Unidad de tratamiento de aire

La filtración del aire es casi siempre un elemento esencial para proporcionar aire limpio y libre de polvo a los ocupantes del edificio. Puede realizarse mediante filtros plisados ​​de bajo índice MERV , filtros HEPA , filtros electrostáticos o una combinación de técnicas. También se pueden emplear tratamientos de aire en fase gaseosa y ultravioleta.

La filtración suele ubicarse primero en la UAT para mantener limpios todos los componentes posteriores. Según el grado de filtración requerido, los filtros generalmente se disponen en dos (o más) bancos sucesivos, con un filtro de panel de granulometría gruesa delante de un filtro de bolsa de granulometría fina u otro medio de filtración "final". El filtro de panel es más económico de reemplazar y mantener, protegiendo así a los filtros de bolsa, que son más costosos. ^{[ 1 ]}

La vida útil de un filtro se puede evaluar monitorizando la caída de presión a través del medio filtrante al caudal de aire de diseño. Esto se puede realizar mediante una pantalla visual con un manómetro o mediante un interruptor de presión conectado a una alarma en el sistema de control del edificio. Si no se reemplaza un filtro, este puede acabar colapsando, ya que las fuerzas ejercidas por el ventilador superan su resistencia inherente, provocando su rotura y, por consiguiente, la contaminación de la unidad de tratamiento de aire y los conductos posteriores.

Las unidades de tratamiento de aire pueden necesitar suministrar aire caliente, aire frío o ambos para modificar la temperatura y el nivel de humedad del aire de suministro, según la ubicación y la aplicación. Este acondicionamiento se realiza mediante serpentines intercambiadores de calor dentro del flujo de aire de la unidad, los cuales pueden estar conectados directa o indirectamente al medio que proporciona el efecto de calefacción o refrigeración. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Los intercambiadores de calor directos incluyen los utilizados en calentadores de gas o fueloil, así como en evaporadores de refrigeración , ubicados directamente en la corriente de aire. También se pueden usar calentadores eléctricos de resistencia y bombas de calor . La refrigeración evaporativa es más práctica en climas secos, especialmente si la humedad relativa es muy inferior al 50 %.

Los serpentines indirectos utilizan agua caliente o vapor para la calefacción y agua fría o glicol para la refrigeración (la energía primaria para calefacción y aire acondicionado proviene de una planta central ubicada en otra parte del edificio). Los serpentines suelen estar fabricados con tubos de cobre y aletas de cobre o aluminio para facilitar la transferencia de calor. Los serpentines de refrigeración también emplean placas eliminadoras para eliminar y drenar el condensado. El agua caliente o el vapor provienen de una caldera central y el agua fría de un enfriador central . Generalmente, se utilizan sensores de temperatura aguas abajo para monitorear y controlar las temperaturas fuera del serpentín, junto con una válvula de control motorizada adecuada ubicada antes del serpentín.

Si se requiere deshumidificación , se utiliza una serpentina de enfriamiento para enfriar en exceso el aire hasta alcanzar el punto de rocío y producir condensación. Una serpentina calefactora, ubicada después de la serpentina de enfriamiento, recalienta el aire (por lo que se la conoce como serpentina de recalentamiento ) hasta la temperatura de suministro deseada. Este proceso reduce el nivel de humedad relativa del aire de suministro.

En climas fríos, donde las temperaturas invernales descienden regularmente por debajo del punto de congelación, se suelen utilizar serpentines anticongelantes o de precalentamiento como primera etapa del tratamiento del aire para proteger los filtros o serpentines de agua fría posteriores contra la congelación. El sistema de control del serpentín anticongelante permite que, si no se alcanza una determinada temperatura del aire de salida, se apague todo el sistema de tratamiento de aire como medida de protección.

