Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

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Unidad

FORMACIÓN PROFESIONAL A DISTANCIA

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

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Sistemas de Aire Acondicionado

MÓDULO Instalaciones de Climatización y Ventilación

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

Sistemas de aire acondicionado Un sistema de climatización esta destinado a mantener las condiciones de temperatura y humedad, pureza del aire, velocidad del aire y nivel sonoro en el espacio a acondicionar. El “aire acondicionado” esta considerado como uno de los factores de confort más importantes en la actualidad. Se ha introducido en múltiples contextos de nuestra vida diaria. En este capitulo vamos a realizar un breve repaso sobre los distintos sistemas de climatización existentes en el mercado, desde los más básicos sistemas portátiles de aplicaciones residenciales, a los más complejos sistemas centralizados todo agua, todo aire, aire-agua, etc. ¿Cual es el sistema más adecuado? Todo va a depender de las características del local, de las pretensiones en cuanto al grado de confort que exija el cliente, de los espacios etc.

Una vez que hemos establecido cuales van a ser las condiciones de funcionamiento exteriores e interiores, y hemos calculado las cargas térmicas necesarias para un local, el siguiente paso sería seleccionar el sistema de acondicionamiento de aire que se va a instalar. ¿Qué tipo de equipo de aire acondicionado podemos instalar en cada caso? Podemos definir una serie de pasos para la elección del sistema adecuado: 1.

Establecer cuales son las condiciones exteriores e interiores de funcionamiento del equipo.

2.

Determinar la potencia necesaria para cubrir las cargas térmicas, teniendo en cuenta: a. Variabilidad de las cargas térmicas durante el periodo de funcionamiento b. Posible zonificación del local por uso, horario, orientación, etc.

3.

Considerar las exigencias técnicas del cliente.

4.

Conocer el tipo de regulación. a. Temperatura. b. Temperatura y humedad.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

5.

Considerar las características constructivas del local o edificio. Por ello, sobre el terreno estudiaremos el tipo de instalación más adecuada a las características del edificio.

6.

Valorar los criterios económicos y energéticos.

7.

Tener en cuenta el criterio estético de la instalación.

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En el mercado podemos encontrarnos con una oferta muy variada de sistemas de climatización. En esta unidad vamos a hablar de los distintos sistemas existentes actualmente en climatización.

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Clasificación de los sistemas de aire acondicionado Los sistemas de climatización se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios: T

Según el tipo de la instalación. • Sistemas individuales o unitarios. • Sistemas centralizados.

T

Según la estación del año en que puede funcionar. • Solo verano (ver Tabla1). • Todo el año -bomba de calor- (ver Tabla1).

T

Según el fluido introducido a los elementos terminales dentro de los locales. • Sistemas de expansión directa. • Sistemas todo aire -Técnica de climatización en la que la distribución de la energía térmica a el/los locales se realiza exclusivamente mediante aire-. • Sistemas todo-agua. • Sistemas aire-agua.

En nuestro caso vamos a afrontar el estudio de los distintos sistemas de climatización, atendiendo exclusivamente al último criterio: según el fluido introducido a los elementos terminales dentro de los locales.

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Sistemas de Aire Acondicionado

Tabla 1: Clasificación de los sistemas de aire acondicionado.

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Sistemas de expansión directa o todo refrigerante

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Las instalaciones de expansión directa son aquellas que el proceso de tratamiento de aire se efectúa por la evaporación (verano) o condensación (invierno) en el circuito primario de un intercambiador sin utilizar ningún otro fluido de intercambio. Este tipo de equipos emplean un sistema básico de refrigeración para modificar la temperatura del local, cuyo principio de funcionamiento ya hemos abordado en otros módulos de este ciclo formativo.

Los sistemas individuales o unitarios se caracterizan por utilizar equipos de expansión directa (proceso de tratamiento del aire efectuado por evaporación del refrigerante en el circuito primario de un evaporador). Estos equipos pueden ser de dos tipos: T

Tipo compactos, son aquellos que reúnen en un solo mueble todas las funciones requeridas para el funcionamiento del aire acondicionado. Estos sistemas al venir montados y comprobados de fábrica eliminan los posibles defectos del montaje en obra.

T

Tipo partido split, son aquellas unidades en las que el equipo está dividido en dos muebles: • Unidad exterior (compresor, condensador y ventilador). • Unidad interior (evaporador, ventilador y cuadro de control).

Clasificación de los sistemas individuales Este tipo de equipos se pueden clasificar atendiendo a sus características constructivas o de funcionamiento: T

Según el sistema empleado para disipar el calor del condensador. • Condensación por agua. • Condensación por aire.

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T

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Por su forma de impulsar el aire al local. • Descarga directa. • Descarga mediante una red de conductos.

T

Por su disposición. • Horizontales. • Verticales.

T

Por su construcción. • Compactos. • Partidos (split).

Aparatos según disposición Además existen diversas variantes introducidas en el mercado por los fabricantes, que han dado origen a numerosos modelos, cuya denominación hace referencia preferentemente a la disposición de estas unidades en el local, por su forma constructiva o potencia. T

Aparatos pequeños. • Portátiles. • Ventana o muro.

T

Aparatos medianos. • De consola. • Partidos o Split.

T

Aparatos grandes. • De armario. • De techo. • De cubierta. • Multisplit y VRV.

A continuación vamos a ver cuales son las principales características de los distintos tipos de aparatos existentes en el mercado.

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o Aparatos pequeños A. Aparatos portátiles

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Los aparatos portátiles son unidades autónomas generalmente compactas y de descarga directa, de condensación por aire y diseñadas para poder ser trasladadas con facilidad de un local a otro (disponen de ruedas para su desplazamiento).

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La potencia unitaria de uno de estos equipos es normalmente inferior a 3.000 W (2.580 kcal/h). Su aplicación se justifica en instalaciones unitarias debido a que, no se necesita ningún tipo de instalación previa, y donde su uso sea intermitente y de escasa duración.

