Tecnologías de Climatización: Funcionamiento, Componentes y Mantenimiento de Equipos

1. Sistemas Split

1.1. Características de los Equipos Split

Potencia frigorífica: Debe ser suficiente para combatir la carga térmica del local. Habitualmente, se eligen equipos de 2,5 kW para habitaciones de unos 20 m² y equipos de 3,5 kW para habitaciones de unos 30 m².
Refrigerante: Se ha empleado el refrigerante R410A, que dejará de comercializarse en 2025 debido a su contribución al calentamiento global. Este gas ha sido sustituido por el R32.
Nivel de potencia sonora del aparato: Viene reflejado en la etiqueta energética. Si el split va a utilizarse en un dormitorio, se recomienda que no supere los 24 decibelios en modo noche.
Eficiencia energética: Mide la cantidad de calor o frío que el equipo es capaz de generar por kW de energía eléctrica consumida. Se valora desde la A+++ (valor máximo) hasta la D. Se determina a partir de los parámetros SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) en modo frío y SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance) en invierno. El rendimiento mecánico de un motor eléctrico o de combustión siempre será inferior a la unidad; sin embargo, en climatización, estos rendimientos son mayores que la unidad porque, además de la energía eléctrica, se cuenta con la energía del aire interior y exterior al local. El SCOP y el SEER se obtienen sometiendo al equipo a diferentes ensayos con distintas condiciones de carga y temperaturas interiores y exteriores.
Compresor inverter: Se trata de un sistema electrónico que regula la velocidad de giro del compresor, variando la frecuencia de la energía eléctrica suministrada (50 Hz). La velocidad será elevada cuando la carga sea alta y se reducirá cuando la carga disminuya. De este modo, sin llegar a parar el compresor, el sistema puede mantener un control muy preciso de la temperatura del local. Los compresores tradicionales, por el contrario, funcionaban en modo todo o nada. Las ventajas de esta tecnología son: ahorro energético, mayor confort (al no percibirse oscilaciones en la temperatura) y menor desgaste del equipo (al evitar continuos arranques y paradas).
Filtrado y purificación del aire: Además de los tradicionales filtros para atrapar el polvo, los equipos más avanzados incorporan otros elementos para neutralizar virus y bacterias mediante la generación de iones o la emisión de rayos ultravioleta.
Conectividad y programación: Los sistemas modernos se pueden programar y regular mediante voz y también remotamente a través de Wi-Fi y acceso a Internet. Por ejemplo, se puede evitar que el equipo se quede encendido al salir de casa y se puede programar para que entre automáticamente en modo noche a una hora determinada.
Bomba de calor reversible: Este sistema permite programar el aparato para proporcionar frío en verano y calor en invierno. La válvula reversible de cuatro vías dirige el flujo de refrigerante para que los intercambiadores de calor (el situado en el interior del local y el situado en el exterior) actúen como evaporador o como condensador según convenga.

1.2. Componentes y Funcionamiento

Circuito Frigorífico

Compresor: Es el encargado de provocar la diferencia de presión entre las partes del circuito frigorífico y, con ello, proporcionar el cambio de estado del refrigerante. Los más comunes son de tipo inverter, aunque aún se pueden encontrar algunos con funcionamiento todo-nada en instalaciones antiguas.
Evaporador: Es la parte del circuito en la que el refrigerante se evapora absorbiendo calor del entorno. En modo frío, será el intercambiador de la unidad interior; y en modo calor, estará en la unidad exterior.
Condensador: En este caso, el refrigerante se condensa en su interior, lo que implica una cesión de calor al entorno. En modo frío, estará en la unidad exterior; y en modo calor, será el intercambiador de la unidad interior.
Elemento de expansión: Es el elemento cuya misión es mantener la diferencia de presión provocada por el compresor, propiciando así el cambio de estado del refrigerante. Puede tratarse de una válvula de expansión termostática (VET), una válvula de expansión electrónica (VEE) o un tubo capilar.
Válvula reversible: Se trata de una válvula de 4 vías capaz de intercambiar el funcionamiento del evaporador, convirtiéndolo en condensador y viceversa.
Otros elementos: Incluyen el filtro deshidratador (para absorber la humedad presente en el refrigerante), el separador de líquido (para evitar la entrada de refrigerante líquido al compresor), las tomas de interconexión entre la unidad interior y la exterior, y la salida de agua de condensación en cada unidad.

