Con este instrumento pincharemos el conducto, y tras medir, taparemos el pequeño agujero con un trozo de cinta. La velocidad excesiva del aire provoca sobre todo ruido y movimientos en el conducto.

16.2. Velocidad en salidas de aire La velocidad de salida de aire en rejillas y difusores es un tema crucial para el buen funcionamiento de la instalación y el confort de los ocupantes. Una velocidad de salida de aire excesiva produce: •

Ruido continuo y muy molesto.

•

Corrientes de aire molestas.

•

Desequilibrios en la red de conductos. Si todo el aire sale por una rejilla, las otras tendrán poco caudal.

Repetimos que es muy recomendable instalar siempre rejillas de salida de aire con regulador de caudal, de forma que podamos ajustar el caudal de salida de cada una, y crear la pérdida de carga que precisa para que todas las salida queden iguales. El mejor sistema es medir la velocidad de salida del aire en la rejilla, y ajustarlas de forma que todas queden igual. Para medir la velocidad de aire en la salida, pegaremos el anemómetro a la rejilla. En el caso de difusores, deberemos utilizar un cono o embudo, que podemos fabricarnos con chapa, para conducir el aire a una salida recta.

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Cono de medición de difusores

16.3. Presiones estática, dinámica, total Las presiones excesivas en el interior de un conducto de aire pueden deformarlo, y hasta reventarlo. Para medir la presión utilizaremos un manómetro diferencial, que mide la diferencia de presión entre dos puntos, que serán el interior del conducto y el ambiente. El manómetro tiene dos tubos, de forma que pincharemos el conducto e introduciremos uno de ellos, hasta que quede a ras de las paredes

Presiones en un conducto sin circulación de aire

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interiores. La medida en Pa o mm.c.a nos indicará la sobre-presión del interior (presión estática). Si introducimos los dos tubos, de forma que uno quede recto (perpendicular al flujo de aire), y el otro quede curvado u encarado a la corriente, obtendremos la presión dinámica o debida a la velocidad del aire. Si sólo introducimos un tubo, pero curvado y enfrentado a la corriente, obtendremos la presión total. Se cumple siempre que: Presión total = Presión estática + presión dinámica Si no circula aire por el conducto, puede haber presión, pero la presión dinámica será nula, y la total será igual a la estática.

Presiones en un conducto con circulación de aire

En las mediciones de presión hay que tener cuidado con saber si el conducto trabaja a compresión (el ventilador empuja el aire hacia el conducto), o a depresión (el ventilador aspira aire del conducto), pues las medidas serán diferentes. En caso de estar el conducto a depresión, los valores medidos serán negativos.

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16.4. Nivel sonoro El nivel sonoro producido por un conducto de aire es un factor que depende principalmente de la velocidad de circulación. Es además un factor determinante para su cálculo. Es decir, dimensionaremos un conducto para que se produzca un nivel de ruido máximo: En vivienda menor de 35 dBA. En locales comerciales menor de 45 dBA. En grandes locales 50 dBA. Si un conducto de aire produce ruido puede ser por: •

Exceso de velocidad del aire: debemos reducir la velocidad del ventilador, abrir más salidas de aire, o ensanchar el conducto.

•

Estrangulamiento u obstáculos interiores: verificar ausencia de trozos despegados, desgarrones, etc.

•

Demasiadas salidas cerradas.

•

Vibraciones por falta de sujeción.

•

Transmisión de ruido del ventilador: instalar acoplamientos flexibles o silenciadores.

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17. LA SEGURIDAD EN EL MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE CONDUCTOS DE AIRE Los riesgos principales que aparecen el montaje de conductos de aire son: •

Caídas a distinto nivel por trabajos en altura sobre escaleras, andamios, etc. Utilizar barandillas y arneses de seguridad. Las escaleras deben ser suficientemente altas y con plataforma superior y barra de apoyo. Utilizar andamios con barandillas.

•

Cortes por bordes de chapa o cuchillos. Utilizar siempre guantes y ropa apropiada.

•

Proyecciones de limaduras en cortes mediante amoladora. Utilizar siempre gafas protectoras, guantes y monos adecuados.

•

Aspiración de fibras minerales. Utilizar mascarillas en cortes con máquina, o máquinas dotadas de aspiración localizada de virutas. Utilizar mascarillas en la limpieza mediante soplado.

•

Inhalación de vapores de disolventes y colas. Realizar en ambientes bien ventilados.

•

Sobreesfuerzos y malas posturas. Evitar trabajar desde baja altura, para evita daños en el cuello. Durante la carga y descarga, realizarla entre varios operarios.

Los medios de protección son: •

Personales: guantes, ropa resistente, botas de seguridad, petos, gafas, casco, máscaras y mascarillas.

•

Arneses, cinturones de seguridad, andamios con barandillas. escaleras con apoyo superior.

•

Herramientas adecuadas, con resguardos y aspiración.

•

Mesas de trabajo sólidas.

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RESUMEN Los parámetros de un conducto son la velocidad, la sección, el caudal, la rugosidad, la pérdida de carga y la presión. Los conductos pueden ser de alta, media o baja velocidad. La pérdida de carga unitaria es la pérdida de presión que se produce en un metro lineal de conducto.

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ANEXOS (tablas y ábacos) •

Gráfico para cálculo de conductos de aire.

•

Tabla para pasar de secciones circulares a rectangulares.

•

Longitudes equivalentes de piezas especiales.

•

Velocidades recomendadas en conductos de aire.

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Gráfico para cálculo de conductos de aire Presiones en un conducto con circulación de aire

Entrar con el caudal horizontalmente, y al cruzar la línea vertical I, II o III, hallar el diámetro (líneas inclinadas a la derecha), y la velocidad (inclinadas a la izquierda).

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Tabla para pasar de conductos circulares a rectangulares

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Longitudes en metros a sumar por cada codo, según su tamaño:

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Valores máximos de velocidad de aire en conductos Conductos principales

Uso del local

Velocidad M/s

Viviendas y salones

4

Oficinas, restaurantes

5,5 a 6,5

Salas de espectáculos

6,5 a 9

Grandes almacenes

9 a 10,5

Ramales pequeños

Velocidad M/s Viviendas y salones

3

Oficinas, restaurantes

6,5

Salas de espectáculos

5,5

Grandes almacenes

7,5

Salidas de aire

Tomas aire exterior

Velocidad M/s Viviendas y salones

2,5 a 3,5

Oficinas, restaurantes

2,5 a 3,5

Salas de espectáculos

4,5 a 5,5

Grandes almacenes

6a9

Todos

3,5

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Para ventilar un garaje de automóviles, describe qué material de conductos será mejor. Si la altura del local es baja, ¿qué sección será más adecuada? 2. ¿Qué conductos tienen más pérdida de carga, ¿los rígidos o los flexibles? Razónalo. 3. ¿Cuánto suele ser el tanto por ciento de desperdicios en la instalación de conductos de fibra? Describe por qué se produce este desperdicio. 4. ¿Por qué los conductos de chapa no se fabrican en la obra? 5. ¿Podemos utilizar conductos de chapa para un climatizador de aire frío? ¿Qué precaución hay que tomar? 6. Describe cómo se realiza una boca a un conducto de fibra que está instalado sobre el falso techo de escayola. 7. Di cómo afectan las humedades a los conductos de fibra y de chapa. 8. ¿Cómo repararías un conducto de chapa con picaduras por óxido? 9. Dimensiona la red de conductos de extracción de un garaje de 600 m2, con 4 bocas en línea separadas entre si 8 m. y un tramo final de 3 m.

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LABORATORIO 1. Realizar un codo con fibra de vidrio mediante el sistema curvo con un conducto de 200 x 150 mm. 2. Realizar un codo con fibra de vidrio mediante el sistema del tramo recto con las mismas medidas. 3. Realizar una ampliación a una cara en el conducto anterior a 200x300. 4. Realizar una derivación lateral de un conducto principal de 300x150 a 150x150, de 500 mm de largo. 5. Embocar un difusor en la parte inferior del conducto principal anterior, y una rejilla de 150x100 en el ramal. 6. Anclar un conducto de chapa circular de 500 mm en una pared o panel, mediante abrazadera y varillas roscadas. 7. Unir dos conductos de chapa mediante remachado. 8. Realizar una ventana a un conducto de chapa y remachar una rejilla. 9. A una climatizadora de conducto horizontal, realizarle el embocado de un conducto de impulsión y retorno.

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BIBLIOGRAFÍA Manual de construcción de conductos Climaver. Manual de construcción de conductos Glascoair. Manual para la construcción de conductos con panel sándwich de la empresa Salvador Escoda. Manual de ventilación de la empresa SOLER&PALAU. Prontuario de la empresa CIATESA S.A.

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M 6 / UD 4

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

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Objetivos ........................................................................................

189

1. ¿Qué es la difusión de aire? ....................................................

191

2. Parámetros que se regulan con la difusión............................

192

2.1. Velocidad de salida Veff ...................................................

193

2.2. Velocidad efectiva.............................................................

193

2.3. Velocidad residual en la zona ocupada...........................

194

2.4. Alcance..............................................................................

195

2.5. Punto crítico .....................................................................

197

2.6. Espesor de la vena en aire, e en m..................................

199

2.7. Caudal inducido, Qi en L/s o m3/h. ..............................

199

3. Consideraciones a tener en cuenta en las instalaciones de distribución de aire .................................................................

201

3.1. Prevención de zonas mal acondicionadas ......................

201

3.2. Prevención de cortacircuitos ...........................................

202

3.3. Prevención de estratificaciones .......................................

203

3.4. Control de la velocidad final o residual..........................

204

3.5. Control del nivel de ruido ...............................................

204

4. Tipos de material de difusión y su aplicación .......................

206

4.1. Rejillas...............................................................................

206

4.2. Difusores ...........................................................................

207

5. Sistemas de zonificación. Compuertas motorizadas, servos, centralitas.................................................................................

211

6. Proceso de cálculo de una instalación de difusión de aire...

214

Resumen ........................................................................................

217

Anexo ...........................................................................................

219

Glosario..........................................................................................

225

Laboratorio....................................................................................

227

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INTRODUCCIÓN La difusión es la técnica que gestiona la distribución del aire en los locales, con su dominio se consigue que el aire impulsado por los ventiladores y distribuido por los conductos llegue a los usuarios de los locales en condiciones de confort. Una elección correcta de los elementos de difusión provocará una instalación confortable, velocidades de aire correctas, temperaturas homogéneas y ruidos admisibles. Por el contrario, una elección poco acertada puede llevar una buena instalación a ser considerada como inaceptable. Por desgracia, en la actualidad nos encontramos con instalaciones realmente costosas que resultan ineficaces o ruidosas; es función del técnico y del proyectista la elección de un buen sistema de difusión.

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OBJETIVOS •

Conocer las principales variables que afectan a una buena distribución del aire en los locales.

•

Conocer los distintos tipos de materiales de difusión que existen en el mercado.

•

Saber seleccionar los elementos de difusión necesarios para una instalación tipo.

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1. ¿QUÉ ES LA DIFUSIÓN DEL AIRE? Llegados al punto de avances tecnológicos y materiales conseguidos en la sociedad actual, ya no se concibe el diseño de un local público o comercial en el que no exista una instalación de aire acondicionado o calefacción. Para conseguir que el aire tratado sea distribuido en los locales en condiciones óptimas, velocidades aceptables y con el mínimo ruido posible, usaremos la técnica llamada de “difusión del aire” que consiste en la gestión de los medios materiales (elementos de difusión) y técnicos con el fin de conseguir una instalación confortable.

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2. PARÁMETROS QUE SE REGULAN CON LA DIFUSIÓN SÍMBOLOS, DEFINICIONES Y UNIDADES DE MEDIDA

L

Longitud nominal de la unidad

mm

H

Altura nominal de cuello

Mm

Ø o D Diámetro nominal de la unidad

Mm

Q

Caudal del aire impulsado o retornado

L/s o m3/h

Qi

Caudal del aire inducido

L/s o m3/h

f

Factor de Inducción o coeficiente para caudal del aire inducido por el impulsado

Vs

Velocidad de salida del aire en la superficie total de la rejilla o en el cuello del difusor

Vef

m/s

Velocidad efectiva de salida, medida entre lamas del difusor o rejilla

Pt

-

m/s

Pérdida de carga total, estática más dinámica, al paso del aire por la unidad

Pa o mm c.a.

Lpa

Nivel de presión sonora

dB(A)

Lwa

Nivel de potencia sonora

dB(A)

Lp

Nivel de presión sonora

dB

Lw

Nivel de potencia sonora

dB

Al

Alcance teórico del aire hasta la velocidad final considerada

Alr

m

Alcance real del aire que resulta de aplicar las correcciones al valor Al

6t

m

Diferencia de temperatura entre el aire impulsado y el aire ambiente

°C

D

Desviación de la vena de aire

m

d

Desviación unitaria de la vena de aire

m/°C

e

Espesor de vena de aire a la velocidad

Pc

final 0,25 m/s

m

Punto crítico

m

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2.1. Velocidad de salida Es la velocidad con la que el aire sale de la rejilla o difusor; se mide a 30 mm. de distancia horizontal desde el punto de salida; se mide con un anemómetro y corresponde a la superficie total de paso de la rejilla.

Medición de la velocidad de salida en una rejilla de impulsión

Aumenta proporcionalmente con el caudal de aire y afectará fundamentalmente al alcance del aire en el local y al ruido producido.

2.2. Velocidad efectiva V eff. Es la velocidad que se produce entre lamas en la rejilla o en el difusor; es mayor que la de salida pues se descuenta la superficie ocupada por las lamas y la superficie neta o efectiva [Aeff] es menor. Está limitada en las instalaciones por los efectos que producen una velocidad excesiva de paso del aire por la unidad: pérdida de carga, alcance y nivel sonoro. En las tablas de selección de los fabricantes se indican caudales de aire máximos que no sobrepasan la velocidad más alta recomendable para cada unidad de impulsión o extracción, ya que en caso de sobrepasarlas se producirían vibraciones o exceso de ruido. Las velocidades recomendables y más comunes con que se trabaja son:

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Rejillas de impulsión

2,5…3,5 m/s

Rejillas de retorno con lamas a 45° con o sin filtro

1,5…2,5 m/s

Rejillas de retorno de retícula

2,5…3,5 m/s

Rejillas de puerta

1,0…1,5 m/s

Rejillas de suelo

1,5…3,0 m/s

Difusores circulares (velocidad en cuello)

2,5…4,0 m/s

Difusores cuadrado (velocidad en cuello)

2,5…4,0 m/s

Difusores lineales

4,0…9,0 m/s

Rejas de toma y expulsión de aire

2,5…5,0 m/s

Rejillas lineales para cortinas de aire

4,0…6,0 m/s

2.3. Velocidad residual en la zona ocupada Es la velocidad que afecta directamente sobre los ocupantes; se le llama residual porque ya no tiene función de transporte, únicamente se mantiene por cuestiones de confort. Nunca el aire debe de entrar en la zona ocupada con una velocidad superior a las recomendadas, que son las indicadas en siguiente tabla. Actividad de los ocupantes

Ejemplo

Velocidad final en m/s.

Alta

fábricas y similares

0,5 a 0,7

Media

oficinas y similares

0,35 a 0,5

Baja

salas de espera y similares

0,25 a 0,35

Existe una tolerancia a la velocidad superior en la época de verano, por el efecto refrescante que se produce con el movimiento de aire, llegando a ser incluso necesario que exista un movimiento mínimo; sin embargo, en invierno las corrientes de aire afectan negativamente a la sensación de confort.

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2.4. Alcance Es la distancia desde la unidad de impulsión al punto en el que la velocidad en el centro de la vena de aire ha descendido hasta la velocidad final considerada, generalmente 0,5 m/seg. De alguna manera, es el dato proporcionado por los fabricantes que nos indica hasta dónde llega la vena de aire y la zona que es capaz de climatizar un elemento de difusión (rejillas, difusores, etc.). El alcance puede ser isotérmico o no; se considera alcance isotérmico cuando el aire impulsado tiene la misma temperatura que la del ambiente (casos de sólo ventilación) y alcance no isotérmico cuando la temperatura de la impulsión es diferente a la del ambiente (refrigeración o calefacción). La misma rejilla tiene un alcance mayor cuando la temperatura del aire impulsado es la misma que la del ambiente; cuando es diferente presenta una desviación de la vena de aire que tiende a subir en invierno, por ser de temperatura superior a la del ambiente, y a bajar en verano, por ser inferior; a este fenómeno lo llamamos desviación.

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Alcance con efecto techo (Efecto Coanda) Cuando el aire es impulsado por difusores de techo o por rejillas de pared situadas a una distancia menor de 30 cm. del techo, la vena de aire se adhiere al techo en su recorrido. Este fenómeno facilita que no incida en la zona de ocupación hasta haber descendido su velocidad hasta valores que no provocan sensación de corriente de aire, a la vez que aumenta el alcance de la vena de aire.

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Alcance sin efecto techo Si la impulsión se realiza desde la pared a una distancia del techo mayor de 30cm. el efecto de techo o efecto COANDA no se produce. Entonces el Alcance Real disminuye aproximadamente en un 25%.

2.5. Punto crítico El efecto techo se mantiene mientras la velocidad del aire es superior a 0,25 – 0,35 m/seg. Cuando la velocidad es menor, la vena de aire se despega del techo y comienza a descender; en el punto que esto se produce se le denomina punto crítico. Normalmente se puede determinar a partir de los datos que nos proporcionan los fabricantes en sus catálogos de selección. Existen programas de selección de material de difusión que nos aportan varios datos relativos al alcance; como el alcance se calcula para una velocidad determinada, un mismo elemento de difusión tiene varios alcances en función de la velocidad final que determinemos. Por eso es normal encontrar las siguientes expresiones: Al02 = Alcance a una velocidad final de 0.2 m/seg. Al03 = Alcance a una velocidad final de 0.3 m/seg.

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2.6. Espesor de la vena de aire, e en m. Es la altura vertical de la vena de aire en el punto donde la velocidad final es la considerada. Generalmente aparece cuando el aire impulsado llega a su punto crítico.

2.7. Caudal inducido, Qi en L/s o m 3/h. Cuando una vena de aire sale de un elemento de difusión éste crea un efecto de arrastre sobre el aire del ambiente, generándose una mezcla del aire impulsado y el del ambiente, que presenta características intermedias; a medida que avanza la vena de aire se va haciendo más voluminosa y pierde velocidad; se llama caudal inducido a la cantidad de aire que es arrastrado por este fenómeno. La inducción aumenta con la superficie de contacto de la vena de aire, de manera que según la necesidad se debe potenciar o disminuir. Si se pretende que el alcance de un elemento sea grande se favorecerán venas de aire con poco perímetro, por ejemplo circulares o cuadradas, que son figuras geométricas con poco perímetro en relación a la superficie. En ocasiones se pretende lo contrario, poco alcance o que cuando llegue a la zona ocupada el aire se haya mezclado de forma que no presente excesiva diferencia con el ambiente (caso de los difusores de techo circulares que tienen una forma geométrica de aros concéntricos que favorece la inducción); otro motivo puede ser que exista una pared

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enfrente de la rejilla de difusión y se pretenda evitar que rebote disminuyendo el alcance, en cuyo caso colocaríamos una rejilla de impulsión rectangular de poca altura.

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3. CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA EN LAS INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE Las instalaciones de distribución de aire son un elemento fundamental y determinantes del confort en los locales acondicionados; existen unas consideraciones básicas a tener en cuenta para conseguir el confort pretendido y las detallamos a continuación.

3.1. Prevención de zonas mal acondicionadas Este defecto se da en las instalaciones que presentan zonas en el que el aire no es capaz de llegar, generalmente porque el retorno no está bien situado o la impulsión de aire no es suficiente. Es un defecto de diseño que se tendrá que prever en la fase de diseño, porque si se produce, en ocasiones resulta difícil de solucionar.

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3.2. Prevención de cortocircuitos Los cortocircuitos de aire se producen cuando el aire de la impulsión es enviado directamente a las rejillas de retorno impidiendo que cedan el frío o el calor que transporta.

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3.3. Prevención de estratificaciones Estratificar el aire es situar el aire caliente en la zona más alta y el aire frío en la zona más baja; siendo acentuado en función del aumento de la altura en los locales, este fenómeno puede ser positivo o negativo desde el punto de vista de confort y ahorro energético. En general, diremos que es positivo en verano y negativo en invierno. Las estratificaciones de aire caliente (invierno) suelen producirse cuando se dan una o dos de las circunstancias siguientes: •

El aire de impulsión está mucho más caliente que el ambiente.

•

La velocidad del aire de impulsión es baja y por la parte superior del local.

•

El retorno está situado en la zona alta del local.

Si se reúnen las condiciones señaladas el aire circulará lentamente desde la impulsión hasta el retorno por la parte alta del local, siendo incapaz de llegar a la zona ocupada y resultando ser una instalación muy deficiente. Sabemos que el aire caliente siempre tiene tendencia a elevarse, por eso tendremos que tomar precauciones en la fase de diseño de la instalación: •

Colocar el retorno en la parte inferior.

•

Aumentar la velocidad de impulsión, generar inducción con aire del local y tratar de dirigir la vena de aire a la zona más baja.

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3.4. Control de la velocidad final o residual Como ya hemos visto anteriormente, la velocidad residual o de la zona ocupada es fundamental; se debe mantener sin provocar exceso de movimiento de aire en la zona ocupada. Se debe diseñar la instalación de forma que se mantengan las condiciones de velocidad recomendadas para un sistema confortable.

3.5. Control del nivel de ruido El ruido es un contaminante muy perjudicial para la salud de las personas, carece de sentido y llega a rozar el ridículo que pretendiendo generar un ambiente térmico confortable lleguemos a perjudicar a los ocupantes de un local por el ruido producido por las instalaciones. En los sistemas de difusión de aire se suele producir por elevar excesivamente la velocidad efectiva en los elementos terminales; todos los fabricantes aportan en sus tablas o programas de selección el nivel de ruido que generarán estos elementos, dependiendo de la actividad o tipo de local. Este parámetro será tenido en consideración siempre que seleccionemos un elemento de difusión.

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4. TIPOS DE MATERIAL DE DIFUSIÓN Y SU APLICACIÓN 4.1. Rejillas 4.1.1. Simple deflexión Como se observa en la imagen, son las que tienen sus lamas regulables y pueden variar su dirección una vez instaladas; su posición permanece invariable hasta que son reguladas manualmente de nuevo. Las lamas pueden estar orientadas en sentido horizontal y vertical; en la imagen aparece una rejilla de lamas horizontales.

4.1.2. Doble deflexión Tienen las mismas características que las anteriores pero su regulación es doble; puede ser vertical y horizontal ya que dispone de dos filas de lamas en ambos sentidos.

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4.1.3. Fijas Se diferencian de las anteriores en que no pueden ser reguladas ya que sus lamas están unidas al marco sin posibilidad de movimiento.

4.1.4. Retorno Se utiliza en las instalaciones para captar el aire de retorno a la unidad climatizadora y para la extracción de aire en locales. Suelen ser de lamas fijas ya que no tienen la misión de dirigir el aire en ninguna dirección en concreto y su coste es menor.

4.2. Difusores Un difusor es una boca de salida de aire que lo suministra en varios planos y direcciones.

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4.2.1. De techo, circulares y cuadrados Estos difusores están diseñados para su aplicación en aire acondicionado, ventilación y calefacción. Su montaje se realiza en falsos techos o suspendidos del techo. Su forma garantiza una difusión uniforme del aire en todas direcciones, si es circular, y en cuatro si es cuadrado, lo que proporciona un elevado índice de inducción del aire ambiente. Estos difusores pueden utilizarse en locales con alturas de hasta 4 metros y un diferencial de temperatura de hasta 12° C, obteniendo buenas prestaciones tanto en velocidad del aire como en nivel de presión sonora en la zona de confort.

4.2.2. Lineales de techo, pared y suelo Los difusores lineales se utilizan para combinar la estética con las prestaciones técnicas. Su montaje se realiza en falsos techos o suspendidos del techo. Posibilitan la formación de líneas continuas de difusor, con zonas activas e inactivas, sin romper la uniformidad estética del conjunto. Adecuados tanto para la impulsión como para retorno. Mediante la regulación de sus aletas, orientables individualmente, se puede obtener una distribución horizontal del aire en una u otra dirección o una proyección vertical del mismo sin modificar el volumen del aire.

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Los difusores admiten una variación de caudal del 60% manteniendo la estabilidad de vena de aire. Estos difusores pueden ser utilizados en alturas de 2,6 hasta 4 metros y con un diferencial de temperatura de hasta 12° C.

4.2.3. Rotacionales Los difusores rotacionales están diseñados para su aplicación en aire acondicionado, ventilación y calefacción de locales con alturas superiores a 4 metros y un diferencial de temperatura de hasta 15° C. Son indicados tanto para uso industrial como en ámbito de confort. Su forma circular, junto con el diseño helicoidal de sus aletas, provoca una difusión rotacional de la vena de aire, obteniendo un elevado índice de inducción y reduciendo la estratificación. La difusión del aire puede ser variada mediante la regulación del ángulo de impulsión de sus aletas, manualmente o mediante un motor eléctrico, variando de proyección horizontal a proyección vertical según las necesidades. Su montaje se realiza en el techo.

4.2.4. Perforados Los difusores perforados están diseñados para su aplicación en aire acondicionado, ventilación y calefacción. Su montaje se realiza en falsos techos. El diseño de la placa perforada del difusor provoca una impulsión horizontal del aire en 4 direcciones, con un acentuado efecto coanda. Sus múltiples pequeñas aberturas proporcionan al difusor un elevado índice de inducción, asegurando un flujo de aire uniforme en toda la sección de paso. Los difusores admiten una variación de caudal del 60% manteniendo la estabilidad de vena de aire.

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Estos difusores pueden ser utilizados en alturas de 2,6 hasta 4 metros y con un diferencial de temperatura de hasta 12° C. Su diseño, sobrio y discreto confiere a los difusores una excelente capacidad de integración arquitectónica en los techos de construcción moderna.

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5. SISTEMAS DE ZONIFICACIÓN. COMPUERTAS MOTORIZADAS, SERVOS, CENTRALITAS El sistema de zonificación permite un control de temperatura individualizado de diferentes zonas con un mismo equipo de tratamiento de aire, con el fin de conseguir un aumento del confort en cada una de ellas. Además, se disminuye el consumo eléctrico y se aumenta la eficiencia energética de la instalación. Generalmente los sistemas de zonas están diseñados para trabajar con equipos de climatización de expansión directa (sólo frío o bomba de calor) de tipo conducto; algunos de ellos permiten controlar equipos de dos etapas de compresor. Con sistema de zonas se solucionan los problemas típicos que presentan las instalaciones centralizadas convencionales, como: •

Aparición de zonas frías o calientes debido a las diferencias de carga térmica entre las distintas habitaciones.

•

Climatización de zonas desocupadas al no considerar la simultaneidad de uso.

•

Sobredimensionado de los equipos de producción.

El sistema de zonificación permite dividir un recinto en zonas independientes de control. Se instala en cada una de ellas un termostato y una compuerta de regulación motorizada (tipo TODO/NADA) gobernada por la central de control, con el fin de aumentar el confort en la totalidad del recinto. Además, el sistema de zonas no sólo aumenta el confort y el control sino que disminuye el consumo eléctrico, la inversión en el equipo de climatización y la potencia eléctrica contratada, lo que permite un ahorro de dinero y amortizar la inversión en un periodo razonable de tiempo. Componentes principales del sistema Central de control

Permite controlar las zonas y el equipo de climatización.

Termostatos

Termostatos de control ambiente en zonas, con una precisión de +/- 0.5 °C.

Regulaciones motorizadas

Adaptables a cualquier instalación. Motor 24 Vdc.

Equipo de climatización

Compatible con cualquier equipo del mercado. Controla equipos de 2 etapas.

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El siguiente esquema muestra un ejemplo del funcionamiento de un sistema de zonas:

Los termostatos instalados en cada una de las zonas a climatizar envían una señal a la central electrónica de control que, en función de la señal recibida y de la temperatura seleccionada, abre o cierra las diferentes regulaciones motorizadas instaladas en cada zona. La central, gobernada por el termostato MASTER, también controla el paro/marcha (ON/OFF) del equipo de climatización y el modo de funcionamiento (frío / calor). De este modo se puede controlar la temperatura en cada una de las zonas, contrarrestar la variación de la carga térmica a lo largo del día y climatizar únicamente las zonas ocupadas en cada instante. Los componentes de los sistemas de zonas son los siguientes: •

Central electrónica de control.

•

Termostatos. MASTER y ZONA.

•

Regulaciones Motorizadas.

•

Compuertas de sobrepresión.

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6. PROCESO DE CÁLCULO DE UNA INSTALACIÓN DE DIFUSIÓN DE AIRE Partiremos de los datos siguientes: •

Caudal a extraer o impulsar, en m3/h, que nos viene dado por las características técnicas del climatizador. En el caso de equipos climatizadores donde no conocemos el caudal de impulsión, podemos calcularlo multiplicando su potencia frigorífica en Watios 0,23. Q (m3/h) = P (Watios) x 0,23

•

Altura del local.

•

Altura de colocación de los difusores o rejillas.

a) Plantear una distribución de difusores en el techo del local. Para distribuir las rejillas por un local, podemos dibujar una malla con un lado igual a la altura libre del local; es decir, si el local tiene 4m de alto, dibujar las rejillas separadas 4m unas de otras. Hay que tener en cuenta que la separación de las paredes debe ser la mitad (2 m). Las zonas singulares, rincones, etc., deben resolverse posteriormente, con soluciones específicas. b) Ajustar a un valor exacto. Si de lado a lado de pared nos caben tres difusores, pero el último tramo queda más largo o más corto, podemos dividir la distancia en tres partes. Ejemplo: si el ancho del local es de 21 m, y tanteamos situando los difusores a 4 m entre ellos, nos caben cinco y nos sobra 1 m. (2+4+4+4+4+2). Dividimos 21/4 = 5,25. Entonces repartimos de nuevo con: (5,25/2 = 2,62m) (2,62+5,25+ 5,25+5,25+5,25+2,62) c ) Calcular el caudal por cada rejilla. Dividimos el caudal total entre el número de difusores que hemos planteado, de forma que obtenemos el caudal de cada difusor. El caudal de difusor 600 y 2.000 m3/h. d) Dimensionar el difusor. Con un catálogo de difusores elegimos uno que admita el caudal anterior, con un nivel de ruido (dBA) admisible para el local. A mayor difusor, menor será su ruido, pero la velocidad de salida será demasiado baja.

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e) Comprobar el alcance y la caída. Ver si el alcance de la vena de aire, alcanza del 75% al 100% de la distancia al siguiente difusor. Si los separamos 4 m, la mitad son 2m, y el 75% son 1,5m. Comprobar si la caída de la vena de aire llega a menos de 2m , ya que puede molestar. f) Redimensionar el difusor. • cambiar de modelo (con más o menos inclinación) hasta que se cumplan las condiciones anteriores. Si no se puede, redistribuir los difusores en el local, aumentando o disminuyendo la distancia entre ellos. Volver al punto 2. Si disponemos de un programa de cálculo de difusores, de alguna casa comercial, podemos ajustar mejor el cálculo, pero siempre debemos verificar que la solución se adapte a nuestro local, a su forma y uso.

Recomendaciones •

En locales de hasta 4 m de alto, situar difusores en el techo, con una separación de 3 a 6 m entre ellos.

•

En locales de altura mayor de 4 m, los difusores han de ser de tipo rotacional, o de tipo cónico, con mayor ángulo de salida. También pueden instalarse rejillas de lamas curvas, que nos permiten variar su inclinación.

•

En caso de colocar rejillas en las paredes, tener en cuenta que su alcance es como máximo de unos 6 m. Si las instalamos de tipo doble deflexión, tendremos más margen para cambiar la vena de aire, dirección, anchura.

•

Las rejillas lineales son muy decorativas, y se puede variar su inclinación. Permiten buenas separaciones y se pueden combinar en techo y paredes al mismo tiempo.

•

Las toberas tienen un alcance de unos 15 a 20 m. Son imprescindibles en locales anchos, sin falso techo.

•

En salones de actos, cines, y otros locales con butacas, se puede impulsar el aire con rejillas situados en los escalones.

•

Conviene que todas las salida de aire tengan regulación.

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RESUMEN En toda instalación de climatización, sea cual sea, su objeto es proporcionar ventilación, refrigeración, calefacción o una combinación de éstas. Es necesario primeramente que la potencia de los equipos instalados sea suficiente para lograr el objetivo deseado y esto vendrá determinado por el cálculo que se debe hacer en cada caso. Pero tan importante como esto es que la carga térmica y ventilación proporcionada por los equipos sea correctamente distribuida por los locales a climatizar a través del aire impulsado o extraído. Una distribución de aire estará bien realizada cuando en cada local, una vez climatizado, se cumplan estas condiciones: •

La temperatura y humedad resultan uniformes, sin estratificaciones de aire caliente en la parte superior o de aire frío en la inferior.

•

No hay zonas deficientemente tratadas donde no llega el aire impulsado, ni tiene puntos de extracción. En estas zonas, las condiciones interiores proyectadas no se logran, o se consiguen de forma irregular debido solamente a las corrientes de convección interior, normalmente muy lentas.

•

En ningún lugar de la zona de estar existen corrientes de aire a velocidades superiores a las más adelante definidas.

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ANEXO (Ábacos y tablas selección de material de difusión)

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Selección de rejillas lineales

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Difusores circulares

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GLOSARIO Anemómetro: Instrumento que sirve para medir la velocidad o la fuerza del viento. Aire: Mezcla de gases que rodea a la tierra, compuesto mayoritariamente por nitrógeno (N2) y oxígeno (O2). Aire acondicionado: Control de la temperatura, humedad, limpieza y movimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, para confort humano o proceso industrial. Control de temperatura significa calentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muy caliente. Aire normal (estándar): Aire que contiene una temperatura de 20° C (68° F), una humedad relativa de 36 % y una presión de 101.325 kPa (14.7 psia). Aire seco: Aire en el cual no hay vapor de agua (humedad). Caudal: Cantidad de un líquido o un gas que fluye en un determinado lugar por unidad de tiempo. Cortocircuito: Condición eléctrica, donde una parte del circuito toca otra parte del mismo, provocando que la corriente o parte de la misma, tome un trayecto equivocado. Confort: Aquello que produce bienestar y comodidades. Difusión: Distribución uniforme de una sustancia, gas o cuerpo, producida por el movimiento espontáneo de las moléculas que lo componen. Impulsión: Conjunto de elementos que forman un conducto para lanzar el aire a un local. Velocidad: Magnitud física que expresa el espacio recorrido por un móvil en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s). Ventilación: Flujo de aire forzado, por diseño, entre un área y otra. Ventilador: Dispositivo de flujo radial o axial, usado para mover o producir flujo de gases. Retorno: Conjunto de elementos que forman un conducto para devolver el aire del local a la máquina de climatización. Ruido: Sonido inarticulado, por lo general desagradable. Zona ocupada: Parte del recinto climatizado en el que se considera presencia de personas.

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LABORATORIO Sea un comedor de un restaurante en el que se pretende realizar una instalación de climatización con la geometría grafiada, sabiendo que: La potencia térmica a instalar es de 10.000 Kcal/h. La temperatura deseada es de 24 °C. La máquina seleccionada impulsa el aire a 14 °C. El caudal de aire de la máquina es de 4.200 m3/h. Se pide dimensionar una instalación de material de difusión con difusores de techo circulares que cumpla los siguientes requisitos: Velocidad máxima en la zona ocupada 0,25 m/seg. Funcionamiento de verano e invierno. Ruido máximo admisible de 35 dB. Realizar la misma operación, pero instalando rejillas de impulsión en las paredes laterales.

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M 6 / UD 5

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

233

Objetivos .......................................................................................

235

1. Concepto de carga térmica ....................................................

237

2. Condiciones interiores de confort .........................................

240

2.1.

Fijación de las condiciones interiores de confort, según RITE ...................................................................

2.2.

241

Fijación de las condiciones interiores de confort, según Norma europea 1752 ........................................

241

3. Condiciones exteriores de cálculo .........................................

243

3.1.

Según UNE 100-014-85. Nivel percentil .....................

3.2.

Condiciones interiores y exteriores recomendadas

243

para cálculo ..................................................................

244

4. Repaso de psicrometría del aire .............................................

245

4.1.

El aire húmedo.............................................................

245

4.2.

Humedad absoluta.......................................................

245

4.3.

Humedad relativa.........................................................

246

4.4.

Cambio de la humedad relativa al cambiar la temperatura ..............................................................

246

4.5.

Volumen específico del aire ........................................

247

4.6.

Entalpía del aire húmedo............................................

248

4.7.

Concepto de calor latente y calor sensible .................

249

5. El ábaco psicrométrico ...........................................................

250

5.1.

Encontrar la humedad absoluta para unas condiciones dadas ........................................................

251

5.2.

Temperatura húmeda ..................................................

252

5.3.

Punto de rocío..............................................................

254

6. Procesos de cambio de aire ....................................................

256

6.1.

Enfriamiento en una batería de un climatizador.......

256

6.2.

Calentamiento en una batería de calor ......................

257

6.3.

Mezcla de aires .............................................................

258

7. Datos de partida para un estudio de cargas de climatización

259

231

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7.1.

Localización..................................................................

259

7.2.

Características del local ...............................................

259

7.3.

Ocupación ....................................................................

260

7.4.

Uso ................................................................................

261

8. Métodos de cálculo de la demanda térmica: precisión necesaria..................................................................

262

9. Cálculo simplificado, por superficie y uso del local..............

263

10. Cálculo de la demanda térmica con hoja de carga simple...

265

10.1. Insolación en la ventana más expuesta.......................

266

10.2. Transmisión por paramentos ......................................

266

10.3. Aparatos ........................................................................

266

10.4. Ocupantes.....................................................................

266

10.5. Ventilación....................................................................

266

10.6. Coeficientes de seguridad ...........................................

266

11. Cálculo con hoja de carga completa......................................

268

11.1. Condiciones exteriores e interiores............................

269

11.2. Ganancias sensibles por radiación ..............................

269

11.3. Sensible transmisión por paramentos.........................

270

11.4. Sensible aire exterior ...................................................

271

11.5. Cálculo sensible interno ..............................................

272

11.6. Sensible por ocupantes................................................

272

11.7. Resumen de calor sensible ..........................................

272

11.8. Latente aire exterior ....................................................

273

11.9. Latente por aparatos....................................................

273

11.10. Latente ocupantes........................................................

273

11.11. Total latente..................................................................

274

12. Cálculo de la carga de calefacción .........................................

275

13. Cálculo por programas informáticos .....................................

276

Resumen .......................................................................................

277

Anexo. Hojas de datos ..................................................................

279

Laboratorio....................................................................................

285

Bibliografía ....................................................................................

287

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INTRODUCCIÓN Con este tema aprenderemos a calcular el equipo climatizador necesario para un local determinado. Se describen varios métodos, más o menos complejos, y se aportarán varias tablas y gráficos, con datos de condiciones interiores, exteriores, de paramentos tipo, etc. También conoceremos valores usuales para distintos tipos de locales, para poder tener un apoyo. La duración para la unidad didáctica es de 8 horas.

Cálculo de cargas térmicas: Por cálculo de cargas se entiende el proceso de determinar la cantidad de calor que hay que extraer o aportar a un local de unas determinadas características, y situado en una zona determinada, para mantener su interior en unas condiciones de confort para las personas.

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OBJETIVOS El alumno al finalizar está unidad didáctica será capaz de calcular las necesidades de climatización de un local en sus componentes de refrigeración, calefacción, ventilación y condiciones de humedad que aseguren el estado de confort.

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1. CONCEPTO DE CARGA TÉRMICA Si un local no dispone de climatización, su temperatura se adaptará a la del ambiente, si hace frío estará helado, y cuando haga calor será caluroso. En la mayoría de los casos estará más caliente que el ambiente, debido la radiación solar sobre techo, paredes y ventanas, o por el calor desprendido por sus ocupantes e instalaciones interiores.

En el momento que queremos que su temperatura se mantenga en un valor distinto al del exterior, y a voluntad de sus ocupantes, hay que sacar o meter calorías del local al exterior. Recordemos que el calor fluye del cuerpo más caliente al más frío, y por ello, al crear una diferencia de temperatura entre el local y el exterior, se inicia una transferencia de calor por las paredes, suelos, ventanas, y aire de ventilación, que tiende de nuevo a igualar su temperatura con el exterior. En verano para enfriar el local con un climatizador, hay que extraer calorías, y la transmisión de calor por las paredes es hacia el interior.

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En invierno hay que introducir calorías, y las pérdidas de calor son hacia el exterior.

Al final se alcanza un equilibrio entre la potencia del equipo acondicionador, y las transmisiones que por las paredes, techo, etc., tienden a restablecer la temperatura inicial. En ambos casos las calorías que entran o salen del local las llamamos “pérdidas de calor”, y hay que calcularlas para determinar la potencia del aparato climatizador a instalar. El total de calor necesario a meter o sacar del local lo denominaremos “demanda térmica” del local. Vemos que hay al menos tres datos necesarios: •

Temperatura interior, que dependen del uso del local.

•

Temperatura exterior, que dependen de la zona en la que se ubique, si es más fría o calurosa.

•

Condiciones de las paredes y techos del local, si está más o menos aislado térmicamente.

La bomba de calor Hemos visto que para calentar un local hay que aportar calorías al mismo. Esto podemos hacerlo de varias formas: •

Quemando un combustible como madera, gasóleo, gas.

•

Convirtiendo la corriente eléctrica en calor por efecto Joule (estufas eléctricas).

•

Con un climatizador, también llamado bomba de calor porque su funcionamiento es mover calorías del exterior al interior y viceversa.

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•

Aprovechando la energía solar en instalaciones especiales (energías alternativas).

