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Artículos universitarios

HVAC y Refrigeración: En Que Fijarse y En Donde

J.S. Held expande su practica en consultoría en Canadá con la adquisición de SPECS.

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Resumen

Los equipos de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R, siglas en ingles) con frecuencia están incluidos en los reclamos de pérdida o evaluaciones forenses, especialmente esos componentes del sistema que están instalados en el exterior. Si usted escribe o revisa grandes estimados, este artículo le explicara los sistemas de HVAC&R mas comunes y como funcionan sus componentes. También abarcara como estos sistemas pueden fallar y permitir la intrusión de agua en una estructura.

Funciones del Sistema HVAC&R

Actualmente, subestimamos la calefacción, aire acondicionado y la refrigeración. Entramos a nuestras casas cálidas en el invierno, mas frías y menos húmedas en el verano y tomamos algo frio del refrigerador sin mayor pensamiento. ¿Sabían ustedes que el aire acondicionado fue utilizado por primera vez en 1902 en la compañía de litografía e impresión Sackett & Wilhelms de Nueva York? [1] El impresor publicó una edición a cuatro colores que requería cuatro tirajes separados. El aire acondicionado fue instalado para mantener los niveles de humedad parejos entre cada tirada de impresión. No fue instalada para el confort de los trabajadores en su sofocante ambiente. En 1906, Carrier empezó a instalar aires acondicionados para aplicaciones de confort.

Mientras que muchas funciones de los sistemas HVAC&R son aparentes por su acrónimo, algunas funciones no los son. El aire acondicionado es asociado comúnmente con enfriar el aire, pero también incluye la des humidificación como un derivado de enfriar el aire. La calefacción es requerida en climas mas fríos para compensar la perdida de calor a través del revestimiento de la construcción y mantener temperaturas adecuadas para habitarlos. La ventilación es el proceso de introducir aire fresco del exterior dentro del edificio para diluir los contaminantes del aire interior generados por las personas y los materiales de la edificación (liberación de gases). Esto usualmente se refiere a extraer aire de espacios como baños y cocinas que son grandes fuentes productoras de contaminantes. Los sistemas HVAC casi siempre incluyen una forma de filtrar o limpiar el aire que circulan y algunas veces incluyen un humidificador.

Los sistemas de refrigeración tienen solo una función, mantener alimentos y bebidas en la temperatura adecuada. Esto amplia su vida útil y mantiene su calidad y frescura. Los sistemas de refrigeración enfrían el interior de un compartimento bien aislado térmicamente.

Es común para la mayoría de los sistemas de HVAC&R, el ciclo de refrigeración que utiliza un refrigerante químico en un sistema cerrado que produce que el calor se mueva de un área “fría” a un área “cálida”. Esto es lo opuesto a la forma como el calor se mueve naturalmente, de calor a frio. Los cuatro componentes básicos de un sistema de refrigeración son:

  • En el compresor, el gas refrigerante cálido se comprime a una alta presión y temperatura.
  • En el condensador, el gas caliente se enfría lo suficiente para provocar que se condense en un liquido cálido. El calor es expulsado al área “cálida”, usualmente en el exterior.
  • La válvula de expansión permite que el liquido pase a un área de mucha menor presión. Cuando la presión se reduce, parte del liquido pasa a un estado gaseoso (se evapora) y enfría el liquido remanente.
  • En el evaporador el resto del liquido refrigerante se evapora en un gas, absorbiendo el calor del área “fría”.

Tanto el condensador como el evaporador usualmente incorporan un ventilador para mover el aire a través de las bobinas. El evaporador estará instalado sobre una bandeja de drenaje colocado para recoger cualquier humedad (agua vapor) que se condense del aire frio. Noten que algunos sistemas también pueden incorporar una válvula inversa para que el evaporador y el condensador puedan intercambiar de rol. Esto es conocido como una bomba de calor que puede ser utilizada tanto para calentar como para enfriar un área.

¹BBC World Serve, (June 5, 2017) How Air Conditioning Changed the World. Tim Harford. https://www.bbc.com/news/business-39735802
 
FIGURA 1 - CICLO BÁSICO DE REFRIGERACIÓN
FIGURA 1 - CICLO BÁSICO DE REFRIGERACIÓN

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HVAC Componentes y Configuraciones del Sistema

Dentro del campo de construcciones residenciales y comerciales ligeras, se usan varios sistemas de HVAC con muchas variaciones dentro de los diferentes tipos. Algunos de los tipos de sistemas mas comunes incluyen:

Unidades Compactas Tipo Paquete

Estas son unidades todo-en-uno donde todos los componentes del sistema están contenidos dentro de un gabinete montado en una pared exterior o en una apertura en la pared o ventana. Estos incluyen aires acondicionados de pared tipo paquete (PTAC, siglas en ingles) y aires acondicionados de ventana. Estos se utilizan típicamente en hoteles y aplicaciones residenciales. Las capacidades de enfriamiento de estas unidades son bajas.

