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Distribución del Aire en Sistemas HVAC

Publicado por S&P el Aug 05, 2022
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En el mundo los espacios acondicionados y no acondicionados generan una sensación de confort dependiendo del lugar y/o ubicación en donde nos encontremos, esta sensación de confort está ligada a diferentes factores físicos del aire como son; la humedad, la temperatura, la velocidad del aire y el nivel de ruido. 

Los primeros dos factores se pueden tratar durante el acondicionamiento del aire, es decir, se tratan con la unidad de tratamiento (Fan and Coil, Unidad manejadora, etc) y los siguientes dos factores se tratan con las unidades terminales (Difusores, Rejillas), es decir, se calcula y selecciona con niveles basados en un estándar para distribuir el aire en los locales con velocidades optimas y con el mínimo ruido posible, usando la técnica llamada “difusión del aire”.

Difusión de aire

Para suministrar aire en un local es necesario hacer uso de la “difusión de aire”, que tiene como primordial objetivo distribuir el aire de manera correcta evitando generar zonas de estancamiento de aire que conlleven a tener zonas sin ventilar y con mayor concentración de CO2, es decir, zonas contaminadas que a su vez nos impidan tener un espacio con temperatura homogénea y calidad de aire en todo la zona ocupada. Cuando hablamos de la difusión de aire, debemos de tomar en cuenta que el factor que afecta directamente al comportamiento del aire es la velocidad, el aire antes de pasar por algún elemento de difusión (rejilla o difusor) avanza con cierta velocidad, a esa velocidad se le llama velocidad de cuello, cuando el aire está pasando por las aletas se le llama velocidad efectiva, y una vez que el aire sale de las aletas se le llama velocidad de salida, estas velocidades le dan al aire el impulso para cumplir con ciertas distancias (alcances) y generar niveles de ruido aceptables para diferentes aplicaciones, pero además le otorga la posibilidad de generar espacios confortables cuando se alcanza la velocidad terminal, que es la que afecta directamente a los ocupantes y es la responsable de que se genere un buen confort térmico.

 

Aire en Sistemas HVAC

Velocidad terminal


Las velocidades que se generan cuando el aire pasa por un elemento de difusión nos permite generar espacios confortables por medio de la velocidad terminal, esta velocidad es la que se encuentra en las zonas ocupadas y es la que está en contacto directo con los ocupantes (ver imagen), normalmente se tiene un valor al cual se desea llegar para generar un buen confort térmico, para niveles comerciales ronda entre 0.2 m/s y 0.3 m/s, ¿Cómo llego a esas velocidades?, gran parte de la difusión se enfoca en el comportamiento que va a tener el aire a la salida del difusor o rejilla, actualmente existen elementos que suministran el aire generando diferentes patrones de distribución y deflexiones de la vena de aire, dichas deflexiones nos sirven para saber cómo estará ingresando el aire a los espacios acondicionados; cuando se suministra aire de manera vertical (sin deflexión), se debe de tomar en cuenta que la velocidad que lleva el aire puede afectar la velocidad terminal, es decir, la altura juega un papel importante para suministrar el aire, por otra parte, cuando suministramos aire con deflexión horizontal, poder hacer uso del llamado “efecto coanda”, que consiste en el comportamiento que tiene el aire cuando se encuentra a una distancia menor a 30 cm del techo o plafón, dicho efecto es de utilidad cuando se tienen alturas menores a 4 mts, porque nos permite mezclar el aire por encima de la zona ocupada, y generar una temperatura homogénea en todo el local acondicionado.

Aire en Sistemas HVAC

Aplicación del efecto Coanda


Cuando se pretende hacer uso del efecto coanda , es indispensable conocer el comportamiento del aire bajo dicho efecto; el efecto coanda se generara siempre y cuando se tenga cerca un techo o plafón con una distancia menor a 30cm, y no se genera si no se cumplen dichas condiciones como es el caso de las instalaciones aparentes. Cuando se genera el efecto coanda se debe tener en cuenta que el aire avanza pegado al techo mientras va disminuyendo su velocidad y aumentando su temperatura, es decir, se mezcla con el aire del espacio hasta despegarse del techo y poder ingresar a la zona ocupada con las condiciones necesarias para un buen confort térmico, el método o punto para saber cuándo se despega el aire del techo se encuentra en las fichas técnicas de los fabricantes (ver imagen) normalmente los fabricantes proporcionan en sus fichas técnicas los valores de selección como; flujo de aire, caída de presión, velocidad, niveles de ruido y alcance, siendo este último el valor para lograr velocidades terminales confortables y comportamiento de efecto coanda. Normalmente los fabricantes mencionan en sus fichas técnicas tres valores de alcance, dichos valores hacen referencia a velocidades del aire, ejemplo; alcance 🡪 X1-X2-X3 , el primer valor (X1) hace referencia cuando el aire lleva una velocidad de 0.75 m/s, el segundo valor (X2) hace referencia al aire cuando lleva una velocidad de 0.5 m/s, y el ultimo valor (X3) hace referencia al aire cuando lleva 0.25 m/s, cuando el aire avanza con el efecto coanda va a generar el llamado “punto crítico” que es cuando el aire se despega del techo, el punto crítico ocurre cuando el aire desciende a una velocidad de 0.5m/s, es decir, en el alcance X2, una vez ocurre este punto el aire que desciende continua mezclándose fuera de la zona ocupada, hasta aumentar su temperatura y disminuir su velocidad a condiciones de confort.

Aire en Sistemas HVAC

Efecto Coanda

El llamado efecto coanda es de gran utilidad para poder distribuir el aire de manera correcta dentro de un espacio acondicionado, cumpliendo con algunas limitantes como son; tener un plafón o techo a una distancia no mayor a 30 cm y generar el efecto coanda en alturas mayores a 3.5 – 4 mts. Cuando no se genera el efecto coanda, los valores de alcance que nos proporcionan los fabricantes se reducen en un 25% aproximadamente del alcance mostrado en tablas, ya que el aire al no generar dicho efecto no tiene la posibilidad de avanzar pegado al plafón por lo que desciende antes de cumplir con el alcance mostrado en tablas (instalaciones aparentes, espiroductos, entre otros.), este valor se considera una corrección al alcance sin efecto coanda, sin embargo hay otra corrección al alcance, dicha corrección consiste en la delta T del aire, ejemplo; cuando el aire de suministro tiene un delta T de 11°C respecto del aire ambiente, es decir, en la zona acondicionada hay un temperatura de 23°C y el aire de suministro tiene una temperatura de 12°C, a este caso se le conoce como alcance No Isotérmico, mismo que nos indica que si el aire de suministro es más frio que el aire ambiente este se reduce en 1.5% por cada °C de diferencia de temperatura (ver formula 1) y también se ve afectado si el aire de suministro es más caliente que el aire ambiente, en tal caso aumenta el alcance en un 2% por cada °C de diferencia de temperatura (ver formula 2).

Conclusiones

La difusión de aire debe de tener como objetivo principal el generar un buen confort térmico y cumplir con la parte correspondiente al movimiento de aire, el diseñar o instalar elementos de difusión de aire se debe de considerar como la única parte tangible al ser humano, es decir, que si no se generan sensaciones de confort dentro de las áreas acondicionadas el número de personas inconformes aumenta, lo que conlleva a catalogar como una mala difusión de aire. Es notable considerar que el  comportamiento del aire puede verse afectado por el efecto coanda y por la temperatura con la que se inyecta, por tal motivo se debe de recurrido a estudiar y analizar las correcciones que puedan surgir al estar seleccionando mis elementos terminales como son rejillas y difusores.

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