climatizacion-industrial

Descripción

Objetivo

El objetivo de la climatización es conseguir, en una planta industrial, unas condiciones óptimas y estables de:

  • Temperatura: ya sea mediante calefacción o refrigeración.
  • Humedad: mediante humectación o deshumidificación.
  • Calidad del aire: mediante la instalación de filtros.

Tipos de sistemas de climatización

En el ámbito industrial, los dos sistemas de climatización más utilizados son:

  • Sistemas todo agua. Para calefacción, el equipo generador produce agua caliente que alimenta directamente, o por medio de un intercambiador, a la red de transporte. Para refrigeración no se emplean intercambiadores, sino que el fluido refrigerado del colector va directamente a la red de transporte y de ahí al evaporador.
  • Sistemas todo aire. Su elemento principal es el climatizador o Unidad de Tratamiento de Aire (UTA). Las UTAs se encargan de procesar el aire del ambiente de forma continua para devolverlo con las condiciones de temperatura y humedad adecuadas.

Aplicaciones industriales de la climatización

Si bien la climatización es una tecnología muy extendida en el sector terciario, donde el nivel de confort del usuario es crucial (oficinas, hoteles, teatros, hospitales, etc.), su implantación en el sector industrial no es tan importante.

Normalmente las UTAs se utilizan en industria cuando, por la naturaleza del producto producido, se deben controlar especialmente las condiciones de humedad y temperatura de la planta, para que la calidad del producto no se vea afectada. Otras veces su implantación responde simplemente a criterios de confort.

Las principales industrias usuarias de climatización son:

  • Industria Farmacéutica.
  • Industria Textil.
  • Industria Alimentaria.
  • Industria Química.
  • Industria del Automóvil.
  • Naves industriales, avícolas y ganaderas en general.

No obstante, casi todas las plantas tienen anexa una pequeña zona de oficinas, que normalmente necesitará de acondicionamiento de aire, independientemente del tipo de industria del que se trate.

Conceptos básicos

Carga térmica

Por carga térmica se entiende el calor que debe intercambiar el sistema de climatización con la planta. Las cargas térmicas pueden ser positivas, en cuyo caso es calor que se debe eliminar (lo que ocurre en los meses de verano), o negativa, que corresponderá a una cantidad de calor que el sistema de climatización deberá aportar (en los meses de invierno).

Carga térmica de verano: compuesta por los siguientes flujos de calor:

  • Ganancia térmica a través de los cerramientos del local por conducción desde un ambiente exterior más caliente.
  • Ganancia térmica por insolación a través de las paredes transparentes de los cerramientos.
  • Ganancia térmica por convección natural o forzada a causa de la entrada no deseada de aire exterior, infiltración y renovación.
  • Calor originado en fuentes térmicas internas como las personas, la iluminación, los motores, equipos industriales en general, etc.

Carga térmica de invierno: sólo incluye las pérdidas térmicas por conducción, infiltración y ventilación.

Es necesario realizar un cálculo preciso de las cargas térmicas de una planta para el correcto dimensionado de la UTA adecuada, teniendo el cuenta la cantidad de calor que se necesite aportar y/o eliminar.

Tipos de refrigeración

Aunque el resultado es el mismo, la reducción de la temperatura de un fluido se puede realizar de tres formas:

  • Mediante un ciclo basado en la compresión mecánica: en el que se suministra energía eléctrica a un compresor para que éste condense el refrigerante por aumento de presión.
  • Mediante un ciclo basado en la absorción: en el que se suministra energía térmica proveniente de una combustión a una columna de absorción, para que el refrigerante se evapore y se pueda volver a utilizar.
  • Mediante torres de refrigeración: son capaces de enfriar grandes volúmenes de agua mediante el contacto de las gotas de agua con aire exterior.

Tipos de humectación

  • Pulverización: se atomiza el agua líquida en forma de microgotas que automáticamente se vaporizan.
  • Panel celular: se coloca en una cámara de humectación, donde entran en contacto el aire seco y el agua en forma de película empapando el panel.
  • Vapor: se inyecta directamente vapor de agua de una fuente externa a través de un dosificador.

Componentes

El funcionamiento general de una UTA consiste en el paso sucesivo de una corriente de aire a través de sus distintas secciones, que son:

  • Toma de aire exterior. Ha de estar situada en un lugar donde el aire esté limpio.
  • Entrada. Incluye los filtros y los ventiladores que impulsan el aire a través de toda la UTA. También puede incluir una batería de precalentamiento para evitar que la humedad condense.
  • Acondicionamiento. Consta de una zona de intercambio de calor mediante baterías o resistencias eléctricas y una cámara de humectación o deshumidificación (generalmente una batería de frío).
  • Distribución. Se separan las gotas de agua líquida del aire acondicionado y se distribuye por la planta para ser recogido después y llevado a la zona de recuperación.
  • Mezcla de aire y recuperación. El caudal de aire que abandona la planta se fracciona y parte es recirculado a la zona de entrada, mientras que la otra parte, antes de salir, intercambia calor con el aire entrante, para minimizar las pérdidas y aumentar la eficiencia energética del sistema.
  • Salida. Incluye ventiladores de impulsión y filtros. Una vez tratada, parte de la corriente de aire climatizado se recircula al interior de la planta mientras que otra parte se sustituye por aire fresco procedente del exterior. Siempre es necesaria una aportación de aire exterior para asegurar una buena ventilación del recinto.