Fig. 1: Equipo de aire acondicionado portátil.

Fig. 2: Equipo de aire acondicionado portátil con condensador remoto.

Para la instalación de aparatos portátiles se precisa: T

Conexión eléctrica adecuada en cada local, con toma de tierra y protecciones reglamentarias.

T

Aberturas al exterior en cada local, para evacuar el aire del condensador. Normalmente se aprovechan las ventanas entreabiertas para colocar la chimenea o conducción para la salida de aire procedente del condensador de los equipos compactos, o los tubos de unión entre el condensador y el equipo, en los equipos portátiles con condensador remoto.

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B. Equipos de ventana o muro Estos equipos son unidades autónomas compactas de descarga directa, condensadas por aire (exterior). La potencia de estos equipos es usualmente inferior a 4.000 W. El equipo no debe ubicarse de modo que descargue el aire en forma directa sobre las personas, contando con rejillas de distribución del tipo direccional, automáticas; para distribuir la descarga del aire más uniformemente por el local. Debido a su reducido tamaño y a que su unidad de acondicionamiento va montada sobre un chasis deslizable. Las operaciones para colocarlo son sumamente fáciles de ejecutar, por lo que, es conveniente ubicar el equipo a no más de 1,50 m sobre el nivel del piso, de manera que facilite el acceso al panel de con- Fig. 3: Equipo de aire acondicionado de ventana. troles y las tareas de mantenimiento.

Fig. 4: Equipo de ventana.

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Para la instalación de estos equipos, cualquiera que sea su tipo, será necesario:

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T

Igual que en el caso anterior, una conexión eléctrica adecuada en cada local.

T

La salida de agua condensada, a la red de saneamiento, intercalando un sifón.

T

Ejecución de una abertura bien sea en la ventana o en la pared para poder encajar el elemento.

Fig. 5: Equipo de ventana instalado.

Actualmente se está reduciendo el uso de equipos de ventana a instalaciones en casetas de obra debido a los siguientes motivos: T

El alcance está limitado a locales no muy profundos.

T

El nivel sonoro es considerable, debido a que el compresor y el motor de los dos ventiladores se encuentran dentro del equipo

T

El hueco tiene que adaptarse al modelo instalado.

T

Su uso está limitado al control de la temperatura local por local.

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o Aparatos medianos A.

Equipos de consola

Estos equipos son unidades autónomas de descarga directa con impulsión de aire vertical, normalmente condensadas por agua y de construcción compacta. La potencia de estas unidades no suele superar los 6 kW. Son equipos del tipo interior con compresor, evaporador y ventilador dentro de la misma unidad. La condensación del refrigerante es producida por medio un intercambiador refrigerante-agua ubicado dentro de la misma unidad. El circuito de agua pueFig. 6a: Consola condensada por agua. de ser abierto abasteciéndose del agua de la red pública y vertiéndola posteriormente a la red de saneamiento, con el consiguiente consumo de agua, o conectando el circuito a la red de la torre de refrigeración. Las unidades compactas de consola exigen, además de una conexión eléctrica con toma de tierra y protecciones reglamentarias, una instalación de suministro de agua y la salida de agua condensada a la red de saneamiento, o en su defecto a la red de las tuberías de la torre de refrigeración.

Fig. 6b: Esquema de consola condensada por agua.

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Fig. 7: Consola condensada por agua instalada al circuito de una torre de refrigeración.

B.

Sistemas partidos o split

Los sistemas partidos o split son sistemas de expansión directa y se diferencian de los equipos compactos en que unidades las están divididas en una unidad interior (donde se sitúa el evaporador) y otra unidad exterior (que contiene el condensador más compresor). Esta división permite separar el circuito de refrigeración y proporciona una gran flexibilidad a la hora de realizar la instalación del equipo. Las unidades exterior e interior (una o más) se fijarán en los lugares elegidos, conectando las líneas de refrigerante que unen dichas unidades, enlazando también la unidad exterior con el mando (unidad interior) y con el circuito de alimentación eléctrica, este tipo de equipo se denomina sistema partido o split system. La gama de potencias oscila ente 2.000 W- 8.500 W.

Fig. 8a: Equipo partido o split. Fuente: Carrier

Fig. 8b: Equipo partido o split. Fuente: Carrier

 

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Fig. 8c: Esquema equipo split.

La aplicación de estos sistemas presenta numerosas ventajas: T

Gran libertad de ubicación, lo cual permite elegir el emplazamiento más idóneo tanto de las unidades interiores como de las exteriores.

T

La unidad interior, debido a que solo contiene un ventilador para forzar el paso de aire a través del evaporador, es muy silenciosa.

T

Algunos modelos permiten conectar dos, tres y hasta cuatro unidades interiores a una única unidad exterior lo que aumenta las posibilidades de implantación.

T

Las reducidas dimensiones de las unidades interiores y su aspecto compacto facilita la colocación en espacios ya construidos.

T

Estos sistemas no necesitan ocupar un local destinado a sala de máquinas.

Para la instalación, se requieren las siguientes conexiones: T

Una línea de líquido y otra de aspiración, para unir el sistema frigorífico.

T

Una línea de alimentación eléctrica para unir los elementos de protección con la unidad exterior e interior.

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T

Una línea eléctrica (de mando) que una las unidades exteriores e interiores.

T

La salida de agua condensada (de la unidad interior) a la red de saneamiento, intercalando un sifón. En caso de unidades con bomba de calor se debe prever un drenaje de condensados tanto en la unidad exterior como en la interior.

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Como hemos visto este sistema presenta un gran número de ventajas, por lo que los fabricantes ofrecen gran variedad de modelos de unidades interiores, para poder adaptarse a cualquier caso:

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T

Sistemas split de consola. Son unidades de descarga directa con impulsión vertical.

