Actualidad

 

Núcleo versátil

Calefacción

Los sistemas de calefacción han desarrollado tecnologías que buscan reducir el consumo de energía y hacer más variada su operación. Los equipos que cuentan con bomba de calor pueden ser un buen aliado en esta búsqueda por ofrecer calor y frío en los espacios por acondicionar

 

Es conocido por todo el sector HVAC que la climatización representa el mayor consumo energético, y que este gasto se eleva aún más en temporada de invierno, por el uso de sistemas en hogares, oficinas, teatros, etcétera. Si se quiere reducir la energía y ahorrar dinero en esta temporada es necesario hacer el uso correcto de los sistemas de calefacción.

Las recomendaciones principales para un máximo aprovechamiento y ahorro energético:

  • Verificar las características arquitectónicas generales del hogar. Tamaño, número de habitaciones, distribución, etcétera
  • Aislante térmico. Las principales filtraciones de calor se pueden dar por ventanas, puertas y paredes; por lo que es importante reducir al mínimo estas pérdidas
  • Ubicación. Para una selección adecuada del equipo, la ubicación del área por acondicionar se vuelve relevante, ya que factores como el clima pueden afectar el funcionamiento de distintos sistemas de calefacción, en especial los sistemas con bomba de calor

La calefacción central por aire caliente se efectúa a través de ductos de aire conectados a un equipo central de calefacción, que a su vez suministra el aire caliente dentro de la habitación por acondicionar. Sobre este tipo de tecnología hay distintos sistemas de calefacción central por aire:

  • Equipo paquete con calefacción gas
  • Equipo paquete con calefacción eléctrica
  • Equipo paquete con bomba de calor
  • Calefactor a gas

Estas unidades se pueden separar, además, en dos tipos de uso: residencial y comercial.

Equipo paquete con calefacción gas

Estos sistemas cuentan con un intercambiador de calor tubular extra que, en algunos casos, es de acero inoxidable para aumentar su tiempo de vida. Esta característica depende de la marca del equipo; y su fuente de energía es, como su nombre lo indica, el gas. La mayoría de estas unidades vienen con válvulas para gas natural, por lo que si la instalación es con gas LP se requiere un cambio de válvulas, acorde a este tipo de sistema, instalación que no suele ser costosa. La capacidad de calefacción en estas unidades se mide en miles de BTU (british thermal unit) por hora (MBH).

Para que el sistema provea calefacción se inicia, mediante una chispa, el encendido de una flama que fluye a través del intercambiador, esto gracias a una válvula de gas que tiene el equipo, por lo que el fuego nunca entra en contacto con el aire, por eso es llamado “de fuego indirecto”.

Dentro del sistema de calefacción central se encuentra un ventilador centrífugo, que aspira el aire circundante a través de un ducto. Este aire frío es, posteriormente, empujado por un ventilador a través del intercambiador de calor, donde los tubos y aletas del intercambiador de acero se someten a altas temperaturas y, a medida que el aire fluye, aumenta su temperatura.

Una vez que el aire se calienta es conducido por medio de los ductos hacia el resto del edificio o lugar por acondicionar. El proceso es continuo, pero llega un punto en el que la temperatura del aire alcanza cierto límite y un termostato se encarga de apagar el equipo. El sistema permanece en espera hasta que la temperatura desciende, por debajo del límite establecido por el usuario, y es en ese momento cuando se activa automáticamente para empezar a calentar el aire otra vez, reiniciando el ciclo.

Equipo paquete con calefacción eléctrica

Es un sistema común de aire acondicionado tipo paquete, que por dentro cuenta con un arreglo de resistencias eléctricas. Es un equipo también llamado calentador de tiras. Éste se usa para calentar el aire que es succionado. El aire fluye a través del banco de resistencias y aumenta la temperatura del mismo. Aquí también el proceso es continuo, llegando a un punto en el que la temperatura del aire alcanza un cierto límite y el termostato apaga el equipo.

Este tipo de equipos se puede encontrar en distintos voltajes, desde 220 hasta 440 voltios, en una y tres fases. Al igual que los equipos paquete con calefacción a gas, la capacidad de calefacción se mide en MBH. Es importante no exceder el tamaño del equipo, porque pueden elevar los requisitos de carga máxima de la compañía de electricidad y aumentar considerablemente el costo de inversión inicial.

Equipo paquete con bomba de calor

Estos equipos son considerados como la mejor opción en cuanto al tema de eficiencia energética, y aunque el costo inicial es alto, la recuperación es rápida por los retornos de inversión que ofrece la tecnología.

Las bombas de calor están diseñadas para mover el calor de un fluido a otro. El fluido tanto al interior del hogar como al exterior es el aire. En verano, el calor del aire interior se mueve al fluido exterior, mientras que en el invierno, el calor se toma del fluido exterior y se mueve al aire interior en un sistema reversible.

Las bombas de calor utilizan el ciclo de compresión para mover calor. Una válvula de tres vías permite que la bomba de calor trabaje automáticamente en el modo de calefacción o en el modo de enfriamiento. El proceso de calefacción es el siguiente:

  1. El compresor presuriza el refrigerante
  2. El gas caliente entra en la bobina de condensación. El aire del cuarto pasa por la bobina, donde se calienta. El refrigerante se enfría y se condensa
  3. El refrigerante, que es ahora un líquido presurizado, fluye a una válvula reguladora donde se expande para convertirse en un líquido fresco de baja presión
  4. La bobina del evaporador, que sirve como el condensador en el proceso de enfriamiento, utiliza el aire exterior para hervir el gas refrigerante frío, el líquido presurizado. Así se completa el ciclo

Si el aire exterior es tan frío que la bomba de calor no puede climatizar adecuadamente el hogar, generalmente se usan, como calefacción suplementaria, bancos de resistencia eléctrica para proporcionar el calor requerido. Esto para garantizar la demanda térmica al interior del espacio a climatizar.