Descontando las energías alternativas por ser gratuitas y considerando que no en todas las ocasiones es posible usarlas, el proceso más eficiente es el de la bomba de calor, ya que no compramos las calorías que necesitamos, sino que sólo pagamos por moverlas. Los equipos de aire acondicionado son bombas de calor que extraen calorías del interior del local, y las vierten en el ambiente exterior. Quede claro pues que para enfriar un local hay que tener un sistema donde verter las calorías sobrantes, pues la energía ni se crea ni se destruye.

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2. CONDICIONES INTERIORES DE CONFORT Confort: Se denomina condiciones de confort al ambiente en las que las personas tienen la sensación de bienestar. Las condiciones de confort de las personas dependen de varios factores, pero principalmente de la temperatura, la humedad del aire, y la velocidad del aire. Tenemos que comprender que las personas somos mamíferos con temperatura corporal constante en 36,5°C. Para mantener esta temperatura independientemente de la exterior, el cuerpo utiliza dos mecanismos: •

Para aumentar la temperatura quema grasas.

•

Para hacer descender la temperatura evapora sudor.

Gráfico de zona de confort

El sudor en la piel se evapora facilitado por el movimiento del aire, y al pasar de líquido a vapor absorbe 540 kcal/kg, que enfrían la piel. Por ello la velocidad del aire produce sensación de confort en verano, pero en invierno perjudica. En la gráfica siguiente podemos ver las condiciones que resultan confortables para las personas en verano e invierno. En el eje horizontal tenemos la Humedad relativa, y en el eje vertical la temperatura. Vemos que la temperatura adecuada es mayor en verano que en invierno, y ello es debido a que en verano solemos llevar menos ropa que en invierno. Las condiciones de confort pueden variar también de

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acuerdo con el nivel de actividad física de los ocupantes, a mayor actividad, menor temperatura. También observamos cómo la humedad aumenta la sensación de calor, y en invierno disminuye la sensación de frío. Pensemos que en el desierto se pueden soportar bien temperaturas de más de 40° C, debido a que el ambiente es muy seco.

2.1. Fijación de las condiciones interiores de confort, según RITE Para proyectar una instalación, deberemos fijar unas condiciones interiores de temperatura y humedad, que nos vienen indicadas en varias normas, de acuerdo con el uso del local: El RITE, en su instrucción 02.2.1 hace referencia a la norma UNE EN ISO 7730, y la resume en la tabla siguiente, que fija las condiciones de las zonas ocupadas:

Estación

Temperatura interior ° C

Velocidad media aire m/s

Humedad relativa %

Verano

23 a 25

0,18 a 0,24

40 a 60

Invierno

20 a 23

0,15 a 0,20

40 a 60

La zona ocupada donde se aplica es el volumen comprendido entre: •

10 cm sobre el suelo a 2 m de alto.

•

1 m de ventanas o 0,50 m de paredes sin ventanas.

No son zonas ocupadas: •

Zonas de tránsito

•

Zonas cercanas a puertas.

•

Zonas cercanas a aparatos productores de calor o rejillas de impulsión.

2.2. Fijación de las condiciones interiores de confort, según Norma europea 1752 La Norma Europea 1752 (ver Anexo1) es una norma más reciente, y por tanto más restrictiva, que establece las condiciones interiores en edificios. También nos indica unos valores de temperatura y humedad según las estancias, en verano e invierno, además de la velocidad máxima del aire, el caudal de aire de ventilación, y el ruido máximo.

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Resumen y criterios para verano e invierno De acuerdo con el RITE, estamos obligados a tomar unos valores máximos y mínimos de temperatura en los locales: Verano: •

En los locales la temperatura de confort en verano puede oscilar entre 23 y 25° C, dependiendo del nivel de actividad en el interior.

•

Para locales con personas sentadas, es suficiente 25° C. Si las personas están de pie y paseando, tomar 24° C. En locales con ejercicio físico, tomar 23° C.

No es recomendable situarse fuera de estos valores, pues temperaturas inferiores a 23° C provocan resfriados, y las superiores a 25, sudoración. Invierno: •

La temperatura para la mayoría de actividades es de 20° C, y la de los espacios no ocupados y de servicio, 17° C.

•

En hospitales, residencias y hoteles, 21° C.

•

Zonas con gran confort, 22° C.

No conviene superar los 22° C, pues las personas tienden a abrir las ventanas por exceso de calor, y derrocharemos energía. Locales de trabajo o industriales: Las normas sobre condiciones de seguridad en centros de trabajo también obligan a que la temperatura en talleres e industrias esté dentro de unos márgenes: •

Temperatura de 17 a 27° C.

•

Humedad relativa de 30 a 70%.

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3. CONDICIONES EXTERIORES DE CÁLCULO Hemos visto que las condiciones exteriores de temperatura y humedad relativa dependen de la situación de la instalación, y varían por tanto si estamos cerca de la costa, o en una zona de alta montaña. Además dentro de cada zona hay también variaciones locales por su orientación, viento dominante, etc.

3.1. Condiciones exteriores según UNE 100-014-84 Para fijar las condiciones exteriores de temperatura y humedad en proyectos de climatización, se utiliza la norma UNE 100-014-84, en las que se indican unas condiciones exteriores para cada provincia. Además de la zona se incluye otro factor que es el percentil. Percentil 97% quiere decir que esta temperatura es correcta para el 97% de los días del año, tomado de una estadística de 20 años anteriores. Es decir la temperatura media del día será mayor. Invierno: Estos valores se cumplen en el 97% de las horas de meses, de Diciembre a Febrero, para calefacciones. Es decir se toma como temperatura exterior un valor que probablemente sólo se rebasará unos pocos días al año. En esos días la instalación resultará insuficiente, pero en el cálculo hay otros factores y coeficientes que pueden compensarlo. En el caso de hospitales y residencias de ancianos, se deben de tomar los porcentajes del 99% de las horas en invierno (ver la tabla UNE 100-01484 al final del tema). Verano: Para las condiciones de verano se utiliza la norma UNE 100-001-85 (ver Anexo 1), tomando la columna de percentiles de: •

1% para hospitales, clínicas, etc.

•

2,5% para edificios y espacios de especial consideración.

•

5% para cualquier otro espacio climatizado.

El percentil 5% quiere decir que esa temperatura sólo se rebasará el 5% de los días de verano. Por lo tanto, el percentil 1% es más seguro que el 5%.

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3.2. Condiciones interiores y exteriores recomendadas para cálculo En la tabla de temperaturas recomendadas (Anexo 1), se ofrecen unas condiciones exteriores que son utilizadas ampliamente por los proyectistas de climatización, con valores superiores a los de la norma UNE, que podemos utilizar para una mayor seguridad.

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4. REPASO DE PSICROMETRÍA DEL AIRE 4.1. El aire húmedo El aire de la atmósfera contiene una cierta cantidad de humedad, proveniente de la evaporación del agua de los océanos, ríos, el vapor de agua exhalado por las personas, animales y plantas. Al respirar, las personas exhalamos vapor de agua, y también por los poros de la piel al producir sudor. Por ello, en los ambientes cerrados con personas en su interior, el contenido de vapor de agua en el aire va aumentando.

4.2. Humedad absoluta El aire que respiramos contiene una cierta cantidad de vapor de agua que oscila de 0 a 26 gramos de vapor de agua por kg de aire (la densidad del aire se toma 1,2 Kg/m3).

Local húmedo

Al contenido de vapor de agua que tiene un kg de aire lo llamamos humedad absoluta, y se expresa en kg de agua / kg de aire.

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4.3. Humedad relativa El valor de humedad absoluta no es fijo, sino que depende de la temperatura del aire. A más temperatura de aire, más cantidad de agua admite. Por ejemplo, el aire a 10° C puede contener un máximo de 7,5 gr. de agua, y el aire a 25° C un máximo de 18 gr. Sin embargo, el aire normal ambiente no suele transportar el máximo de agua posible, sino que suele estar más seco. Si un aire tiene la mitad del agua que puede tener, decimos que tiene una humedad relativa del 50%. Si tiene el máximo de agua, decimos que tiene una humedad relativa del 100%, y que está saturado. Se denomina humedad relativa al porcentaje de agua que tiene el aire, respecto al máximo que puede tener a su temperatura.

H r = 100 ×

H REAL H MAXIMA

Siendo Hr =

Humedad relativa en %.

H REAL =

Humedad absoluta que contiene el aire en kg agua/kg aire seco

H MAXIMA =

Humedad máxima que puede contener kg agua/kg aire seco.

4.4. Cambio de la humedad relativa al cambiar la temperatura Si tenemos aire a 10° C, con 7,5 gr/kg se encuentra saturado (humedad relativa 100%). Pero si lo calentamos a 32° C, entonces deja de estar saturado, pues a esta temperatura puede contener 26 gr/kg, y como sigue teniendo los 7,5 gr de agua que tenía, su humedad relativa será de:

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Hr = 100 x 7,5/26 = 28,8 %. Es decir un aire húmedo (Hr=100%), al calentarlo lo hemos convertido en aire muy seco (Hr=28,8%). Los secadores de pelo que usamos en el baño funcionan con este principio, calientan el aire y al pasar por el pelo absorben con rapidez su humedad, secándolo. Por el mismo principio, un aire caliente, al enfriarlo se vuelve húmedo, hasta el punto que no puede contener toda la humedad que tiene y empiezan a aparecer gotas de agua, que llamamos condensación. Este es el fundamento de la lluvia, las nubes son masas de aire muy húmedo, que cuando se enfrían descargan el agua que le sobra en forma de lluvia o nieve.

Saturación de agua

4.5. Volumen específico del aire El volumen específico es la relación entre el volumen de un cuerpo y su masa.

Volumen[m3 ] Ve = Masa [ Kg ]

El corcho tiene un volumen específico alto, el plomo tiene un volumen específico bajo. En el caso del aire el volumen de un kg de aire cambia mucho dependiendo de su temperatura, pues el aire caliente se dilata y el frío se contrae. El aire caliente, como tiene un menor peso por m3, tiende a elevarse, y el aire frío tiende a bajar. Para realizar los cálculos de humedad, etc., se utiliza el aire normalizado, que a 20° C tiene un volumen específico de 1,20 m3/kg. Para pasar un caudal de m3/h a kg/h simplemente lo dividiremos por el volumen específico del aire, que es 1,2.

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4.6. Entalpía del aire húmedo La Entalpía es la energía total que tiene el aire, y se expresa en Julios o Calorías. Como el aire está húmedo, la energía total será la suma de la energía del aire más la energía del agua (vapor).

Siendo: Q SA = Calor sensible del aire seco. Q SV = Calor sensible del vapor de agua. Q LV = Calor latente del vapor de agua. La energía del aire se denomina sensible, y sabemos que se calcula con:

Tomando: m= masa de aire seco en Kg. T1 = Temperatura de referencia = 0° C. T2 = Temperatura del aire. Ce = Calor especifico del aire = 1 kJ/kg °C = 0,239 Kcal/Kg °C. La energía del vapor de agua será la suma del calor latente y del calor sensible.

Donde: m= masa de vapor de agua en Kg. T1 = Temperatura de referencia

= 0° C

T2 = Temperatura del vapor de agua

= Temperatura del aire.

Ce = Calor especifico del vapor de agua

= 1, 805 kJ/kg °C = = 0,431 Kcal/Kg ° C.

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m= masa de vapor de agua en Kg. CL = Calor latente del agua = 2260 kJ/kg °C = 540 Kcal/Kg °C. Recordemos que cuanto más caliente está un aire, más entalpía tiene, y cuanta más humedad relativa, más entalpía también.

4.7. Concepto de calor latente y calor sensible Si calentamos o enfriamos aire húmedo, y se produce condensación de su humedad, o inyectamos agua al aire (lo humedecemos), el calor necesario para el proceso lo dividimos en calor sensible y calor latente: •

Calor sensible es el necesario para levar la temperatura del aire.

•

Calor latente es el necesario para evaporar el agua (hay que aportar calor), o condensar el agua (hay que quitar calor).

En Climatización tenemos que tener claro que la potencia frigorífica de una máquina de aire acondicionado se reparte entre enfriar el aire (calor sensible), y quitarle humedad (calor latente). En los equipos pequeños esta proporción se establece al diseñarlo, para unas condiciones medias; pero en grandes climatizadores, hay que valorar las condiciones ambientales exteriores e interiores, y ajustar el equipo para obtener el aire interior con el máximo de confort, y el mínimo de gasto. El porcentaje de calor latente / sensible que proporciona un equipo se puede ajustar con el tamaño de la batería enfriadora, y con el caudal de aire del ventilador. En el estudio de las unidades de tratamiento de aire UTA estudiaremos con mayor precisión su ajuste para obtener las condiciones interiores de confort requeridas. En los equipos que tienen varias velocidades de ventilador (Alta-MediaBaja) resulta que con las velocidades bajas la batería se enfría más, y aumenta la condensación de agua. La potencia del equipo se desperdicia en calor latente.

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5. EL ÁBACO PSICROMÉTRICO El ábaco psicrométrico es un diagrama que muestras las condiciones del aire para temperaturas normales de aire acondicionado y calefacción. En la parte horizontal la escala representa la temperatura seca en °C, es decir la temperatura que muestra un termómetro normal de ambiente. Temperatura seca

En las abscisas se indica el contenido de humedad específica en gr/kg. Humedad absoluta

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La curva de izquierda a derecha representan la humedad relativa en %, siendo la última más exterior la saturación o 100%. Humedad relativa

5.1. Encontrar la humedad absoluta para unas condiciones dadas Si conocemos la temperatura del aire, y su humedad relativa en %, utilizando el ábaco psicrométrico de la forma siguiente hallaremos el contenido total de agua por kg de aire: Por ejemplo: aire a 25° C y 60% de humedad. •

Situarse en el eje horizontal en la temperatura de 25° C.

•

Subir hasta tocar la curva de humedad 60%.

•

Horizontalmente a la derecha leeremos su humedad absoluta en gr/kg resultando de 13,7 gr/kg.

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Selección humedad absoluta

5.2. Temperatura húmeda La humedad relativa la podemos hallar exactamente mediante dos termómetros, uno normal, que llamaremos de bulbo seco, y otro con el bulbo envuelto en un paño mojado, que llamaremos de bulbo húmedo. Sus lecturas se denominan Ts (temperatura seca) y Th (temperatura húmeda). Al provocar una corriente de aire, el termómetro con el bulbo húmedo muestra una temperatura inferior que la que tiene del bulbo seco, ya que el agua al evaporarse precisa calorías, y hace que descienda la temperatura.

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Temperatura húmeda

En el ábaco psicrométrico las temperaturas de bulbo húmedo son líneas inclinadas hacia la izquierda, y que se leen en la curva de humedad 100% o saturación. Es decir con humedad 100% coincide la temperatura seca y húmeda. Selección de la temperatura húmeda, Th.

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Conociendo la Ts y la Th, la intersección entre ambas nos da la humedad relativa en %, y hacia la derecha leeremos la humedad absoluta en gr/kg. Este ha sido el método preciso de medir la humedad relativa en aire acondicionado. Modernamente existen aparatos denominados higrómetros, que nos indican directamente la humedad relativa en % y la absoluta en gr/kg.

5.3. Punto de rocío El rocío es la lluvia finísima que aparece durante las noches sin viento. Durante la noche el aire se va enfriando, descendiendo, y estratificándose en las capas inferiores, y llega al punto en que no puede contener el agua que tenía cuando estaba caliente, apareciendo una condensación que va depositando pequeñas gotas de agua por los árboles y objetos. Decimos que el punto de rocío es aquel en el que el aire se enfría hasta estar saturado. En el ábaco psicrométrico, para unas condiciones de temperatura y humedad, el punto de rocío lo encontramos en la línea horizontal hacia la izquierda, hasta llegar a la curva de saturación, es decir su temperatura húmeda. Selección de la temperatura de rocío, Tr.

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Cambiar imagen para que coincida TH y TS.

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Por ejemplo, para aire a 25° C y Hr 60%, la temperatura del punto de rocío es de 16,8 ° C.

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6. PROCESOS DE CAMBIO DE AIRE Con el ábaco psicrométrico podemos estudiar las transformaciones del aire mas frecuentes, sin necesidad de fórmulas, trazando líneas desde un estado a otro.

6.1. Enfriamiento en una batería de un climatizador Es el proceso que ocurre con el aire al pasar por un aparato de aire acondicionado en modo frío. El aire que viene del local con una temperatura alta, y humedad media, se enfría al contacto con las aletas de la batería, y llega hasta el punto de rocío (línea horizontal hacia la izquierda). Una vez allí, sigue enfriándose y perdiendo humedad, descendiendo por la curva de saturación (Hr 100%), hasta un valor de temperatura de salida del serpentín, con humedad 100%. Proceso de enfriamiento del aire

La humedad sobrante cae de la batería a una bandeja de recogida, y la llamamos agua de condensación o condensados.

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Una parte del calor absorbido por la batería ha sido usado para enfriar el aire, y lo llamaremos “calor sensible” (que se nota o siente), y otra parte se ha usado en condensar la humedad sobrante, y lo llamaremos “calor latente”. El calor latente es importante cuando hay muchas personas en el local (salas de reunión), o hay fuentes de humedad (piscinas climatizadas). Las personas al respirar desprenden vapor de agua, y también por transpiración (sudor), tanto más cuanto mayor sea su actividad física.

6.2. Calentamiento en una batería de calor El aire, con unas condiciones de temperatura y humedad, se calienta al contacto con la batería. En el ábaco psicrométrico nos desplazamos horizontalmente hasta la temperatura de salida. La humedad final será la indicada por la curva de Hr interseccionada entre la línea horizontal y la temperatura de salida. La Hr del aire final suele quedar muy baja (aire seco muy seco). Proceso de calentamiento del aire

Esto es lo que ocurre en las calefacciones normales con radiadores, que calientan el aire, pero queda seco y produce una sensación de sequedad en la garganta.

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Para que el aire quede con unas condiciones adecuadas es necesario aportar agua mediante inyectores de agua a presión, o un vaporizador, que es lo que se realiza en las buenas instalaciones de tratamiento de aire. Este aporte de agua precisa de un calor para vaporizarse, que recordemos que llamamos calor latente y que es: CL = Calor latente del agua = 2260 kJ/kg °C = 540 Kcal/Kg °C.

6.3. Mezcla de aires Si mezclamos dos volúmenes de aire con unas condiciones de de temperatura y humedad, dará como resultado en la mezcla unas condiciones que podemos hallar fácilmente con el diagrama psicrométrico: •

Representamos el aire 1 con un punto definido por su temperatura T1 y humedad relativa Hr1.

•

Representamos el aire 2 con un punto definido por su temperatura T2 y humedad relativa Hr2.

•

El aire de mezcla está en la recta que une ambos puntos.

•

Si los volúmenes (o caudales) son iguales, las condiciones se situarán el punto medio de la recta anterior. Si los caudales son distintos el punto estará proporcionado los caudales de cada aire, quedando más cerca del punto de caudal mayor. Proceso de mezcla de dos corrientes de aire

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7. DATOS DE PARTIDA PARA UN ESTUDIO DE CARGAS DE CLIMATIZACIÓN Cuando a un instalador le encargan la climatización de un local, una de las cosas que precisa realizar es el cálculo de la carga térmica del mismo, es decir de la potencia térmica que precisa para mantener las condiciones de confort. Una vez calculada la carga térmica, podremos elegir el equipo climatizador adecuado para el local. Para poder realizar un cálculo adecuado del equipo climatizador a instalar en un local, es preciso obtener el máximo de los datos siguientes:

7.1. Localización La carga térmica depende de la situación del local. No es lo mismo la carga de verano de un local en Sevilla que en Bilbao. Cada provincia vimos que tenía unas temperaturas exteriores de cálculo diferentes. Por otra parte, dentro de una misma provincia o localidad hay zonas más y menos calurosas, expuestas al sol, al viento, etc.

7.2. Características del local Del local debemos tomar los datos siguientes: 1. Plano a escala del local, o al menos las dimensiones principales de largo, ancho y alto. Orientación del norte. 2. Situación y dimensiones de ventanas y puertas. 3. Características constructivas de: •

Paredes exteriores e interiores.

•

Suelo y techo. Si hay cubierta de teja, terraza, otro espacio, etc.

•

Ocupación de los espacios contiguos.

4. Tipo de ventanas, cristal simple o doble, persianas o toldos, si entra o no el sol. 5. Potencia eléctrica de los aparatos, iluminación, motores, cafeteras, etc.

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Croquis del local

7.3. Ocupación La ocupación es la cantidad de personas que puede haber como máximo en el local. Hay que tener cuidado con este dato, dado que cada persona es como un pequeña estufa, que genera calor al local (sobre 130 W). Por ejemplo, si en el local caben 200 personas, nos generan una demanda de 200 x 130 = 26.000 W. En los locales públicos no hay que confiar en el dato de ocupación que nos suministre el cliente, sino que debemos de evaluar su capacidad en condiciones máximas (celebraciones, partidos, etc.). Si no se conoce, obtenerlo por la tabla de densidad de ocupación por m2 de local. •

Tiendas exposiciones, con poca gente: 1 persona cada 10 m2.

•

Tiendas con mucho público: 1 persona cada 10 m2.

•

Restaurantes: 1 persona cada 1,5 m2.

•

Bares y discotecas: 1 persona cada 1 m2.

•

Cines y salones: contar las butacas y añadir un 10% más.

260

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7.4. Uso El uso del local nos indica el nivel de actividad de sus ocupantes: sentados, de pie, bailando…, cuanto más actividad hagan los ocupantes, mayor será el calor que generen. El uso también nos condiciona el caudal de ventilación necesario, si hay o no fumadores. A mayor ventilación, mayor carga para el equipo, pues estaremos tirando frigorías a la calle. Otro factor que se deduce del local es el horario de funcionamiento •

Durante el día, o noche.

•

Continuo o intermitente.

En caso de no tener alguno de estos datos, podemos asimilarlos a otros locales parecidos. Cuantos más datos tengamos, mayor precisión tendrá el cálculo.

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8. MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA DEMANDA TÉRMICA: PRECISIÓN NECESARIA El proceso de cálculo de la carga térmica de un local puede hacerse de forma más o menos precisa, generalmente según la importancia de la instalación, o el compromiso de funcionamiento requerido.

Cálculo por

Precisión

Usar para

Carga por m2 de local

Baja

Habitaciones de viviendas, pequeñas tiendas, oficina, hasta 100 m2.

Hoja de carga simple sin condiciones exteriores

Media

Comercios y locales públicos hasta 300 m2, en la zona habitual de trabajo.

Hoja de carga completa con calor sensible y latente.

Alta

Locales públicos de cualquier tamaño, locales con características especiales, cristaleras, focos de calor, etc.

Mediante simulación completa por computador

Muy Alta

Grandes locales y salones de representación. Edificios emblemáticos.

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9. CÁLCULO SIMPLIFICADO, POR SUPERFICIE Y USO DEL LOCAL Para elegir un climatizador en un salón de 25 m2 de un edificio de viviendas no hace falta ningún cálculo, se adopta un aparato de 3.500 W, que es el modelo fabricado normalmente para esta demanda. Así mismo para un dormitorio de una vivienda es suficiente con 1.500 o 2.000 W, casi independiente de su tamaño. En la práctica habitual es frecuente tomar datos de carga térmica de locales tipo, en los que aparece la potencia normal en W/m2. Es decir la carga térmica que necesita cada m2 de superficie. Para obtener la demanda total de un local, simplemente multiplicaremos la superficie del local en m2 por el factor de la tabla en Watios/m2 para dicha actividad o similar:

Siendo Q = Carga térmica en W. S = Superficie del local en m2. k = Coeficiente en W/m2 de la tabla siguiente: Watios/m2

Edificio o dependencia VIVIENDAS Nuevas bien aisladas

100

Parcialmente aisladas

115

Calurosas, áticos

125

HOTELES Salones y vestíbulos

140

Comedores Habitaciones

100

OFICINAS Grandes

115

Pequeñas

140

263

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COMERCIOS Tiendas con poco público

120

Tienda muy concurridas

180

Supermercados

120

Hipermercados

160

SALONES PÚBLICOS Cines, teatros, auditorios

180

Salones multiusos

230

HOSTELERÍA Restaurante

230

Bares, cafeterías

290

Discotecas, Pubs musicales

300

Precauciones al utilizar la tabla: Estos datos se refieren a locales tipo, pero no son correctos si nuestro local tiene alguna condición especial como: •

Acristalamientos de terraza.

•

Puertas abiertas permanentes a la calle.

•

Recibir radiación solar directa en su fachada o escaparate.

•

Varios niveles comunicados por huecos abiertos, escaleras, etc.

•

Iluminaciones muy elevadas.

•

Altas corrientes de aire.

En todos estos casos procede pasar a un método de mayor precisión.

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10. CÁLCULO DE LA DEMANDA TÉRMICA CON HOJA DE CARGA SIMPLE Existen numerosas hojas de cálculo para calcular la carga térmica de un local como la que exponemos a continuación, en la que no se precisa conocer la temperatura exterior, y en todo caso, al final se multiplica el resultado por un coeficiente diferente para la costa o el interior. Tampoco diferencia entre calor sensible y latente, por lo que sólo es adecuado para equipos pequeños y medianos. Hoja de cargas térmicas simple

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Explicación de la Hoja de cargas SIMPLE

10.1. Insolación en la ventana más expuesta Representa la cantidad de calor que entra en el local por la insolación de las ventanas, y depende de su orientación y si dispone de persianas o toldos. Multiplicamos la superficie de la ventana mayor y más al sur, por el factor Protección: si tienen contraventanas, persianas o toldos que eviten el sol.

10.2. Transmisión por paramentos Resto de ventanas: es el calor que atraviesa el vidrio por transmisión. Como no depende de la orientación sumaremos el total de m2 de ventanas (descontada la ventana del punto anterior). Paredes: sumar el total de m2 de paredes que den al exterior, y al interior (u otro local). Para ello sumar la longitud total de paredes por el alto del local. Techos y suelos: sumar la superficie total del local, y anotarlo en la casilla de acuerdo con el uso de los locales contiguos.

10.3. Aparatos Sumar el total de Watios de los equipos eléctricos existentes, luces, motores, etc., que puedan generar calor en el interior.

10.4. Ocupantes Anotar el número de personas calculadas en el local en las condiciones máximas.

10.5. Ventilación En el caso de viviendas, calcular el volumen en m3 del local (superficie del suelo por la altura). En el caso de locales, escribir los ocupantes calculados anteriormente.

10.6. Coeficientes de seguridad Minoraciones o mayoraciones: es un coeficiente que multiplicado por el total de Watios resultantes del cálculo, aumenta o disminuye el resultado final. Es un factor de seguridad adicional que adoptamos en:

266

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•

Local zona o edificios muy calurosos: Factor 1,2.

•

Locales con muchas variaciones de ocupación: 1,2.

•

Necesidad de gran confort: 1,3.

•

Utilización por la tarde: 0,8 o noche: 0,7.

267

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11. CÁLCULO CON HOJA DE CARGA COMPLETA La diferencia con la hoja de cargas simples es que distingue entre calor sensible y calor latente. En el apartado de psicometría aprendimos que el calor sensible es el necesario para enfriar el aire, y el calor latente en necesario para cambiar las condiciones de humedad relativa del aire. La relación entre ambos factores tiene consecuencias para elegir la batería enfriadora o climatizador adecuado. También tendremos que introducir los coeficientes de transmisión de paredes, ventanas y techos, tomándolos de las hojas de datos del final del tema. Es necesario fijar las condiciones exteriores del lugar donde se ubique la instalación. Hoja de cargas térmicas completa

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Instrucciones hoja de carga completa

11.1. Condiciones exteriores e interiores Las condiciones representativas del local a conocer son: •

Superficie del local en m2.

•

Uso

•

Ocupantes: número de personas, ver punto 7.3 de esta UD.

•

Ventilación: caudal de aire de ventilación. Ver Norma UNE 100014 en UD.2. Multiplicar las personas por el caudal en L/s y por 3,6 para pasar a m3/h.

•

Temperatura exterior: ver UNE 1000-001-85 en Anexo 1.

•

Corrección Temperatura exterior: grados a aumentar o bajar, por la situación concreta del local (lugar caluroso o fresco).

•

Temperatura interior: ver Norma Europea en Anexo 1.

•

Humedad relativa exterior: ver UNE1000-001-85 en Anexo 1.

•

Humedad relativa interior: ver Norma Europea en Anexo 1.

•

Humedad absoluta Aire exterior: hallar con psicrométrico con Text y Hr.ext.

•

Humedad absoluta Aire interior: hallar con psicrométrico con Tint y Hr.int.

11.2. Ganancias sensibles por radiación Para calcular la radiación solar que pasa a través de las ventanas y claraboyas, usaremos la fórmula siguiente:

Siendo: R = Valor unitario de radiación [w/m2] (ver tabla siguiente). S = Superficie de la ventana [m2]. f = Factor corrector de atenuación por persiana, cortinas o toldos.

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Radiación solar según la orientación Hora solar

N

NE

E

SE

S

SO

O

NO

Horizontal

10

50

98

400

466

217

50

50

50

722

11

54

57

183

356

284

72

54

54

794

12

54

54

59

202

309

202

59

54

816

13

54

54

54

72

284

356

183

57

794

14

50

50

50

50

217

466

400

98

722

15

48

44

44

44

133

511

568

249

593

16

44

37

37

37

57

492

647

407

433

Elemento en la ventana

Factor f

Persiana color claro

0,56

Persiana color gris

0,65

Persiana color oscuro

0,75

Toldo o lona exterior

0,25

Cortina interior blanca

0,41

Cortina interior gris

0,63

Cortina interior oscura

0,80

Persiana exterior madera

0,24

11.3. Sensible transmisión por paramentos La transmisión de calor por los paramentos se calcula con la fórmula:

Siendo. (Text – Tint) = Salto térmico exterior e interior del local [° C]l. S= Superficie.[m2] K = Coeficiente de transmisión térmica del cerramiento. [w/m2.° C] Si el local contiguo es interior (esté o no climatizado), como valor de (Text – Tint) tomaremos la mitad que si es exterior. El coeficiente de transmisión de calor K depende del material con que esté construida la pared. Usaremos la tabla siguiente:

270

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Paredes

Tabiques interiores

Techos

Suelos

Ventanas

Puertas

Tipo

Coef. K

Simple de ladrillo 9

3,5

Bloque hormigón

2

Ladrillo 12 + cámara + ladrillo 4

1,5

Ladrillo 12 + cámara + ladrillo 7

1,4

Ladrillo 12 + aislante 4 cm + ladrillo 4

0,7

Tabique 4

3,5

Tabique 7

3,1

Pladur sin aislar

4,6

Pladur aislado

1,4

Terraza con catalana

1,7

Terraza asilada

1,3

Cubierta de teja sin cámara

1,7

Cubierta con teja y cámara aire

1,3

Cubierta con teja aislada

1,4

Techo chapa sin aislar

8,1

Techo con chapa aislada

2,3

Sobre terreno

1,1

Forjado 15 bovedilla cerámica

1,4

Forjado 20 bovedilla cerámica

1,3

Forjado 20 bovedilla hormigón

1,3

Cristal sencillo 6 mm

6,5

Cristal doble 6+6

3,4

Cristal doble con cámara

3

Madera ciega

3,5

Madera y cristal

3,9

Metálica opaca

5,8

Metálica y cristal doble

4,6

11.4. Sensible aire exterior El aire de ventilación ocasiona la carga sensible siguiente:

Siendo

271

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Q = Potencia en Watios. V = caudal en m3/h. (Text – Tint) = Salto térmico exterior e interior del local. [° C]

11.5. Calor sensible interno Es el calor generado en el interior de local por aparatos, iluminación, etc. Multiplicar los Watios de los aparatos existentes en el local, luces, motores, ordenadores, y cualquier receptor eléctrico.

11.6. Sensible por ocupantes La carga sensible que ocasionan las personas del local depende del nivel de actividad física, según la tabla siguiente: Actividad

Sensible W

Latente W

Persona sentada trabajo intelectual

58

44

De pie, paseando (tiendas)

58

70

Comiendo

64

93

Baile moderado

70

174

Marcha rápida

87

204

Se calcula con la formula:

Siendo: n = Número de personas. Q SP = Calor sensible por persona [w/persona].

11.7. Resumen de calor sensible Sumar el total de calor sensible de los puntos 11.2 a 11.6 11.2: Ganancias sensibles por Radiación. 11.3: Sensible Transmisión por paramentos. 11.4: Sensible aire exterior. 11.5: Calor sensible interno. 11.6: Sensible por Ocupantes.

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Este es el total de calor necesario para enfriar el aire. Aplicar el coeficiente de seguridad necesario. •

Local zona o edificios muy calurosos: Factor 1,2.

•

Locales con muchas variaciones de ocupación: 1,2.

•

Necesidad de gran confort: 1,3.

•

Utilización por la tarde: 0,8 o noche: 0,7.

11.8. Latente aire exterior El calor latente del aire exterior de ventilación lo obtenemos con la fórmula:

Siendo: V = caudal aire ventilación en m3/h (tomar de datos del local). (WExt – WInt) = diferencia de humedades absolutas en gr/kg (también de datos del local).

11.9. Latente por aparatos Considerar los aparatos que desprendan vapor, como: •

Cafeteras: factor 40.

•

Planchas: 100.

•

Bandejas de alimentos: 50.

11.10. Latente ocupantes Número de ocupantes por el factor latente por ocupante, que tomaremos de la tabla anterior (calor sensible ocupantes) Se calcula con la fórmula:

Siendo: n = Número de personas. Q LP = Calor latente por persona [w/persona]

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11.11. Total latente Sumar el total de latente 11.8 al 11.10. 11.8. Latente aire exterior. 11.9. Latente por aparatos. 11.10: Latente ocupantes. Aplicar el coeficiente de seguridad necesario igual que en total sensible.

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12. CÁLCULO DE LA CARGA DE CALEFACCIÓN Para el cálculo de la carga térmica en invierno procederemos de forma similar al cálculo para verano, pero de forma más sencilla: •

Fijaremos la temperatura exterior de cálculo para la zona, de acuerdo con la tabla de la norma UNE 100-001-84, en la que tomaremos la columna del percentil 99% para hospitales y residencias, y del 07,5% para el resto.

•

Fijaremos la temperatura interior según el tipo de local, preferentemente con la norma Europea.

•

Calcularemos la transmisión a través de paredes, ventanas y suelos, con la diferencia de temperaturas interior–exterior. En caso de locales no climatizados, tomaremos la mitad de intervalo. En caso de suelo sobre terreno tomaremos una temperatura de 10° C.

•

No se consideran cargas por radiación, ni por calor interno de ocupantes ni equipos.

•

Calcular la carga por ventilación, igual que en verano.

•

Coeficientes de mayoración o seguridad. Hoja de carga de calefacción

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13. CÁLCULO POR PROGRAMAS INFORMÁTICOS Existen en el mercado numerosos programas de cálculo de cargas mediante ordenador, siendo su principal ventaja la comodidad y alta precisión en los cálculos. Sin embargo estos programas requieren una introducción exhaustiva de datos de cada paramento, abertura, ocupantes, horarios, etc., y por ello sólo los usaremos en caso de locales muy grandes o complejos. El programa suele realizar una simulación de la carga térmica a lo largo de las horas del día, teniendo en cuenta las simultaneidades de cargas, insolaciones, inercias térmicas de paredes, etc., siendo por tanto más preciso cuantos más correctos sean los datos aportados.

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RESUMEN Por cálculo de cargas se entiende el proceso de determinar la cantidad de calor que hay que extraer o aportar a un local de unas determinadas características, y situado en una zona determinada, para mantener su interior en unas condiciones de confort para las personas. En verano para enfriar el local con un climatizador, hay que extraer calorías, y la transmisión de calor por las paredes es hacia el interior. En invierno hay que introducir calorías, y las pérdidas de calor son hacia el exterior. Se denomina condiciones de confort al ambiente en las que las personas tienen la sensación de bienestar. Las condiciones interiores se fijan con por el RITE según la norma UNE en ISO 7730. Para fijar las condiciones exteriores de temperatura y humedad en proyectos de climatización, se utiliza la norma UNE 100-014-84, en las que se indican unas condiciones exteriores para cada provincia, con un percentil de más o menos seguridad. Al contenido de vapor de agua que tiene un kg de aire lo llamamos humedad absoluta, y se expresa en kg de agua / kg de aire. Si un aire tiene la mitad del agua que puede tener, decimos que tiene una humedad relativa del 50%. Se denomina humedad relativa al porcentaje de agua que tiene el aire, respecto al máximo que puede tener a su temperatura. La Entalpía es la energía total que tiene el aire, y se expresa en Julios o Calorías. Recordemos que cuanto más caliente está un aire, más entalpía tiene, y cuanta más humedad relativa, más entalpía también. Calor sensible es el necesario para elevar la temperatura del aire. Calor latente es el necesario para evaporar o agua (hay que aportar calor), o condensar el agua (hay que quitar calor). El ábaco psicrométrico es un diagrama que muestras las condiciones del aire para temperaturas normales de aire acondicionado y calefacción. Decimos que el punto de rocío es aquel en el que el aire se enfría hasta estar saturado. Cuando a un instalador le encargan la climatización de un local, precisa realizar el cálculo de la carga térmica del mismo, es decir de la potencia térmica que precisa para mantener las condiciones de confort. Se precisa conocer su:

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Situación. Características del local. Ocupación. Uso. El proceso de cálculo de la carga térmica de un local puede hacerse de forma más o menos precisa, generalmente según la importancia de la instalación, o el compromiso de funcionamiento requerido. Cálculo pro superficie y factor según uso. Cálculo por hoja de cargas simple. Calculo por hoja de cargas completa.

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ANEXO Hojas de datos Condiciones interiores según norma europea

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Condiciones interiores recomendadas

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Condiciones exteriores recomendadas

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Caudales de aire de ventilación

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Calores emitidos por las personas

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LABORATORIO 1. Calcular a carga térmica de la vivienda de cada alumno: •

Realizar un croquis tomando medidas de cada cuarto, situando las puertas y ventanas.

•

Anotar las paredes que son exteriores y su composición aproximada.

•

Indicar el Norte.

•

Calcular las estancias siguientes: salón, recibidor-pasillo, habitaciones.

2. Calcular el total de la vivienda suponiendo que no existan tabiques interiores. 3. Calcular la carga térmica del Aula Taller. 4. En el plano del restaurante de las hojas al final del tema, calcular su carga térmica suponiendo una ocupación de 300 personas. 5. En el plano del salón de actos siguiente calcular la carga térmica con la hoja de cargas completa.

Plano de un restaurante

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Plano de un salon de actos

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BIBLIOGRAFÍA Sitio Web http://www.madel.com de la empresa MADEL AIR TECHNICAL DIFFUSION, S.A. Sitio Web http://www.salvadorescoda.com de la empresa Salvador Escoda S.A. Sitio Web http://www.solerpalau.es de la empresa Soler & Palau. Sitio Web http://www.airsum.es de la empresa Airsum S.A.

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CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

MÓDULO 6: Instalaciones de climatización y ventilación Tomo 2

FORMACIÓN PROFESIONAL ESPECÍFICA

CICLO FORMATIVO MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR GRADO MEDIO

MÓDULO 6 INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN Tomo 2

AUTORES: César González Valiente / Rafael Ferrando Pérez

Edita Conselleria de Cultura, Educación y Deporte Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Autores Expertos César González Valiente / Rafael Ferrando Pérez

Dirección y coordinación del proyecto Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación de Valencia Isabel Galbis Cordova, Directora de la Escuela de Negocios Lluís Vives Antonio Carmona Domingo, Subdirector de la Escuela de Negocios Lluís Vives Julián Moreno Calabria, Coordinación de Programas Máximo Moliner Segura, Coordinación General del Proyecto

Ilustración de portada: José María Valdés Fotografías e ilustraciones de interior: Autores del módulo Diseño y maquetación: Rosario Mas Millet Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total ni parcial de esta publicación, ni la recopilación en un sistema informático, ni la transmisión por medios electrónicos, mecánicos, por fotocopias, por registro o por otros métodos, sin la autorización previa y por escrito del editor. ISBN: 978-84-96438-44-6 978-84-96438-48-4

CONTENIDO DEL MÓDULO SEIS TOMO 1 U.D. 1 Repaso de unidades y magnitudes físicas relacionadas con la climatización y ventilación ..................................... U.D. 2 Instalaciones de ventilación .............................................. U.D. 3 Conductos de distribución de aire ................................... U.D. 4 La técnica de difusión del aire ......................................... U.D. 5 Cálculo de cargas térmicas................................................

5 43 101 183 229

TOMO 2 U.D. 6

Técnica de la refrigeración y la bomba de calor aplicada a la climatización ................................................ U.D. 7 El climatizador autónomo................................................. U.D. 8 Instalaciones centralizadas, distribución con agua y refrigerante ........................................................................ U.D. 9 Instalaciones de regulación y control............................... U.D. 10 Trabajo final de curso. Estudio y oferta para la climatización de un local................................................... Glosario del Módulo .........................................................................

293 355 445 531 569 595

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M 6 / UD 6

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

297

Objetivos ........................................................................................

299

1. El ciclo de carnot. La bomba de calor. COP y CEE teórico y real.........................................................................................

301

2. Fundamentos de refrigeración...............................................

304

3. Refrigerantes ...........................................................................

308

3.1. Propiedades deseables ...................................................

308

3.2. Clasificación numérica ..................................................

308

3.3. Clasificación según su seguridad ..................................

309

3.4. Refrigerantes nuevos......................................................

311

3.5. Sustitución de equipos...................................................

312

4. Aceites lubricantes ..................................................................

313

5. Ciclo en el Diagrama de Mollier ............................................

314

6. Puntos y zonas características del ciclo de refrigeración en el diagrama mollier.................................................................

316

6.1. Recalentamiento y subenfriamiento.............................

317

6.2. Deslizamiento en la evaporación y condensación .......

319

7. Circuito frigorífico de un climatizador..................................

321

8. Ciclo en invierno o bomba de calor. Utilización y limitaciones........................................................

