Climatización: equipos y sistemas de climatización industrial

En el momento de decidir entre los equipos de climatización, debemos estudiar detenidamente las posibilidades existentes atendiendo a las demandas energéticas necesarias. A continuación, repasaremos los distintos sistemas de climatización para locales industriales, climatización para locales comerciales y climatización para viviendas por los que podemos optar. 

• Ventiladores industriales HVLS
• Climatización por bomba de calor
• Sistemas de climatización de expansión directa
• Sistemas de climatización de expansión indirecta
• Enfriadoras de agua con recuperación de calor
• Regulación en los sistemas de climatización

Equipos de climatización industriales

Aunque pueda parecer que la ventilación de una nave industrial es tan fácil como la de otro tipo de espacios, no tiene nada que ver. Hay muchos factores que lo determinan: su tamaño, tipo de industria… Para renovar el aire interior de estos espacios es necesario tener en cuenta numerosas variables para seleccionar el equipo de climatización industrial más adecuado a cada caso.

Lo primero que debemos tener en cuenta es que el uso de sistemas de climatización industrial es de vital importancia para asegurar la salud de los trabajadores. Al reforzar la ventilación de una nave industrial, se garantizan unas condiciones óptimas para el desarrollo de las funciones laborales: calidad del aire, control de humedad, control térmico de la nave, reduce las partículas o gases contaminantes, reduce la transmisión de virus y bacterias, así como se extraen humos que puedan surgir durante la producción o en un hipotético caso de incendio.

La importancia de seleccionar el equipo adecuado para la climatización industrial

Tener un buen diseño en los equipos de climatización industriales es crucial. Primero, que hay que tener pensar en las medidas de la nave, ya que de eso dependerá en parte el número de renovaciones del aire que haya que hacer. Lo normal es que en estos espacios se hagan entre 4 y 10 renovaciones cada hora.

El sistema tiene que tener distintas entradas y salidas del aire. De este modo, el aire exterior empuja el aire del interior hacia fuera de nave. Para la extracción del aire industrial hay que tener uno o más ventiladores extractores. En las naves más diáfanas este tipo de ventilador suele ser de tipo helicoidal.

A la hora de diseñar el sistema de climatización industrial, también es necesario ver si se requiere de etapas de filtrado. Esto dependerá del tipo de industria y de las sustancias contaminantes que también puedan ser nocivas si se expulsan al exterior.

Y no nos podemos olvidar del elemento del ruido también para tener una buena ventilación industrial. Las naves industriales con sus máquinas generan bastante ruido, por lo que se deberían usar equipos silenciosos para que la extracción del aire no agregue más ruido al ambiente.

De nuevo resaltamos la importancia de tener en cuenta que dentro de una misma nave puede haber distintos ambientes y temperaturas. Esto es clave para seleccionar los ventiladores, porque así pueden estar adaptados a zonas con altas temperaturas o a áreas con sustancias explosivas. 

Ventiladores industriales HVLS

Los ventiladores industriales HVLS (siglas en inglés de High Volume, Low Speed) son ventiladores de gran tamaño capaces de mover grandes volúmenes de aire a bajas velocidades. Esto les permite distribuir el aire de manera uniforme en espacios amplios, eliminando los puntos calientes y fríos, además de la condensación.

Estos ventiladores pueden generar hasta 6ºC de bajada de sensación térmica mediante una brisa agradable, reduciendo también la humedad relativa del ambiente. Todo esto se traduce en un ambiente de trabajo más confortable, aumentando la productividad de los trabajadores.

También son muy eficientes, reduciendo significativamente el consumo energético, y, por lo tanto, los costes para la empresa. Además, el mantenimiento de este tipo de equipos es mucho menor que en los sistemas centralizados de climatización HVAC.

Hay que tener en cuenta su impacto en la sostenibilidad de la empresa. Al no depender de refrigerantes químicos, reducen el impacto ambiental relacionado con las emisiones de gases de efecto invernadero. La optimización del consumo energético a su vez supone una reducción en la huella de carbono de la empresa.

Son soluciones ideales para climatizar espacios amplios y altos, como naves industriales, centros logísticos, fábricas, aeropuertos, almacenes, centros comerciales, gimnasios, etc.

Pero además, presentan grandes sinergias con las instalaciones de climatización HVAC. Si se combinan los ventiladores industriales HVLS con sistemas HVAC como los que vamos a repasar a lo largo de este artículo, pueden lograrse ahorros de hasta un 30% en la energía empleada y solucionar problemas como los puntos calientes y fríos (estratificación térmica).