Durante el invierno, este tipo de tecnología debe cambiar al “ciclo de descongelación”, que derrite cualquier hielo que se haya formado en la bobina exterior.

La circulación de aire apropiada, a través de la bobina, es esencial para la operación eficiente de una bomba de calor. Durante la instalación, la proporción de circulación de aire se debe comprobar para asegurar que cumpla con las recomendaciones del fabricante.

Calefactor a gas

Estas unidades de calefacción queman combustibles, como gas natural, propano o aceite combustible para producir calor. Proporcionar aire caliente al interior por medio de un ventilador, donde se mantiene el confort durante el tiempo de frío. Las unidades de calefacción vienen con una variedad de eficiencias.

Las unidades de calefacción requieren oxígeno para la combustión y el aire adicional para dejar salir los gases de escape. La mayoría de estas unidades son unidades tipo respiradero, que usan el aire circundante para la combustión. Otras unidades cuentan con respiradero directo, o unidades desacopladas, y son las que traen el aire de combustión al área del quemador, vía entradas selladas, que se extienden al aire exterior.

Las unidades de calefacción con respiraderos directos se pueden instalar dentro de un hogar, puesto que no dependen del aire interior para un funcionamiento seguro. Las unidades de calefacción con respiraderos no directos tienen que recibir el aire exterior adecuado para la combustión y para la extracción de gases.

La principal preocupación con unidades de respiraderos no directos es que un calentador que no funciona correctamente puede permitir la entrada de gases en tubos de alimentación de aire fresco, los cuales que podrían contener monóxido de carbono venenoso; si hay escapes o fugas en el sistema de vuelta, o escapes de aire entre el área de la unidad de calefacción y el espacio vital, el monóxido de carbono podría entrar a áreas habitables y causar severos problemas de salud.

Actualmente, hay distintas marcas que usan detectores de gases para evitar el riesgo de intoxicación, además de que identifican igniciones electrónicas, tiene intercambiadores de calor más eficientes, y cuentan con mejores controles del aire de entrada y sopladores de aire inducidos. Los modelos con eficiencias superiores al 90 por ciento, según el Annual Fuel Utilization Efficiency (AFUE), comúnmente incluyen intercambiadores de calor secundarios especiales, que enfrían los gases de la tubería hasta que se condensen parcialmente, para así eliminar las pérdidas de calor por el tubo de escape.

Todos los sistemas centralizados de calefacción por aire funcionan como equipos para suministrar tanto aire fresco en épocas calurosas como aire caliente en el invierno u otoño; no así los sistemas como calefactores a gas, de principio. A este tipo de equipos es necesario hacerles adecuaciones, que consisten en agregar una condensadora y una bobina de frío, para cubrir las necesidades que se puedan presentar en todo el año y así aprovechar la instalación de los ductos de suministro de aire al hogar.

Sistema revolucionario

Debido a la variedad de sistemas de calefacción que hay, se recomienda comparar precio, garantía, servicio, ventajas de instalación y su adaptación a las condiciones climáticas que ofrece. También es necesario comparar los factores económicos de las unidades con eficiencia moderada y alta eficiencia, pues ésta se da por la proporción de calor ofrecida en BTUH a watts de electricidad consumidos. Este factor considera las pérdidas cuando el equipo se pone en marcha y se detiene.

Se hace hincapié en que sistemas como la bomba de calor tienen energía perdida durante el ciclo de descongelación. Pero, como ya se mencionó, estas unidades son la opción más eficiente y, por tanto, la opción perfecta para ahorrar en costos. En estricto sentido, el ahorro entre las bombas de calor y el resto de las unidades de calefacción depende del tipo de combustible, de su precio, del diseño del hogar y del clima exterior.

El aumento de precio a la energía ha mejorado el factor económico de un equipo más eficiente. No obstante, por la incertidumbre de los precios a largo plazo de diversas formas de energía es difícil comparar estas unidades con varios tipos de combustibles y bombas de calor.

Reducción de bacterias en hospitales

El cobre posee características favorables para la reducción de elementos patógenos en el aire
El cobre posee características favorables para la reducción de elementos patógenos en el aire

La contaminación del aire es uno de los factores de mortalidad que ha crecido en los últimos años y que ha generado diversas enfermedades respiratorias. Cuando estas enfermedades son atendidas en hospitales, lo mejor es que al interior no haya virus o bacterias, por lo que el sistema de aire acondicionado funge una labor primordial en la conservación de una buena calidad de aire

 

En el planeta hay una variedad de metales, entre ellos los metales de transición, grupo de elementos químicos al que pertenece el cobre. Entre las características que tiene se encuentra la de incluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones; además de su elevada dureza, un buen grado de ebullición y una excelente conducción de electricidad y calor.

