En esta unidad de trabajo y en anteriores has visto como se calcula las necesidades térmicas, el caudal de aire a introducir para ventilación, los conductos, bocas de aire, ventiladores, etc. Para completar el cálculo de una instalación de aire acondicionado nos falta únicamente calcular la potencia frigorífica de la batería que tiene que acondicionar los locales. Observa el siguiente dibujo.
Se trata de una UTA que climatiza un local. La numeración corresponde a las distintas etapas por las que pasa el aire. El punto 1 es el aire exterior de renovación. El punto 2 es el aire interior que retorna por el conducto de retorno y se expulsa, en parte, para renovar el aire. El aire 2 que no se ha expulsado se mezcla con el aire 1 exterior dando lugar a una mezcla 3. Esa mezcla se pasa por la batería de frío. Allí, idealmente se podría llegar a un aire 4, pero la eficacia de esa batería no es el 100%, tiene un factor de by-pass, y lo que realmente se obtiene es un aire 5. Ese aire 5 es el que se introduce en el local para hacer frente a las cargas térmicas.Este proceso lo podemos ver con el diagrama psicrométrico:
Punto 1: son las condiciones del aire exterior, 37,6 ºC (seca), 26,6 ºC (húmeda), humedad absoluta 17,5 g/kg.
Punto 2: es el aire que retorna del local, con las condiciones fijadas en el mismo: temperatura seca 24 °C, humedad 45 %, humedad absoluta 8 g/kg.
Punto 3: el aire de retorno se mezcla con el aire exterior en una proporción, aproximada de de 3 a 1 (tres partes de aire de recirculación por una parte de aire exterior), resultando una mezcla en las condiciones del punto 3, con 28 ºC, 46% de humedad relativa y 11 g/kg de humedad absoluta.
Punto 4: son las condiciones de la batería: temperatura de rocío de 12,5 ºC (100 % humedad)
Punto 5: el aire de la UTA no sale a la temperaturade la batería, sino a una temperatura mayor, ya que todo el aire no toca la batería. Depende de la velocidad del aire (a mayor velocidad, menor proporción del aire saldrá a la temperatura de la batería) y de la constitución de la batería: número de aletas y número de filas de la batería (a mayor número, mayor proporción de aire a la temperatura de la batería). El denominado factor de by-pass de la batería (FB) indica la proporción del aire que no se refrigera. Por ejemplo, si el factor de by-pass fuera 1, equivaldría a que todo el aire es de recirculación, sin tratamiento térmico. Un factor de by-pass de 0 supondría que todo el aire que entra en la batería alcanza la temperatura de esta (cosa imposible). Lo más normal son factores bajos. Por ejemplo, un FB = 0,25 equivale a mezclar un 75% de aire con las condiciones de la batería (Punto 4), con un 25 % de aire de la mezcla (Punto 3). En el gráfico, vemos que el aire, a la salida de la batería, lo hace con 14,5 ºC.
Punto 6: tras el paso por el ventilador y roce con los conductos el aire aumenta un par de grados su temperatura. Sale con 16,5 °C, 72 % de humedad relativa y 9 g/kg de humedad absoluta.
Tramo del punto 6 al punto 1. El aire impulsado al local desde la UTA, va aumentando su temperatura y, en este caso, habría un proceso de deshumidificación externo que haría bajar la humedad. Posteriormente se inicia de nuevo el ciclo.
Proceso de selección de una UTA
Las fases para seleccionar una UTA son las siguientes:
1.- Valores de temperatura y humedades interiores y exteriores. Dependerán del uso del local y su emplazamiento.
2.- Niveles de confort a alcanzar: temperatura, humedad relativa, limpieza del aire. Dependerán del nivel de calidad requerido en la instalación. Si se precisa controlar la humedad relativa con precisión, se incluirá un módulo de inyección de agua o de deshumidificación. Si se precisa una gran pureza del aire impulsado, se incluirán módulos de filtros de bolsas o filtros electrostáticos.
