Un controlador de aire , o unidad de tratamiento de aire (a menudo abreviado como AHU ), es un dispositivo que se utiliza para regular y hacer circular aire como parte de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado ( HVAC ). [1] Un controlador de aire suele ser una caja metálica grande que contiene un soplador , un calefactor o elementos de aire acondicionado, rejillas o cámaras de filtros , atenuadores de sonido y amortiguadores . [2] Los manejadores de aire generalmente se conectan a un sistema de ventilación de conductos que distribuye el aire acondicionado a través del edificio y lo devuelve a la UTA, a veces expulsando el aire a la atmósfera y trayendo aire fresco. [3] A veces, las AHU descargan ( suministran ) y admiten ( retornan ) aire directamente hacia y desde el espacio servido sin conductos [4]
Los manejadores de aire pequeños, para uso local, se denominan unidades terminales y solo pueden incluir un filtro de aire, un serpentín y un ventilador; Estas unidades terminales simples se denominan unidades fancoil o fancoil . Un controlador de aire más grande que acondiciona 100% aire exterior y nada de aire recirculado se conoce como unidad de aire de reposición ( MAU ) o unidad de tratamiento de aire fresco ( FAHU ). Un controlador 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 ).
La unidad de tratamiento de aire normalmente se construye alrededor de un sistema de estructura con paneles de relleno metálicos según sea necesario para adaptarse a la configuración de los componentes. En su forma más simple, el marco puede estar hecho de canales o secciones metálicas, con paneles de relleno metálicos 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]
Las unidades de tratamiento de aire más grandes se fabricarán a partir de un sistema de estructura de acero de sección cuadrada con paneles de relleno aislados y de doble revestimiento. Dichas construcciones reducen la pérdida o ganancia de calor del controlador de aire, además de proporcionar atenuación acústica . [2] Las unidades de tratamiento de aire más grandes pueden tener varios metros de largo y se fabrican de forma 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 las unidades de tratamiento de aire de suministro y extracción se unan, ya sea en una configuración de lado a lado o apiladas .
Hay seis factores para clasificar las manejadoras de aire y determinar los tipos de ellas, en función de:
Pero el primer método es muy habitual en el mercado de HVAC . De hecho, la mayoría de las empresas anuncian sus productos mediante 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 AHU), a través de la unidad, hasta el conducto de suministro (salida de la AHU). [1] [2]
La filtración de aire casi siempre está presente para proporcionar aire limpio y libre de polvo a los ocupantes del edificio. Puede ser a través de medios plisados simples con bajo contenido de MERV , HEPA , electrostáticos o una combinación de técnicas. También se pueden emplear tratamientos de aire en fase gaseosa y ultravioleta.
La filtración generalmente se coloca primero en la UTA para mantener limpios todos los componentes posteriores. Dependiendo del grado de filtración requerido, normalmente los filtros se organizarán en dos (o más) bancos sucesivos con un filtro de panel de grado grueso colocado delante de un filtro de bolsa de grado fino u otro medio de filtración "final". El filtro de panel es más económico de reemplazar y mantener y, por lo tanto, protege los filtros de bolsa más caros. [1]
La vida útil de un filtro se puede evaluar monitoreando la caída de presión a través del medio filtrante al caudal volumétrico de aire de diseño. Esto se puede hacer mediante una pantalla visual que utiliza un manómetro o mediante un interruptor de presión conectado a un punto de alarma en el sistema de control del edificio. No reemplazar un filtro puede eventualmente provocar su colapso, ya que las fuerzas ejercidas sobre él por el ventilador superan su fuerza inherente, lo que resulta en el colapso y, por lo tanto, la contaminación del controlador de aire y los conductos aguas abajo.
Es posible que los manejadores 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. Dicho acondicionamiento lo proporcionan serpentines intercambiadores de calor dentro de la corriente de aire de la unidad de tratamiento 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 aquellos para calentadores que queman combustible a gas o 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 evaporativo 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 una planta central en otra parte del edificio). Las bobinas suelen fabricarse 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 enfriada la proporciona un enfriador central . Los sensores de temperatura aguas abajo se utilizan normalmente para monitorear y controlar las temperaturas "fuera del serpentín", junto con una válvula de control motorizada adecuada antes del serpentín.
