Vigas frías, más que un simple sistema de aire acondicionado

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Los sistemas de vigas frías o sistemas de enfriamiento hidrónico son una solución eficiente cuando se busca el ahorro de energía para espacios que requieren controles individuales de zona y donde las cargas internas latentes son mínimas y las sensibles dominantes. Son sistemas basados en la utilización de circuitos de agua como principal medio de intercambio térmico

Topiltzin Díaz

La viga fría pasiva consiste en una canalización hueca con un serpentín para enfriamiento en su interior, a través del cual circula agua de suministro a temperatura normalmente comprendida entre 15 y 17 grados centígrados con un diferencial de temperatura de 6 grados centígrados, pero estos grados pueden variar, de acuerdo con las condiciones del diseño y la condensación. Por otro lado, el aire frío resultante (más denso que el aire caliente del entorno) fluye hacia abajo por gravedad, generando un flujo de acondicionamiento por convección natural.

En el caso de la viga fría activa, ésta requiere adicionalmente una provisión directa de aire forzado. Este aire primario debe satisfacer los requisitos de ventilación y los de carga latente del espacio. El aire primario entra al interior del difusor mediante toberas. Como resultado de su velocidad, se induce aire caliente de la sala que pasa por la rejilla hacia el interior del difusor, atravesando el serpentín dispuesto en el interior, por efecto venturi, accediendo a la cámara de mezcla. Ambos caudales de aire se mezclan y se impulsan nuevamente a la sala de manera horizontal por medio de los difusores lineales integrados.

Las vigas frías activas proporcionan un control efectivo de la humedad mediante el aire primario proporcionado a través de las vigas.

Ni las vigas activas ni las pasivas tienen mecanismos móviles, por lo cual tienen una larga vida útil y un bajo coste de mantenimiento. Las vigas frías pueden ser parte de un sistema terminal de aire de volumen constante. También pueden controlarse de forma precisa la relación entre la temperatura y la humedad de la sala mediante el control de agua de enfriamiento aportada a la viga.

El control de la condensación es importante para cualquier sistema de vigas frías en edificios con ventilación natural o con una programación de desocupación durante las noches y fines de semana, especialmente cuando arranca el sistema.

Estos elementos están especialmente indicados para su instalación en falsos techos de reducida altura, edificios de nueva construcción o rehabilitados, con alturas de piso a techo que van de 2.6 a 4.0 metros.

A pesar de que llamamos frecuentemente a este producto vigas frías, en muchos casos las vigas activas pueden emplearse tanto para la calefacción como para el enfriamiento del ambiente interior. Existen algunas variantes de serpentín, una para sistemas a dos tubos para el enfriamiento, con posibilidad de ofrecer calefacción en modo changeover. La otra, para un sistema a cuatro tubos que permite enfriar o calentar cada estancia de manera independiente al resto de las estancias. Las bandejas situadas debajo de los serpentines aseguran la recogida de cualquier condensado producido en modo enfriamiento por debajo del punto de rocío. Se debe evitar un funcionamiento prolongado por debajo del punto de rocío (funcionamiento con condensados).

El contratista debe instalar las vigas frías y realizar todas las conexiones hidráulicas y de ductos de aire, proporcionar el sistema de sujeción, conexión y materiales de sellado.

Se deberá cumplir en todo momento la normativa legal vigente en materia de montaje, así como evaluar los sistemas de seguridad antisísmicos debido a que el peso que pueden alcanzar las vigas frías llenas de líquido puede ser muy elevado.

Sólo personal especializado puede ejecutar la instalación y montaje de las conexiones para asegurar una correcta instalación.

Las vigas frías deben tener al menos cuatro anclajes de soporte para la suspensión de la unidad al forjado mediante varillas, cables o soportes metálicos. Utilizar solamente sistemas de sujeción homologados. Las vigas frías disponen, en general, dos tipos de elementos para soportarse, sean soportes fijos o deslizables para poder ajustar la posición horizontalmente.

Cada viga debe ser suspendida independientemente por motivos de seguridad y para asegurar que sea posible bajarla del plafón en caso de requerir mantenimiento. De la misma manera no es recomendable que en estos soportes o elementos se apoyen otras instalaciones, eléctricas, sanitarias, etc.