Aunado a estas características, el cobre posee ciertas propiedades que limitan la generación de elementos patógenos en su superficie, lo que incide de manera favorable en la calidad de vida de las personas. Sobre este asunto, el material se ha sometido a pruebas donde se ha verificado que es bueno en el control de bacterias, sobre todo en lugares donde hay virus de forma constante, como es el caso de hospitales.

Como antecedente, en 2010 se inició un proyecto en el sistema de aire acondicionado de varias instalaciones hospitalarias del ejército de Estados Unidos. En él se probaron instalaciones con cobre y se fue midiendo la población de bacterias que iban quedando en el aire. Durante los cuatro años que duró el estudio se pudo evidenciar la reducción de bacterias en el interior, esto a pesar de que el sistema de aire acondicionado instalado recirculaba el aire y volvía la exposición de bacterias un factor importante por considerar.

La utilización de cobre en tuberías de sistemas de refrigeración es muy usual, sin embargo, utilizarlo en sistemas de aire acondicionado o en superficies de contacto apenas ha sido probado.

Estudios académicos

Nuevas investigaciones de la Universidad de Southampton, Inglaterra, han descubierto que el cobre puede ayudar eficazmente a prevenir la transmisión de enfermedades respiratorias propagadas por virus, los cuales están relacionados con el síndrome respiratorio agudo severo (SARS, por sus siglas en inglés) y el síndrome respiratorio Oriente Medio (MERS, por sus siglas en inglés).

Los coronavirus de origen animal que afectan a humanos, como el SARS y MERS, resultan en infecciones graves con una elevada mortalidad. Los investigadores en Southampton encontraron que el coronavirus que afecta a humanos –229E– permanece infeccioso en distintas superficies por varios días, pero se destruye rápidamente en el cobre.

Por otro lado, un artículo recientemente publicado en mBio, revista de la Sociedad Americana de Microbiología, reportó que el coronavirus humano 229E, que produce una gama de síntomas respiratorios con resultados que van desde el resfriado común hasta efectos letales como la neumonía, puede sobrevivir en superficies de contacto, incluyendo las baldosas cerámicas, vidrio, caucho y acero inoxidable durante al menos cinco días. Mientras que de persona a persona la transmisión es importante, pues las infecciones pueden ser contraídas por tocar superficies contaminadas o por gotitas provenientes de individuos infectados, o contacto táctil, dando lugar a una amplia propagación del mismo.

Frente al cobre, y una gama de aleaciones de éste, denominados colectivamente “cobre antimicrobiano”, el coronavirus se inactiva rápidamente (dentro de unos pocos minutos, con huellas de dedos simuladas). Expuesto el virus al cobre, éste lo destruye completa e irreversiblemente, llevando a los investigadores a la conclusión de que las superficies de cobre antimicrobiano podrían emplearse en zonas comunes, en reuniones masivas ayudando a reducir la propagación de virus respiratorios y proteger la salud pública.

La investigadora principal de este estudio, la doctora Sarah Warnes, indica que “la transmisión de enfermedades infecciosas vía contaminación por contacto con superficies es mucho más importante de lo que se pensaba originalmente, y éstas incluyen virus que causan infecciones respiratorias”. “Esto es especialmente importante cuando la dosis infecciosa es baja y apenas unas pocas partículas de virus pueden iniciar una infección”, resalta a manera de conclusión la investigadora de la Universidad de Southampton.

El coronavirus humano, que también tiene vínculos ancestrales con los virus de murciélagos responsables del SARS y MERS, fue rápidamente desactivado (y de forma permanente) al entrar en contacto con el cobre. Lo que destacó más en esta investigación fue que el genoma y la estructura de las partículas virales fueron destruidos, entonces no quedó nada que pudiera transmitir una infección. Con la falta de tratamientos antivirales, el material puede ser una medida de prevención que puede ayudar a reducir el riesgo de propagación de este tipo de infecciones.

Hablando sobre la importancia del estudio, el profesor Kevill, coautor y presidente de Salud Ambiental de la Universidad de Southampton, dijo que “los virus respiratorios son responsables de más muertes, a nivel mundial, que cualquier otro agente infeccioso. La evolución de nuevos virus respiratorios, y la reemergencia de cepas virulentas históricas, representa una amenaza significativa para la salud humana”, y como prueba se puede ver lo que sucedió en distintas partes del mundo con el virus H1N1.

La rápida inactivación e irreversible destrucción de los virus observada en superficies de cobre y sus aleaciones sugieren que la incorporación de este elemento en con regímenes eficaces de limpieza y buenas prácticas clínicas podría ayudar a controlar la transmisión de estos virus. Además, investigaciones previas realizadas por el profesor Kevill y la doctora Warnes han demostrado la eficacia del cobre ante el norovirus, influenza y superbacterias hospitalarias, como el MRSA y Klebsiella, además de detener la transferencia de genes resistentes a los antibióticos a otras bacterias para crear nuevas superbacterias.

Ductería, equipos y sistemas al interior

Los sistemas HVAC que acondicionan un hospital son sólo una parte de los factores que contaminan el aire al interior. Los materiales dentro del edificio, los visitantes, médicos, enfermeras y usuarios que asisten a este tipo de recintos serán los que en mayor medida contaminarán el aire interior de los edificios.

Por esto, una superficie de contacto no sólo implica tuberías y sistemas donde circula el aire, pues también se deben incluir barandales, descansa brazos, camas, mesas, postes intravenosos y otros equipos que son utilizados en los hospitales, por lo que el control de bacterias debe ser indispensable y no sólo se debe recurrir a la limpieza e higiene del lugar.

