Aire Acondicionado - Fan-Coil PDF

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SISTEMAS FORMADOS POR UNIDADES VENTILADOR-SERPENTÍN (FAN-COIL)...

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SISTEMAS FORMADOS POR UNIDADES VENTILADORSERPENTÍN (FAN-COIL) El sistema FAN-COIL alimentado por agua enfriada y/o caliente es muy utilizado en hoteles, moteles, hospitales, departamentos, oficinas, edificios profesionales, clínicas, etc. Tiene particular aplicación en los casos en que no se pueden efectuar instalaciones con distribución de conductos de aire o donde sea necesario zonificar. También se utilizan en instalaciones mixtas (FAN-COIL perimetrales y conductos en zonas internas).

1.- GENERALIDADES El FAN-COIL forma parte de los sistemas de Aire Acondicionado “Todo Agua”, ya que el fluido que se controla es el agua. Los componentes básicos de las unidades terminales son: una serpentina aletada y el conjunto moto ventilador y filtro para la circulación del aire

El aire que entra a la unidad puede ser mezcla de aire exterior y de retorno, o solo aire de retorno. Los filtros retienen partículas del aire y el serpentín enfría y deshumecta el aire en verano y lo calienta en invierno, según se alimente a la serpentina con agua fría o caliente. Es importante hacer un análisis exhaustivo del caudal y sistema de aire de ventilación; en la figura 1 el aire exterior que ingresa a la unidad ubicada en el antepecho que está debajo de la ventana, lo hace a través de una pequeña abertura en la pared. Este sistema no se recomienda en los edificios de varios pisos porque los efectos del viento pueden perjudicar su rendimiento. Este inconveniente puede solucionarse conectando la toma de aire de cualquier equipo a un conducto

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general de baja velocidad proyectado para esto. (Figura 2), donde este aire exterior es previamente acondicionado (filtrado y enfriado o calentado).

Otra alternativa es lograr que el aire exterior sea suministrado directamente al local por el sistema que sirve a las zonas internas. En algunos casos el aire que se obtiene por infiltración puede ser suficiente para obtener la ventilación necesaria. (No siempre aconsejado). El agua fría o caliente llega a cada unidad por un sistema de cañerías simple o múltiple. El agua fría en verano procede de una unidad central de refrigeración (generalmente es una unidad enfriadora de líquidos) y en invierno se hace circular por los mismos serpentines agua proveniente de una caldera o intercambiador de calor de vapor - agua. El control de temperatura en el local tipo puede realizarse de dos maneras: 1. Ajustando la velocidad del ventilador o el arranque y parada del mismo 2. Control del caudal de agua sobre la serpentina, modulando la apertura y cierre de la válvula de alimentación. Y en cuanto al conjunto de locales: 1. Control central de la zona por medio de válvulas de tres vías. 2. Control general de zona. Finalmente junto con el tendido de cañerías de agua es necesario prever el ramal monofásico para alimentar eléctricamente el motor del ventilador de cada unidad FAN-COIL y considerar una cañería de desagote de agua condensada.

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2.- CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA FAN-COIL La mayor ventaja con estos equipos es la versatilidad para adaptarse a las necesidades de una instalación modular en los edificios, que permita “zonificar” con la máxima flexibilidad. * Los aspectos o características principales son: 2.A.- Control individual de la temperatura en las habitaciones En cada unidad puede circular agua caliente o fría y el ventilador proporciona 3 caudales de aire diferentes. 2.B.- Circulación de aire limitada a una sola habitación u oficina Cada equipo solo recircula el aire de su propia habitación. 2.C.- Economía de funcionamiento El equipo funciona solamente cuando el ocupante del local lo requiera. 2.D.- Reducción de obras de albañilería y conductos La instalación de conductos se reduce al mínimo porque normalmente no se necesitan para la alimentación y retorno de aire. Las obras de albañilería para el tendido de cañerías se reducen a la apertura de pequeñas tomas de aire del exterior en las fachadas (unidades perimetrales de pared), ahorrando espacio y facilitando la parte arquitectónica del edificio. 2.E.- Distribución del aire bajo las ventanas Es recomendable ubicar los equipos debajo de las ventanas en habitaciones pequeñas (especialmente las que tienen carga térmica de calefacción) pues absorben la carga directamente en el lugar donde hay más pérdidas. 2.F.- Readaptación de sistemas de calefacción exterior Permite “reacondicionar” viejos sistemas de calefacción central con radiador de agua caliente a un sistema frío - calor más eficiente, aprovechando la caldera y cañerías existentes, con importantes ahorros de costos y tiempo de instalación. *Además de estas características los sistemas de cañerías múltiples ofrecen las siguientes ventajas:

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2.G.- Rápida respuesta a los ajustes del termostato Como cada FAN-COIL dispone de agua caliente o fría un cambio en la regulación del termostato actúa inmediatamente sobre la unidad. Esto es ventajoso desde el punto de vista psicológico. 2.H.- Se evita la división en zonas Cada habitación a acondicionar es una “zona independiente”, evitando la instalación múltiple de bombas, controles y tuberías zonificadas, en comparación con el sistema de tuberías simples. 2.I.- Supresión de dificultades operativas del cambio de invierno a verano y control de la temperatura durante todo el año La disponibilidad de agua fría y caliente evita las quejas de los usuarios en la estaciones intermedias del año, ya que cada equipo actúa de forma independiente. Desventaja: Alto costo de instalación.