T

Sistemas split mural. Son unidades de descarga directa con impulsión horizontal.

Fig. 9: Ejemplo de unidades interiores mural y de consola. Fuente: Carrier

T

Sistema split de cassette. Son unidades de descarga directa situadas en el techo del local.

Fig. 10: Ejemplo de unidades interiores tipo cassette y sistema multisplit. Fuente: Carrier

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Sistema multisplit. En este tipo de equipos se conectan varias unidades interiores a una única unidad exterior, con el consiguiente ahorro de espacio en caso de necesitar instalar varias unidades interiores. Actualmente en el mercado se encuentran muchos tipos de combinaciones, desde 2 hasta 5 unidades interiores por unidad exterior y potencias desde 1,2 kW hasta 10 kW (según fabricantes).

Fig. 11: Equipo multisplit 4X1. Fuente: Carrier.

La unidad exterior puede emplear alguno de los siguientes métodos de control para adaptarse a las necesidades frigoríficas demandadas en cada momento. • Múltiples circuitos y compresores, de funcionamiento independiente. En la misma unidad exterior se inserta un circuito compuesto por compresor, condensador, sistema de expansión y todos los elementos de seguridad por cada unidad interior.

Fig. 12: Ejemplo de equipo multisplit con circuitos independientes. Fuente: Carrier

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• Sistema inverter.

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Partiendo de un único circuito en la unidad exterior, se dota al compresor de un regulador de velocidad o de frecuencia, y así de esta forma poder regular la velocidad del compresor (por lo tanto también regulamos la capacidad frigorífica) y de esta forma adaptarnos a la demanda de las Fig. 13: Ejemplo de equipo multisplit con sistema unidades interiores. inverter. Fuente: Carrier

T

Sistema split de conductos. Tanto de descarga vertical (Fig. 14) como horizontal (Fig. 15). La descarga de aire no se realiza directamente al local, ya que la unidad interior no esta situada en éste, sino que se realiza mediante conductos; con lo que un mismo equipo puede servir para acondicionar más de un local. El retorno de aire puede ser conducido mediante conductos, o directamente mediante plenum como en la Fig. 14.

Fig. 14: Sistema split de conductos vertical. Fuente: Carrier.

Fig. 15: Sistema split de conductos horizontal. Fuente: Godman.

Este tipo de equipos es ideal para pequeñas instalaciones residenciales y pequeños locales, cuya única pretensión sea la del control de la temperatura del local. Además de ser un sistema de climatización de bajo precio, la instalación necesaria es mínima.

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Busca información sobre las unidades split e indica qué tipo de elementos de un circuito frigorífico se encuentran en la unidad exterior. Asimismo indica los elementos que se pueden encontrar en la unidad interior.

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Los sistemas split presentan un gran número de ventajas en cuanto a su instalación, precio etc. Debido a este motivo existen una gran variedad de modelos de unidades interiores que permite adaptarse a prácticamente a cualquier necesidad, ¿cuales son este tipo de unidades?

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o Aparatos grandes Dentro de estos aparatos, nos centraremos únicamente en el siguiente tipo:

Sistemas de caudal variable de refrigerante (VRV o VRF)

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Los sistemas de caudal variable de refrigerante (VRV o VRF), según fabricantes, son sistemas de climatización relativamente modernos en comparación con otros sistemas. En la actualidad son varios los fabricantes, principalmente japoneses, que ofertan este tipo de sistemas al mercado del aire acondicionado.

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Los sistemas de caudal variable de refrigerante o VRF son sistemas que permiten conectar varias unidades interiores (según fabricantes, hasta 30 unidades) a una sola unidad exterior o conjunto de unidades exteriores por medio de un circuito frigorífico principal de dos tubos de cobre debidamente aislados.

Fig. 16: Sistema de caudal de refrigerante variable.

Se puede decir que los sistemas VRF derivan de los llamados sistemas multisplit utilizando la tecnología lnverter, y también válvulas de expansión electrónicas para conseguir un control continuo del caudal de refrigerante en función de la demanda o necesidades de la instalación.

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Las diferencias con los sistemas multisplit son las siguientes: T

Las unidades multisplit solo soportan hasta 4 ó 5 unidades interiores.

T

Como podemos observar de los sistemas VRF solo sale de la unidad exterior dos tuberías de refrigerante, una de líquido y otra de gas; a continuación se va distribuyendo el refrigerante, mediante accesorios de cobre (juntas de derivación y/o colectores de derivación) hacia las unidades interiores.

T

Los sistemas VRF son modulares es decir se pueden unir varias unidades exteriores para adaptarse a la demanda del edificio.

Fig. 17: Unión de dos unidades condensadoras. Fuente: Hitachi.

Fig. 18: Principales elementos en un sistema de VRF.

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Existen en el mercado tres tipos de sistemas dentro del caudal variable de refrigerante:

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T

Solo frío. La potencia que entrega es exclusivamente de refrigeración.

T

Bomba de calor. Todas las unidades interiores funcionan en modo frío o en modo calor.

T

Recuperación de calor. Proporciona refrigeración y calefacción simultáneamente adecuándose a las necesidades de cada zona. Unas unidades interiores pueden estar aportando frío y otras calor al mismo tiempo, principalmente en épocas intermedias. En estos sistemas se emplea cajas de distribución, que son el motor de los sistemas con recuperación de calor al recibir y suministrar el refrigerante a las unidades interiores. Su función principal es realizar una distribución selectiva, eficaz e inteligente del refrigerante en función de la demanda de frío o calor de las distintas estancias por medio de su complejo sistema de control electrónico.

Los sistemas de caudal variable de refrigerante o VRF también se pueden diferenciar de la siguiente manera, atendiendo al sistema de distribución del fluido: T

Sistemas a dos tubos. Tubería de líquido y tubería de gas.