 
Figura 2 - UNIDAD DE AIRE ACONDICIONADO DE VENTANA COMPACTO TIPO PAQUETE
Figura 2 - UNIDAD DE AIRE ACONDICIONADO DE VENTANA COMPACTO TIPO PAQUETE

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Sistemas Sin Conductos Split (Mini-Split)

En esta configuración, hay dos componentes instalados separadamente, una unidad exterior compresor y condensador (llamada unidad de condensación) y una unidad interior con el medidor y el evaporador. La unidad interior y la exterior están conectadas por una tubería de cobre con aislamiento térmico que permite que el refrigerante fluya entre las dos unidades. La unidad interior puede tener diferentes formas (de pared, de piso, o de casete de techo), pero usualmente están a la vista en los espacios que sirven. Estos sistemas pueden tener múltiples unidades interiores conectadas a una sola unidad de condensación. Las unidades de condensación están usualmente instaladas a nivel, pero pueden ser instaladas sobre un soporte de pared, un estante, o en el techo.

 
Figura 3a - UNIDAD DE EVAPORADOR INTERIOR DEL SISTEMA SPLIT
Figura 3a - UNIDAD DE EVAPORADOR INTERIOR DEL SISTEMA SPLIT
 
Figura 3b - UNIDAD DE CONDENSACIÓN EXTERIOR
Figura 3b - UNIDAD DE CONDENSACIÓN EXTERIOR

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Sistemas Split con Conductos

Esta configuración es similar a los sistemas mini-Split excepto que la unidad interior esta oculta en un cuarto de maquinaria, en el ático o el sótano y el aire acondicionado es distribuido desde la unidad interior a los diferentes espacios a través de conductos. Estos sistemas usualmente son utilizados en residencias y pequeños edificios comerciales y con frecuencia incluyen un horno de gas o calefacción.

Unidades De Techo Compactas Tipo Paquete (RTUS)

Este tipo de sistemas también son unidades compactas tipo paquete ya que todos sus componentes están contenidos en un solo gabinete. Sin embargo, a diferencia de las unidades PTAC y unidades de aire acondicionado de ventana, las unidades compactas de techo (RTUS, siglas en ingles) casi siempre incluyen conductos para distribuir el aire acondicionado. Estos sistemas son raramente utilizados en edificaciones residenciales y pueden variar en tamaño desde pequeños a muy grandes e incluir muchas opciones y accesorios.

 
Figura 4 - UNIDAD COMPACTA DE TECHO
Figura 4 - UNIDAD COMPACTA DE TECHO

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Configuraciones del Sistema de Refrigeración

El sistema de refrigeración tiene dos configuraciones básicas, sistemas autónomos y sistemas separados con unidades de condensación remotas. Las unidades autónomas son como los refrigeradores de la casa donde todos los componentes están dentro de un solo paquete que puede ser ubicado en cualquier parte de la edificación. También se incluyen unidades comerciales mas grandes que se encuentran en negocios y cocinas comerciales. Los sistemas separados con unidades de condensación remotas se ven comúnmente en ambientes comerciales como supermercados y cocinas comerciales. También pueden encontrarse en residencias de alto perfil con bodegas de vino.

Las aplicaciones mas comunes son vitrinas refrigeradas en tiendas minoristas, cuartos fríos y congeladores hallados en restaurantes. Como en los sistemas de HVAC separados, los componentes del interior y el exterior están conectados por una tubería de cobre que permite que el refrigerante fluya entre las unidades.

 
Figura 5a -   Sistemas de Refrigeración: vitrinas refrigeradas
Figura 5a - Sistemas de Refrigeración: vitrinas refrigeradas
 
Figura 5b - Sistemas de Refrigeración: CUARTO FRIO MÓVIL
Figura 5b - Sistemas de Refrigeración: CUARTO FRIO MÓVIL

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Evaluaciones

Con un conocimiento básico de estos sistemas y componentes, donde pueden estar ubicados y como ellos pueden ser parte del problema, usted puede ser mas hábil para abordar las fallas en el revestimiento de la edificación relacionadas con sistemas de calefacción, aire acondicionado y refrigeración (HVAC).

Las unidades exteriores tales como las unidades de compresor/condensador para residencias o unidades comerciales de techo instaladas en plataformas o aceras con frecuencia se dañan por vientos o granizo. Las unidades que han sido incorrectamente aseguradas pueden ser derribadas por el viento y los metales mas blandos, tales como las aletas de enfriamiento de la del evaporador pueden dañarse por granizo. Granizo mas grande y denso también puede causar daños por impacto al chasis de la unidad. Los equipos de HVAC en sistemas de techos de baja pendiente con frecuencia son una fuente de filtraciones de agua particularmente donde se montan los marcos metálicos de soporte. Una impermeabilización adecuada de la membrana del techo en las uniones de los marcos de soporte o una impermeabilización que atraviese la cubierta como unos adaptadores de paso o enchaquetados que permitan el paso del refrigerante, agua, tubería de gas natural, cables eléctricos y tubería a través del techo al equipo de HVAC. Los códigos de construcción exigen una instalación correcta y segura de las unidades de techo. Las unidades que están simplemente montadas sobre vigas de madera o apoyados directamente sobre la membrana del techo no cumplen con el código y muy probablemente se dañaran y resultara en una filtración de agua.

