Equipos de aire acondicionado

Configuración de los equipos de aire acondicionado

Un sistema central tiene estas partes:

• Fuente de calor o frío: una enfriadora produce agua fría (unos 7 C); una caldera o una bomba de calor produce agua caliente para calefacción. Una torre de refrigeración o una unidad exterior saca el calor al exterior.
• Bombas y tuberías: llevan el agua.
• Unidad de tratamiento de aire (UTA): filtro, batería (de frío o de calor), ventilador y, a veces, un humidificador.
• Conductos y difusores: llevan y reparten el aire en las habitaciones.
• Control: sensores, controlador y válvulas.

El camino del aire es: aire de la habitación, filtro, batería, ventilador, conducto, difusor, habitación.

Equipos centrales e individuales

Los sistemas centrales producen agua fría o aire frío en un solo lugar y lo envían a muchas habitaciones. Van bien en edificios grandes: buen control, alta eficiencia y un único sitio de mantenimiento, pero necesitan salas de máquinas y patinillos.

Los sistemas individuales (de ventana, split, cassette, VRF) atienden una habitación o una zona. Son baratos, fáciles de instalar y cada habitación se controla por separado, pero muchos equipos pueden significar más ruido en el exterior y más mantenimiento. Un split tiene una unidad interior y una exterior unidas por tuberías de refrigerante. El VRF une muchas unidades interiores a una sola unidad exterior.

Control de los equipos de aire acondicionado

Un lazo de control tiene un sensor (de temperatura o de humedad), un controlador y un actuador (válvula, compuerta o velocidad del ventilador). El controlador compara la lectura con el valor deseado y actúa. Una válvula de dos vías se abre más cuando la habitación está caliente. Otros controles: velocidad del ventilador, posición de la compuerta de aire exterior y horarios que apagan la planta por la noche.

Esto es un lazo de realimentación: medir, comparar, actuar y repetir.

Ahorro de energía en el aire acondicionado

• Fija la temperatura entre 24 y 26 C: cada grado más ahorra cerca del 6%.
• Aísla paredes y techo; da sombra a las ventanas; sella las rendijas.
• Usa compresores inverter y ventiladores y bombas de velocidad variable.
• El VAV (volumen de aire variable) reduce el caudal cuando la carga es pequeña. La potencia del ventilador baja aproximadamente con el cubo de la velocidad.
• Recupera el calor del aire que sale; usa enfriamiento gratuito cuando el aire exterior está fresco.
• Limpia filtros y baterías; arregla las fugas; apaga las habitaciones vacías.

COP = frío producido / energía eléctrica consumida. Un COP más alto significa menos electricidad para el mismo frío.

Diseño de los equipos de aire acondicionado

Pasos del diseño: (1) calcular las cargas de frío y de calor; (2) elegir la capacidad de la planta (kW o TR); (3) calcular el caudal de aire V = Q / (rho x cp x ΔT); (4) dimensionar los conductos, área A = V / v (unos 5 m/s en oficinas); (5) calcular el caudal de agua fría m = Q / (cp x ΔT), con cp = 4.18 kJ/kg K; (6) elegir bombas, ventiladores y controles. Añade un pequeño margen de seguridad, pero evita sobredimensionar.

Fórmulas y definiciones clave

• COP = frío producido / potencia eléctrica
• Caudal de aire V = Q / (rho x cp x deltaT), rho = 1.2 kg/m3, cp = 1.005 kJ/kg K
• Área del conducto A = V / v
• Caudal de agua m = Q / (cp x deltaT), cp = 4.18 kJ/kg K
• El ahorro es de cerca del 6% por cada grado más de temperatura de consigna

Ejemplos resueltos

Errores comunes

• Elegir un equipo mucho más grande que la carga, de modo que arranca y para sin parar (ciclos cortos).
• Poner el termostato al sol o cerca de una fuente de calor.
• Olvidar limpiar los filtros, lo que obliga al ventilador a trabajar más.
• Confundir el COP (no tiene unidad) con la potencia en kW.