Las zonas clave serán los espacios donde mayor cantidad de bacterias y virus se alojen, esto puede suceder por el mismo diseño de los equipos, pues habrá algunas fisuras, dobleces o soldaduras a las que los patógenos se podrán adherir. Esto sucede a pesar de que el material que se utiliza, como es el acero inoxidable, no puede eliminar de forma inmediata al virus o bacteria en cuestión.

Para estas zonas es posible tener dos soluciones: una es la limpieza constante de los equipos, y otra es usar materiales que eliminen de forma natural los virus y bacterias. El cobre representa una buena solución, sin embargo, su uso debe ser factible pues hay temas de estructura y volumen que se deben evaluar, no obstante, ya existen en el mercado algunas pinturas que contienen cobre y bronce en su consistencia y evitan la corrosión y la generación de patógenos.

En el caso específico del sector HVAC, el uso de cobre en torres de enfriamiento puede ayudar a evitar la generación de bacterias como la Legionella, gracias a que mata este elemento de forma inmediata. Sin embargo, la evaluación y desarrollo de este tipo de aplicaciones aún está sometido a evaluación.

Una opción competitiva

Los avances en equipos y sistemas que se dediquen al sector salud no se pueden desarrollar de forma inmediata pues el usuario final al que están enfocados se encontrará en una zona crítica donde muchos factores se verán involucrados. Después de evaluar el tipo de material y el diseño de los equipos se tendrá que hacer un examen de los gastos que se generarán y de las ganancias, tanto de vidas humanas como de retorno de inversión, que se podrán lograr gracias al uso de ciertos materiales, como es el caso del cobre. Los expertos apuntan a que, globalmente, el cobre es una opción competitiva, si se comparan los costos de un hospital y las ventajas que generaría tener sistemas y equipos fabricados con este material. Esto gracias a que en casos de estudio se ha logrado reducir en 50 por ciento los problemas respiratorios en este tipo de instalaciones, todo gracias al uso del cobre en sus ducterías y otros elementos al interior. Además, el costo humano es otro de los aspectos por considerar, pues habrá menores riesgos de contraer enfermedades respiratorias gracias al uso de este material.

En México hay normas en las que se indica cómo se puede hacer un adecuado conteo de bacterias en este tipo de instalaciones, y ponen en evidencia los equipos que mayor cantidad de patógenos conservan por lo que, a partir de estas evaluaciones, el sector salud puede decidir qué tipo de equipos y sistemas se pueden usar

Consideraciones en el diseño de sistemas

A0MH0077219

Ya sea en oficinas, espacios residenciales, entidades de gobierno, zonas comerciales, entre otros, la instalación de sistemas de acondicionamiento deberá cumplir con diversos aspectos que aseguren su éxito. Para ello, será imprescindible tomarlos en consideración a fin de evaluar cuál es su aplicación ideal

 

A0MH0077223

Evaluación. El proyecto de AA debe iniciar con el análisis de las condiciones climatológicas de la región donde se ubicará

El desarrollo de cualquier sistema de aire acondicionado debe, en primera instancia, atender las necesidades de los clientes; así como valerse de la ingeniería adecuada con el objetivo de proponer un sistema que cumpla, desde el inicio, con los requerimientos del proyecto.

En este sentido, los parámetros climatológicos son relevantes, ya que inciden directamente en el confort humano. Éstos se pueden conocer, por ejemplo, a través de la información que proporcionan la American Society of Heating, Refrigerating and Air conditioning Engineers (ASHRAE) a través del documento ASHRAE Fundamentals; el Servicio Meteorológico Nacional o de la Asociación Mexicana de Empresas del Ramo de Instalaciones para la Construcción (AMERIC). Aunado a este factor, habrá que considerar las temperaturas de cálculo, a fin de conseguir las medidas del equipo promedio.

Para diseñar el aire acondicionado del inmueble se debe partir de las condiciones climatológicas exteriores, que básicamente son las condiciones de diseño exterior e interior, ya que, considerar las temperaturas extremas devendrá en equipos más grandes, lo que generará mayor inversión y mayor consumo eléctrico; en otras palabras, un sistema de aire poco accesible.

A0MH0077222

Para realizar un cálculo confiable de la carga térmica, que incide en la elección de los sistemas de calefacción y refrigeración, se tendrá que llevar a cabo un análisis de las condiciones del espacio en el que se instalará el proyecto o área a acondicionar, para tal efecto, es necesario iniciar con las características geográficas donde se ubicará la obra.

Consideraciones interiores de diseño
Se establecen con la carta de comodidad, también llamada carta de comodidad térmica. Además de ésta, existen tablas que señalan las temperaturas tanto del bulbo seco, como del húmedo; al igual que la humedad relativa recomendada según las condiciones de aplicación interior; asimismo, la temperatura exterior.

A0MH0077221

Gráfica de confort (ASHRAE)

Ubicación del proyecto
En esta etapa es necesario detallar la ubicación del proyecto, con su latitud, longitud, altura sobre el nivel del mar y presión barométrica junto con el rango diario. Deberán estimarse las condiciones interiores y exteriores de diseño de cálculo para las temporadas de verano e invierno, las cuales serán determinadas por las temperaturas del bulbo seco, la humedad y la humedad relativa, en el caso de las primeras; y por las temperaturas de bulbo seco y humedad relativa, en el de las segundas.