323

9. Circuito real de un climatizador ............................................

325

10. Componentes del circuito frigorífico de un climatizador....

328

10.1. Compresores. Clasificación ...........................................

328

10.2. Sistemas arranque de compresores...............................

331

10.3. Evaporador. Factor de By-pass.......................................

332

10.4. Condensador ..................................................................

333

10.5. Capilar. Válvula de expansión .......................................

334

10.6. Válvula inversora ............................................................

337

10.7. Otros componentes .......................................................

338

11. Reparación de averías en equipos frigoríficos.......................

341

12. Síntomas característicos..........................................................

342

295

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12.1. Condensador con exceso de refrigerante ....................

343

12.2. Condensador con falta de refrigerante ........................

343

12.3. Evaporador con exceso de refrigerante .......................

343

12.4. Evaporador con falta de refrigerante ...........................

343

12.5. Circuito con atasco ........................................................

344

12.6. Compresor no rinde ......................................................

344

12.7. Presencia de aire en el circuito .....................................

344

Resumen ........................................................................................

345

Anexo. Hojas de datos de refrigerantes.......................................

347

Cuestionario de autoevaluación...................................................

351

Laboratorio....................................................................................

353

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INTRODUCCIÓN Dado que estos conocimientos se incluyen en el módulo de Máquinas y Equipos Frigoríficos de Primer Curso, y se amplían en el de Instalaciones Frigoríficas de Segundo, nos limitaremos a describir los equipos específicos de climatización, y someramente la teoría de refrigeración en las condiciones normales en aire acondicionado. También explicaremos la Bomba de Calor, incidiendo en sus ventajas aplicadas al ahorro energético.

297

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OBJETIVOS El objetivo de esta Unidad Didáctica es repasar los conocimientos sobre refrigeración, pero enfocados específicamente a los equipos de climatización.

299

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1. CICLO DE CARNOT. LA BOMBA DE CALOR. COP Y CEE TEÓRICO Y REAL El funcionamiento de un climatizador autónomo se basa en el ciclo de refrigeración de Carnot. Consiste en el traslado de energía calorífica de un foco caliente a uno frío o viceversa, mediante la energía mecánica que suministra el compresor del equipo. Este ciclo puede utilizarse como refrigerador (extrayendo calorías de un recinto frío), o como calentador o bomba de calor (calentando un caliente desde uno frío).

Balance energético

Recordemos que el diagrama es el de la figura: Si nos fijamos en las energías trasladadas: Q2 = Q1 + Q3 Siendo:

Q1 = calor extraído del foco frío. Q2 = Calor cedido al foco caliente. Q3 = Energía mecánica aportada.

Eficiencia de una máquina frigorífica El rendimiento de una máquina frigorífica es la relación entre el calor útil y la energía mecánica aportada. En caso de equipos frigoríficos el calor útil es Q1 (extraído del foco frío). En caso de bombas de calor, el calor útil es Q2 (calor aportado al foco caliente). Este rendimiento se

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denomina CEE o COP (CEE es coeficiente de eficiencia energética, COP es en inglés coeficient of perfomance). Distinguiremos

CEEe = Eficiencia en refrigeración CEEc = Eficiencia en calefacción

Ciclo frigorífico: CEEe = Energía utilizada / Energía consumida = Q1 / Q3 Ciclo bomba de calor: CEEc = Energía utilizada / Energía consumida = Q2 / Q3 Físicamente se demuestra la ecuación siguiente: CEE = T2 / (T2 – T1) Siendo:

T1 = Temperatura del foco frío en ° K. T2 = Temperatura del foco caliente en ° K.

Vemos que el rendimiento va cayendo a medida que se separan las temperaturas de los focos frío y caliente (T2 – T1 en el denominador) y por ello se precisa de más energía mecánica para el mismo transporte de calor entre los focos. Por ejemplo, suponiendo una temperatura de foco frío de 5° C, y de foco caliente de 45° C. T1 = 5 + 273 = 278° K T2 = 45 + 273 = 318° KCOP = 318 / (318 – 278) = 7,9 En el caso del aire acondicionado, la temperatura del foco frío suele ser la de evaporación, de 5° C, y la del foco caliente, la de condensación, de 45° C. Por ello la máquina ideal de aire acondicionado tendrá un COP máximo teórico aproximado de 8, pero sin embargo el COP real suele ser del orden del 50% del teórico, es decir 3,9. Es decir: una máquina de aire acondicionado, por cada 1 kw de potencia que toma de la red eléctrica, mueve 3 kW térmicos del local. Este efecto es muy importante en el caso de utilizarla como bomba de calor, es decir para calentar un local. Si utilizamos una estufa con resistencias eléctricas de efecto Joule, del tipo que sea (radiador, convector, infrarrojos, etc.) el COP es de 1, cada kW eléctrico se convierte en un

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kW de calor. Pero si utilizamos una bomba de calor, con un kW eléctrico calentaremos la habitación con 3 kW de calor (COP = 3).

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2. FUNDAMENTOS DE REFRIGERACIÓN La refrigeración es la técnica de enfriar un local u objeto por debajo de la temperatura ambiente. Para enfriar o calentar un objeto deberemos quitarle o aportarle calorías. Para trasladar calorías de un punto a otro podemos utilizar muchos sistemas: 1. Calentar un sólido, trasladarlo y con él calentar el otro punto. 2. Calentar un fluido, trasladarlo por una tubería y calentar el otro cuerpo. 3. Calentar un líquido hasta que se convierta en vapor, trasladar el vapor, y que se condense en el otro punto. De los tres sistemas anteriores, el más eficiente es el tercero, ya que utiliza el calor latente del fluido, que recordemos que era mucho mayor que el sensible. El calor latente del agua es de 537 Kcal/kg. Es decir, utilizamos un cuerpo líquido, lo calentamos hasta su punto de ebullición, y al evaporase va tomando grandes cantidades de calor. EL vapor lo trasladamos por una tubería, y cuando toca un cuerpo más frío se condensa (pasa a líquido) y desprende las mismas calorías que tomó en el punto primero.

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El ciclo real de refrigeración se basa hacer circular por un circuito cerrado a un fluido que al pasar de líquido a gas absorbe una cantidad de calor llamada calor latente de evaporación, y al pasar de gas a líquido desprende la misma cantidad. Para forzar la evaporación bajamos bruscamente la presión, y para condensarlo aumentamos la presión y ventilamos. De esta forma, el fluido es el conductor de calor en grandes cantidades. El agua puede ser un refrigerante, pero en los circuitos frigoríficos se usan otros fluidos refrigerantes que se vaporizan a menor temperatura que el agua (a –40° C y más). Si dejamos abierto un recipiente con refrigerante, comenzará a hervir, y a bajar su temperatura hasta la de su ebullición. Si con un compresor recogemos el vapor y lo volvemos a meter en la botella, ya tenemos una máquina frigorífica.

Al comprimir el vapor, se calienta, y si lo enfriamos con un serpentín, cederá su calor, y pasará a líquido, con lo que ya podemos volver a introducirlo en la botella. El único fallo que tiene este circuito es que para que se comprima el vapor a alta presión, es necesario colocar un estrangulamiento antes de que entre en la botella, de forma que divida el circuito en una parte a baja presión, y otro a alta presión.

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Relación Presión – Temperatura Que el agua hierve a 100° C es cierto, pero hay que añadir que es cierto si la presión es la atmosférica (1 bar). Si la presión baja, el agua hierve a menor temperatura. Relación presión temperatura

En la cima del Everest el agua hierve a 60° C, pues la presión atmosférica es muy baja. Igualmente, si aumentamos la presión igual que ocurre en una olla express, el agua hierve a unos 150°, y por eso cocina los alimentos más rápido.

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Botella de gas refrigerante

Es decir cada líquido tiene una curva que relaciona su temperatura de ebullición con la presión existente. En refrigeración se utilizan fluidos que hierven a muy baja temperatura, con los que se puede mantener en todo el circuito con presiones altas, y que denominamos refrigerantes. Según las temperaturas que vayamos a conseguir, utilizaremos el refrigerante que mejor se adapte.

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3. REFRIGERANTES Refrigerantes son los líquidos que utilizaremos en el circuito interior de los equipos frigoríficos. Son fluidos con las mejores propiedades posibles para su utilización en bombas de calor.

3.1. Propiedades deseables Un refrigerante ideal ha de cumplir las siguientes propiedades: •

Ser químicamente inerte: no ser inflamable, ni tóxico, ni explosivo.

•

No reaccionar desfavorablemente con los aceites o materiales empleados en la construcción de los equipos frigoríficos (Cobre…).

•

No reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar de las precauciones que se toman, aparece en toda instalación.

•

El refrigerante ha de poseer unas características físicas y térmicas que permitan el máximo de rendimiento en los equipos.

•

La relación presión-temperatura debe ser tal que la presión en el evaporador para la temperatura de trabajo sea superior a la atmosférica, para evitar la entrada de aire y de humedad en el sistema en caso de fuga.

•

El punto de congelación deberá ser inferior a la temperatura mínima de trabajo.

•

Finalmente, ha de ser de bajo precio y fácil disponibilidad.

3.2. Clasificación numérica A efectos de lo dispuesto en el número anterior, se establece la siguiente nomenclatura simbólica numérica: Los refrigerantes podrán expresarse, en lugar de hacerlo por su fórmula o por su denominación química, mediante la denominación simbólica numérica adoptada internacionalmente y que se detalla seguidamente. La denominación simbólica numérica de un refrigerante se establecerá a partir de su fórmula química, consistiendo en una expresión numérica en la que: •

La primera cifra de la derecha, en los compuestos que carezcan de bromo, indicará el número de átomos de flúor de su molécula.

•

A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el número de átomos de hidrógeno de su molécula más uno.

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•

A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el número de átomos de carbono de su molécula menos uno.

•

Si resultara cero no se indicará.

•

El resto de los enlaces se completará con átomos de cloro.

•

Si la molécula contiene átomos de bromo se procederá de la manera indicada hasta aquí, añadiendo luego a la derecha una B mayúscula, seguida del número de dichos átomos.

•

En los compuestos isómeros, el más simétrico (en pesos atómicos) se indicará sin letra alguna a continuación de los números. Al aumentar la asimetría, se colocarán las letras a, b, c, etc.

•

Los compuestos no saturados seguirán las letras anteriores, anteponiendo el número 1 como cuarta cifra, contada desde la derecha.

•

Los azeótropos o mezclas determinadas de refrigerantes se expresarán mediante las denominaciones de sus componentes, intercalando, entre paréntesis, el porcentaje en peso correspondiente a cada uno. Los azeótropos también pueden designarse por un número de la serie 500 completamente arbitrario.

Los números de identificación de los refrigerantes de los compuestos inorgánicos se obtienen añadiendo a 700 los pesos moleculares de los compuestos. Cuando dos o más refrigerantes inorgánicos tienen los mismos pesos moleculares se utilizan las A, B, C, etc., para distinguirlos entre ellos.

3.3. Clasificación según su seguridad En relación con su impacto sobre el medio ambiente Existen en la actualidad existen tres tipos de refrigerantes de la familia de los hidrocarburos halogenados: CFC: (Flúor, Carbono, Cloro), Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable; esta estabilidad hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero (R-11, R-12, R-115). Está prohibida su fabricación desde 1995.

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HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro). Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula. La presencia de Hidrógeno le confiere menos estabilidad, en consecuencia, se descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su desaparición está prevista para el año 2015 (R-22) y desde 2004 ya no se fabrican equipos con ellos. HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono), Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro (R-134a, 141b).

En relación con la seguridad de las personas Aunque los refrigerantes circulan por un circuito cerrado, pueden escapar por una fuga, o rotura del equipo, y en tal caso pueden ser inhalados por las personas, con posibles riesgos si son tóxicos. Debido a esto los refrigerantes se clasifican en tres niveles, según su potencial peligrosidad para las personas: Alta seguridad: refrigerantes inocuos en caso de inhalación, y que no forman mezclas explosivas con el aire. Son los usados en equipos domésticos y comerciales. Media seguridad: refrigerantes peligrosos en caso de fugas, por ser tóxicos o corrosivos; su mezcla con el aire pueden ser combustible o explosiva a un 3,5 % o más en volumen: Amoníaco, Cloruro de metilo, Anhídrido Sulfuroso… Baja seguridad: refrigerantes venenosos; su mezcla con el aire puede ser combustible o explosiva a menos de un 3,5 % en volumen. También hay que tener en cuenta que si el equipo contiene un gran volumen de refrigerante, en caso de fuga el gas desplazará al aire de la habitación, y sus ocupantes pueden morir por asfixia. Por ello se limita el tamaño de los equipos en función del tamaño del local. Estos gases no son tóxicos en estado normal pero en caso de fuga, desplazan el oxígeno produciendo asfixia. Cuando están en contacto con llamas o cuerpos incandescentes el gas se descompone dando productos altamente tóxicos y capaces de provocar efectos nocivos en pequeñas concentraciones y corta exposición.

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3.4. Refrigerantes nuevos Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC:

USO O SERVICIO

CFC / CFC

HFC

Limpieza

R-11

R-141b

Temperatura media

R-12

R-134a / R-409

Baja temperatura

R-502

R-404 / R-408

Aire Acondicionado

R-22

R-407c / R-410 a

Los refrigerantes pueden ser puros o mezcla de diferentes gases; las mezclas pueden ser azeotrópicas o no azeotrópicas. Las mezclas azeotrópicas están formadas por tres componentes y se comportan como una molécula de refrigerante puro. Empiezan por 5 (R-500, R-502). Las mezclas no azeotrópicas están formadas por varios componentes pero la mezcla no se comporta como una molécula de refrigerante puro. Por lo tanto, la carga de refrigerante que funciona con estos gases se ha de realizar siempre por líquido ya que cada gas se comporta diferente en estado gaseoso. Empiezan por 4 (R-404, R-408, R-409). Además, este tipo de mezclas tiene deslizamiento, lo que quiere decir que a la misma presión la temperatura es diferente si está en estado gaseoso o en estado líquido. Este deslizamiento puede ser desde 1° hasta 7° C. Para climatización los nuevos refrigerantes a usar serán:

ASHRAE

REEMPLAZA

R-123

R-11

LUBRICANTE

APLICACIÓN Limpieza circuitos

R-134 A Fluido puro C2H2F4

R-12

Ester de poliol

Nuevos equipos y reconversiones

R-22

Ester de poliol

Nuevos equipos

R-22

Ester de poliol

Nuevos equipos y reconversiones

R-410 A Mezcla azeotrópica R-407C Mezcla

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Lata de aceite

En climatización actual se utilizan: El R-134 A para grandes instalaciones. El R-410 A se usa en pequeñas instalaciones y domésticas. El R407 C equipos grandes, sustituto del R-22.

3.5. Sustitución de equipos Si tenemos en cuenta que los equipos se diseñan para un refrigerante concreto, sus presiones y temperaturas de trabajo, aceite, etc., no podemos cambiar su refrigerante por otro cualquiera, pues con toda probabilidad dañaremos el equipo. Si tenemos equipos instalados que usan refrigerantes prohibidos, como el R-12 o el R-22, podemos sustituir su refrigerante por otro que llamaremos de sustitución, y nos permitirá seguir usando el equipo, sin cambiarlo. En la mayoría de los casos el equipo pierde un poco de rendimiento. En los equipos de climatización los refrigerantes de sustitución del R22 son: El R-134 A para grandes instalaciones. El R-410 A se usa en pequeñas instalaciones y domésticas. El R407 C equipos grandes. También se debe de sustituir el aceite de los compresores y de la instalación por otros compatibles con los nuevos refrigerantes.

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4. ACEITES LUBRICANTES Los compresores necesitan lubricarse con aceite, que se almacena en el cárter. El aceite engrasa todas sus piezas, pero una parte del mismo es arrastrado por el refrigerante, y se va por el circuito al condensador. Es importante que el aceite regrese de nuevo al cárter del compresor, y la instalación debe diseñarse adecuadamente. Los aceites usados en refrigeración son específicos para cada refrigerante, ya que deben mezclarse con él sin formar compuestos, posos, no congelarse, etc. Los aceites usados en climatización son: •

Aceites minerales; aptos para refrigerante CFC y HCFC (R22, R12, R502).

•

Aceites sintéticos PAG, especiales para refrigerante HCF de automoción.

•

Aceites sintéticos ESTER POLIOL para los nuevos refrigerantes HCFC (R410A y R407C).

Es importante saber que ambos tipos de aceites son incompatibles, por lo que cuando a un equipo se le cambie el refrigerante, deberá limpiarse todo el aceite de la instalación, mediante un líquido limpiador circulando repetidamente. El aceite también disuelve un porcentaje de refrigerante. Si hacemos vacío en un compresor, el refrigerante hervirá, y puede congelar el aceite. El vaciado de compresores debe realizarse con el compresor caliente o calentándolo. En compresores herméticos y semi-herméticos, cuando el bobinado se calienta excesivamente o se quema, se forma con carbonilla que se mezcla con el aceite y lo estropea. Si existe agua o aire en el circuito, reacciona con el aceite, y forma espuma y ácidos que atacan el circuito eléctrico y juntas de goma.

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5. CICLO EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER Si tomamos el gas refrigerante R-22, podemos ver la evolución del ciclo de refrigeración de un equipo climatizador en el Diagrama de Mollier, con presiones en el eje vertical (absolutas), y entalpía (o energía total) en el eje horizontal en calorías por kg. En este ciclo que podemos observar las etapas de: Diagrama de Mollier (Ciclo ideal)

Compresión a partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía. Condensación. Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía. Expansión. El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia. Evaporación. El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura. Al evaporarse, aumenta su entalpía. Al final el refrigerante vuelve a ser gas a baja presión, y retorna al compresor para iniciar el ciclo. •

La curva de la izquierda nos indica que el refrigerante es todo líquido.

•

La curva derecha nos indica que el refrigerante es todo gas.

•

Entre ambas curvas el refrigerante está hirviendo o condensando, es decir, está en parte líquido y en parte como vapor.

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Vemos también en el ciclo cómo durante la condensación el refrigerante desprende calor, y en la evaporación absorbe calor. Diagrama de Molier movimientos del calor

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6. PUNTOS Y ZONAS CARACTERÍSTICAS DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER Cada gas refrigerante tiene un diagrama propio, en el que podemos observar un ciclo de trabajo, por ejemplo el del refrigerante R-22: Diagrama de Mollier R 22 (Puntos característicos)

Con R407C las presiones son similares al R-22, pero en conjunto el ciclo tiene un 8% menos de rendimiento.

Ciclo con R-410A En el caso de utilizar el refrigerante R-410A, las presiones de trabajo son un 50-60 % más altas, pero las temperatura de evaporación condensación son similares. Diagrama de Mollier R 410-A (Puntos característicos)

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El R-410A se emplea en equipos climatizadores pequeños, pues tiene un rendimiento mayor que el R-22, pero sus elevadas presiones de trabajo limitan su uso en equipos grandes.

6.1. Recalentamiento y subenfriamiento Los manómetros de toma de presión suelen incorporar una escala exterior donde aparecen presiones, una interior donde indican la temperatura de evaporación del gas correspondiente a esa presión.

Manómetro para refrigerantes

Recalentamiento El gas refrigerante una vez se ha evaporado no puede pasar directamente al compresor sin estar seguros de que se ha evaporado totalmente, es decir que no queden gotas de líquido que puedan dañar los pistones o paletas del compresor. Para ello se mantiene un poco más de tiempo el gas en el evaporador, y nos aseguramos que aumente unos 5 ó 6 grados su temperatura. Recalentamiento

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Este aumento de temperatura lo llamamos recalentamiento, y es el incremento de temperatura sobre la temperatura de evaporación que debería de tener según su presión de baja (la que marca el manómetro de baja). Es decir si tomamos la temperatura al inicio del evaporador, debe corresponder con la que marca el manómetro según su presión, y si medimos la temperatura a la salida, la diferencia será el recalentamiento. Este valor en aire acondicionado suele ser de 5 a 7° C, y también nos servirá para diagnosticar averías en los equipos. En el diagrama lo encontramos subiendo 5° en la curva de gas, y bajando hasta encontrar la horizontal de la presión de baja por la curva de esa temperatura.

Subenfriamiento Es el mismo concepto, pero aplicado al condensador de aire, es decir el refrigerante caliente a alta presión, una vez que se ha condensado (se ha convertido en líquido), lo enfriamos un poco más, para asegurarnos que todo sea líquido, y para ello lo enfriamos unos 5 ó 7° C más, antes de mandarlo a la válvula de expansión o capilar. Subenfriamiento

En el diagrama lo encontramos subiendo 5° en la curva de líquido, y bajando hasta encontrar la horizontal de la presión de baja por la curva de esa temperatura.

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6.2. Deslizamiento en la evaporación y condensación El gas R-22 realiza la evaporación y condensación a una temperatura constante para una determinada presión. Esta temperatura la podemos leer en el propio manómetro bajo la presión, en la escala del gas R-22. Sin embargo los gases refrigerantes, que son mezclas de varios gases, como el R-410A y el R-407C, evaporan primero unos gases y después otros, de forma que la temperatura de evaporación va ascendiendo unos 7° C desde el principio al final. Fenómeno de deslizamiento

Esta variación de la temperatura de evaporación no se debe de confundir con un recalentamiento, ya que se trata de la variación entre el inicio y el final de la evaporación del líquido, y el recalentamiento es el calentamiento del gas una vez que se ha evaporado totalmente. Entonces podemos preguntarnos: ¿cuál es la temperatura que marca el manómetro para una presión? Pues la media entre el inicio y el final de la evaporación, es decir la temperatura a mitad del recorrido del evaporador. Por ello si el manómetro indica una temperatura T1 para la presión de evaporación, y tomamos la temperatura a la entrada del compresor T2, si el deslizamiento del gas es de 7° C, el valor real del recalentamientos será = T2 – T1 – 7°/ 2 . El deslizamiento del gas R-410A es muy bajo, de unos 2° C, y podemos despreciarlo.

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El deslizamiento del gas R-407C es importante, de unos 7°. En las Hojas de Datos, al final del tema, podemos ver los diagramas presión entalpía de los gases R-22, R-410A y R-407C, y observaremos cómo las líneas de temperatura del R-407C están inclinadas, por el fenómeno del deslizamiento.

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7. CIRCUITO FRIGORÍFICO DE UN CLIMATIZADOR El circuito frigorífico de un climatizador de aire típico, en la práctica, se realiza mediante los elementos siguientes: El condensador y el evaporador son tubos arrollados con aletas, y cruzados por una corriente de aire movida por dos ventiladores.

Circuito frigorífico con capilar

La expansión se realiza mediante un tubo de pequeño diámetro –llamado capilar–, que produce una pérdida de presión por rozamiento, o una válvula con un orificio controlado, llamada válvula de expansión. A la entrada y salida del compresor tenemos dos tomas de presión para conectar sendos manómetros que nos indicarán las presiones de alta (condensación) y baja (evaporación). El circuito frigorífico de la figura siguiente muestra las temperaturas y presiones normales de un climatizador, funcionando con refrigerante R–22. Vemos que aparecen varios datos de interés: Temperatura de entrada del aire: es el aire del recinto acondicionado, que entra en el aparato con unas condiciones de temperatura y humedad, (entre 23 y 30 ° C, y Hr entre 50-60%).

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Temperaturas en circuito frigorífico

Temperatura de salida del aire: es el aire que sale de la batería evaporadora, hacia el local a climatizar. Suele salir entre 11 y 14° C, con humedad del 80-85%. Temperatura de entrada del aire exterior: depende de la temperatura de cada día, entre 30 y 40° C. Temperatura de salida del aire exterior: tras pasar por el condensador, se calienta unos 15° C sobre la T de entrada (35 + 15 = 50° C). Temperatura de evaporación: suele ser de 4 a 5° C. Temperatura de entrada del gas en el compresor: unos 5° C sobre la T de evaporación ó 10° C. Temperatura de descarga del compresor: sobre 70-90° C. Temperatura de Condensación: unos 15° C sobre la T de entrada del aire exterior (30 + 15 = 45° C). Temperatura del líquido a la salida del condensador: unos 5° C bajo la T de condensación (45 – 5 = 40° C). Presión de evaporación o Baja: con R-22 = 5 Bar. Presión de condensación o Alta: con R-22 = 17 Bar.

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8. CICLO DE INVIERNO O BOMBA DE CALOR. UTILIZACIÓN Y LIMITACIONES Los climatizadores con bomba de calor incorporan una válvula de 4 vías, que intercambia en el compresor las tuberías de aspiración y de descarga, de forma que el evaporador se convierte en condensador, y el condensador en evaporador. El efecto es similar a coger un equipo de ventana, y darle la vuelta del exterior al interior. De esta manera absorbe calorías del exterior (aunque esté más frío), y las descarga en el interior, calentando el ambiente.

Bomba de calor

El problema suele aparecer porque el condensador de un ciclo de frío suele ser un 30% mayor que el evaporador, y al invertir el ciclo, el evaporador es un 30% mayor de lo debido. Para evitar este inconveniente, se suele parar el ventilador exterior mediante un termostato o un presostato, de forma que la presión de baja no suba mucho. En el caso de climatizadores en bomba de calor, la temperatura de evaporación es más baja, alrededor de 0° C, y la de condensación más alta, sobre 50°.

Utilización Las bombas de calor se utilizan principalmente en procesos de calentamiento de: •

Climatización, en zonas no muy frías, donde la temperaturas exteriores no sean muy frías (dependiendo de la calidad del aparato desde 0° C hasta –15° C).

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•

Producción de agua caliente sanitaria.

•

Calentamiento de piscinas climatizadas.

•

Calefacción por suelo radiante.

Limitaciones La bomba de calor tiene limitaciones en su temperatura de condensación, que no puede pasar de 65° C, ya que la presión de alta y la temperatura de descarga del compresor suben excesivamente. Cuando la temperatura de evaporación baja de 0° C, se forma hielo en la batería, y pierde capacidad de intercambio con el aire. El equipo realiza un desescarche, que consiste en invertir el ciclo, para que el evaporador se caliente y funda el hielo. Este proceso quita tiempo de trabajo al equipo, y si la temperatura exterior desciende de 0° C, el rendimiento del equipo desciende siendo cada vez menor hasta llegar un punto en que no resulta económico. Por ello, en zonas en las que las temperaturas permanecen durante mucho tiempo bajo cero, no se deben utilizar bombas de calor.

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9. CIRCUITO REAL DE UN CLIMATIZADOR El circuito más sencillo es el de un climatizador denominado “climatizador de ventana”, que se coloca en mitad de una pared o ventana, con una parte dentro del local, y el resto al exterior.

Componentes 1. Evaporador, batería interiores. Aspiración de aire del interior. Realizado con tubos de cobre y aletas de aluminio.

Componentes de equipo de ventana perspectiva

2. Botonera de mando. Marcha, paro, ventilador, termostato. 3. Salida de aire interior. Con aletas directrices del flujo. 4. Ventilador interior, de tipo centrífugo. 5. Motor ventiladores. Trifásico con condensador permanente para la tercera fase. 6. Ventilador aire exterior, de tipo helicoidal de pala ancha. 7. Condensador. Con tubo de cobre y aletas de aluminio, entrada de aire posterior, salida por los laterales del equipo. 8. Compresor, de tipo hermético y normalmente rotativo. 9. Válvula inversora 4 vías. 10. Filtro secador.

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11. Capilar, con distribuidor de líquido. 12. Salida desagüe condensados. 13. Toma de alimentación eléctrica. Vemos que todos los componentes se encierran en una caja metálica o chasis en forma de paralelepípedo, que suele estar acolchado en su interior por un aislante acústico. En la siguiente figura podemos ver el esquema real de un equipo climatizador tipo partido de la marca Mitsubishi Electric de 3.000 Kcal/h bomba de calor. El esquema frigorífico es un poco más complejo, por tener varios capilares en serie, cuya misión es compensar la diferencia de tamaño del condensador y el evaporador al invertir el ciclo. También vemos que se trata de un equipo dividido en dos partes: •

Unidad interior, con evaporador y ventilador interior (no aparece).

•

Unidad exterior, con resto del circuito frigorífico (compresor, válvula inversora, condensador, capilares, etc.).

Ambas partes se unen con dos tubos de cobre por los que circula el refrigerante en fase líquida y en fase vapor, que denominamos “tubo de líquido” y “tubo de gas”. Hay que tener cuidado de que los dos tubos estén a la misma presión, ya que el capilar se encuentra en la unidad exterior, y el líquido va ya “pre-expansionado”. Por ello estos equipos pequeños sólo tienen una toma de presión, que en ciclo de frío es Baja, y en ciclo de calor es Alta.

Componentes de equipo split esquema

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Equipos “INVERTER” La palabra inverter se traduce por variador. Por equipos inverter se conocen aquellos que tienen un variador electrónico de la velocidad del compresor y ventiladores, de forma que su capacidad frigorífica se adapta a las necesidades del local. Es decir, el compresor suministra una potencia que va del 20 al 130% de su nominal, por ello su capacidad se indica con márgenes de potencia (1.200 – 3.000 – 3.500). La primera potencia es la mínima, la segunda la nominal, y la tercera la máxima, que normalmente puede suministrar durante 30 minutos. Los equipos inverter son cerca de un 30% más caros, pero tienen las ventajas siguientes: •

Menos arranques y paradas del compresor.

•

Velocidad mínima del ventilador menor, al reducirse también el compresor.

•

Condiciones de salida del aire siempre uniformes.

Su esquema frigorífico es similar al de los equipos normales.

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10. COMPONENTES DEL CIRCUITO FRIGORÍFICO DE UN CLIMATIZADOR 10.1. Compresores. Clasificación El compresor se encarga de comprimir el gas refrigerante de la baja a la alta presión. Está compuesto de un motor eléctrico y un sistema de compresión del gas.

Según su construcción pueden ser: Herméticos: el motor y el compresor están encerrados en el interior de una caja de chapa soldada. Son los más usuales para potencia hasta 20 KW. Semiherméticos: igual que el anterior, pero la carcasa es de fundición, y se puede desmontar. Alcanzan potencias mayores. Abiertos: el motor eléctrico está separado del compresor. Se unen mediante un acoplamiento o transmisión.

Compresores hermético y semihermético

Según su mecanismo de compresión: Alternativos: tienen cigüeñal, cilindros, pistones, culata y válvulas. Son resistentes y duraderos, pero vibran y son más ruidosos.

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Corte de un compresor

Las válvulas son láminas situadas en la culata, de forma que se abren para que entre el gas, y se cierran en sentido contrario. Pueden tener de dos a ocho cilindros. Rotativos: comprimen el gas en una cámara circular cerrada por unas paletas. Son los más usados en climatizadores domésticos y pequeños, por ser muy silenciosos.

La compresión se produce al girar el rodillo móvil, de forma que la cámara se va estrechando, hasta que el gas comprimido sale por una válvula de clapeta, que se abre por la presión interior. La paleta deslizante es la que separa la parte de baja presión de la de alta. Estos compresores son más estrechos que los de pistones, y suelen estar mucho más calientes. Son los más usados en equipos climatizadores pequeños y medios.

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Scroll o espiral: son los más recientes. Tienen la mejor eficiencia de todos, con poco ruido y pocas vibraciones. Se fabrican en tipo hermético, y de potencias hasta 100 kW. Están compuestos de dos espirales, una superior fija y otra inferior que se mueve de forma excéntrica por el motor eléctrico, pero sin girar. La compresión se produce ir estrechándose el espacio entre las dos espirales, hasta que el fluido sale por el centro de la espiral superior. Como no hay casi rozamientos, el rendimiento mecánico es muy alto. De tornillo: son excelentes compresores para grandes potencias. Suelen ser de tipo semihermético, pero con doble o simple rotor.

La estanquidad se completa con el aceite lubricante, y precisa de un sistema complejo con bomba, separadores, enfriadores, etc.

Según su alimentación eléctrica: Monofásicos: corriente alterna. Tensión 230V alimentados por tres hilos Fase, Neutro y Protección (tierra). Trifásicos: corriente alterna o continua (equipos inverter). 400V con cuatro hilos.

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10.2. Sistema arranque de compresores Compresores monofásicos Los compresores monofásicos por su construcción no pueden arrancar directamente, y por ello se usan varios sistemas: •

Por bobina auxiliar y relé de arranque: tienen un bobinado auxiliar accionado por un relé, que una vez arrancado el motor, se desconecta.

Esquema por bobina auxiliar y relé de arranque

•

Por condensador de arranque: se trata de un motor trifásico con la tercera.

Fase producida por el condensador.

Esquema por condensador de arranque

Compresores trifásicos Los compresores son equipos de construcción pesada, para evitar que vibren, pero por ello al arrancar pueden producir intensidades elevadas, que perjudiquen al resto de la instalación eléctrica. Para limitar la intensidad del arranque se usan varios sistemas: •

Arranque en estrella-triángulo: el motor tiene que ser de tensión superior a la de trabajo (400 – 700V en red a 400V). Actualmente muy en desuso.

•

Arranque por resistencias. Se utiliza en equipos grandes.

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•

Arranque en par-winding: el motor tiene dos bobinados independientes, es decir son dos motores de de la potencia total cada uno, de forma que primero arranca uno, y una vez en giro, arranca el otro. Es un sistema muy frecuente en equipos americanos.

•

Arranque lento por variador: se emplean variadores electrónicos, que pueden ajustarse en tiempo de arranque e intensidad máxima absorbida.

10.3. Evaporador. Factor de by-pass El evaporador es la batería de intercambio de calor refrigerante-aire. Es la batería fría, donde el refrigerante entra líquido y sale vapor. Los evaporadores están constituidos por un serpentín, tubo de cobre con aletas de aluminio muy pegadas entre si, porque no se debe de formar hielo como en los equipos de refrigeración comercial. Suelen haber dos o tres filas de tubos. El evaporador incorpora un ventilador para forzar el aire a atravesarlo, el cual puede tener varias velocidades.

Evaporador de split

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En la base del evaporador se coloca una bandeja para recoger el agua de condensación, es decir la humedad sobrante del aire al enfriarse. Esta bandeja se conecta a un desagüe. El rendimiento de un evaporador depende de: •

La diferencia de temperatura entre la batería y el aire que lo atraviesa.

•

El caudal de aire.

•

En factor de by-pass, o del tanto por ciento de aire que toca la batería.

La temperatura de evaporación en aire acondicionado suele ser de 5° C.

Factor de by-Pass El aire que al atravesar una batería de intercambio con tubos y aletas, toca las partes metálicas se enfría por contacto o transmisión. Pero una parte del aire pasa limpiamente por los huecos sin tocar nada, y por lo tanto no se enfría. Es como si este aire realizase un by-pass a la batería. A la salida, el aire se mezcla y se iguala su temperatura. Llamamos factor de by-pass de una batería, al porcentaje de aire que pasa sin tocarla, y que suele estar entre el 10 y el 30%. Los evaporadores y condensadores con más filas de tubos tienen un factor de by-pass menor, pero también son más caros.

10.4. Condensador El condensador es la batería caliente que disipa calor, y donde el gas caliente se condensa y sale líquido. Es de construcción similar al evaporador, pero suele ser un 30% más grande. En equipos split puede tener forma curva, para aprovechar el espacio al máximo. El ventilador puede ser de tipo centrífugo, si se debe canalizar el aire por conductos; o axiales, si funciona en descarga directa. Los de tipo axial son más silenciosos. En grandes equipos pueden colocarse varios ventiladores en paralelo. Es importante nivelar adecuadamente el condensador, para evitar acumulaciones de líquido y de aceite.

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Condensador por aire

10.5. Capilar. Válvula de expansión Capilar Los equipos hasta 10.000 Frg/h suelen realizar la expansión del líquido refrigerante mediante un tubo de cobre de muy pequeño diámetro llamado tubo capilar. Al atravesarlo, el líquido pierde presión por rozamiento con las paredes, y a la salida se evapora por la baja presión. Es como una tubería larga y estrecha, sin partes en movimiento. El capilar se selecciona por su calibre interior y su longitud. Con la longitud podemos ajustar la caída de presión en un capilar. Normalmente los capilares están ajustados de fábrica, y no hay que cambiarlos, a menos que se atasquen. En el capilar el caudal de paso es fijo, y está calculado según la longitud y presión de alta.

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Capilar de expansión

Valvula de expansión termostática En los equipos mayores se utilizan válvulas de expansión de tipo termostático.

Válvula de expansión termostática

Con la válvula de expansión se regula la cantidad de refrigerante que pasa por el orificio, de forma que el recalentamiento sea de unos 5° C hasta la salida del evaporador.

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El sensor de temperatura es un bulbo que se coloca al final del evaporador. La válvula tiene un ajuste para variar el recalentamiento, de forma que podemos rebajar el rendimiento de un evaporador demasiado grande.

Valvula de expansión electrónica de impulsos Aunque las válvulas de expansión termostáticas funcionan muy bien, tienen una inercia o tiempo de respuesta demasiado alto y no permiten un control programado, los equipos modernos de tipo inverter llevan válvulas de expansión electrónicas, que son mucho más rápidas, permiten un control proporcional de la carga de refrigerante, pueden interrumpir el suministro y responder a un microprocesador programado que analice condiciones de ambiente, presiones, etc.

Válvula de expansión electrónica

Consisten en una elecroválvula que va regulando el paso de refrigrante mediante impulsos, y el bulbo es una sonda PTC. Al aumentar la demanda de refrigerante, se aumenta la frecuencia de los impulsos. Son muy utilizadas en equipos multis, y VRV.

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10.6. Válvula inversora Los equipos reversibles o bomba de calor llevan una válvula de 4 vías que realiza la inversión del sentido de circulación del refrigerante. Consiste en un cilindro con un pistón doble que se desplaza de izquierda a derecha por la acción de la propia presión del compresor. Una bobina conecta dos capilares a uno u otro lado del pistón, el cual se desplaza y cambia la conexión de los 4 tubos dos a dos. Los dos tubos centrales (arriba y abajo) se conectan al compresor, y los laterales al evaporador y condensador.

Válvula de cuatro vías o inversora

Válvula de cuatro vias ó inversora

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10.7. Otros componentes Filtros y deshidratadores: se instalan en la línea de líquido antes de la válvula de expansión. Además de filtrar también retienen la humedad y la acidez. En algunos casos pueden llegar a obstruirse. Los de tamaño grande son desmontables y tiene el cartucho interior recambiable. Los equipos de bomba de calor deben llevar siempre filtros de doble dirección. Electro-válvulas de corte o solenoides: se instalan en la línea de líquido para cortar el paso del refrigerante al evaporador. Son como una llave de paso actuada por un electroimán. Visores de líquido: son útiles para determinar si falta refrigerante, ya que entonces se ven circular burbujas. Se instalan en la tubería de líquido tras el calderín. También muestran por colores si el refrigerante tiene humedad, o está correcto. Separadores de líquido: se instalan antes de la aspiración del compresor, para protegerlo de la entrada de gotas de refrigerante líquido, que dañarían las válvulas y pistones. Retienen los golpes de líquido que se evaporan después en un recipiente cilíndrico. Calderines: acumulan refrigerante. Pueden tener llaves de corte y prueba en la salida. Se denominan por su volumen en litros y presión de timbre. Todos incorporan una válvula de seguridad que abre al sobrepasar su presión de tarado. Silenciadores: se colocan en la descarga de los compresores rotativos, para disminuir el ruido.

Presostato

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Intercambiadores: se utilizan para mejorar la eficiencia del ciclo y evitar la llevada de líquido al compresor. Presostatos: abren un contacto eléctrico cuando el sistema rebasa, o no alcanza un determinado valor. Los de baja presión se usan para arrancar el compresor según la presión de aspiración, o parar la máquina si falta presión en baja. Los de alta presión protegen el sector de alta, en caso de subir la presión excesivamente, por suciedad del condensador u otro problema. Cuando saltan, deben rearmarse manualmente. Termostatos: abren o cierran un contacto eléctrico cuando se alcanza la temperatura fijada. Hay de muchos tipos, pero principalmente: •

De ambiente. Para colocar en la pared de una habitación.

•

De bulbo. Para colocar en conductos de aire.

•

De inserción. Para controlar tuberías con líquidos.

•

Electrónicos, con sondas de termopar, etc.

Termostato

Llaves de conexión: se instalan en equipos partidos (splits), para conectar las tuberías de refrigerante que van de una máquina a otra. Tienen válvulas de corte que se accionan mediante una llave hexagonal (Allen), y algunos tienen una toma para manómetro con obús. En la siguiente figura podemos ver su funcionamiento.

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Llave de conexión

Con la llave cerrada, el pistón aísla el equipo, quedando conectadas la tubería con la toma de presión. Con la llave abierta, las tres salidas están comunicadas.

340

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11. REPARACIÓN DE AVERÍAS EN EQUIPOS FRIGORÍFICOS La metodología general para el diagnóstico de averías debe ser:

Equipos eléctricos: •

Seguir el circuito mediante el puenteo correlativo de cada elemento de protección o control: termostatos, presostatos, temporizadores, etc. Comprobar la existencia de tensión en elementos.

•

Si se detecta el fallo en un elemento, sustituirlo y seguir probando.

•

En caso de encontrar fallos generalizados, es posible que la causa sea otra diferente de la que se ensaya.

•

Revisar aprietes y continuidades de cables. No cambiar nada, teniendo en cuenta que el equipo antes funcionaba.

Equipo frigoríficos: •

Seguir la metodología para averías tipo de falta de carga, exceso, condensador sucio, etc.

•

Antes de sustituir un elemento, asegurarse bien de que está defectuoso. Es lamentable el reparador que va cambiando piezas sin saber el origen de la avería.

•

Si no se puede detectar la avería, siempre es bueno consultar con el servicio técnico del fabricante.