T

Sistemas a tres tubos. Tubería de líquido, tubería de aspiración de gas y tubería de descarga de gas (sistema con recuperación de calor).

Fig. 17. Esquema VRF con recuperación de calor a tres tubos. Fuente:

Fig. 19: Esquema VRF con recuperación de calor a tres tubos. Fuente: Sanyo.

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A continuación se enumeran una serie características y ventajas de los sistemas de caudal variable de refrigerante: T

Máxima zonificación. Cada usuario o espacio dispone de su control de temperatura.

T

Fácil diseño.

T

Facilidad de montaje.

T

Alta fiabilidad y mantenimiento mínimo.

T

Eficiencia energética y ahorro de energía. Elevados rendimientos y tecnología lnverter (compresor + válvulas electrónicas = ajuste de la capacidad a la demanda).

T

Reducido espacio de instalación de las unidades exteriores (unidades exteriores compactas).

T

Elevada flexibilidad, en cuanto a: trazados de los circuitos, longitudes del sistema, número de unidades interiores por sistema.

T

Fácil adaptación a cambios en la instalación.

T

Menores espacios de paso de tuberías.

T

Múltiples tipos de unidades interiores.

T

Funcionamiento en modo calor a bajas temperaturas (te = -20 ºC).

T

Versátiles sistemas de control (locales, centrales o en red).

T

Posibilidad de contabilizar el consumo energético de cada usuario.

T

Factor de sobrecarga (simultaneidad): posibilidad de instalar unidades exteriores de menor potencia que la suma de potencia de unidades interiores (los sistemas actuales permiten normalmente entre un 130 y un 135% de la capacidad de las unidades exteriores en sistemas bomba de calor).

Entre las principales desventajas que se le achacan a los sistemas VRF: T

Elevado coste inicial. A día de hoy, los sistemas de caudal variable de refrigerante son sistemas algo más caros que los tradicionales.

T

Distribución de refrigerante por medio de una red de tuberías de cobre susceptible de fugas.

T

Por si solos no permiten el control de la humedad.

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Los sistemas VRV o VRF presentan una alternativa excelente para las instalaciones de tipo pequeño/medio, actualmente tienen una gran implantación debido a sus numerosas ventajas. Busca y amplia información sobre este tipo de sistemas.

Aparatos según construcción Dentro de esta tipología vamos a profundizar en las características de los sistemas autónomos compactos.

o Sistemas autónomos compactos Este tipo de sistemas se caracteriza por estar compuesto por una unidad compacta de expansión directa, de condensación por aire o por agua. Permiten el funcionamiento tanto en verano como en invierno debido a la inversión de su ciclo de funcionamiento. Normalmente la distribución del aire se realiza mediante una red de conductos que parte del evaporador de la unidad autónoma hasta los elementos terminales, rejillas y difusores; el retorno puede ser por una red de conductos o por plenum. Además necesita una entrada y una salida de aire exterior para la condensación del refrigerante, pero dado que el ventilador es del tipo centrífugo, se puede colocar el aparato en el interior de un local o sótano y conducir este aire del condensador al exterior.

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Caracterizados por tener una potencia entre las 15.000 y las 60.000 Kcal/h, aunque pueden alcanzar las 140.000 Kcal/h, e incluso superarlas. En este grupo se incluyen: T

Equipos de armario. Se ubican apoyadas sobre el suelo generalmente en una sala de máquinas contigua al local a acondicionar.

Fig. 20: Equipo de armario instalado. Fuente: Carrier, Airwell.

Fig. 21: Equipo de armario instalado retorno por plenum. Fuente: Carrier.

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T

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Equipos compacto horizontal. Se ubican en los falsos techos de los locales a acondicionar.

Fig. 22: Equipo compacto horizontal instalado. Fuente: Inst. Ambar.

T

Equipos de cubierta (Roof-Top). Se ubican sobre los tejados adyacentes al local a acondicionar. Estos equipos permiten la instalación sencilla de una serie de sistemas free-cooling que acondiciona el local, introduciendo únicamente aire del exterior cuando la temperatura es inferior a 20 ºC, con lo que se produce un gran ahorro de energía.

Fig. 23: Equipo Roof Top instalado. Fuente: Inst. Ambar.

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Fig. 24: Ejemplos de distintos tipos de equipos compactos instalados. Fuente: Carrier

Fig. 25: Equipos compacto de condensación por agua.

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Sistema todo agua

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En estas instalaciones se prepara el agua previamente a través de una caldera o bomba de calor en caso de climatización en invierno, o a través de una enfriadora en caso de climatización en verano. Posteriormente se distribuye con ayuda de un sistema de bombeo a través de una red de tuberías hasta un equipo terminal (fan-coil) instalado en el local a acondicionar.

El sistema todo agua se justifica en aquellas instalaciones que debido al volumen de tuberías a montar, el volumen de refrigerante sobrepasaría los límites del reglamento. Por lo tanto en un sistema todo agua podemos de distinguir los siguientes elementos: T

Equipos terminales, Fan-coils.

T

Equipo generador.

T

Sistema de bombeo.

T

Red de distribución.

Fig. 26: Sistema todo agua.

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Ventiloconvector o fan-coil Este equipo está constituido básicamente por un intercambiador de calor y un ventilador que fuerza el paso de aire de impulsión. El fan-coil, será por lo tanto el encargado de modificar la temperatura del aire (como ocurre con el evaporador en los sistemas de expansión directa). La composición de un ventiloconvector o fan-coils es la siguiente: T

Una carcasa exterior en la que se encuentran los canales de impulsión de aire tratado, y un canal de toma de aire exterior.

T

Un filtro en la aspiración del ventilador que elimina las impurezas del aire.

T

Un/os ventilador/es movidos por una motor eléctrico también dispuesto en el interior de la carcasa.

T

Una o dos baterías de tratamiento (frío/calor).

Fig. 27: Fan coil de consola. Fuente: Carrier.