La humidificación suele ser necesaria en climas fríos donde la calefacción continua reseca el aire, lo que provoca una calidad del aire incómoda y un aumento de la electricidad estática . Se pueden utilizar diversos tipos de humidificación:

• Evaporativo : el aire seco que se sopla sobre un depósito evapora parte del agua. La tasa de evaporación se puede aumentar rociando el agua sobre deflectores en la corriente de aire.
• Vaporizador : el vapor o vapor procedente de una caldera se sopla directamente en la corriente de aire.
• Nebulización por pulverización : el agua se difunde mediante una boquilla u otro medio mecánico en finas gotitas que son transportadas por el aire.
• Ultrasónico : Una bandeja con agua dulce en la corriente de aire es excitada por un dispositivo ultrasónico, formando una niebla o bruma de agua.
• Humidificador con medio filtrante: Un medio fibroso fino, situado en la corriente de aire, se mantiene húmedo con agua fresca proveniente de un tubo colector con una serie de pequeñas salidas. A medida que el aire pasa a través del medio, arrastra el agua en finas gotitas. Este tipo de humidificador puede obstruirse rápidamente si el sistema de filtración de aire primario no se mantiene en buen estado.

Para mantener la calidad del aire interior , las unidades de tratamiento de aire suelen contar con sistemas para la entrada y salida de aire exterior del edificio. En climas templados, se puede utilizar la mezcla adecuada de aire exterior más frío con aire de retorno más cálido para alcanzar la temperatura deseada del aire de impulsión. Para ello, se emplea una cámara de mezcla con compuertas que controlan la proporción entre el aire de retorno, el aire exterior y el aire de extracción.

Las unidades de tratamiento de aire suelen emplear un ventilador de jaula de ardilla de gran tamaño accionado por un motor eléctrico de inducción de CA para mover el aire. El ventilador puede funcionar a una velocidad fija, ofrecer varias velocidades preestablecidas o ser accionado por un variador de frecuencia para permitir un amplio rango de caudales de aire . El caudal también puede controlarse mediante álabes de entrada o compuertas de salida en el ventilador. Algunas unidades de tratamiento de aire residenciales en EE. UU. (calefacciones centrales o aires acondicionados) utilizan un motor eléctrico de CC sin escobillas con capacidad de velocidad variable. ^{[ 1 ]} Las unidades de tratamiento de aire en Europa, Australia y Nueva Zelanda ahora utilizan comúnmente ventiladores de álabes curvados hacia atrás sin espiral o ventiladores de enchufe. Estos son accionados por motores EC (conmutados electrónicamente) de alta eficiencia con control de velocidad incorporado. Cuanto mayor sea la temperatura de la RTU, más lento será el flujo de aire. Y cuanto menor sea la temperatura de la RTU, más rápido será el flujo de aire.

En las grandes unidades de tratamiento de aire comerciales, pueden encontrarse varios ventiladores, generalmente ubicados al final de la unidad y al comienzo del conducto de suministro (por lo que también se les denomina "ventiladores de suministro"). A menudo, se complementan con ventiladores en el conducto de retorno ("ventiladores de retorno") que impulsan el aire hacia la unidad de tratamiento de aire.

Los ventiladores desequilibrados vibran y se tambalean. En el caso de los ventiladores de aire acondicionado domésticos, esto puede ser un problema grave: la circulación del aire se reduce considerablemente en las rejillas de ventilación (debido a la pérdida de energía por la vibración), la eficiencia disminuye y el ruido aumenta. Otro problema importante en los ventiladores desequilibrados es la menor vida útil de los rodamientos (conectados al ventilador y al eje). Esto puede provocar fallos mucho antes de que finalice su vida útil prevista.

Se pueden colocar contrapesos estratégicamente para corregir el giro y lograr una rotación suave (en el caso de un ventilador de techo, el método de prueba y error suele resolver el problema). Los ventiladores de aire acondicionado domésticos o centrales, u otros ventiladores grandes, generalmente se llevan a talleres que cuentan con equilibradores especiales para ajustes más complejos (el método de prueba y error puede causar daños antes de encontrar los puntos correctos). El motor del ventilador en sí no suele vibrar.

