Por: Alfredo Sotolongo*
A través de los años, los ingenieros que diseñan sistemas de ventilación han tratado de mantener la calidad del aire interior extrayendo el contaminado y sustituyéndolo por aire exterior, porque se entendía que esa era la mejor solución para diluir los contaminantes. Sin embargo, en la mayoría de nuestros países tropicales el aire exterior se encuentra caliente y húmedo y además, en muchas ocasiones, se encuentra más contaminado que el aire interior que se extrae; por lo anterior, la industria se ha visto obligada a buscar alternativas más eficientes.
En la mayoría de países de la región, las condiciones del aire exterior son de tal magnitud que al introducirlo a la manejadora se añaden a la carga térmica aproximadamente cinco toneladas por cada 1,000 CFM y además, el aire que se usa para ventilación se encuentra contaminado producto de la concentración de escapes de motores de combustión interna de los vehículos y de las plantas industriales. Esta situación ha motivado a instituciones como ASHRAE a desarrollar normas que no solamente contribuyen a regular la calidad, sino también a minimizar el consumo de energía. La norma ASHRAE 62 tiene como propósito especificar la menor ventilación posible para que el nivel sea aceptable para los humanos que ocupan el área acondicionada, con la intención de minimizar cualquier potencial efecto negativo en la salud de los mismos.
La calidad del aire interior se presenta en función de muchos parámetros entre ellos:
a) El estado del aire exterior.
b) El diseño de las áreas acondicionadas, incluyendo la distribución de aire.
c) La operación y el mantenimiento del sistema.
d) La presencia y la magnitud de la concentración de los contaminantes.
La norma ASHRAE 62 especifica procedimientos para obtener los niveles deseados tales como:
a) Procedimiento de proporción: Este método prescribe la razón por la cual el aire exterior debe introducirse en el área acondicionada y está basada en el tipo de uso que se le dé a dicha área. Las tablas de aplicación especificadas por ASHRAE, están expresadas en la cantidad mínima de aire exterior que debe aplicarse por persona en un área determinada. En ocasiones puede llegar a ser hasta de un 100%; en otras palabras, la cantidad de aire exterior podría ser igual a la cantidad total que suministra el sistema de aire acondicionado, lo cual representa un gran desperdicio innecesario de energía.
b) Procedimiento de calidad: La calidad del aire interior se logra en el ambiente acondicionado mediante el control de contaminantes conocidos y que se pueden identificar procesando el aire a través de sistemas de filtración. Este sistema ofrece una alternativa al procedimiento de proporción, el cual minimiza la cantidad de aire exterior por medio del control de los contaminantes hasta lograr ciertos niveles aceptables de concentración. La cantidad reducida aceptable también está sujeta al tipo de uso que se le dé al área acondicionada.
La importancia de un buen filtrado
El procedimiento de calidad es una alternativa que presenta una combinación de sistemas de filtración e introducción de una cantidad menor de aire exterior al ambiente, reduciendo la carga térmica. Esto hace posible el uso de equipos de aire acondicionado de menor tamaño que requieren una inversión inicial más baja, lo cual contribuye a mejorar el medio ambiente y a minimizar el costo de operación del sistema. La eficiencia del proceso de filtración determina la cantidad y las veces que hay que recircular el aire a través de éste, además al realizar el filtrado se deben controlar tanto partículas sólidas como gaseosas.
Al permitir ASHRAE procedimientos alternativos, los fabricantes han invertido años de investigación al desarrollo de filtros que han logrado controlar los contaminantes independientemente del tamaño de las partículas, y también se han desarrollado productos capaces de absorber elementos gaseosas para controlar olores. Sin embargo, para manejar partículas sólidas más pequeñas se requieren filtros de muy alta eficiencia, los cuales aumentan considerablemente la caída de presión del sistema obligando al uso de motores de mayor potencia, hecho que aumenta el consumo de energía.
