El rol de los sistemas HVAC ante el COVID-19 (II

El rol de los sistemas HVAC

ante el Covid-19 (II)

por: Ing. gIoVAnnI BArlettA, Ing. HUgo ArMellA e Ing. SeBAStIAn MAdArIAgA*

Barreras y restricciones en la implementación de medidas que mitigan el contagio. Análisis de un caso practico.

Parte II: En la primera parte sobre este

importante tema mencionamos entre otras cosas los mecanismos de contagio que han sido el resultado de la unificación de criterios de muchas instituciones, y entre ellas la OMS, coincidiendo en la relevante incidencia de los aerosoles en la propagación, donde el comportamiento de los sistemas de climatización es de vital importancia.

Otro de los aspectos coincidentes ha sido las medidas de control de estos riesgos de contagio y entre otras restricciones surgen desafíos en la implementación de algunos

de ellos por su impacto en otras variables, como puede ser la temperatura, o la humedad relativa del recinto, que como mencionamos, está demostrado que en condiciones extremas es un detonante de la propagación, sin olvidar que altera las condiciones de confort en las que deben encontrarse los ocupantes. Todo este balance de caudales y flujos obliga a revisar la mecánica de ventilación y las características de las instalaciones actuales, así como las curvas características de los equipos, pues es posible que no estén diseñadas, o adecuadas para esta implementación. Las siguientes medidas, aplicadas adecuadamente y en combinación con otras estrategias para prevenir el contagio como, el distanciamiento social y el lavado permanente de manos, arrojaría resultados evidentes: 1. Controlar y modificar los Patrones de flujo de aire en un espacio ocupado. 2. Minimizar los riesgos en un recinto por la dilución de los contaminantes con aire exterior como una carga de ventilación. 3. Control de presurización entre áreas de mayor o menor carga viral 4. Distribución y control de temperatura y humedad. 5. Filtración adecuada (sin impacto en las variables de los puntos anteriores) 6. Medidas activas con tecnologías como radiación germicida ultravioleta, entre otros. 7. Equipos complementarios, como unidades de manejo de aire exterior dedicadas (DOA), Ruedas recuperadoras (ERV), Heat Pipes (o la combinación de varios de estos). Para poder poner referirnos a las variables del 1 al 5 y de manera particular a la cantidad del aire de ventilación, debemos iniciar mencionando lo que se ha considerado como el estándar de diseño y las condiciones bajo las cuales se supone se encuentre la edificación, definido como confort térmico, que no obstante es la combinación de otras variables además de la humedad, la temperatura y la velocidad del aire, también influyen algunas como la edad, el sexo, el metabolismo, incluso la ropa utilizada.

Para este caso, se fijó un rango dentro del cual podamos hacer una simulación de este impacto.

Todo este material está definido y conceptualizado por

ASHRAE en su estándar 55. Figura 1. Rangos aceptables de temperatura operativa y humedad, de acuerdo con el método gráfico del estándar AHSRAE 55.

La figura 1 muestra el rango de confort expresado en función de temperatura y relación de humedad, o bien dentro de un diagrama psicrométrico, tal como se muestra en la figura 2 y con estos rangos y limites definidos evaluar los impactos al incorporar una cantidad de aire externo bien por ventilación o por infiltraciones.

Figura 2. Carta psicométrica con la zona de confort térmico y condiciones interiores sugeridas.

Por hacer un poco de historia, y justo en estos momentos donde la cantidad de aire exterior resulta ser una fuente vital en la dilución de los contaminantes de este virus que agobia la humanidad, resulta particular mirar al pasado cómo han cambiado estos valores según los momentos de la historia.

La figura 3 muestra de qué manera han cambiado estos valores en el trascurso de los años. Figura 3. Tasas mínimas de ventilación en el transcurso de los años. Previo a la crisis energética de los años 70 la mínima cantidad de aire requerida era de 10 CFM por persona, con la crisis, este valor llegó a 5 cfm/persona en el estándar 62-81. No obstante y ante la cantidad de edificios enfermos el estándar 62-89 lo llevó a valores mínimos de 15 cfm/persona, hoy por hoy estos valores están totalmente actualizados en el estándar 62.1-2019. Debido a la condición mundial actual del Covid-19, se quiere llevar este análisis a un caso práctico, donde tomaremos una edificación convencional de un edificio del sector terciario, como lo es un auditorio y se simularán varios eventos y el impacto de la carga de ventilación en la psicrometría del local. Así mismo, se analiza el comportamiento del equipo, su rendimiento y la nueva potencia del motor en el evento de mejorar la filtración a un MERV 13. Consideremos un auditorio de 203 m2 con capacidad de 160 personas ubicado en una ciudad costera al norte de Colombia, la cual cuenta con condiciones exteriores con altas temperaturas y humedad relativa. El auditorio hace parte de una universidad, pero para este caso se analizará únicamente este recinto y no el proyecto completo. Con el resultado de la carga térmica en software especializado el cual arrojó para el día más crítico 19.2 TR, de los cuales el 56% corresponde a carga sensible y el 44% restante a carga latente. En este caso, se consideró una

