1.5.- Unidades de tratamiento de aire.

Como has visto anteriormente el acondicionamiento del aire consiste en suministrar a los locales un volumen de aire en unas determinadas condiciones de temperatura, humedad y calidad del mismo.Una unidad de tratamiento de aire (UTA) es el equipo en donde podemos darle al aire esas condiciones necesarias de Humedad relativa, Temperatura y calidad. El climatizador es donde se modifican las condiciones del aire para el tratamiento final de los locales a tratar.

Los diseños de climatizadores han evolucionado en estos últimos años, llegando a modelos extra planos, de alturas muy pequeñas ideales para instalar en falsos techos, pero en todos los casos se trata de una composición modular realizada en base a secciones.

Lo que define el tamaño que debe tener el climatizador a instalar, es el caudal de aire. Si la capacidad de paso es limitada generará problemas de ruido y pérdidas por transmisión de calor. La UTA se compone, a la manera de un mecano, de varias secciones. A continuación vas a estudiar en detalle cada una de ellas.

Envolvente-carcasa

Un climatizador puede instalarse a la intemperie o a techo cubierto, para esto lleva una envolvente metálica que cumple la función de dar soporte a los módulos que forman el equipo y de servir de aislamiento térmico y acústico al mismo tiempo. La envolvente incluye un bastidor por secciones, compuesto por perfiles de acero para darle mayor resistencia. Los perfiles van unidos entre sí por medio de piezas de ensamblaje y tornillos. El cerramiento es de paneles formados por dos chapas de acero galvanizado, y con poliuretano que se coloca en los huecos entre las chapas como aislante térmico y acústico.

En el caso que se haga la instalación a la intemperie, debe reforzarse el acabado para evitar daños por inclemencias climáticas. Para mejorar el aislamiento acústico se puede realizar algunas perforaciones a la chapa interior. El climatizador, finalmente, debe colocarse directamente en el suelo con apoyos antibrivatorios o silentblocks. Existen otros elementos como silenciadores de ruido que se trasmite al exterior de la UTA y del ruido transmitido a través de la corriente de aire por las secciones del sistema de climatización. Estos silenciadores se construyen a partir de materiales absorbentes, como la lana de vidrio.

Mitsubishi. *Aspecto exterior de una UTA* (Todos los derechos reservados)

Entrada de aire

Se utiliza para la entrada de aire, ya sea exterior o de recirculación. Debe estar en condiciones de ser conectada a un conducto o protegida contra pájaros y disponer de visera anti-lluvia. Lleva incorporada una compuerta para la regulación del caudal y de cierre total que puede ser accionada manualmente, o a través de un motor.

Las compuertas pueden ser de dos tipos: con aletas paralelas o en contraposición. Las de aletas paralelas se utilizan para cierre, todo o nada y ocasionan menor perdida de presión. Las de contraposición son utilizadas para regulación. Debes tener en cuenta que a mayor longitud de las aletas menor presión soportarán.

Ventilación

En las UTA , el ventilador más empleado es, sin duda, el centrífugo de doble oído. Aunque se pueden emplear otros tipos de ventiladores (axiales) sobre todo si se puede hacer una conexión con cambios de sección y de forma suficientemente suave y si, por imposición del espacio disponible o del recorrido, es conveniente separar el ventilador y la UTA.

Dentro de los ventiladores centrífugos, se pueden clasificar en orden de rendimiento decreciente, como:

De álabes aerodinámicos: velocidad de giro alta, cuidadosa construcción.
De álabes curvos: velocidad de giro alta.
Radiales: dan mayor presión que los anteriores, más adecuados para manejar aire sucio.
De álabes múltiples curvos: rendimiento inferior a los anteriores; no son aptos para presiones elevadas.

Es muy importante contemplar debidamente el diseño del acoplamiento entre el ventilador y el conducto. Un mal diseño puede producir unas caídas de presión estática considerables. Cobran también mucha importancia las características constructivas de la UTA: un buen recubrimiento interior de la sección de ventilación, con materiales absorbentes acústicos ayudará a reducir la reverberación y, por tanto el nivel sonoro en el interior de la sección.

Filtrado

Como has visto anteriormente un buen sistema de aire acondicionado debe ocuparse también de la calidad del aire. La calidad del aire se consigue con un nivel de ventilación adecuado y un correcto filtrado de las partículas contaminantes.

El filtrado del aire se realiza mediante filtros de diversos tipos. Los filtros pueden ser, de mayor a menor eficacia de filtrado, los siguientes:

Filtros planos: están montados verticalmente unos sobres otros, el aire pasa a gran velocidad y por tanto la eficacia del filtrado es baja, aunque suficiente para la mayoría de aplicaciones de confort humano. Son bastante eficaces en lugares donde no hay grandes contaminantes.
Dependiendo del tipo de manta que use será más o menos eficaz en el filtrado. Puede ser una manta regenerable o de un solo uso.
Filtros en V: van montados en pliegues con forma de V tumbada. Esto aumenta la superficie de filtrado y la velocidad del aire. Es más eficaz que el filtro plano pero igualmente bajo en eficacia de filtrado.
Filtros rotativos: la manta filtrante avanza desde un tambor superior a otro inferior. Este movimiento puede ser manual o automático. La automatización se realiza mediante un presostato diferencial que mide presión antes y después del filtro. Cuando la diferencia entre ambas lecturas supera un valor dado, el presostato pone en funcionamiento un motor que arrastra la manta filtrante y presenta una superficie limpia preparada para el filtrado del aire.
Filtro de bolsa: son muy eficaces, con una gran superficie de filtrado. El aire entra por la boca de la bolsa y es expulsado por la superficie lateral. Para evitar que las bolsas se colmaten conviene colocarles un prefiltro que elimine las impurezas. En este caso la sección es de mayor longitud. En la imagen puedes ver como es un filtro de este tipo.