Requerimientos de ventilación
Estos parámetros van acorde a los parámetros establecidos por la ASHRAE Ventilation for acceptable indoor air quality aplicables a sistemas de aire acondicionado. Cabe resaltar que es necesario tomar en cuenta la ventilación por área y / o por persona, esto hará que sea más sencillo proporcionar aire fresco y evitará la concentración de CO2, que es poco óptima.

A0MH0077220

Rangos aceptables de temperatura y humedad

Requerimientos de filtración
Ya sea un espacio residencial, una oficina o un local de servicios, se estimará la filtración de aire según las necesidades del proyecto, para lo que habrán de describirse todos los niveles, desde el menor hasta el de mayor eficiencia, poniendo especial énfasis en el método de prueba respectivo; también es importante la presión estática final de cada filtro con los filtros sucios, así, al darse esta condición, se tendrá la potencia del motor suficiente para filtrar el aire.

Personas
Se tomará en cuenta la cantidad de personas por cada local o zona de acondicionamiento, así como la actividad que se desarrollará en cada espacio; también aspectos como la cantidad de personas fumadoras, pues esto hará que la calidad de aire interior se vea o no comprometida.

Cabe destacar que en cada aplicación dicho factor tomará mayor o menor peso según el espacio. En cines, por ejemplo, variará la cantidad de usuarios y el tiempo que éstos permanezcan en el recinto climatizado.

Disipación térmica de iluminación
Se refiere al tipo de iluminación por cada local y su disipación respectiva; al tipo de instalación, si es oculta o visible, así como al factor de disipación por balastra, en caso de tenerla.

A0MH0077219

Diseño. El material, la forma y la clasificación de la ductería incidirán en el mantenimiento que se programará y en el apoyo que brindará al sistema

Disipación térmica de equipos
La disipación de calor generado por cada equipo y cada sistema deberá considerarse, por lo que los equipos con dispositivos eléctricos, de vapor, de combustión, motores, equipo electrónico y aparatos especiales con disipación térmica serán evaluados. El éxito del proyecto dependerá de cada local y de su disipación respectiva.

El funcionamiento continuo o parcial de los equipos en las áreas acondicionadas permitirá obtener resultados congruentes en la estimación de cargas térmicas.

Otro elemento significativo es el anclaje para equipos de aire acondicionado con base, ya sea de concreto o estructural. En este punto será necesario definir los soportes para los ductos, tanto externos tipo estructural, como internos tipo colgantes.

Un indicador más por evaluarse es el de servicio de energía eléctrica, debido a que el tipo de alimentación eléctrica con el cual cuenten los equipos de aire acondicionado podrá influir en el calor que los impacte, sobre todo, en el rendimiento que puedan tener durante su vida útil. Por lo tanto, voltaje, fases y ciclos, así como la potencia de los equipos, tendrán que medirse y compararse en la etapa de prediseño de los sistemas de acondicionamiento.

En el diseño de sistemas se tomará en cuenta el drenaje para los equipos de aire acondicionado, señalando con precisión el tipo de material y el diámetro correspondiente en cada equipo. Además, es importante definir el tipo de instalación, a fin de indicar si es necesaria la presurización; de ser así, habrá que considerar la NFPA 74, norma establecida por la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (NFPA, por sus siglas en inglés), o en su defecto, los códigos nacionales aplicables.

Hay que resaltar que la presurización evitará que se infiltre aire del exterior, el cual, posteriormente, puede influir, tanto en las condiciones interiores, como en la entrada de polvos o gases.

Proporcionar una óptima calidad de aire interior requerirá la implementación de cambios de aire, ya sea por ventilación natural o forzada, acordes a las normas nacionales aplicables en el país, contemplando normativas de trabajo o certificaciones internacionales.

Usualmente, las tomas de aire exterior habrán de cumplir con ciertas medidas de seguridad para garantizar que el aire que entre se encuentre libre de tóxicos; en este sentido, se tendrá que realizar un diseño de la filtración en la toma de aire exterior y, de ser necesario, se instalarán filtros que eviten la introducción de polvo a una red de ductos de retorno.

Por su parte, la acústica en los sistemas de aire acondicionado también deberá proporcionar confort, así como cumplir con los estándares de ambiente interior; por tal motivo, será necesario indicar el nivel de ruido de los equipos que integrarán el sistema.

En cuanto al material, la forma y la clasificación de la ductería, éstos incidirán en dos aspectos principales: el mantenimiento que se programará y el apoyo que proporcionará al sistema, tanto en aspectos de acústica, como de presión, sea en sistemas de aire acondicionado de expansión directa o de agua helada.

Considerar las bases de diseño de un proyecto de aire acondicionado, analizar los planos arquitectónicos, estructurales y eléctricos, al igual que la orientación geográfica y las condiciones climatológicas promedio para el cálculo, permitirán que se realice un examen de la capacidad de los equipos de aire acondicionado, documento que finalmente establece los parámetros para definir el sistema de acondicionamiento que se tendrá. Cualquier modificación a las condiciones iniciales la tendrán que llevar a cabo el cliente, el ingeniero y el diseñador.