Las UTAs generalmente están formadas por:

Carcasa

Es la encargada de envolver y proteger a todos los elementos internos.

Debe asegurar la estanqueidad de la unidad, especialmente cuando se encuentra a la intemperie.

Incluye compuertas de acceso para mantenimiento, normalmente construidas en aluminio o acero, que también deben tener un cerramiento estanco.

Ventiladores

Impulsan el aire que se quiere climatizar a través de las distintas partes de la unidad.

Son centrífugos con rodetes de palas hacia delante (acción) o hacia atrás (reacción).

Suelen estar montados directamente en el motor, sobre una base flotante antivibraciones.

Baterías

Constituyen la zona de intercambio de calor propiamente dicho entre el aire y el agua. Se usan tanto para calentar la corriente de aire como para enfriarla.

Las construcciones más habituales son:

  • En tubo de cobre y aletas de aluminio.
  • En tubo de cobre y aletas de cobre.
  • En tubo de cobre y aletas de aluminio prelacado.
  • En tubos de acero galvanizado y/o inoxidable.

Filtros

Eliminan las suspensiones sólidas y los gases indeseables, aumentando la calidad del aire.

El montaje de los filtros en el interior de la unidad debe garantizar que la fuga de aire de by-pass no sea elevada.

Silenciadores

Los sistemas de climatización contienen muchas partes móviles (motores, ventiladores, etc.) que provocan un alto grado de contaminación acústica. El grado de silenciamiento necesario depende de las necesidades específicas de cada planta, si procede.

Este elemento es mucho más necesario en aplicaciones para el sector terciario, por lo que en industrial suele ser prescindible.

Cámara de humectación

Su función es la de regular la humedad del aire, para asegurar su estabilidad en el punto de consigna, tanto para naves industriales donde el grado de humedad es una variable importante en la calidad del producto (industria alimentaria), como para mantener el nivel de confort en la planta.

Construida en acero inoxidable.

Dependiendo de la forma de humectación, incluye pulverizadores, paneles o inyección de vapor.

Cámara de combustión

Es necesaria en los casos en que el aire deba ser calentado.

Se construye en acero inoxidable y de modo que pueda incorporar el quemador adecuado para el tipo de combustible alimentado.

Recuperadores

Sirven para aprovechar la mayor temperatura del aire viciado que se expulsa al exterior, de modo que ceda calor al aire frío de renovación.

Pueden ser de varios tipos:

  • Rotativos. Este sistema es capaz de aumentar hasta en 15ºC la temperatura del aire entrante en invierno y de reducirla entre 4ºC y 8ºC en verano. Para que pueda funcionar es preciso que los conductos de entrada y salida de aire estén contiguos el uno al otro.
  • Sistema bi-transfer. La transferencia de calor no se hace directamente entre los dos fluidos sino que se emplea un tercer fluido como portador. Su eficiencia es menor que en el caso de los recuperadores rotativos.
  • Intercambiadores estáticos aire-aire. Se utilizan placas térmicas u otro tipo de superficie de intercambio. Cuanto mayor es esta superficie, mejores son los resultados.

Mejores Equipos

Separación frío-calor

Las UTAs son equipos compactos de climatización, pero se puede conseguir el mismo efecto mediante la instalación de equipos independientes de generación de frío y de calor:

  • La generación de frío se realiza con equipos de aire acondicionado convencionales.
  • La generación de calor se realiza con unidades de calefacción eléctrica, aerotermos, bombas de calor o con generadores de aire caliente de uso industrial, que producen aire caliente por intercambio de calor con los humos que se generan en una cámara de combustión.

La instalación de equipos de sólo frío o sólo calor es ventajosa cuando la climatología del área geográfica de ubicación de la planta presente temperaturas muy altas en verano o muy bajas en invierno que hagan innecesaria la existencia de ambos.

Equipos de Expansión Directa o de Volumen de Refrigerante Variable (VRV)

Se conoce como VRV porque varía el caudal de refrigerante según las necesidades de acondicionamiento, debido a que tiene un compresor de velocidad variable.

Se utiliza en sistemas centralizados en los que una red de distribución del fluido frigorífico llega a cada unidad terminal situada en el interior.

Se establece una proporción adecuada entre la potencia entregada y la consumida.

Su uso presenta una serie de ventajas:

  • Su alto rendimiento supone ahorros de energía significativos, tanto en operaciones de refrigeración como de calefacción.
  • No requieren grandes espacios para la instalación de conductos ni equipos.
  • Permite una flexibilidad total, para la zonificación de sectores y para su regulación.
  • Mayor vida útil y control totalmente electrónico.
  • Buena distribución de aire y satisfacción de los requerimientos térmicos.

Unidades de Tratamiento de Aire Higiénicas

Ciertas instalaciones, como el almacenamiento de productos perecederos, requieren un alto grado de higiene ambiental, por lo que la climatización debe ser especialmente cuidadosa en este aspecto. Las UTAs higiénicas incorporan:

  • Un interior totalmente liso acabado en acero inoxidable.
  • Una bandeja de condensación con pendiente para evitar el estancamiento de aguas (aparición de Legionella).
  • Elementos internos desmontables para facilitar limpieza.
  • Baterías de frío y calor montadas con una separación entre ambas que permite el acceso para mantenimiento y limpieza.

Adecuación de los Equipos a las características de la Planta

La elección del tipo de sistema de climatización comporta ventajas e inconvenientes en cada caso, relativas por ejemplo al espacio necesario para su instalación o a su dificultad de mantenimiento.