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Aire acondicionado

Aunque la palabra acondicionar significa algo así como establecer una condición; el término aire acondicionado, se ha reservado solo, al proceso de mantener un local cerrado a una temperatura estable y agradable, a los usuarios del local por enfriamiento, mientras que si el mismo efecto se logra por calentamiento, siempre se refiere a ello, como calefacción.

Producción de aire frío

La capacidad de refrigeración de los sistemas de aire acondicionado se mide en diferentes unidades de acuerdo al sistema de unidades usado en el  país, así tenemos que puede ser:
Contenido del artículo
Producción de aire frío
Condiciones de los locales a enfriar
Cantidad de frío necesario
Distribución del aire frío
Regulación de la temperatura
  1. Toneladas de refrigeración: una tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor necesaria a extraer, para bajar un grado fahrenheit a una tonelada (2000 lb) de agua pura.
  2. Frigorías: una frigoría es la cantidad de calor que tenemos que sustraer a 1 Kg de agua a 15 grados celcius para disminuir esta temperatura en 1 grado celcius.
  3. BTU: un BTU es la cantidad de calor a extraer a una libra de agua para bajar su temperatura un grado fahrenheit.
Desde el punto de vista constructivo, las máquinas para aire acondicionado pueden clasificarse en:
  1. Máquinas de pared.
  2. Máquinas directamente enfriadoras del aire, que luego es llevado frío y retornado caliente por conductos a la unidad que está colocada en el exterior.
  3. Máquinas que están divididas en dos unidades, una exterior que produce y bombea el refrigerante líquido a otra interior conocida como consola donde se evapora el refrigerante y se intercambia calor con el aire del local.
  4. Máquinas exteriores enfriadoras de agua, esta agua luego se bombea por tuberías y se usa para enfriar el aire localmente en intercambiadores de calor distribuidos por toda la edificación.
Cada una de estas máquinas de aire acondicionado encuentran su campo de aplicación en dependencia del volumen y tipo de edificación a servir, así por ejemplo, las máquinas de pared están reservadas al enfriamiento de un solo local, si además este tiene, alguna pared que comunique al exterior, mientras que las máquinas de los casos 2 y 3 se usan para acondicionar el aire de toda una vivienda o una planta completa de un edificio de pocos pisos de altura. Los sistemas por enfriamiento de agua se reservan para edificios de muchos pisos donde el relativo poco diámetro de los conductos de agua, así como su facilidad de bombeo, hace mas viable el proyecto.

Un esquema general de un sistema de aire acondicionado enfriador del aire de manera directa, se muestra a continuación en la figura 1.

Aire acondicionado

Figura 1

En el dibujo pueden apreciarse las mismas partes básicas de un sistema de refrigeración por licuefacción, compresor, condensador, evaporador y válvula de expansión. La característica diferenciadora de este sistema contra uno de refrigeración convencional es que en este, las temperaturas finales necesarias son mucho mas altas (con un mínimo de aproximadamente 10 grados celsius), mientras que en el refrigerador convencional, puede estar en el orden de las decenas de grados celsius bajo cero.

Otra diferencia significativa es el hecho de que en este caso, se enfrían grandes cantidades de aire, haciéndolo circular forzadamente por el evaporador con el uso de un ventilador, este aire contiene polvo y otros elementos sólidos en suspensión, que tienden a adherirse a las paletas del evaporador frías y húmedas, formando una capa aislante y obstruyendo el paso del aire a través de ellas, por lo que se hace necesario el uso de filtros que se renovarán de tiempo en tiempo.

Adicionalmente estos sistemas a diferencia con el refrigerador convencional, deben intercambiar constantemente, una parte del aire interior del local, con aire exterior, a fin de mantener una atmósfera respirable y sana dentro de los locales.

Un típico sistema aire acondicionado de consola puede verse en la figura 2.

En el dibujo se han obviado las partes pertenecientes a la producción del refrigerante comprimido (compresor y tuberías) y solo está representada la consola intercambiadora de calor.
dibujo
Figura 2

Estas consolas generalmente están provistas de dos ventiladores de tipo axial, uno para forzar aire exterior a través del condensador, para licuar el refrigerante comprimido, y otro para recircular el aire interior a través del evaporador, e intercambiar parcialmente un poco de aire interior con aire fresco procedente del exterior.

En todos los casos, en la superficie frontal del evaporador, o en la entrada a la cámara donde está este, se coloca un filtro especial, capaz de retener las partículas sólidas en suspensión en el aire de entrada, sin producir resistencia apreciable al paso del aire.

En algunos casos, la parte correspondiente al condensador está junto con el compresor en una misma unidad, y el refrigerante llega líquido a la consola. En este caso, la consola es mas pequeña y solo consta del ventilador de impulsión, el evaporador y el sistema de filtrado. Tiene el inconveniente que el intercambio de aire interior por aire fresco no puede realizarse, este intercambio no es importante cuando los locales son grandes y lo usan pocas personas, donde el abre y cierre de puertas, las pérdidas de hermeticidad de ellas y las ventanas, así como el intercambio natural de chimeneas y conductos de respiración de dispositivos domésticos es suficiente.

