Wednesday, May 03, 2006

Teoria Diseno de Conductos

FUNDAMENTOS DE AIRE ACONDICIONADO

Los sistemas de aire acondicionado se componen de muchas aplicaciones y partes. Tenemos que según su aplicación las partes y usos se diversifican.

Tenemos desde las partes más sencillas hasta las más complicadas, comenzando con los A/C de pared y de ventana seguidos muy de cerca por las unidades remotas o “Split Unit”. También podemos encontrar los sistemas auto contenidos o “package” en donde todo el sistema esta unido en una misma carcaza. Para aplicaciones industriales tenemos los sistemas divididos enfriados por agua y torres de enfriamiento. Estas son solo las aplicaciones más utilizadas en el mercado las cuales explicamos más adelante.

SISTEMAS DE A/C DE VENTANA O DE PARED

Estos son para aplicaciones residenciales y algunas comerciales. Son los más usados para esa aplicación y los podemos encontrar desde 8, 000 BTU/hr hasta 36, 000 BTU/hr.

Los acondicionadores de aire de ventana y de pared consisten en tres partes básicas:

1 ) compresor hermético
2 ) condensador
3 ) evaporador usado un tubo capilar como control de refrigerante.

El refrigerante usado por estos sistemas es el FREON 22 con su composición química C H C I F 2 ( monoclorodifluorometano ). El ciclo de enfrentamiento es similar a otros sistemas. El refrigerante líquido se colecta en las serpentinas bajas del condensador y fluye a través del tubo capilar ( control de refrigerante ) en el evaporador. Cuando la unidad esta en operación el evaporador esta, bajo una baja presión. El refrigerante líquido pasa rápidamente por el evaporador y recoge el calor de encima de la superficie de este y el fan motor sopla a través del evaporador enviando el aire enfriado hacia el cuarto y a la misma vez hace que retorne a través filtro para ser enfriado nuevamente. El vapor a baja presión es enviado del evaporador, a través de la línea de succión, al compresor donde es comprimido hacia el lado de alta presión. A través de esta línea llega al condensador donde se le disipa el calor y se condensa para convertirse en líquido y seguir hacia el control de refrigerante.

Un termostato ajustable es colocado en el panel para controlar el encendido y el apagado de la unidad.

El compresor y el condensador son parte de la unidad pero quedan fuera del cuarto. El compresor y el condensador son de manera que el aire que el abanico circula a travé del evaporador es enfriado y dehumedificado. La humedad es colectada en el evaporador donde va a una bandeja debajo de este y de ahí se drena hacia fuera de la unidad.



ACONDICIONADORES DE AIRE DE CONSOLA ( “SPLIT UNIT” )



Los sistemas de acondicionadores de aire son montados en gabinetes. Estos varían en su capacidad, desde 2 HP hasta 10 HP . Muchas de estas unidades son usadas en pequeños establecimientos comerciales como restaurantes, tiendas y bancos. Los modelos varian entre las enfriadas por aire y las enfriadas por agua. Los modelos de aire frío son requeridas en algunas localidades ya que tienen restricciones sobre el uso del agua.

Muchos de estos sistemas ductos para su distribución, otros sistemas que no usan ductos son los más usados en aplicaciones residenciales. Estos sistemas consisten de una unidad condensadora y una evaporadora. Son muy fácil de instalar y son muy eficientes en cuanto a como enfrían y su consumo de energía eléctrica que es mucho menor que el de una unidad de ventana o de pared. Este tipo de unidad se ha convertido en la favorita de los consumidores ya que son una buena manera de evitar tener un aire ruidoso como lo son los de ventana y los de pared. Ya que la condensadora, que es la ruidosa esta fuera del cuarto mientras que la evaporadora esta dentro del cuarto. Estos sistemas sencillos también utilizan refrigerante 22 C H C I F 2 ( monoclorodifluorometano ) para su ciclo de enfriamiento.



SISTEMAS DE CONSOLA CON DUCTOS



Estas unidades son un poco más complicadas que las anteriores ya que la otra se utiliza solamente para un cuarto u oficina, con esta podemos llevar el aire acondicionado a toda una casa o varias oficinas a la misma vez con la utilización de ductos.