En definitiva, los ventiladores HVLS son una solución a tener en cuenta para la climatización industrial, destacando por sus ahorros para la empresa, la mejora del ambiente de trabajo y la sostenibilidad.

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Climatización por bomba de calor

Cuando contratamos proveedores de energías renovables estamos obligando a dejar de consumir combustibles fósiles que tan perjudiciales son para nuestra supervivencia en el planeta. La bomba de calor es un sistema que integra refrigeración, calefacción y ACS, obteniendo la energía del calor contenido en el aire (la aerotermia obtiene el calor proviene del ambiente, por lo que es inagotable), consigue rendimientos elevados durante los periodos de temperaturas suaves.

La bomba de calor es un sistema capaz de extraer calor de un foco frío (la calle en épocas frías) e introducirlo en un local que se encuentre a una temperatura superior a la del foco frio (de ahí el nombre de bomba de calor).

Para hacer esto se vale de las propiedades que tienen los fluidos de variar sus temperaturas al variarles la presión.

Mediante un compresor y una resistencia al paso de refrigerante (dispositivo de expansión) se generan dos zonas con presiones diferenciadas que nos permitirán jugar con los cambios de estado y así poder dar y extraer calor de ambientes desfavorables térmicamente.

El compresor aspira refrigerante en forma gaseosa en una de las dos zonas (los líquidos son incomprensibles) por lo que la presion baja, debido a la estrecha relación entre presion y punto de ebullición de un fluido, bajando presion-punto de ebullición por debajo de la temperatura del medio a enfriar, conseguiremos trasvasar energía del medio a enfriar (aire o agua) al refrigerante. A su vez el compresor descarga el refrigerante a su salida en la zona de alta presión.

La presión alta consigue establecer una temperatura a la que el refrigerante se condensa (temperatura de condensación), pero para ello necesita ceder calor al medio a calentar, por lo que lo calienta (calefacción), a su vez al perder energía las moléculas, dejan de repelerse y pasan de gas a líquido. 

Por el contrario, al descender la presion en el otro extremo del circuito también baja su temperatura de evaporación por debajo de la temperatura del medio a enfriar, al estar el refrigerante más frio a través de las paredes del evaporador medio a enfriar calienta el refrigerante (y se enfría) haciéndolo entrar en ebullición iniciando así su cambio de estado de líquido a gas. 

Sistemas de climatización de expansión directa

Los equipos de expansión directa son aquellos que directamente enfrían el aire. Entre ellos se incluyen:

• Equipos partidos o split
• Compactos verticales
• Compactos horizontales
• Equipos de cubierta o Rooftop
• Sistemas VRF o VRV (equipos multizona con unidades interiores).

En todos estos sistemas desplazamos refrigerante a las zonas a climatizar, donde producimos un transvase de calor (del o hacia el refrigerante).

La principal ventaja de los VRV o VRF es la alta eficiencia que alcanzan en las estaciones más suaves (primavera y otoño) en las que es muy fácil necesitar simultáneamente refrigeración y calefacción, al tener la posibilidad de recuperar calor de las zonas habitadas más calientes hacia las más frías con el trabajo de un solo compresor.

El principal inconveniente de estos equipos es que pueden superar fácilmente el límite práctico de refrigerante (establecido por el RSIF en kg/m³) en el espacio ocupado más pequeño y una fuga del equipo interior en un espacio muy reducido, pueden producir asfixia al desplazar el refrigerante al aire, en caso de no haber tenido en cuenta dicho limite. Debido a esto, los principales fabricantes han desarrollado tecnologías mixtas entre expansión directa e indirecta igualmente eficientes basadas en utilizar intercambiadores refrigerante-agua para evitar que el refrigerante llegue a las zonas ocupadas. 

Sistemas de climatización de expansión indirecta

Los sistemas de expansión indirecta son los equipos que más control y facilidad tienen para el control higrométrico. En ellos, se hace circular un fluido caloportador, normalmente agua, en ocasiones glicolada. Por ello se les llama enfriadoras de agua, con bomba de calor, o con recuperación de calor.

Las enfriadoras de agua a menudo se utilizan en combinación con calderas. Ello permite establecer circuitos a cuatro tubos (dos para agua fría y dos para agua caliente) para poder eliminar el exceso de humedad utilizando para su regulación controles higrométricos. 