tasa de aire exterior de 5 cfm/persona y 0,06 cfm/ft2, siguiendo la recomendación de ASHRAE en su estándar 62.1 de 2019. Las cargas del recinto quedan distribuidas

como se muestran en el diagrama a continuación: Figura 4. Diagrama de torta de las cargas térmicas del recinto caso de estudio.

Para vencer esta carga térmica y llevar el recinto a condiciones de confort, se hace necesario suministrar al recinto un caudal de 5200 CFM, de los cuales 931 CFM corresponden al aire exterior. Las condiciones anteriores y el factor de calor sensible se pueden representar en el siguiente diagrama psicrométrico.

Figura 5. Diagrama psicométrico de las condiciones interiores actuales en el recinto caso de estudio.

El resumen de las condiciones del recinto se puede observar en la siguiente imagen (figura 6):

Figura 6.

Resumen de los requerimientos térmicos actuales en el recinto caso de estudio.

Figura 8. Resumen de los requerimientos térmicos teniendo en cuenta 8 cfm/persona en el recinto caso de estudio.

Para este recinto y con estas condiciones estándar de operación, si actualmente tiene instalado equipo tipo paquete con capacidad nominal de 20 TR operando en las siguientes condiciones (248.2 Kbtu/h calor total y 139.8 Kbtu/h Calor sensible), basado en una interpolación de la tabla de capacidades de enfriamiento del equipo mostrada a continuación:

Figura 9. Tabla de las capacidades de enfriamiento del equipo actualmente instalado. Dado que el equipo cumple con gran parte del requerimiento energético, el efecto práctico es que en la zona se presentaría un leve incremento en la temperatura y humedad con respecto al punto de diseño sin salirse de los rangos permitidos por ASHRAE. Para poder ajustar este mismo equipo y vencer ambas cargas (sensibles y latentes) tos ya está diseñada, es de fibra de vidrio, aumentaría la

Figura 7. Tabla de las capacidades de enfriamiento del equipo actualmente instalado.

Como una medida para mitigar un posible riesgo de contagio por Covid-19, y mejorar las condiciones de ventilación en un recinto con tanta ocupación, se analiza primero la posibilidad de llevar el sistema a la condición con mayor caudal de aire externo que permita el equipo, simulando una condición con 8 CFM/persona y 0,06 CFM/ft2, arrojando el siguiente resultado (Ver Figura 8):

Las cargas requeridas en esta nueva condición son sensible de 139 Kbtu/h y latente de 141 Kbtu/h. Como efecto de seco y bulbo húmedo ingresando al serpentín son de casi 80F (80.43) y 71F (71.88) respectivamente.

En este nuevo punto el equipo instalado en obra solo tendría la capacidad de cumplir en un 95% la carga sensible requerida y en un 91% la carga latente. deberíamos llevar su suministro de aire a 10.000 cfm, lo cual sería impráctico si consideramos que le red de duc-

esta nueva temperatura de mezcla la temperatura de bulbo velocidad en el ducto, en las rejillas, elevando el nivel de ruido y un sin número de efectos indeseables.

Figura 10. Tabla de las capacidades de enfriamiento operando a 10.000 CFM del equipo actualmente instalado.

Una segunda opción, y es lo que en la práctica están haciendo las autoridades para cumplir con normas de bioseguridad como lo es el distanciamiento social, es que el aforo dentro del recinto disminuya en un 30%. Para este caso, se realiza nuevamente la corrida de carga térmica con 50 personas (Ver Figura 11):

Figura 11. Resumen de los requerimientos térmicos teniendo en cuenta 30% de ocupación y 20 cfm/ persona en el recinto caso de estudio.

En esta corrida se contemplan 20 cfm/persona y 0,06 cfm/ ft2. Podemos observar que en estas condiciones el equipo sigue siendo operativo y permite suministrar 4 veces más aire fresco por persona que lo recomendado por la ASHRAE en condiciones pre pandemia sin afectar las condiciones interiores dentro del recinto.