Sistema de Convección Forzada

Se trata de ventiladores que hacen circular el aire del local por las unidades. Si la unidad está situada en el interior de la estancia a climatizar, el ventilador suele ser de tipo tangencial, ya que es más silencioso y permite un diseño alargado. En el caso de las unidades exteriores, el ventilador suele ser axial, ya que es capaz de mover una mayor cantidad de aire y el aspecto estético de la unidad no es tan relevante, pudiendo ser más cuadrada. Los ventiladores utilizados disponen de varias velocidades para adaptar el flujo de aire.

Elementos de Control Electrónico

Existen placas electrónicas de control encargadas de gestionar las señales recibidas por los sensores (termostatos, sondas de temperatura, sondas de presión, etc.) y de enviar las órdenes de marcha o parada a los diferentes elementos (compresor, ventiladores, electroválvulas, etc.).

Interconexión de las Unidades

La división del equipo se realiza de forma que la unidad exterior aloje el compresor, el intercambiador exterior con su ventilador correspondiente, la válvula de cuatro vías y el sistema de control de la unidad exterior. En la unidad interior quedará el intercambiador interior, el ventilador tangencial correspondiente, el sistema de control electrónico, así como la interfaz con el usuario (mando a distancia, termostato, etc.). Es necesario unir el circuito frigorífico mediante tuberías de cobre aislado de las dimensiones adecuadas (una para líquido y otra para gas), así como el circuito eléctrico de alimentación y control a través de un cable multiconductor. Estas conducciones se ocultan tras una canaleta.

1.3. La Válvula Reversible de Cuatro Vías

El funcionamiento de la válvula de cuatro vías se basa en que la bobina electromagnética actúa sobre un patín interior, un mecanismo con la capacidad de alterar el cambio de dirección del flujo. Con esta acción, el evaporador se transforma en condensador y, viceversa, el condensador se transforma en evaporador. Esta válvula está compuesta por la válvula principal y una válvula piloto; esta última tiene como función ayudar a desplazar el patín interior para realizar el cambio de ciclo. Por otro lado, la válvula principal está compuesta por cuatro vías que, para entender su funcionamiento, fijaremos las posiciones que no varían en el circuito, simplificando así la comprensión del paso de refrigerante.

En primer lugar, la descarga del compresor irá siempre sobre la tubería que está sola y opuesta a las otras tres; por lo tanto, esta línea será gas a alta presión.

En segundo lugar, la aspiración del compresor será siempre la tubería central que está acompañada de las otras dos tuberías. Las tuberías de los extremos serán las que cambien, siendo, en función del modo de empleo del equipo (frío o calor), aspiración o descarga.

Funcionamiento en Modo Frío

Desde el compresor, el refrigerante descargado hacia la válvula de 4 vías penetrará por la tubería que está sola y pasará a la tubería lateral derecha, donde entrará en el intercambiador exterior. Aquí, el refrigerante se licuará, después se expansionará en el elemento de expansión para entrar en el intercambiador interior y evaporarse. Saldrá hacia la válvula inversora, donde se dirigirá a la tubería lateral izquierda, pasará a través del patín interior (3) a la tubería fijada como aspiración (tubería central), y llegará al compresor.

Funcionamiento en Modo Calor

La compuerta deslizante ha sido desplazada. Entonces, el refrigerante, como en el caso anterior, entra en la válvula de 4 vías, penetrará por la tubería que está sola y pasará a la tubería lateral (esta vez izquierda), dirigiéndose entonces al intercambiador interior donde condensará. Saldrá y posteriormente se expansionará para entrar en el intercambiador exterior y evaporarse. Volverá a la válvula de inversión de ciclo y entrará a ella por la tubería de la derecha, pasando a la central y llegando finalmente al compresor.

2. Instalación de Sistemas de Climatización

Si la unidad exterior se instala en una zona comunitaria, requiere la aprobación de la comunidad de propietarios. La alimentación eléctrica normalmente se realiza en la unidad exterior.

