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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: |
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- toneladas
de refrigeración, donde
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.
- Frigorías, donde
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.
- BTU, donde 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:
- Máquinas de pared
- Máquinas directamente enfriadoras del aire,
que
luego es llevado frío y retornado caliente por conductos a la
unidad que está colocada en el exterior.
- 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 el calor con
el aire del local.
- 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.
Figura 1
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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.
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Figura 2
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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.
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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 exteior.
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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