En ambos casos donde se suministra más aire externo del que se tenía previsto inicialmente, se genera una presurización del recinto ya que no cuenta con un sistema de extracción. Por ser esta una condición operativa temporal debido a la pandemia, se podría compensar esta presurización con una ligera apertura de puertas (que no comprometan la seguridad del recinto) y ventanas hasta el punto en el que se sienta un flujo permanente del aire al exterior. Con esto se evitaría la infiltración de aire no tratado al recinto

De otra parte, en el ánimo de mantener este mismo caudal de aire y no afectar más la condición psicrométrica se debe verificar la nueva caída de presión. En este proyecto en particular la actual caída de presión es ligeramente menor a 0.3 in.WC (pulgadas de columna de agua) y se le sumarían 0.29 in.WC del filtro Merv13 que se podría instalar en la mayoría de las UMAs existentes y nos llevaría a una caída de presión aproximada 0.6 in.WC y un BHP de 2.51. Siendo que el motor de estática estándar es de

Figura 12. Desempeño del ventilador del equipo actualmente instalado. 3.0 HP y el máximo BHP es 4.9 encontraríamos que el equipo actual cumple con esta condición, y en el peor de los eventos se debería realizar un ajuste en la relación de poleas (Ver Figura 12): .

Por esta razón, es muy importante tener claras todas las otras normas de bioseguridad que regirán en los recintos a intervenir, principalmente el nuevo aforo durante la pandemia. Con esta información se puede revisar las diferentes soluciones a aplicar, y cómo afecta cada variable o la implementación de varias de ellas al sistema. Otras alternativas que no afecten el desempeño del equipo también pueden ser consideradas, como lo es la implementación de luz UVC en intensidades y tiempos de exposición correctos.

Existen en el mercado otras alternativas de tratamiento del aire que, por el corto tiempo del virus SARS-CoV-2, aún no cuentan con evidencia científica que respalde su efectividad contra este virus en particular. En caso de no contar con la posibilidad de aplicar alguna de las estrategias mencionadas en la primera parte del artículo, también pueden ser instaladas estas tecnologías complementarias que ayuden a mejorar la calidad del aire interior.

Indudablemente en la actualidad no existe una alternativa que elimine el riesgo de contagio en su totalidad, pero sí diferentes estrategias que ayudan a mitigar la propagación del virus por medio de los sistemas de ventilación y/o acondicionamiento del aire. La implementación de varias estrategias individuales, como lo fue en el caso ejemplo una mayor ventilación y una mejor filtración, pueden ayudar a disminuir aún más el riesgo.

* Hugo Armella - CEO Armellini SAS (HVAC Division) * Giovanni Barletta - Presidente ACAIRE * Sebastian Madariaga - Gerente Ingecam

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

- ASHRAE. 2019a. ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2019, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality. Atlanta: ASHRAE. - ASHRAE. 2019b. ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2019, Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings. Atlanta: ASHRAE. ASHRAE. 2017. ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 55-2017, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE. - CARRIER CORPORATION 2017. Single Package Rooftop Product Data. USA - Elite Software Development, Inc. (2020). Elite Software (8.02.58) [Software]. - John E. Janssen, P.E., “The V in ASHRAE: An Historical Perspective,” ASHRAE Journal, 1994, pp. 126-132.

Lámparas UVC y Covid-19

Recomendaciones para mantener un fl ujo de aire limpio y descontaminado de bacterias y virus.

El mundo cambió en 2020, trabajamos

de manera diferente, nos encontramos pasando un cambio en nuestra forma de vivir, de socializar, de comunicarnos, todo es diferente y posiblemente en varios meses o tal vez años tendremos que mantener medidas de bioseguridad para poder hacer nuestra vida cotidiana.

La industria del aire acondicionado y la calefacción debe adaptar sus sistemas no solo al simple hecho de eliminar contaminantes en el aire que se suministra por medio de los sistemas de calefacción y aire acondicionado;

en este panorama debe incluir dispositivos que permitan el suministro del 100% de aire fresco y adicionalmente dispositivos que eliminen polvo, ácaro, bacterías y virus que pudieran circular por estos sistemas que son utilizados en el hogar, en la oficina y en la industria de hoy.

El Covid-19 nos ha hecho a todos más conscientes sobre cómo los microorganismos invisibles pueden afectar nuestras vidas. Sin embargo, mucho antes de que ninguno de nosotros supiera del coronavirus, una gran cantidad de sistemas de HVAC ya habían utilizado la luz ultravioleta para reducir la cantidad de bacterias y virus en el aire en hogares y empresas, e incluso en centros de salud. Pero la pregunta sigue siendo: ¿las luces UV matan el coronavirus? Antes de responder a esa pregunta, aprendamos más sobre qué es la luz UV.

