Aire Acondicionado Sectores de la industria

Trabajando bajo presión

En la industria farmacéutica, como en muchas otras, mantener una presión positiva al interior de un cuarto limpio garantiza la inocuidad del ambiente

Una correcta presurización en los cuartos limpios es primordial. Sin una adecuada medición, las entregas de aire pueden afectar el rendimiento del sitio, al presentarse infiltración de partículas contaminantes o aumento de temperatura, decantando en costos por reparación

Javier Pineda

Para que ciertos espacios puedan funcionar es necesario que estén presurizados; por ejemplo, una cabina de avión no puede funcionar sin que haya un correcto flujo de aire, ya que la presión que hay fuera de ella afectaría tanto las funciones de la aeronave como a las personas que la operan.

En la industria, este recurso ha sido utilizado para evitar la presencia de contaminantes, como polvos, insectos e, incluso aire caliente, en cuartos de control, de telecomunicaciones, eléctricos, así como en áreas limpias o quirófanos.

El elemento de este recurso es la presión, que en su definición más básica se entiende como la fuerza aplicada a una superficie. En el sector de aire acondicionado, sin embargo, se manejan dos términos asociados a la presión causada por el flujo del aire: la presión estática y la presión dinámica.

La presión estática es la que se produce a partir de la resistencia del paso de aire por cualquier elemento, ya sean filtros, serpentines, compuertas, etcétera, y que obstruye el flujo o corriente del aire. La presión dinámica, por su parte, es la presión que se origina con la velocidad de desplazamiento del aire en el área acondicionada.

Para mayor claridad, la Figura 1 ejemplifica los componentes de la presión, representados en Static Pressure (SP) y Velocity Pressure (VP), además del Total Pressure (TP), este último como la combinación de los dos primeros.

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Figura 1. Componentes de presión

En cuanto a la importancia de las presiones diferenciales y su relevancia con los sistemas de acondicionamiento, sirve para que un flujo de aire continuo vaya en la dirección deseada, a través de los espacios de las puertas, penetraciones en las paredes o conductos, reduciendo el paso de partículas no deseadas.

Cuando se hace el cálculo de carga térmica de los espacios a acondicionar, se determina el flujo de aire que se tiene que inyectar al local, para poder disipar la generación de calor. Para lograr esto, se toma en consideración el calor producido por la iluminación, las personas que estarán en el lugar, la radiación solar, el número de equipos eléctricos, la infiltración de aire y otros elementos, como los que indica el estándar de la ASHRAE 90.1- 2010.

Además de todos estos factores, para mantener una determinada presión positiva, es necesario considerar la cantidad de aire adicional que se podrá tener, pues este número indicará el excedente de aire por abatir y que puede poner en riesgo el nivel de presión requerido.

Cuando se hace un cálculo de infiltración de aire se utilizan métodos que determinan la cantidad de elemento, en función a las aperturas expuestas al exterior, de los espacios acondicionados; por ejemplo, el método de ranuras, donde se evalúa el número de espacios que dan al exterior y se calcula la entrada de aire al recinto.

Cuando se requiere mantener cierta presión en el interior de los espacios acondicionados, se invierte el proceso de la infiltración, expulsando al exterior el aire a través de las aperturas, para asegurar que haya un diferencial de presión. Este proceso es conocido como exfiltración de aire.

Ejemplo de cálculo con una sola puerta 

El caso de estudio será calcular el flujo de aire necesario para mantener la presión positiva de 25 Pa, en el interior de un cuarto de control, donde la única apertura expuesta sea la puerta de éste.

Para determinar la cantidad de aire que se requiere expulsar, primero se calcula el área efectiva de escape y, posteriormente, la velocidad de expulsión del aire para producir la presión dinámica requerida. Una vez obtenidos estos valores, se podrá conocer la cantidad de aire expulsado a través de las ranuras, que asegura el diferencial de presión dentro espacio a presurizar.

Características de la puerta (son muy importantes; en este ejemplo se tomarán en cuenta los siguientes factores):
[H] Altura de la puerta: 2.3 metros
[A] Ancho de la puerta: 2.0 metros
[e] Rendija o ranura: 3 milímetros (1/8 de pulgada)
Presión requerida: 25 Pa = 2.5 milímetros de presión ganada

Área efectiva de escape:
A = [ ( 3 × H ) + ( 2 × A ) ] × e
A = [ (2.3 × 3 ) + ( 2.0 × 2 ) ] × 0.003
A = 0.0327 m² (0.35 ft²)

Velocidad de expulsión:
v=4 √∆p
donde: v
Velocidad del aire [m/s]
∆p Presión dinámica [mm c.a]
v=4 √2.5
v= 6.3 m/s (1.240 FPM)

Flujo de aire expulsado:
Q = v × A
donde:  Q = Flujo de Aire [m3/s]

v = velocidad [m/s]
Q = 6.3 × 0.0327
A = Área [m²]
Q = 0.2060 m3/s (437 CFM)

A partir del cálculo del caudal de aire (necesario para asegurar el diferencial de presión entre el área presurizada y el exterior del espacio), el factor aire se deberá agregar al cálculo de la carga térmica del local, como un determinante de ventilación requerida, debido a que el aire tratado (temperatura, humedad y calidad del aire controlado) será desechado al exterior del área presurizada y será una carga térmica que se considera para el dimensionamiento del sistema de aire acondicionado.

La manera de operar un sistema de aire acondicionado, en cuartos limpios, es manteniendo una presión constante en el área acondicionada y, cuando haya una caída de presión, se deberá ajustar la inyección del equipo principal de acuerdo con lo que se necesite dentro del espacio.

El control de la presión se puede hacer por medio de un equipo independiente dedicado a mantener la presión del aire en el interior del espacio acondicionado, o a través del ajuste en las revoluciones del motor eléctrico, esto es, del ventilador de inyección del equipo principal que suministra el aire acondicionado.

Para el diseño de sistemas de aire acondicionado en este tipo de recintos, es necesario incluir en los equipos la instrumentación y control óptimos para asegurar que las condiciones del funcionamiento se cumplan, para ello es indispensable contar con transmisores y sensores de presión y controladores que actúen de manera automática con los equipos de aire acondicionado.

En cuanto a la calidad del aire, ésta se controlará con un equipo que no necesariamente sea el mismo que se dedica a la presurización. La filtración de aire se establecerá y se seleccionarán los equipos de acuerdo con los contaminantes presentes en las áreas donde se encuentren los espacios acondicionados y presurizados.

Para el caso de los cuartos donde se requiere una presión positiva, el estándar 496 de la National Fire Protection Association (NFPA) clasifica los espacios que requieren ser presurizados en función del contenido de gases, contaminantes, vapores y líquidos que puedan provocar la ignición de un incendio e, incluso, una explosión. Esto según su apartado sobre purga y presurización del sistema eléctrico.

Para los cuartos de control, se recomienda mantener una presión constante de 25 Pa, con puertas cerradas y una velocidad mínima de escape a través de las ranuras, la cual deberá ser de 0.305 metros por segundo, de manera simultánea, a través de las ranuras, de acuerdo con el estándar ya mencionado de la NFPA.

En la revista Mundo HVAC&R de mayo 2016 te compartimos cinco sugerencias de presurización, de acuerdo con los manuales de cálculo de la ASHRAE.

[author ]Javier Pineda
Actualmente es colaborador de Epesa, en la cual participa como jefe de la sección mecánica HVAC, empresa desarrolladora de proyectos para el sector petrolero y energético con más de 10 años en la industria de aire acondicionado en el país.[/author]

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