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La importancia de la VentilaciónEscrito por: Editorial

Sección: Sectores de la industria, Ventilación, Zona 3

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parte)

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Como es sabido, un sistema HVAC se compone de calefacción, ventilación y aire acondicionado. De estas

tres ramas, la ventilación es usualmente pasada por alto o no se le da la importancia adecuada, debido a que

típicamente no es tan compleja como las otras dos; sin embargo, hay ocasiones en que un buen sistema de

ventilación es la opción más económica y eficiente.

Crítico. Los lugares donde se producen gases o vapores nocivos no pueden prescindir de la ventilación.

Karla Real Méndez.

Principios básicos

Cuando se busca ventilar un espacio, en realidad lo que se quiere decir es que se precisa ingresar aire fresco

(aunque de hecho, este aire no siempre es fresco), más limpio y con menos contaminantes que el aire

interior. La ventilación puede ser de forma natural, por desplazamiento, forzada o una combinación de ellas.

Para esto, se requiere la ayuda de los ventiladores, que pueden operar, según sea el caso, como inyectores o

extractores. El tipo de ventilador que se seleccione depende básicamente de dos factores principales: el tipo

de aplicación y su punto de operación (flujo y carga).

Dependiendo de la aplicación, el equipo que se elija puede ser tan sencillo como un ventilador axial para un

almacén, sin accesorios ni construcción especial alguna, o puede tratarse de un ventilador centrífugo de alta

capacidad con un rack para filtros de carbón activado, dámpers automáticos, una construcción a prueba de

explosión, etcétera. Es importante poner atención a los requerimientos del cliente, ya que muchas de las

especificaciones que se reciben no tienen sólo que ver con el desempeño del ventilador, sino con la seguridad

durante su operación.

Con respecto al flujo, además de los más comunes CFM (pies cúbicos por minuto), es posible y muy

probable que en algún momento se reciban especificaciones en cambios de aire por hora (CAH). Al final, este

valor se podrá convertir en CFM, con los que se podrá seleccionar el inyector o extractor del modo habitual. El

concepto de CAH se refiere simplemente a cuántas veces en una hora podría llenarse el espacio por ventilar

con aire nuevo. Entonces, tener un sistema de ventilación de 5 cambios de aire por hora en un almacén

significa que es posible mover el equivalente a 5 veces el volumen total de aire que puede contenerse en el

almacén (alto x largo x ancho) en 1 hora. Lógicamente, entre mayor sea el número de CAH requeridos, mayor

será el flujo en CFM que los equipos de ventilación deberán manejar.

Existen diversas fuentes confiables que pueden consultarse para tener una idea de cuántos CAH se deben

utilizar según la aplicación; esto, en caso de no tener una idea clara o un punto de partida para comenzar con

el análisis y los cálculos. Una buena idea es acudir al website de algún fabricante de equipos de ventilación

para buscar este tipo de información, y por supuesto, ASHRAE tiene capítulos dedicados a este tema. Sin

embargo siempre es importante verificar que estas recomendaciones cumplan con las especificaciones del

proyecto (si es que existen).

La contraparte de los CFM es la caída de presión estática que existe antes y después del equipo de

ventilación. Así como sucede con los equipos de bombeo, los equipos de ventilación deben ser seleccionados

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Al igual que en los sistemas

hidrónicos, si en un sistema de

ventilación varía la caída de

presión estática para la cual fue

seleccionado el

extractor/inyector, el flujo variará

considerablemente

Por sus características, son

útiles para abatir flujos

pequeños y caídas de presión

poco considerables. Se instalan

por lo regular sin ductería y con

accesorios mínimos a la entrada

y descarga

ventilación. Así como sucede con los equipos de bombeo, los equipos de ventilación deben ser seleccionados

para mover el fluido (en este caso aire) a través del circuito (ductería, por ejemplo, pero no necesariamente) y

todos los accesorios que se encuentren instalados a lo largo del sistema de distribución del aire de

ventilación. Este valor está dado normalmente en pulgadas de columna de agua.

Hay muchos elementos, además de ductos, rejillas o dámpers, que generan caída de presión estática y que

han de considerarse al momento de hacer la selección de un ventilador. Louvers en muro, filtros, mallas

contra pájaros, resistencias eléctricas y, por supuesto, cualquier otro elemento que se encuentre instalado

dentro del flujo del aire y represente un obstáculo para la circulación debe ser tomado en cuenta.

En el caso de los filtros, no hay que olvidar que la caída de presión estática durante su uso va aumentando.

Con frecuencia se comete el error de revisar la ficha técnica del filtro y obtener su caída de presión, sin

verificar si el filtro se encuentra en las condiciones que se indican en la ficha. Algunas veces, este dato hace

referencia al momento en que el filtro está limpio –lo cual será cierto durante el primer par de días o de

horas–, por lo que lo ideal es considerarlos medio sucios o sucios. Al igual que en el caso de los sistemas

hidrónicos, si en un sistema de ventilación varía la caída de presión estática para la cual fue seleccionado el

extractor/inyector (por ejemplo, debido al uso de un factor de seguridad muy grande o a una estimación

incorrecta de la verdadera caída de presión), el flujo variará considerablemente. Así, hay que tener cuidado de

hacer el análisis lo más cercano posible a la realidad, de otro modo el comportamiento y el desempeño del

equipo de ventilación serán muy difíciles de predecir con exactitud.