Los ductos se pueden construir de muchos tipos de materiales tales como la cerámica, fibra de vidrio ( “fiber glass” ), hojas de metal ( “shett metal” ), black steel entre otros. El tipo de material se define según su uso. Para estos sistemas pequeños se pueden utilizar de fiber glass o shett metal. Son de frabricación y el propósito es llevar el aire a diferentes habitaciones u oficinas. Los ductos de shett metal son más costosos, ya que, hay que aislarlos en su totalidad para evitar la condensación del aire frío.









INSTALACION DE SISTEMAS DE CONSOLA O UNIDADES REMOTAS

Las consolas tienen una instalación bien sencilla.

Primero ubicamos la unidad evaporadora en el cuarto u oficina que se va a utilizar, luego colocamos la unidad condensadora fuera del edificio tomando en consideración el ruido.
Esto es muy importante, ya que, el ruido que causa un compresor y el motor de un abanico son considerables y en una aplicación residencial puede ser algo molesto para un vecino y hasta para un miembro de la familia que quede cerca de la unidad.
Después que estas estén instaladas debemos instalarles la tubería de refrigeración. Antes de cargarlas de refrigerante, debemos hacerle un vació profundo para removerle la humedad que pueda tener en el sistema, para después cargarla de refrigerante.


MANTENIMIENTO Y SERVICIO A LAS CONSOLAS



Los paneles de la unidad tienen que ser removidos para hacer trabajos en la parte interna de la unidad, Un mantenimiento periódico incluye, reemplazar los filtros o limpiar estos, limpiar los evaporadores y los fins, limpiar y lubricar el motor del abanico y limpiar la bandeja y el tubo de drenaje. Es muy importante verificar la carga de refrigerante en cada servicio.

Es muy importante verificar semanalmente:

1 ) V-Belts
2 ) Velocidades del abanico
3 ) Velocidades de la bomba
4 ) Liqueos de agua y refrigerante
5 ) Presiones y temperaturas
6 ) Lubricación
7 ) Conecciones de los ductos
8 ) Torres de enfriamiento

Mensualmente se debe verificar:

1 ) Carga de refrigerante y hacer pruebas de liqueo
2 ) Cambiar filtros
3 ) El humedificador
4 ) Válvulas de seguridad
5 ) Bomba de torre de enfriamiento
6 ) Dampers, Registros, Parrillas y Difusores de los ductos
7 ) La tubería



Cada seis meses:

1 ) Limpiar abanicos y carcasas
2 ) Limpiar difusores y registros de ductos

Cada año:

1 ) Verificar eficiencia del compresor
2 ) Verificar eficiencia de las bombas
3 ) Verificar la eficiencia de los dampers
4 ) Limpiar los circuitos de agua
5 ) Operar todas las válvulas de mano

Cada dos años:

1 ) Inspeccionar las superficies húmedas del condensador

































SISTEMAS DE A/C INDUSTRIAL


Esta es una aplicación más complicada y más costosa. Si tomamos como referencia las farmaceuticas vemos que los sistemas tienen que ser más eficientes y se podría decir que hasta casi perfectos. En las farmaceuticas y muchos tipos de industrias los productos que se fabrican dependen mucho de la temperatura y humedad del ambiente en que se producen.

La mayoría de los sistemas de A/C industrial usan el agua como refrigerante. También en este tipo de industria podemos encontrar una gran cantidad de equipos que ayudan a mantener las condiciones ambiebtales como se requieren para la fabricación de un producto. Podemos encontrar equipos que controlan la humedad tales como dehumidificadores, humidificadores y reheat – coil.


REQUERIMIENTOS BASICOS DE VENTILACION


El aire es una mezcla de gases. Normalmente el aire contiene 21% de oxígeno. El sistema humano requiere de cierta cantidad de oxígeno contenido en el aire para mantener la vida y sentirse confortable.


DUCTOS DE AIRE ACONDICIONADO


Para llevar el aire al espacio acondicionado se necesitan ductos. Estos son fabricados de hojas de metal ( “shett metal” ) y de algunos materiales estructurales que sean a prueba de fuego.