Trabajando bajo presión

A0MH0078448

Una correcta presurización en los cuartos limpios es primordial. Sin una adecuada medición, las entregas de aire pueden afectar el rendimiento del sitio, al presentarse infiltración de partículas contaminantes o aumento de temperatura, decantando en costos por reparación

 

Para que ciertos espacios puedan funcionar es necesario que estén presurizados; por ejemplo, una cabina de avión no puede funcionar sin que haya un correcto flujo de aire, ya que la presión que hay fuera de ella afectaría tanto las funciones de la aeronave como a las personas que la operan.

En la industria, este recurso ha sido utilizado para evitar la presencia de contaminantes, como polvos, insectos e, incluso aire caliente, en cuartos de control, de telecomunicaciones, eléctricos, así como en áreas limpias o quirófanos.

El elemento de este recurso es la presión, que en su definición más básica se entiende como la fuerza aplicada a una superficie. En el sector de aire acondicionado, sin embargo, se manejan dos términos asociados a la presión causada por el flujo del aire: la presión estática y la presión dinámica.

La presión estática es la que se produce a partir de la resistencia del paso de aire por cualquier elemento, ya sean filtros, serpentines, compuertas, etcétera, y que obstruye el flujo o corriente del aire. La presión dinámica, por su parte, es la presión que se origina con la velocidad de desplazamiento del aire en el área acondicionada.

Para mayor claridad, la Figura 1 ejemplifica los componentes de la presión, representados en Static Pressure (SP) y Velocity Pressure (VP), además del Total Pressure (TP), este último como la combinación de los dos primeros.

A0MH0078446

Figura 1. Componentes de presión

En cuanto a la importancia de las presiones diferenciales y su relevancia con los sistemas de acondicionamiento, sirve para que un flujo de aire continuo vaya en la dirección deseada, a través de los espacios de las puertas, penetraciones en las paredes o conductos, reduciendo el paso de partículas no deseadas.

Cuando se hace el cálculo de carga térmica de los espacios a acondicionar, se determina el flujo de aire que se tiene que inyectar al local, para poder disipar la generación de calor. Para lograr esto, se toma en consideración el calor producido por la iluminación, las personas que estarán en el lugar, la radiación solar, el número de equipos eléctricos, la infiltración de aire y otros elementos, como los que indica el estándar de la ASHRAE 90.1- 2010.

Además de todos estos factores, para mantener una determinada presión positiva, es necesario considerar la cantidad de aire adicional que se podrá tener, pues este número indicará el excedente de aire por abatir y que puede poner en riesgo el nivel de presión requerido.

Cuando se hace un cálculo de infiltración de aire se utilizan métodos que determinan la cantidad de elemento, en función a las aperturas expuestas al exterior, de los espacios acondicionados; por ejemplo, el método de ranuras, donde se evalúa el número de espacios que dan al exterior y se calcula la entrada de aire al recinto.

Cuando se requiere mantener cierta presión en el interior de los espacios acondicionados, se invierte el proceso de la infiltración, expulsando al exterior el aire a través de las aperturas, para asegurar que haya un diferencial de presión. Este proceso es conocido como exfiltración de aire.

Ejemplo de cálculo con una sola puerta 

El caso de estudio será calcular el flujo de aire necesario para mantener la presión positiva de 25 Pa, en el interior de un cuarto de control, donde la única apertura expuesta sea la puerta de éste.

Para determinar la cantidad de aire que se requiere expulsar, primero se calcula el área efectiva de escape y, posteriormente, la velocidad de expulsión del aire para producir la presión dinámica requerida. Una vez obtenidos estos valores, se podrá conocer la cantidad de aire expulsado a través de las ranuras, que asegura el diferencial de presión dentro espacio a presurizar.

Características de la puerta (son muy importantes; en este ejemplo se tomarán en cuenta los siguientes factores):
[H] Altura de la puerta: 2.3 metros
[A] Ancho de la puerta: 2.0 metros
[e] Rendija o ranura: 3 milímetros (1/8 de pulgada)
Presión requerida: 25 Pa = 2.5 milímetros de presión ganada

Área efectiva de escape:
A = [ ( 3 × H ) + ( 2 × A ) ] × e
A = [ (2.3 × 3 ) + ( 2.0 × 2 ) ] × 0.003
A = 0.0327 m² (0.35 ft²)

Velocidad de expulsión:
v=4 √∆p
donde: v
Velocidad del aire [m/s] ∆p Presión dinámica [mm c.a] v=4 √2.5
v= 6.3 m/s (1.240 FPM)

Flujo de aire expulsado:
Q = v × A
donde:  Q = Flujo de Aire [m3/s]

v = velocidad [m/s] Q = 6.3 × 0.0327
A = Área [m²] Q = 0.2060 m3/s (437 CFM)

A partir del cálculo del caudal de aire (necesario para asegurar el diferencial de presión entre el área presurizada y el exterior del espacio), el factor aire se deberá agregar al cálculo de la carga térmica del local, como un determinante de ventilación requerida, debido a que el aire tratado (temperatura, humedad y calidad del aire controlado) será desechado al exterior del área presurizada y será una carga térmica que se considera para el dimensionamiento del sistema de aire acondicionado.

La manera de operar un sistema de aire acondicionado, en cuartos limpios, es manteniendo una presión constante en el área acondicionada y, cuando haya una caída de presión, se deberá ajustar la inyección del equipo principal de acuerdo con lo que se necesite dentro del espacio.

El control de la presión se puede hacer por medio de un equipo independiente dedicado a mantener la presión del aire en el interior del espacio acondicionado, o a través del ajuste en las revoluciones del motor eléctrico, esto es, del ventilador de inyección del equipo principal que suministra el aire acondicionado.

