Difusión de aire por Antonio Vegas Casado

Aunque todos los componentes que integran una instalación de climatización son importantes, la difusión de aire tiene un papel fundamental. Con el aire que impulsamos en cada local aportamos la cantidad de energía para compensar su carga sensible, y a la vez permite mantener en la zona de ocupación la velocidad del aire y los valores de temperatura y humedad dentro de los límites de confort. Así mismo, con el caudal de aire impulsado  aportamos los niveles de ventilación fijados en la normativa vigente, permitiendo la renovación del aire en los locales y con ello evitar el incremento de la carga vírica que pueda afectar a los propios usuarios.

Atecyr, patrocinado por TROX TECHNIK, ha editado el Documento Técnico de Instalaciones en la Edificación DTIE 13.01, sobre difusión de aire. El documento tiene como finalidad dotar al técnico de una herramienta que pueda serle útil para adquirir unos conocimientos básicos sobre difusión de aire y sobre las características de las unidades terminales a través de las cuales se realiza la impulsión del aire. El documento permite ver conceptos fundamentales de la difusión del aire, diferentes modelos y tipos de unidades terminales a través de las cuales  realizamos la impulsión, sus características, así como ejemplos de selección y aplicación de casos reales de funcionamiento.

Movimiento del Aire

En todos los locales climatizados, con independencia del sistema de climatización que utilicemos, siempre necesitamos impulsar un caudal de aire con el que se aporte la energía necesaria para compensar las ganancias o pérdidas de calor sensible. El caudal de aire impulsado dependerá del sistema de climatización que utilicemos:

• Todo aire: el 100% de la energía se aporta impulsando aire.
• Aire/agua: aproximadamente se aporta un 75% de la energía con agua y un 25% con aire.

En los sistemas todo aire, las unidades terminales de impulsión las podemos colocar en cualquier parte del local:

• Suelo  
• Techo
• Paredes
• Antepecho de las ventanas        

Antes de hacer la selección del tamaño de la unidad terminal de impulsión es muy importante que tengamos unos minutos de reflexión para saber.

• Como funciona .
• Donde debemos instalarla.
• Que valores límite hemos de cumplir.
• Si podremos cumplir esos valores límite con la unidad terminal seleccionada.

Es importante no considerar a la unidad terminal de impulsión como un elemento más de la decoración del local. La unidad terminal de impulsión, tiene misiones más importantes como:

• Distribuir el aire uniformemente.
• Evitar velocidades de aire y diferencias de temperatura elevadas en la zona de ocupación.

En los sistemas todo aire, el caudal de aire impulsado siempre es mayor que el volumen del local, por lo que se han de tener en cuenta varios factores que influyen en el movimiento del aire que pueden causar molestias en las personas por incremento de la velocidad del aire en la zona de ocupación.

Los factores que influyen en el movimiento del aire son:

• Geometría de las propias unidades terminales de impulsión y su situación.
• Temperatura y velocidad del aire impulsado.
• Situación de las unidades de retorno del aire.
• Geometría del local y situación del mobiliario.
• Situación de los cerramientos exteriores con relación a las unidades terminales de impulsión.
• Temperatura de los cerramientos del local.

Teniendo en cuenta que una de las causas más importantes que provocan la incomodidad de las personas son altas velocidades del aire y altos índices de turbulencia, junto con diferencias de temperatura entre pies y cabeza, es importante:

• Controlar los movimientos del aire en el local y respetar las velocidades de aire máximas admisibles en la zona de ocupación.
• Tener en cuenta que las velocidades del aire en el local están afectadas por las características del flujo de aire de la unidad terminal de impulsión y su situación.

Métodos de difusión de aire

La difusión de aire, podemos definirla “como el hecho de introducir de forma controlada un caudal de aire en el local a climatizar”.

Habitualmente se realiza por:

• Mezcla de aire
• Desplazamiento

Cuando se quiere gran calidad del aire como en los quirófanos tipo A de alta exigencia según UNE 100713, o salas blancas, se utiliza:

• Flujo laminar

En cada caso y en función del tipo de local, caudal de aire a impulsar, calidad del aire,  condiciones del aire impulsado y condiciones a mantener en el interior de los locales se utilizará uno de los sistemas de difusión anteriores.

