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Sistemas de ventilación

  • 1. Descripción

    Ventilación por infiltraciones

    La ventilación es la técnica que permite sustituir el aire interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. El sistema de ventilación permite cambiar, renovar, y extraer el aire interior de un recinto y sustituirlo por aire nuevo del exterior.

    Existen dos formas de calcular el caudal de aire necesario para un local basadas en:

    • El número de ocupantes y a razón de 7,5l/s por persona (en casos en que no exista polución ajena a las personas).
    • El número de renovaciones por hora en función de la actividad que se desarrolle en el edificio.

    En la actualidad más del 50% de los intercambios de energía, entre un edificio y su entorno, se producen por la renovación de aire.

  • 2. Conceptos básicos

    2.1 Tipos de ventilación

    La ventilación de un local puede ser natural o forzada. Se habla de ventilación natural cuando no hay aporte de energía artificial para lograr la renovación del aire. La ventilación forzada utiliza ventiladores para conseguir la renovación.

    Local con ventilación natural y extracción

    2.1.1 Ventilación natural

    Es la que emplea la fuerza del viento y las diferencias de temperatura para lograr el movimiento del aire. Sus principios básicos son: la diferencia de altura, diferencia de temperatura, acción del viento, carga térmica.

    2.1.2 Ventilación forzada

    Queda asegurada empleando ventiladores y extractores, cuya ejecución es o bien de tipo individual (viviendas, pequeños centros comerciales, etc.), y de tipo colectivo (escuelas, hoteles y grandes centros comerciales, etc.)

    2.2 Parámetros implicados en los estudios de ventilación

    Los sistemas de ventilación se dimensionan y caracterizan, mediante el análisis de los siguientes parámetros:

    • El caudal, es el volumen de aire movido por un ventilador por unidad de tiempo, sus unidades son m3/h o m3/s.
    • Presión estática, es la porción de la presión de aire debida solamente al grado de compresión del mismo, al margen de la dirección y el sentido de la velocidad.
    • Presión dinámica, es la porción de la presión de aire debida solamente al movimiento del aire, equivale a la transformación de la energía cinética en energía de presión.
    • Presión total, es la presión debida al grado de compresión del aire y a su movimiento.
    • Grado de humedad del ambiente, es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido en el aire y la máxima cantidad que podría contener a esa temperatura. La necesidad de controlar niveles de humedad del aire dentro de los límites establecidos como confortables lleva, en ocasiones, a la utilización de sistemas de humidificación del aire.

    2.3 Aplicaciones de la ventilación en función del uso del edificio

    Los sistemas de ventilación en los diferentes ambientes deberán diseñarse de modo que el aire se distribuya uniformemente en la zona ocupada.

    2.3.1 Ventilación en cuartos húmedos (aseos, cocinas, etc.)
    • La ventilación mecánica mejora las condiciones de habitabilidad asegurando el barrido de los contaminantes, además proporciona medios para recuperar la energía del aire extraído, antes de ser expulsado, con una rentabilidad térmica alta.
    • Desde el punto de vista de eficiencia energética es importante que el caudal extraído sea el mínimo, ya que debe ser sustituido por aire exterior que naturalmente debe ser calentado y/o refrigerado.
    2.3.2 Ventilación natural y forzada en garajes
    • Disponen de ventilación natural o forzada para la evacuación de los humos.
    • El sistema impedirá y garantizará que no se alcancen niveles peligrosos de monóxido de carbono (C0).

    Ventilación natural y forzada en garajes

    2.3.3 Ventilación en edificios de altura

    Ventilación presurizada en los huecos de escalera

    • Los huecos de escalera en los edificios de varias plantas (hoteles, oficinas, etc.) deben mantenerse presurizados y además se intentará evacuar los humos de la combustión de modo natural, por medio de claraboyas ubicadas en la parte superior.
    2.3.4 Ventilación en cocinas
    • En cocinas industriales (hoteles, escuelas) y domésticas, el sistema de conductos es independiente de toda extracción o ventilación y exclusivo para cada local o cocina.
    • El caudal que debe extraer tiene que diluir los polulantes desprendidos en la cocción, los gases, y de los focos de calor. Siempre se asegura la depresión para evitar que los olores invadan el resto de las estancias.