Se puede instalar un intercambiador de calor con recuperación de calor en la unidad de tratamiento de aire, entre las corrientes de aire de suministro y extracción, para ahorrar energía y aumentar la capacidad. Estos tipos más comunes incluyen:

• Recuperador o intercambiador de calor de placas: Un conjunto de placas de plástico o metal con conductos de aire entrelazados. El calor se transfiere entre las corrientes de aire, de un lado de la placa al otro. Las placas suelen estar separadas entre 4 y 6 mm. La eficiencia de recuperación de calor alcanza hasta el 70 %.
• Rueda térmica o intercambiador de calor rotativo: Una matriz de metal finamente corrugado que gira lentamente y opera en corrientes de aire opuestas. Cuando la unidad de tratamiento de aire está en modo calefacción, el calor se absorbe a medida que el aire pasa a través de la matriz en la corriente de aire de escape, durante media rotación, y se libera durante la segunda media rotación en la corriente de aire de impulsión en un proceso continuo. Cuando la unidad de tratamiento de aire está en modo refrigeración, el calor se libera a medida que el aire pasa a través de la matriz en la corriente de aire de escape, durante media rotación, y se absorbe durante la segunda media rotación en la corriente de aire de impulsión. Eficiencia de recuperación de calor de hasta el 85 %. Las ruedas también están disponibles con un recubrimiento higroscópico para proporcionar transferencia de calor latente y también secado o humidificación de las corrientes de aire.
• Serpentín de circulación : Dos serpentines intercambiadores de calor aire-líquido, con corrientes de aire opuestas, conectados mediante una bomba de circulación y que utilizan agua o salmuera como fluido caloportador. Este dispositivo, aunque no es muy eficiente, permite la recuperación de calor entre corrientes de aire de suministro y escape remotas y, en ocasiones, múltiples. La eficiencia de recuperación de calor alcanza hasta el 50 %.
• Tubo de calor : Funciona con flujos de aire opuestos, utilizando un refrigerante confinado como medio de transferencia de calor. El tubo de calor emplea múltiples tubos sellados dispuestos en serpentín con aletas para optimizar la transferencia de calor. El calor se absorbe en un extremo del tubo mediante la evaporación del refrigerante y se libera en el otro mediante su condensación. El refrigerante condensado fluye por gravedad hacia el primer extremo del tubo para repetir el proceso. La eficiencia de recuperación de calor alcanza hasta el 65 %.

Los controles son necesarios para regular todos los aspectos de una unidad de tratamiento de aire, como el caudal de aire , la temperatura del aire de impulsión, la temperatura del aire mezclado, la humedad y la calidad del aire. Pueden ser tan sencillos como un termostato de encendido/apagado o tan complejos como un sistema de automatización de edificios que utilice, por ejemplo, BACnet o LonWorks .

Los componentes de control comunes incluyen sensores de temperatura, sensores de humedad, interruptores de flujo, actuadores , motores y controladores.

Los ventiladores de una unidad de tratamiento de aire pueden generar vibraciones considerables, y la gran superficie del sistema de conductos transmitiría este ruido y vibración a los ocupantes del edificio. Para evitarlo, se suelen insertar aisladores de vibración (secciones flexibles) en el conducto, justo antes y después de la unidad de tratamiento de aire, y a menudo también entre el compartimento del ventilador y el resto de la unidad. El material de estas secciones, similar a una lona recubierta de caucho, permite que los componentes de la unidad de tratamiento de aire vibren sin transmitir este movimiento a los conductos conectados.

El compartimento del ventilador se puede aislar aún más colocándolo sobre una suspensión de resortes, almohadillas de neopreno o colgándolo de soportes de resorte, lo que mitigará la transmisión de vibraciones a través de la estructura.

El ventilador de la unidad de tratamiento de aire también genera ruido, el cual debe atenuarse antes de que los conductos entren en una habitación sensible al ruido. Para lograr una reducción significativa del ruido en una longitud relativamente corta, se utiliza un atenuador de sonido . ^{[ 1 ]} El atenuador es un accesorio especializado para conductos que generalmente consta de un deflector interno perforado con aislamiento fonoabsorbente. Los atenuadores de sonido pueden reemplazar los conductos; por el contrario, los atenuadores en línea se ubican cerca del ventilador y tienen un perfil acampanado para minimizar los efectos del sistema.