3.- BALANCE TÉRMICO 3.A.1.- Carga de refrigeración Se procede como en todos los casos a la realización del balance térmico, con el estudio cuidadoso de planos, haciendo la zonificación adecuada de los cuatro puntos cardinales y considerando una profundidad perimetral de 5 a 6 metros. Para hallar la capacidad total y sensible de enfriamiento de la unidad, deben combinarse las cargas de la habitación junto con el aire de ventilación, según sea con o sin incorporación de aire exterior. 3.A.2.- Carga de calefacción El procedimiento es el normalmente utilizado para anular las cargas por transmisiones e infiltraciones, más el calor necesario para templar el aire exterior modificando su temperatura desde las condiciones exteriores hasta las interiores del proyecto, según corresponda al sistema seleccionado. 3.B.- Aire exterior de ventilación Las unidades pueden ubicarse debajo de las ventanas (modelo vertical) o en pasillos en falso techo (modelo horizontal). Los modelos verticales generalmente se instalan a lo largo de las paredes exteriores (zona perimetral). En estos modelos existen dos posibilidades respecto al aire exterior:

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A- Sin posibilidad de introducir aire para ventilación por una toma al exterior. B- Con posibilidad de introducirlo mediante toma regulable al exterior. Dentro de (A) se ubican los tres siguientes sistemas (puntos 3B1 / 3B2 / 3B3) y finalmente el punto 3B4 trata sobre el arreglo tipo (B). Generalmente es deseable que exista una pequeña presurización, pues las pérdidas serán desde el interior hacia el exterior; solo los sistemas referidos en 3B2 / 3B3 y 3B4 proveen ventilación con presurización, pero a un costo mayor. Las unidades horizontales se constituyen en forma similar a las unidades verticales del tipo (A). Cuando se proyecta la instalación, la velocidad del aire deberá ser mantenida para tener un adecuado alcance. 3.B.1.- Equipos sin incorporación de aire exterior Puede ser utilizado para recircular el 100 % del aire del local SIN PROVISIÓN DE AIRE EXTERIOR DE VENTILACIÓN, así la unidad se seleccionará para absorber la carga sensible y latente del local. En este caso, las eventuales extracciones en baños originan alguna ventilación motivada por infiltración del aire del exterior a través de ventanas y puertas. Esta solución de ventilación no es recomendable para locales donde hay mucha gente o se fuma mucho.

3.B.2.- Aire de ventilación exterior proveniente de la zona interna Se usa el aire de ventilación que llega a los locales por un sistema de conductos que sirve a la zona interna (figura 4).

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En este caso la unidad se elige con las cargas sensibles y latentes del local descontando el crédito por el aire del ventilación, mediante las siguientes fórmulas: Para el aire de ventilación: QS = 0,29 x Caudal (en m3/min) x T QL = 0,71 x Caudal (en m3/min) x X siendo T = t local - t salida del aire en los serpentines y X = X local - X salida QS = calor sensible en Kcal/h QL = calor total en Kcal/h t L = temperatura del local en ºC t S = temperatura de salida en ºC XL = humedad absoluta del local en gr./Kg. XS = humedad absoluta de salida en gr./Kg. Q S Cálculo - QS y QL Cálculo - QL Este sistema sólo es válido para locales abiertos sin divisiones físicas. 3.B.3.- Sistema de conductos independientes Puede seleccionarse este método para lo cual se debe introducir al local aire de ventilación filtrado y deshumidificado en una unidad central de tratamiento. Este aire es generalmente suficiente para absorber la carga latente del local. Por lo tanto la unidad se seleccionará considerando el calor sensible del ambiente y descontando el crédito del calor latente que es capaz de absorber este caudal de aire de ventilación.

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Esta solución se utiliza muy raras veces pues introduce un costo mayor por el tendido de conductos y el proyectista deberá estudiar su conveniencia económica frente al sistema de inducción y las dificultades de su recorrido en la obra. 3.B.4.- Introducción de aire exterior por apertura en muros Con una toma regulable al exterior se puede introducir hasta un 25% de aire exterior. La unidad debe ser seleccionada para absorber la carga sensible y latente del local más el aporte de la carga del aire exterior para la hora pico de la zona.