En la industria de la ventilación existe otro rasgo que tiene mucha importancia y que se analiza con unidades

y escalas únicas para esta rama: el nivel de sonido. Existen casos en que el ruido del ventilador no es de

importancia, sobre todo cuando conviven con equipo más ruidoso; por ejemplo, una fábrica automotriz. Sin

embargo, en una gran parte de las aplicaciones se busca no superar un cierto nivel de ruido, de modo que hay

que revisar que la selección que se haga se encuentre dentro de los niveles de ruido permisibles para la

aplicación. Las unidades más comunes utilizadas para calcular el nivel de ruido son los sones. Un sone es el

equivalente al ruido que emite un refrigerador cuando una persona se encuentra a una distancia de 5 pies. Al

igual que los CAH, existen guías que recomiendan los niveles de sones adecuados para cada aplicación.

Importancia

La relevancia de la ventilación va más allá de remover el calor de un almacén

que no cuenta con aire acondicionado o de remover olores y humedad de

cocinas o baños en una planta de manufactura. Aunque estas son, quizás,

sus aplicaciones más comunes y numerosas, la ventilación va mucho más

allá de estas simples aplicaciones de extracción. Por ejemplo, se ha

comprobado la relación directa entre la productividad y la salud de los

empleados con respecto al nivel de ventilación en un área de trabajo.

En aplicaciones donde se tiene un número elevado de personal laborando o

donde se requiera que las personas presentes se mantengan atentas por un

periodo prolongado de tiempo (cine, sala de conferencias, salas de juntas),

es recomendable tener un buen nivel de ventilación para evitar una alta

concentración de CO2, ya que esto provoca somnolencia. Otra forma en que

un buen sistema de ventilación promueve una mayor productividad en el

personal es al evitar la propagación de enfermedades, dolores de cabeza,

reacciones alérgicas y malestares generales; se ha visto una reducción

incluso en incapacidades a corto plazo en oficinas en donde el nivel de ventilación es apropiado. Además,

existen casos en los que no sólo es una cuestión de confort o productividad, sino de seguridad. Algunos

componentes o gases generados, ya sea en un piso de producción o en un laboratorio, pueden llegar a ser

inflamables o altamente combustibles si se permite que su concentración alcance niveles altos, y aquí

también cobra una gran importancia el sistema de ventilación. Debe existir una buena comunicación con el

diseñador del sistema contraincendios, ya que ambas disciplinas pueden verse afectadas si existe una mala

consideración.

Debido a lo anterior, en los últimos años el valor que la industria HVAC le ha dado a la ventilación ha

aumentado considerablemente. Como consecuencia, ASHRAE ha hecho importantes modificaciones a sus

estándares relacionados con el aire de ventilación y la calidad del aire. Incluso el Green Building Council de

EUA (USGBC), para otorgar la certificación LEED toma la cantidad y calidad del aire de ventilación muy en

serio y una gran parte de los puntos que se pueden obtener para esta certificación (casi una tercera parte, de

hecho) están relacionados con la calidad del aire y la ventilación.

En relación con los equipos que se utilizan en estos sistemas, los ventiladores se clasifican básicamente en

dos tipos: axiales y centrífugos. La diferencia entre uno y otro radica en la característica de flujo de aire

cuando éste pasa a través de las aletas o aspas del ventilador. En el axial, el flujo del aire es paralelo al eje

del equipo (tanto al entrar como al salir); en los centrífugos, el aire entra paralelo al eje y sale de modo

perpendicular.

Ventiladores axiales

Este tipo de ventiladores son utilizados cuando se requiere abatir flujos pequeños y cargas de caída de

presión muy bajas. Por ello, estos equipos son instalados normalmente sin ductería y con pocos accesorios

a la entrada y descarga. El motor de estos ventiladores se encuentra dentro de la corriente de aire, y es

importante tenerlo en consideración al momento de seleccionar un equipo axial para una aplicación en donde

la limpieza es importante o donde el calor que el motor emite subiría la temperatura del aire a un nivel

inaceptable.

Ventiladores centrífugos

Los ventiladores de tipo centrífugo pueden manejar mayores flujos y caídas

de presión mucho más grandes. Además, normalmente estos equipos tienen

los motores ubicados fuera del flujo de aire, por lo que la suciedad o el calor

excesivo debido al motor no son problema.

Ubicación de los equipos

Por lo general, los equipos de ventilación se instalan en la cubierta del

edificio, en un muro o entre la misma ductería. Dependiendo de donde se

tenga pensado instalar el ventilador, varía el modelo del equipo, ya que un

ventilador que se instala en línea con el sistema de ductería no

necesariamente puede instalarse en la cubierta, y no todos los que se

instalan en techo se pueden instalar en pared. Además, de la ubicación

también dependen los accesorios de instalación que sea necesario adquirir

junto con el equipo de ventilación.