Mezclas

La sección de mezclas se compone de 2 secciones vacías, con tres compuertas motorizadas. El controlador de la UTA actúa sobre las tres compuertas utilizando la mejor combinación entre aire recirculado y aire exterior. Cuando las condiciones exteriores son desfavorables introducirá la menor cantidad posible de aire exterior para asegurar la ventilación del local. Pero cuando las condiciones son favorables lo que hace es cerrar la compuerta intermedia y abrir completamente las de aire descartado y aire exterior. Así, el aire interior se renueva completamente y no es necesario utilizar las baterías de tratamiento del aire.

Ahorro energético, tomando del exterior mayor proporción de aire (o la totalidad del caudal movido) cuando su entalpía sea más conveniente que la del aire de retorno. Es lo que se denomina como enfriamiento gratuito (free-cooling en inglés). El enfriamiento gratuito se produce cuando las condiciones externas son favorables y la UTA permite la climatización sin hacer un gran gasto energético, simplemente introduciendo aire exterior y expulsando todo el aire de retorno.
Asegurar un caudal mínimo de aire exterior para renovación.
Impedir la entrada de aire exterior.
Controlar la presurización de la zona acondicionada.

Humectación

Al utilizar baterías de calefacción reducimos el nivel de humedad relativa del aire lo que disminuye la sensación de confort. Por esta razón es necesario aumentar el contenido de vapor de agua en la corriente de aire tratada.

Para realizar la humectación del aire podemos utilizar el sistema de “paneles higroscópicos” construidos de celulosa. Son altamente eficaces y de bajo coste operativo. Este sistema consiste en un relleno de celulosa en forma de panel poroso y húmedo, muy semejante a un panel de abejas, abierto a la corriente de aire. En la parte inferior de la sección hay una bandeja con agua, desde donde se aspira agua con una bomba pequeña, dejándola caer por la parte superior de los paneles, impregnándolos. Al pasar el aire por éstos los va secando, captando agua.

Otra técnica para humectar el aire es el “lavador de aire”. Consiste en pulverizar agua sobre la corriente de aire, utilizando una electrobomba potente con boquillas de pulverización. La pulverización se recomienda hacerla contra la corriente ya que de este modo es más eficaz. Este sistema tiene el inconveniente de requerir de un separador de gotas a continuación, para evitar el arrastre de agua que pueda corroer las partes metálicas del equipo. Por otra parte requiere de un volumen amplio para la balsa de agua, red de tubos y boquillas, así como de una potente bomba.

“La humectación por vapor” teóricamente es la forma ideal de humectar el aire ya que la afinidad del aire por el vapor de agua es máxima al encontrarse en el mismo estado gaseoso ambos, sin embargo requiere de una gran potencia. Para incrementar de 5 gr. de agua por Kg de aire se requiere del orden de 3 W/Kg, lo que en un climatizador no demasiado grande, por ejemplo 10.000 m³/h, supondría una instalación de unos 35 kW.

Es importante señalar que mientras la humectación por vapor mantiene la temperatura seca del aire, tanto el lavador como los paneles realizan la humectación sobre una línea de entalpia constante. Como viste al estudiar el diagrama psicrométrico esto supone que la temperatura seca descienda.

Calentamiento

Aquí el aire pasa a través de una batería de calefacción que esta recorrida interiormente por un fluido calefactor, lo que da como resultado un calentamiento sensible del aire. Normalmente se utiliza agua caliente procedente de una caldera, aunque también se puede utilizar aceite térmico, baterías de calefacción por vapor, baterías eléctricas. Otra alternativa es utilizar una batería de expansión directa utilizándose el calor de condensación. Las baterías para agua caliente más comunes son de tubo de cobre con aletas de aluminio. Para altas temperaturas se utilizan baterías de tubo y aletas de acero.

En el caso de usar una batería eléctrica, deberá incorporarse un interruptor de flujo de aire y termostato de seguridad. Se recomienda una velocidad de aire de 2 a 3 m/s cuidando que la temperatura del aire una vez pasado por la batería no supere los 45 grados, para garantizar la refrigeración del motor eléctrico instalado corriente arriba.

Enfriamiento

En este caso el aire hace su recorrido por una batería que contiene un fluido mas frío que el aire, experimentando un enfriamiento y posible deshumidificación si la temperatura superficial de las aletas y la tubería es inferior a la del punto de rocío del aire que circula por el climatizador, condensándose de este modo el vapor de agua sobre las aletas.

Estas baterías se construyen en tubo de cobre y aletas de aluminio o puede ser totalmente de cobre. Los fluidos más utilizados para el enfriamiento son agua fría proveniente de una enfriadora o directamente en el evaporador de una maquina frigorífica.

Como suele haber problemas de formación de agua, estas baterías llevan en su parte inferior material impermeable para la evacuación del agua condensada. Es un aspecto problemático ya que a pesar de la aparente sencillez provoca numerosos problemas. Para paliar estas situaciones se debe de tener en cuenta los siguientes aspectos:

Respetar el diámetro de la tubería recomendada por el fabricante.
Al momento de instalar, considerar la pendiente necesaria hacia el conducto de evacuación evitando las acumulaciones de agua.
Aislar los tubos para evitar condensaciones en las paredes del mismo.
Instalar un sifón de altura mínima dos veces la depresión existente en la bandeja, para evitar la entrada de aire y permitir la libre evacuación de agua.