La luz UVC La radiación ultravioleta, también conocida como luz UV, es una forma de luz que es invisible para los humanos. Hay tres tipos de radiación UV: UV-A, UV-B y UV-C.

Estas formas de radiación son extremadamente comunes, de hecho, el sol los produce constantemente. Mientras que los dos primeros (UV-A y UV-B) afectan a los humanos directamente en forma de quemaduras solares y daños a los ojos, los rayos UV-C no atraviesan la atmósfera de la Tierra. Eso también es bueno, porque es extremadamente dañino.

La razón por la que la radiación UV-C es tan dañina es porque tiene mucha energía, y es esa energía la que la hace excelente para eliminar microbios como bacterias y virus. Como se mencionó anteriormente, muchos sistemas HVAC emplean radiación UV-C para mejorar la calidad del aire interior y hacer que los hogares y edificios sean más

seguros para habitar. Como beneficio adicional, también puede reducir los costos de mantenimiento y energía.

UV matan el coronavirus y cómo funciona Ahora que entendemos lo que queremos decir con luz UV, examinemos cómo funciona la esterilización del aire a través de la radiación UV. Cuando se descarga en las cantidades apropiadas, la luz UV-C hace que los virus y las bacterias sean inofensivos. Incluso un rápido estallido de luz UV puede hacer que los virus ya no sean infecciosos. Literalmente altera las moléculas de estos organismos para que no puedan funcionar correctamente.

Desde hace mucho tiempo, los propietarios han tenido la opción de instalar tecnología de luz ultravioleta en

sus sistemas de climatización. Cuando se instalan, estas luces UV desinfectan el aire dentro de un conducto de aire sellado a medida que el aire circula, dejando a los propietarios de viviendas y negocios con un aire más limpio y saludable.

Entonces, ahora sabemos que la radiación UV-C puede matar virus y bacterias, pero ¿las luces UV también matan el coronavirus? ¿Es esta tecnología efectiva contra el Covid-19?

La respuesta es un poco complicada. La radiación UV-C es efectiva para matar todo tipo de virus. Simplemente no sabemos cuánto tiempo tarda la luz UV en volver inerte el coronavirus. Los científicos todavía están probando cuánta exposición a UV-C es necesaria para evitar que el nuevo coronavirus se reproduzca y sea infeccioso.

Sin embargo, el uso de la luz UV definitivamente tiene potencial, como lo demuestran los diferentes programas de prueba que se están llevando a cabo, como este en el sistema de metro de la ciudad de Nueva York. En Venezuela se instalaron en los sistemas de Aire acondicionado Centrales de PDVSA la campiña hace mas de 6 años.

En la industria del aire acondicionado ha tomado auge la utilización de lámparas germicidas de rayos UVC, los cuales destruyen la cadena del ADN de muchos microbios y virus presentes en el aire, más ahora con la pandemia del COVID 19, en donde se requiere en ambientes cerra-

dos unos niveles de aire limpio que permitan el trabajo cotidiano en oficinas y hogares.

Considerando la eficiencia de los filtros HEPA, un elemento adicional que proporcionaría unos márgenes de descontaminación bastante aceptable; pero para sistemas más pequeños de aire acondicionado como los split y mini split de baja capacidad ya están en el mercado de la industria del aire acondicionado kit de lámparas UVC de fácil instalación y que proporcionan un aire más limpio y seguro.

La tecnología de luz UV se ha utilizado durante años dentro de la industria médica al demostrar su eficacia. La radiación ultravioleta penetra en la pared celular de los microorganismos, produciendo una mutación del ADN que es letal para los virus y bacterias y cualquier microorganismo unicelular. Al usarla en tu aire acondicionado, la luz UV germicida destruye el moho, bacterias y los virus que pasan a través del sistema.

Esta utilización en hospitales y clínicas nos ha suministrado años de experiencia con estas lámparas para descontaminar el aire proporcionando márgenes de seguridad que garantizan la descontaminación germicida.

Es importante mencionar que también los sistemas de transporte, buses, metros y trenes de media y larga distancia también pueden utilizar en sus sistemas de aire acondicionados lámparas UVC permitiendo descontaminar el aire dentro de estas cabinas de transporte de pasajeros.

* Jimy Danelli es asesor de mantenimiento en aire acondicionado y refrigeración. Pueden escribirle al correo electrónico: jdanelli36@gmail.com