Si se requiere deshumidificación , entonces se emplea el serpentín de enfriamiento para enfriar demasiado de modo que se alcance el punto de rocío y se produzca condensación. Un serpentín calentador colocado después del serpentín de enfriamiento recalienta el aire (por lo tanto conocido como serpentín de recalentamiento ) a la temperatura de suministro deseada. Este proceso tiene el efecto de reducir el nivel de humedad relativa del aire suministrado.
En climas más fríos, donde las temperaturas invernales caen regularmente por debajo del punto de congelación, a menudo se emplean serpentines de escarcha o serpentines de precalentamiento como primera etapa del tratamiento del aire para garantizar que los filtros posteriores o los serpentines de agua enfriada 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, todo el controlador de aire se apaga para protegerlo.
La humidificación suele ser necesaria en climas más fríos donde el calentamiento continuo hará que el aire sea más seco, lo que dará como resultado 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 manejadores de aire comúnmente tienen disposiciones que permiten la introducción de aire exterior y la salida del aire del edificio. En climas templados, se puede utilizar la mezcla de la cantidad adecuada de aire exterior más frío con aire de retorno más cálido para acercarse a 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, exterior y escape.
Los manejadores de aire generalmente emplean un soplador de jaula de ardilla grande impulsado por un motor eléctrico de inducción de CA para mover el aire. El soplador puede funcionar a una sola velocidad, ofrecer una variedad de velocidades establecidas o ser impulsado por un variador de frecuencia para permitir una amplia gama de caudales de aire . El caudal también se puede controlar mediante paletas de entrada o compuertas de salida en el ventilador. Algunas unidades de tratamiento 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 manejadores de aire en Europa, Australia y Nueva Zelanda ahora comúnmente usan ventiladores de curva hacia atrás sin desplazamiento o "ventiladores de enchufe". Estos son accionados mediante motores EC (conmutados electrónicamente) de alta eficiencia con control de velocidad incorporado. Cuanto mayor sea la temperatura de la RTU, más lento fluirá el aire. Y cuanto más baja sea la temperatura de la RTU, más rápido fluirá el aire.
Es posible que haya varios ventiladores en grandes unidades comerciales de tratamiento de aire, normalmente colocados al final de la AHU y al comienzo 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 UTA.
Los ventiladores desequilibrados se tambalean y vibran. Para los ventiladores de aire acondicionado domésticos, esto puede ser un problema importante: la circulación de aire se reduce considerablemente en las rejillas de ventilación (ya que la oscilación hace que se pierda energía), la eficiencia se ve comprometida y el ruido aumenta. Otro problema importante en los ventiladores que no están equilibrados es que se compromete la longevidad de los cojinetes (unidos al ventilador y al eje). Esto puede provocar que se produzcan fallos mucho antes de la vida útil prevista de los rodamientos.
Los pesos se pueden colocar estratégicamente para corregir un giro suave (en el caso de un ventilador de techo, la colocación de prueba y error generalmente resuelve el problema). Los ventiladores de aire acondicionado central/doméstico u otros ventiladores grandes generalmente se llevan a las tiendas, que tienen equilibradores especiales para un equilibrio más complicado (la 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 dispositivo de recuperación de calor en el controlador de aire entre las corrientes de aire de suministro y extracción para ahorrar energía y aumentar la capacidad. Estos tipos incluyen más comúnmente para:
Los controles son necesarios para regular todos los aspectos de un controlador de aire, como: 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/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 crear vibraciones sustanciales y la gran área del sistema de conductos transmitiría este ruido y vibración a los ocupantes del edificio. Para evitar esto, normalmente se insertan aisladores de vibración (secciones flexibles) en el conducto inmediatamente antes y después del controlador de aire y, a menudo, también entre el compartimiento del ventilador y el resto de la UTA. El material similar a una lona de goma de estas secciones permite que los componentes del controlador de aire vibren sin transmitir este movimiento a los conductos adjuntos.
El compartimiento del ventilador se puede aislar aún más colocándolo sobre una suspensión de resorte, almohadillas de neopreno o colgado de ganchos de resorte, lo que mitigará la transferencia de vibraciones a través de la estructura.
El ventilador del controlador 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 un período relativamente corto, se utiliza un atenuador de sonido . [1] El atenuador es un accesorio de conducto especial que normalmente consta de un deflector interior perforado con aislamiento de absorción de sonido. Los atenuadores de sonido pueden reemplazar los conductos; por el contrario, los atenuadores en línea están ubicados cerca del soplador y tienen un perfil de boca acampanada para minimizar los efectos del sistema.