La regulación de un fan-coil se efectúa por medio de un termostato situado en la toma de aspiración de aire dentro del aparato o en el local donde esta situado el equipo, actuando sobre: T

Una válvula de 3 vías para de esta forma regular el caudal y por lo tanto la temperatura del agua que llega a este.

T

Una válvula de 2 vías para abrir o cerrar el paso de agua al fan-coil.

T

Sobre la velocidad del ventilador del fan coil. En este caso el termostato debe de situarse en el local.

Fig. 28: Regulación de la temperatura de agua mediante válvulas de 2 ó 3 vías.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

Pueden instalarse en diferentes versiones y modelos: T

Fan-coils para montaje en pared, fan-coils de consola

T

Fan-coils montados debajo del techo o mural

T

Fan-coils para instalaciones con conductos.

T

Unidades de cassette instaladas sobre el falso techo.

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En las siguientes figuras se muestran distintos tipos de fan-coils existentes en el mercado:

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Fig. 29a: Falso techo de conductos.

Fig. 29b: Cassette.

Fig. 29c: Consola.

Fig. 29d: Mural.

Fig. 29e: Conductos.

Las potencias que puede alcanzar un ventiloconvector y dependiendo de tipo de unidad pueden ser: T

Potencias frigoríficas desde 1 kW hasta 90 kW.

T

Potencias caloríficas desde 1 kW hasta 165 kW.

Enfriadoras de agua Las enfriadoras de agua, están constituidos por un sistema compacto que incluye compresor, evaporador (intercambiador aire refrigerante o agua refrigerante), ventiladores, refrigerante e intercambiador refrigerante/agua.

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Esta unidad será la que abastece los intercambiadores de calor de los fan-coils interiores que se conectan mediante tuberías de agua. El rango de potencias que pueden abarcar oscila entre los 5 kW y los 5.000 kW en modo frío o 550 kW en modo de calor, según modelos.

Sistemas de distribución todo agua Los sistemas todo agua se pueden clasificar atendiendo al número de tuberías que llegan a los fan-coils. Según esta clasificación podemos distinguir: T

Sistemas a dos tubos.

T

Sistemas a tres tubos.

T

Sistemas a cuatro tubos.

o Sistema a dos tubos En este sistema el fluido procedente del generador, se reparte a los fan-coils mediante un tubo de ida y otro tubo de retorno. Evidentemente los fan-coils recibirán o bien agua caliente o bien agua fría, no pudiendo servirse ambas a la vez. Por lo tanto en los periodos de transición entre las estaciones, donde en una Fig. 30: Sistema todo agua a dos tubos. misma instalación pueden existir locales con distintas cargas térmicas, este sistema queda limitado. En estos casos se pueden acompañar a los fan-coils con resistencias de apoyo para poder cubrir las necesidades térmicas que demanda cada zona. Durante el resto del año las baterías de los fan-coils recibirán agua fría o agua caliente según la estación del año. Otra de las soluciones la zonificación, consiste en agrupar aquellos locales que presenten cargas similares y conectarlas a los generadores de forma diferenciada.

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Fig. 31: Sistema todo agua a dos tubos en modo bomba de calor.

o Sistemas a tres tubos Este sistema se compone de una red de distribución de agua formada por tres tubos, constituido por una central de producción de agua fría y otra de agua caliente. La central de producción de agua fría esta formada por una enfriadora de agua, la central de agua caliente puede estar formada tanto por una caldera como por una bomba de calor. La red de distribución la compone una red de tuberías de agua fría con sus respectivas bombas circuladoras, para alimentar las baterías de agua fría de los fan-coils. Otra red de tuberías de agua caliente con sus bombas circuladoras, para alimentar las baterías de agua caliente de los fan-coils. La tubería de retorno de la instalación será común tanto para la red de agua fría como para la de agua caliente.

Fig. 32a: Sistemas todo agua a tres tubos.

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Fig. 32b: Sistemas todo agua a tres tubos.

Los fan-coils para este tipo de instalación deberán de contener dos baterías, una para agua fría y otra para agua caliente. El termostato será el encargado de abrir las válvulas de agua fría o caliente según las necesidades. El principal inconveniente de este sistema es la gran perdida energética que supone el hecho de que sólo disponemos de un retorno, que entre estaciones puede llevar una mezcla de agua fría y de agua cliente.

Fig. 33: Fan-coil con dos baterías.

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o Sistemas a cuatro tubos

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Este sistema es similar al anterior, con la ventaja de que el retorno de las baterías de los fan-coils esta diferenciado el de agua fría y agua caliente, con lo que se produce una mejora energética.

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Este sistema se compone de dos centrales de producción, una de agua fría y otra de agua caliente. También se compone de una red de distribución formada por cuatro tubos de distribución, dos de agua fría y dos de agua caliente, con sus respectivas bombas de circulación. Las fan-coils, igual que en los sistemas a tres tubos, deben contener dos baterías de agua, con sus respectivas válvulas de agua, controladas por un termostato.

Fig. 34: Sistema todo agua a cuatro tubos.

Características generales de las instalaciones todo agua. Las instalaciones todo agua reúnen las siguientes propiedades: T

Las temperaturas nominales del agua a la salida es de 7 °C y en el retorno a 12 °C. El agua de estas instalaciones deberá de contener un anticongelante para evitar la congelación en el intercambiador refrigerante/agua. El producto más usado en estos casos es el GLICOL.

T

La temperatura de salida máxima del agua de las bombas de calor aire-agua es de 50 °C y de 45 °C aproximadamente para el retorno del agua.

