Un manipulador de aire , o unidad de manejo de aire (a menudo abreviado como AHU ), es un dispositivo utilizado para regular y hacer circular el aire como parte de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ). [1] Un manipulador de aire suele ser una gran caja de metal que contiene un soplador , un horno o elementos de A/C, bastidores o cámaras de filtros , atenuadores de sonido y compuertas . [2] Los manipuladores de aire suelen conectarse a un sistema de ventilación de conductos que distribuye el aire acondicionado a través del edificio y lo devuelve a la AHU, a veces expulsando aire a la atmósfera y trayendo aire fresco. [3] A veces, las AHU descargan ( suministran ) y admiten ( devuelven ) aire directamente hacia y desde el espacio servido sin conductos [4]
Los manipuladores de aire pequeños, para uso local, se denominan unidades terminales y pueden incluir únicamente un filtro de aire, un serpentín y un ventilador; estas unidades terminales simples se denominan serpentines de soplador o unidades de serpentín de ventilador . Un manipulador de aire más grande que acondiciona el aire exterior al 100% y no recircula aire se conoce como unidad de aire de reposición ( MAU ) o unidad de manejo de aire fresco ( FAHU ). Un manipulador de aire diseñado para uso en exteriores, generalmente en techos, se conoce como unidad empaquetada ( PU ), unidad de calefacción y aire acondicionado ( HCU ) o unidad de techo ( RTU ).
El manipulador de aire normalmente se construye alrededor de un sistema de armazón con paneles de relleno de metal según sea necesario para adaptarse a la configuración de los componentes. En su forma más simple, el armazón puede estar hecho de canales o secciones de metal, con paneles de relleno de metal de una sola capa. La estructura metálica normalmente está galvanizada para una protección a largo plazo. Para las unidades exteriores se proporciona algún tipo de tapa resistente a la intemperie y sellado adicional alrededor de las juntas. [2]
Los manipuladores de aire de mayor tamaño se fabricarán a partir de un sistema de estructura de acero de sección cuadrada con paneles de relleno de doble revestimiento y aislados . Estas construcciones reducen la pérdida o ganancia de calor del manipulador de aire, además de proporcionar atenuación acústica . [2] Los manipuladores de aire de mayor tamaño pueden tener varios metros de largo y se fabrican de manera seccional y, por lo tanto, para mayor resistencia y rigidez, se proporcionan rieles de base de sección de acero debajo de la unidad. [2]
Cuando se requiere suministro y extracción de aire en proporciones iguales para un sistema de ventilación equilibrado, es común que los manipuladores de aire de suministro y extracción se unan, ya sea en una configuración de lado a lado o apilados .
Existen seis factores para clasificar los manipuladores de aire y determinar los tipos de los mismos, en función de:
Pero el primer método es muy habitual en el mercado de HVAC . De hecho, la mayoría de las empresas publicitan sus productos por aplicaciones de unidades de tratamiento de aire:
Los principales tipos de componentes se describen aquí en orden aproximado, desde el conducto de retorno (entrada a la unidad de tratamiento de aire), pasando por la unidad, hasta el conducto de suministro (salida de la unidad de tratamiento de aire). [1] [2]
Casi siempre se utiliza un sistema de filtración de aire para proporcionar aire limpio y sin polvo a los ocupantes del edificio. Puede ser mediante medios plisados sencillos con un valor de error mínimo aceptable (MERV) , filtros HEPA , electrostáticos o una combinación de técnicas. También se pueden emplear tratamientos de aire en fase gaseosa y ultravioleta.