Difusión por mezcla de aire El sistema de difusión por mezcla de aire es el que habitualmente se utiliza en las instalaciones de climatización.

Con este sistema impulsamos un caudal de aire con velocidad y diferencia de temperatura elevada con respecto a la temperatura del local. Con ello pretendemos una rápida mezcla del aire impulsado con el aire ambiente, con el fin de que se unifiquen las temperaturas y se reduzca la velocidad del aire en la zona de ocupación rápidamente.

Resumiendo las características de este sistema de difusión son:

• Las unidades terminales de impulsión se pueden colocar en techo, paredes, suelo o antepecho de las ventanas.
• Las velocidades de impulsión son altas.
• La mezcla del aire impulsado se realiza por inducción con el aire ambiente.
• Los perfiles de temperatura, velocidad y contaminación son uniformes.

• El retorno del aire no ejerce ninguna influencia en la difusión de aire.

La difusión por mezcla de aire es adecuada cuando:

• Tengamos valores de carga sensible elevadas.
• Tengamos que climatizar locales de baja altura.
• Los contaminantes son más pesados que el aire ambiente.
• En locales de gran volumen.

Entre las unidades terminales de impulsión distinguimos entre las que tiene gran importancia el efecto coanda y el alcance crítico como son:

• Rejas de impulsión colocadas en la pared.
• Difusores de aros concéntricos.
• Difusores lineales.

En las rejas para que haya efecto coanda impulsando aire frío, se colocarán a una distancia de 300 mm del techo, impulsando con una velocidad de » 2,5 m/s y un Dt de -8ºC.

En los difusores de aros concéntricos y lineales, para que haya efecto coanda, se colocaran enrasados con un falso techo para que la vena de aire frío impulsada se adhiera al techo y penetre profundamente en el local.

Por otra parte están las unidades terminales que por su inducción, el efecto coanda y el alcance crítico no tienen influencia en la difusión y mezcla del aire como:

• Difusores rotacionales
• Toberas de alta inducción

Difusión de aire por desplazamiento

En este sistema, el aire caliente contaminado asciende hasta el techo y se extrae por la parte superior del local, impulsando aire frío recién filtrado a nivel del suelo.

La impulsión se realiza cerca del suelo con poca velocidad a temperatura inferior a la del ambiente. Este aire frio y limpio se distribuye de manera uniforme con poco movimiento por la totalidad de la superficie del suelo. De esta masa de aire frío, junto a las fuentes de calor asciende el aire a medida que aumenta su temperatura al compensar la carga sensible que encuentra en su camino, arrastrando hacía la parte superior la contaminación del ambiente.

Se generan temperaturas y niveles de contaminación que aumentan con la altura del local, por lo que el retorno o extracción del aire se ha de hacer siempre por la parte más alta del local.

Al contrario que en el sistema de mezcla de aire, en la difusión de aire por desplazamiento se busca la estratificación del aire en altura, por lo que una de las limitaciones de este sistema es que se ha de impulsar con menor Dt que en el sistema de mezcla de aire, para tener un Dt entre 0,1 m, y 1,7 m sobre el suelo para personas de pie < 3ºC, para que el porcentaje de personas incomodas sea aproximadamente del 5%.

Resumiendo las características de este sistema de difusión de aire son:

• Es una forma de flujo de desplazamiento vertical en el que el aire se impulsa junto al suelo a una temperatura inferior a la del local, con baja velocidad y bajos índices de turbulencia sin que se mezcle el aire impulsado y el ambiente.
• Las fuentes de calor originan corrientes de aire ascendentes que aumentan de velocidad con la altura del local en función de la carga térmica de la fuente.
• Se generan temperaturas y niveles de contaminación del aire crecientes con la altura del local.
• El aire se extrae por la parte superior del local.
• Es adecuado en ambientes contaminados, cuando las partículas contaminantes son menos pesadas que el aire.
• Se tienen niveles de confort y calidad de aire más altos que con el sistema por mezcla de aire.
• Es un sistema recomendable para su utilización en teatros, auditorios, museos.
• La instalación puede funcionar más horas con enfriamiento gratuito (free-cooling), lo que representa un ahorro importante de energía.