Se debe tener prevista la conducción del desagüe de los condensados de la unidad interior. Estos condensados son el resultado de la alta capacidad de los equipos para reducir el nivel de humedad del aire, constituyendo un factor decisivo en la calidad del confort. Es crucial colocar siempre el tubo de desagüe de condensados de la unidad interior de forma descendente y preparar algún tipo de depósito para recoger el líquido resultante de la condensación, que en épocas de largo funcionamiento (verano) puede traducirse en varios litros. Si no es posible, es necesario contar con una bomba de condensados para que el agua pueda superar los obstáculos que se oponen por gravedad. En el caso de las bombas de calor, la unidad exterior también tiene un desagüe por el que se desechará algo de líquido.

Finalmente, el instalador, por ley, debe probar la estanqueidad de las tuberías frigoríficas con nitrógeno y, posteriormente, realizar un vacío de las mismas. No realizar el vacío acorta la vida de los equipos y reduce significativamente su rendimiento. Es común que instaladores no habilitados no lo realicen a pesar de ser obligatorio, pudiéndose producir graves averías que los fabricantes no cubrirán. Para poder reclamar un fallo de instalación, se necesitará una factura.

Cuando se instala un equipo, este debe ir acompañado de una pequeña memoria técnica en impreso oficial de la Comunidad Autónoma, que debe ser registrada ante un Organismo de Control Autorizado (OCA). Es fundamental, además de una correcta instalación, realizar un correcto mantenimiento del aparato de forma periódica para evitar que se produzcan algunas de las averías más frecuentes.

3. Mantenimiento de Equipos de Climatización

Limpieza de los filtros de aire acondicionado: Los filtros absorben las partículas de polvo y polen, manteniendo el aire limpio. Por esta razón, es conveniente realizar una limpieza periódica de los filtros, al menos una vez al año, antes de que comience la temporada. Para realizar esta labor de mantenimiento, se debe abrir la tapa del aire acondicionado; detrás de la rejilla se encuentran los filtros. Habrá que extraerlos para su limpieza. Una vez extraídos, se pueden limpiar con una aspiradora o bien usar agua fría. En este caso, se deben secar a la sombra, nunca al sol, para evitar deformaciones (que podrían impedir que encajen de nuevo en el aparato).
Limpieza del desagüe del split: El desagüe es un tubo fino por el que cae el agua por su propio peso. Si no se limpia cada cierto tiempo, el agua acumulada podría provocar malos olores, la aparición de bacterias o producir averías en el funcionamiento. Por este motivo, es conveniente desaguar el equipo periódicamente. Si se percibe que el desagüe se ha atascado o está en mal estado, soplar con fuerza por el tubo puede ser una solución sencilla, aunque en instalaciones más centralizadas, el acceso a este tubo puede ser complicado. En este caso, la solución podría ser cambiar el tubo del desagüe.
Limpieza general de la unidad interior: Para garantizar su correcto funcionamiento, evitar la proliferación de bacterias y mantener la estética del equipo, es conveniente realizar una limpieza superficial de la unidad interior, usando los productos adecuados (no abrasivos). Se puede utilizar para este fin una disolución de agua con un 10% de lejía y un rociador con un trapo sintético.
Mantenimiento de la unidad exterior: Las unidades exteriores se colocan casi siempre a la intemperie, por lo que es conveniente revisarlas y limpiarlas superficialmente de forma regular para evitar la acumulación de suciedad y garantizar que ningún agente externo esté obstruyendo el paso del aire ni las rejillas del ventilador. En caso de que la unidad exterior cuelgue de la fachada, es muy importante verificar el estado de los soportes del equipo para evitar accidentes.
Control de fugas de refrigerante: Es necesario supervisar que en el equipo de aire acondicionado no se produzcan fugas de refrigerante. Esta operación siempre debe ser realizada por un instalador que disponga del certificado de manipulación de gases fluorados.

4. Sistemas Multi-Split

Los sistemas multi-split son equipos que constan de una unidad exterior y hasta 10 unidades interiores conectadas individualmente a ella. Son una alternativa económica a los sistemas de conductos de aire.