    Campanas de alta eficacia

  • 3. Componentes

    3.1 Ventiladores y extractores

    Hay una gran variedad de ventiladores, disponibles en el mercado, en función de los tipos y tamaños. Siendo los de gran tamaño los que trabajan en sistemas de conductos y los que presentan mejores oportunidades de ahorro energético.

    Son equipos cuya misión es mover aire por medio de una unidad impulsora llamada rodete, y en el caso de extraer aire se denominan extractores.

    Se clasifican en:

    Ventilador axial o helicoidal

    Axial o helicoidal, el flujo de aire es paralelo al eje de giro o rodete.

    Radiales o centrífugos, el rodete dispone de unos álabes o paletas denominadas turbinas que giran dentro de una envolvente o voluta arrastrando el aire a una presión elevada.

      Rendimiento máximo (%)
    Ventilador centrífugo
    Álabes perfilados inclinados hacia atrás 80 %
    Álabes sin perfiles inclinados hacia atrás 80 %
    Álabes inclinados hacia delante 65 %
    Álabes radiales 70 %
    Ventilador axial
    Hélice sola 60 %
    Ejecución tubular 70 %
    Ejecución tubular con álabes directrices 80 %

    Ventiladores de las Unidades de Tratamiento de Aire (UTAs), los más utilizados son los centrífugos de doble oído (suave aceleración del flujo de aire dentro del rodete), la clasificación según el rendimiento y en orden decreciente es:

    Con álabes aerodinámicos, clase A. La disposición de los álabes es hacia atrás, tienen una velocidad de giro alta.

    Con álabes curvos, clase B. Tienen pocos álabes, inclinados hacia atrás. No tienen la eficiencia del anterior.

    De álabes múltiples, clase C. Tienen álabes curvos, inclinados hacia delante, tienen un rendimiento muy inferior a los anteriores, no siendo aptos para dar presiones elevadas.

    3.2 Unidades de tratamiento de aire (UTAS)

    En ellas se acondiciona el aire con el agua caliente (o fría), para su distribución por conductos y su emisión por difusores en techo, paredes o suelos. Es el sistema más complejo, se emplea para superficies medias o grandes, o donde se precisa calentamiento y refrigeración con un mismo sistema (además de renovación de aire, filtrado, etc.). De sus características, podemos destacar:

    Componentes de una UTA

    Cuentan con sistemas de control de la temperatura individualizados, que permiten ahorros de energía del 20% al 30%. Estos sistemas pueden ser regulados de modo local (con termostato individual) y por control remoto empleando sistemas de gestión centralizada.

    Disponen de secciones de mezcla dotadas de compuertas de accionamiento automático, con diversas funciones:

    • Free-cooling, o enfriamiento gratuito, mezclan aire exterior frío (invierno) y aire de retorno para ajustar su temperatura a la de consigna e impulsarlo al sistema.
    • Establecer el caudal mínimo de aire exterior para asegurar la renovación del aire que existe en el interior del edificio e impedir la entrada de aire cuando queramos evitar la congelación de una batería.
    • Controlar la presurización del recinto o zona acondicionada.

    Recuperador de flujo cruzado

    3.3 Recuperadores de flujo cruzado

    Es un dispositivo que se encarga de intercambiar la energía térmica del aire viciado extraído del interior del local conocido como aire de retorno, con el aire exterior. Con ello se consigue aprovechar parte de dicha energía y reducir el consumo de energía.

  • 4. Medidas de eficiencia

    4.1 Criterios de diseño

    Mejorar las condiciones de los elementos constructivos empleados en los cerramientos de los locales para evitar la ganancia térmica (obtención de calor) tanto interior como exterior, dotándolos de ventilación inducida natural mediante la ubicación de rejillas de admisión en las fachadas y con extracción forzadas.

    Las carpinterías cada día incrementan su estanqueidad, por tanto no es lógico asegurar la ventilación a través de las infiltraciones. Respecto al tiro forzado empleado para la extracción es necesario que se encuentre asistido por un ventilador.