Para el diseño de sistemas de aire acondicionado en este tipo de recintos, es necesario incluir en los equipos la instrumentación y control óptimos para asegurar que las condiciones del funcionamiento se cumplan, para ello es indispensable contar con transmisores y sensores de presión y controladores que actúen de manera automática con los equipos de aire acondicionado.

En cuanto a la calidad del aire, ésta se controlará con un equipo que no necesariamente sea el mismo que se dedica a la presurización. La filtración de aire se establecerá y se seleccionarán los equipos de acuerdo con los contaminantes presentes en las áreas donde se encuentren los espacios acondicionados y presurizados.

Para el caso de los cuartos donde se requiere una presión positiva, el estándar 496 de la National Fire Protection Association (NFPA) clasifica los espacios que requieren ser presurizados en función del contenido de gases, contaminantes, vapores y líquidos que puedan provocar la ignición de un incendio e, incluso, una explosión. Esto según su apartado sobre purga y presurización del sistema eléctrico.

Para los cuartos de control, se recomienda mantener una presión constante de 25 Pa, con puertas cerradas y una velocidad mínima de escape a través de las ranuras, la cual deberá ser de 0.305 metros por segundo, de manera simultánea, a través de las ranuras, de acuerdo con el estándar ya mencionado de la NFPA.

Infraestructura para el resguardo de información

A0MH0077856

El crecimiento de las tecnologías de la información es innegable y con éste el despliegue de proyectos de centros de datos. ¿De qué forma se pueden enfriar estos sitios, sin que represente costos de operación elevados? En el mercado existen diversas soluciones que pueden ayudar a los instaladores y operadores a resolver el problema

 

Los centros de datos requieren equipos que respalden, protejan y administren energía, así como soluciones de enfriamiento que mantengan servidores, switches, equipos de telecomunicaciones o incluso de videovigilancia a una temperatura estable. Además, deben canalizar el exceso de humedad dentro de la instalación hacia el exterior, característica muy importante de estos sistemas por la importancia que tiene actualmente el tipo de información que resguardan.

En este sentido, mantener la temperatura adecuada es indispensable, sobre todo en temporada de lluvias, pues su incremento puede generar mayor humedad y ocasionar que el funcionamiento de los equipos dentro del site se vea afectado e incluso dañado.

Enfriamiento móvil
La tecnología con la que operan algunos sistemas de aire acondicionado de gabinete está basada en un compresor de corriente directa de velocidad variable; es decir que el equipo cuenta con un inversor que convierte la corriente alterna en corriente directa.

Dado que el compresor es de velocidad variable en el arranque, la demanda de corriente eléctrica es mucho menor, lo que permite tener un ahorro significativo en el consumo de energía eléctrica (a diferencia de los tradicionales que funcionan con corriente alterna, lo que hace que la energía necesaria para iniciar su operación sea muy elevada).

El ahorro de energía es otro factor que debe tomarse en cuenta respecto del uso de equipos de enfriamiento para estos sitios y, en general, para los nuevos proyectos. Esto se puede lograr al realizar un buen estudio de campo para la construcción del centro de datos, en donde se dimensione adecuadamente el tipo de equipos que se instalarán, como ahorradores de energía, ecológicos, trifásicos, etcétera. En el caso específico de los aires acondicionados, seleccionar aquellos que ahorren energía y puedan ser monitoreados remotamente es la mejor opción.

Al utilizar enfriadores portátiles, por ejemplo, es recomendable dirigir el sistema de enfriamiento a zonas específicas de calor y enfriar aquellos dispositivos que generan más calor para que el aire fresco circule a través de ellos y salga expulsado por la parte posterior del gabinete o rack. Esto se debe hacer sin olvidar que el aire caliente tiene que salir al exterior del centro de datos para que no se genere más humedad.

Además de proveer movilidad, otra ventaja de estas soluciones de aire acondicionado es su bajo costo, no sólo en precio, sino en aspectos de inversión en infraestructura, ya que no se requiere hacer otro gasto para aditamentos especiales que ayuden a desechar el agua condensada que se genera, o la construcción de pisos falsos y conexiones especiales. En caso de emergencia o de falla en algún otro aire acondicionado, también es posible utilizar este tipo de equipos.

A0MH0077854

Temperatura. El control de este parámetro es uno de los aspectos más importantes, dado que el calor es uno de los principales enemigos de los sistemas electrónicos. La administración remota permite controlar, gestionar y enviar notificaciones antes de que se rebasen los niveles establecidos

Otro de los aspectos que debe cuidarse en este tipo de aplicaciones son las condiciones de temperatura. Justo ahí reside la importancia de tener sistemas administrables, pues se tendrá que cuidar que se mantengan en los parámetros ideales establecidos en el centro de datos. Administrar, por lo tanto, permitirá controlar, gestionar y enviar notificaciones al operador sobre las condiciones de temperatura en que se encuentra el site, para que desde un lugar remoto pueda evaluar y hacer las correcciones en el funcionamiento del sistema de aire acondicionado.

En este sentido, el manejo a distancia de la temperatura en el site permitirá al administrador el ahorro en traslado y la protección tanto de los equipos instalados como de la información de la empresa que se almacena en los servidores.