Para grandes edificios donde se usa  el método de enfriamiento de agua, pueden utilizarse sistemas de refrigeración por absorción con una consola por local, que utiliza el agua fría como refrigerante. Los sistemas de ventilación de estos grandes edificios son sistemas independientes.

Para el mantenimiento de una temperatura estable, en todos los sistemas de aire acondicionado, se acude al uso de termostatos, estos termostatos pueden controlar el arranque y parada de los compresores, o el accionamiento de sistemas eléctricos o hidráulicos que abren y cierran compuertas del aire frío, o del agua fría, según el caso.

Condiciones de los locales a enfriar.

Para obtener un sistema de aire acondicionado energéticamente eficiente, los locales deben cumplir ciertos requisitos de hermeticidad y aislamiento térmico. Locales poco herméticos o con grandes entradas de calor por paredes, techos y pisos no son adecuados, y su consumo energético sería muy elevado.
Es práctica común en climas calurosos, revestir las paredes exteriores por su parte interior, con un material termo aislante de unos 19 mm de grueso y luego recubrirlo con paneles de yeso-papel, madera contrachapada y similares. También los falsos techos o cielo raso se recubren con capas de unos 100 mm de aislante a base de fibra de vidrio u otro similar.

Para este propósito, los techos de color blanco son los mas adecuados.

Cantidad de frío necesario.

La capacidad de refrigeración necesaria de la instalación enfriadora para determinado local, se establece partiendo de los metros cuadrados de pared exterior.
Estos requerimientos están influidos además por varios factores, los mas importantes son:
1.- Área de pared con vidrios (mientras mas vidrios mas pérdidas).
2.- Generación interior de calor por equipos o instalaciones.
3.- Número de personas a un tiempo dentro del local.
4.- Tipo de techo y si este da al exterior.
5.- Temperatura exterior anual promedio.
6.- Orientación geográfica.
7.- Materiales de construcción, existencia o no de aislamiento térmico.
8.- Color exterior de las paredes y techos.
9.- Otros
En la práctica se acepta que el rango de frigorías por metro cuadrado de pared oscila entre 100 y 150 en dependencia de los factores adicionales influyentes relacionados anteriormente.
Pueden reducirse los kilowatts de potencia de una máquina frigorífica a frigorías, multiplicándolos por 0.86.

Distribución del aire frío

Una vez creado el aparato de preparar el aire frío, es necesario distribuirlo adecuadamente entre los diferentes locales objeto de servicio, de manera uniforme, para lograr que en todos ellos, exista la misma temperatura. Esta distribución cuando se trata de múltiples locales casi universalmente se hace a través de conductos.

El proyecto de los conductos y sus partes, para la adecuada distribución del aire frío en las localidades, puede ser, desde una simple abertura de vertido y otra de retorno en la propia máquina como en el caso de las de pared, hasta complejos sistemas dotados de un entramado de conductos de diferentes secciones de flujo interconectados, con múltiples rejillas de salida y retorno, sistemas de compuertas reguladoras de flujo y de control en caso de incendio etc.

Para un adecuado funcionamiento de un sistema de aire acondicionado, con independencia de su complejidad, es muy importante, no solo distribuir el aire frío en mayor o menor grado a cada local según sus condiciones, si no también, lograr un adecuado retorno. Una ventana de salida de aire frío en un local,  será infuncional si el aire frío vertido no tiene posibilidades bien definidas de retornar a la máquina frigorífica.

Regulación de la Temperatura

Para que un sistema de aire acondicionado funcione adecuadamente será necesario como ya se ha indicado, el uso de termostatos. Estos termostatos pueden variar sustancialmente de una instalación a otra dependiendo de la complejidad del sistema. Para un sistema simple como el de una vivienda, el termostato se reduce a un control eléctrico que enciende y apaga el compresor y los ventiladores de recirculación de aire, pero en el caso de edificaciones comerciales donde pueden estar muchas personas al mismo tiempo, lo mas común es utilizar termostatos de bulbos dobles incluidos en el mismo cuerpo y accionados por la misma palanca de control.

Uno de estos termostatos sirve pera encender y apagar el compresor, y el otro para los ventiladores de recirculación. Los dos están defasados un tanto en valor de temperatura de manera que siempre el termostato que controla el compresor funciona a una temperatura mas alta que el otro, de esta forma el compresor se apagará y encenderá de manera intermitente para mantener la temperatura del local ,pero siempre los ventiladores de recirculación permanecerán encendidos para garantizar el adecuado intercambio de aire con el exterior.

Si se desea apagar a mano todo el sistema, se puede hacer subiendo la palanca de temperatura por encima del valor de calibración del termostato de los ventiladores de recirculación.

Tema relacionado:
El aire acondicionado y el fuego.

Otras máquinas térmicas aquí.
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