FUNDAMENTOS DE DIFUSIÓN DE AIRE PARA SISTEMAS HVAC

Estudios recientes muestran que la mejora de la calidad del aire interior en un factor de 2 a 7 comparado con los estándares existentes, incrementa la productividad en oficinas y el aprendizaje en colegios de forma significativa, mientras que disminuye el riesgo de síntomas alérgicos y asma en hogares (Ole Fanger P, 2006). Por otro lado, conceptos como el ahorro energético también tienen gran importancia en una empresa y requieren que sistemas HVAC tengan un alto nivel de calidad y eficiencia para garantizar la calidad de aire interior y sostenibilidad de la empresa.

CONTENIDO:

  1. DEFINICIONES:

Para entender, seleccionar y diseñar productos HVAC se deben precisar los términos establecidos para dispositivos/variables que componen el sistema, con el fin de comprender las especificaciones dadas. Los más relevantes son:

Figura 1.Elementos sistema de Difusión (HOLYOAKE-AirManagementSolution, 2018)
Figura 1.Elementos sistema de Difusión (HOLYOAKE-AirManagementSolution, 2018)
  • DIFUSIÓN: Distribución del aire en un recinto, a través de una boca de impulsión, en distintos planos y direcciones.
  • AIRE PRIMARIO: Aire que entra en una boca de alimentación por medio de un conducto en la dirección de circulación del aire.
  • AIRE SECUNDARIO: Aire procedente del recinto a acondicionar, inducido por la circulación del aire primario e impulsado a través de una boca de alimentación.
  • AIRE TOTAL: Aire total en movimiento, suma del aire primario más el secundario.
  • AIRE RETORNADO: Aire que pasa por una rejilla de retorno que está conectada a un conducto situado posteriormente dirección del aire.
  • COEFICIENTE DE INDUCCIÓN: Relación entre el caudal de aire total y el caudal de aire primario.
  • UTD: Unidad terminal de difusión.
  • UTE: Unidad terminal de extracción
  • TIRO: Distancia máxima entre el centro del núcleo y un plano tangente a una envolvente de velocidad determinada (tal que 50fpm – 100fpm) y perpendicular a la dirección de propagación del aire.
  • CAÍDA: Distancia vertical entre el plano horizontal más bajo tangente a una envolvente de velocidad determinada, (tal que 50fpm o 100fpm) y el centro del núcleo.

2. FUNDAMENTOS SISTEMA DE DIFUSION:

La difusión del aire condiciona el éxito o el fracaso de la instalación. En efecto, influye directamente sobre el nivel de confort que el ocupante siente y su sensación de frío o calor.

El confort del ocupante depende también de la calidad del aire interior y la difusión del aire está estrechamente ligada a la calidad del mismo a la evacuación de los contaminantes y hace posible un ambiente sano para los ocupantes.

Además, la difusión influye directamente sobre el consumo de energía del edificio y el ahorro energético.

3. ZONA DE OCUPACION

Es la zona del local donde la difusión debe ser confortable y en la cual vive o trabaja el ocupante.

  • T.D.: unidad terminal de difusión.
  • Ak: Área efectiva de la U.T.D.
  • Vz: velocidad máxima presente en la zona de ocupación.
  • Vr: velocidad media en la zona de ocupación o velocidad residual.
  • Aire primario, aire impulsado por la rejilla o el difusor.
  • Aire mezclado, mezcla del aire primario con el aire del local.
  • Aire secundario, aire en la zona de ocupación.

4. INDUCCION

 La tasa de inducción de una rejilla o de un difusor es la relación establecida entre el caudal de aire mezclado y el caudal de aire primario:

Tasa de inducción= (Q primario + Q secundario) /Q primario

Esta relación permite medir la capacidad del difusor para remover el aire del local. Una tasa de inducción importante permite mezclar mejor el aire nuevo con el aire ambiente del local y mejorar el confort.

 

5. EFECTO COANDA

Este efecto describe el comportamiento de un fluido al impactar con una superficie paralela a la dirección del flujo. En este caso se impide un aporte de aire secundario y aparece una ligera depresión que “aspira” el chorro de aire sobre la superficie.