Este es posiblemente el método más económico y simple en instalaciones centrales perimetrales con unidades terminales FAN-COIL. Como detalle deberá preveerse la correcta instalación del conjunto de toma de aire exterior y la estanquidad de las juntas y colocar una persiana de regulación y cierre hermético.

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4.- SELECCIÓN DE LA UNIDAD 4.A.- Para enfriamiento Tanto para los sistemas (A) como (B) se pueden adoptar dos criterios de selección: * Máxima carga absorbida con la velocidad mayor. Esto asegura una unidad más pequeña o menor caudal de agua fría. * Máxima carga absorbida con la velocidad media, permitiendo una operación más silenciosa y un plus en la capacidad al aumentar la velocidad. Cada unidad se presta a instalarla en zonas de no más de 5 o 6 metros de profundidad. La distribución del aire en una unidad perimetral se extiende sobre la pared o ventana vertical y circula a lo largo del techo alrededor de 5 o 6 metros antes de volver a descender en circulación de retorno. Deberá realizarse un cuidadoso estudio de la ubicación de las unidades, a fin de obtener una buena distribución de aire y adoptar una temperatura de agua fría, deducida en cada caso de un equilibrio técnico - económico. 4.B.- Para calefacción El mismo caudal de agua que se utiliza en refrigeración se emplea en calefacción. Como el T del agua es mayor se podrá regular la capacidad del sistema generalmente regulando una menor temperatura del agua caliente o en su defecto operando la unidad a menor velocidad que la utilizada para refrigeración.

5.- SISTEMAS DE TUBERÍAS 5.A.- Sistema de tuberías simple (2 tubos) Se emplea para alimentar el serpentín del FAN-COIL con agua fría o caliente por un tubo y el retorno por el otro. El sistema de retorno inverso o compensado (figura 8) es el más indicado y debe emplearse siempre que pueda adaptarse a las características del edificio. Si no fuese posible su utilización deberá proyectarse un sistema de retorno directo con la previsión de colocar en serie con cada unidad un elemento de control de flujo (válvula globo). Además es recomendable utilizar válvulas en los equipos (alimentación y retorno) para poderlos aislar y evitar vaciados de la tubería durante los trabajos de mantenimiento. En edificios con unidades distribuidas según distintas orientaciones (instalaciones multizona) deberá aplicarse un factor de diversidad con lo cual resultarán tuberías y bombas más pequeñas; así mismo antes de realizar un sistema multizona con 2 tuberías conviene estudiar uno con 3 o 4 tuberías. Consultar Manual Carrier capítulo 3 El caudal de agua debe fijarse para asegurar un caudal turbulento en el interior del serpentín. El caudal mínimo necesario para mantener el régimen turbulento en un serpentín de 3/8” , 1/2” o 5/8” es aproximadamente 115, 160 y 205 litros por hora.

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FIGURA 8 La bomba de agua secundaria funciona continuamente y debe elegirse de forma que tenga una curva característica muy plana. Antes de hacer la selección de la bomba de agua secundaria deberá verificarse si es necesario un control de presión en la tubería principal. Normalmente si la velocidad de agua en el circuito es menor de 3 m/s no es necesario el control de presión. (Caso contrario consultar Manual Carrier. Capítulo 3 y 12). Para el proyecto de las tuberías de desagüe se debe tener en cuenta el tipo de ventilación que se utiliza (Del tipo (A) o (B)). Si no hay incorporación de aire exterior la masa de agua que condensa será mínima; por el contrario, si se incorpora aire exterior se producirá una condensación de vapor de agua considerable. La cantidad de agua condensada por hora se calcula de la siguiente forma:

 

3  kg   kg  G m h 1,2  3   x A  x B  V   m  h

Como norma general se recomienda no utilizar un diámetro menor a 3/4” en la montante y en todos los casos el tendido horizontal de esta línea deberá preveer una adecuada pendiente (1% o más) hacia la montante general (debe coincidir con la dirección del flujo) . Finalmente todo el circuito y las tuberías deberán aislarse e impermeabilizarse. 5.B.- Sistemas de varias tuberías El sistema de varias tuberías proporciona agua fría y caliente a cada FAN-COIL durante todo el año. Una válvula de control selecciona agua caliente o fría según que el local requiera calefacción o refrigeración; así cada ambiente pasa a ser una zona independiente, debido al funcionamiento simultáneo de unidades refrigerando y otras calefaccionando. El sistema de cuatro tuberías separa totalmente los circuitos de agua caliente y fría y reduce al mínimo los problemas hidráulicos.