Optimizar recursos humanos, tecnológicos o económicos son puntos que toda empresa debe tomar en cuenta para cuidar sus finanzas. Por ello, el recurso del monitoreo remoto de los equipos a través de un software puede ayudar bastante a los administradores del site, quienes podrán mejorar el manejo y el desarrollo tecnológico de la compañía. Además, el cuidado de la información que se resguarda es una garantía que se tiene con los clientes, por lo que también representa ventajas financieras a la hora de concursar por un proyecto.

A0MH0077853

Optimización. El monitoreo remoto de los equipos a través de un software puede ser de gran ayuda para los administradores del site, quienes podrán mejorar el manejo y el desarrollo tecnológico de la compañía

Protección al medioambiente
Mientras más intenso sea el trabajo de un centro de datos, serán más grandes sus partes, como el gabinete de cableado de redes o la sala de servidores; por tanto, se calentará más, conduciendo a una operación ineficiente, con desempeño debilitado y costos de enfriamiento aumentados. De hecho, el enfriamiento puede consumir más de la mitad de la energía usada por una instalación de alta densidad.

Además de valorar el ahorro en el consumo eléctrico de los aires acondicionados, es importante verificar que los equipos cumplan con normas que protejan a las personas y al medioambiente, por ejemplo, RoHS y el tipo de refrigerante R-410A ecológico, donde ambos cubren los estándares ecológicos mundiales.

Cuando se utilizan enfriadores portátiles, es muy recomendable dirigir el sistema de enfriamiento a zonas específicas de calor, como se mencionó anteriormente. Además, es importante hacer un análisis del flujo de aire caliente y frío, es decir, en vez de que se inyecte aire frío a todo el site, es preferible que entre a aquellos dispositivos que generan más calor para que el aire fresco circule a través de ellos y salga expulsado por la parte posterior de éstos y del gabinete. Otra situación importante que se debe realizar es canalizar el aire caliente hacia el exterior del centro de datos.

Basic RGB

Focalizado. Cuando se utilicen enfriadores portátiles, es recomendable dirigir el sistema de enfriamiento a zonas específicas de calor y realizar un análisis del flujo de aire caliente y frío

Negocio en enfriamiento
Los beneficios de contar con este tipo de tecnología para integradores o distribuidores es que enriquecerán su portafolio de soluciones y obtendrán un rápido retorno de inversión; al mismo tiempo, pueden acceder a capacitación comercial como técnica para implementar esta solución en ambientes que lo requieran y podrán especializarse en sistemas de enfriamiento para que de esta manera se ofrezca la solución más adecuada a la necesidad de los clientes. Por ejemplo, brindarle confianza y seguridad al cliente de que los sistemas de aire acondicionado cumplen con la norma RoHS y que sus refrigerantes satisfacen los estándares ambientales mundiales (R-410A), así como nuevas tecnologías que permiten el ahorro en el consumo de energía, son parte de las estrategias para ganar propuestas de negocio mientras se planea acondicionar algún centro de datos.

Como se ha dicho, enfriar y mantener a una temperatura estable tanto dispositivos como el área donde se almacenan es una de las principales necesidades de quien diseña y administra estos espacios; pero también mantener resguardada y segura la información es otra de las prioridades que no debe pasar inadvertida.

Parte de esta seguridad es mantener la temperatura estable del site, integrando equipos adecuados al diseño y a las necesidades de espacio de la empresa. Hay que recordar que la información contenida en los servidores o en las computadoras que utilizan los trabajadores de las empresas tiene un gran valor que generalmente no se considera importante, hasta que se ve una falla o se llega a perder la información. Contar con dispositivos que tengan capacidad de monitoreo remoto es una alternativa que varias empresas han adoptado tras conocer los beneficios de administrar un centro de datos de una ciudad a otra, así como reconocer que han tenido ahorro por los costos de no trasladar al administrador del sitio de una zona a otra.

Algunos sistemas de aire acondicionado cuentan con paneles de control LCD y una interfaz de red que proporciona monitoreo, control local y remoto de temperatura, humedad, velocidad del ventilador, alarmas y registro mediante botones del panel frontal, o a través de SNMP, Internet, Telnet/SSH o Modbus. Todas estas capacidades permiten mantener el correcto funcionamiento de equipos de misión crítica; sin embargo, se deberá elegir la opción más conveniente para la aplicación.

Por ello, es importante proteger los equipos desde su interior a través de firewalls, antivirus, etcétera, y en la parte exterior con racks, gabinetes, UPS y sistemas de aire acondicionado que ayuden a mantener su operación en óptimas condiciones. En todo momento se debe procurar que no se detenga su funcionamiento y que no se pierdan los datos o la información.

De esta manera, se pueden salvar muchas horas de trabajo y gigas de información de las empresas, sólo por contar con sistemas de aire acondicionado capaces y adecuados para enfriar correctamente un site. Al momento de diseñar, una pregunta indispensable es ¿qué vale más: los equipos o la información de la empresa? La respuesta: ambos, pues al proteger y operar los equipos se podrá garantizar el resguardo de la información.

Entrar or Crear una cuenta

El acceso a nuestra web implica la utilización de cookies con el objeto de reconocer a los usuarios que se hayan registrado y poder ofrecerles un mejor servicio y más personalizado así como información técnica. Para saber mas sobre nuestro uso de las cookies y como tratarlas vea nuestro aviso legal.

Acepto cookies de este sitio web.

EU Cookie Directive Module Information