341

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12. SÍNTOMAS CARACTERÍSTICOS Estado normal de un climatizador: Parámetro

Normal

Temperatura de entrada de aire al evaporador (T. Ambiente)

24°

Temperatura de salida aire del evaporador: 10° C bajo la temperatura de entrada:

14°

Presión de Baja: para R-22 y R-407c

4,8 Bar

Presión de Baja: para R-410A

9,5 Bar

Recalentamiento: depende de la velocidad del ventilador

5 a 7° C

Temperatura de entrada aire al condensador (T. exterior)

30-40° C

Temperatura de condensación: 15° C sobre T. exterior

45-55° C

Presión de Alta para R-22 y R407c

16 bar

Presión de Alta para R-410A

26 bar

Subenfriamiento:

5°

En todo equipo frigorífico se presentan averías que dan como resultado los grupos de síntomas siguientes: 1. Condensador con exceso de refrigerante. 2. Condensador con falta de refrigerante. 3. Evaporador con exceso de refrigerante. 4. Evaporador con falta de refrigerante. 5. Circuito con atasco. 6. Compresor no rinde. 7. Presencia de aire en el circuito. Seguidamente describimos cada una de ellas:

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12.1. Condensador con exceso de refrigerante Esta avería provoca un aumento de la presión de alta, ya que el intercambio de calor se reduce. También provoca un subenfriamiento elevado, ya que gran parte del condensador está lleno de líquido que sigue enfriándose. Un caso típico del caso del condensador sucio, o un exceso de refrigerante. Puede ser producida por: •

Exceso de refrigerante.

•

Atasco en el capilar o válvula de expansión.

12.2. Condensador con falta de refrigerante Resulta una alta presión muy baja, pues el refrigerante se condensa rápidamente, y se vacía. Aparece sobre todo en caso de falta de refrigerante, compresor deficiente, y atasco en línea de líquido. Puede ser producida por: •

Falta de refrigerante.

•

Condensador sucio, ventilador quemado.

12.3. Evaporador con exceso de refrigerante Aparece cuando el compresor no es capaz de absorber todo el refrigerante del evaporador, y cuando el evaporador está sucio o congelado. La consecuencia principal es una baja presión muy alta, y un subenfriamiento grande. Aparece cuando falla la válvula de expansión, o hay un gran exceso de refrigerante. Puede ser producida por: •

Exceso de refrigerante.

•

Mal funcionamiento de la válvula de expansión.

•

Compresor no rinde.

12.4. Evaporador con falta de refrigerante Genera una baja presión y un recalentamiento alto. Aparece cuando hay una obstrucción en la línea de líquido.

343

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12.5. Circuito con atasco Puede ocurrir un atasco en la parte de alta presión: por aplastamiento de una tubería, taponamiento del filtro, taponamiento de un capilar o del filtro de la válvula de expansión. El refrigerante llena el condensador y provoca una alta presión de alta, y una baja presión de baja, por falta de refrigerante en el evaporador. La zona con el atasco provoca una expansión un enfriamiento con aparición de hielo. Si el atasco está en la parte de baja presión o aspiración, provocará que el evaporador aumente de presión y se llene de líquido, bajando su temperatura.

12.6. Compresor no rinde Cuando un compresor no rinde aparecen los síntomas siguientes: •

Bajo consumo de corriente.

•

Presión de descarga baja.

•

Temperatura de descarga baja.

•

Presión de aspiración alta. Evaporador lleno.

12.7. Presencia de aire en el circuito SI existen fluidos no condensables, como aire o nitrógeno, provocan una disminución de las potencia del circuito, dado que los gases circulan restan capacidad al sistema. También provocan un falseamiento de la presión, y sobre todo, un aumento de la presión de alta y de la temperatura de descarga del compresor. También un subenfriamiento muy alto.

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RESUMEN El funcionamiento de un climatizador autónomo se basa en el ciclo de refrigeración de Carnot. Consiste en el traslado de energía calorífica de un foco caliente a uno frío o viceversa, mediante la energía mecánica que suministra el compresor del equipo. El rendimiento de una máquina frigorífica es la relación entre el calor útil y la energía mecánica aportada. En caso de equipos frigoríficos el calor útil es Q1 (extraído del foco frío). En caso de bombas de calor, el calor útil es Q2 (calor aportado al foco caliente). Este rendimiento se denomina CEE o COP. La refrigeración es la técnica de enfriar un local u objeto por debajo de la temperatura ambiente. El ciclo real de refrigeración se basa en hacer circular por un circuito cerrado a un fluido que al pasar de líquido a gas absorbe una cantidad de calor llamada calor latente de evaporación, y al pasar de gas a líquido desprende la misma cantidad. Para forzar la evaporación bajamos bruscamente la presión, y para condensar el fluido aumentamos la presión y ventilamos. Refrigerantes son los líquidos que utilizaremos en el circuito interior de los equipos frigoríficos. Son fluidos con las mejores propiedades posibles para su utilización en bombas de calor. Si tenemos en cuenta que los equipos se diseñan para un refrigerante concreto, sus presiones y temperaturas de trabajo, aceite, etc., no podemos cambiar un refrigerante por otro cualquiera, pues con toda probabilidad dañaremos el equipo. Si tomamos el gas refrigerante R-22, podemos ver la evolución del ciclo de refrigeración de un equipo climatizador en el diagrama de Mollier, con presiones en el eje vertical (absolutas), y entalpía (o energía total) en el eje horizontal en calorías por kg. Los climatizadores con bomba de calor incorporan una válvula de 4 vías, que intercambia en el compresor las tuberías de aspiración y de descarga, de forma que el evaporador se convierte en condensador, y el condensador en evaporador. Componentes de un circuito frigorífico: Evaporador, batería interiores. Aspiración de aire del interior. Realizado con tubos de cobre y aletas de aluminio. Botonera de mando. Marcha, paro, ventilador, termostato. Salida de aire interior, con aletas directrices del flujo. Ventilador interior, de tipo centrífugo. Motor ventiladores. Trifásico con condensador permanente para la tercera fase. Ventilador aire exterior, de tipo helicoidal

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de pala ancha. Condensador, con tubo de cobre y aletas de aluminio, entrada de aire posterior, salida por los laterales del equipo. Compresor, de tipo hermético y normalmente rotativo. Válvula inversora 4 vías. Filtro secador. Capilar, con distribuidor de líquido. Salida desagüe condensados. Toma de alimentación eléctrica.

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ANEXO. HOJAS DE DATOS DE REFRIGERANTES A continuación se adjuntan los diagramas de Mollier de los refrigerantes usados en climatización: R-22, R-407C, R410A, R143A. DIAGRAMA DE MOLLIER PARA R-22

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DIAGRAMA DE MOLLIER PARA R-407C

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DIAGRAMA DE MOLLIER PARA R-410A

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DIAGRAMA DE MOLLIER PARA R-143A

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Definiry explicar el COP en los dos modos de funcionamiento de un equipo de aire acondicionado. 2. Dibuje el ciclo frigorífico en el diagrama de Mollier P–h marcando las etapas de compresión, expansión, evaporación y evaporación. Señalar dónde se absorbe y expulsa calor al ambiente. 3. Calcular el subenfriamiento y recalentamiento si en una máquina se han medido los siguientes datos: Baja Presión: 5,7 bar Alta Presión: 19,4 bar Temperatura descarga compresor: 70° C Temperatura tubo de líquido: 41° C Temperatura tubo de gas: 10° C T (° C)

P (bar)

T(° C)

P (bar)

4. Un climatizador trabaja en modo refrigeración con las condiciones siguientes: Temperatura exterior: 36° C; Temperatura interior: 23° C. Calcular el COP teórico del equipo. ¿Cual sería el real aproximadamente? 5. Clasificación de refrigerantes: explicar qué son los refrigerantes azeotrópicos y no azeotrópicos, 6. Dibujar y explicar el funcionamiento de una válvula inversora de un climatizador.

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LABORATORIO 1. Desmontar un equipo de autónomo de ventana Realizar un croquis de su circuito Nombrar y numerar sus partes. Describir la dimensión o características de cada parte (potencia, tensión, material, diámetro, etc.) 2. Comprobar la relación presión- temperatura de evaporación del gas de un equipo, variando la presión y tomando temperatura en el evaporador o condensador. Realizar la tabla de conversión. 3. Con un simulador de climatización, calcular el COP de un equipo a diferentes temperaturas de condensación. 4. Con un equipo climatizador tipo partido, realizar una recirculación del aire de la unidad exterior mediante un tubo flexible, de forma que se simule una temperatura exterior mayor o menor. Obtener su consumo y COP a diferentes presiones de condensación. 5. En un equipo climatizador simular las averías de: falta de refrigerante, exceso de refrigerante, condensador sucio, evaporador sucio. Verificar los síntomas de la tabla de averías.

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M 6 / UD 7

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

359

Objetivos ........................................................................................

361

1. Climatizador autónomo. Concepto .......................................

363

2. Partes principales de un equipo autónomo ..........................

364

3. Clasificación de los climatizadores autónomos.....................

366

3.1. Por su forma exterior.....................................................

367

3.2. Por su construcción........................................................

370

3.3. Por su colocación ...........................................................

372

3.4. Según sus usuarios .........................................................

380

3.5. Según el tipo de condensación .....................................

381

3.6. Según el tipo de ventilador exterior .............................

383

4. Datos técnicos de climatizadores autónomos ........................

384

4.1. Dimensiones ...................................................................

384

4.2. Potencia frigorífica.........................................................

384

4.3. COP.................................................................................

384

4.4. Consumo eléctrico .........................................................

385

4.5. Diámetros de tuberías y longitudes máximas...............

385

4.6. Caudal de aire. Niveles sonoros ....................................

385

5. Necesidades de espacio en un climatizador autónomo ........

386

5.1. Espacio para equipos compactos ..................................

387

5.2. Espacio para equipos de conductos ..............................

387

5.3. Espacio para unidades exteriores de equipos partidos

387

5.4. Toma y descarga de aire.................................................

388

6. Instalaciones recomendadas para cada tipo de local ............

389

6.1. Viviendas.........................................................................

389

6.2. Oficinas ...........................................................................

391

6.3. Tiendas............................................................................

393

6.4. Bares, restaurantes y cafeterías......................................

394

6.5. Supermercados...............................................................

395

6.6. Salones de actos, auditorios...........................................

396

6.7. Grandes centros comerciales.........................................

396

357

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7. Realización de instalaciones con climatizadores autónomos

398

7.1. Equipos de ventana ........................................................

399

7.2. Instalación de equipos partidos de pared, suelo o techo ...............................................................................

399

7.3. Instalación de equipos de empotrar o cassettes...........

404

7.4. Instalación de equipos de conductos............................

405

7.5. Instalación de equipos de cubierta ...............................

408

7.6. Instalación de equipos múltiples...................................

409

7.7. Instalación de equipos de condensación por agua......

409

8. Mantenimiento preventivo en climatizadores autónomos ...

411

8.1. Herramientas utilizadas en el montaje y mantenimiento...............................................................

411

8.2. Operaciones de mantenimiento más frecuentes .........

413

8.3. Mantenimiento preventivo ............................................

421

9. Reparación de averías en climatizadores autónomos............

424

9.1. Averías eléctricas ............................................................

425

9.2. Averías del circuito frigorífico.......................................

426

9.3. Averías de los equipos ventiladores...............................

426

10. Normas de seguridad en el montaje y mantenimiento de climatizadores autónomos ...................................................... Anexo

427

.........................................................................................

431

Laboratorio....................................................................................

443

358

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INTRODUCCIÓN Los climatizadores autónomos son los equipos más frecuentes en las instalaciones pequeñas e individuales. Su gran expansión ha venido dada por la demanda de climatización en hogares y comercios, y su facilidad de montaje. El climatizador empieza a tener el carácter de un electrodoméstico más.

Climatizador autónomo

359

360

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OBJETIVOS En esta unidad aprenderemos los diferentes tipos de equipos autónomos existentes, sus características, montaje y mantenimiento. También aprenderemos a seleccionar los más adecuados a cada uso y local.

361

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1. CLIMATIZADOR AUTÓNOMO. CONCEPTO Por climatizador autónomo entendemos un equipo de un determinado fabricante, que incorpora dentro de una carcasa o chasis todos los elementos frigoríficos y de ventilación necesarios para su funcionamiento, precisando solamente de su montaje y alimentación eléctrica. Lo contrario de un equipo autónomo será una instalación realizada en sala de máquinas, con compresores frigoríficos, condensadores, etc., instalado y realizado a medida de la instalación. Los equipos autónomos se componen de una o varias cajas metálicas en cuyo interior se encierran los componentes frigoríficos, eléctricos, etc., de forma que en el exterior quedan accesibles las conexiones de tuberías, cables eléctricos, y los mandos.

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2. PARTES PRINCIPALES DE UN EQUIPO AUTÓNOMO El equipo autónomo tiene tres partes principales: Circuito frigorífico: compresor y baterías de intercambio de calor. Ventiladores: para impulsar el aire interior y exterior. Equipo eléctrico y de control: mandos y protecciones. Cada parte tiene los componentes siguientes: Circuito frigorífico: Compresor frigorífico, que suele ser de tipo hermético o semihermético. Condensador: que puede ser de aire o de agua. Evaporadora: normalmente construida con tuberías de cobre y aletas de aluminio. Puede ser de aire o de agua. Válvula inversora: para invertir el ciclo en el caso de bomba de calor. Filtro deshidratador. Capilar o válvula de expansión. Tomas de presión o de interconexión entre secciones. Ventiladores: Ventiladores de la batería condensadora. Motor eléctrico. Transmisión. Ventiladores de la batería evaporadora. Motor eléctrico de varias velocidades. Carcasas y envolventes con compuertas o aletas directrices del flujo. Pueden ser de tipo centrífugo, helicoidal o tangencial. Equipo eléctrico y de control. Caja con elementos de tipo: Fusibles, contactores, relés, fichas de conexión. Termostatos, presostatos y temporizadores. Resistencias eléctricas. Toma de corriente de alimentación. Fichas para interconexiones. Placas de circuitos eléctricos o electrónicos. Botoneras de control o mando a distancia.

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Otros elementos: Conexiones frigoríficas entre equipos partidos, Tomas y descargas de agua de refrigeración. Salida de agua de condensación. Pies o soportes de anclaje. Rejillas y tomas de aire.

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3. CALSIFICACIÓN DE LOS CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS Podemos clasificar los equipos autónomos en función de varios criterios: Por su forma exterior: Verticales. Horizontales De cubierta. Por su construcción: Compactos Partidos. Por su uso: De ventana. De consola. De techo. De pared. De empotrar en techo o cassette. Por su condensación: Condensador por aire. Condensador por agua. Por el ventilador exterior: Ventilador de condensador centrífugo. Ventiladores de condensador axiales. Por su servicio: Individuales. Múltiples. Colectivos. En los apartados siguientes describiremos cada uno de ellos:

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3.1. Por su forma exterior Verticales Tienen forma de armario. En la parte inferior se aloja el compresor, equipo frigorífico y eléctrico. La batería exterior o condensadora y su ventilador de tipo centrífugo. Toman el aire por la batería, y lo expulsan por la parte media. La mitad superior aloja a la batería interior o evaporadora, y su ventilador de tipo centrífugo, de menor tamaño que el exterior.

Equipo vertical

En el exterior presentan dos entradas de aire, y dos salidas, ambas preparadas para embocadura de conductos. También una salida de agua de condensados, y conexiones para los mandos de marcha y termostato interior. En caso de ser de condensación por agua, la batería exterior, y su ventilador se sustituyen por un serpentín de cobre arrollado, y una válvula presostática. Entonces presentan dos tubos para las conexiones de agua del condensador, y son más compactos que los refrigerados por aire. Uso: se suelen utilizar en locales comerciales u oficinas grandes, colocándose en un cuarto propio con fachada al exterior, para poder realizar la toma de entrada y salida de aire de condensación. El aire interior va a unos conductos, normalmente al techo, y distribuido por el local.

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Son equipos voluminosos y pesados, pero de muy alta eficiencia, y gran duración. Sus potencias van de 15.000 a 250.000 o más W (térmicos). A partir de 40.000 W suelen construirse con dos compresores y circuitos independientes, que pueden arrancarse por separado.

Equipo partido

Estos mismos equipos se suministran partidos, es decir divididos horizontalmente entre parte inferior condensadora, con compresores, etc.; y parte superior evaporadora, con batería y ventilador interior. De esta forma pueden colocarse cada parte donde mejor convenga, y adaptarse mejor a espacios más reducidos, o cuando no se dispone de cuarto con fachada exterior.

Horizontales Estos equipos son de forma cuadrada y de baja altura, y están pensados para situarse bajo el techo del local, normalmente ocultos por el falso techo de escayola. Si lo miramos desde arriba, la mitad lateral del equipo es la parte condensadora, con compresor y accesorios, y la otra mitad evaporadora y parte eléctrica. Tienen dos entradas y dos salidas de aire, configurables en las esquinas, así como salidas de agua de condensación y tomas de corriente eléctrica y de control.

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Equipo horizontal

Se instalan preferentemente en locales comerciales cerca de la fachada, anclados del techo, o sobre traviesas de acero, de forma que la parte condensadora pueda tomar y descargar el aire al exterior. La otra parte queda encarada al local, para conectar con los conductos de distribución de aire. Al igual que los equipos verticales, pueden construirse partidos lateralmente separando la parte condensadora de la evaporadora, y de esta forma permiten situar la toma y descarga de aire interior más al fondo del local. Su potencia suelen ser de 8.000 a 35.000 W.

De cubierta o “roof-top” Son equipos compactos, diseñados para colocarse sobre la terraza de un edificio, de forma que la toma y descarga de aire exterior de condensación queda asegurada, y con las tomas y salidas e aire interior conducidas hacia la parte inferior, para atravesar el la cubierta y distribuirse por el local. Los ventiladores del condensador (exteriores) suelen ser de tipo axial, para evitar problemas de ruido. Las toma de aire puede incorporar una caja de mezcla, de forma que el equipo puede asegurar la renovación de aire del local, e incluso funcionar

369

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Equipo de cubierta

con todo aire exterior, si la temperatura ambiente lo permite (denominado enfriamiento gratuito o free-cooling). Estos equipos se instalan normalmente en grandes edificios comerciales o públicos, como supermercados, discotecas y, en general, edificios de una sola planta. Son los equipos más adecuados para grandes espacios. Son de fácil instalación, y gran seguridad de funcionamiento. Debe cuidarse su bancada para evitar vibraciones y los posibles problemas de ruido. Su potencia van de 20.000 a 600.000 W.

3.2. Por su construcción Equipos compactos Son los formados por una única unidad o caja, conteniendo todo el equipo.

Equipos Partidos (o Split) Los equipos partidos son similares a los compactos, pero están divididos en dos partes (dos cajas), la parte condensadora o exterior, y la parte evaporadora o interior. Esto permite situar cada unidad de forma independiente con ventajas respecto a los equipos compactos. Se utilizan ampliamente en viviendas y locales pequeños.

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Equipo partido

Ambos equipos se conectan mediante: Tubería de cobre de gas. Tubería de cobre de líquido. Conductores de interconexión eléctrica. Ambas tuberías deben aislarse térmicamente mediante coquilla para evitar pérdidas de calor y condensaciones de agua.

Split unidad interior y exterior

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La unidad exterior comprende: Compresor. Condensador (con su ventilador). Válvula inversora. Filtro. Conexiones En equipos pequeños y medios suele colocarse el capilar en la unidad exterior, de forma que la tubería de líquido va pre-expansionada, es decir con líquido, pero en baja presión. Por ello se escarcha también y requiere un buen aislamiento. También observaremos al arrancar estos equipos, que lo primero que se enfría es el tubo de líquido. El cabe de interconexión eléctrica suele ser de 2 a 6 conductores. La alimentación eléctrica puede ser en el equipo interior, en el exterior o en ambos, dependiendo de la marca. Normalmente se emplean los conductores siguientes: 3

para: Fase + Neutro + Protección (tierra).

1

para mando de la válvula inversora (frío o calor).

1

para mando del ventilador del condensador.

2

en algunos casos, para el sensor de temperatura batería exterior.

Se utiliza manguera eléctrica de cinco o más hilos, de cobre, con aislamiento de 1000 V. Es de color negro, pero en locales públicos hay que utilizar conductores libres de halógenos y de baja emisión de humos en caso de incendio, que es de color verde.

3.3. Por su colocación Cada equipo se fabrica para ser situado en un lugar del local. De abajo a arriba la clasificación sería: Suelo o consola. Pared o mural (split). Techo. Empotrar o cassette. En falso techo o de conductos. Sobre el techo o roof-top.

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Posibles colocaciones equipos

Equipos de consola o suelo Se colocan en el suelo verticalmente apoyado sobre una pared. Suelen ser de tipo partido, por lo que la consola en sí es la unidad interior o evaporadora. Toman el aire por la parte inferior (con tapa y filtro), y lo expulsan por la superior, que tiene aletas orientadoras.

Equipo suelo

El mando suele estar en la propia consola o a distancia. Su uso preferente es en edificios de oficinas, comerciales o residenciales. Su potencia va de 3.500 a 12.000 W. En su montaje hay que prever el desagüe a nivel del suelo, la alimentación eléctrica, y situar las tuberías de interconexión en un lateral de la parte inferior trasera. Proporcionan una buena distribución del aire en el local, ya que aspiran el aire a nivel muy bajo.

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Equipos de techo Son los mismos equipos de consola, que se instalan de forma horizontal bajo el techo del local. Son equipos partidos. Toman el aire por la parte inferior, y lo expulsan por el frontal de forma horizontal o inclinada hacia abajo. Se instalan casi exclusivamente en locales comerciales y bares, situados por lo general al fondo del local o lateralmente.

Equipo de techo

Como máximo alcanzan las 14.000 W. Se pueden instalar varios en un mismo local, hasta cubrir la demanda del mismo. Cubren una gran superficie, pero pueden provocar molestias por corrientes de aire excesivas.

Equipos de empotrar o cassette Estos equipos son de forma cuadrada y están diseñados para empotrarse en el falso techo de escayola, sustituyendo las instalaciones con conductos de distribución de aire.

Equipo tipo cassette

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Son equipos partidos; el cassette es la unidad interior evaporadora. Toman el aire por la parte inferior central, y lo expulsan por los cuatro bordes, que tienen aletas orientables. El equipo empotrado tiene un marco más ancho y decorativo, que oculta el corte en la escayola del falso techo. Los equipos de cassette se están imponiendo al tradicional sistema de conductos, colocándose varios de ellos distribuidos por el local, en lugar de equipos de conductos, rejillas y difusores. Este sistema tiene ventajas e inconvenientes: Ventajas: Fácil instalación, incluso una vez acabado el local. No precisa de instaladores muy expertos. Poca altura necesaria, y pueden instalarse aunque existan vigas descolgadas en el techo. Al instalar varios equipos existe más seguridad en caso de avería de uno de ellos, ya que el resto sigue funcionando, mientras que con una sola máquina de conductos al fallar el equipo, todo el local queda sin servicio. Inconvenientes: Mala distribución del aire, con corrientes molestas en algunas zonas. Envejecimiento y decoloración de las tapas inferiores con el tiempo. Duran menos que los equipos industriales de conductos. Se fabrican con potencias de 4.000 a 14.000 W. Todos incorporan una bomba de elevación de los condensados.

Equipos de pared o murales (SPLIT) Son equipos partidos que se instalan sobre la pared, cerca del techo. Estos equipos de tipo partido son los más populares actualmente en instalaciones domésticas por varias razones: No ocupan espacio en el suelo. Facilidad de montaje con el mínimo de obras. Salida de tubos por un lateral o parte posterior.

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Equipo split

Buen reparto del aire en verano e invierno. Alta evolución de los equipos actuales con muy bajo nivel sonoro. Tanto la unidad interior como la exterior, muchas funciones programadas. Los equipos se colocan en la pared lo más alto posible, pero como máximo a 2,50 m sobre el suelo, pues en alturas superiores, tienen dificultades para que el aire en invierno baje a la zona ocupada. Se instalan colgados de una placa de fijación que se atornilla a pared debidamente nivelada. Una vez colgado puede balancearse para poder conectar las tuberías frigoríficas y cables eléctricos. Hay muchas marcas y mucha diferencia de calidades de equipos. En general, debemos llamar la atención sobre los equipos excesivamente baratos, pues están construidos con materiales de baja calidad, y tienen muy poca duración. También pueden romperse durante las operaciones de instalación. Lo equipos más caros suelen ser los más confortables y silenciosos, además de ofrecer una garantía adecuada, y un buen servicio técnico de repuestos.

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Componentes de un equipo Split Unidad exterior (común para equipos de suelo, techo, cassette, etc.) Unidad exterior 1

Condensador

2

Tapa frontal

3

Rejilla frontal

4

Compresor

5

Silen-blocks

6

Tapa inferior

7

Conexión frigorífica Gas

8

Conexión frigorífica Líquido

9

Tapa conexiones eléctricas

10 Tapa posterior

11 Soporte ventilador

12 Tapa superior

Despiece unidad exterior

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Unidad interior tipo pared Unidad Interior 1

Soporte ventilador

2

Tubo de drenaje

3

Bandeja de condensados

4

Soportes aletas

5

Aletas directrices aire

6

Fusible

7

Varistor (prot. sobretensiones)

8

Salida drenaje

9

Motor aletas directrices

10 Placa circuitos electrónicos

13 Motor ventilador

14 Ficha de conexión eléctrica

15 Casquillos ventilador

17 Rotor ventilador

19 Batería del evaporador

20 Conexiones frigoríficas

Despiece unidad interior

En su montaje hay que tener la precaución de dejar un drenaje en su parte inferior. Los tubos salen siempre en dirección izquierda mirando al aparato. También precisa de una toma de corriente cerca de una de las dos unidades.

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Equipos de conductos Se trata de equipos de forma rectangular de chapa, con baja altura, para situarse ocultos sobre el falso techo de escayola, preparados para conectar a una red de conductos de distribución de aire. Toman el aire por la parte posterior, y la lanzan por la parte frontal.

Equipo conducto baja silueta

Pueden ser: De baja silueta, (alto menor de 30 cm), adecuados para falsos techos poco altos, pero con poca presión disponible (menos de 10 mm.c.a). De media presión, para conductos de aire grandes. Altura mayor de 40 cm. Presión disponible de 20 a 30 mm.c.a Estos equipos son silenciosos, pero de todos modos conviene situarlos en zonas de servicio, como trasteros, sobre aseos, etc. Hay que colocar un registro bajo ellos, que puede ser la propia rejilla de retorno, para poder realizar un mantenimiento adecuado. Se anclan al techo mediante varillas roscadas, intercalando tacos aislantes para la vibración. Precisan también de un desagüe en la parte inferior. Deben instalarse con un ligero desnivel hacia el mismo.

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3.4. Según sus usuarios Los equipos climatizadores pueden ser, según sus usuarios: Individuales. Múltiples. Colectivos. Por equipo individual se entiende el que acondiciona una única estancia o usuario, también llamado 1x1 (una unidad exterior y una interior). Los equipos múltiples comprenden una unidad exterior y varias unidades interiores, de forma que climatizan 2 ó más habitaciones. Llegan hasta 5 unidades interiores con una exterior o condensadora.

Multi split

Su ventaja estriba en el ahorro de espacio en la unidad exterior, sobre todo en apartamentos donde se dispone pocas terrazas o balcones. Como desventaja está el mayor trazado de tuberías de interconexión. Las unidades exteriores pueden incorporar uno o dos compresores, con un sistema de regulación de velocidad en uno de ellos, para adaptarse a la demanda de potencia de las unidades interiores que estén en marcha.

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Los equipos colectivos son los que climatizan locales con muchos usuarios, con muchas estancias, como locales comerciales, de oficinas, etc. Suelen ser equipos con descarga a redes de conductos de distribución de aire. El problema que presentan es el de la “zonificacion”, o variar la potencia por zonas, que pueden tener diferentas cargas. Es decir, dónde situamos el termostato que nos indique la temperatura del local. Por ejemplo, en un local amplio, las zonas orientadas al Norte pueden precisar menos potencia que las situadas al Sur o soleadas, y en el invierno es lo contrario. Para conseguir esto hay dos sistemas: Caudal de aire variable: Consiste en variar el caudal de aire de una zona, mediante compuertas motorizadas, situadas en los conductos o en las rejillas de salida. El caudal de una zona disminuye si su temperatura es adecuada. El problema aparece cuando varias zonas cierran compuertas, provocando que las que quedan abiertas aumenten mucho su caudal, provocando ruidos y corrientes de aire molestas. Para evitar esto se instala una compuerta de sobrepresión o by-pass a la salida del climatizador. Existen sistemas con mando a distancia sobre rejillas, para instalarse en viviendas climatizadas mediante equipos de conductos. Temperatura de aire variable: En este sistema se trata el aire en un equipo central, y en cada zona se instala un equipo de tratamiento secundario, que lo enfría o calienta más, según la demanda de la zona.

3.5. Según el tipo de condensación Los equipos con condensador refrigerado por aire se denominan aireaire. Los equipos con condensador refrigerado por agua se denominan aguaaire. El primer término indica el fluido de la fuente o sumidero de calor, el segundo indica el fluido de la zona útil. Es decir, el equipo climatizador utiliza un circuito por el que circula agua, para enfriar el condensador.

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La condensación por aire es la más habitual, pero se requiere una entrada y una salida de aire exterior para el equipo. Esto no es necesario si el equipo o la parte condensadora se instala directamente en el exterior (equipos roof-top y splits).

Condensador por agua

En el caso de condensar por agua, el condensador suele estar formado por dos tubos concéntricos arrollados en espiral, con una entrada y una salida de agua, mediante dos tubos o dos latiguillos flexibles. También un cilindro largo con una tapa desmontable. Si utilizamos directamente agua de la red, y tras pasarla por el condensador, la vertemos en el desagüe, se llama “sin recuperación”. Si este agua caliente la hacemos circular por una torre de enfriamiento, y la volvemos a utilizar mediante un circuito cerrado, lo llamamos “con recuperación”.

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Las instalaciones sin recuperación están prohibidas en numerosos municipios para evitar derroche de agua, y las torres de recuperación, como veremos más adelante, tienen una normativa de mantenimiento muy estricta, para evitar propagación de la “legionellosis”. Por ello siempre son aconsejables los sistemas de condensación por aire, a no ser que dispongamos de caudales de agua constantes y gratuitos.

3.5. Según el tipo de ventilador exterior En todos los catálogos comerciales se distingue entre las climatizadoras con ventiladores centrífugos y axiales. Los ventiladores centrífugos, al disponer de mayor presión, nos permiten situar la máquina en el interior del local, tomando y vertiendo el aire exterior mediante conductos y rejillas de fachada. Los ventiladores axiales no disponen de presión, por lo que sólo se colocan en los equipos situados en el exterior. Su ventaja es su bajo nivel sonoro, muy necesario para evitar quejas de ruido por vecinos a la instalación.

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4. DATOS TÉCNICOS DE CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS En los catálogos comerciales de los diferentes fabricantes de equipos aparecen muchos datos interesantes para el instalador. Se detallan las dimensiones y otras características técnicas imprescindibles para planificar su instalación. En estos catálogos podemos encontrar para cada equipo los valores siguientes:

4.1. Dimensiones Se indican en milímetros, largo, ancho y alto de cada unidad (interior, exterior). En caso de dudas, los catálogos ampliados de datos técnicos también facilitan dibujos a escala del aparato en diferentes vistas, donde se puede observar la situación de los diferentes elementos a considerar (tomas, conexiones, salidas de aire, etc.).

4.2. Potencia frigorífica La potencia frigorífica del equipo se expresa normalmente en Kcal/hora y en Watios. En equipos americanos suele venir en BTU. En caso de equipos reversibles o bomba de calor, se indican las potencias en modo refrigeración y en modo calefacción. Hay que leer las condiciones en las que se han medido estas potencias, es decir, temperaturas exteriores e interiores de prueba del aparato.

4.3. COP Recordemos que el COP de un equipo nos indica el valor del rendimiento del mismo, es decir la relación entre la potencia que suministra, y la que absorbe de la red eléctrica. A mayor valor del COP, menor es el consumo de un equipo para la misma potencia servida. Hay que verificar al igual que en el punto anterior, las condiciones en las que se ha medido este valor, para evitar engaños.

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4.4. Consumo eléctrico El consumo eléctrico del equipo se indica en Watios, con valores distintos para el funcionamiento en frío y en calor. Hay que tomar el mayor valor de ambos. También se indica si el suministro de corriente ha de ser monofásico o trifásico, así como la tensión de la red. Para dimensionar la línea de alimentación hay que aumentar esta potencia en un 25%, debido a las sobreintensidades producidas en el arranque, o cuando el equipo trabaja a temperaturas límites. Si existe el dato de máxima corriente absorbida (I. max), se tomará como intensidad para seleccionar el cable.

4.5. Diámetros de tuberías y longitudes máximas En los equipos de tipo partido o split, hay que conectar mediante tuberías frigoríficas las unidades interiores y exteriores, así como con una serie de conductores eléctricos. En los catálogos y manuales técnicos de los equipos se indican los diámetros de los tubos en pulgadas. Ejemplo: Conexiones 3/8" – 5/8" . Interconexión 5x2,5 mm2 Indica que la tubería de líquido es de 3/8" y la de gas 5/8" Los conductores de interconexión son 5 de 2,5 mm2 de sección cada uno.

4.6. Caudal de aire. Niveles sonoros En los equipos de conductos se indica el caudal de aire de los ventiladores interiores y exteriores en m3/h, así como la presión disponible en mm.c.a. Estos datos nos servirán para poder dimensionar adecuadamente los conductos de distribución, así como las tomas y descarga de aire exterior. El nivel sonoro emitido por el equipo se indica en dBA, para las unidades interior y exterior. Este dato es muy importante para conocer las molestias que ocasionará el equipo en funcionamiento a los usuarios y al entorno. Recordemos que la escala de dBA es logarítmica, y que dos paratos de 30 dBA cada uno, juntos emiten 33 dBA. Es decir cada 3 dBA es el doble de ruido.

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5. NECESIDADES DE ESPACIO EN UN CLIMATIZADOR AUTÓNOMO Siempre que instalemos un climatizador autónomo deberemos prever un espacio para la máquina, y un espacio adicional para su mantenimiento, es decir para poder desmontarla en caso de averías. Alrededor del aparato siempre es aconsejable un espacio de 60 cm para poder realizar un buen mantenimiento. Al menos dos caras del aparato deben ser accesibles, sobre todo la que contiene los componentes eléctricos y de control. En muchas ocasiones, los equipos se instalan durante las obras del local, y posteriormente se levantan paredes, que impiden sacar el aparato sin derribarlas.

Distancias de seguridad y montaje

En cada tipo de aparato deberemos cuidar las medidas siguientes:

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5.1. Espacio para equipos compactos Equipos compactos verticales: espacio de 60 cm alrededor de todo el equipo. Equipos compactos horizontales: suelen situarse sobre un falso techo, en el que deberemos practicar un registro de dimensiones suficientes para acceder al aparto en su parte de compresor y cuadro eléctrico. Deberemos cuidar que los conductos de aire que salen de la máquina no obstaculicen accesos al equipo.

5.2. Espacio para equipos de conductos Equipos de conductos: de forma similar al equipo horizontal, el registro puede ser la propia rejilla de retorno de aire. El espacio a los lados del aparato debe ser al menos de 60 cm. Debemos poder acceder a las conexiones frigoríficas y cuadro eléctrico. Equipos de cubierta: dejar al menos 1 metro alrededor de todo el aparato, y en la tomas y salidas de aire, 2 m de cualquier obstáculo. Los equipos de conducto son generalmente los más castigados por la falta de espacio y accesos. Es lamentable el instalador que cede ante el promotor o decoradores, aceptando colocar los equipos en lugares minúsculos, donde será imposible acceder a ellos en el futuro sin tener que romper medio local.

5.3. Espacio para unidades exteriores de equipos partidos Los lugares donde se instalan unidades exteriores pueden ser: Sobre soportes de ángulo en: Paredes. Repisas de ventanas o muros. Sobre tacos aislantes en: Suelos. Tejados. Terrazas En unidades exteriores de equipos partidos (splits): hay que dejar 10 cm alrededor de todo el aparato, y en la zona de conexiones frigoríficas y eléctricas 30 cm. En la parte de descarga del aire, dejar al menos 1 m libre.

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En equipos exteriores con descarga del aire vertical: no situar tejadillos ni obstáculos a menos de 4 m del aparato.

Distancias recomendadas en unidad exterior

En las unidades exteriores de splits, la falta de espacio hace que se instalen en lugares peligrosos para el montaje y, sobre todo, para el mantenimiento futuro, como en fachadas a mucha altura, en laterales de ventanas, en tejados inclinados, etc. El instalador debe descartar situar los equipos en lugares con riesgo durante la instalación y su mantenimiento.

5.4. Toma y descarga de aire Los equipos compactos verticales con ventiladores centrífugos precisan de unos huecos para la toma y descargas del aire, que deben de estar alejados entre si. También es posible conducir únicamente la descarga del aire al exterior, y realizar una ventana sin conductos al cuarto del aparato para la que entre el aire. En las entradas y salidas de aire se instalan rejas específicas denominadas “de toma de aire exterior”, con las lamas más grandes que las interiores, y que incorporan mallas para evitar la entrada de pájaros. Hay que evitar también situar las salidas de aire a calles a una altura inferior a 2 metros, para evitar molestias a los viandantes. En muchos Ayuntamientos se prohibe la descarga de aire a menos de 2 metros sobre el suelo.

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6. INSTALACIONES RECOMENDADAS PARA CADA TIPO DE LOCAL En cada tipo de local se tiende a instalar un determinado modelo de equipo, por ser el que mejor se adapta al mismo, por diseño, sencillez, coste, etc. La industria de la climatización evoluciona fabricando cada día aparatos más adaptados a las diferentes demandas de los usuarios. En los apartados siguientes describiremos las soluciones más frecuentes para los locales típicos.

6.1. Viviendas Para climatizar una habitación se utilizan principalmente equipos tipo Split de pared. En dormitorios se instalan de 1.800 W, en salones o comedores 3.500 W. A partir de 30 m2 5.000 W. La unidad exterior se coloca en la terraza, balcón, o colgada de una fachada.

Split unidad interior en vivienda

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En caso de salones muy grandes (> 50 m2), es aconsejable instalar dos aparatos. También pueden instalarse aparatos de suelo. La vivienda más frecuente consta de salón-comedor, y tres o cuatro dormitorios. Para climatizar hasta 5 estancias existen equipos múltiples (multi-Split), que con una unidad exterior en terraza o balcón, conecta con hasta cinco unidades interiores. Estas unidades se eligen combinando las unidades interiores que se precisen, con una unidad exterior capaz de todas ellas. En viviendas nuevas durante la obra puede instalarse un equipo partido con la unidad interior de tipo conductos, situada sobre el aseo o cuarto trastero, con un conducto de distribución de aire de fibra sobre la escayola. Se realizan salidas de aire en cada cuarto (en los aseos no) con rejillas rectangulares. Hay que cuidar el realizar un retorno en cada cuarto, por plénum al falso techo, o por rejillas en las puertas. En chalets con muchas habitaciones puede instalarse un sistema aireagua, con una enfriadora de agua y fancoils en cada habitación, sistema que estudiaremos más adelante. También existen equipos de caudal de refrigerante variable que admiten hasta 8 unidades interiores. En general, los equipos que mejor se adaptan a las viviendas son los splits de pared, por su gran evolución que ha conseguido un bajo ruido tanto de la unidad interior como de la exterior, y una electrónica de control muy perfecta. Es preferible siempre elegir equipos de alta calidad, con lo que evitaremos quejas y reclamaciones, así como una mejor fiabilidad y rendimiento. Los equipos muy económicos suelen tener componentes con materiales reciclados, o de baja duración, que pronto producen averías. La carga térmica de las viviendas suele ser de: Viviendas modernas bien aisladas

80 Kcal/h/m2

Viviendas normales

100 Kcal/h/m2

Viviendas mal aisladas o con cristaleras

120 Kcal/h/m2

Por lo general se instalan los equipos siguientes: •

Habitaciones normales:

Modelo 07, de 1900 W.

•

Habitaciones grandes:

Modelo 09, de 2500 W.

•

Salones normales:

Modelo 12, de 3500 W.

•

Salones grandes (> 30 m2):

Modelo 18, de 5000 W.

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6.2. Oficinas En las oficinas la climatización es un elemento esencial, para el óptimo rendimiento de los trabajadores. Los edificios de oficinas pueden ser de dos tipos: Oficinas diáfanas, con salas amplias sin tabiques de separación. Oficinas con numerosos despachos y algunas zonas comunes.

Oficina climatizada

En el primer caso, la solución suele ser un equipo climatizador central aire-aire, con un sistema de distribución de aire por conductos y rejillas de salida de aire. El climatizador puede ser compacto o partido. Si existe terraza encima, es preferible un de cubierta o roof-top. También pueden instalarse unidades de tipo techo empotradas (cassette), distribuidas cada 8 ó 10 metros, lo cual permite arrancarlas individualmente según convenga. En el caso del equipo de conductos, resulta un local muy limpio, con buena distribución de aire, pero el problema aparece cuando hay zonas con diferentes cargas térmicas, es decir en alguna zonas del local puede hacer calor, y en otras estar fríos, y al existir un único termostato, no es posible ajustar a gusto de todos, es decir no se puede zonificar.

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Instalación de cassette en oficina

En caso de existir zonas con cargas horarias muy diferentes, es aconsejable el dividir la instalación con diferentes equipos para cada una de ellas, y así poder colocar un termostato independiente en cada zona. También podemos instalar un sistema de volumen de aire variable (VAV) o multizona, con rejillas motorizadas mandadas por un termostato de zona. Este sistema tiene las limitaciones que vimos el estudiar los conductos de aire. Cuando la oficina sea con muchos despachos, el mejor sistema es instalar un fancoil de suelo o de conducto en cada despacho, con su mando y termostato independiente, para que cada oficinista pueda ajustarlo a su gusto. En oficinas pequeñas podemos agrupar varios despachos con equipo multo-Split, de tipo pared, suelo o conducto, tipo 3x1 ó 4x1. También hay equipos múltiples que trataremos en el tema siguiente. La carga térmica de las oficinas suele ser de: Oficinas grandes: 100 W/m2. Oficinas con muchas fachadas y cristaleras: 115 W/m2.