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Los sistemas de varias tuberías emplean dos métodos de funcionamiento. El primero se emplea para un control completo, durante todo el año, de la temperatura del local. El segundo, en cambio, solo utiliza agua fría y caliente en las estaciones intermedias del año y se emplea por razones de economía de funcionamiento con un control adecuado de temperatura. En cuanto al proyecto en sí de tuberías es prácticamente similar al de tubería simple. Solo existen pequeñas diferencias en el tendido de tuberías (cálculo de caudales, factor de diversidad , etc.), controles y cantidades de agua caliente.

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Nota: Para el dimensionamiento y selección de los componentes puede consultarse el trabajo práctico resuelto de sistemas FAN-COIL.

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6.- UNIDAD ENFRIADORA DE LÍQUIDOS 6.A.- Generalidades El hecho de utilizar un sistema donde el fluido para intercambio es agua enfriada requiere introducir en la instalación un intercambiador adicional. Como consecuencia directa de esto disminuye el rendimiento de la instalación. Comparando el sistema con los de expansión directa se pueden enumerar las siguientes características:  Las tuberías en un sistema de agua enfriada son más simples y pueden llegar a ser menos costosas que las de refrigerante, en particular si el sistema se distribuye sobre una gran área.  No existen problemas de retorno del aceite, las pérdidas de agua son fácilmente detectables y no reducen la capacidad del sistema como en el caso del freón, además no existe el problema de toxicidad como en el caso del NH3 .  Los controles son simples y permiten una mejor regulación a carga parcial que un sistema por expansión directa.  En el caso de sistemas de tuberías simples es posible utilizar la misma tubería tanto para refrigeración como para calefacción.  El proyecto, la instalación y operación son simples y es más fácil conseguir personal capacitado.  Cuanto más grande y complejo sea el sistema mayor será la ventaja de utilizar agua enfriada. La siguiente figura representa un esquema básico del equipo necesario en un sistema por agua enfriada.

Figura 13

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6.B.- Enfriadores de líquido autocontenidos La selección de todos los componentes, controles de capacidad y seguridad, el diseño e instalación de la cañería de refrigerante y cableado, arrancadores, verificación, pruebas por fugas, deshidratado y evacuado del sistema, aislación del enfriador y de la línea de succión y en los equipos con condensadores la carga del refrigerante, son realizados por el fabricante bajo severos controles de fabricación. El resultado es una unidad perfectamente coordinada e integrada con un circuito de refrigeración adecuadamente balanceado con todos sus elementos sobre un bastidor listo para el montaje. Así el encargado del proyecto y de la obra tendrá solamente que seleccionar y montar correctamente la unidad enfriadora de líquido (UEL). 6.C.- Selección de la UEL (unidad enfriadora de líquido) Está basada en los siguientes parámetros: 1. 2. 3. 4. 5.

Capacidad requerida en TR. Tipo de refrigerante. Caudal de agua en el enfriador. Temperaturas de entrada y salida del agua. Temperatura del refrigerante.

La carga total de enfriamiento determinará la capacidad de refrigeración requerida. Esta es generalmente menor que la suma individual de los máximos de cada zona, puesto que las cargas pico no ocurren en todas las zonas simultáneamente. La máxima carga solar tiene lugar en cada superficie vidriada expuesta, a diferentes horas del día. Es importante que en grandes sistemas la UEL pueda adaptarse para operar a cargas parciales sin problemas.

7.- GENERADORES DE AGUA CALIENTE 7.A.- Generalidades Los generadores de agua caliente pueden ser de diversos tipos dependiendo del tamaño de la instalación y de la disponibilidad del fluido auxiliar. En grandes industrias es común contar con generadores de vapor de baja y media presión con capacidades suficientes como para incorporar la carga del sistema FAN-COIL sin problemas. El vapor puede utilizarse en forma indirecta (intercambiador) o en forma directa (mezcladores, eyectores, etc.). Sin embargo, el vapor en la industria es caro y, aunque menos eficiente, es a veces conveniente utilizar los retornos de condensados con bombas tipo Oldgen en conjunto con los intercambiadores de casco y tubo.

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Otra solución, más comúnmente aplicada es utilizar gas natural para calentar directamente el agua a utilizar. Así se pueden encontrar desde calderas acuotubulares (desde 50000 Kcal/h) hasta termotanques del tipo industrial y domiciliarios para viviendas unifamiliares (desde 5000 Kcal/h). Todos los sistemas de calentamiento indirecto (intercambiadores, calderas, termotanques y serpentinas de las unidades FAN-COIL) deben prevenir las incrustaciones generadas principalmente por la precipitación de bicarbonatos de calcio y de magnesio en forma de cristales complejos (carbonatos, etc.). (El fenómeno se debe a la ruptura de del equilibrio carbónico del agua, consist...