Difusión de aire en locales. Objetivos: Que el alumno conozca la importancia de la difusión del aire en el ambiente para el confort. Que sea capaz de identificar los tipos de difusores y rejillas existentes y adquiera criterios para su selección. Contenido:

1. Introducción. Difusión del aire en un local. Conceptos 2. Tipos de difusores. Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes 3. Rejillas de retorno. 4. Criterios de selección

Bibliografía: Manual de Aire Acondicionado. Carrier, 1996. Capítulo 2.

Acondicionamiento del aire y refrigeración. Carlo Pizzetti. Ed. Bellisco, 2ª edición española, 1991. Capítulo 18. Thermal Environmental Engineering. Thomas H. Kuehn, James W. Ramsey, James L. Threlkeld. Ed. Prentice Hall, 1998. Capítulo 18. ASHRAE Handbook. Fundamentals. SI Edition. ASHRAE, 1997. Capítulo 31.

1. DIFUSIÓN DEL AIRE EN UN LOCAL Las principales funciones de la difusión del aire en un local son:

- Introducción del aire en el local - Homogeneización - Evitar estratificaciones - Compensación de cargas térmicas

En cuanto a la temperatura, una vez establecidas la temperatura seca del local (condiciones interiores), el sistema de distribución de aire debe estar proyectado para mantener la temperatura dentro de los límites deseables. En una habitación se admiten variaciones entre distintos puntos de 1ºC y en un grupo de habitaciones una diferencia máxima de 1.7ºC. En cuanto a la velocidad del aire, en la tabla I se incluyen las velocidades recomendadas con las reacciones de los ocupantes.

Velocidad (m/s)

Incidencia Aplicación

0 ÷ 0.1 Desfavorable (Estratificación) Muy rara 0.1 ÷ 0.2 Favorable Confort

0.2 ÷ 0.3 Desfavorable sentado (vmax = 0.25 m/s)

Favorable erguidas Favorable movimiento lento (vmax = 0.4 m/s)

Confort Almacenes

Bancos > 0.3 Desfavorable Climatización industrial

Tabla I. Velocidades del aire en la zona ocupada de un local.

Sin embargo, hay que notar que estas velocidades no son las velocidades en la boca de impulsión, sino en la zona ocupada (aproximadamente desde el suelo hasta 2 metros sobre el suelo). En la tabla II se dan las velocidades recomendadas en las bocas de salida según la aplicación.

Aplicación Velocidad (m/s)

Estudios de radiodifusión 1.5 ÷ 2.5 Residencias 2.5 ÷ 4 Apartamentos 2.5 ÷ 4 Iglesias 2.5 ÷ 4 Dormitorios (hotel) 2.5 ÷ 4 Teatros 2.5 ÷ 4 Oficinas particulares 2.5 ÷ 4 Salas de cine 5 Oficinas públicas 5 ÷ 6.5 Almacenes comerciales 7.5 ÷ 10

Tabla II. Velocidades recomendadas en las bocas de salida.

1.1. Conceptos Alcance: Distancia horizontal que recorre una corriente de aire desde su boca de salida hasta un punto donde la velocidad del aire alcanza un valor mínimo de 0.25 m/s a 2.1 metros por encima del suelo. Éste es independiente de la diferencia entre la temperatura de impulsión y la del local, siendo proporcional a la velocidad del aire primario a la salida de la boca.

Caída: o elevación, es la distancia vertical que se desplaza el aire desde la boca de salida hasta el final de su trayectoria de propulsión. Inducción: Es el arrastre de aire procedente del espacio a acondicionar por el aire impulsado por la boca. Depende de la velocidad del aire de impulsión. El aire de impulsión se denomina primario, mientras que el aire que será aspirado y arrastrado a lo largo de la trayectoria del aire primario se llama secundario. La corriente total, formada por la mezcla, se denomina aire total. Como la distancia de propulsión es función de la velocidad y el decremento de la velocidad depende de la cantidad de inducción que se produce. Así, dos bocas de salida con el mismo área, la de mayor perímetro tiene mayor inducción y, por tanto, su alcance es más corto. Difusión o dispersión: Es el ángulo de divergencia de la corriente de aire después de salir de la boca de impulsión. La dispersión horizontal y la dispersión vertical. Deflectores: Los deflectores pueden ser perpendiculares, convergentes o divergentes. Las bocas de salida con deflectores perpendiculares al conducto producen una dispersión aproximada de 19º, tanto en el plano horizontal como en el vertical. Las convergentes producen una dispersión de 19º con una distancia de propulsión aproximadamente un 15% mayor que con deflectores perpendiculares. Con un ángulo de los deflectores exteriores de 45º se produce una dispersión de 60º y la distancia de propulsión se reduce aproximadamente un 50%.