El aire primario se conecta al cuello del plenum. El serpentín dispone de conexiones comunes para la entrada y salida del agua (4 conexiones en el caso de un sistema a 4 tubos). La conexión puede ser rígida, mediante soldadura o atornillado, o flexible, por medio de conectores de ajuste a presión (fijación rápida); una fuerza excesiva en el ajuste de las tuberías roscadas puede dañar los elementos por lo que es importante asegurarse el giro/torque máximo permisible.

Es importante mantener siempre identificadas dichas tuberías indicando siempre si son de alimentación o salida, calefacción o enfriamiento. Es necesario asegurar un vaciado y ventilación adecuado. En algunos casos, los conectores flexibles se suministran como accesorio; es importante considerarlos, ya que cualquier movimiento en la red hidrónica se transfiere a la viga y viceversa.

En casos de purga y llenado de la red hidrónica es importante asegurar que todas las válvulas de estrangulación estén completamente abiertas. Para remover todo el aire del sistema se puede seguir como estrategia el cerrar la mayoría (al menos el 75 por ciento) del sistema para que el agua circule a alta velocidad por la red abierta. Una vez que esta sección esté purgada se repite esta acción en una sección diferente. No es recomendable usar agua fría durante el proceso de llenado debido a que puede causar una condensación inmediata en la tubería; por otro lado, el agua caliente contiene menos oxígeno, lo que limita la ventilación hasta cierta medida.

Una de las grandes virtudes de las vigas frías es que no tienen partes mecánicas o móviles, por lo cual el desgaste que existe en las mismas es mínimo. Por otro lado, la mayoría no tienen partes de desgaste, por lo que su mantenimiento suele realizarse pocas veces y sólo con fines de limpieza de los serpentines para asegurar el correcto paso del aire.

La acumulación de polvo en los serpentines puede ocasionar eventualmente la restricción del paso de aire a través de éstos, reduciendo drásticamente el performance de calefacción o enfriamiento. En los casos de las vigas frías con elementos filtrantes, este tema puede ser aún más crítico ya que éstos llegan a su punto de saturación de manera más rápida.

Una inspección frecuente dependiendo de las condiciones ambientales y de ocupación del cuarto suele ser una al año en promedio.

Como en todos los difusores que inducen aire del ambiente, en función de la carga de impurezas en el ambiente, éstas se pueden depositar en las superficies frontales del difusor. En casos donde sea necesario limpiar el difusor, es importante evitar el uso de productos corrosivos y sustancias agresivas que puedan permanecer en la superficie de la viga.

La limpieza de uno o varios serpentines debe realizarse con aspiradores industriales en el sentido de las aletas del serpentín para asegurarse de remover el polvo que hay entre ellas. Para su mantenimiento es recomendable realizarlo entre dos personas.

A los serpentines se accede abatiendo la rejilla de inducción o desmontándola. Para poder abatir la rejilla de aire, por su lado longitudinal suele tener tornillos de sujeción o soportes deslizables, para liberarla se deben soltar dos o tres de estos elementos. Si los tornillos de sujeción del lado opuesto se sueltan también, la rejilla de aire queda completamente suelta. La rejilla de aire inducido se asegura con dos anclajes de seguridad, los cuales también pueden ser removidos.

Hoy en día, el diseño de las vigas frías ha ido más allá de un serpetín para intercambio de energía. En su interior, se incluyen sistemas de voz, luminarias, extinción de incendios, circuito cerrado, entre otros, convirtiéndose en un elemento indispensable en más de una ingeniería. En la mayoría de los casos, además, cuentan con un diseño arquitectónico que se integra al estilo requerido manteniendo en su interior su principal función.

Pese a que este artículo se enfoca en la limpieza de los elementos terminales (vigas frías), es importante tener en cuenta la limpieza de los ductos y manejadoras de aire, ya que un mal manteamiento de estos elementos puede ocasionar que en cadena todos ellos tengan un periodo “limpio” menor y aumentar, por ende,  sus costos de mantenimiento y limpieza.
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Topiltzin Díaz estudió Ingeniería Civil en la Universidad Nacional Autónoma de México. Actualmente es gerente nacional de ventas en TROX México SA de CV, empresa dedicada al suministro de partes de sistemas de climatización, innovación de productos y eficiencia energética.
Miembro activo y presidente electo de la ASHRAE 2016-2017, Comité Sustentabilidad 2015-2016, Comité Transferencia de Tecnología 2014-2015, Comité Actividades Estudiantiles 2013-2014