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T

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Estas instalaciones presentan un tanque de almacenamiento o inercia. inercia Ya que en instalaciones donde se ha previsto que puedan funcionar con carga parcial, para obtener un control de temperatura constante de agua, sin cambios, y un funcionamiento sin problemas, es esencial que el volumen de agua total de la planta corresponda al volumen mínimo requerido por el fabricante. Por razones técnicas, las máquinas frigoríficas nunca han de operar intermitentemente (on/off continuo del compresor). Por eso, las unidades están preconfiguradas internamente con un tiempo mínimo de funcionamiento y un tiempo mínimo de parada. Un caudal insuficiente de agua en el interior del sistema puede causar inestabilidad en la temperatura y desgastes por las paradas forzadas. En casos extremos podría incluso dañar al compresor en relativamente pocas horas de funcionamiento. El volumen mínimo de agua dentro del sistema debe ser, aproximadamente de 10 L por kW (potencia frigorífica), según fabricantes.

T

En las instalaciones todo agua deberá de instalarse un interruptor de flujo, flujo para asegurarse que la bomba está funcionando y tenemos circulación de agua por el evaporador, y así evitar que éste se llegue a congelar.

Fig. 35: Interuptor de flujo. Fuente: Danfoss.

Fig. 36: Esquema fluidrico completo de una instalación todo agua a dos tubos.

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Sistema techo frío Los techos fríos son sistemas de radiación, cuya unidad terminal puede estar formada por:

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T

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Placas. Este sistema se compone de una placa de techo de acero galvanizado o de aluminio revestido, en cuyo lado posterior llevan alojado un serpentín de cobre o de tuberías de tamaño capilar de polipropileno. Los extremos de la tubería se empalman entre si mediante manguitos flexible.

Fig. 37: Sistema de techo frío de placas. Fuente: Karo.

T

Mantas flexibles de tubería de polipropileno, formadas por tubería capilar de unos 2 mm, que pueden ser empotradas en las paredes, techos, etc.

Fig. 38: Sistema de techo frío en mantas. Fuente: Karo.

Estas unidades terminales se conectarían a una enfriadora de agua, bomba de calor y/o caldera. El sistema de distribución puede ser a dos o a tres tubos. Si la distribución es a dos tubos las placas o mantas recibirán o bien agua caliente o bien agua fría, no pudiendo servirse ambas a la vez.

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

Fig. 39: Esquema distribución a dos tubos. Fuente: Karo.

Fig. 40: Esquema a distribución a tres tubos. Fuente: Karo.

Si el sistema de distribución es a tres tubos estará constituido por una central de producción de agua fría y otra de agua caliente. La central de producción de agua fría esta formada por una enfriadora de agua, la central de agua caliente puede estar formada tanto por una caldera, como por una bomba de calor.

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ctividad

Este sistema de climatización necesita además un sistema de ventilación de aire de renovación, y un sistema de climatización paralelo para aportar la potencia latente de la instalación, ya que con este sistema no puede existir condensación de agua en las placas o mantas, y por lo tanto no se puede modificar la humedad del local.

a

Completa el siguiente enunciado: “Los sistemas todo agua están justificados en aquellas instalaciones donde ……………………………………………………”.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

Sistemas todo aire

Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

En los sistemas que hemos visto en los capítulos anteriores, el elemento terminal (evaporador, fan-coil, etc.) estaba situado en el mismo local a climatizar.

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En los sistemas todo aire, en los que vamos a profundizar a continuación, el aire es tratado por unas unidades de producción o tratamiento de aire situadas en una sala de máquinas, posteriormente se transporta a los locales a climatizar por medio de una red de conductos y se introduce en éstos mediante unos elementos de difusión (rejillas, difusores…).

En los sistemas todo aire se introduce aire convenientemente tratado para compensar las cargas no deseadas, y a la vez debe extraerse de ese mismo local una cantidad de aire similar. Por cuestiones energéticas el aire extraído del local (en condiciones de temperatura y humedad deseadas) no se desperdicia, ya que una buena cantidad de este caudal vuelve a tratarse mezclándose con el aire de renovación (climatizadoras o unidades de tratamiento de aire). El aire de renovación debe de satisfacer el caudal de ventilación mínimo que nos indica la reglamentación vigente.

Fig. 41: Esquema típico sistema todo aire.

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

Como vemos en la figura 41, no se necesita ningún tipo de máquina encargada de tratar el aire dentro del local, al igual que ocurría con los equipos anteriores. Los sistemas todo aire se pueden clasificar en: T

Sistemas de volumen constante. • Sistemas unísona.

T

−

Sistemas unísona con unidades autónomas.

−

Sistemas unísona con unidades climatizadoras o unidades de tratamiento de aire –UTAS-.

Sistemas de volumen variable. • Sistema VAV. • Sistema VAV con caja de mezcla. • Sistema caudal de aire variable por impulsión intermitente. • Sistema VVT.

Sistemas de volumen constante de aire Este tipo de sistema se caracteriza porque el caudal de aire que introducimos en el local es constante, y también porque la regulación de la temperatura se realiza por arranqueparada de los equipos. Este tipo de sistema se puede realizar con unidades autónomas compactas o mediante una unidad de tratamiento de aire o climatizadora.

o Sistema unizona con unidades autónomas Este tipo de sistemas están compuestos por una unidad autónoma normalmente de expansión directa, bien sea del tipo compacto como partido, vistos anteriormente en los apartados “unidades split de conductos” y “equipos autónomos compactos” o en sistemas todo agua mediante fan-coils de conductos -“sistemas todo agua”-. Además se necesita una red de conductos y unos elementos terminales, en este tipo de sistemas la regulación se basa en un termostato situado en un local desde donde se controla la temperatura de toda la instalación, mediante paradas y arranques del equipo.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

o Sistema unizona con climatizadoras o unidades de tratamiento de aire -UTA-.

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Una unidad de tratamiento de aire –UTA- es una unidad donde se realizan uno o más tratamientos térmicos del aire (ver en la unidad de psicometría el apartado de mezcla de caudales de aire).

