El correcto manejo del aire exterior en las unidades de aire acondicionado y ventilación ofrece condiciones mucho más apropiadas para los usuarios de un determinado espacio como un edificio comercial, hospitales, hoteles, entre otros.
por Alfredo Sotolongo*
¡La energía más económica de producir es la que se ahorra!
En los últimos meses he tenido la oportunidad de seleccionar múltiples unidades para manejar 100% de aire exterior. Este es un tema sumamente importante en lo que se refiere al ahorro de energía, especialmente en lugares en que el aire exterior tiene alta humedad y temperatura.
Como Uds. saben, el instrumento más importante para entender el comportamiento del aire es la Tabla Psicrométrica que presenta cada condición del aire como Entalpia, Bulbo Seco, Bulbo Húmedo, Humedad Relativa, etc., siendo estos cuatros los más importantes en lo que se refiere a aire exterior de ventilación.
- Entalpía: es el contenido calorífico del aire medido en BTU por libra de aire seco y que resulta muy práctico, porque con la cantidad del aire en pies cúbicos por minuto (CFM) y el diferencial de Entalpia, se puede calcular el calor total. La ecuación es la siguiente:
Qt = (4.5)(CFM)(Cambio en Entalpia). Donde la constante 4.5 sale de dividir 60 minutos en una hora entre el volumen específico del aire, en este caso 13.4 pies cúbicos por libra. El valor del volumen específico está supeditado a la presión y la temperatura.
- Bulbo Seco: es la temperatura del aire sin cambio de estado, medido con un simple termómetro con el bulbo seco.
- Bulbo Húmedo: es la temperatura del aire al evaporarse, medido con agua en el bulbo del termómetro.
- Humedad Relativa: es la relación que existe, en porciento, al dividir la densidad del vapor de agua en el aire expresado en libras por pie cúbico entre la densidad del vapor de agua saturado a una temperatura en particular de bulbo seco, expresado también en libras por pié cúbico.
Entre las razones por las cuales se necesitan las unidades diseñadas para manejar 100% del aire exterior se encuentran las siguientes:
- Para no recargar las unidades dentro del edificio con la carga térmica que tiene el aire exterior.
- Minimizar la humedad dentro de las áreas acondicionadas lo cual puede crear situaciones de moho en el ambiente resultando en daños a la decoración y lo que es peor, afectando la salud de las personas que ocupan esas áreas acondicionadas.
Estas unidades también se pueden seleccionar con intercambiadores de energía aire a aire, los cuales aprovechan la baja entalpia del aire previamente acondicionado que se extrae del edifico para reducirle la entalpia al aire exterior que se introduce para la ventilación antes de entrar al serpentín de la unidad, disminuyendo la capacidad del mismo.
Muchas cadenas hoteleras responsables y por supuesto hospitales, toman muy seriamente esta situación y tratan de evitar el deterioro de la calidad del aire interior. Para asegurarse que esto se logre, recurren al uso de unidades que manejan 100% de aire exterior y que dichas unidades venga preparadas con todos los componentes necesarios para lograr el control de humedad y el ahorro de energía optimo.
En áreas cercanas al mar, donde el aire además contiene abrasivos como la arena y el salitre, es recomendable proteger los serpentines de enfriamiento y de condensación con pinturas especiales anticorrosivas, para lograr una vida útil lo más larga posible.
En nuestros países, especialmente entre los Trópicos de Cáncer y Capricornio, no solamente en áreas cercanas al mar, la entalpia del aire exterior es sumamente alta y puede fluctuar entre 43 y 48 BTU por libra de aire seco. Mientras que la condición del aire exterior de ventilación que se recomienda para inyectar, después de ser procesado por dichas unidades, debe de estar lo más cerca posible de lo que se le llama Aire Neutral, con un bulbo seco de 75F y humedad relativa de 50 % que representa una Entalpía de aproximadamente 28.4 BTU por libra de aire seco.
Por ejemplo: la unidad debe ser capaz de remover del aire exterior las siguientes toneladas de calor total por cada 1,000 CFM y además recalentar el aire para lograr inyectarlo como Aire Neutral:
Qt = (4.5) (1000) (48 – 28.4) = 88,200 BTU-HR = 7.35 toneladas por cada 1,000 CFM
Hay varias aplicaciones de las unidades de 100% aire exterior para lograr las condiciones de Aire Neutral, siendo la más recomendable la expansión directa, utilizando recalentamiento por gas caliente modulante.
En el caso que se utilicen serpentines de agua fría, se recomiendan tubos de calor (Heat Pipe), lo que contribuye a bajar la capacidad térmica del serpentín de la unidad y recalienta el aire a las condiciones de Aire Neutral. En ambos casos, utilizando recalentamiento por gas caliente modulante o utilizando tubos de calor, el recalentamiento se logra sin añadir ninguna energía adicional.
Todas las normas establecidas recomiendan seguir las tablas de ASHRAE para considerar el valor de la Entalpía del aire exterior en cada país. En mi opinión, debemos seleccionar unidades que verdaderamente sean diseñadas tomando en consideración lo siguiente:
- Serpentines de enfriamiento y recalentamiento con la capacidad necesaria para llevar el aire a condiciones de Aire Neutral minimizando el consumo de energía.
- Los controles suministrados con la unidad para que el control de temperatura y humedad sea lo más eficiente posible.
- Si se localiza en el exterior, el gabinete de la unidad debe ser construido con la resistencia térmica de por lo menos R-13 y protección externa contra abrasivos como el salitre y arena.
- Protección anti corrosión para todos los serpentines en contacto con el aire exterior.
De necesitar más información de cualquiera de los temas tratados en esta columna, favor de comunicarse conmigo al correo [email protected]
* 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), ASHRAE y fue presidente del capítulo Miami de dicha asociación.
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