Sistemas de Climatización: Tipos, Componentes y Diseño

Sistemas de Climatización

Calefacción

Sistema VVT (Volumen y Temperatura Variable)

- Es el método más utilizado para calefacción.

- Proporciona calefacción de manera alternada (frío o calor, no simultáneamente).

- Generalmente se implementa con equipos de expansión directa (bomba de calor) que invierten la función del evaporador y condensador.

Cajas Recalentadoras

- Se usan en edificios con necesidades de ajuste preciso de temperatura y perfiles de temperatura variables, donde el sistema VVT no es satisfactorio.

- Actúan simultáneamente con la refrigeración y tienen mayor consumo energético que el sistema VVT.

Caldera a Gas Natural o Eléctrica

- El colector de mando se conecta a una caldera para calentar agua y distribuirla a los equipos terminales.

Cálculo de Cargas Térmicas

Calor Sensible - Cargas Externas 1

• Ganancia de calor de muro o techo por transmisión y efecto solar.

Qt = A x K x Ate (para muros exteriores)

• Qt: Cantidad de calor de transmisión (Kcal/h)
• A: Área transversal del muro (m²)
• K: Coeficiente de transmitancia térmica (kcal/hm°C)
• Ate: Diferencia de temperatura equivalente (°C)

Qt = A x K x (t2 - ti) (para muros interiores)

• Qt: Cantidad de calor de transmisión (Kcal/h)
• A: Área transversal del muro (m²)
• K: Coeficiente de transmitancia térmica (kcal/hm°C)
• t2: Temperatura del local no acondicionado (°C)
• Adoptar (2 - t) interior

Calor Sensible - Cargas Externas 2

• Ganancia de calor a través de vidrios.

Qtv = A x K x (te - ti) → Q transmisión en vidrios

• Qtv: Cantidad de calor de transmisión en vidrios (Kcal/h)
• A: Área transversal del muro (m²)
• K: Coeficiente de transmitancia térmica (kcal/hm°C)
• te: Temperatura exterior (°C)
• ti: Temperatura interior del local a acondicionar (°C)

Qrv = A x I x c → Q radiación solar en vidrios

• Qtv: Cantidad de calor por radiación solar (Kcal/h)
• A: Área del vidrio (m²)
• I: Intensidad de radiación solar (kcal/hm²)
• c: Coeficiente de corrección por protección en vidrios

Calor Sensible - Cargas Internas

• Personas / Iluminación (si es LED, 5 watts/m²) / Motores
• Computadoras / Disipaciones varias

Calor Latente Interior

• Personas / Otras fuentes

Calor Latente Exterior

• % de aire de renovaciones

Criterios para la Selección de Sistemas de Aire Acondicionado

Proyecto:

1. Posibilidad de regulación de la temperatura.
2. Posibilidad de regulación de la humedad.
3. Posibilidad de filtración.
4. Nivel de ruido.
5. Grado de integración con el edificio.
6. Inversión inicial.
7. Costo del funcionamiento.
8. Costo de mantenimiento:
   • Origen del equipo y sus partes.
   • Costo del sistema.
   • Representantes técnicos oficiales del equipo para mantenimiento, prevenciones o reparaciones.
   • Grado de accesibilidad al espacio ocupado por el equipo.
9. Análisis de falla.
10. Flexibilidad de uso.
11. Durabilidad / Posibilidad de reparación o reposición.
12. Funcionamiento con características especiales:
    • Continuidad de procesos.
    • Necesidades exigidas por cuestiones sanitarias (ej. quirófano).
    • Atmósferas de funcionamiento agresivo que puedan afectar los equipos (ej. ambientes con piletas de natación, el cloro puede afectar el equipo).

Tipos de Equipos

Split:

• Casette (35 o 17 cm) 1, 2, 4 vías.
• Consola.
• Mural.

VRV:

• Montado en techo: casette, flujo doble, multi flujo, esquina.
• Empotrado en techo / en techo con ducto.
• Montado en techo con ducto.

Ventiladores

En los sistemas VAV, los ventiladores deben absorber las diferencias de presiones provocadas por el cierre de las compuertas.

Tipos de Ventiladores

• Ventilador con velocidad variable: Reduce el caudal de aire en relación directa con la disminución de la carga.
• Ventilador de velocidad constante: Requiere la instalación de una compuerta o persiana by-pass para regular el flujo de aire.
• Ventilador regulando los álabes de aspiración: Reduce el caudal mediante álabes colocados en la aspiración.

Compuertas con By-pass

Se pueden emplear compuertas by-pass del tipo barométricas, en función de la diferencia de presión de entrada y salida del aire. También se pueden utilizar compuertas motorizadas, que accionan un motor modulante comandadas por un presiostato a la salida del ventilador.

Pautas para Diseño de Conductos

1. Espacio disponible.
2. Velocidad del aire:
   • Antes de caja: 800 m/min.
   • Después de la caja: 400 m/min.
   • Retornos: 200 m/min.
3. Nivel de ruido admisible.
4. Pérdidas cuando los conductos pasan por cielorrasos o espacios no aislados con influencia de condiciones térmicas exteriores.
5. Fugas de aire: hermeticidad en las uniones.
6. Pérdidas de presión en la red: A mayores pérdidas, mayor es la potencia que precisa el ventilador para contrarrestarlas y llegar a todas las zonas.

Pérdidas de Presión

• Pérdidas continuas por rozamiento: Lineales a lo largo de los conductos, causadas por la rugosidad de las paredes y la longitud del conducto.
• Pérdidas parciales localizadas: En los accidentes del recorrido, como cambios de dirección, bifurcaciones, cambios de sección, obstáculos y la forma de la sección del conducto. A medida que aumenta el perímetro, aumenta la pérdida de presión. La sección más eficiente es la de menor perímetro, ya que minimiza el rozamiento.

Fan Coil

Fan Coil Individual

Equipos destinados a pequeños locales. Consiste en un gabinete con un serpentín por el cual circula agua fría o caliente proveniente de una unidad de enfriamiento de agua o una caldera, y ventiladores centrífugos que provocan la circulación del aire del local. Cuenta con un pleno de mezcla en la parte inferior para regular las proporciones de aire de retorno del local y aire nuevo de ventilación.

FAN: (Ventilador) COIL: (Serpentín).

Fan Coil Zonal

Recibe agua fría por serpentina, tiene un ventilador grande, una toma de aire exterior (que puede estar contra la fachada o en un pleno) y distribuye el aire frío a través de conductos por toda la planta. Se suele ubicar en la zona de máquinas. Requiere bandejas de condensado para la recolección de agua. Se pueden combinar equipos fan coils individuales y grupales.

Máquinas Enfriadoras

Máquina Enfriadora Condensada por Aire

Debe estar ubicada en una azotea, ya que los condensadores necesitan estar en contacto con el aire exterior. En el evaporador se enfría el agua y se conduce hacia un colector de mando hacia la unidad terminal (fan coil). Este sistema también garantiza la calefacción, ya que el colector puede estar conectado a una caldera para distribuir agua caliente a los equipos terminales.

Máquina Enfriadora Condensada por Agua

Requiere una torre de enfriamiento conectada al condensador, por lo que no es necesario que el condensador esté en el exterior. Circula agua fría por serpentines y se distribuye el aire en el local mediante ventiladores. El agua llega mediante bombas y cañerías desde una unidad enfriadora de agua. Se utiliza en residencias, departamentos, hoteles, hospitales, oficinas, clínicas, escuelas, etc.