    El aislamiento en las paredes, el ajuste de puertas y ventanas, la utilización de doble acristalamiento son medidas que ayudan a evitar el despilfarro de energía debidas a infiltraciones descontroladas.

    Solamente en los espacios habitados, es necesario mantener las condiciones de bienestar, manteniendo estos criterios fuera de las zonas ocupadas conduce a un despilfarro de energía.

    Zonas conocidas como de normal ocupación

    Desconectar los equipos de ventilación cuando no son necesarios. En las instalaciones que se utilicen intermitentemente instalar detectores de presencia (zonas de pasillos, aseos y de tránsito).

    Evitar la colocación de obstáculos que impidan la libre circulación del aire a través de las rejillas de difusión y retorno.

    Abrir puertas y ventanas, evitar los obstáculos que impidan la circulación del aire. No bloquear el flujo de aire cargado entre puertas y ventanas.

    Para renovar el aire de una vivienda, es suficiente con 10 min.

    Reubicar los ventiladores para evitar que el volumen de aire en movimiento esté por encima de las necesidades, desconectando los que no sean necesarios.

  • 5. Ejemplo

    Instalación de un variador de velocidad para un ventilador centrífugo.
    Las condiciones de partida son las siguientes:

    • Horas anuales de trabajo: utilización de 10h al día, 20 días al mes, 12 meses al año, resultando un total de 2.400h/año.
    • La regulación del variador se estima en un 89% de la velocidad a plena carga del motor.
    Amortización de la instalación
    Datos iniciales Datos con variador de velocidad
    Velocidad (v1) 1.400rpm Velocidad prevista (v2) 1.250 rpm
    Potencia (p1) 1,5kW Potencia (p2) 1,2 kW
    Caudal (Q1) 4.000m2/h Caudal (Q2) 3.570m2/h
    Ahorros de energía (%) 21%
    Costo de la sustitución 21€
    Precio variador, incluida instalación 74€
    Ahorro anual previsto 61€
    PERIODO DE RECUPERACIÓN 1,5 años
  • 6. Mejores Equipos

    6.1 Criterios de diseño

    Para obtener un ahorro energético es conveniente ventilar únicamente, cuando y donde sea necesario, esto lo consiguen los sistemas de extracción higroregulables, permitiendo ahorros del 40% en comparación con un sistema autorregulable. Un sistema higrométrico detecta automáticamente, cuantifica, y elimina el vapor de agua.

    La causa de pérdidas más común es el mal dimensionamiento del ventilador con la demanda. Para propósitos tales como ventilación de cuartos, edificios y refrigeración en la etapa de diseño no son conocidas las necesidades reales y se opta por escoger un ventilador sobredimensionado. Esto conlleva a una descarga excesiva.

    Mantener la humedad relativa del aire por debajo del 70% en los espacios ocupados y en los plenos de baja velocidad de aire.

    En locales de altura libre superior a 4 m se evitará la estratificación del aire durante los periodos de demanda de calor. Las últimas tecnologías aplicadas son las toberas de largo alcance. Otro sistema para evitar la estratificación es por medio de ventiladores que muevan de arriba hacia abajo el aire del techo, de este modo podemos llegar a ahorros de un 30%.

    6.2 Regulación

    Utilizar regulación de la velocidad de los ventiladores por medio de un variador de frecuencia, consiguiendo ahorros que pueden llegar al 40% de consumo, además de mejorar el consumo de energía reactiva y alargar la vida del ventilador.

    6.3 Mantenimiento

    Un buen mantenimiento y un buen sistema de regulación permite, en los servicios comunes, ahorros totales de energía superiores al 20%.

    Ante una ausencia de mantenimiento, los filtros incorporados a las unidades de tratamiento de aire se obstruyen, provocando un aumento en la pérdida de carga, la cual debe ser absorbida por los ventiladores.

    Es conveniente mantener el edificio a una ligera presión positiva para minimizar la infiltración del aire por lugares no controlados (puertas, ventanas, etc.).

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