Las unidades compactas tipo paquete instaladas en paredes exteriores que incluyen ductos a través de la pared son frecuentemente una fuente de filtración de agua si los componentes que van dentro de la pared no están correctamente protegidos de la lluvia, o si estos componentes de paso permiten el intercambio de aire (adentro/afuera) lo que afecta el balance y eficiencia del sistema HVAC.

Los equipos de refrigeración generalmente pueden ser reparados si son de una generación reciente y los repuestos exactos se encuentran disponibles. Sin embargo, para unidades y sistemas mas antiguos, especialmente aquellos que usan refrigerantes que disminuyen el ozono como el R-22, las piezas de repuesto probablemente no estén disponibles. En este caso, toda la unidad tendrá que ser reemplazada. Si una unidad de condensación de sistema Split es reemplazada, la unidad interior también debe reemplazarse. Esto es requerido porque en la mayoría de los códigos de construcción sobre energía eficiente se exige que todos los componentes del sistema estén diseñados para trabajar juntos y ser certificados en cuanto a eficiencia por una agencia de pruebas reconocida como el Instituto de Aire-Acondicionado, Calefacción y Refrigeración (AHRI). Aunque hay otras formas disponibles de certificar la operación y eficiencia, pocas veces son utilizadas debido a su alto costo.

Los sistemas de refrigeración interiores tales como los cuartos fríos o bodegas de vino pueden albergar moho en las cavidades de las paredes o techos si el recinto no esta aislado apropiadamente y el intercambio de aire promueve la condensación.

Las unidades de acondicionamiento de aire instaladas en closets o áticos pueden ser una fuente de humedad dentro de la edificación por la condensación en superficies frías (ductos y tuberías de refrigerante) y el desbordamiento de las bandejas de condensado. Como, por ejemplo, condensación goteando por un tubo de cobre insulado puede ocasionar manchas en el cielo raso o los acabados. Esta humedad también puede llevar a un deterioro de la estructura y posible contaminación por moho.

²2015 International Energy Efficiency Code (Country Club Hills, IL: International Code Council Inc., 2014): C-40

Conclusión

En resumen, los sistemas de aire acondicionado (HVAC) y refrigeración (HVAC&R) agregan bienestar y seguridad a nuestras vidas. Los sistemas HVAC nos mantienen confortables en nuestras casas y mas seguros en el trabajo. Los sistemas de refrigeración enfrían nuestras bebidas y alimentos extendiendo su vida útil mientras mantienen su calidad y frescura. Estos sistemas también pueden causar daño a estructuras si no se instalan o se mantienen adecuadamente o se dañan durante un evento de pérdida. Es importante conocer como funcionan y donde se localizan generalmente para llevar a cabo una evaluación exacta de sus componentes.

Una pronta evaluación por parte de un experto es a menudo necesaria para una reparación apropiada o el reemplazo de HVAC y componentes de la refrigeración, aun si es un daño mínimo a un componente, podría causar la interrupción del negocio o una pérdida sustancial de los materiales refrigerados. Dependiendo del tipo y complejidad de una perdida, los reclamos de HVAC&R pueden requerir de expertos en mecánica, electricidad y plomería; expertos ambientales en sanidad y seguridad, expertos en origen y causa; e ingenieros forenses para ayudar en la evaluación del equipo. Expertos adicionales como consultores de construcción y contadores forenses pueden ser necesarios para asistir con la tasación de los daños y cualquier interrupción del negocio ocasionada por la pérdida.

Reconocimientos

Queremos agradecer a nuestros colegas Walter Janus, PE y Stephen Towne, RRC, CBC quienes nos aportaron sus conocimientos y experiencia que tanto nos ayudo con esta investigación.

Referencias

 

Esta publicación es sólo para fines educativos y de información general. Puede contener errores y se proporciona tal cual. No tiene el propósito de ser un consejo específico, legal o de otro tipo. Las opiniones y puntos de vista no son necesariamente los de J.S. Held o sus afiliados, y no debe presumirse que J.S. Held se suscribe a cualquier método, interpretación o análisis en particular simplemente porque aparece en esta publicación. Negamos cualquier representación y/o garantía con respecto a la exactitud, puntualidad, calidad o aplicabilidad de cualquiera de los contenidos. Usted no debe actuar, o dejar de actuar, en dependencia de esta publicación, y renunciamos a toda responsabilidad con respecto a tales acciones o falta de acción. No asumimos ninguna responsabilidad por la información contenida en esta publicación y rechazamos toda responsabilidad y daños con respecto a dicha información. Esta publicación no sustituye el asesoramiento legal competente. El contenido de este documento puede ser actualizado o modificado de otro modo sin previo aviso.

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