En caso de difusión por pared, la distancia del chorro al aire debe ser del orden de 0,3 mm o si la difusión es por techo el ángulo de difusión debe ser inferior o igual a 45°.

6. TIRO O ALCANCE

Se entiende como tiro, la distancia medida entre la unidad terminal de difusión y un punto del local donde el chorro de aire alcanza una velocidad terminal predeterminada (50 fpm).

Dependerá de:

  • De la forma del chorro de aire (radial, cónico, plano)
  • De la configuración del local.
  • De la situación del difusor.
  • De las condiciones de temperatura.

Tiro respecto a distintas ubicaciones del difusor y la pared:

  1. Cuando la vena de aire encuentra una pared, el alcance XL corresponde a la distancia entre el centro de la UTD y la pared.

2. Cuando el caudal de aire penetra en un local profundo, y no topa con ninguna pared. La vena de aire vuelve hacia la UTD y alimenta el aire inducido. El alcance corresponde, entonces, a la distancia durante la cual la Vz es más elevada.

7. VENAS DE AIRE

El flujo de aire de una vena que sale a través de una U.T.D. es en general de tipo turbulento. Las turbulencias generadas se desplazan en todos los sentidos respetando no obstante la dirección principal de la vena.

Las venas se desplazan arrastrando el aire que las rodea (aire secundario) con el consiguiente aumento de caudal y reducción de la velocidad en el sentido del desplazamiento.

  • Tipos de Venas de aire: Se pueden distinguir tres tipos fundamentales de venas de aire, definidas esencialmente por la forma de la unidad terminal de difusión (U.T.D):

  • Venas cónicas: De sección circular simétrica axialmente, se obtienen a partir de aberturas circulares o rectangulares incluso cuando estas últimas son relativamente alargadas.
  • Venas planas: De sección rectangular, se obtienen solamente a partir de aberturas estrechas y alargadas, sobre todo cuando se extienden a todo lo ancho del recinto, de forma que las paredes laterales eviten la difusión de la vena.

  • Venas radiales: Formadas por múltiples flujos planos distribuidos en forma de corona Circular, se obtienen impulsando el aire a través de aberturas con forma de corona circular.

  • Venas Libres: Corriente te aire en un reciento teóricamente vacío donde las paredes no afectan la difusión, presenta un aumento de caudal progresivo debido a la inducción de aire secundario al aire primario de la vena.

  • Venas adherentes: Formadas debido al Efecto Coanda, se desplaza a través de una superficie y du forma será la de una vena libre se sección transversal reducida, el caudal aumenta en sentido de desplazamiento, pero la velocidad disminuye lentamente. Una vez el número de Arquímedes alcanza un valor crítico, la fuerza de gravedad vence a la generada por el efecto Coanda y la vena se curva hacia abajo, a este punto se le denomina punto de desprendimiento, y se debe garantizar que la vena recorra al menos el 60% de la zona de influencia antes de que esto ocurra.

  • Venas Horizontales: Es una vena no adherente que presenta una desviación hacia abajo cuando la temperatura de la vena es inferior a la del recinto, debido a la diferencia de densidades del aire. Si se presenta una sala con múltiples obstáculos de trayectoria, tales como luminarias sobresalientes, vigas u otros elementos ubicados de forma perpendicular a la dirección de la vena se puede presentar un desprendimiento prematuro de esta, disminuyendo la distancia a la U.T.D y aumentando la diferencia de temperatura entre el aire impulsado y el ambiente.

8. TIPOS DE DIFUSIÓN

Se pueden distinguir dos tipos principales de distribución de aire, los más conocidos universalmente son ventilación por mezcla y ventilación por desplazamiento.

Ambos tipos pueden coexistir en un mismo local y ser afectados por el movimiento de aire producido por el efecto térmico.

 

9. DIFUSION DE AIRE POR MEZCLA

Es el sistema más común. Es necesario introducir el aire a una velocidad suficiente para mezclarse con el aire del local y alcanzar la zona de ocupación, con una velocidad residual y un nivel sonoro confortables.