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Las UTA´s o climatizador son equipos que modifican las condiciones de temperatura y humedad del aire para luego enviarlo hasta el/los local/es, y es el receptor final de una cadena de equipos instalados (enfriadora, bombas de calor, caldera, etc.). Este tipo de equipos se fabrica de forma modular y se realiza bajo pedido para adaptarse a las necesidades de una instalación en particular.

Módulo ventilador

Módulo humidificador

Baterias agua fría Filtros y caliente

Fig. 42: Unidad tratamiento de aire. Fuente: Airlan.

Las partes más importantes de un climatizador son: T

Envolvente, encargado de dar soporte a los distintos módulos.

T

Sección de entrada de aire, puede ser de aire exterior o recirculación de aire, y normalmente con compuerta de regulación de caudal.

T

Sección de mezcla de aire, que dependiendo de la aplicación puede ser de 2 o 3 entradas de aire, reguladas por compuertas de regulación.

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

T

Sección de filtración. Módulo destinado a albergar una serie de filtros para garantizar la calidad de aire.

T

Sección de calentamiento. Batería destinada al calentamiento del aire, puede ser de agua o batería de expansión directa.

T

Sección de enfriamiento. Como en el caso anterior la batería puede ser de agua o de expansión directa. A la vez puede servir de deshumectación si la temperatura de esta es inferior a la del punto de rocío.

T

Sección de humectación. Módulo destinado a humectar el aire, por diversos procedimientos (ver humidificación en la unidad de psicometría). • Paneles giroscópicos. • Pulverizador de aire.

Fig. 43: Partes de una unidad de tratamiento de aire. Fuente: Carel.

Este tipo de equipos como hemos comentado anteriormente necesita una serie de equipos e instalaciones para su funcionamiento. T

Calderas ó bomba de calor. Para la batería de calor mediante agua caliente.

T

Enfriadoras de agua. Para la batería de frío mediante agua fría.

T

Alimentación de agua en caso de sistema con humidificación.

T

Red de evacuación de aguas para drenaje de condensados y para el agua excedente de la pulverización.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

Fig. 44: Esquema de principio de una unidad de tratamiento de aire completo.

La regulación de los sistemas unizona depende de los tratamientos que contempla: T

Control de temperatura (refrigeración-calefacción).

T

Control de humedad (humectación-deshumectación).

T

Control de ventilación (posibilidad de modificar la proporción: aire recirculación/ aire exterior).

T

Posibilidad de free-cooling.

Por lo tanto este tipo de unidades contienen una serie de sensores de temperatura y humedad, de modo que el sistema de regulación, basado en la información de los sensores de ambiente o retorno, abre o cierra las válvulas de agua caliente y de agua fría, según convenga, para proporcionar calefacción o refrigeración; pero de forma que simultáneamente sólo una de las dos válvulas pueda estar abierta, evitando así que se den dos tratamientos de signo contrario a la vez.

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

Fig. 45: Unidad de tratamiento de aire con sus elementos de regulación. Fuente: Carel.

Sistemas todo aire de volumen constante. Los sistemas todo aire a volumen constante componen la mayoría de las instalaciones realizadas, diseñándose para mantener el caudal constante y modificando la temperatura de impulsión a los locales, con la finalidad de suministrar en cada instante la cantidad de calor sensible requerida en el mismo. Los sistemas unizona con climatizadoras sirven a un conjunto de locales con una única central de climatización, que impulsa aire a las mismas condiciones de temperatura y humedad para todos. Por lo tanto sólo es apropiado para locales que constituyan una única zona higrotérmica, ya que si existen varias, cada una deberá acondicionarse independientemente con su propio climatizador.

Fig. 46: Válvulas mezcladoras colocadas en un climatizador.

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Sistemas todo aire de volumen variable VAV. Los sistemas VAV son sistema todo aire que pretenden modificar las condiciones térmicas del local, variando el caudal de aire introducido al local sin modificar la temperatura del aire de impulsión.

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Los elementos que componen los sistemas de volumen de aire variable son el climatizador (de agua o de expansión directa), la red de conductos -y en ella (según el sistema) una serie de unidades encargadas de regular la cantidad de aire suministrada a cada uno de los locales-.

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El control de la temperatura de cada una de las zonas se realiza mediante un termostato o sonda de ambiente, que actuara sobre: T

El ventilador. Modificando el caudal de aire del climatizador central, mediante un regulador de velocidad, que actúa sobre el ventilador del climatizador. Este tipo de sistema es apto para una instalación donde los espacios a acondicionar tengan similares cargas térmicas.

Fig. 47: Variación del caudal de aire mediante regulación de la velocidad del ventilador.

T

Las unidades encargadas de regular el caudal de aire (cajas de regulación). Estas unidades contienen compuertas que abren o cierran el paso de aire en función de la señal.

Unidad

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Sistemas de Aire Acondicionado

• Compuertas de tipo proporcional. Las compuertas abren o cierran ligeramente el paso de aire, mediante servomotores, de forma proporcional a la variación de temperatura.

Fig. 48: Compuerta de VAV tipo proporcional. Fuente: Trox.

Fig. 49: Compuerta de VAV, tipo todo o nada. Fuente: Trox.

• Compuertas todo o nada, sistema empleado en los climatizadores autónomo de expansión directa. Formadas por compuertas de doble posición, controladas por termostato ambiente, que descargan aire a los locales a través de difusores.

Fig. 50: Sistema VAV mediante cajas de mezcla.

• Cajas de mezcla de aire. Estas cajas están compuestas por una toma de aire primario, proveniente del climatizador central, con compuerta de regulación y toma de aire inducido del falso techo de los locales que se ocupa de acondicionar.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

• O sobre los servomotores de las unidades de difusión (difusores, rejillas).

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Fig. 51: Difusor motorizado. Fuente: Airzone.

Mediante estos sistemas modificamos la temperatura de las distintas zonas de la instalación, variando el caudal de aire impulsado en función de las necesidades térmicas en dichas zonas.