3.- Demanda térmica del local, con el porcentaje de calor sensible y latente: Se conocen mediante el cálculo de la carga térmica del local. Se debe aplicar un coeficiente de seguridad en la selección del equipo de un 5 al 10% por encima, ya que el rendimiento del equipo puede bajar por las condiciones del mantenimiento (suciedad filtros, envejecimiento, etc.). En este apartado hay que calcular el Factor de Calor Sensible, que es la proporción de la carga térmica sensible frente a la carga térmica total:
Este valor se señala en la escala del Factor de Calor Sensible, situada a la derecha del diagrama psicométrico y se traza una recta uniendo el valor señalado en la escala con el foco.
A continuación se traza una paralela que pase por el Punto 2 (condiciones del local) hasta cortar la curva de saturación, el punto de corte es el Punto 4. Esta recta que hemos trazado de 2 a 4, paralela a la otra recta, es la recta de trazos 2-4, llamada recta térmica efectiva del local. La vertical que baja desde el Punto 4 nos da la temperatura de rocío t4 de la UTA. En la siguiente imagen, con un FCS = 0,65 y una condiciones interiores de 25 ºC y 55 % de humedad, tenemos una temperatura de rocío de 9 ºC.
4.- Caudal de aire a suministrar al local, dependiendo del caudal necesario de ventilación y de las condiciones higrotérmicas. El caudal de ventilación dependerá de la ocupación del local, y por lo tanto, es preferible que pueda ajustarse automáticamente, por control de CO2, control de presencia o mediante un programador. El caudal total necesario se calcula con:
La carga térmica sensible se pone en W y el caudal que obtenemos es en m3/h.
5.- Necesidad de recuperación del calor de extracción. En grandes instalaciones es obligatorio recuperar las calorías del aire extraído, y cederlas al aire de ventilación introducido en caudales de ventilación mayores de 0,5 m3/s (en el RITE a punto de modificarse son 4 m3/s). Aunque los recuperadores son equipos caros, cada día se van introduciendo más en las instalaciones comerciales.
6.- Temperatura de la mezcla. Se calculan la temperatura y humedad de la mezcla del aire de retorno con el aire exterior de ventilación que es necesario introducir. Ello se hace con la fórmula de las mezclas que vimos en otra unidad (utilizando caudales volúmetricos en lugar de másicos, porque el error es muy pequeño).
7.- Temperatura del aire de impulsión. Una vez que el aire de la mezcla pase por la batería de frío, teniendo en cuenta el factor de by-pass (FB), la temperatura será:
8.- Potencia de la batería de frío. Teniendo en cuenta los valores de las entalpías y la aproximación entre caudalesmásicos y volumétricos, podemos determinar la potencia de la batería con la siguiente fórmula:
9.- Posibilidad de enfriamiento gratuito por funcionar en horario nocturno. Debe preverse siempre en instalaciones con funcionamiento durante la tarde o noche: hospìtales, edificios de seguridad, instalaciones de ciclo continuo, aeropuertos y estaciones, etc.
10.- Temperaturas de los circuitos de agua fría y caliente. En general, pueden variar dependiendo de si la fuente de calor es una caldera o una bomba de calor. Anteriormente, ya hemos justificado el que las temperaturas del agua de calefacción deben ser lo más bajas posibles, las calderas de condensación, el suelo radiante y el hecho de que el RITE indique que la temperatura de entrada a un radiador no supere los 60 ºC, avalan valores más bajos que con los que se operaba hace años. Respecto al agua fría en verano, las temperaturas no deben ser muy bajas, ya que se puede alcanzar la temperatura de rocío con facilidad y originar condensaciones. Es mejor realizar los cálculos con temperaturas de distribución de 12 ºC que de 7 ºC.
Para aclarar los conceptos vamos a realizar un ejercicio resuelto a continuación.