Por lo general, la filtración se coloca primero en la unidad de tratamiento de aire para mantener limpios todos los componentes posteriores. Según el grado de filtración requerido, por lo general los filtros se dispondrán en dos (o más) bancos sucesivos con un filtro de panel de grano grueso colocado delante de un filtro de bolsa de grano fino u otro medio de filtración "final". El filtro de panel es más económico de reemplazar y mantener y, por lo tanto, protege a los filtros de bolsa más costosos. [1]
La vida útil de un filtro se puede evaluar controlando la caída de presión a través del medio filtrante a un caudal de aire de diseño. Esto se puede hacer mediante una pantalla visual que utilice un manómetro o mediante un presostato conectado a un punto de alarma en el sistema de control del edificio. Si no se reemplaza un filtro, puede acabar colapsando, ya que las fuerzas que ejerce el ventilador sobre él superan su resistencia inherente, lo que provoca el colapso y, por lo tanto, la contaminación del sistema de tratamiento de aire y los conductos posteriores.
Es posible que los manipuladores de aire necesiten proporcionar aire caliente, aire frío o ambos para cambiar la temperatura del aire de suministro y el nivel de humedad según la ubicación y la aplicación. Este acondicionamiento se proporciona mediante serpentines intercambiadores de calor dentro de la corriente de aire de la unidad de manipulación de aire; dichos serpentines pueden ser directos o indirectos en relación con el medio que proporciona el efecto de calentamiento o enfriamiento. [1] [2]
Los intercambiadores de calor directos incluyen los de los calentadores de gas que queman combustible o los de un evaporador de refrigeración , colocados directamente en la corriente de aire. También se pueden utilizar calentadores de resistencia eléctrica y bombas de calor . El enfriamiento por evaporación es posible en climas secos.
Los serpentines indirectos utilizan agua caliente o vapor para calentar, y agua fría o glicol para enfriar (la energía principal para calefacción y aire acondicionado la proporciona la planta central en otra parte del edificio). Los serpentines suelen estar fabricados de cobre para los tubos, con aletas de cobre o aluminio para facilitar la transferencia de calor. Los serpentines de enfriamiento también emplearán placas eliminadoras para eliminar y drenar el condensado. El agua caliente o el vapor lo proporciona una caldera central , y el agua fría lo proporciona un enfriador central . Los sensores de temperatura aguas abajo se utilizan normalmente para supervisar y controlar las temperaturas "fuera del serpentín", junto con una válvula de control motorizada adecuada antes del serpentín.
Si se requiere deshumidificación , se utiliza el serpentín de enfriamiento para enfriar en exceso de modo que se alcance el punto de rocío y se produzca la condensación. Un serpentín calefactor colocado después del serpentín de enfriamiento recalienta el aire (por lo tanto, se lo conoce como serpentín de recalentamiento ) a la temperatura de suministro deseada. Este proceso tiene el efecto de reducir el nivel de humedad relativa del aire de suministro.
En climas más fríos, donde las temperaturas invernales caen regularmente por debajo del punto de congelación, se suelen utilizar serpentines anticongelantes o serpentines de precalentamiento como primera etapa del tratamiento del aire para garantizar que los filtros posteriores o los serpentines de agua helada estén protegidos contra la congelación. El control del serpentín anticongelante es tal que si no se alcanza una determinada temperatura del aire fuera del serpentín, se apaga todo el manipulador de aire para protegerlo.
La humidificación suele ser necesaria en climas más fríos, donde el calentamiento continuo hará que el aire sea más seco, lo que genera una calidad del aire incómoda y un aumento de la electricidad estática . Se pueden utilizar varios tipos de humidificación:
Para mantener la calidad del aire interior , los manipuladores de aire suelen tener disposiciones que permiten la introducción de aire exterior y la extracción de aire del edificio. En climas templados, se puede utilizar una mezcla de la cantidad adecuada de aire exterior más frío con aire de retorno más cálido para alcanzar la temperatura deseada del aire de suministro. Por lo tanto, se utiliza una cámara de mezcla que tiene compuertas que controlan la relación entre el aire de retorno, el exterior y el de extracción.