Esta distribución es relativamente estable con caudales reducidos se ve escasamente afectada por las eventuales fuentes de calor del local.  Con este método, la temperatura y la concentración de los contaminantes son uniformes dentro del local. El desplazamiento de los mismos se obtiene cuando las unidades de impulsión y extracción se sitúan enfrentadas.

Las cargas térmicas (y principalmente las cargas externas en las paredes) influyen enormemente en la circulación del aire, entonces es necesario elegir la situación y el tipo de UTD.

Dependiendo del tipo y ubicación del difusor se pueden tener diferentes efectos, los más comunes son:

Figura 6.Tipos de difusores de mezcla dependiendo del tipo y ubicación del difusor.
Figura 6.Tipos de difusores de mezcla dependiendo del tipo y ubicación del difusor.

Se debe tener en cuenta todas aquellas fuentes exteriores que puedan generar corrientes de convección, dado que existe el riesgo que la vena de aire descienda en la zona de ocupación, cuando entra en contacto con la corriente de convección y que esto ocasione una corriente de aire que des uniformice las temperaturas de la zona ocupada. Entonces, se precisa seleccionar un alcance igual al 70% del largo del local (corrientes de convección: corrientes de aire generadas por una diferencia de densidad del aire en una zona).

10. DIFUSION POR DEZPLAZAMIENTO

Se fundamenta en el efecto termosifón: «el aire caliente, más ligero que el aire frío (o ambiente) tiene tendencia a subir». El aire frío (o climatizado) se difunde a ras de suelo, en la zona de ocupación. Cuando entra en contacto con las fuentes de calor (personas, máquinas), se calienta y sube a la parte alta del local. La difusión del aire se efectúa directamente en la zona tratada:

  • A baja velocidad (de 40 fpm a 80 fpm).
  • A una temperatura ligeramente inferior (0°C – 6°C, 32°F – 43°F) a la temperatura de la zona de ocupación.

Características:

  • Sólo los aportes térmicos en la zona de ocupación (de 0 a 2 m) son tratados, lo que permite reducir el caudal y la potencia frigorífica en servicio para la climatización de un local en relación a una solución tradicional.
  • El confort de este sistema es muy importante: la baja velocidad de la salida del aire permite obtener una baja velocidad de aire residual y un bajo nivel acústico en la zona de ocupación.
  • Además, la difusión por desplazamiento de aire permite obtener una mejor calidad de aire y descontaminar más fácilmente una zona que por un método tradicional. Los contaminantes son evacuados en la parte alta del local y atraviesan una sola vez la zona de ocupación antes de ser expulsados al exterior.

 

BIBLIOGRAFÍA:

  • Airflow. (2015). Manual de difusión del Aire. 85.
  • HOLYOAKE-AirManagementSolution. (2018). Aerodynamic Performance Evaluation Program. https://www.holyoake.com/adpi-selector.html
  • Ole Fanger P. (2006). What is IAQ? INDOORAIR, 16, 328–334.
  • Pérez de Ciriza, P. (2006). Evaluación del Bienestar térmico en locales de trabajo cerrados mediante los índices térmicos PMV y PPD . InstPérez de Ciriza, P. (2006). Evaluación Del Bienestar Térmico En Locales de Trabajo Cerrados Mediante Los Índices Térmicos PMV y PPD . In Instituto Nacional de Seguridad e Higiene En El Trabajo (Pp. 1–16). Http://Www.Insht.Es/Ergonomia2/Contenidos/Prom, 1–16. http://www.insht.es/Ergonomia2/Contenidos/Promocionales/Ambiente termico/ficheros Documento tecnico especifico/DTEEvaluacionBienestarAmbienteTermico.pdf

 

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Abrir chat
1
¿Necesitas ayuda?
Hola, gracias por comunicarse con Laminaire S.A.S, por favor nos indica su nombre, empresa y ciudad de la cual se comunica, y de que mercado hace parte, Aire acondicionado, Industria, Construcción; para comunicarlo con la asesora correspondiente.