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y descarga

Sus cualidades les permiten

manejar flujos de aire mayores y

mayores caídas de presión. su

motor se halla fuera del flujo de

aire, por lo que no causan

suciedad ni calor excesivo

Es preciso recordar que se debe tratar de ubicar los equipos de manera que

facilite la conexión al sistema de ductería (en caso de que exista), evitando

codos innecesarios o cambios bruscos de dirección, antes y después del

ventilador. También, se debe tratar de colocar las descargas de aire del

sistema de extracción lo más lejos posible de tomas de aire. Dentro del

edificio, sobre todo cuando se trata de sistemas de extracción localizada de

aire, es de suma importancia que el flujo de aire no se vea afectado por

corrientes de aire provocadas por el sistema de aire acondicionado, otras

extracciones, puertas abriéndose y cerrándose, etcétera.

Las leyes de los ventiladores

Si resulta útil la analogía, es posible comparar un sistema de ventilación con

uno hidrónico. En este caso, el ventilador realizaría la misma función que la

bomba y los ductos serían el equivalente de la red de tuberías que ayudan a

mover agua de un punto a otro. La única diferencia entre ambos sistemas es

que el fluido que maneja uno de ellos es aire y, en el otro caso, agua. La

ventaja cuando se trata de aire es que, normalmente, estos sistemas son

más nobles que los sistemas hidrónicos. Aun así, las leyes de afinidad de

los ventiladores son prácticamente las mismas que aplican a las bombas, teniendo entonces las siguientes

ecuaciones:

CFM2 = (RPM2 / RPM1) x CFM1

SP2 = (RPM2 / RPM1)2 x SP1

BHP2 = (RPM2 / RPM1)3 x BHP1

en donde:

CFM1 = flujo de aire en condición inicial, en ft3/min

CFM2 = flujo de aire en condición final, en ft3/min

RPM1 = revoluciones por minuto del motor en condición inicial, en R.P.M.

RPM2 = revoluciones por minuto del motor en condición final, en R.P.M.

BHP1 = potencia al freno en condición inicial, en H.P.

BHP2 = potencia al freno en condición final, en H.P.

En estas ecuaciones puede verse que variar las revoluciones del motor hará que el flujo de aire varíe lineal y

directamente, que la presión estática varíe cuadráticamente y la potencia al freno, cúbicamente.

Aplicaciones especiales

Existen aplicaciones en las que un buen sistema de ventilación no sólo es recomendable, sino obligatorio. Un

ejemplo muy claro son los sistemas de extracción para campanas en grandes cocinas industriales. Quienes

se han encontrado con la tarea de diseñar un sistema como estos, saben que es un proceso largo y

complejo. Las consideraciones por tomar son muchas y es mucha, también, la cantidad de información

específica necesaria para poder comenzar a trabajar.

El layout exacto de los equipos para cocinar, el número de quemadores por estufa o parrilla, si habrá asador o

freidor, de qué tamaño y con qué tipo de combustible los hará funcionar; si todos los equipos estarán

cubiertos por la campana; en suma, nada debe dejarse a la suposición. Un mal dato o una mala interpretación

de la información pueden provocar que el humo y los olores de la cocina viajen a las áreas adyacentes o, peor

aún, que se presente una situación en donde un mal diseño agrave una situación de riesgo para el personal o

incluso para el edificio.

Otro caso donde el buen conocimiento de los principios de la ventilación es crítico es en los sistemas de

presión escalonada (presiones positivas y negativas). En el caso de un laboratorio donde se manejen

sustancias que pueden producir gases o vapores nocivos, por ejemplo, es vital tener un correcto control de las

presiones entre el área en donde se producen estos vapores y las áreas que rodean la zona (oficinas, salas

de juntas, producción, almacenamiento de combustible, entre otras). Esto se logra con un buen manejo de la

ventilación y cuidando las proporciones de inyección y extracción minuciosa.

Entonces, se entiende que un sistema de ventilación está compuesto por muchas variables a las que hay que

poner extremo cuidado. En ocasiones, la simpleza del sistema, al compararlo con uno de aire acondicionado,

por ejemplo, hace olvidar que, sin ventilación, el resto de los sistemas HVAC no funcionarán al ciento por

ciento.

———————————————————————————————————————————————-

Karla Real Méndez

Especialista en Ingeniería de aplicación HVAC, es egresada de la carrera de Ingeniería Mecánica de la

Universidad Autónoma de Baja California. Cuenta con más de 10 años de experiencia en la industria del aire

acondicionado, 7 de ellos en el diseño de sistemas industriales HVAC. Impartió la materia de Aire

Acondicionado Industrial en la Universidad Autónoma de Baja California de 2004 a 2009. Forma parte de la

13va generación del “Seminario de Especialistas” de 8 semanas en la Little Red School House de Bell &

Gossett, en Morton Grove, IL.

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