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En todos los casos es importante instalar un extractor de aire y una entrada de aire exterior, para que nos garantice una adecuada ventilación del local, evitando el síndrome del edificio enfermo, muy común en las oficinas.

6.3. Tiendas En las tiendas o comercios pequeños el equipo preferente suele ser el de techo empotrado o cassette, por varios motivos: Queda muy disimulado en el techo. Lanza el aire en cuatro direcciones, por lo que las corrientes de aire son la cuarta parte de un equipo de pared o techo. No ocupan espacio en suelo ni paredes, que suelen estar muy llenas de estanterías o decoraciones. Si no existe falso techo, podemos instalar un equipo de techo visto, o varios. Si la tienda suele tener la puerta abierta de forma permanente, es recomendable colocar los equipos alejados de dicha puerta, y siempre con la precaución de que la descarga no esté dirigida hacia la puerta, para evitar que el aire tratado se vaya directamente al exterior. También podemos instalar un equipo grande de tipo suelo vertical, o varios de pared o suelo. En caso de instalar equipos de conductos de aire, hay que situar el retorno en las zonas interiores del local, y no cerca de la puerta de entrada. Otra solución es instalar equipos de vistos, con distribución de aire mediante conductos de chapa y toberas de salida, todo ello a la vista. Los conductos de chapa deben estar forrados interiormente con un aislante térmico, para evitar condensaciones por el exterior. Exteriormente pueden ser pintados de colores. La carga térmica de las tiendas puede variar según su nivel de ocupación: Tiendas de muebles, exposiciones: 100 – 115 W/m2. Tiendas de ropa o regalos: 115 – 160 W/m2.

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6.4. Bares, restaurantes y cafeterías Los bares, cafeterías y restaurantes tienen en común la gran densidad de ocupantes por m2 de local, y además suelen ser fumadores. Se precisa por tanto un buen caudal de ventilación, que arrastra muchas frigorías al exterior. Por ello la carga térmica puede ser muy alta. •

Cafeterías: de 170 a 230 W/m2.

•

Restaurantes: de 150 a 200 W/m2.

•

Bares: de 230 a 300 W/m2.

•

Pubs o cafés concierto: de 170 a 230 W/m2.

El mejor sistema de instalación suele ser mediante equipos grandes con distribución por conductos sobre el techo, integrando también conductos para la extracción de aire (ventilación).

Instalación de cassette en cafetería

Con conductos podemos obtener un buen reparto de aire, sin molestas corrientes, y unificar todo el mando con un solo termostato. Las diferentes zonas las ajustaremos mediante la regulación del caudal de las rejillas o difusores. También se utilizan equipos splits de techo empotrados (cassettes) distribuidos por el local. La uniformidad en la distribución el aire no es

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tan buena, pero en caso de locales existentes es un buen sistema para evitar obras. Los equipos de techo grandes (12.000 a 14.000 W) situados en laterales del loca es otra solución, pero que genera molestas corrientes. En general en restaurantes y bares hay que colocar equipos de gran potencia, que puedan enfriar el local con rapidez y soportar multitudes o celebraciones, y a menudo puertas abiertas a terrazas o cocinas. Sin embargo, en invierno no precisan casi de potencia calorífica, por la generación de un importante calor interno por sus ocupantes y equipos eléctricos (cafetera, lavavajillas, etc.) También hay que prever que el extractor de la cocina puede llevarse muchas frigorías si no tiene una entrada propia de aire. Es este tipo de locales la ventilación es muy importante porque: Los ocupantes suelen fumar y el ambiente se contamina rápido. Si se abren ventanas, los clientes cercanos las cierran otra vez. Los camareros y empleados muchas veces se olvidan de abrir ventilaciones. En tiempo sin mucho frío o calor, con la ventilación se ajusta la temperatura del local.

6.5. Supermercados Los supermercados medios y grandes precisan generalmente de equipos de conductos, y en caso de ser edificios de una sola planta, colocar un equipo de cubierta (roof-top) en la terraza. Hay que alejar las rejillas de salida de aire de los expositores frigoríficos (murales, vitrinas y arcones de congelados), para no perturbar su funcionamiento. El retorno del aire hay que situarlo en el centro del local, o en un lateral, pero evitando la zona de pescadería y carne por no extender sus olores. Otra solución frecuente es la de equipos empotrados o cassettes, en locales menores de 300 m2. La ventilación no es muy importante, pero sí que se deben colocar cortinas de aire sobre la puerta de salida para evitar excesivas pérdidas de calor. La carga por equipos eléctricos suele ser importante, pero también hay cargas negativas (extraen calorías) en las vitrinas y expositores frigoríficos, que debemos de tener en cuenta. En invierno la carga de calor suele ser importante, debido a estas cargas negativas de los expositores. Son necesarios siempre equipos bomba de calor.

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La carga térmica por m2 de local ser de 100 a 150 W/m2.

6.6. Salones de actos, auditorios Los salones de actos y auditorios suelen ser locales cerrados sin ventanas, por lo que las cargas térmicas son pocas y todas generadas por los ocupantes. Los ocupantes los podemos calcular contando las butacas, y añadiendo un 10%. Como la densidad de ocupantes es muy alta, se precisa una buena ventilación, y el mejor sistema es sin duda el de equipos grandes con distribución por conductos, sobre todo por su bajo ruido. Como el suelo tiene pendiente hacia el escenario, podemos situar los conductos bajo el mismo, y hacer salidas de aire por suelo o en las patas de las butacas. Como estos locales son muy altos, conviene situar el retorno muy bajo, para favorecer la estratificación del aire, es decir para enfriar sólo la zona baja con espectadores. Si hay palcos, es conveniente instalar una máquina independiente para cada uno o nivel de palco, con su impulsión y retorno. En estos edificios es conveniente también dividir la instalación en dos equipos para, en caso de averías, poder seguir funcionando, aunque sea al 50%. La carga térmica por m2 de local suele ser de 180 a 240 W/m2.

6.7. Grandes centros comerciales En grandes centros comerciales suele existir una gran altura de techo, y por ello deberemos realizar la instalación con conductos de chapa y grandes toberas o difusores rotacionales, para que el flujo alcance el nivel de las personas. Los equipos suelen ser roof-top o equipos partidos de grandes dimensiones. La instalación suele fraccionarse por zonas, con equipos de 130.000 a 250.000 W cada uno. En estos locales podemos impulsar el aire con mayores velocidades y ruidos sin molestias apreciables.

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La ventilación suele controlarse mediante cajas de mezcla en la unidad roof-top, y también incorporan sistemas de enfriamiento gratuito o “freecooling”. En estos grandes edificios la instalación la proyectan ingenierías especializadas, buscando el máximo confort y ahorro energético. También es muy necesario instalar sistemas de control mediante autómata u ordenador con vigilancia de la temperatura, humedad, niveles de CO2, etc.

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7. REALIZACIÓN DE INSTALACIONES CON CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS La instalación de climatizadores es diferente para cada tipo de aparato, de conductos, cubierta, pared, etc. Como orientación, indicaremos los pasos generales a seguir: •

Toma de datos del local. Necesidades.

•

Realización de un croquis del local, anotando: Medidas, puertas, ventanas, orientación del norte. Fachadas, terrazas, locales colindantes, etc. Aparatos eléctricos. Ocupantes máximos del local. Horario de funcionamiento

•

Cálculo de la carga térmica con hojas de carga, y determinación de la potencia necesaria del equipo o equipos.

•

Elección del tipo y equipo a instalar en cada zona (compacto, Split, múltiple, etc.).

•

Definición del espacio requerido por las unidades: Dimensiones. Accesos, registros Ventilación, ruidos. Soportes Drenaje Alimentación eléctrica.

•

Dibujo a escala del equipo en su emplazamiento, conductos, tuberías, etc.

•

Cálculo de los materiales necesarios. Redacción del presupuesto y presentación de la oferta económica.

•

Una vez aprobado el presupuesto, se pide el equipo al fabricante o almacenista, y resto de componentes del montaje.

•

Una vez recibido el equipo, se programa la instalación y se marcan a otros oficios las necesidades de: Electricidad: línea de alimentación, conductores de interconexión. Fontanería: situación de drenajes, sumideros.

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Albañiles: bancadas para los equipos. Huecos para tomas de aire. Una vez proyectada la instalación seguiremos con el proceso de montaje, que resumiremos brevemente:

7.1. Equipos de ventana Se coloca el aparato en el hueco del muro preparado, o en una ventana donde se ha cortado el cristal a la medida. Si el equipo es grande hay que realizar un soporte para la parte posterior con perfiles en L de al menos 35x35 mm. El hueco entre el aparato y la pared se sella con espuma de poliuretano, o con algún material flexible (goma, esponja). Se enchufa a una toma de corriente de 15 A. El drenaje de la parte posterior del aparato se conduce a un desagüe mediante un tubo flexible de 16 o 20 mm. Se arranca y se observa que no aparezcan ruidos de vibraciones.

7.2. Instalación de equipos partidos de pared, suelo o techo La instalación de equipos partidos se realiza de la forma siguiente: •

Colocación de las unidades exterior e interior en su emplazamiento previsto, teniendo en cuenta lo siguiente:

Interconexión unidad interior-exterior

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•

La unidad exterior debe tener espacio alrededor en todas sus dimensiones. El aire no debe dirigirse hacia los balcones o ventanas de los vecinos. Hay que dejar al menos 30 cm en el lateral de conexiones frigoríficas y eléctricas, y 10 cm sobre el aparato. Siempre es preferible instalar el equipo en balcones o terrazas en lugar de la fachada del edificio. En general hay que colocar el equipo de forma que pueda realizarse un mantenimiento futuro sin necesidad de arriesgar la vida del técnico (aparatos muy altos, debajo de ventanas, etc.).

Montaje placa fijación unidad interior

•

Colocación de la unidad interior en la habitación teniendo en cuenta que: El equipo debe quedar lo más lejos posible de las personas y sus asientos habituales, sillones, sofás. En invierno el aire se dirige hacia abajo, por lo que no debemos poner nunca el aparto sobre el sofá o sillones. En dormitorios alejar el aparato lo más posible de la cama. En habitaciones antiguas muy altas, no colocar el aparato a más de 2,5 m sobre el suelo.

•

Tendido de las tuberías de cobre entre ambos equipos y aislándolas con coquilla: Para ello deberemos atravesar paredes con taladros de 65 mm de diámetro, que realizaremos mediante coronas de corte. Colocación de soportes para los tubos o canaletas, con pendiente hacia el exterior para el drenaje de condensados del 5%. Tendido de los tubos de cobre recocido frigorífico, usando preferentemente tubos aislados con cubierta dura y resistente a la luz solar directa.

400

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Taladrado muro exterior

Si no puede tenderse todo por el tubo por las curvas, habrá que realizar empalmes con soldadura fuerte de oxibutano y aleación de plata. No realizar empalmes con tuerca en lugares que pueden quedar ocultos o empotrados. Los tubos vistos deberán cubrirse con canaletas de PVC de colores claros. Utilizaremos accesorios para las curvas, de forma que queden decorativas. Sellaremos las uniones con silicona o cola térmica del color de la canaleta. •

Unión de las tuberías a los equipos mediante abocardado: Cortar el tubo de cobre a la medida indicada en la placa o manual. Introducir la tuerca loca que viene con el aparato.

Fijación uniones desmontables

401

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Realizar el abocardado o campana. Engrasar la campana realizada por dentro y fuera con vaselina. Apretar la tuerca con una lave dinamométrica a con el par siguiente: 1/4:

150 N.m

3/8:

250 N.m

1/2:

450 N.m

5/8:

550 N.m

3/4:

650 N.m

Conexión tuberías unidad exterior

Aislar la conexión de los tubos con cinta térmica.

Aislamiento tubería frigorífica

402

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Acoplar el aparato en su posición definitiva: •

Tendido del conductor eléctrico de interconexión de 5 ó más hilos, utilizando manguera de 1000 V de aislamiento (negra o verde en locales públicos).

•

Tendido del tubo de desagüe, de PVC flexible con pendiente continua.

•

Verificamos que vertiendo un vaso de agua en la batería de la unidad interior, el agua sale por el final del desagüe.

Una vez instalados los equipos y conectados con las tuberías frigoríficas y eléctricas, deberemos realizar el vaciado del aire de la instalación interior y tuberías: •

Conectamos la goma azul del manómetro a la toma de presión del tubo de gas de la unidad exterior.

•

Conectamos la goma amarilla (central) del manómetro a la bomba de vacío.

Arrancamos la bomba de vacío, abrimos la llave de baja presión de los manómetros, y esperamos durante 15 minutos para que la bomba aspire todo el aire, hasta que el Vacuómetro indique 1000 mB., o 30 psi, p 760 mmHg.

Realización de vacío

•

Si no se alcanza este valor, o la bomba sigue haciendo ruido de aceite, es que el circuito no es estanco, por lo que deberemos revisar las conexiones y soldadura.

•

Tras el vaciado de la instalación, cerramos la llave del puente de manómetros, y observamos unos minutos que la aguja del Vacuómetro no suba.

403

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•

Abrimos las llaves de líquido y gas de la unidad exterior, y el refrigerante llenará las tuberías y la unidad interior.

•

Desenroscamos la manguera de la toma de la unidad exterior, y colocamos los tapones de las llaves y tomas.

•

Aislamos las llaves y tuberías con cinta aislante térmica.

Ahora podemos arrancar el equipo, y verificar que: •

El compresor arranca a los 3 minutos aproximadamente.

•

El aire de la unidad interior sale unos 14° C menos que la temperatura interior en verano, o 25° C más en invierno.

•

Verificar la ausencia de vibraciones en ambas unidades, y un nivel de ruido normal.

•

Verter agua en la batería interior y verificar que sale por el desagüe instalado.

7.3. Instalación de equipos de empotrar o casettes La instalación de un cassette requiere el proceso siguiente: •

Corte del falso techo de escayola mediante una plantilla suministrada en el equipo, normalmente marcada en el interior de su embalaje.

•

Anclaje del equipo al techo mediante cuatro tacos, varillas roscadas, tuercas y arandelas anchas. Si el techo es resistente, clavar un perfil perforado con varios tacos, y de este perfil colgar el aparato.

404

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•

Nivelar el aparato y enrasarlo con la parte inferior de la escayola.

•

Conexión de las tuberías frigoríficas, en el espacio lateral previsto.

•

Conexión eléctrica de corriente, de interconexión y del mando.

•

Conexión del drenaje (todos los equipos de cassette incorporan bomba de elevación del drenaje, que saca bastante caudal).

•

Vacío de la instalación y apertura del refrigerante igual que los equipos de pared.

•

Colocación del marco, cuidando de que quede alineado con el resto del techo.

•

Montaje del mando a distancia o inalámbrico.

La instalación de estos equipos suele realizarse en locales ya en funcionamiento, por ello lo primero es distribuirlos en el techo del local. En las cajas de la unidad interior suele venir una plantilla para marcar en el techo el hueco del equipo, que cortaremos con una sierra de calar, cuidando de no cortar ningún cable ni soporte. Para colgar el equipo utilizaremos espárragos roscados de M8 mínimo, con tuercas y arandelas a la medida, colgando seguidamente el equipo. Colocaremos la tapa inferior que al ser unos 15 cm a cada lado más ancha que el equipo, cubre el hueco cortado en el techo. Arrancaremos igual que los equipos de pared, y verificaremos su funcionamiento y ausencia de vibraciones.

7.4. Instalación de equipos de conductos La instalación con distribución de aire por conductos ofrecen un acabado final casi invisible, pero su instalación es mucho más laboriosa que los equipos vistos de pared o empotrar. Los equipos de conductos pueden ser de varios tipos principales: Compactos verticales y partidos verticales. Equipos de 20.000 a 200.000 Frig/h. Para grandes salas. Compactos y partidos horizontales. De 7,000 a 30.000 Frig/h. Para locales medios. Splits de conductos de alta presión. De 10.000 a 20.000 Frg/h. Para locales pequeños. Splits de conductos de baja silueta y baja presión. De 3.000 a 10.000 Frg/h. Para viviendas.

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En el tema 3 se ofreció una descripción del proceso de planificación, fabricación y montaje de redes de conductos de fibra o chapa en un local. Si nos centramos en la instalación de los equipos climatizadores de conductos, tendremos que seguir el proceso de instalación siguiente:

Espacio y accesibilidad Una vez elegido el equipo climatizador, del catálogo del fabricante obtendremos las dimensiones del equipo, y también anotaremos la medida de las tomas y descargas de aires, situación del y conexiones eléctricas. Al situar el equipo hay que procurar dejar un espacio en los laterales de al menos 0,60 m, con acceso a la caja de conexiones eléctricas y frigoríficas. En equipos situados sobre el falso techo hay que exigir a la propiedad un espacio suficiente para inspección y limpieza de la unidad. Aunque la instalación con conductos no es muy ruidosa, en el caso de viviendas puede molestar el cuarto donde se ubique el climatizador. Hay que colocarlos principalmente en trasteros, aseos o cocinas. Nunca en salones y dormitorios.

Soportes y bancadas Los equipos interiores se sujetan igual que los cassettes mediante varillas roscadas fijadas con tacos adecuados absorbentes de vibraciones.

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Los equipos suelen llevar unas orejetas en los laterales para fijarlos mediante varillas roscadas, tuercas y arandelas grandes. Los equipos verticales deben colocarse sobre una bancada de al menos 5 cm sobre el nivel del suelo, para evitar su corrosión, o utilizar tacos amortiguadores de vibración altos.

Colocación de los equipos Los equipos de conductos compactos son muy voluminosos y pesados, y necesitan de al menos cuatro personas para manejarlos y situarlos en el local. En muchas ocasiones ni pasan por la puerta de entrada, y hay que introducirlos antes de finalizar las obras o rompiendo tabiques. Para colocar los equipos partidos sobre el falso techo es conveniente disponer de un elevador adecuado neumático o telescópico, para realizar el trabajo con seguridad. Además, trabajaremos sobre un andamio adecuado.

Detalle colocación equipo

Tras fijar el equipo deberemos embocarlo a los conductos y realizar las conexiones frigoríficas como en el caso de los splits de pared. Bajo el equipo deberemos situar un registro, que no será necesario si el falso techos de es tipo desmontable.

Puesta en marcha Una vez finalizado el local, y disponiendo de potencia eléctrica, podremos poner en marcha el equipo y ajustar la red de distribución de aire para que todas las bocas de salida queden equilibradas. Cuidaremos que la instalación no haga ruido ni resulten corrientes de aire molestas en las zonas ocupadas.

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7.5. Instalación de equipos de cubierta Los equipos de cubierta o roof-top deben izarse mediante grúas, que hay que estudiar si pueden llegar hasta el local, y alcanzar el emplazamiento previsto.

Los equipos deben quedar al aire libre, sin ninguna protección, para que ventilen lo mejor posible. No conviene, pues, hacer tejadillos ni casetas alrededor. La bancada de fijación puede ser metálica, o de hormigón. La máquina debe descansar sobre tacos amortiguadores o placas antivibratorias. Los conductos de impulsión y retorno tienen que atravesar el forjado de la terraza, pero deberemos sellarlos perfectamente para evitar la filtración de agua de lluvia. Se suelen utilizar láminas de aluminio y asfalto calentadas con sopletes y pegadas hasta una altura de 30 cm. Los conductos que queden al exterior deben realizarse con chapa o planchas de poliuretano, resistentes a la lluvia. Es conveniente que existe un interruptor de desconexión eléctrica visible sobre el propio equipo, o en un cuadro antes del equipo, pero cercano. En caso de incorporar caja de mezcla de aire de ventilación, lo mejor es que sea de ajustable mediante servomotor, para controlarlo desde el mando del equipo. Como ya sabemos, el aire de ventilación consume un buen porcentaje de la potencia del equipo y por ello debemos reducirlo si no se precisa, como en los periodos con pocos ocupantes. El instalar un sistema de detección de la calidad del aire de retorno siempre se amortiza con rapidez. Si el funcionamiento del equipo puede provocar molestias por ruido a las viviendas vecinas, es conveniente realizar una barrera acústica perimetral, que rodee el aparato con algún material absorbente, como paneles acústicos, setos o materiales leñosos, paneles, etc.

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Proyectar también algún tipo de protección o barandilla si en la proximidad del aparato hay desniveles o bordes de la cubierta, para evitar caídas al vacío de los operarios.

7.6. Instalación de equipos múltiples La instalación de equipo de tipo multi-split es similar a la de los equipos split normales, pero con las siguientes observaciones:

Situación de la unidad exterior La unidad exterior es más voluminosa que una unidad de equipo simple 1x1, y por ello deberemos estudiar detenidamente su situación y posibles molestias a los vecinos por ruido. Como de dicha unidad exterior deben tenderse tuberías hasta las unidades interiores, deberemos situarla de forma que quede lo más centrada posible, y que el tendido de las tuberías sea lo más simple.

Canaletas Al agrupar varias tuberías hacia la unidad exterior, resulta un manojo de tubos y cables impresentable, que deberemos cubrir con una caleta rectangular de dimensiones suficientes, con accesorios de curvas, tapas, etc. En los trazados ascendentes o bajo forjados es recomendable utilizar barras perforadas fijadas a la pared, y a ellas amarrar todas las tuberías de forma ordenada. Dado que los aparatos modernos permiten desniveles entre ambos equipos de 15 a 20 m, muchas veces podremos instalar la unidad exterior en la cubierta del edificio, y bajar las tuberías por un patio de luces. De esta forma, las molestias por la unidad exterior se reducen totalmente.

7.7. Instalación de equipos de condensación por agua Los equipos con condensador por agua precisan de dos tomas para entrada y salida de agua, que es preferible que sean mediante latiguillos flexibles para permitir el movimiento del equipo, y sus vibraciones. Nunca debemos conectarla con tuberías rígidas de cobre o PVC, ya que con el tiempo se parten por la oscilación del equipo. Siempre hay que instalar llaves de corte a la entrada y salida de cada equipo, para poder aislarlo en caso de fallo.

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Es recomendable prever un sumidero en el suelo junto a la máquina, para recoger posibles derrames de agua, y para los vaciados del circuito. Si el equipo no incorpora válvula presostática deberemos instalarla en la salida de agua, y ajustarla con el equipo funcionando para el mínimo de caudal de agua. Siempre es recomendable instalar una llave para el vaciado del circuito en el equipo más bajo.

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8. MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS Por mantenimiento preventivo se entiende la serie de operaciones periódicas sobre los equipos e instalaciones, para mantenerlos en perfecto estado, con el máximo de rendimiento, y evitando su progresivo deterioro, y averías costosas.

8.1. Herramientas utilizadas en el montaje y mantenimiento Para realizar instalaciones de equipos de climatización necesitaremos como mínimo los elementos siguientes:

Herramientas de montaje

Elementos de transporte y elevación: Furgoneta pequeña o mediana para el transporte del material. Carritos bajos y carretillas para mover las máquinas por el local. Elevadores para equipos de techo, cassettes, conductos. Escalera plegable. Escalera de tres tramos. Andamio hasta 5 m.

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Herramientas de mecanizado y taladro: Taladradora manual de 650 W mínimo. Brocas para pared de 6, 8, 10 y 12. Broca grande de 22-24 mm y 60 cm de larga. Corona de para perforar paredes con 45 y 65. Martillo demoledor para rozas y huecos. Atornilladora con pilas. Pistola de masilla. Herramientas de Instalación frigorífica: Cortatubos para cobre grande y mini. Abocardador y ensanchador. Abocardador suave recomendable. Doblatubos manual y juego de muelles curvadores. Puente de manómetros con mangueras para R22, R407Cy R410A. Bomba de vacío de doble efecto con Vacuómetro y solenoide de corte. Balanza electrónica para cargas de gas. Equipo de soldadura fuerte por oxibutano. Equipo de soldadura fuerte manual con mezcla propanada. Detector de fugas electrónico y de espuma. Equipo de pruebas de presión con Nitrógeno. Equipo de limpieza de circuitos contaminados mediante bomba. Herramientas eléctricas: Pinza amperimétrica con voltímetro y homímetro. Buscapolos. Pelacables. Fichas de conexión y terminales. Herramientas para conductos de aire: Escuadra para trazar conductos. Maleta de herramientas de corte de fibra. Grapadora y cinta adhesiva de aluminio. Tijeras para cortar chapa. Sierra de calar y remachadora.

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Herramientas para acabado final: Canaleta de PVC blanca o beige de varias medidas. Curvas, tapas y accesorios de canaleta. Pistola de cola térmica y cartuchos de varios colores. Bote de masilla y espátula. Bolsa con yeso o escayola y bote de amasar. Elementos auxiliares: Rollos de tubería de cobre frigorífico recocido. Rollos de aislante para tuberías (coquilla). Rollos de tubería de PVC flexible para drenajes. Rollo de manguera eléctrica 1 kV 5x1, 5 mm2, y 3x2,5 mm2. Cinta térmica para forrar accesorios y empalmes. Soportes para fijar unidades exteriores. Juegos de silent-blocks. Bridas de nailon para agrupar tuberías. Tacos, tornillos, tirafondos, remaches, abrazaderas, etc. Cinta aislante resistente al sol blanca y negra. Botes de espuma de Poliuretano para sellar huecos. Pintura en spray para remates y rayaduras.

8.2. Operaciones de mantenimiento más frecuentes Las principales operaciones de mantenimiento de equipos de climatización son: En baterías y ventiladores: •

Limpieza de filtros.

•

Limpieza de baterías.

En equipo frigorífico: •

Búsqueda de fugas de refrigerante.

•

Recarga de refrigerante.

•

Desmontaje con recogida del refrigerante en la unidad exterior.

•

Vaciado y deshidratación del circuito

•

Limpieza completa de un circuito contaminado.

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8.2.1. Limpieza de filtros La limpieza de filtros debe realizarse como mínimo al principio de cada temporada de funcionamiento, es decir en el caso de equipos sólo frío en la primavera, y los reversibles en primavera y otoño. No obstante, según el nivel de contaminación del local (polvos de la calle, fumadores, etc.), se debe limpiar más a menudo, y en locales con mucha ocupación, como discotecas, salones de banquetes, etc., cada semana. Los filtros están colocados siempre antes de la batería de la unidad interior, y suelen ser a base de planchas de fieltros o esponjas, que se extraen con facilidad sin tener que desmontar la máquina. Se deben limpiar con agua a contracorriente, y después pasar un paño para secarlos. Al mismo tiempo, es conveniente desinfectarlos con un spray bactericida y perfumado. También es conveniente colocar una pastilla antibacterias o biocida en la bandeja de drenaje, pero con cuidado de que no bloquee el sumidero.

8.2.2. Limpieza de baterías Las baterías de las unidades interiores y exteriores pueden limpiarse muy bien con agua a presión. Primero las pulverizaremos con detergentes desengrasantes, y tras esperar unos minutos, las limpiaremos con agua a presión, pero con un caudal que pueda absorber el desagüe de la bandeja. En caso de quedar pelusa y otros restos más incrustados, rasparemos las aletas con un peine.

8.2.3. Búsqueda de fugas de refrigerante En muchas ocasiones se detecta una pérdida de refrigerante en el circuito frigorífico del equipo, por lo que antes de recargar deberemos hallar dónde está la fuga. Los puntos con fugas de refrigerante suelen mostrar unas manchas de aceite, a las que se pega la suciedad, Por ello, nos fijaremos en cualquier punto con restos de aceite o manchas de suciedad. Hay varios sistemas para encontrar la fuga de gas, y deberemos usarlos por orden:

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1. Utilizar un detector de gas electrónico adecuado para el refrigerante del equipo. Estos aparatos son muy sensibles, y emiten un pitido que aumenta de frecuencia al aumentar la cantidad de gas en el ambiente. Su toma de muestras es un tubo flexible, que aproximaremos a los puntos sospechosos de tener escapes, como:

Detector fugas electrónico

•

Uniones abocardadas de las tuberías de interconexión de splits.

•

Soldaduras en las tuberías de interconexión.

•

Llaves de servicio y tomas de presión (obuses).

•

En general, cualquier punto donde existan soldaduras o acoplamientos.

2. Llenado del circuito con Nitrógeno a alta presión: Sin vaciar el refrigerante, se llena el circuito con un equipo de Nitrógeno provisto de un manorreductor, ajustado a 20 ó 25 bares. Seguidamente, se comprueban las fugas con un detector, o untando los puntos sospechosos con agua jabonosa o espuma, que formará burbujas en el punto de escape. 3. En fugas más difíciles, se inyecta en el circuito una cápsula con un líquido trazador fosforescente. Se pone en marcha el equipo, y se vuelve al cabo de unos días. Por la fuga también habrá salido el agente trazador, y si se iluminan las piezas con una lámpara de ultravioletas, se ven los puntos fosforescentes indicando la situación de la fuga. Si

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Lámpara fugas ultravioleta

se corrige la fuga sin vaciar el equipo, no es necesario quitar el agente trazador, pues no perjudica el equipo.

8.2.4. Recarga de refrigerante Para recargar el equipo con refrigerante pueden presentarse tres situaciones: 1. El equipo necesita simplemente añadir un poco de refrigerante. 2. El equipo necesita toda la carga de refrigerante, y en la placa de características del mismo nos indica la cantidad necesaria en kg. 3. El equipo precisa ser cargado con todo el refrigerante, y no sabemos el volumen necesario. 1. Añadir una pequeña cantidad de refrigerante: Con el equipo en marcha al menos 15 minutos, conectaremos la manguera azul del puente de manómetros a la toma de baja presión. Conectaremos la goma amarilla o central a la botella de refrigerante, en su salida de líquido, y si no, invertiremos la botella para que salga líquido. Abriremos un poco las conexiones de las gomas para purgar el aire que contenían.

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Cilindro de carga

Abriremos lentamente la llave de la goma azul, para que vaya entrando el refrigerante, y observaremos que la aguja del manómetro de Baja oscila y no sobrepase mucho la presión normal (4,5 bar para R-22 y R407C, y 8-9 bar para R410A). Cerramos la llave y vemos en qué presión se estabiliza en un punto inferior. Al introducir refrigerante, la presión de Baja va subiendo, hasta un punto en que deja de ascender. Este punto suele ser el de una carga correcta. Comprobaremos que la tubería de gas está bien fría y que la de líquido está templada. Si aparece escarcha en la tubería de gas, hay demasiado refrigerante. Debemos medir la intensidad que consume el equipo, que debe ser cercana a la indicada en la placa. También comprobaremos las temperaturas de salida de aire en evaporador y condensador. Si el equipo tiene visor de líquido, simplemente añadiremos refrigerante hasta comprobar que no circulan burbujas de gas. 2. Carga completa de refrigerante sabiendo la cantidad: Previamente habremos vaciado el equipo con la bomba vacío conectada al puente de manómetros. Cerraremos la llave de Baja, quitaremos la bomba de vacío y en su lugar conectaremos la botella de refrigerante en la salida de líquido. Colocaremos la botella sobre la balanza electrónica,

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y pondremos el indicador de peso a cero. Purgaremos el aire de la goma, y abriremos la llave del manómetro para que entre el refrigerante. Cuando la balanza nos indique que el peso ha descendido la cantidad necesaria, cerraremos la llave del manómetro y abriremos un poco de gas desde la botella (o invertiremos de nuevo la botella), para que empuje todo el líquido de las tuberías y entrada del circuito. Esperaremos unos minutos a que el refrigerante se expanda por el circuito, y arrancaremos el equipo.

Balanza electrónica de carga

Si el equipo dispone de llave de Alta presión, es preferible introducir el refrigerante líquido por ella. Si el equipo es reversible, es mejor arrancar el equipo una vez cargado en modo calor, para que el compresor empuje el refrigerante líquido en lugar de aspirarlo. 3. Carga completa de refrigerante sin saber la cantidad: El sistema es igual al punto 2, pero introduciremos una cantidad aproximada en función de la potencia del equipo, o comparando con la necesaria en equipos similares. Es preferible quedarse corto a pasarse.

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Manómetros conectados

Arrancaremos el equipo, y procederemos como en el punto 1, es decir añadiremos refrigerante por Baja, hasta que el equipo las presiones, temperaturas y consumos nos indique una carga completa.

8.2.5. Desmontaje de un equipo partido, recogiendo el refrigerante en la unidad exterior o calderín Esta situación se presenta cuando debemos actuar sobre el sector de baja presión, o desmontar equipos split para cambiarlos de sitio. Se trata de recoger todo el refrigerante del circuito en la unidad exterior, y para ello arrancaremos el equipo en MODO FRÍO y conectaremos el manómetro a la toma de baja presión. Una vez funcionando el equipo, cerraremos completamente la llave de la tubería de líquido y esperaremos a que el manómetro baje hasta casi cero bar. Pararemos el equipo, esperaremos un minuto por si la presión sube de nuevo, y volveremos a arrancarlo, parándolo nuevamente al bajar la presión a 1 bar. Seguidamente cerraremos la llave de gas, y pararemos rápidamente el equipo (cortar la corriente). No es conveniente bajar de un bar porque el circuito quedaría en vacío, y al desconectar las tuberías, entraría aire y humedad. Además si prolongamos el vacío, el compresor bombearía su aceite y se dañaría. Siempre que desmontemos equipos hay que sellar las tuberías rápidamente, para evitar que entre aire y humedad.

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8.2.6. Vaciado y deshidratación del circuito Si se ha producido una contaminación del circuito por humedad, deberemos proceder a vaciar, limpiar y deshidratar el circuito. Hay que tener en cuenta que el agua se puede depositarse en cualquier hueco del circuito, y debe ser extraída por evaporación. Esta evaporación se mejora aumentando la temperatura del circuito con un secador de pelo, o un soplete con mucho cuidado de no quemar nada. Primeramente se realiza un vacío del sistema y se mantiene al menos unas 3 ó 4 horas. Si la presión no alcanza el cero, introduciremos Nitrógeno seco, y reanudaremos el vacío, por lo menos un par de veces. Si tampoco baja a cero calentaremos el compresor, calderines y baterías con una manta eléctrica. Se llena el sistema con refrigerante y se pone en marcha.

8.2.7. Limpieza de un circuito contaminado Para limpiar un circuito frigorífico se debe hacer circular un líquido limpiador en sentido inverso al paso del refrigerante, durante un periodo de tiempo suficiente para que arrastre todos los depósitos y contaminación.

Equipo de limpieza de circuitos

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Primero vaciaremos el circuito de refrigerante, y lo guardaremos para reciclarlo o desecharlo. Desmontaremos el compresor del equipo, y si estaba quemado, lo enviaremos al taller para su limpieza total. El equipo de limpieza está formado por un depósito de líquido limpiador, y una bomba de circulación. Conectaremos la impulsión del equipo en el tubo de baja, y la aspiración en el de alta. Haremos circular el líquido hasta observar que el retorno llega limpio, sin manchas, ni olores ácidos. Desconectamos de la bomba de limpieza, y efectuamos un buen barrido con Nitrógeno para eliminar el líquido limpiador. Seguidamente montaremos de nuevo el compresor, realizaremos el vacío profundo de la instalación, y su carga de refrigerante. En equipos partidos deberemos desmontar la unidad exterior y limpiarla en el taller desoldando el compresor. La unidad interior y las tuberías de interconexión las limpiaremos en el local, conectando el equipo de limpieza con la impulsión en el tubo de gas, y la espiración en el de líquido.

8.3. Mantenimiento preventivo Las operaciones de mantenimiento preventivo tienen por objeto evitar averías graves en el equipo, y mantenerlo con el máximo de capacidad y rendimiento. Este mantenimiento es un conjunto de operaciones repetitivas y programadas, que se pueden realizar de forma diaria, semanal, mensual o anual. En general, el mantenimiento se realizará sobre: Equipo eléctrico y de control: Limpieza de cuadros eléctricos. Comprobación de temperaturas en bornes y protecciones. Apriete de bornes y conexiones. Equipo de ventiladores, conductos filtros: Tensado de correas de ventiladores. Limpieza de rodetes y palas de impulsión. Engrase de cojinetes. Comprobación de ruidos y vibraciones. Limpieza de filtros.

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Limpieza de rejillas. Equipo frigorífico: Comprobación de presiones y carga de gas. Comprobación de temperaturas en baterías y elementos. Limpieza de baterías. Comprobación de aislamientos. Equipo auxiliar: Limpieza de filtros de agua. Comprobación de drenajes. Descalcificación de condensadores de agua. En el RITE se indican las operaciones obligatorias para los equipos mayores de 70 kW que precisan de un contrato de mantenimiento con una empresa instaladora:

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Tabla 10. Operaciones de mantenimiento

Operación

Periodicidad

1.

Limpieza de los evaporadores

A

2.

Llimpieza de los condensadores

A

3.

Drenaje y limpieza de circuito de torres de refrigeración

2A

4.

Comprobación de niveles de refrigerante y aceite en equipos frigoríficos

m

5.

Limpieza de circuito de humos de calderas

2A

6.

Limpieza de conductos de humos y chimenea

7.

Comprobación de material refractario

2A

8.

Comprobación estanquidad de cierre entre quemador y caldera

M

9.

revisión general de calderas individuales de gas

A

10. Revisión general de calderas individuales de gasóleo

2A

11. Detección de fugas en red de combustible

M

12. Comprobación niveles de agua en circuitos

M

13. Comprobación estanquidad de circuitos de distribución

A

A

14. Comprobación estanquidad de válvulas de interceptación

2A

15. Comprobación tarado de elementos de seguridad

M

16. Revisión y limpieza de filtros de agua

2A

17. Revisión y limpieza de filtros de aire

M

18. Revisión de baterías de intercambio térmico

A

19. Revisión aparatos de humectación y enfriamiento evaporativo

M

20. Revisión y limpieza de aparatos de recuperación de calor

2A

21. Revisión de unidades terminales agua-aire

2A

22. Revisión de unidades terminales de distribución de aire

2A

23. Revisión y limpieza de unidades de impulsión y retomo de aire

A

24. Revisión equipos autónomos

2A

25. Revisión bombas y ventiladores, con medida de potencia absorbida

M

26. Revisión sistema de preparación ACS

M

27. Revisión del estado del aislamiento térmico

A

28. Revisión del sistema de control automático

2A

423

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9. REPARACIÓN DE AVERÍAS EN CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS Las averías en equipos autónomos suelen ser provocadas por: Equipo eléctrico y de control. Equipo frigorífico. Equipo de ventilación. Equipo auxiliar.

Metodología general para el diagnóstico de averías Equipos eléctricos: •

Seguir el circuito mediante el puenteo correlativo de cada elemento de protección o control: termostatos, presostatos, temporizadores, etc.

•

Comprobar la existencia de tensión en elementos.

•

Si se detecta el fallo en un elemento, sustituirlo y seguir probando.

•

En caso de encontrar fallos generalizados, es posible que la causa sea otra diferente de la que se ensaya.

•

Revisar aprietes y continuidades de cables. No cambiar nada, teniendo en cuenta que el equipo antes funcionaba.

Equipo frigoríficos: •

Seguir la metodología para averías tipo de falta de carga, exceso, condensador sucio, etc. que vimos en la unidad didáctica anterior.

•

Antes de sustituir un elemento, asegurarse bien de que está defectuoso. Es lamentable el reparador que va cambiando piezas sin saber el origen de la avería.

•

Si no se puede detectar la avería, siempre es bueno consultar con el servicio técnico del fabricante.

424

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9.1. Averías eléctricas

Placa electrónica

La mayoría de los equipos climatizadores actuales suelen incorporar una placa electrónica de control que gestiona todas las señales de entrada y de salida, y ejecuta un programa grabado en un microprocesador. Debido a esto cuando hay un fallo generalizado lo más sencillo es cambiar dicha placa, pero antes hay que verificar que las señales de entradas y salida son correctas. Las señales de entrada son: •

Presencia de tensión de red y reducida de control (12 – 24 V).

•

Termostato de ambiente interior, exterior y del condensador.

•

Temperatura del compresor.

•

Control o mando a distancia del usuario.

Las señales de salida son: •

Arranque del compresor.

•

Arranque del ventilador del condensador.

•

Válvula inversora.

•

Arranque del ventilador interior en varias velocidades.

•

Motor de los álabes de dirección de aire.

425

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Las averías eléctricas más frecuentes son: •

Corte de cables por vibraciones, falta de apriete, quemado del contacto.

•

Defecto a tierra, por falta de aislamiento (mordeduras de ratas, cables pelados), o mojarse algún elemento eléctrico.

•

Sobretensión: provoca la ruptura de un semiconductor llamado varistor situado a la entrada de la corriente en la placa electrónica, y posiblemente del transformador de tensión del circuito de control. En casos graves puede suponer el deterioro de todo el equipo eléctrico de protección y control (placa).

•

Fusible fundido: por bajada de tensión sube la intensidad y salta el fusible.

•

Fallo del clixon del compresor, por sobrecarga continuada.

•

Condensador de arranque del compresor o del ventilador cortado.

•

Compresor quemado o con bobina cortada.

•

Ventiladores quemados o cortados.

•

Termostatos con contactos quemados.

•

Contactores quemados, o bobinas cortadas.

9.2. Averías del circuito frigorífico En la unida didáctica anterior se trató con detalle de estas averías. Recordemos que las más frecuentes son: •

Falta de refrigerante.

•

Condensador sucio.

•

Filtro atascado.

9.3. Averías de los equipos ventiladores En la unidad didáctica 2 detallamos las averías en equipos ventiladores, por ello recordaremos brevemente las más frecuentes en climatizadores autónomos: •

Correas de transmisión flojas o rotas.

•

Chavetas o acoplamientos rotos.

•

Rodetes o aspas sucias o atascadas.

•

Rodetes o aspas desequilibradas y vibrando.

•

Giro inverso por cambiar el orden de las fases de la línea de alimentación.