Enfriadoras de agua con recuperación de calor

Al igual que os VRV o VRF, las enfriadoras de agua pueden aprovechar el calor de una zona a otra pero cuentan como principal ventaja que no les afectan los limites prácticos del refrigerante, tampoco la inflamabilidad del refrigerante ni las distancias desde producción hasta consumo.

En contra, necesitan un sistema de distribución de agua y climatizadores o fancoils y suelen ser más ruidosos y voluminosos. Estos equipos suelen funcionar en combinación con UTA’s (Unidades de Tratamiento de Aire) también llamados climatizadores o fancoils.

¿Cómo funciona una unidad de climatización con tratamiento del aire?

Etapa de Filtrado

Una parte muy importante en un climatizador es el filtrado. Los filtros de aire acondicionado o climatizadores se situan principalmente para mantener la eficiencia de los intercambiadores y las turbinas, aunque con el tiempo se han mejorado para aumentar la calidad del aire interior, protegiendo así también la salud de las personas. 

Etapa de enfriamiento gratuito

Cuando el aire exterior es de mejor calidad y nivel energético favorable a la climatización se abrirán las compuertas A, B, D, E, F y G. El aire primario pasara de A a E a través del recuperador entálpico, intercambiando con el aire secundario. Cuando el aire exterior este en peores condiciones el sistema cerrara automáticamente A y B dejando abiertas C, D, E, F y G

Etapa de tratamiento higrométrico

Cuando el sistema requiere rebajar los niveles de humedad, primero se pasa el aire por la batería de refrigeración (azul y negativa), donde disminuye la humedad específica y aumenta la humedad absoluta, para luego ser calentado por la batería (roja y positiva) rebajando así la humedad relativa.

En verano cuando el sistema está refrigerando constantemente, la humedad desciende por sí sola y puede ser necesario añadir vapor de agua producido por una lanza de vapor después del punto G.

Presiones de aire

Jugando con diferencias de presiones en los locales, podemos dirigir los efluentes no deseados hacia otras zonas o hacia el exterior.

Sistema hidráulico

Etapa de acumulación

Requieren de un sistema de acumulación de agua fría y de agua caliente, para evitar continuas paradas y puestas en marcha. Los fabricantes exigen dichos depósitos acumuladores, para prevenir el deterioro de los compresores en los que se produce acidez y terminan derivándose a tierra.

Etapa de bombeo

Otro elemento importante son las bombas de agua, que deben ser bien calculadas para conseguir los caudales mínimos que necesitan las enfriadoras y evitar el tan temido fenómeno de la cavitación que las destruye, un caudal insuficiente produce paradas por protecciones de presión, termostatos antihielo y congelación de intercambiadores, excesos de consumo e ineficiencia energética.

Elementos del circuito hidráulico

Filtros de agua, para evitar taponamientos y roturas prematuras en los rodetes de las bombas de agua

Vasos de expansión, en las zonas donde hay aportación de calor, para absorber las dilataciones del fluido caloportador

Válvulas de seguridad para evitar la rotura del circuito en caso de fallo del vaso de expansión (se instalan en el mismo punto que los vasos de expansión)

Purgadores automáticos o puntos de purga, se instalan en los puntos mas altos del circuito para dar salida a las bolsas de aire

Puntos de vaciado o drenaje, son necesarios en la parte más baja de cada ramal de agua del circuito 

Regulación en los sistemas de climatización

En grandes instalaciones, para poder gestionar el funcionamiento de la climatización, se integra un programa informático (SCADA) que mediante autómatas programables, sensores de presión, de temperatura, actuadores y variadores de frecuencia, regulan el sistema de climatización.

Estos sistemas también se ocupan de regular y tomar registros de los datos de todo el sistema, capaz de controlar temperaturas, presiones, añadir o quitar humedad, regular caudales y velocidades de aire, regulación de variadores de frecuencia para reducir consumos eléctricos.

En las instalaciones hidráulicas es necesario un sistema de válvulas dinámicas reguladoras de caudal (llamadas abreviadamente TA) situadas en cada ramal para conseguir los caudales deseados, tanto en las enfriadoras como en climatizadores y fancoils.

Antes de cada climatizador o fancoil regulación con válvulas de tres vías,  válvulas de seguridad, sistemas de medición de temperaturas y presiones.

Además, suelen estar provistos de recuperadores entálpicos, free cooling, filtrado del aire para conseguir calidad de aire interior, así como control de su composición y sistemas de corrección mediante renovación y desinfección.

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