Existen tres clasificaciones comunes de ductos:

1 ) Ductos de aire acondicionado
2 ) Ductos de recirculación de aire
3 ) Ductos de aire fresco

Los ductos comunmente usados son redondos, cuadrados o rectangulares. Los ductos redondos son los más eficientes para cargar grandes volumenes de aire. Los ductos cuadrados o rectangulares son usados comforme la construcción del edificio.









DIFUSORES PARRILLAS Y REGISTROS

Los difusores se utilizan para permitir la salida del aire acondicionado al cuarto donde se desee. Estos varian en tamaño y diseño según aplicación. La diferencia en tamaño se define según la cantidad de CFM necesitados para enfriar el cuarto. Varian de diseño según la estética del edificio y según el tiro, ya que, con los difusores uno puede dirigir el aire hacia donde uno lo desee.

Los difusores pueden venir:
A ) One Way = el tiro se dirige hacia un solo lado
B ) Two Way = el tiro va hacia dos lados y esto se ve cuando hay pared
cercas o algún obstácukos que restrinja la salida del aire.
C ) Three Way = estos se utilizan mucho en las esquinas de los cuartos
D ) Four Way = Son los más utilizados y se colocan en el centro de la habitación

Muchos difusores vienen con unos dampers que se utilizan para el balanceo de aire acondicionado según los CFM necesarios en el cuarto. Las conecciones de los difusores a los ductos pueden variar desde la utilización de una boquilla del mismo material del ducto hasta una manga flexible que se conecta del ducto difusor.

PARRILLAS ( GRILL )

Su mayor aplicación es en los ductos de retorno. Siempre se colocan en una esquina del cuarto, lejos del tiro del difusor para que no pueda retornar el aire frío sin usarse, sino que, retorne el aire, que ya ha circulado por el cuarto. Estas parrillas también las podemos ver en puertas. Estas se instalan cuando el sistema de A/C no provee ductos de retorno y el trabajo de estos es dejar salir el aire del cuarto para que pueda retornar a la máquina, ya sea, por un pasillo o por un pleanum. Estos también tienen dampers para poder balancear el flujo negativo que retorna hacia la máquina. Este flujo tiene que ser proporcional al tiro de la máquina.

DAMPERS

Existen muchos tipos de dampers. Su aplicación es graduar el flujo de aire dentro de los ductos de aire. El tipo de dampers a utilizarse se define según su uso. En una conección o rama de ducto podemos encontrar un split damper que se trata de una hoja de metal del mismo tamaño del ducto que se coloca transversalmente en la entrada del ramal y gradúa la cantidad del aire que va a entrar al ramal del ducto principal.

Otro tipo de damper que podemos encontrar es el OBD o balancing damper. Su uso es simplemente ayudar a la distribución del aire de los ductos.

En la clasificación de los dampers también podemos encontrar los “Fire Dampers” o dampers de fuego, estos están en los ductos que pasan a través de la pared y evitan que el humo pasen de un cuarto a otro en caso de un incendio. Este damper tiene sus hojas enrrolladas en su parte superior con una placa que funcionan como fusible. Cuando este se calienta a medida que sube la temperatura la placa rompe y las hojas del damper caen sellando herméticamente el ducto por dentro.
METODOS PARA DISEÑO DE DUCTOS


Su función básica es llevar el aire desde la unidad manejadora hasta los distintos espacios que serán acondicionados. El diseñador debe tener en cuenta el espacio disponible, los niveles de ruidos, las perdidas por fricción, el costo inicial y los factores de transferencia o ganancia de calor.

Un sistema sencillo de ductos consiste en un ventilador, ductos, accesorios, rejillas de suministro y ductos de retorno.

El ventilador saca aire del espacio acondicionado, a través del ducto de retorno, a una velocidad de 25 pies por minutos.

En este proceso han ocurridos 4 cosas al aire:

( 1 ) La velocidad ha sido incrementadas
( 2 ) La presión estática ha sido incrementada
( 3 ) La temperatura ha sido incrementada
( 4 ) El aire ha sido comprimido un poco

* Estos representan el trabajo hecho por el ventilador *

Los factores más importantes en el diseño de ductos son la presión estática y la velocidad en el punto 2.

Se debe calcular las pérdidas en un sistema de ductos siempre que se quiere tener la cantidad de aire adecuadas en todos los espacios acondicionados.