426

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10. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE CLIMATIZADORES AUTÓNOMOS Los principales reglamentos que afectan a las instalaciones de climatización y ventilación son los siguientes: Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (Real Decreto 842/2002 de 2 de Agosto) e Instrucciones Complementarias. Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas. Normas UNE nombradas en el RITE. La descripción de estos reglamentos queda fuera del alcance de este libro, pero simplemente nombraremos algunas reglas para su cumplimiento en las instalaciones: Electricidad Todos los receptores deben incorporar un sistema de desconexión (interruptor), un sistema de protección contra sobrecargas y cortocircuitos (magnetotérmico), y derivaciones a tierra (interruptor diferencial). La línea de alimentación a equipos debe calcularse según su intensidad nominal, y la caída de tensión menor del 3%. Las líneas con tensiones distintas deben instalarse por conductos diferentes. Todas las conexiones se realizarán mediante fichas y bornes de conexión. Todos los elementos eléctricos deberán llevar una conexión equipotencial o “toma de tierra”. Los conductores instalados en interior de edificios o máquinas serán de aislamiento mínimo 750V, y los instalados en exterior o interior sin tubo de 1000 V. Frigoríficas Los circuitos frigoríficos deberán ser sometidos a una prueba de presión según el refrigerante usado. Las soldaduras de líneas de refrigerante se soldarán con soldadura fuerte. No se instalarán equipos frigoríficos en escaleras ni pasillos de salida.

427

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Ahorro de energía Las temperaturas de cálculo usadas serán las indicadas en el RITE. Las temperaturas interiores no sobrepasarán los valores indicados en el RITE, para cada tipo de local. La ventilación deberá ajustarse al nivel de ocupación del local. Seguridad La Ley de Prevención de Riesgos Laborales obliga a realizar una evaluación de los riesgos de cada actividad de la empresa, y en el caso de las instalaciones de equipos autónomos, los riesgos principales son: Movimientos de cargas Aplastamientos y golpes en carga y descarga de equipos. Elevación y anclaje de equipos sobre soportes. Carga descargas de herramientas, y botellas de refrigerante. Caídas a distinto nivel Caídas desde andamios y escaleras. Caídas por huecos de la construcción. Tropiezos en obras por falta de orden. Riesgos eléctricos Descargas por contactos directos. Descargas por contactos indirectos. Quemaduras Contactos con elementos calientes o fríos. Quemaduras por calor. Quemaduras por gases refrigerantes. Quemaduras por soldadores o sopletes. Cortes por aristas vivas Cortes por chapas. Cortes por clavos, puntas, etc. Asfíxias por fugas de refrigerante. Explosiones por fugas de gases combustibles. Daños con herramientas de corte: taladradoras, amoladoras, sierras, etc. Atrapamientos por máquinas rotativas.

428

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Equipos de protecciòn Los equipos de protección necesarios en instalaciones de climatización son: Cascos. Guantes. Arneses y cinturones de seguridad. Cuerdas para amarrarse con cierres seguros. Botas con punteras de seguridad. Gafas para usar herramientas de corte. Gafas para soldadura. Barandillas para trabajos en altura. Cintas para señalizar zonas de trabajo. Además, las empresas instaladoras deberán realizar un plan de seguridad que contemple la evaluación de los riesgos, la adopción de medidas y equipos de protección, y las acciones a tomar en caso de accidente o emergencia.

429

430

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

ANEXO TABLAS DE AVERIAS EN EQUIPOS AUTÓNOMOS 1

ESQUEMAS DE AVERÍAS EN EQUIPOS SPLIT.

2. AVERÍAS EN EQUIPOS AUTÓNOMOS. 3. AVERÍAS DEL COMPRESOR EN EQUIPOS AUTÓNOMOS. 4. LIMPIEZA DEL CIRCUITO CONTAMINADO.

1. Averías en equipos SPLIT En el esquema siguiente se indica el proceso a seguir para diagnosticar averías en el circuito de refrigeración de equipos split.

Hoja ruta detección averías

431

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Relación entre las condiciones del equipo, presiones y consumo.

Falta refrigerante

Baja presión.

Refrigeración. Alta presión.

Consumo.

Baja presión.

Calefacción

Alta presión.

Consumo.

Obstrucción del capilar o filtro By-pas en unidad interior

Deficiente radiación unidad exterior. Falta de compresión.

Realizar medidas de presión y temperatura transcurridos 15 minutos.

Comprobación del compresor y válvula de inversora. Fallo Falta de compresión.

Compresor bloqueado.

Válvula de 4 vías mal.

Síntoma •

El consumo está un 20% por debajo del nominal.

•

El tubo de descarga del compresor está anormalmente caliente. (La temperatura normal son de 70 a 90 ° C)

•

La diferencia entre alta y baja presión tiende a cero.

•

El consumo aumente anormalmente. En algunos casos salta el limitador.

•

El compresor hace un zumbido.

•

El consumo de funcionamiento es menor del 80% del nominal.

•

La diferencia de temperatura entre los tubos de aspiración y descarga de la válvula tiende a 0° C.

432

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2. Localización de averías en equipos autónomos 1

El compresor y el ventilador del condensador no arrancan:

CAUSA PROBABLE •

Fallo en la alimentación eléctrica.

•

Fusible fundido y/o magnetotérmico saltado.

•

Termostato, contactor o relé de control, defectuoso.

•

Presostato opcional abierto.

•

Bajo voltaje en la línea.

•

Cableado incorrecto o defectuoso.

•

Regulación del termostato demasiado baja (ciclo calefacción) o demasiado alta (ciclo de refrigeración).

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Llamar al instalador electricista del cliente.

•

Sustituir el fusible o rearmar el magnetotérmico del circuito.

•

Sustituir el elemento defectuoso.

•

Determinar y corregir la causa.

•

Comprobar el diagrama de cableado.

•

Reajustar el termostato.

2

El compresor no arranca, pero el ventilador del condensador funciona:

CAUSA PROBABLE •

Conexión defectuosa o suelta en el circuito del compresor.

•

Motor del compresor quemado, agarrotado, elemento de sobrecarga interior abierto.

•

Condensador de marcha defectuoso en modelos monofásicos.

•

Conexión defectuosa o suelta en el circuito del compresor.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar el cableado y repararlo

•

Determinar la causa y reemplazar el compresor

•

Determinar la causa y reemplazar

433

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

3

El compresor funciona pero se para por sobrecarga interna (otra causa distinta a la del termostato de control):

CAUSA PROBABLE •

Sistema sobrecargado o con carga de refrigerante escasa.

•

Aire o gases no condensables en el circuito de refrigerante.

•

Compresor defectuoso.

•

Voltaje muy bajo o muy alto.

•

Batería exterior obstruida (ciclo de refrigeración) o batería interior (ciclo de calefacción.

•

Ventilador exterior inactivo.

•

Condensador de marcha defectuoso.

•

Termostato defectuoso.

•

Condensador defectuoso del ventilador de la unidad interior (ciclo calefacción) o unidad exterior (ciclo de refrigeración).

•

Restricción en el circuito de refrigerante.

•

Válvula de inversión defectuosa o agarrotada en la posición central (modelos de bomba de calor).

•

Dispositivo de expansión restringido o congelado.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Tirar el refrigerante, hacer el vacío en el sistema y volver a cargarlo.

•

Determinar la causa y corregir.

•

Determinar la causa y reemplazare.

•

Reemplazar.

•

Retirar la obstrucción.

•

Tirar el refrigerante, hacer el vacío en el sistema y volver a cargarlo.

4

El compresor funciona de forma continua

CAUSA PROBABLE •

Unidad insuficiente para la carga térmica.

•

Termostato regulado muy bajo (ciclo de refrigeración) o demasiado alto (ciclo de calefacción).

•

Carga de refrigerante escasa.

•

Compresor con válvulas rotas.

434

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•

Ventilador defectuoso de la unidad interior (ciclo de calefacción) o ventilador de la unidad exterior (ciclo de refrigeración).

•

Aire o gases no condensables en el circuito de refrigerante restringido o congelado.

•

Aspiración de aire obstruida o filtro de la unidad interior (ciclo calefacción) o unidad exterior (ciclo refrigeración) sucio.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Disminuir la carga térmica o aumentar el tamaño de la unidad.

•

Volver a regular el termostato.

•

Localizar la fuga, reparar y volver a cargar.

•

Sustituir.

•

Comprobar la causa y sustituirlo.

•

Tirar el refrigerante, hacer el vacío en el sistema y volver a cargar.

•

Limpiar el filtro o retirar la obstrucción.

5

Excesiva presión de condensación:

CAUSA PROBABLE •

Batería de la unidad exterior (ciclo de refrigeración) sucia.

•

Ventilador de la unidad interior defectuoso (ciclo calefacción) o ventilador de la unidad exterior (ciclo de refrigeración).

•

Sobrecarga de refrigerante.

•

Aire o gases no condensables en el circuito del refrigerante.

•

Aspiración de aire obstruida o filtro de la unidad interior (ciclo de calefacción) o unidad exterior (unidad de refrigeración) sucio.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Limpiar la batería (ciclo de refrigeración) sucia.

•

Reemplazarlo.

•

Purgar el exceso de refrigerante.

•

Tirar el refrigerante, hacer el vacío en el sistema y volver a cargarlo.

•

Retirar la obstrucción o limpiar el filtro.

6

Presión de condensación inadecuada:

CAUSA PROBABLE •

Carga de refrigerante escasa.

•

Compresor con válvulas rotas.

435

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

•

Obstrucción en la línea de líquido.

•

Filtro de aire sucio de la unidad interior.

•

Batería de la unidad exterior obstruida.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar fugas, reparar y recargar la unidad.

•

Reemplazarlas.

•

Retirar la obstrucción.

•

Limpiar el filtro.

•

Comprobar la causa y corregirla.

7

Excesiva presión de succión:

CAUSA PROBABLE •

Compresor con válvulas rotas.

•

Presostato de seguridad de presión interna abierto.

•

Sobrecarga de refrigerante.

•

Válvula de inversión defectuosa o fuga interna (bomba de calor).

•

Válvuila retención defectuosa (bomba calor).

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Reemplazar.

•

Comprobar la causa y eliminarla.

•

Purgar el exceso de refrigerante.

•

Comprobar y reemplazar.

8

Presión de succión inadecuada:

CAUSA PROBABLE •

Escasa carga de refrigerante.

•

Batería unidad exterior (ciclo calefacción) o batería interior (ciclo refrigeración) escarchada.

•

Escaso caudal de aire en la unidad exterior (ciclo de calefacción) o de la unidad interior (ciclo de refrigeración) o recirculación del mismo.

•

Obstrucción en el tubo de succión.

•

Capilar o válvula de retención obstruido o congelado.

•

El ventilador de la unidad exterior no se para durante el desescarche en el ciclo de calefacción (bomba de calor).

436

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

•

Termostato de desescarche defectuoso en el ciclo de calefacción (bomba de calor).

•

Contacto defectuoso entre el tubo y el termostato de desescarche en el ciclo de calefacción (bomba de calor).

•

Relé de desescarche o temporizador de desescarche defectuoso en el ciclo de calefacción (bomba de calor).

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Localizar la obstrucción y retirarla.

•

Tirar el refrigerante, hacer el vacío y volver a cargar.

•

Comprobar las conexiones de cables y reparar.

•

Comprobar la causa y eliminarla

•

Reemplazar.

9

Ventilador de la unidad exterior parado o cicla debido a la protección de seguridad térmica:

CAUSA PROBABLE •

Capacitador del motor del ventilador defectuoso.

•

Conexiones flojas al motor del ventilador.

•

Motor del ventilador quemado.

•

Cojinetes del motor gripados.

•

Capilar o Accurater bidireccional obstruido o congelado.

•

Relé de desescarche abierto en el ciclo de calefacción (bomba de calor).

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar la causa y eliminarla.

•

Tirar el refrigerante, hacer el vacío del sistema y cargarlo de nuevo.

•

Reemplazarlo.

10 Frecuente formación de hielo en la batería de la unidad exterior (unidades de bomba de calor en el ciclo de calefacción): CAUSA PROBABLE •

Ventilador de la unidad exterior parado.

•

Incorrecta conexión eléctrica en el circuito de desescarche.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Ventilador de la unidad exterior parado.

•

Incorrecta conexión eléctrica en el circuito de desescarche.

437

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

3. Averías del compresor En el caso de problemas de funcionamiento, es necesario comprobar la potencia absorbida de la unidad con un amperímetro. Asegurarse de que la potencia absorbida está de acuerdo con los valores en la etiqueta de especificaciones de la unidad. 1

El compresor no funciona:

CAUSA PROBABLE •

Motor quemado, pérdida de aislamiento o bobinado.

•

Comprobar la continuidad y resistencia bobinado.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar la resistencia del aislamiento con un Megger de 500 V (mínimo 2M).

•

Comprobar la continuidad.

2

El compresor funciona realizando ciclos cortos:

CAUSA PROBABLE •

Relé de consumo abierto.

•

Consumo excesivo.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Energizar y comprobar los amperios, el ruido y el motor. Comprobar si los terminales están conectados.

•

Energizar y comprobar el consumo, el ruido y el motor. Comprobar las presiones de funcionamiento.

3

Capacidad de refrigeración insuficiente:

CAUSA PROBABLE •

Baja compresión.

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar las presiones y el consumo de funcionamiento.

4

Vibraciones y ruidos anormales:

CAUSA PROBABLE •

Baja compresión.

•

Retorno del líquido.

•

Compuerta de vibración.

•

Tornillos de montaje.

438

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

COMPROBACIÓN/CORRECCIÓN •

Comprobar las presiones y el consumo de funcionamiento.

•

Comprobar las condiciones de funcionamiento del sistema.

•

Comprobar el estado de la compuerta de averiada.

•

Comprobar que los tornillos están defectuosos.

5

Sustitución del compresor:

Antes de efectuar la sustitución del compresor, determinar que está justificada. Por medio del uso de un óhmetro, comprobar el motor del compresor que se debe sustituir en caso de que haya circuitos abiertos, derivaciones a tierra o cortocircuitos. Para este propósito sugerimos que se hagan las comprobaciones siguientes: PRECAUCION: Mantenerse alejado de los terminales del compresor cuando se trabaje en el mismo. Con el sistema bajo presión, los terminales podrían romperse. Es oportuno recordar que es mucho más fácil desconectar un trozo pequeño de tubería del compresor después de haberlo sacado de la unidad. Y también, que se puede soldar un manguito de la tubería vieja a los acoplamientos del nuevo compresor más fácilmente antes de instalar de nuevo el compresor en la unidad. Si se elige una buena posición para cortar la tubería del refrigerante, inicialmente, la soldadura final de la junta será mucho más fácil. Para sustituir el compresor deben realizarse las operaciones siguientes: •

Seguir con atención todas las normas de seguridad. Utilizar gafas y guantes de trabajo y trapos humedecidos con agua jabonosa.

•

Desconectar la alimentación eléctrica a la unidad.

•

Retirar las conexiones eléctricas del compresor.

•

Purgar o sacar todo el refrigerante y la presión del sistema:

•

Cortar las líneas de aspiración y descarga. Usando una cortadora de tubos en el lugar más conveniente, cerca del compresor para facilitar el nuevo montaje mediante manguitos de cobre.

•

Sacar el calentador de cárter.

•

Quitar el compresor de la unidad protegiéndolo del calor, y con todo cuidado desoldar los manguitos de los tubos.

PRECAUCION: El vapor del aceite que se encuentra en los manguitos de los tubos puede incendiarse con la antorcha de la soldadura; utilizar si es necesario trapos húmedos.

439

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

•

Instalar los antiguos manguitos en el nuevo compresor y soldarlos en su sitio cuidadosamente.

•

Limpiar el sistema. Añadir o reemplazar el filtro secador en la línea de aspiración (ver el párrafo “Limpieza del sistema de refrigerante”).

•

En caso de utilizar un compresor rotativo, deben retirarse los tapones de goma empezando por la conexión de alta presión o por la tubería de servicio para evitar la fuga de aceite.

•

Instalar el nuevo compresor y soldarlo en su lugar con los manguitos suministrados en la obra.

•

Conectar eléctricamente, reemplazar los terminales eléctricos si fuera necesario.

•

Hacer el vacío del circuito y volver a cargarlo.

4. Limpieza del sistema de refrigerante •

Un motor quemado se reconoce fácilmente mediante el olor a quemado del sistema de refrigeración. Cuando el motor de un compresor hermético se quema, el aislamiento del bobinado del estátor forma carbonilla, agua y ácido. Después de producirse el quemado del motor, limpiar el circuito del refrigerante antes de instalar un compresor nuevo. Añadir o reemplazar, el filtro/colador/ deshidratador, el pistón de la válvula inversora y cualquier tubo capilar contaminado.

•

El circuito de refrigerante puede ser parcialmente limpiado por medio de un disolvente adecuado antes de conectar el nuevo compresor.

•

Instalar el nuevo compresor y el dispositivo de expansión.

•

Instalar en la línea de aspiración un filtro secador con un cartucho antiácido. Los orificios de presión deben preverse para la medición de la caída de presión a través del filtro secador, una vez que el sistema se encuentra en funcionamiento.

•

Después de que se haya llevado a cabo la prueba de fugas, hacer el vacío al sistema hasta por lo menos 0,35 mbar (“Vacío por triple evacuación”).

•

Recargar el circuito de refrigerante con el tipo y el peso correcto de refrigerante. Ajustar la carga de refrigerante por la instalación del filtro secador (ver las instrucciones del fabricante para los filtros secadores). Se recomienda que se utilice una báscula electrónica para la realización de la carga al peso.

440

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

•

Poner en funcionamiento la unidad, comprobar o corregir la carga si fuera necesario.

•

Permitir que el sistema funcione durante aproximadamente 48 horas.

•

Si es posible, tomar una muestra de aceite del sistema y comprobar otra vez la acidez. Si el valor de acidez es superior a 0,05, reemplazar los filtros secadores en las líneas de líquido y de aspiración. Si el valor de acidez de la muestra de aceite es inferior a 0,05, el sistema puede considerarse perfectamente limpio.

441

442

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 7 EL CLIMATIZADOR AUTÓNOMO

LABORATORIO 1. Desmontar un equipo de autónomo de ventana. Realizar un croquis de su circuito. Nombrar y numerar sus partes. Describir la dimensión o características de cada parte (potencia, tensión, material, diámetro, etc.). 2. Montaje de un equipo de pared o consola de tipo split, sobre un panel. Instalar unidades. Tender tuberías. Vaciado de la instalación. Llenado de gas y puesta en marcha. Anotación de sus parámetros de funcionamiento. Recoger el refrigerante y desmontar. 3. Carga de gas en un equipo split. Recuperación del refrigerante. Carga manual sin balanza. 4. Puesta en marcha de un equipo condensado por agua. Regulación de la válvula presostática. Medida de los caudales de aire y temperatura. 5. Diseñar la instalación de climatización para la vivienda del alumno. Plano esquemático de la casa, ubicación de splits, tuberías, etc. 6. Diseñar la instalación de climatización para la cantina del instituto; calcular la carga, elegir un sistema, ubicar los equipos, etc.

443

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIÓN CON AGUA Y REFRIGERANTE

M 6 / UD 8

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIÓN CON AGUA Y REFRIGERANTE

ÍNDICE Introducción..................................................................................

451

Objetivos ........................................................................................

453

1. Sistemas centralizados.............................................................

455

2. Clasificación de sistemas según el fluido...............................

457

3. Circuitos primario y secundario.............................................

459

4. Sistemas de producción de calor ...........................................

462

4.1. Equipos aire-aire ............................................................

462

4.2. Equipos aire-agua ...........................................................

463

4.3. Equipos agua-agua .........................................................

466

4.4. Equipos agua-aire ...........................................................

467

4.5. Calderas ..........................................................................

467

5. Componentes una enfriadora aire-agua................................

469

6. Secuencia de arranque de una enfriadora de agua ..............

472

7. Esquema en caso de varios circuitos y enfriadores en paralelo ....................................................................................

474

8. Circuitos de distribución de agua caliente o fría ..................

475

9. Cálculo de circuitos de distribución de agua ........................

478

9.1. Cálculo de caudales........................................................

478

9.2. Esquema..........................................................................

478

9.3. Suma de caudales ...........................................................

479

9.4. Asignación de diámetros ...............................................

479

9.5. Pérdida de carga parcial y total .....................................

479

9.6. Pérdidas localizadas en accesorios ................................

480

10. Equilibrado del circuito..........................................................

481

10.1. Retorno invertido...........................................................

481

10.2. Válvulas de equilibrado automático..............................

482

11. Bomba impulsora y accesorios ...............................................

483

11.1. Cálculo y selección de la bomba ...................................

483

11.2. Bombas en varios circuitos ............................................

486

11.3. Colectores .......................................................................

487

11.4. Depósitos de inercia.......................................................

488

447

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIÓN CON AGUA Y REFRIGERANTE

12. Unidades terminales ...............................................................

489

13. El fancoil ..................................................................................

490

13.1. Componentes de un fancoil ..........................................

490

13.2. Clasificación....................................................................

491

13.3. Conexión hidráulica de un fancoil ...............................

492

13.4. Esquema de control de un fancoil ................................

493

14. Climatizadoras o unidades de tratamiento de aire (UTA) ...

495

15. Secciones de una UTA ............................................................

496

15.1. Sección de ventiladores .................................................

496

15.2. Sección de baterías de frío y calor ................................

497

15.3. Sección de filtros y prefiltros .........................................

498

15.4. Sección de humidificación ............................................

498

15.5. Sección de mezcla ..........................................................

499

15.6. Sección de recuperación ...............................................

500

16. Enfriamiento gratuito .............................................................

502

16.1. Freecooling térmico.......................................................

502

16.2. Freecooling entálpico ....................................................

502

17. Cálculo y selección de una UTA.............................................

504

17.1. Proceso teórico de climatización del aire de un local .

504

17.2. Selección de la UTA.......................................................

506

18. Sistemas de caudal refrigerante variable (VRV)....................

508

18.1. Equipos productores......................................................

509

18.2. Redes de tubería de refrigerante. Sistemas ..................

510

18.3. Sistemas de VRV con recuperación...............................

511

18.3. Unidades terminales VRV..............................................

511

18.4. El control de sistemas VRV ............................................

512

18.5. Montaje y mantenimiento de sistemas VRV .................

512

19. Montaje de instalaciones centralizadas ..................................

514

20. Operaciones de mantenimiento preventivo en sistemas de agua.....................................................................................

516

20.1. Circuito hidráulico.........................................................

516

20.2. Circuitos eléctricos y de control....................................

517

21. Métodos de diagnóstico de averías.........................................

518

448

MÓDULO SEIS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN U.D. 8 INSTALACIONES CENTRALIZADAS, DISTRIBUCIÓN CON AGUA Y REFRIGERANTE

22. Normativa y reglamentos aplicables.......................................

520

22.1. El problema sanitario por la legionellosis ....................

520

Resumen ........................................................................................

523

Anexo

.........................................................................................

525

Cuestionario de autoevaluación...................................................

527

Laboratorio....................................................................................

529

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INTRODUCCIÓN Conocer este tema es fundamental para un buen instalador de climatización, ya que requiere un nivel de preparación superior al de los pequeños equipos autónomos. Contempla los sistemas de climatización centralizados utilizados en edificios grandes de uso público. Estudiaremos las técnicas clásicas aireagua, todo agua y las nuevas técnicas RVR. Aprenderemos a calculas redes de distribución con fluidos calorportadores, y unidades terminales típicas. (Duración: 14 horas)

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OBJETIVOS Conocer los diferentes tipos de sistemas centralizados. Equipos y componentes de sistemas aire-agua. Cálculo de redes de distribución de agua. Unidades terminales. Funcionamiento, tipos, uso.

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1. SISTEMAS CENTRALIZADOS Las instalaciones centralizadas se utilizan en grandes edificios de uso residencial, comercial o administrativo, como hoteles, centros comerciales, edificios de oficinas, locales de espectáculos, etc. En general, en edificios divididos en muchas estancias que deban de funcionar de forma independiente, con su propia regulación, u ocupación distinta en el tiempo.

Enfriadora

Es decir, en un gran supermercado se puede instalar uno o varios equipos autónomos aire-aire, ya que todo el centro funcione a la vez, y con la misma temperatura interior, pero en un hotel, cada habitación puede estar ocupada o vacía, y además, cada ocupante puede fijar diferentes parámetros interiores de confort. En lugar de instalar numerosos equipos autónomos, es preferible separar la instalación en las fases siguientes: •

Producción: son los equipos encargados de generar la potencia calorífica necesaria en el conjunto de la instalación, ya sea frío, calor, o ambas.

•

Distribución: en este apartado se distribuye la energía calorífica generada por las diferentes estancias del edificio, mediante un fluido calorportador o frigorífero (agua, gas, aire), y unas tuberías.

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•

Unidades terminales: equipos encargados de climatizar cada estancia, cediendo o absorbiendo las calorías del fluido al ambiente.

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2. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS SEGÚN EL FLUIDO La denominación de los equipos consta de dos palabras, que se refieren a: La primera es el fluido fuente de calor o sumidero. La segunda palabra es el fluido receptor. Un sistema centralizado puede ser del tipo siguiente:

Intercambiadores de calor

Aire-Agua: equipo con batería exterior refrigerada por aire, y parte interior que cede o absorbe calor a un circuito de agua. Agua-Agua: equipos condensado por agua (que es refrigerada por una torre de recuperación) y parte interior que cede o absorbe calor a un circuito de agua. También se llaman sistemas “todo agua”. Aire-Aire: equipo con baterías interiores y exterior ventiladas por aire. Agua- Aire: equipos condensados por agua, con la parte interior formada por baterías de aire.

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Tierra- Agua o Tierra aire: se instalan unas tuberías enterradas de bastante longitud, para que absorban o cedan el calor del terreno.

Intercambiadores de calor Los intercambiadores de calor permiten la transferencia de calor de un fluido a otro, mediante transmisión o convección. Los intercambiadores los distinguiremos según el fluido en ambos lados del mismo.

Intercambiador gas-agua de placas

•

Baterías gas-aire: formadas por tubos de cobre por cuyo interior circula el refrigerante, y aletas de aluminio y un ventilador para forzar el movimiento del aire, que puede ser axial o centrífugo.

•

Intercambiadores gas-agua: constituidos por varios tubos concéntricos, por los que circulan a contracorriente el gas refrigerante y el agua. Pueden ser de tubos concéntricos arrollados o de tubos en haz. El refrigerante enfría o calienta el agua.

•

Intercambiadores agua-agua: para intercambiar calor entre dos circuitos de agua.

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3. CIRCUITOS PRIMARIO Y SECUNDARIO Siempre que exista un intercambiador de calor aparecen dos circuitos: Al circuito de la parte generadora se le llama “circuito primario”. Al circuito de la parte receptora se le llama “circuito secundario”. Si tenemos una caldera que calienta un circuito de agua mediante un intercambiador de placas, al circuito de la caldera lo llamamos primario, y al circuito de agua caliente sanitaria circuito secundario.

Esquema principio intercambiador

Los circuitos primario y secundario normalmente son circuitos separados, es decir los fluidos ceden calor, pero circulan por tuberías distintas, y no se mezclan, ni tampoco un circuito puede contaminar al otro. La circulación de los fluidos es normalmente a contracorriente, para que la entrada del caliente coincida con la salida del secundario, de forma que la caída de temperatura sea la mínima.

Gráfico de temperaturas primario y secundario

Salto térmico es la diferencia de temperaturas del fluido a la entrada y salida.

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Caída de temperatura es la diferencia entre las temperaturas del fluido primario y la salida del secundario. Es decir, la pérdida de temperatura debida al intercambio. Si tenemos la temperatura siguiente: Fluido primario: Temperatura de entrada T1. Temperatura de salida T2. Fluido secundario: Temperatura de entrada t1. Temperatura de salida t2. Definimos Salto térmico en primario: T2 – T1 Salto térmico en secundario: t2 – T1 Caída de temperatura: T1 – t2 La temperatura media se calcula con la fórmula: (T1 – t2) – (T2 – t1) Tm = Cf -------------------------------------–––––– Ln (T1 – t2) / (T2 – t1) Siendo Cf un factor de rendimiento. El calor transmitido es: Q = m . Ce (t2 – t1) Formula que ya conocemos. Ejemplo: tenemos un intercambiador de placas a contracorriente, con las temperaturas siguientes: Primario: Entrada 80° C. Salida 60° C Secundario: Entrada 50° C. Salida 75° C. Salto térmico: Primario: 80 – 60 = 20° C. Secundario. 75 – 50 = 25° C. Caída de temperatura: 80 – 75 = 5° C. (80 – 75) – (60 – 50) –5 Tm = 0,8 ----------------------------------––––––––– = -------------–––– = 7,2 ° C Ln (80 – 75) / (60 – 50) Ln(0,5) Las calorías que transferirá en cada kg de agua serán: Q = m . Ce. (t2 – t1) = 1 . 1. (75 – 50) = 25 kcal

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En resumen: El intercambiador depende de las diferencias de temperatura entre entrada y salida. Si aumentamos el caudal, baja el salto térmico. Si el salto térmico es excesivo, debemos aumentar la superficie del intercambiador. A más potencia, el intercambiador ha de ser mayor.

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4. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE CALOR Vamos a describir los principales equipos climatizadores generadores de calor o frío, según su fluido: •

Equipos aire-aire.

•

Equipos aire-Agua

•

Equipos Agua-Agua.

4.1. Equipos aire-aire Los sistemas centralizados aire–aire son similares a los que hemos visto en la unidad didáctica 7, sobre equipos autónomos. El equipo se instala en un lugar exterior, normalmente la cubierta, y mediante una red de conductos de aire, se reparte el caudal por las diferentes estancias. El problema surge cuando queremos zonificar, es decir cuando hay estancias desocupadas, o el edificio tiene zonas más cálidas que otras, por orientación, ventanas, aparatos, etc. Existen muchos sistemas, más o menos complicados, pero únicamente nombraremos los siguientes: •

Temperatura del aire variable (TAV).

•

Volumen de aire variable (VAV).

Temperatura del aire variable (TAV) Consiste en acondicionar el aire en un equipo centralizado, que lo distribuye por todo el edificio, y que llamaremos aire primario.

Sistema de volumen constante y temperatura variable

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En cada estancia disponen de un climatizador secundario, que lo calienta o enfría según las necesidades específicas de la zona, y que llamaremos unidad de post-tratamiento.

Volumen de aire variable (VAV) En este caso, el aire se trata centralmente, y se distribuye por todas las estancias a una misma temperatura, pero en cada zona instalaremos compuertas para variar el caudal de aire según sus necesidades, hasta poder cerrarlo si no se precisa climatizar. Este sistema de conductos, descrito en la UD 3, también es llamado multizona.

Sistema de volumen variable y temperatura constante

En general, los sistemas centralizados con distribución por aire sólo son adecuados cuando las necesidades de calor son homogéneas, así como los horarios. Además los conductos de aire son muy voluminosos y requieren mucho espacio de obra cuando tienen que atravesar las plantas del edificio.

4.2. Equipos aire-agua En los equipos aire-agua el equipo productor enfría o caliente el agua de un circuito cerrado, que se distribuye por el edificio mediante tuberías, hasta los equipos terminales, que se denominan fan-coils.

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Es como un sistema de calefacción, pero con agua fría o caliente. Estos equipos se denominan también enfriadoras de agua. Son equipos compactos que se instalan en el exterior del edificio, en patios o sobre la cubierta del mismo. Tienen una gran batería de intercambio de aire en los laterales o en forma de V, y en su interior alojan todo el equipo frigorífico, hidráulico y de control, de forma que sólo se precisa su instalación y conexión a la alimentación eléctrica, y al circuito de distribución de agua.

Esquema enfriadora de cubierta

Si funciona como enfriadora, toma las calorías del circuito de agua, y la disipa por la batería exterior de aire. En su funcionamiento como bomba de calor toma las calorías del aire ambiente, y las cede al circuito de agua. En grandes instalaciones se instalan varias unidades en paralelo, para conseguir la potencia total, y tener más seguridad en caso de avería de una de ellas. Son equipos muy interesantes desde el punto de viste energético, ya que con temperaturas mínimas exteriores del orden de 5° C A 10° C tienen una eficiencia de 2,5 a 3, con un coste inferior a una calefacción mediante gasóleo o gas. Además pueden hacer la función de calentar en invierno y enfriar en verano. El utilizar como medio de transporte el agua obedece a que las conducciones son mucho más pequeñas que los conductos de aire, menos ruidosas y más duraderas. Caudal de agua: los equipos aire agua se seleccionan en función principalmente de su potencia en W, desde 7.000 a 500.000 W. Pueden ser sólo frío o bomba de calor (reversibles). Las condiciones de trabajo suelen ser:

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Verano: •

Tem. exterior: 32° C.

•

Tem. Entrada agua: 9,5° C.

•

Tem. Salida agua: 4,5° C. (Salto térmico 5° C).

Invierno: •

Tem. exterior: 5° C.

•

Tem. Entrada agua: 40° C.

•

Tem. Salida agua: 45° C. (Salto térmico 5° C).

Hay que tener en cuenta que los equipos reversibles o bomba de calor bajan notablemente de rendimiento cuando la temperatura exterior desciende de 5° C, por ello hay que tener precaución al instalarlos en zonas muy frías del interior. El salto térmico en el secundario nos permite calcular el caudal de agua:

Pot. enfriadora en Kcal/hora Caudal litros/hora = ---------------------------------------–––––––––– 5 (° salto térmico) Ejemplo Calcular el caudal de agua necesario para un equipo de 100.000 W : Potencia = 100.000 x 0,86 = 86.000 Kcal/h Caudal = 86.000 Kcal/h/ 5°C = 17.200 L/h. Caudal = 17.200 L/h / 3600 segundos = 4,77 L/s Este caudal nos permite elegir los diámetros de las tuberías necesarias. Dimensiones y pesos: los equipos aire- agua son grandes y pesados, que suelen instalarse en terrazas o cubiertas de los edificios. Por ello hay que calcular el esfuerzo que transmiten a la estructura del edificio, y colocarlas sobre bancadas de reparto. También son equipos voluminosos que provocan un gran impacto visual y posiblemente molestias por ruido. Por ello es preferible ocultarlos tras unos setos o barreras que minimicen estos efectos sobre el entorno.

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4.3. Equipos agua-agua Los equipos agua-agua consisten en unidades frigoríficas con dos intercambiadores gas-agua, uno para el condensador y el otro para el evaporador. No suelen ser reversibles. El circuito del condensador no vierte el agua caliente al desagüe, sino que suele estar enfriado (recuperado) por una torre de recuperación situada en el exterior, y por ello estos equipos pueden instalarse en una sala de máquinas interior.

Equipo agua-agua

Se utilizan en muy grandes instalaciones, con potencias a partir de 500.000 Kcal/h. Los compresores pueden ser semiherméticos, de tornillo o centrífugos. Estas unidades son muy compactas, para la enorme potencia que proporcionan. El circuito de refrigeración de la torre trabaja con saltos de unos 10° C en la temperatura del agua. Debido al problema originado por la bacteria legionella se tiende a reducir al mínimo la utilización de torres de recuperación, y con ello los sistemas agua-agua, que se están sustituyendo por los de aire-agua.

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4.4. Equipos agua-aire En realidad son equipos autónomos condensados por agua. Cada equipo se instala en una estancia, y el sistema común es el de enfriamiento del agua de condensación de cada equipo, que está formado por una torre situada en el exterior. Este sistema se ha descrito en el Tema 5.

Esquema de un sistema agua-aire con recuperación centralizada

4.5. Calderas En muchas ocasiones se dispone de calderas de producción de calor para calentar el agua del circuito de distribución. En estos casos se instalan enfriadoras de agua en paralelo con las calderas, de forma que la caldera realiza el trabajo en invierno, y las enfriadoras el trabajo en verano. Este es el sistema más utilizado durante años en las grandes instalaciones de climatización.

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Hay que tener en cuenta que las calderas trabajan con un salto térmico de 15° C a 20° C, y las enfriadoras con 5° C-6° C. Debido a ello, los caudales que circulan en calor son de un tercio de los de las enfriadoras. Para evitar esto, en algunos casos se pueden instalar circuitos diferentes, es decir dos tubos para el agua fría, y dos tubos para el agua caliente, lo que se llama instalación a 4 tubos. Las unidades terminales tienen entonces dos baterías, una de frío y otra de calor, colocada una a continuación de la otra, con un solo ventilador, como veremos más adelante.

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5. COMPONENTES DE UNA ENFRIADORA AIRE-AGUA Son equipos compactos de forma rectangular, formados por los elementos siguientes: •

Batería intercambio de aire de gran tamaño que cubre parte de las paredes verticales del equipos, y en algunos casos es en forma de V.

•

Varios ventiladores axiales en la parte superior, para descargar el aire en sentido vertical ascendente. Son de pala ancha y bajas revoluciones (950 o 450 R.P.M.) para reducir el ruido al mínimo.

•

Uno o varios compresores frigoríficos de tipo hermético o semihermético con sus elementos auxiliares: válvulas de expansión, filtros, silenciadores, tomas de presión, etc.

•

Intercambiador de calor gas-agua: puede ser de dos tubos concéntricos arrollados, o de placas a contracorriente. En el segundo caso se puede desmontar para limpiar la cal que se deposita entre las placas.

El intercambiador de agua es una parte importante de la enfriadora, y de la calidad de este elemento depende la vida del equipo, pues en caso de corroerse, el agua pasa al circuito frigorífico produciendo el agarrotamiento del compresor, filtro, válvula de expansión, etc., precisando de una limpieza a fondo de todo el circuito frigorífico.

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Intercambiador gas-agua de placas

Lo mejor es que el intercambiador sea de acero inoxidable o titanio. Otra avería frecuente es que por falta de refrigerante o por bajo caudal de agua, se congele el agua en su interior, y se deformen o agrieten los tubos, con resultado igual al caso anterior. El intercambiador se aísla totalmente con coquilla por el exterior, de forma que parece una caja negra. Equipo eléctrico de control: Contiene presostatos, termostatos, temporizadores, contactores, relés térmicos, pilotos y mandos. Recientemente incorporan un autómata con un programa en memoria ROM que gobierna y permite modificar los parámetros de consigna del equipo. Las conexiones eléctricas se realizan en un bornero con fichas para conectar la línea de alimentación eléctrica, y otras para el control a distancia (termostato o caja de control). Módulo hidráulico: Para forzar la circulación del agua pueden incorporar un módulo hidráulico que está formado por:

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•

Bomba circuladoras de agua, de tipo cerrado de calefacción, que puede tener varias velocidades.

•

Vaso de expansión, de tipo membrana, calculado para un volumen acorde a la potencia.

•

Depósito de inercia, o tanque de acumulación de agua colocado en serie con el circuito de agua de la enfriadora, y que sirve para que el equipo no realice arranques demasiado frecuentes.

•

Válvula de retención, para evitar corrientes contrarias al flujo normal.

•

Interruptor de flujo, que detecta si el caudal de agua es suficiente para que arranque el equipo frigorífico. Esta protección es fundamental, y en caso de no llevarla el equipo que instalemos, deberemos instalarlo en el circuito de agua exterior a la enfriadora.

Esquema hidráulico de conexión

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6. SECUENCIA DE ARRANQUE DE UNA ENFRIADORA DE AGUA En el caso de una única enfriadora: El mando de la instalación pone en marcha la bomba de circulación de agua y el circuito comienza a moverse. El interruptor de flujo se activa al detectar caudal de agua, y da señal de arranque a los compresores y circuito frigorífico de la enfriadora. Posteriormente, el termostato situado en el retorno del circuito de agua indica si el agua retorna desde el edificio demasiado fría, y para uno o todos los compresores. La bomba de circulación de agua no para mientras existan estancias conectadas.

Bomba de circulación gemela

En locales con muchas estancias puede instalarse una caja con relés, para que en caso estar todos desconectados, pare la enfriadora, o pare la bomba principal. Hay que tener en cuenta que la enfriadora precisa de un caudal mínimo según su potencia, que no puede bajar, so pena de congelar el intercambiador y dañar el equipo.

En caso de varias enfriadoras: La conexión de varias enfriadoras en paralelo es muy frecuente, y el problema surge en arrancar y parar las distintas unidades para adaptarse a la demanda de calorías de la instalación.

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Al aumentar de la demanda de potencia de la instalación, el agua retorna a mayor temperatura, y si disminuye la demanda, el agua retorna más fría.

Interruptor de caudal

Un sistema sencillo es instalar un termostato en cada enfriadora, y graduarlos en cascada, pero en este caso unos equipos tendrán más desgaste que otros, y deberemos alternarlos mediante un conmutador periódicamente. Los equipos más recientes incorporan un sistema electrónico de gestión con más inteligencia y conectados mediante un sistema de bus, el cual se encarga de distribuir el trabajo de las enfriadoras de forma uniforme.

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7. ESQUEMA EN CASO DE VARIOS CIRCUITOS Y ENFRIADORAS EN PARALELO La conexión de varios equipos aire-agua en paralelo es un caso muy frecuente en grandes instalaciones, por utilizar varios equipos estándar, y tener más seguridad frente a las averías que en caso de un sólo equipo grande. Además, el circuito de distribución suele dividirse en varias zonas, y cada una se instala con una bomba de circulación propia. Cada enfriadora tiene una bomba de circulación propia, y al unirse todas en paralelo, lo llamamos circuito primario.

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8. CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA CALIENTE O FRÍA La energía producida en la enfriadora la distribuimos a los receptores del edificio mediante un fluido que normalmente es el agua, en un circuito cerrado, y con un salto térmico de 6° C a 7° C, es decir el agua se envía por la tubería de “ida”, y vuelve por al tubería de “retorno”, 6° C ó 7° C mas fría o más caliente. Para evitar congelaciones, a menudo se le añade al agua un porcentaje de glicol, que hace descender el punto de congelación del fluido a –15° C. El circuito precisa de varios elementos, como bombas de impulsión, tuberías y válvulas de corte o equilibrado.