Fig. 52: Situación de las compuertas de VAV.

En este tipo de sistemas si la carga disminuye, es decir las compuertas que suministran aire a las distintas zonas empiezan a cerrarse, y con el fin de que no aumente excesivamente la presión en el interior de los conductos se deben de montar presostatos en la red de conductos de tal forma que cualquier variación de presión dentro de estos conlleve una variación del caudal impulsado por los ventiladores.

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Sistemas de Aire Acondicionado

La variación de caudal de los ventiladores se podrá realizar con compuertas de regulación en la aspiración del ventilador o por medio de reguladores de velocidad del motor del ventilador (recuerda estos sistemas en el apartado regulación de las prestaciones de los ventiladores, en la unidad de ventilación). Los sistemas VAV deberán de complementarse con los siguientes elementos: T

Es necesario colocar en el retorno un regulador de caudal variable colocado en el conducto de retorno que funcione en paralelo con el regulador colocado en la impulsión del local.

T

Sistemas de regulación que pueden ser: • Electromecánicos, el sistema emplea una sonda de temperatura y un servomotor eléctrico. • Sonda de presión, estos sistemas incorporan una sonda de presión, un servomotor y un regulador provisto de una memoria programable.

Fig. 53: Compuertas situadas en el retorno de una instalación de VAV.

Sistema de caudal y temperatura variable VVT Este tipo de sistema se basa en el principio de funcionamiento del los VAV en cuanto se trata de un sistema de volumen de aire variable, aunque en este caso la temperatura del aire también varía.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

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Fig. 54: Sistema VVT. Fuente: Carrier.

La diferencia de este sistema con uno de VAV es que entre el conducto de ida y retorno esta situado una compuerta de By pass conectada a un sensor de presión encargado de controlar la presión estática en el conducto, cuando las compuerta empiezan a cerrarse, además de producir una variación en la temperatura de aire de impulsión. Todos estos elementos están controlados por un sistema formado por termostatos electrónicos y una central de regulación, de esta forma cada uno de ellos controla la temperatura de su zona y coordinados entre si permiten al sistema elegir el tipo de funcionamiento necesario en cada momento, frío, calor o ventilación, además de controlar el caudal de aire necesario en cada zona. En lo concerniente a los elementos que forman parte de los sistemas todo aire, así como del estudio de la configuración y tipos de los conductos los abordaremos más a fondo en la próxima unidad.

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ctividad

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Este sistema se basa en una unidad climatizadora de volumen constante, normalmente una unidad autónoma compacta de expansión directa, conectada a una red de conductos donde se encuentran las compuertas de regulación para cada zona.

a

Como ampliación a este tema busca información e indica los elementos más comunes que forman parte de una unidad de tratamiento de aire.

Unidad

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Sistemas aire agua En los sistemas anteriores hemos visto que los elementos terminales trabajaban con un fluido bien refrigerante, agua o aire. La particularidad de este sistema es que los elementos terminales trabajan con dos fluidos, como son aire y el agua. En los sistemas aire agua el elemento terminal denominado inductor contiene un batería de agua (igual que en los Fan-coils) y unas toberas que impulsan aire a alta velocidad y presión (aire primario); esto provoca una zona de depresión debajo de la misma que induce el aire del ambiente hacia la batería de agua, así se mezcla con el aire impulsado por las toberas y sale del inductor hacia el ambiente.

El aire primario es en su totalidad aire exterior, en cantidad adecuada para la renovación del aire del local. Este aire se le hace pasar por una unidad de tratamiento de aire, donde se le filtra y se trata en cuanto a temperatura y humedad. El sistema de distribución de aire, se realiza a grandes velocidades (aproximadamente 1.000 m/min) y a presiones elevadas (150 mca) con el fin de reducir el tamaño de los conductos. El sistema de distribución de agua Fig. 55: Inductor de agua. puede ser, como en el caso de los sistemas todo agua, a dos tubos, tres tubos y cuatro tubos; y las características de funcionamiento de cada uno de ellos corresponde con este tipo de sistemas.

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Módulo: Instalaciones de Climatización y Ventilación

 

El control de cada unidad se basa en la regulación de caudales de agua y aire primario, en válvulas de control de caudal de agua bien sea de dos o tres vías, y en una compuerta de bypass que controla la cantidad de aire que atraviesa la batería de agua.

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Este sistema se compone de una central de producción de agua fría y caliente, una unidad de tratamiento de aire primario, una red de tuberías, una red de conductos y un inductor por local. Los inductores pueden ser de tipo consola o en forma de difusores de techo.

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Fig. 56: Esquema de principio de un sistema de inducción a cuatro tubos.

Fig. 57: Inductor de consola. Fuente: Trox.

Fig. 58. Inductor de techo. Fuente: Trox.

De todos los sistemas vistos en esta unidad, no se puede decir que uno es mejor que otro. Solo se puede decir que uno es más adecuado que otro en una aplicación concreta, considerando los factores visto en el comienzo de esta unidad.

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Respuestas Actividades 1. En base a la información recogida, podemos afirmar que los elementos de un circuito frigorífico que se encuentran en la unidad exterior son: T Compresor. T Condensador, de agua o de aire T Sistema de expansión. T Válvula de 4 vías (bomba de calor). T Botella de líquido.

Además, en la unidad interior encontramos: T Evaporador con su ventilador

2. Los modelos de unidades interiores son: T Consola. T Mural. T Cassette. T Multisplit. T Conductos vertical. T Conductos vertical.

3. Comenta con tu tutor/a la información recogida sobre este tipo de sistemas. 4. El enunciado completo es el siguiente: “Los sistemas todo agua están justificados en aquellas instalaciones donde el volumen de refrigerante sobrepasaría los límites del reglamento”. 5. Comenta con tu tutor/a la información recogida sobre los elementos más comunes que forman parte de una unidad de tratamiento de aire.

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