Importancia de una correcta distancia de propulsión Normalmente no es necesario que el alcance o distancia de propulsión cubra la longitud o la anchura totales de la habitación. Una buena regla práctica es que el alcance sea del orden de ¾ de la distancia hasta la pared opuesta. La diferencia admisible de temperatura entre la impulsión y la temperatura del local depende en gran parte de

- la inducción de la boca, - las obstrucciones a la trayectoria del aire primario y - la altura del techo.

2. TIPOS DE BOCAS DE IMPULSIÓN 2.1. Rejillas

IMPULSIÓN SIMPLE DEFLEXIÓN IMPULSIÓN DOBLE DEFLEXIÓN

Fig.1. Rejillas de impulsión

RETORNO DE ALETAS FIJAS INCLINADAS A 45º

RETORNO DE PUERTA

Fig.2. Rejillas de retorno.

2.2. Difusores

DIFUSOR CIRCULAR DE CONOS MULTIPLES

DIFUSOR CIRCULAR DE CONOS REGULABLES

Fig. 3. Difusor circular de conos.

Fig. 4. DIFUSORES CUADRADOS

DIFUSORES ROTACIONALES DE CONFIGURACIÓN CUADRADA

DIFUSORES ROTACIONALES DE

CONFIGURACIÓN CIRCULAR

Fig. 5. Difusores rotacionales.

DIFUSOR LINEAL DE ÁLABES

DIFUSOR LINEAL DE RODILLOS

Fig. 6. Difusores lineales.

3. APLICACIÓN DE LOS DIFUSORES DE TECHO Las instalaciones en las que se emplean difusores de techo dan lugar, normalmente, a menos quejas por corrientes de aire que las que emplean bocas de salida en paredes laterales. Para evitar corrientes de aire molestas, deben ser tenidas en cuenta las siguientes recomendaciones. 3.1. Distancia de propulsión Elegir difusores de techo de alcance moderado, generalmente menor o igual al 75% del valor indicado en las tablas. Una distancia de propulsión excesiva puede plantear problemas en muchas instalaciones, lo que no suele ocurrir con distancias cortas. 3.2. Pérdidas de carga La mayoría de las tablas de especificación indican la pérdida de carga a través de la rejilla únicamente, sin incluir la presión necesaria para expulsar el aire del conducto e introducirlo en la habitación a través del cuello y la rejilla. Conviene, pues, hacer un cuidadoso estudio de las pérdidas de carga y aplicar un factor de seguridad. 3.3. Disposición del difusor Un criterio importante para el buen funcionamiento del difusor es su correcta disposición. Esto significa o bien un cuello por lo menos cuatro veces el diámetro del conducto, o bien buenas guías giratorias. Si se emplean paletas o guías, deben estar colocadas perpendicularmente al flujo de aire en la parte superior del cuello y separados 5 cm. 3.4. Obstrucciones Cuando el flujo del aire del difusor se encuentra obstáculos, se tapa una pequeña porción del difusor en el punto de la obstrucción. Normalmente, se emplean bafles del tipo de enganche a este propósito. 3.5. Limitación de ruido en las bocas de impulsión Un buen criterio para cumplir con los niveles de ruido aceptables es seguir las recomendaciones de velocidades de salida, tabla II, que proporcionan niveles de ruido aceptables para varias aplicaciones.

Valores máximos de niveles sonoros en

dBA Tipo de local

Día Noche Administrativo y de oficinas 45 Comercial 55 Cultural y religioso 40 Docente 45 Hospitalario 40 30 Ocio 50 Residencial 40 30

Viviendas Piezas habitables excepto cocina 35 30 Pasillos, aseos y cocinas 40 35 Zonas de acceso común 50 40 Espacios comunes: vestíbulos, pasillos 50 Espacios de servicio: aseos, cocinas, lavaderos

55

ITE 02.2.3.1 Ruidos. Valores máximos admisibles de niveles sonoros para el ambiente interior.

4. SELECCIÓN DE BOCAS DE IMPULSIÓN 4.1. Difusores Veamos mediante un ejemplo: Datos: Caudal de aire = 300 m3/h Alcance = 1,3 – 1,6 m (para que en la zona ocupada velcidad < 0,25 m/s) Nivel sonoro requerido < 20 NR Aplicación = Oficinas Pérdida de carga requerida < 10 Pa Vamos a utilizar difusores circulares (de conos). Siguiendo el criterio general, de que para instalaciones de confort, la velocidad recomendada es de 2 a 3 m/s, se va a la tabla de selección del difusor, figura 7.

Fig. 7. Tabla de selección del difusor.