Entendiendo el problema: En una muestra de aire atmosférico con un volumen de un pié cúbico se encontró que los tamaños de las partículas se distribuyen según la tabla que aparece a continuación, lo cual indica que las partículas menores de 0.5 micrón representan el mayor porcentaje de todas las partículas presentes.
Tamaño en Cantidad de Por ciento de Por ciento de
micrones partículas partículas volumen/masa
10-30 1,000 0.005% 28%
5-10 35,000 0.175% 52%
3- 5 50,000 0.25% 11%
1-3 214,000 1.07% 5%
0.5-1 1,352,000 6.78% 2%
0-0.5 18,280,000 91.92% 1%
Se encontraron 20 millones de partículas en un pié cúbico de aire, de las cuales más de 18 millones tiene un tamaño de 0.5 micrón o menores, constituyendo el 92% de la muestra, sin embargo, representan solamente el 1% de la masa total. El problema que se presenta es que muchas de las partículas de este tamaño, debido a su masa, no pueden ser desplazadas por el sistema de extracción de aire ni atrapadas por los filtros, y solamente son gobernadas por las cargas electrostáticas generadas por las alfombras, pantallas de computadoras, luces fluorescentes, etc., las cuales al adquirir cargas electrostáticas se adhieren a las cortinas, techo, muebles y además, al cuerpo de las personas que están expuestas al ambiente acondicionado.
Por eso, al diseñar el sistema de filtración el fabricante debe tomar en consideración lo siguiente:
1) Atrapar las partículas menores de 0.5 micrón sin crear caídas de presión adicionales al sistema de aire acondicionado.
2) Atrapar partículas gaseosas sin que se sature el medio filtrante, evitando el alto costo de reposición.
3) Evitar que se genere gas ozono durante el proceso, ya que éste tiene un gran poder oxidante.
4) Minimizar el mantenimiento.
5) Utilizar filtros de baja caída de presión y de bajo costo.
6) Que el proceso de filtración consuma la menor cantidad de energía eléctrica posible.
Uno de los sistemas de filtración más interesantes y efectivos lo desarrolló la empresa CRS Industries, Inc., en el año 1962. El sistema CosaTron® está basado en el movimiento browniano, llamado así en honor al botánico escocés Robert Brown, que se refiere al movimiento natural de las partículas suspendidas en gases o líquidos. Dicho sistema incrementa el movimiento de las partículas que, producto de su poca masa, no pueden ser controladas por el caudal del aire ni atrapada por los filtros, para que tropiecen unas con otras y se vayan aglomerando tanto en el ambiente como en el recorrido del aire a través del sistema de distribución. Una vez que las partículas, ya sean sólidas o gaseosas, se han aglomerado, de forma que forman cuerpos de masa mayores, entonces son arrastradas por la corriente de aire y atrapadas por el filtro de mediana o baja eficiencia.
Producto del alto costo de los combustibles y por ende de la electricidad, se justifica ampliamente la implementación de sistemas de filtración, que mantienen la calidad del aire interior cumpliendo con la norma ASHRAE 62 y a la vez ahorran energía, ya que la inversión inicial se recupera en la mayoría de los casos en muy corto tiempo. Les recomiendo a los ingenieros que diseñan aire acondicionado que analicen distintos sistemas de filtración que cumplan con las normas ASHRAE y que seleccionen aquel, que basado en los ahorros de energía, genere recuperación de la inversión inicial en tres años o menos.
El Ing. Alfredo Sotolongo, presidente de Protec, INC., está certificado como ingeniero profesional en Puerto Rico y en el Estado de la Florida; tiene más de 40 años de experiencia en la aplicación y venta de sistemas y equipos para la conservación de energía. Es miembro de ASME (American Society of Mechanical Engineers), AEE (Association of Energy Engineers), por la cual está certificado como ingeniero en administración de energía, y de ASHRAE, de la cual fue presidente del capítulo de Miami. Además, ha presentado numerosas charlas sobre el tema de conservación de energía.
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