Tipos de distribuciones Según el tipo de edificio: Vertical: las tuberías van de una planta a la superior, atacando a los terminales que están situados todos en la misma posición. Se precisa un montante por cada terminal o grupo.

Horizontal: las tuberías suministran a una planta, discurriendo por los pasillos. Se puede cortar cada planta independientemente.

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Mixta: con redes verticales y horizontales. Según su retorno: retorno simple o retorno invertido.

Detalle conexión fancoil 4 tubos

Según se conecten los terminales: en paralelo o monotubo. En general son preferibles las distribuciones en distribución horizontal, en paralelo, y con retorno invertido. En algunos casos se realizan dos circuitos, uno de agua fría y otro de agua caliente, y los fancoils tienen dos baterías, una de frío y otra de calor. Esto se llama instalación a cuatro tubos.

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El circuito de calor se alienta desde calderas de calefacción, y el de frío desde enfriadoras de agua (sin bomba de calor). Este circuito tiene la ventaja de poder suministrar en cualquier terminal frío o calor al mismo tiempo.

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9. CÁLCULO DEL CIRCUITO DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA Para calcular el circuito de distribución de agua debemos de realizar los pasos siguientes:

9.1. Cálculo de caudales Calcular el caudal de cada unidad terminal, mediante la expresión: Q = P / At Siendo:

P = Potencia frigorífica en Kcal/h de la unidad. At = Salto térmico en °C (normalmente 5 a 6°C).

9.2. Esquema Dibujar un esquema de la red de tuberías con los terminales y su potencia térmica. Numerar los tramos ordenadamente.

Esquema numerado

Recordemos que siempre que cambie el caudal, es un tramo distinto. Siempre aparecen dos nuevos tramos tras una derivación: uno en la rama principal y otro en la rama derivada. También podemos ayudarnos con una tabla como la siguiente:

Tramo N°

Caudal L/s

Diámetro Cálculo mm.

Diámetro adoptado

Longitud +acces. m.

Pérdida tramo mm.c.a

Pérdida acumulada mm.c.a

1

4,5

80

80

45

0,4

2,4

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9.3. Suma de caudales Sumar los caudales y anotar los resultantes en cada tramo. Si comenzamos por las ramas finales, iremos sumando caudales a medida que se unan ramas en un tronco común.

Esquema, suma de caudales

9.4. Asignación de diámetros Con las tablas de pérdida de carga en tuberías, partiendo del caudal del tramo, adjudicamos una pérdida de carga unitaria Ji de 100 mm.c.a por metro, y obtenemos el diámetro de la tubería. Hay que tener en cuenta también que la velocidad de circulación debe estar entre 0,5 y 1,5 m/s, para evitar ruidos.

Esquema, diámetros

En los tramos finales es conveniente aumentar un poco los diámetros,

9.5. Pérdida de carga parcial y total Como hemos fijado una pérdida de carga unitaria Ji de 0,01 m.c.a/m, para todos los tramos, para averiguar la pérdida de un tramo simplemente multiplicaremos la longitud del tramo por Ji Ji = 0,01 m.c.a/m Longitud del tramo 60 m. Perdida total Jt = 60 m x 0,01 m.c.a/m = 0,6 m.c.a

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La pérdida total de la instalación será la del tramo más alejado, y nos servirá para elegir la bomba impulsora del circuito. Hay que comprobar que la bomba de enfriadora pueda proporcionar la presión requerida. Lo equipos comerciales con módulo hidráulico incorporado disponen de una presión entre 10 y 20 m.c.a

9.6. Pérdidas localizadas en accesorios La pérdida de carga total se obtiene sumando la del resto de elementos de la instalación: •

Sus accesorios, codos y Tes.

•

Las llaves de corte, de regulación, accesorios (ver tabla en Anexo).

•

Las baterías de la enfriadora y los fan-coils (ver datos de enfriadoras y fancolis).

Si no disponemos de datos, la pérdida de carga típica de un fancoil es de 1 m.c.a, y la del intercambiador de la enfriadora 3 m.c.a.

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10. EQUILIBRADO DEL CIRCUITO Como la pérdida de carga es proporcional a la longitud de la tubería, en los terminales situados a más distancia tendrán una mayor perdida de carga, y los más cercamos una pérdida menor. Como el caudal tiende a circular por el circuito de menor pérdida, resultará que los terminales más cercanos tendrán un caudal excesivo, y los más alejados un caudal de agua insuficiente. El circuito estará entonces desequilibrado. Se puede comprobar midiendo la temperatura de salida del agua en varios terminales, y observando que hay diferencias notables de temperatura. Para equilibrar un circuito de distribución de agua puede realizarse de forma manual en instalaciones reducidas, mediante ajuste de las llaves de regulación o detentores. Deberemos comprobar todos los terminales hasta que la temperatura del agua de retorno sea uniforme con todos en carga. Es decir el salto térmico entrada–salida debe ser igual en todos. Si el salto es grande, hay que aumentar el caudal, y si el salto térmico es pequeño, hay que disminuir el caudal.

10.1. Retorno invertido Por el por tubo de retorno el agua debe volver hacia la enfriadora, pero el retorno invertido consiste en que en el tubo de retorno circula el agua en sentido opuesto, es decir igual al de ida, y al final el tubo gira 180 grados, y vuelve hacia la enfriadora. De esta forma si sumamos la distancia de ida y retorno, todos los terminales quedan a la misma distancia total del colector de salida, y por lo tanto, todos los terminales quedan equilibrados.

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El retorno invertido es muy conveniente, y obligatorio en instalaciones con muchos ramales y terminales, como los hoteles o edificios de oficinas.

10.2. Válvulas de equilibrado automático Estas llaves tienen, además de la rueda principal, dos tomas de presión. Mediante un calibrador electrónico puede ajustarse a una pérdida de carga diferencial, es decir entre la entrada y la salida, de forma proporcional al caudal. Es decir, podemos compensar la diferencia de longitudes mediante estas llaves con gran precisión. Pueden instalarse en la entrada de los terminales, o en los ramales principales, como las plantas de un hotel. También puede realizarse un sistema mixto, mediante un retorno invertido en la bajante general, y válvulas equilibradoras en los ramales.

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11. BOMBA IMPULSORA Y ACCESORIOS 11.1. Cálculo y selección de la bomba Para elegir la bomba que impulsará el agua por las tuberías del circuito tenemos que partir de dos datos: •

Caudal del circuito.

•

Presión a vencer o pérdida de carga total del circuito.

Válvula equilibradora

El caudal hemos visto que se obtiene de dividir la potencia frigorífica por el salto térmico del agua: Q (L/h) = P (kcal/h) / (T2 – T1) La pérdida de carga del circuito la tendremos que hallar según lo descrito en el punto 9 de esta UD, partiendo del caudal anterior. Si hemos calculado la red con el método de pérdida de carga constante, simplemente multiplicaremos los metros de tubería hasta el punto más alejado (incluyendo la longitud equivalente de accesorios), por la pérdida unitaria fijada en m.c.a/m. Al total le sumaremos las pérdidas en el fancoil y en la enfriadora.

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Cálculo Una vez hallada la pérdida de carga en el punto más desfavorable, deberemos elegir una bomba de impulsión que nos asegure el caudal de cálculo de la instalación. La selección de una bomba centrífuga es similar a la de un ventilador, tal como describimos en la UD 2, es decir utilizaremos la curva caudal presión de la bomba, o del grupo de bombas de un catálogo comercial.

Bomba de circulación simple

1: Calculamos la pérdida de carga con dos caudales diferentes, uno un poco mayor que el otro. 2: Sobre la curva característica caudal - presión de la bomba situamos los dos puntos y los unimos mediante una recta. 3: La intersección entre esta recta y la curva de la bomba nos dará el punto de funcionamiento, es decir el caudal real que hará circular dicha bomba. 4: Si el caudal es excesivo o débil, realizar los pasos 2 y 3 sobre la curva de otra bomba, hasta hallar la adecuada. Para adaptar el caudal con exactitud las bombas suelen tener dos o tres velocidades, que se seleccionan mediante un conmutador, y con lo que obtenemos tres curvas diferentes, seleccionando la más adecuada a la instalación.

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En caso de instalaciones con varias zonas diferentes, como: •

Diferentes plantas del edificio de un hotel.

•

Zonas de salones o comedores.

•

Zonas de centros comerciales.

Curva bomba circulación

Se suele instalar una bomba para cada zona, que es activada por el termostato o mando de dicha zona. Entonces es muy conveniente intercalar una llave de asiento en la salida de la bomba, para poder estrangularla si hace falta, y ajustar mejor el caudal.

Selección Las bombas de circulación para climatización son similares a las de calefacción. Las pequeñas están formadas por un sólo cuerpo cerrado que engloba el motor eléctrico y la bomba centrifuga. El motor se refrigera por el caudal del circuito. En las bombas grandes el motor eléctrico está separado de la bomba, y el eje de transmisión se sella por una estopada o cierre mecánico, que impide la fuga de agua. A partir de 100 kW térmicos de la enfriadora, las bombas suelen ser dobles, formadas por dos bombas gemelas en paralelo, para tener más seguridad en caso de avería de una de ellas. Las bombas pequeñas hasta 1 kW suelen ser monofásicas, con condensador permanente.

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Las bombas mayores son trifásicas, y a partir de 10 kW deben arrancar mediante algún sistema que limite su intensidad, como estrella-triángulo o arranque lento por variador. La potencia de la bomba la podemos calcular aproximadamente mediante la expresión: Q L/s x H m.c.a.x 9,81 P watios = ------------------------------––––––––––– 0,5 Siendo H la pérdida de carga total.

Montaje Las bombas de circulación deben de instalarse con: •

Una llave de corte a ambos lados de la bomba, para poder aislarla sin tener que vaciar todo el circuito.

•

Un filtro de malla antes de la aspiración (y después de la llave), para retener partículas que pueda arrastrar el agua del circuito. Este filtro debe limpiarse tras los primeros días de funcionamiento de la instalación. También pueden instalarse dos tomas de manómetro antes y después del filtro, para poder ver la diferencia pérdida de carga del mismo, y saber si precisa limpiarse.

•

Tomas para presión antes y después de la bomba, para verificar su funcionamiento.

Los acoplamientos de las bombas pequeñas suelen ser mediante un enlace roscado desmontable, y a partir de 2" mediante bridas normalizadas con tornillos y juntas de goma. Las bombas grandes instaladas entre bridas, deben tener un carrete de desmontaje, o trozo de tubería telescópica de longitud ajustable. En general, siempre debemos instalar la bomba de forma que pueda desmontarse y sustituirse con facilidad, ya que es un elemento mecánico móvil sometido a desgaste.

11.2. Bombas en varios circuitos En los sistemas centralizados se divide la distribución de agua en varios circuitos, según las diferentes zonas, o estancias con diferentes horarios. Por ejemplo en un hotel se realizará un circuito para las habitaciones orientadas al Norte, y otro para las orientadas al Sur. También se instalará con circuito propio las salas nobles, comedor, salones, etc.

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Es decir, en cada circuito se impulsa el agua a una zona, y retorna de la misma a la enfriadora. Si la zona no está habitada, la bomba se puede parar, y por lo tanto los terminales de dicha zona no consumen calorías. En grandes instalaciones el número de circuitos puede ser grande, y con bombas de diferentes tamaños.

11.3. Colectores Si una instalación necesitamos dividirla en varios circuitos, para zonas diferentes, tendremos que realizar un colector de ida y otro de retorno. Los colectores son tuberías de diámetro mayor que las de los circuitos, desde las que parten los diferentes circuitos de la instalación, con llaves de corte para aislarlos. Realizaremos un colector de ida y otro de retorno, sobre el que instalarán las bombas de impulsión de cada circuito. En caso de instalar varias enfriadoras, las conectaremos en paralelo a los dos colectores.

Esquema conexión enfriadoras en paralelo

Como los caudales del secundario pueden ser muy distintos, por haber circuitos cerrados o en marcha, se realiza un tubo de unión entre el colector de ida y el de retorno, para equilibrar los caudales, e independizar el primario del secundario. En caso de equipos pequeños con varios circuitos también pueden instalarse una sola bomba y electroválvulas de tres vías en cada circuito.

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11.4. Depósitos de inercia Si tenemos una enfriadora de agua de 100.000 Kcal/h en un edificio, en el que sólo hay demanda de frío en uno o varios locales pequeños, que suman 5.000 Kcal/h, se presenta el problema de que la máquina arranca y en 6 minutos cubrirá la demanda, y parará. A los 6 minutos volverá a arrancar y así sucesivamente. Es decir, el número de arranques a la hora será de 60 minutos/hora / 12 minutos = 5 arranques a la hora Las enfriadoras grandes sólo permiten un número reducido de arranques a la hora (de 2 a 4), pues pueden estropear, o acortar su vida útil. Para evitar esto, lo más sencillo es aumentar el volumen de agua circulando por la instalación, de forma que cuando la enfriadora pare, la masa de agua enfriada sea la que continúe proporcionando calorías a las unidades terminales, y la enfriadora tarde en arrancar. Para ello instalamos un depósito aislado en serie con el circuito primario. La cantidad de Kcal almacenadas en el agua la obtenemos de: Q = m.Ce.(T2 – T1). Ejemplo: si un circuito de agua funciona entre 12° C y 6°C, y el volumen de agua es de 5.000 L. Calcular la inercia del mismo. Solución: Q = 5000 x 1 x (12 – 6) = 30.000 Kcal. Si la enfriadora más pequeña es de 60.000 Kcal/h, calcular el número de arranque a la hora cuando no hay ninguna demanda de calor. Solución: 60.000 Kcal/h / 30.000 Kcal = 2 arranques/hora

Deposito de inercia

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12. UNIDADES TERMINALES La unidad terminal transfiere la energía térmica que transporta el agua al ambiente del local. En el caso de equipos de frío, absorben calorías del local y las pasan al agua del circuito, que aumenta de temperatura. Las unidades terminales más frecuentes son: •

Radiadores.

•

Aerotermos.

•

Ventilo-convectores o fan-coils.

•

Unidades de tratamiento de aire.

•

Circuitos de suelo radiante.

•

Circuitos de techo frío.

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13. EL FANCOIL Un fancoil consiste básicamente en una batería de intercambio aguaaire, y un electro-ventilador. El aire de la habitación es forzado a atravesar el intercambiador agua-aire o batería de agua, se enfría y es lanzado de nuevo a la habitación. Si lo que enviamos al fancoil es agua caliente, entonces funcionará como un radiador de calefacción.

Fancoil

En caso de distribuciones a cuatro tubos, el fancoil incorpora dos baterías, una de frío y una de calor, con conexiones independientes, pero con un único ventilador.

13.1. Componentes de un fancoil Los componentes de un fancoil son: •

Carcasa o chasis que sostiene el resto de elementos. Realizada en chapa de acero.

•

Cubierta o mueble embellecedor que oculta sus componentes. Caja exterior con diseño decorativo realizada en chapa pintada o plástico, con rejilla para orientar la descarga del aire.

•

Batería enfriadora de cobre con aletas de aluminio, con conexiones hidráulicas de roscar para conectarlo al circuito de distribución.

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•

Ventilador centrífugo o tangencial, con motor eléctrico monofásico de espira en sombra o condensador permanente, con dos o tres velocidades. Siempre son de bajo nivel sonoro.

•

Batería de recogida de condensados, con salida a tubo de desagüe.

•

Filtro de aire, situado en la entrada. De fácil desmontaje

•

Caja de conexiones eléctricas, y mando termostato, en el propio mueble o a distancia.

•

Válvula de tres vías (si se instala, para cortar la circulación de agua en la batería).

13.2. Clasificación Los fancoils clásicos pueden ser: •

Con cubierta, o sin cubierta (para forrar con maderas nobles, o empotrar).

•

Verticales de pie u horizontales de pared o techo.

•

Vistos o de empotrar con conducción de aire por conductos.

Con dos o cuatro tubos (una batería o dos). •

Con mando incorporado o a distancia.

•

Con válvula de tres vías o directos.

•

Con rejilla fija u orientable.

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Recientemente han aparecido otros modelos de fancoils que imitan a las unidades interiores de los equipos split, como: •

Fancoils de pared tipo split.

•

Fancoils de cassette, para empotrar en techos.

•

Fancoils de empotrar de una y dos vías.

Estos equipos son bastante más caros que los fancoils tradicionales, pero tanto su estética como su perfeccionamiento y funcionamiento son muy superiores. Fancoil de conductos de media y alta presión: en el caso de climatizar estancias grandes, se utilizan fancoils de gran tamaño, en instalación oculta, y con distribución de aire mediante conductos de fibra, rejillas y difusores. Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuanto a instalación, conexión con los conductos, alimentación eléctrica, etc., solamente se diferencian en que las conexiones frigoríficas de la batería son conexiones a la red de distribución de agua.

13.3. Conexión hidráulica de un fancoil Los fancoils se pueden conectar a la red de distribución de agua mediante dos simples llaves de corte. De esta forma el agua circula siempre por la batería, haya demanda o no de calorías. Pero es preferible intercalar una válvula de tres vías, para que cuando no haya demanda de calor en la estancia, cortar el flujo de agua a la batería, y evitar seguir transmitiendo calor por convección natural.

Conexiónes de fancoil

Si el fancoil es de 4 tubos, es decir con una batería de frío y otra de calor, se necesitarán obligatoriamente dos válvulas de tres vías, una para cada batería.

Esquema general instalación

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Fancoil a dos y cuatro tubos

No deben poder conectarse ambas baterías a la vez.

13.4. Esquema de control de un fancoil Los fan-coils se controlan desde un mando a distancia - termostato independiente de la unidad. Aunque hay diversos fabricantes, los mandos suelen seguir un esquema común de acuerdo con el tipo de control: •

Termostato sobre el ventilador: el termostato arranca o para el ventilador del fan-coil. Un interruptor apaga el equipo, y un conmutador invierte el contacto del termostato en verano-invierno. En verano el ventilador permanece encendido al mínimo cuando el termostato ha cortado, y en invierno para.

Termostato control fancoil

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•

Termostato y mando sobre ventilador y válvula de agua: igual, para alcanzar la temperatura se corta la electroválvula de paso de agua a la batería (o válvula de tres vías).

•

Mando proporcional sobre válvula de tres vías modulante: el caudal de agua se ajusta a la demanda de calor. No es muy común.

Esquema eléctrico fancoil

Estos equipos son similares a las unidades aire-aire interiores en cuanto a instalación, conexión con los conductos, alimentación eléctrica, etc.

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14. CLIMATIZADORAS O UNIDADES DE TRATAMIENTO DE AIRE (UTA) A los grandes fancoils se les llama climatizadoras o unidades de tratamiento de aire (UTA). Se fabrican a medida mediante secciones o módulos, que se van acoplando en serie, hasta formar el equipo. Estos equipos controlan con precisión la calidad del aire de un local, temperatura, humedad y renovación. Se emplean sobre todo en la climatización de grandes espacios de edificios con sistemas centralizados: salones de hoteles, comedores, etc., en general en locales con elevada densidad de ocupantes, y en donde se precise controlar con precisión las condiciones de confort todo el año. En general son equipos de gran tamaño, en forma de prisma rectangular, que se instalan en cuartos apropiados sobre cubiertas, o en plantas intermedias de grandes edificios. Muchas veces su tamaño permite entrar en los distintos compartimentos mediante puertas.

Unidad de tratamiento de aire (UTA)

Las unidades de tratamiento de aire pueden ser equipos complejos, que consiguen climatizar correctamente un local, ajustando perfectamente las condiciones de temperatura y humedad relativa, así como aportar aire nuevo de ventilación, y expulsar aire sobrante del local, recuperando el calor del mismo. Las UTAs no son equipos autónomos, ya que no incorporan sistemas de producción de frío ni de calor, sino que se conectan a una red de distribución de agua o refrigerante, con equipos de producción remotos.

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15. SECCIONES DE UNA UTA Una UTA se forma a base de acoplar módulos con funciones específicas, que llamamos secciones:

Opciones y posibles ampliaciones de un climatizador

15.1. Sección de ventiladores De tipo centrífugo de baja presión, con motores eléctricos separados y con accionamiento mediante correas. Suelen tener dos o más rodetes en un chasis de chapa galvanizada. Para variar el caudal se colocan diferentes poleas en el motor o ventilador, lo cual cambia la proporción entre calor sensible y latente de la batería.

Sección ventiladores

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Cuando se desee un sistema de climatización con una buena ventilación del local, deben instalarse con dos ventiladores, uno en cada extremo de la unidad, que llamamos de impulsión y de retorno. De esta forma podemos tomar aire exterior y expulsar el aire sobrante, además de climatizar el local, sin provocar depresiones ni sobrepresiones en el mismo.

15.2. Sección de baterías de frío y de calor Cada sección consiste en un serpentín de cobre con aletas de aluminio, con dos conexiones para el circuito de agua de la enfriadora, y una bandeja de recogida de condensaciones en la batería de frío. La batería de calor puede conectarse a otra bomba de calor, o a una caldera. En ambos casos debe llevar una válvula mezcladora de 3 vías, para mantener la batería a la temperatura deseada. La batería de frío se indica con un signo – La batería de calor se indica con un signo + Cada batería puede tener dos o más filas de tubos, dependiendo de la calidad del equipo.

Baterías de frío y de calor

Relación calor sensible/latente. La batería de frío sabemos que absorbe calor sensible (enfriando el aire), y calor latente (condensando la humedad sobrante). Dividiendo ambos valores, resulta un coeficiente que puede estar entre 0,3 y 0,5. Pues bien, este valor lo podemos indicar al encargar el equipo, de forma que coincida con el valor calculado en el local (mediante una hoja de cargas completa).

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Pero una vez tengamos la unidad, también se puede modificar la relación sensible/latente, variando la velocidad del ventilador, o el caudal de agua en la batería. La potencia de las baterías se indica por el fabricante, para diferentes temperaturas de agua y caudal. En general las baterías de frío y de calor se controlan mediante válvulas mezcladoras de 3 vías en las conexiones de agua, accionadas por un servomotor, y controladas por autómata en función de la temperatura de salida del aire.

15.3. Sección de filtros y prefiltros Los prefiltros son armazones con una tela metálica sobre la que se coloca un fieltro fino, que retendrá las partículas y fibras arrastradas por el aire. Se deben extraer con facilidad y se limpian con agua o aire a presión. Los filtros más perfectos son secciones con un conjunto de bolsas o mallas de más espesor, que permiten una buena limpieza del aire, en locales en los que se precise, como hospitales, residencias, etc. Otro sistema muy perfecto es el de filtros electro-estáticos, en los que el aire atraviesa unos filamentos a alta tensión, y son atraídas las partículas por la carga eléctrica. Periódicamente se invierte la carga y las partículas caen en una bandeja.

15.4. Sección de humidificación En esta sección se coloca un equipo que inyecte agua en el flujo de aire, al objeto de aumentar la humedad relativa del aire. La sección de humidificación se instala en locales donde sea mayoritaria la carga de calefacción, y se desee dotar el ambiente de un buen confort, como cines, teatros, museos, etc. Recordemos que al calentar el aire su humedad relativa desciende rápidamente, quedando en muchas ocasiones el aire muy seco. El aporte de agua puede hacerse con: •

Bandeja de agua con resistencia eléctrica, que provoque evaporación.

•

Fieltro o mallas humedecidas por arriba.

•

Tubería de agua a presión con inyectores.

Las tuberías deben estar conectadas a la red de agua potable, o agua descalcificada, y accionadas por una electroválvula o mediante una bomba dosificadora de membrana.

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Esta sección puede presentar problemas por obstrucciones debidas a la cal del agua. El caudal de agua se puede calcular conociendo las condiciones de entrada del aire en el diagrama psicrométrico, y sus humedades específicas W en gr/kg aire: Caudal agua en L/hora = m3/h aire x 1,2 x (W2 – W1) / 1000

15.5. Sección de mezcla La sección de mezcla es una caja en la aspiración del aparato, o tras el ventilador de retorno si lo hay. Su objeto es: •

Expulsar al exterior una parte del aire que viene del local.

•

Tomar la misma cantidad de aire nuevo del exterior.

Para ello se instala en una caja dos o tres conjuntos de compuertas de aire motorizadas que permiten ajustar el aire de retorno, y el de toma de aire exterior, y el de expulsión de aire sobrante, en los porcentajes deseados. La sección de mezcla de aire es muy conveniente porque permite prescindir de la instalación de ventilación del local, ya que podemos indicar el porcentaje de aire exterior a tomar por la climatizadora. Pueden tener muchas configuraciones, dependiendo del número y disposición de las compuertas de aire. En algunos casos tiene también un ventilador llamado de retorno, que mejora el sistema. El accionamiento de las compuertas de mezcla puede ser de forma manual o automática mediante servomotores. En caso de ser manual se fija midiendo el caudal de aire que entra con un anemómetro, y ajustando la abertura hasta conseguir el porcentaje deseado. Las modernas climatizadoras disponen de autómatas de control que ajusta en aire exterior de forma que se adapta a la ocupación del local, que puede ser detectada por una sonda de calida de aire o de CO2, situada en el retorno de aire a la climatizadora.

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15.6. Sección de recuperación Cuando en un local climatizado extraemos aire ya climatizado y lo expulsamos al exterior, estamos haciendo una función obligatoria por sanidad, pero perjudicial energéticamente, ya que estamos tirando frigorías al exterior, y por lo tanto haciendo trabajar más a la máquina climatizadora.

Recuperador de calor flujo cruzado, placas

Del mismo modo, al introducir aire del exterior al local, para aportar aire nuevo a sus ocupantes, estamos introduciendo aire caliente, que aumenta en trabajo del climatizador. El caso de ser el caudal de ventilación importante (salas con mucha ocupación), es conveniente instalar un recuperador de calor, es decir un equipo que sirve para recuperar el calor del aire de extracción del local, cediéndolo al aire nuevo que entra, de forma que ahorramos energía térmica. El aire frío que tiramos enfría el aire caliente que entra, y en invierno al contrario. Los recuperadores son equipos que permiten recuperar el calor del aire de extracción del local, y cederlo al aire de ventilación que entra desde el exterior. Pueden recuperar calor sensible, calor latente o ambos. Son obligatorios por normativa para caudales de ventilación de más de 4 m3/s.

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Pueden ser varios tipos: •

De placas a contracorriente, por un lado de la placa circula el aire del local hacia el exterior, y por el otro circula el aire del exterior hacia el local. las placas se apilan en un bloque rectangular.

Recuperador de calor flujo paralelo

•

De tambor rotativo: un tambor metálico con perforaciones gira lentamente perpendicularmente a los dos conductos, de forma que al atravesarlo el aire que sale del local lo calienta, y al girar y pasar al otro conducto, calienta el aire que entra.

•

De tambor poroso. Además de recuperar calor sensible, también recuperan calor latente.

•

De bomba de calor: incorporan dos baterías y un pequeño compresor, para trasladar calorías de un fluido al otro.

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16. ENFRIAMIENTO GRATUITO El sistema de “free-cooling” o enfriamiento gratuito consiste en cortar el suministro de agua fría a la batería, y tomar todo el aire del exterior cuando la temperatura ambiente sea menor que la necesaria en el local. Es decir simplemente ventilamos, mediante la apertura de la toma de aire exterior de la caja de mezcla. El sistema puede ser accionado mediante dos sistemas: entálpico o másico. El sistema másico sólo compara las temperaturas interior y exterior. El sistema entálpico es mucho mejor, pues compara temperaturas y humedades relativas del interior y exterior. Es un sistema casi obligatorio para: •

Discotecas, por trabajar principalmente durante la noche, cuando la temperatura exterior es baja.

•

Teatros y cines.

•

Salones de banquetes, en los que se precisa enfriar incluso en invierno por la densidad de personas.

El RITE lo hace obligatorio para equipos con caudal mayor de 4 m3/s y funcionamiento mayor de 1.000 horas al año.

16.1. Free-cooling térmico Los free-cooling de tipo térmico funcionan comparando las temperaturas del aire del interior y exterior del local, de forma que arrancan cuando hay una diferencia mínima, que podemos programar. Es decir si el aire del local esta a 24° C, y fijamos un salto mínimo de 7° C, hasta que la temperatura exterior no baje a 24 – 7 = 17° C, no arrancará el free-cooling.

16.2. Free-cooling entálpico Los free-cooling de tipo entálpico son más perfectos, ya que comparan la temperatura y humedad relativa de ambos aires, de forma que se compara su energía total o entalpía, (que podemos medir en el diagrama psicrométrico). Hay que tener en cuenta que aunque el aire exterior esté más frío que el interior, puede estar muy seco, y su entalpía ser menor que la del aire interior.

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17. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE UNA UTA 17.1. Proceso teórico de climatización del aire de un local La climatización completa de un local consiste en controlar las características del aire interior para adecuarlo a las condiciones de confort requeridas por sus ocupantes, además de mantener el nivel adecuado de ventilación y calidad del aire. Es decir, debemos controlar: •

La temperatura del aire.

•

La humedad relativa.

•

El aporte de aire exterior nuevo.

•

La limpieza o filtrado del aire.

El caso más frecuente es el enfriamiento con deshumidificación, que se representa esquemáticamente en la figura siguiente:

Esquema sistema de climatización

Y en el diagrama psicométrico vemos los puntos con los estados del aire.

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Representación en el diagrama psicométrico

Explicación del proceso: Punto a: es el aire que retorna del local, con las condiciones fijadas en el mismo: temperatura 24° C, Humedad 50%. Contenido de agua 9 gr/kg. Punto b: el aire de retorno se mezcla con el aire exterior en una proporción de 5 a 1, resultando una mezcla en las condiciones del punto c. Punto d: el aire sale de la batería con la temperatura de la batería, 9° C y humedad 100%, pero realmente todo el aire no ha tocado la batería, por factor de by-pass de 0,2. Esto se asimila como si el 80% del aire de salida lo mezclamos con un 20% de aire inicial. Es decir, mezclar 8 partes del aire condiciones de la batería, con 2 partes condiciones c. El resultado es el punto d, o salida de aire de la batería. Punto e: tras el paso por el ventilador y roce con los conductos el aire aumenta un par de grados su temperatura. Sale con 14° C y 80% Hr. W = 8,5 gr/kg. Tramo del punto e al punto a: el aire en el local aumenta su temperatura y su humedad, y se inicia el ciclo de nuevo. Las climatizadoras se seleccionan con los parámetros siguientes:

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17.2. Selección de la UTA Las fases para seleccionar una UTA son las siguientes: 1

Demanda térmica del local, con el porcentaje de calor sensible y latente: Se conocen mediante el cálculo de la carga térmica del local. Se debe aplicar un coeficiente de seguridad en la selección del equipo de un 5 al 10% por encima, ya que el rendimiento del equipo puede bajar por las condiciones del mantenimiento (suciedad filtros, envejecimiento, etc.).

2

Caudal de ventilación del local, dependiendo de su ocupación. El caudal de ventilación dependerá de la ocupación del local, y por lo tanto es preferible que pueda ajustarse automáticamente, o mediante un temporizador.

3

Valores de temperatura y humedades interiores y exteriores. Dependerán del uso del local y su situación.

4

Niveles de confort a alcanzar: temperatura, humedad relativa, limpieza del aire. Dependerán del nivel de calidad requerido en la instalación. Si se precisa controlar la humedad relativa con precisión, se incluirá un módulo de inyección de agua, y baterías de post-calentamiento. Si se precisa una gran pureza del aire impulsado, se incluirán módulos de filtros de bolsas o filtros electrostáticos.

5

Necesidad de recuperación del calor de extracción. En grandes instalaciones es obligatorio recuperar las calorías del aire extraído, y cederlas al aire de ventilación introducido (en caudales de ventilación mayores de 4 m3/s). Aunque los recuperadores son equipos caros, cada día se van introduciendo más en las instalaciones comerciales.

6

Posibilidad de enfriamiento gratuito por funcionar en horario nocturno. Debe preverse siempre en instalaciones con funcionamiento durante la tarde o noche.

7

Temperaturas de los circuitos de agua fría y caliente. En general, pueden variar dependiendo de si la fuente de calor es una caldera o una bomba de calor.

8

Espacio disponible. Las climatizadoras son equipos muy voluminosos, y debe estudiarse cuidadosamente su ubicación, y el modo de trasportarlas y situarlas.

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En los catálogos comerciales existen posibilidades muy variadas para encontrar la climatizadora adecuada a cada necesidad, pero deberemos tener en cuenta que el plazo de entrega suele ser de 2 meses como mínimo, ya que se trata de equipos fabricados o ensamblados bajo demanda. Algunos fabricantes proporcionan programas informáticos para seleccionar adecuadamente sus equipos.

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18. SISTEMAS DE CAUDAL DE REFRIGERANTE VARIABLE (VRV) Los sistemas de caudal de refrigerante variable (mal llamados volumen de refrigerante variable) se conocen por las siglas inglesas VRV (Variable Refrigerant Volume), son de reciente aparición en el mercado, e intentan sustituir a los sistemas con distribución por agua. Básicamente consisten en unos unos equipos productores con compresores en paralelo, una red de distribución con tuberías frigoríficas, y unidades terminales conectadas al igual que en una instalación frigorífica múltiple, es decir cada terminal con su propio mando, termostato y solenoide para el paso o corte de refrigerante. Es como un sistema multi-split, pero con muchos más equipos interiores. Como la demanda de líquido es variable (dependiendo el número y potencia de las unidades terminales en marcha), el equipo productor debe poder variar su producción frigorífica mediante el arranque escalonado de compresores o variación de velocidades de los mismos. Es decir se trata de un sistema centralizado, pero sin fluido frigorífero intermedio (agua). Al ahorrar un salto térmico, su rendimiento teórico es mayor que los equipos aire-agua.

Válvula de expansión electrónica

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Como el calor latente de los refrigerantes es del orden de 10 veces el calor sensible del agua, la ventaja de estos equipos es evidentemente la reducción de tamaños de tubería, llaves y accesorios, eliminación de bombas de impulsión de agua, vasos de expansión, y resto de accesorios. También se evitan problemas de corrosión, ruidos, y en general se simplifica notablemente la ejecución y mantenimiento de la instalación. Por el contrario, son equipos más caros y de funcionamiento interno más complejo, y de regulación electrónica. Además, que cada fabricante tiene sistemas de diferentes, que son totalmente incompatibles entre si. Una parte fundamental de estos equipos es la válvula de expansión electrónica, que mediante impulsos puede mantener el caudal de refrigerante en un nivel óptimo para cada equipo, y reaccionar de inmediato a las variaciones de carga de los equipos. Cuando una unidad terminal precisa de frío, su termostato abre la electroválvula de su tubería de líquido, y su batería comienza a enfriar.

18.1. Equipos productores Son equipos condensados por aire de tipo vertical, con ventilador superior de tipo axial, diseñados para ser ubicados en el exterior, preferentemente sobre cubiertas de edificios. Estos equipos se acoplan en paralelo formando filas, de forma que se va sumando su capacidad frigorífica. Las filas se separan entre ellas con un pasillo que permita su buena ventilación y acceso para su mantenimiento. Sus medidas varían de uno a otro fabricante, alrededor de 0,80x0,80 x 1,70 m. de alto.

Circuito de refrigerante en sistema VRV

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Tienen un circuito frigorífico muy complejo, con varios compresores y uno de ellos invertido, inyección de líquido intermedia, recuperadores de calor, válvulas de expansión electrónicas, etc. En control se basa en autómatas integrados, que se comunican entre sí mediante un bus de datos a dos hilos, y que realiza las funciones de control, alternancia de equipos, etc. Los equipos de distintos fabricantes no pueden unirse en paralelo por tener sistemas de control propios, por lo menos hasta la fecha.

18.2. Redes de tubería de refrigerante. Sistemas Los equipos productores se unen en paralelo a sendos colectores de líquido y gas. De estos colectores parte una red de tuberías en forma ramificada hasta los distintos equipos terminales, con diámetros adecuados a la potencia total de los equipos que suministran. Los tubos son de cobre frigorífico, y han de ir perfectamente aislados. Las derivaciones pueden realizarse mediante Tes normales, o con piezas suministradas por el fabricante, que intentan derivar los caudales con mayor exactitud. También hay sistemas mediante bloques de electroválvulas electrónicas y ajustadores de presión que van en el interior de cajas aisladas, de las que salen hasta 20 terminales. Un dato importante es la máxima distancia vertical entre la unidad exterior y el terminal más bajo, que suele ser de 30 a 50 m. Según el número de tubos, el sistema de distribución se denomina: A dos tubos: Consta de tubo de refrigerante líquido a alta presión, y tubería de refrigerante gas a baja presión. El sistema funciona con todos los terminales en modo frío, o todo en modo calor. A tres tubos: Se tienden tres tubos, los dos del sistema anterior, más un tubo que parte de la descarga del compresor, o gas caliente. De esta forma unos terminales pueden funcionar en modo frío (tubo de líquido a tubo de aspiración), o en calor (gas caliente a líquido). Es decir, unos terminales pueden arrancar en modo frío y otros en modo calor. A cuatro tubos: Es el más perfecto, pues hay un circuito de frío con dos tubos (líquido y gas baja opresión), y otros dos de calor (gas caliente y líquido). Pueden

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partir de los equipos productores, y unirse o dividirse en lajas de reparto, que controlan el flujo de refrigerante.

18.3. Sistemas de VRV con recuperación Son sistemas con distribución del refrigerante mediante tres o cuatro tubos, con lo que se consigue suministrar frío y calor simultáneamente a los equipos terminales. Es decir, una parte del edificio puede conectar los equipos en modo frío, y otros en calor. La ventaja, además, es que el calor absorbido por los equipos en modo frío, es cedido a los equipos en modo calor, y el equipo productor únicamente disipa o cede el calor que falta. Con este sistema se consiguen unos rendimientos térmicos globales excepcionales. Es decir, el sistema funciona con un bajo consumo de energía eléctrica. En el circuito de la figura podemos observar unos sistemas con recuperación de calor.

Circuito VRV , dos, tres y cuatro tubos

18.4. Unidades terminales VRV Se utilizan las unidades interiores de equipos split, pero con una válvula solenoide y válvula de expansión electrónica, para abrir y ajustar el flujo de refrigerante. Existen de tipo pared, suelo y techo, cassette y conductos, de forma exterior similar a los equipos autónomos del mismo nombre. La ventaja es que cada unidad tiene su propio mando a distancia, y el usuario lo maneja como si fuese un equipo individual propio, pero sin unidad exterior.

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También pueden instalarse climatizadoras de conductos, y su red de distribución de aire con rejillas de impulsión y retorno.

18.5. Control de sistemas VRV Los sistemas VRV se comunican y controlan mediante un bus de control a dos hilos que une todos los equipos. A este bus puede conectarse una consola de supervisión tipo PC. De esta forma, desde la central de control se tiene acceso al funcionamiento de todos los equipos, arranque, paro, anulación, estadísticas de consumos, etc. El sistema es ideal para grandes centros comerciales, edificios públicos y de oficinas, hoteles, etc., ya que permite una buena gestión del consumo de energía, y del mantenimiento.

18.6. Montaje y mantenimiento de sistemas VRV Los sistemas VRV deben proyectarse con el máximo de precisión, calculando adecuadamente: •

Capacidades de unidades terminales.

•

Diámetros de tuberías den todos los tramos.

•

Derivadotes, cajas de reparto. Puntos de toma de presión.

•

Ubicación de las unidades productoras, su acoplamiento.

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En concreto debe extremarse al máximo el tendido y soldadura de toda la red de distribución, así como su perfecto aislamiento. Hay que resaltar que en caso de fuga de gas en el interior de una habitación, y dado el gran volumen de refrigerante en el sistema, podría desplazar totalmente el aire de dicho recinto, provocando la asfixia de sus ocupantes. Por ello, en el caso de instalaciones residenciales, se limita el número de equipos conectados a 20, calculándose en todo caso la concentración máxima que permite el Reglamento de Instalaciones Frigoríficas. El mantenimiento de estos equipos es muy simple, limitándose a la limpieza de los terminales, y verificar el contenido de refrigerante en el sistema. En general, los equipos electrónicos de los equipos informan mediante códigos del tipo de problema que tiene el equipo averiado.

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19. MONTAJE DE INSTALACIONES CENTRALIZADAS Primeramente se realizará el tendido de las tuberías de distribución por el edificio, y la instalación de las unidades terminales que vayan ocultas sobre falsos techos. Las tuberías de agua o refrigerante deben probarse por tramos, para asegurarse de su buena instalación, y de la ausencia de fugas. Sobre todo, si posteriormente van a quedar ocultas. Para la instalación de un equipo productor en la cubierta de un edificio seguiremos los pasos siguientes: 1. Preparación de la bancada para el equipo, según el peso del mismo (lleno de agua), y utilizando perfiles de acero soldados con apoyos sobre puntos fuertes de la estructura (cabezas de pilares inferiores). Colocación de amortiguadores de vibración adecuados al peso que soporten (dividir el peso total del equipo por el número de apoyos a colocar). 2. Izado de la máquina mediante grúa, y fijada sobre la bancada. Hay que prever que la grúa pueda llegar hasta un sitio desde donde izar la máquina, así como los posibles obstáculos existentes (cables eléctricos, barandillas, etc.). 3. Conexión de las tuberías de agua intercalando enlaces flexibles antivibradores, para evitar que los tubos se partan por oscilación de la máquina en su funcionamiento. Conexión de tubo de llenado, de vaciado y de condensados. 4. Conexión de la línea de alimentación eléctrica y del circuito de control (mando termostato remoto). Debe haber un interruptor antes de la máquina, y cercano a la misma. 5. Instalación de tomas para la medición de: •

Temperaturas de ida y retorno de agua.

•

Presiones de ida y retorno de agua.

6. Instalación, si procede, de pantallas acústicas para evitar transmitir ruido a viviendas vecinas. Panales absorbentes, setos, muretes, etc. 7. Llenado de la instalación con agua o añadiendo aditivos (glicol), purgando el aire del circuito en los terminales. 8. Arranque de las bombas de agua, purgando para evacuar todo el aire del circuito.