Donde obtenemos: Q = 300 m3/h V = 2,7 m/s (dentro del rango) Alcance = 1,5 m. (OK) Pérdida de carga = 2.8 Pa NR = 6

Ejemplo de difusores rotacionales La difusión del aire por rotación constituye una innovación importante en comparación con los difusores circulares tradicionales, especialmente en lo concerniente a su alta capacidad de inducción. La turbulencia rotacional producida, provoca una rápida mezcla del aire impulsado con el inducido, y al mismo tiempo consigue una rápida mezcla de temperaturas, acortando considerablemente el alcance de las venas de aire. Este tipo de difusores puede utilizarse indistintamente para caudal constante o variable (V.A.V.), permitiendo variaciones de caudal de aire que van del 100% al 25%, sin riesgo de desprendimiento de la vena de aire. Con ellos se obtiene un gran numero de movimientos de aire en el local con ∆t de + 12 K hasta - 12 K. Pueden utilizarse prácticamente para todas las necesidades de difusión de aire acondicionado, tanto de confort como industriales. Su geometría resulta muy decorativa y su integración a los falsos techos armoniza perfectamente con cualquier decoración. Ejemplo de selección Una vez definido el caudal de aire a introducir en el local, la altura de éste y los niveles de ruido máximos admitidos, podemos definir el número de difusores necesarios para mantener las condiciones óptimas de confort, tomando el siguiente procedimiento: Local: 20m x 20m x 3m Caudal total: 11.000 m 3 /h (3.055 l/s). Nivel de ruido máximo admitido: NR 35 Velocidad máxima en zona ocupada: 0,25 m/s. Modelo de difusor: DF-RO-246. Procedimiento: Situando la zona ocupada a 1,8 m del suelo, se desprende que la distancia entre el techo y la zona ocupada es de 3-1,8 = 1,2 m (altura diferencial desde la zona ocupada hasta el techo). El paso siguiente consiste en definir el caudal máximo admisible por difusor, sin superar el nivel de ruido especificado (NR35). En la gráfica caudal/presión/nivel de ruido correspondiente a este difusor, podemos definir que el caudal máximo para NR35 es de 700 m3/h (figura 8).

Fig. 8. Caudal máximo por difusor.

Si dividimos el caudal total por el caudal máximo unitario, obtenemos 15,7 difusores. Tratándose de un local diáfano, y repartiendo los difusores simétricamente, podemos instalar 16 unidades, estando separados 5 metros entre si, lo que requiere que el alcance máximo por difusor no supere 2,5 m (figura 9).

Fig. 9. Disposición de difusores en el local.

Fig. 10. Obtención de la Vz. Habiendo definido que por razones acústicas, el caudal máximo no puede superar 700 m 3 /h, vemos que para este caudal, y a 1,2 m del techo (h.dif.) obtenemos 0,23 m/s de Vz (figura 10) en zona ocupada para una distancia X de 2,5 m. El caudal nominal por difusor será:

11.000 / 16 = 687 m 3 /h

4.2. Rejilla de retorno La velocidad a través de rejillas de retorno depende de:

- la pérdida de carga admisible - el efecto sobre los ocupantes

Al determinar la pérdida de carga, deben basarse los cálculos en la velocidad libre a través de la rejilla, y no en la velocidad frontal, ya que el coeficiente e orificio debe ser aproximadamente de 0.7. En general, pueden emplearse las velocidades de la tabla III,

Colocación de la rejilla Velocidad sobre sección bruta (m/s)

Locales comerciales: - por encima de zonas ocupadas - dentro de zonas ocupadas (no cerca de asientos) - dentro de zonas ocupadas (cerca de asientos) - Persianas de puerta o de pared - Aberturas o muescas en la parte inferior de las puertas

4 3-4 2-3 2.5-5 3

Locales industriales 4 Locales residenciales 2

Tabla III. Velocidades de retorno.

Ejemplo de selección de rejilla de retorno

Fig. 11. Rejilla de retícula (retorno).

Montaje de rejilla para extracción de aire, situada en techo, sin compuerta de regulación. Necesidades requeridas Caudal de aire de extracción _____________________600 m 3 /h Aplicación __________________________________ Biblioteca Pérdida de carga requerida _________________ Inferior a 5 Pa Velocidad efectiva máxima ________________________ 2 m/s

Solución: Mediante la tabla de selección de rejillas de retícula para retorno se obtiene: Q (Caudal de aire) _________________ 600 m 3 /h (ó 166,7 l/s) V k (Velocidad efectiva) ________________________ 1,6 m/s P s (Presión estática) ___________________________ 3,1 Pa Rejilla modelo 22-5 de 600 x 200, 400 x 300 ó 350 x 350 Los datos obtenidos se ajustan a las necesidades requeridas.

Fig. 12. Selección rejilla de retorno.