Los manipuladores de aire suelen emplear un gran ventilador de jaula de ardilla accionado por un motor eléctrico de inducción de CA para mover el aire. El ventilador puede funcionar a una sola velocidad, ofrecer una variedad de velocidades establecidas o ser accionado por un variador de frecuencia para permitir una amplia gama de caudales de aire . El caudal también puede controlarse mediante álabes de entrada o compuertas de salida en el ventilador. Algunos manipuladores de aire residenciales en EE. UU. ("hornos" centrales o "acondicionadores de aire") utilizan un motor eléctrico de CC sin escobillas que tiene capacidades de velocidad variable. [1] Los manipuladores de aire en Europa, Australia y Nueva Zelanda ahora utilizan comúnmente ventiladores de curva hacia atrás sin espiral o "ventiladores de enchufe". Estos se accionan mediante motores EC (conmutados electrónicamente) de alta eficiencia con control de velocidad incorporado. Cuanto más alta sea la temperatura de la unidad de tratamiento de aire, más lento fluirá el aire. Y cuanto más baja sea la temperatura de la unidad de tratamiento de aire, más rápido fluirá el aire.
En las unidades de tratamiento de aire comerciales de gran tamaño pueden haber varios ventiladores, normalmente colocados al final de la unidad y al principio de los conductos de suministro (por lo que también se denominan "ventiladores de suministro"). A menudo se complementan con ventiladores en el conducto de aire de retorno ("ventiladores de retorno") que empujan el aire hacia la unidad.
Los ventiladores desequilibrados se tambalean y vibran. En el caso de los ventiladores de aire acondicionado domésticos, esto puede ser un problema importante: la circulación del aire se reduce considerablemente en las rejillas de ventilación (ya que el tambaleo es una pérdida de energía), la eficiencia se ve comprometida y el ruido aumenta. Otro problema importante en los ventiladores que no están equilibrados es que se ve comprometida la longevidad de los cojinetes (sujetos al ventilador y al eje). Esto puede provocar que se produzcan averías mucho antes de que se alcance la vida útil esperada de los cojinetes.
Se pueden colocar pesos estratégicamente para corregir un giro suave (en el caso de un ventilador de techo, el problema suele resolverse mediante prueba y error). Los ventiladores de aire acondicionado domésticos o centrales u otros ventiladores grandes suelen llevarse a talleres, que tienen equilibradores especiales para un equilibrado más complicado (la prueba y error puede provocar daños antes de encontrar los puntos correctos). El motor del ventilador en sí no suele vibrar.
Se puede instalar un intercambiador de calor con dispositivo de recuperación de calor en el manipulador de aire entre las corrientes de aire de suministro y de extracción para ahorrar energía y aumentar la capacidad. Estos tipos más comunes incluyen:
Los controles son necesarios para regular todos los aspectos de un sistema de tratamiento de aire, como por ejemplo: caudal de aire , temperatura del aire de suministro, temperatura del aire mezclado, humedad y calidad del aire. Pueden ser tan simples como un termostato de encendido y apagado o tan complejos como un sistema de automatización de edificios que utilice BACnet o LonWorks , por ejemplo.
Los componentes de control comunes incluyen sensores de temperatura, sensores de humedad, interruptores de vela, actuadores , motores y controladores.
Los ventiladores de una unidad de tratamiento de aire pueden generar vibraciones importantes y la gran superficie del sistema de conductos transmitiría este ruido y estas vibraciones a los ocupantes del edificio. Para evitarlo, normalmente se insertan aisladores de vibraciones (secciones flexibles) en el conducto inmediatamente 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 de tratamiento de aire. El material similar a una lona recubierta de goma de estas secciones permite que los componentes de la unidad de tratamiento de aire vibren sin transmitir este movimiento a los conductos conectados.
El compartimiento del ventilador se puede aislar aún más colocándolo sobre una suspensión de resorte, almohadillas de neopreno o colgado sobre perchas de resorte, lo que mitigará la transferencia de vibración a través de la estructura.
El ventilador del sistema de tratamiento de aire también genera ruido, que debe atenuarse antes de que los conductos entren en una habitación sensible al ruido. Para lograr una reducción significativa del ruido en una distancia relativamente corta, se utiliza un atenuador de sonido . [1] El atenuador es un accesorio especial para conductos que normalmente consta de un deflector perforado interior con aislamiento que absorbe el sonido. Los atenuadores de sonido pueden reemplazar a 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.