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9. Arranque de la bomba de calor, y equilibrado de la instalación hidráulica mediante la medición del salto térmico en cada terminal, o ajustando las llaves de equilibrado dinámico, si las hay. 10. Comprobación de que se alcanzan los parámetros de confort de proyecto.

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20. OPERACIONES DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN SISTEMAS DE AGUA Las operaciones en los elementos de ventilación y frigoríficos son similares a las indicadas en el Tema 5 para equipos autónomos, y por ello omitiremos su descripción.

20.1. Circuito hidraúlico Llenado y vaciado: el llenado inicial del circuito de agua es preferible hacerlo con agua tratada o agua de la red, añadiendo unos aditivos para neutralizarla (corregir su acidez). Como el circuito debe mantenerse a una presión entre 1 y 3 bar, y siempre existen pequeñas fugas, periódicamente hay que añadir agua al circuito por las llave de llenado, hasta que el manómetro suba hasta la presión correcta. Si esta operación se hace con el agua fría, hay que dejar la presión un poco por debajo del valor nominal, ya que al calentarse el circuito aumentará. Se puede llenar el circuito de forma automática cambiando la llave de llenado por una válvula reguladora de presión, ajustada a la presión deseada. Siempre que baje la presión, la válvula introducirá agua de la red. En este caso la normativa obliga a instalar antes un contador de agua. El problema de la cal: la cal es una sal (Carbonato cálcico C03 Ca) que está disuelta en el agua de la red en mayor o menor cantidad, dependiendo de la población, y que se deposita y adhiere a los puntos calientes de las instalaciones, formando una capa de color marrón claro de gran dureza, que va reduciendo el rendimiento de los intercambiadores de calor, y la sección de paso de las tuberías. El mejor método para eliminar la cal es mediante un disolvente ácido, como el ácido clorhídrico (salfumán común) o el ácido nítrico. La limpieza debe hacerse rápidamente, para evitar que otros elementos metálicos sean atacados. Para la limpieza de intercambiadores o tuberías deberemos desconectarlo del circuito de agua, y conectarlo al equipo de limpieza, que consiste en un depósito con una disolución de agua y ácido, y una bomba circuladora. Se pondrá en marcha el equipo y esperaremos hasta que el agua salga libre de suciedad y espumas. Aclararemos con mucha agua de la red para eliminar completamente los restos de ácido, y volveremos a conectar el intercambiador.

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Limpieza de filtros de agua: si los filtros están correctamente instalados, se encontrarán entre dos llaves de corte, para poder aislarlos y desmontarlos sin vaciar el circuito. Si la malla está corroída u obstruida por la cal, deberá sustituirse. Si la malla está obstruida por una capa de cal, la disolveremos con salfumán, la aclararemos con agua y quedará perfectamente limpia. Mantenimiento de bombas: las bombas de circulación de agua no precisan de ningún mantenimiento, y sólo se intervendrá en caso de avería. Si la instalación ha estado parada durante unos meses, las bombas pueden agarrotarse por la cal y el motor no poder arrancarlas. Deberemos desmontar el tapón que cubre el eje. Y con un destornillador grande, introducirlo y hacer girar el eje hasta desbloquearlo. El rodete puede obstruirse por fibras o virutas metálicas, produciendo un ruido de cavitación (como si tuviese perdigones agitándose dentro). Con el tiempo, los rodetes pueden llenarse de cal o desgastarse, lo cual notaremos por descender el caudal de agua. Intercambiadores gas-agua: los intercambiadores pueden ser de tubos concéntricos o de placas. Ambos se van llenado de suciedad y de incrustaciones de cal, que hacen que descienda el intercambio de calor, y por lo tanto el rendimiento del equipo.

20.2. Circuitos eléctricos y de control Periódicamente tendremos que verificar los valores de: •

Intensidad consumida por el equipo, si está dentro de los valores normales.

•

Temperatura de las protecciones, contactores, relés, bornas, etc.

•

Temperatura de ajuste de termostatos.

•

Puesta en hora de relojes programadores.

También es conveniente una limpieza interior de los cuadros eléctricos mediante soplado o aspiradora.

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21. MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO DE AVERÍAS Las averías en una enfriadora de agua pueden ser: •

Averías en el sistema de movimiento de aire: ventiladores, compuertas, servomotores.

•

Averías en el circuito frigorífico.

•

Averías en el circuito hidráulico.

•

Averías en el circuito eléctrico y de control.

Las averías en los elementos de ventilación y frigoríficos son similares a las indicadas en los temas 2 y 5 para equipos autónomos, y por ello omitiremos su descripción.

Averías en el circuito hidráulico 1. No hay caudal de agua. •

Bomba circuladora parada, agarrotada o quemada.

•

Llave de paso cerrada. Obstrucción en la tubería principal o en una válvula.

2. Hay poco caudal. •

Filtros de agua obstruidos.

•

Bomba gira al revés.

•

Circuito obstruído.

3. Presión de agua baja. •

Fuga de agua en el circuito.

4. Baja presión de gas en el compresor. •

Intercambiador de agua sucio o con capa de cal.

•

Poco caudal de agua.

•

Intercambiador congelado por falta de refrigerante.

•

Batería exterior congelada (bombas de calor).

5. El agua circula, pero el equipo enfriador no arranca. •

El detector de flujo de agua está mal.

•

El termostato de temperatura de agua está mal.

•

El termostato de ambiente está mal.

•

Fallo en circuito frigorífico.

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Averías en el circuito eléctrico y de control 1. El equipo no arranca. •

Falta de tensión de red

•

Fusibles fundidos, automático saltado.

•

Fases invertidas (corta el protector de fases)

•

Falta señal desde el termostato remoto.

•

Falla el programador horario.

2. Salta el automático de protección de la línea: •

Bomba de agua quemada o derivada a masa.

•

Ventiladores quemados o cortados.

•

Defecto a tierra, por falta de aislamiento o mojarse algún elemento eléctrico.

3. El circuito frigorífico no arranca: •

Falla detector de flujo de agua, el termostato de retorno de agua está mal.

•

Baja presión de agua.

4. Arranques y parada cortas: •

Termostato regulado con diferencial, muy bajo.

•

Termostato interior o presostatos, mal tarados.

•

Temperatura exterior muy baja

Ruidos y vibraciones •

Bombas desequilibradas.

•

Velocidad de agua en el circuito excesiva.

•

Golpes de ariete por velocidades excesivas del agua.

•

Silbidos en llaves de regulación.

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22. NORMATIVA Y REGLAMENTOS APLICABLES La normativa a tener en cuenta en las instalaciones de climatización con distribución de agua es principalmente: •

Reglamente de instalaciones térmicas en los edificios (RITE), en concreto sus Instrucciones técnicas: ITE 001, ITE002 e ITE003.

•

Norma Tecnológica de la edificación “Condiciones Acústicas de los edificios NBE-CA-88, sobre niveles de emisión sonora de los equipos y su transmisión máxima a viviendas próximas.

•

Código Técnico de la Edificación. CTE.

22.1. El problema sanitario por la legionellosis La bacteria legionella se reproduce en ambientes húmedos, y a una temperatura templada, entre 15° C y 40 ° C. Estas condiciones se pueden dar en los elementos siguientes de una instalación con agua: •

Torres de recuperación de agua, en la cuba y en los filtros.

•

Condensadores refrigerados por agua.

•

Bandejas de recogida de condensados de climatizadoras.

•

Conductos de aire con condensaciones de agua.

Si la bacteria se difunde en el aire, puede ser aspirada por una persona, y provocarle una grave infección, que puede llevarle a la muerte. El problema es muy frecuente en circuitos de agua abiertos y ventilados, como una torre de recuperación. Menos frecuente en circuitos cerrados, con depósito de expansión abierto, y prácticamente nulo en circuitos de circulación cerrada, como son las modernas enfriadoras o bombas de calor aire–agua. El RD 909/2001 y 865/2003 sobre prevención de la contaminación por Legionella establece principalmente lo siguiente: •

Obligación de declarar en un registro de Industria de la Comunidad Autónoma toda instalación que se considera de riesgo (torres, condensadores evaporativos, instalaciones con pulverización de agua, etc.).

•

Obligación de suscribir un contrato de mantenimiento con una empresa autorizada para realizar análisis y desinfecciones periódicas.

•

Que la instalación se diseñe de forma que en el circuito pueda realizarse una cloración fuerte, o un aumento de la temperatura hasta los 60° C.

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Por evitar todas las actuaciones anteriores y sus riesgos, la tendencia actual es a reducir al mínimo y eliminar las torres de recuperación, sustituyéndolas por sistemas de condensación por aire.

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RESUMEN En esta unidad hemos estudiado los sistemas centralizados que son los más comunes en los edificios de un solo usuario, permiten la gestión centralizada de toda la instalación en cada una de las múltiples opciones de instalación posible. No existe una solución única a cada instalación y es función de los técnicos determinar la mejor en cada caso, teniendo en cuenta múltiples variables como uso del edificio, ahorro energético, eficiencia, mantenimiento de las instalaciones, confort, horarios, etc.

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ANEXO Pérdida en tuberías de cobre. Pérdida en tuberías de acero. Pérdida en tuberías de polipropileno y otros plásticos. Pérdida en accesorios

Longitudes equivalentes en metros para accesorios de tuberías de agua: Tubería

Codo 90°

Codo 45°

Te a 90°

Valv. Bola y compuerta

Valv. Asiento

Valv. codo

15(1/2)

0,6

1,39

0,9

0,12

4,5

2,4

19(3/4)

0,75

1,45

1,2

0,15

6

3,6

25(1")

0,9

0,54

1,5

0,18

7,5

4,5

1 1/4

1,2

0,72

1,8

0,24

10,5

5,4

1 1/2

1,5

0,1,29

2,1

0,3

13,5

6,6

2

2,1

1,2

3

0,39

17,5

8,4

2 1/2

2,4

1,5

3,6

0,48

19,5

10,2

3

3

1,8

4,5

0,6

24

12

3 1/2

3,6

2,1

5,8

0,72

30

15

4

4,2

2,4

6,3

0,81

37,5

16,5

5

5,1

3

7,5

1

42

21

6

6

3,6

9

1,2

49,5

24

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Calcular el caudal de agua que deberá mover el circuito de agua de una bomba de calor aire-agua si la potencia frigorífica requerida en la instalación es de 120.000 Watios, con un salto de temperatura normal. ¿Que diámetro de salida instalaremos para una velocidad de circulación menor de 1 m/s? 2. Elegir de un catálogo comercial un fan-coil para una habitación que tiene una carga de 2.200 Kcal/h en frío, y de 2000 Kcal/h en calor, pero con la condición de que puede rendir más potencia en casos de necesidad. 3. Calcular el circuito de agua de una instalación con las características siguientes: •

Enfriadora de agua temperaturas 5° C ida y 11° C retorno.

•

Tres climatizadoras de 30.000 W cada una.

•

Longitud del circuito 50 m entre cada equipo.

Dimensionar tuberías con retorno invertido, calcular pérdida de carga máxima y elegir la bomba apropiada de un catálogo comercial. 4. Calcular porcentaje de aire exterior que deberemos ajustar en un local destinado a restaurante, cuya carga térmica es de 80.000 Kcal/h, y tiene capacidad para 150 personas. 5. Para climatizar un salón de actos de una casa de cultura, donde se realicen actuaciones y obras de teatro, sobre todo por la tarde y noche, ¿qué módulos deberá de incluir la UTA?

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LABORATORIO 1. Sobre una bomba de calor aire-agua, realizar un esquema con el trazado exacto del circuito frigorífico e hidráulico, identificando todos sus componentes, marca, modelo y características indicadas en el mismo (potencia, capacidad, diámetro, etc.). 2. Instalar un fancoil con una válvula de tres vías desde el agua caliente de la red del taller, vertiendo el retorno al desagüe. Instalar el mando a distancia del termostato y verificar su funcionamiento. 3. Visitar una instalación aire-agua de un hotel o unas oficinas, donde se puedan apreciar los diferentes equipos.

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M 6 / UD 9

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ÍNDICE Introducción..................................................................................

535

Objetivos ........................................................................................

537

1. Concepto de control. Tipos de dispositivos ..........................

539

2. Elementos sensores .................................................................

541

3. Valores enviados por el sensor ...............................................

545

3.1. Señales digitales ...............................................................

545

3.2. Señales analógicas ............................................................

545

3.3. calibración de sensores ....................................................

546

4. Elementos de mando en sistemas de climatización ..............

547

4.1. Termostatos ......................................................................

547

4.2. Presostatos ........................................................................

548

4.3. Humidostatos ...................................................................

549

4.4. Unidades electrónicas de control ...................................

549

4.5. Paneles de mando ............................................................

549

4.6. Mandos a distancia...........................................................

549

5. Elementos finales de actuación..............................................

550

6. Sistemas de regulación ...........................................................

553

7. Arquitectura de los sistemas de regulación ...........................

554

8. Parámetros a regular ...............................................................

555

8.1. Criterios de instalación ....................................................

555

8.2. Programación del tiempo de funcionamiento...............

556

8.3. Marcha paro .....................................................................

556

8.4. Temperaturas, termostatos. Límites de temperatura de aire y de agua ......................

556

8.5. Control de la velocidad del aire ......................................

557

8.6. Control de la calidad del aire..........................................

557

9. Control mediante autómatas ..................................................

558

9.1. Control mediante ordenador..........................................

558

9.2. Unidades de terminales de tipo electrónico ..................

558

9.3. Bus de control ..................................................................

558

9.4. Programas SCADA ...........................................................

559

533

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Resumen ........................................................................................

563

Cuestionario de autoevaluación...................................................

565

Laboratorio....................................................................................

567

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INTRODUCCIÓN La regulación y control de los quipos de climatización comprende un campo cada día más amplio y complejo. El rápido desarrollo de los microprocesadores y autómatas industriales ha provocado su inclusión imprescindible en todos los equipos de climatización actuales, sean pequeños o grandes. Deberemos pues formar al alumnado en estos temas, a un nivel que sea capaz de entender su funcionamiento global, sus aplicaciones más típicas, así como su mantenimiento.

535

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OBJETIVOS Este tema tiene por objeto adquirir los conocimientos básicos sobre los sistemas de regulación y control en las instalaciones de climatización, sus componentes y métodos habituales. (Duración 7 horas; 1 semana)

537

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1. CONCEPTO DE CONTROL. TIPOS DE DISPOSITIVOS Definimos el sistema de control como el que actuando sobre partes de una instalación de climatización, mantiene determinadas variables ajustadas a los valores prefijados.

Consta de los siguientes componentes: •

Sensor: elemento sensible a la variable controlada, también llamado captor, detector o sonda. Por ejemplo: termómetros, manómetros, amperímetros, voltímetros, caudalímetros, etc.

•

Dispositivo gobernado: parte de la instalación operativa sobre la que se actúa. Por ejemplo: válvulas, ventiladores, compresores, etc.

•

Órgano de mando: receptor de información procedente de los sensores, que compara el valor de la variable controlada con el valor de consigna dado (valor deseado), y decide la orden a adoptar, mandándola al dispositivo que la ejecuta. También se denomina regulador o comparador. Por ejemplo: termostatos, presostatos, etc.

•

Actuador: dispositivo que recibe las órdenes del órgano de mando, y las ejecuta accionando el dispositivo gobernado de la instalación operativa. Por ejemplo: servomotores, contactos eléctricos, contactores, etc.

Parámetros sobre los que se basa el control: •

Valor medido: valor real, en cualquier momento dado, de la variable controlada.

•

Punto de consigna: valor al que hay que mantener la variable controlada, y que se fija en el órgano de mando.

•

Tiempo real: cuando la variable se lee de forma continua, o con lecturas consecutivas por el sistema de control, es decir sin esperas o intervalos grandes entre muestras.

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Tipos de dispositivos según los principios que utilizan: •

Dispositivos neumáticos: van accionados por aire comprimido.

•

Dispositivos eléctricos: se basan en las leyes de los principios eléctricos.

•

Dispositivos electrónicos: se distinguen de los eléctricos por funcionar con tensiones bajas, (5 a 12 V) y por el empleo de componentes en estado sólido (chips).

Restricciones al control: Los sistemas de control tienen por objeto asegurar un funcionamiento continuo y adecuado a las necesidades de los usuarios, pero la instalación tiene unos límites fijados por la normativa que no deben rebasarse, y sobre todo en grandes instalaciones, el sistema de mando no se debe poder desactivar.

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2. ELEMENTOS SENSORES Los elementos sensores utilizados en las instalaciones de climatización y ventilación son:

Temperatura •

Bulbos con un refrigerante interior, el cual aumenta de presión según la temperatura.

•

Bimetales, que consisten en dos metales diferentes unidos por sus extremos, de forma que al variar su temperatura dilatan en diferente medida, haciendo que el conjunto se curve.

•

Sondas termopar, consisten en una pequeña soldadura de dos metales que producen una tensión eléctrica según la temperatura. Esta tensión se mide y se ajusta en relación con un valor de temperatura. Las sondas termopar normalizadas se llaman PTC-100 (hasta 100° C), PTC-1000 (hasta 1000° C), etc.

•

Resistencias, varían su resistividad al variar la temperatura. Ni-1000 (Níquel).

Sonda termopar

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Presión •

Fuelles metálicos: en contacto con el fluido por una cara, y con un resorte (muelle) en la parte contraria. Se dilatan o contraen según la presión, y se ajustan con la tensión del muelle.

•

Discos capacitivos: son dos discos separados por un material dieléctrico y flexible. Por la presión en un disco, disminuye la distancia del dieléctrico, y cambia su capacidad como condensador eléctrico.

Transductor de presión

Caudal •

Molinetes: sumergidos en el fluido, giran midiendo el número de vueltas por segundo. A cada vuelta emite un impulso. El controlador cuenta los impulsos y calcula la velocidad de giro.

•

Tubos de Pitot, y Venturi. miden el caudal por la variación de la presión del fluido, tomando dos puntos de presión en secciones de paso distintas.

•

Electromagnéticos: con dos electrodos, miden la corriente inducida por el agua al atravesar un campo magnético generado por dos bobinas. Son los más precisos y estables.

542

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•

Ultrasónicos: utilizan un emisor y un receptor de ultrasonidos, calculando el tiempo que tarda en atravesar el tubo.

Caudalímetro

Humedad •

Sensores de materiales higroscópicos (se dilatan con la humedad).

•

Sensores con materiales conductores. Miden la conductividad del aire, que cambia según la humedad.

Calidad de aire •

Sensores de iones presentes en el aire.

•

Sensores de dióxido de carbono, CO2.

•

Sensores de monóxido de carbono, CO.

Ruido •

Sensores de ruido en dB.

•

Sensores de vibración.

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Gases •

Detectores de gases refrigerantes.

•

Detectores de humos.

•

Detectores de fuga de gases combustibles. Propano, Butano...

Valores eléctricos •

Intensidad: mediante bobinas toroidales (amperímetro).

•

Tensión: mediante voltímetros.

•

Comprobación de fases: indica si falta alguna fase, y el sentido de giro (derecha o izquierda).

Los elementos sensores pueden desajustarse con el uso, y por ello deben ser calibrados, es decir ajustados con otro sensor patrón o de referencia.

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3. VALORES ENVIADOS POR EL SENSOR Los sensores envían al órgano de control una señal, que está normalizada, es decir una señal que puede ser leída por cualquier aparato controlador, aunque sea de un fabricante distinto.

3.1. Señales digitales Contacto eléctrico abierto - cerrado. Es el más simple, y nos indica si se ha rebasado una consigna fijada en el propio sensor: la temperatura se ha alcanzado, la presión ha sobrepasado un valor, etc. También puede ser de tipo conmutado (al abrir el contacto, cierra otro). Se clasifican según la intensidad que soporta el contacto: 1 Amperio en electrónica, 10 A en cuadros eléctricos. Ejemplo: Termostatos, presostatos, finales de carrera, relés térmicos…

3.2. Señales analógicas Las señales analógicas envían una señal de tensión o de intensidad, que es proporcional al valor físico medido.

Sensor digital-analogico

•

Señal de intensidad en lazo 4–20 mA. El sensor se conecta en un circuito cerrado o lazo, y modifica la intensidad (mAmperios) circulante de acuerdo con la señal física medida. Con el valor mínimo de la señal, por los conductores pasan 4 mA en corriente continua, y con el máximo valor 20 mA. Es muy usual en electrónica. Ejemplo: sensor de temperatura 0 – 100° C. Si la temperatura es = 0° C, la intensidad será de 4 mA. Si la temperatura es de 100° C, la intensidad será 20 mA.

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Si la temperatura es de 50° C, la intensidad será de (20 – 4) / 2 = 8 mA. •

Señal de intensidad en lazo 0–20 mA. Igual que la anterior pero partiendo de 0 mA. No es muy usada, pues el valor de cero puede confundirse con el lazo de control cortado.

•

Señal de tensión 0–10 mV: el sensor genera una tensión (como una pila de 0 a 10 mV). Ejemplo: sensor de presión 0 – 50 Bar. Si la presión es = 0 Bar, la tensión del sensor será de 0 mV. Si la presión es = 50 Bar, la tensión del sensor será de 10 mV. Si la presión es = 20 Bar, la tensión del sensor será de: 10 mV = 50 Bar. X mV = 25 Bar; X = (20 / 50) x 10 = 4 mV.

•

Señal de tensión 0–100 mV: igual que la anterior, pero hasta 100 mV.

3.3. Calibración de sensores Rango de la medida Cuando se instala un sensor, hay que elegir su RANGO, es decir la amplitud de señal que es capaz de leer. Si vamos a medir la temperatura de un local, el rango debe ser al menos de 0 a 40° C. Es este caso el rango sería de 40° C. Si el sensor mide de 40° C a – 40° C, su rango sería de 80° C.

Rango de la señal Si el sensor emite 4–20mA, su rango será de 20 – 4 = 16mA. Si el sensor es de 0–10 mV, su rango será de 10mV. Para calibrar el controlador del sensor hemos de indicarle primeramente el rango de la medida, y después el rango de la señal. De esta forma el controlador, según la señal que recibe, calcula y presenta el valor en la pantalla de datos. Este proceso es diferente según el controlador, pero el proceso a seguir siempre es el descrito. ¡Si cambiamos el sensor por otro de rango distinto, el controlador mostrará valores erróneos!

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4. ELEMENTOS DE MANDO EN SISTEMAS CLIMATIZACIÓN Los elementos de mando son los que permiten al usuario del sistema actuar sobre el control, fijando los parámetros de funcionamiento, de acuerdo con sus necesidades. Por ejemplo, fijando la temperatura deseada en su habitación en el termostato. Suelen ser del tipo siguiente: •

Botoneras y paneles en equipos autónomos.

•

Mandos a distancia fijados en la pared del local.

•

Mandos a distancia inalámbricos.

Este mando también puede hacerse de dos formas: •

Manual, por el propio usuario según su criterio.

•

Automático, por una programación previa.

Seguidamente describimos cada tipo de control:

4.1. Termostatos •

Termostatos ambiente, que controlan la temperatura del aire en el lugar donde se instale el termostato. Se fijan en una pared, a 1,601,70 m sobre el suelo (altura de los ojos). Si es posible, fijarlos sobre paneles avilantes, para evitar que la temperatura de la pared (más fría) le afecte.

Termostato fancoil

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•

Termostatos de bulbo a distancia: controlan la temperatura en el punto de colocación del bulbo. El reloj indicador se coloca a unos metros de distancia. Se usa para insertar en conductos de aire, tuberías de agua, cámaras frigoríficas, etc. El indicador hay que colocarlo de forma que su lectura sea fácil.

•

Termostato electrónico a distancia. Controla la temperatura en el lugar de montaje de la sonda. La pantalla puede estar a muchos metros de la sonda.

4.2. Presostatos Nos controlan la presión en una tubería o conducto. •

Presostatos mecánicos con tubo de toma de presión. Utilizados ampliamente en refrigeración y climatización. Constan de un tubo conectado a la tubería a medir, y un fuelle metálico que se hincha según la presión.

Presostato

•

Presostatos electrónicos con sonda a distancia. Tienen un sensor de presión muy compacto, que nos evita los tubos de toma de los modelos mecánicos. Son muy robustos. El controlador es similar al de los termostatos.

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4.3. Humidostatos •

Higrostatos de ambiente: miden la humedad relativa (%) del punto donde se fijan.

•

Higrostatos electrónicos con sonda a distancia. Como los termostatos, miden el valor a distancia.

4.4. Unidades electrónicas de control Son cajas con una electrónica interior, capaces de leer cualquier tipo de sonda estándar, y mostrar su valor en un apantalla. Algunos equipos pueden controlar varios sensores a la vez. •

Panales digitales integrados de visualización y mando.

•

Mandos a distancia.

4.5. Paneles de mando Muchos equipos compactos incorporan un panel de mando fijado sobre el aparato, que permite su puesta en marcha, y regulación. Este panel puede llevar botones de marcha-paro, potenciómetros para ajustar valores, etc. En quipos grandes es muy frecuente que el controlador sea un autómata industrial diseñado para climatización (Sauter, Johnson, Siemens, etc.) que, mediante una pantalla digital y un teclado, permite leer y variar los principales parámetros de funcionamiento del equipo. En estos casos es fundamental disponer y consultar el manual del equipo para su mantenimiento.

4.6. Mandos a distancia El auge de los equipos de tipo doméstico y comercial ha popularizado los mandos a distancia en la mayoría de los equipos. Su funcionamiento es mediante la emisión de luz infrarroja codificada, que el aparato recibe en un captor. Su ventaja es la comodidad, falta de cableado, y el poder ocultarlo de manipulaciones por el público. Su desventaja es su pérdida, y los daños por caídas.

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5. ELEMENTOS FINALES DE ACTUACIÓN Son los elementos que actúan sobre las partes de la instalación objeto de regulación, accionando o variando algún elemento o aparato del sistema. Los más frecuentes son: •

Servomotores: son motores que accionan un elemento mecánico de la instalación, según un valor indicado por el control. Pueden ser giratorios si hacen girar un eje, o lineales si desplazan una palanca. Son muy usados para accionar compuertas de aire en climatizadores, redes de conductos, etc. También se usan para mover válvulas hidráulicas. Precisan de un controlador que fije su posición, de acuerdo con el valor de la señal de entrada.

Servomotor

•

Válvulas de dos vías o solenoides: abren o cierran el caudal de una tubería, como una llave de paso.

•

Válvulas de tres vías todo/nada: hacen pasar el caudal por una tubería, o lo derivan por otra tubería lateral. Se usan mucho en baterías de agua, para que pase el agua a su través o se derive por un by_pass. También para dirigir el caudal a un circuito otro.

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Válvula tres vías motorizada

•

Válvulas de tres vías proporcionales: hacen pasar el caudal por una tubería, y lo suman con parte de otra tubería lateral. Se usan para conseguir una temperatura mezclando dos caudales a temperaturas distintas.

Válvula de tres vías manual

•

Compuertas de aire motorizadas: son compuertas accionadas por un servomotor. Se puede ajustar su apertura en %. Se instalan en el interior de conductos o en las rejillas de salida.

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Compuerta de aire motorizada

•

Compuertas de sobre-presión: son compuertas que se abren cuando sube la presión, ajustadas por un contrapeso o un resorte. Se puede fijar la presión de apertura en Pa o mm.c.a. Se utilizan en redes de conductos de caudal variable o VAV.

•

Contactores y relés: a partir de una señal eléctrica de baja intensidad, cierran un circuito de potencia, con varios contactos eléctricos y varios auxiliares. Para accionar un motor eléctrico, resistencias, etc.

•

Variadores de velocidad: varían la frecuencia de la corriente (normal en 50 Hz) a un valor intermedio. Sirven para ajustar el caudal de compresores, bombas y ventiladores, variando su velocidad de rotación.

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6. SISTEMAS DE REGULACIÓN Los sistemas para regular un parámetro de una instalación, como la temperatura, el caudal de aire, etc., pueden hacerse de varias formas: •

Sistema TODO/NADA: cuando el órgano de control comprueba que el valor enviado por el sensor alcanza el valor de consigna, abre o cierra un contacto eléctrico. Es el caso de un termostato, que cuando se alcanza la temperatura fijada por el usuario, abre el circuito de marcha del equipo.

•

Sistema de VARIAS ETAPAS: cuando sube el valor medido, el equipo de control va conectando unidades gobernadas. A cada una de las conexiones posibles la llamamos etapa.

•

Sistema de ETAPAS MODULANTES: el órgano de control envía una señal proporcional de la diferencia entre el valor medido y el valor de consigna. Por ejemplo, en un equipo Split inverter, cuando la fijamos una temperatura muy alta, el compresor se acelera para suministrar más potencia.

•

Sistema según CONDICIONES EXTERIORES E INTERIORES: muy usado en calefacción, para enviar el agua más o menos caliente a los radiadores, según haga más o menos frío en el exterior del edificio.

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7. ARQUITECTURA DE LOS SISTEMAS DE REGULACIÓN Por arquitectura de un sistema entendemos la configuración espacial del mismo, con la ubicación de los diferentes elementos sobre la instalación o edificio. Pueden tener la forma espacial o arquitectura siguiente: •

Localizado: es decir el control se realiza en un único punto, como por ejemplo el termostato de un climatizado split de un local.

•

Distribuido: cada parte de la instalación tiene su punto de control. Por ejemplo una instalación multi split, o mediante fancoils, con termostatos propios en cada sala.

•

Centralizado: cuando todos los elementos de control están en un único punto, por ejemplo el control central de un edificio público.

•

Centralizado/Distribuido: cuando además de ser distribuido, puede ser comandado desde un puesto central, como por ejemplo en un hotel, donde pueden anular la climatización de una o varias zonas o plantas desde el puesto central de recepción.

Control según el tipo de local: según el uso de un local optaremos por el sistema de control siguiente: •

Locales particulares, despachos de oficinas, habitaciones de hotel, etc.: sistema de control distribuido, con mando termostato en cada local.

•

Locales con grandes espacios, restaurantes, discotecas, centros comerciales: control centralizado, con el mando termostato fuera del alcance del público.

•

Hoteles y grandes centros comerciales: control distribuido/centralizado. Es decir mando en cada local, pero con un sistema centralizado para activar y desactivarlo todo según horario, impidiendo que se dejen equipos conectados en locales desiertos.

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8. PARÁMETROS A REGULAR Cuando ajustemos los parámetros de una climatización deberemos tener en cuenta la normativa vigente sobre instalaciones y ahorro de energía. También deberemos situar los sensores de acuerdo con el tipo de instalación y de local: Los parámetros a regular en instalaciones de climatización climatizadores son principalmente: •

Marcha y paro de la instalación de forma manual, o algún sector o unidad.

•

Programar la hora de arranque y parada de los equipos.

•

Fijar la temperatura deseada en los locales.

•

Fijar la humedad relativa.

•

Fijar la velocidad de impulsión del aire.

•

Fijar el caudal de aire de ventilación.

•

Orientar el aire en una dirección mediante la inclinación de las aletas de salida.

•

Fijar el modo de climatización: calor, frío, deshumidificación.

8.1. Criterios de instalación Los sensores deben instalarse de forma que: •

Lean la variable física de la forma más rápida y fiable.

•

No se vean afectados por corrientes, radiaciones, etc., que puedan falsear la medida.

•

No sean afectados por el propio aparato a controlar.

Los órganos de control y mando deben cumplir las siguientes condiciones: •

Estar situados en lugares fácilmente accesibles.

•

Quedar fuera del alcance de personas no autorizadas.

•

Su lectura debe de fácil y comprensible.

•

Sus mandos deben ser fáciles de accionar sin esfuerzo.

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8.2. Programación del tiempo de funcionamiento El tiempo de funcionamiento de los climatizadores debe poder programarse, de forma que arranquen y paren en un horario prefijado. En general, los mandos y paneles incorporan un sistema de reloj programador más o menos complejo. La programación debe poder anularse mediante un botón manual/automático, que también sirve para restaurarla.

8.3. Marcha paro La marcha y paro de los equipos de climatización debe incorporar un retardo de unos 3 minutos para: •

Que se equilibren las presiones de alta y baja y facilitar el arranque del compresor.

•

Que en caso de cortes rápidos del suministro eléctrico el compresor no se dañe por intentar arranques consecutivos.

•

Evitar dañar la máquina por manejo inapropiado del operador.

En el caso de los equipos con bomba de calor, antes de arrancar la máquina en invierno, desconectada de la corriente, hay que esperar al menos 3 horas, para que las resistencias de cárter calienten el aceite de los compresores, ya que por el frío el aceite no lubricará.

8.4. Temperaturas, termostatos. Límites de temperatura de aire y de agua El control de la temperatura del local es fundamental en un sistema de climatización. El termostato es el encargado de esta misión, y por ello debemos ser cuidadosos en su colocación. El termostato de ambiente puede verse afectado por: •

Corrientes de aire, si se sitúa cerca de puertas, ventanas o pasillos con corriente.

•

Insolación, si le inciden rayos de sol de una ventana.

•

Distorsiones por aparatos próximos que pueden genera calor, estufas, ordenadores, etc.

•

Su situación en el local: el problema surge al decidir dónde colocarlo, pues si la estancia es grande, o hay divisiones de espacios, un sitio puede indicar que la temperatura es adecuada, y en otro lugar estar por encima o por debajo del valor.

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•

Su altura respecto al suelo. La temperatura de la habitación es mayor a más altura.

Si se sitúa en el conducto de retorno de aire, nos indicará la temperatura media de los locales, lo cual es muchas veces suficiente.

Límites: La temperatura y humedad no deberá sobrepasar los límites siguientes según el RITE: •

Verano: temperatura mínima 23° C. Humedad relativa 40–60%

•

Invierno: temperatura máxima: 23° C, Humedad relativa 40–60%

Para ello, el termostato deberá tener topes en su consigna que no rebasen dichos valores. En caso de sistemas con agua, la temperatura debe estar entre los límites siguientes: •

Calefacción: temperatura máxima 90° C.

•

Refrigeración: temperatura mínima 5° C.

8.5. Control de la velocidad del aire La velocidad de aire deberá ajustarse mediante las unidades terminales, o las bocas de salida de aire en conductos, de forma que no se rebase el valor de 0,25 m/s al nivel de las personas. Este ajuste se realizará en la puesta en marcha, y no deberá ser variado. En modo frío, el ventilador de la unidad interior debe permanecer siempre conectado aunque se pare el equipo frigorífico, ya que el movimiento del aire crea una sensación de frescura. Sin embargo en modo calor, debe pararse el ventilador, o colocarse en la mínima velocidad, para evitar molestas corrientes de aire. También en modo calor debe retardarse la puesta en marcha del ventilador, hasta que la batería esté caliente, para evitar lanzar aire frío a los ocupantes.

8.6. Control de la calidad del aire La calidad del aire del local puede medirse mediante un sensor de calidad de aire que mida la cantidad de iones presentes en el mismo. Esta sonda puede instalarse en el propio local, y en el aire de retorno del climatizador. En ambos casos, cuando el aire rebase el valor máximo, hará que arranquen los ventiladores de extracción para renovar el aire.

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9. CONTROL MEDIANTE AUTÓMATAS La utilización de autómatas programables permite mejorar notablemente el control de las instalaciones de climatización, con las ventajas siguientes: •

Dotar de una mayor inteligencia al sistema. Programación más compleja.

•

Reducir el cableado eléctrico de los equipos, y por lo tanto sus averías.

•

Almacenar parámetros y estadísticas de funcionamiento.

El control centralizado incluye los elementos siguientes:

9.1. Control mediante ordenador En grandes instalaciones centralizadas agua-aire, agua-agua, o de distribución de refrigerante, se utilizan sistemas de control centralizado con un ordenador conectado en exclusiva al sistema. Normalmente es un ordenador personal que ejecuta un programa de control con: •

Lectura de valores de los terminales remotos.

•

Envío de órdenes a los terminales.

•

Programación de horarios, temperaturas, etc.

•

Grabación de históricos de funcionamiento.

•

Aviso de averías o de parámetros fuera de rango.

9.2. Unidades de control de terminales de tipo electrónico Son pequeños autómatas situados en cada local, capaces de tomar datos de temperatura humedad, caudal de aire, etc., y también de conectar o apagar el equipo terminal, o variar la velocidad de su ventilador.

9.3. Bus de transmisión Consiste en un par de hilos trenzados o apantallados, que conectan en paralelo todos los equipos electrónicos de control. Su funcionamiento está normalizado, y los más frecuentes son “Lion Bus”, “Lon bus”, “Instabus”, etc. Además del bus de control, cada unidad necesita de una alimentación eléctrica.

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Sinóptico bus transmisión

El sistema de bus de transmisión tiene las ventajas siguientes: •

Es sencillo de tender y conectar. Sólo son dos hilos de punto a punto.

•

Se puede ampliar tanto como se quiera.

•

Los equipos fallidos no afectan al resto.

•

Si el bus es en anillo hay más seguridad en caso de corte de un hilo.

9.4. Programas SCADA Es el programa que ejecuta el ordenador de control, y muestra el estado de la instalación en tiempo real, y permite modificar su funcionamiento. A los programas de adquisición de datos y de gestión de los mismos se les llama SCADA (sistema de control y adquisición de datos). Los hay de tipo general, para controlar cualquier equipo o señal. Son muy utilizados en entornos industriales para controlar procesos con maquinaria.

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Los programas SCADA tratan las señales de entrada que vienen de los autómatas, y les asignan un rótulo o una figura (por ejemplo un dibujo de un fancoil), y a cada señal se le asignan un rango de valores (por ejemplo de 0° C a 100 ° C). Con cada señal podemos asignar un valor mínimo y un máximo de alerta, es decir cuando se rebasen dichos valores por arribo o abajo, el ordenador emite una señal de alerta y muestra un mensaje en pantalla, que debe ser borrado por el operador, enterándose de que algo comienza a ir mal. También pueden situarse dos niveles más altos y más bajos de alarma, que provocarán que el ordenador tome una decisión programada, como parar el equipos, cortar el agua, etc.

Control automático mediante plc Terminal Pc

Del mismo modo podemos asignar las señales de salida a un símbolo, que cambiará al accionarlo, como un ventilador que comience a girar al conectarlo. El problema actual es que no existe una completa compatibilidad entre sistemas de diferentes fabricantes, por lo que en caso de querer implantar estos sistemas deberemos utilizar equipos finales adecuados al equipo a controlar, instalar un bus de datos lo más compatible posible, y un programa SCADA de control programado para climatización. Las ventajas de estos sistemas centralizados son:

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•

Control total de la instalación por una persona vigilante o especializada.

•

Programación del funcionamiento, según horarios, actividades, ocupaciones, etc.

•

Ahorro de la energía.

•

Gestión de averías y avisos de mantenimiento (limpieza de filtros, revisiones, etc.).

Las desventajas: •

Dependencia de la empresa instaladora y de su programador.

•

Periodo de ajustes y corrección de fallos hasta el buen funcionamiento.

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RESUMEN Definimos el sistema de control como el que actuando sobre partes de una instalación de climatización, mantiene determinadas variables ajustadas a los valores prefijados. Componentes: SENSOR: elemento sensible a la variable controlada. DISPOSITIVO GOBERNADO: parte de la instalación operativa sobre la que se actúa. ÓRGANO DE MANDO: receptor de información procedente de los sensores. ACTUADOR: dispositivo que recibe las órdenes del órgano de mando, y las ejecuta accionando el dispositivo gobernado de la instalación operativa. Tipos de dispositivos: electrónicos, neumáticos, hidráulicos. Sensores: temperatura, humedad, presión, caudal, velocidad, ruido. Eléctricos: intensidad, voltaje. Las señales pueden ser: Analógicas: valores variables de acuerdo con el valor medido. Digitales: valor cero o uno, marcha, paro. Elementos de mando: termostatos, presostatos, paneles de mando, mandos a distancia, Elementos actuadores: contactores y relés, servomotores, válvulas de dos, tres y cuatro vías. Compuertas motorizadas, variadores de velocidad. Sistema de regulación: Todo-nada. Por etapas. Por etapas modulantes. En función de la temperatura exterior. Arquitectura: localizado, distribuido, centralizado, centralizado-distribuido. Sistemas de control mediante autómatas: autómatas en equipos, bus de transmisión, ordenador central, programa SCADA.

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN 1. Una sonda de temperatura de 4–20 mA con un rango de –50° C a +50° C da una señal de 12 mA. ¿Qué temperatura tiene el elemento medido? 2. Si queremos que el aire de ventilación sea un 10% del caudal impulsado a una sala, tendremos que accionar las compuertas de toma de aire un valor determinado, pero ¿cómo podremos conocer su valor? ¿Qué elemento sensor deberemos instalar? ?Qué actuador instalaremos en la compuerta? 3. Un hotelero quiere que cuando los clientes salen de la habitación, se apague el fancoil del aire acondicionado. También quiere que se apague si abren la puerta de la terraza. ¿Qué sistemas se te ocurren para instalar? Descríbelos y haz un esquema eléctrico. 4. En la cocina de un restaurante se trabaja durante ciertas horas y se precisa que arranque el extractor de humos. Sin embargo, este extractor arrastra el aire del local y hace que el climatizador trabaje demasiado. ¿Qué solución se te ocurre? (Programadores, variadores de velocidad, sensores de calidad del aire, etc.). Haz una propuesta y desarrolla el circuito de control. 5. En un museo de cuadros de gran valor se ha instalado un Fancoil a 4 tubos con dos baterías, una de frío y otra de calor. Se precisa que funcione controlando perfectamente la temperatura y la humedad del ambiente. Tenemos en el retorno una sonda de temperatura y otra de humedad relativa. En la impulsión otras dos sondas de temperatura y humedad. Como actuadores tenemos los servos de las válvulas de tres vías que dan agua fría y caliente a las baterías, y un humectador. Diseña el sistema de control indicando cómo deben de actuarse dichas válvulas del tipo: Si T1 baja; V1 abre.....

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LABORATORIO 1. Calibrar un sensor de temperatura, midiendo la señal producida a diferentes temperaturas.

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