Métodos para diseñar ductos y calcular su rendimiento:

1. Reducción de velocidad
2. Igualación de fricciones
3. Recuperación estática

DISEÑO DE DUCTOS

El diseño en sí de los ductos depende del tipo de sistemas y del volumen de aire para calefacción y enfrentamiento necesario para cada habitación.



METODOS DE IGUALACION DE PRESIONES

Este se adapta a una gran variedad de situaciones. Su ventaja radica, en el hecho, de que se dispone de la misma presión estática, para mover el aire a lo largo de cada ramal del sistema, sea este de 5 ó 25 pies de largo; para entregar 10 pies cúbicos por minuto ó 100 pies cúbicos por minutos, con una conección o tres conecciones que generen fricción. Es necesario determinar la longitud equivalente del ducto de suministro que ofrezca la mayor resistencia de flujo de aire.
Cuando se diseña un sistema de ductos, ninguna sección de tamaño constante debe exceder los 24 pies. Cuando la longitud total del ducto sea reducido cada 15 ó 10 pies.


PRESION DEL SISTEMA

En las instrucciones del fabricante, correspondiente al equipo seleccionado, se indica la presión disponible para vencer las pérdidas de presión externas a la unidad manejadora. Se debe indicar si las pérdidas a través de filtros, serpentines e intercambiadores de calor, han sido considerados en el cálculo de la presión estática disponible. Esta presión debe ser suficiente para compensar las pérdidas en los ductos de suministro y retorno, difusores, rejillas de retorno, serpentín de enfriamiento ( si no ha sido incluido como parte integral de la unidad manejadora ) y cualquier otro accesorio externo que sea colocado en el camino de aire. Esta presión debe estar disponible bajo condiciones compatibles con el volumen de aire necesario para manejar la carga de enfriamiento y calefacción. La presión termal disponible puede ser dividida entre los sistemas de suministro y retorno de modo que ayude a un diseño económico.
Donde se desea un sistema silencioso, una presión estática baja permitiría una velocidad baja en el ventilador y una operación silenciosa del equipo. Una pérdida de presión baja tambien reducirá la velocidad en el ducto y en las rejillas, dos posibles fuentes de ruido.



DIMENSIONES DE DUCTOS

Las tablas de fricción están basadas en los diámetros de ductos circulares; para obtener las dimensiones de ductos restangulares equivalentes se usa la tabla siguiente:
Notese los números grandes impresos, estos son llamados números de clase de ductos y son la representación numérica del costo inicial del sistema de ductos. Mientras mayor sea el número de clase mayor será el costo del ducto.
Para sisytemas de ductos hechos con otros materiales distintos de lámina galvanizada o aluminio, se recomienda que sea consultada la información técnica sumunistrada por el fabricante, para encontrar tablas de pérdidas por fricción similares, o factores de conversión que puedan ser aplicados a la información sobre ductos metálicos suministrada aquí.
Ductos de fibra de vidrio y ductos flexibles tienen caracteristicas de flujo algo diferentes y deben ser tratados de acuerdo a ellas. También es importante no olvidar que los ductos metálicos forrados con aislamientos térmicos o acústicos tienen diferentes factores de fricción y que la dimensión interior se ve reducida por el grosor del aislamiento.

CALCULADORES DE DUCTOS

Existen calculadores manuales, que estan basados en las tablas de pérdidas por fricción y que suministran la misma información sobre volúmenes, velocidades, présiones estáticas, etc. Las escalas también dan una conversión instantánea de ductos redondos redondos a ductos rectangulares equivalentes.

ACCESORIOS DE DUCTOS

Este es el nombre dado a diferentes partes en un sistema de ductos tales como, codos, derivaciones, cuellos, etc. Ellas ofrecen resistencia al flujo del aire y representan la mayor parte de las pérdidas por fricción; tambien afectan las características de ruido del sistema. Algunos catálogos de fabricantes listan los accesorios convencionales y expresan las pérdidas en términos listan los accesorios convencionales y expresan las pérdidas en términos de longitudes equivalentes de ductos rectos. Por ejemplo, un codo de 90 grados tipo B del grupo 2, con una anchura de 12 a 21 pulgadas tendrá la misma pérdida que un ducto recto del mismo tamaño de 15 pies de largo.