Ventajas

Ahorro energético que puede suponer hasta un 20%.
Ahorro de espacio al necesitar solamente una unidad exterior.
Respecto a los sistemas de conductos de aire, es más simple y no requiere obras, instalación de conductos ni falso techo.
Control independiente de la temperatura de cada estancia.

Inconvenientes

Mayor complejidad para la instalación de los tubos de refrigerante y los desagües respecto a los splits individuales.
Las habitaciones a climatizar deben estar próximas. Los sistemas multi-split son adecuados para acondicionar estancias con diferentes necesidades, con hasta 15 metros de desnivel con la unidad exterior y hasta 80 metros de tuberías frigoríficas.

5. Enfriadoras (Chillers): Definición y Tipos

Las enfriadoras, o chillers, son sistemas de climatización que proporcionan agua fría a unidades de tratamiento de aire, a sistemas de fan coils o a procesos industriales (fábricas de cerveza, lácteos, etc.). El enfriamiento se consigue a partir del ciclo de compresión de un gas refrigerante. El agua fría suministrada sale de la enfriadora habitualmente a 7°C y regresa a la misma a 12°C. En algunos casos, no son solo enfriadoras de agua, sino que también incorporan bomba de calor y son capaces de revertir y transferir el calor en sentido contrario, produciendo agua fría o agua caliente. Pueden utilizar diferentes tipos de compresores: centrífugos, scroll o de tornillo.

Se distinguen dos tipos de chillers según estén enfriados por aire o por agua, es decir, dependiendo del medio utilizado para condensar el refrigerante empleado en el ciclo frigorífico destinado a enfriar el agua. Los chillers enfriados por agua son más eficientes debido a que el agua tiene una capacidad de refrigeración mucho mayor que el aire. Sin embargo, es un sistema más complejo y caro por la necesidad de una segunda conducción de agua y de torres de refrigeración para enfriar el agua que se ha usado para condensar el refrigerante. Los sistemas de refrigeración más grandes suelen considerar chillers enfriados por agua.

5.1. Torres de Refrigeración y Legionella

Las torres de refrigeración funcionan mediante refrigeración evaporativa, donde el agua caliente se pulveriza y enfría al contacto con una corriente de aire que fluye en sentido contrario. El agua se enfría al evaporarse parcialmente, absorbiendo calor del resto. Parte del agua se pierde por evaporación (aprox. 1% por cada 7 °C de enfriamiento). Para evitar la dispersión de gotas contaminadas, se usan separadores de gotas altamente eficientes, exigidos por la normativa UNE 100030:2017, y deben sustituirse cada 10 años.

La legionella es una bacteria que prolifera en ambientes acuáticos templados, como las torres de refrigeración, y causa una infección respiratoria grave llamada legionelosis. Se transmite al inhalar microgotas de agua contaminada, no de persona a persona. Los síntomas son similares a una neumonía y puede ser mortal, sobre todo en personas mayores o con problemas de salud. El tratamiento se basa en antibióticos y debe iniciarse ante cualquier sospecha.

Prevención:

Alejar las torres de zonas transitadas.
Usar separadores de gotas eficientes.
Dosificar biocidas en continuo.
Asegurar limpieza, accesibilidad y vaciado completo.
Usar materiales resistentes al agua y desinfectantes.

6. Sistemas de Volumen de Refrigerante Variable (VRF)

6.1. Descripción

Los sistemas VRF (Variable Refrigerant Flow), conocidos en español como Caudal de Refrigerante Variable o VRV (Volumen de Refrigerante Variable), son sistemas de climatización de gran eficiencia idóneos para la climatización de edificios, grandes locales comerciales y oficinas.

Regulan el caudal de refrigerante que se envía desde una misma unidad exterior a distintas unidades interiores, donde se realizará la evaporación o condensación del refrigerante. En cada unidad interior se puede programar una temperatura diferente. A cada unidad exterior se conectan un número determinado de unidades interiores.

La diferencia entre los sistemas VRV y los sistemas multi-split es que en los primeros el caudal de refrigerante que se envía a cada unidad interior es variable y depende de la demanda térmica del local en concreto. La tecnología del VRF nació en los años 80 en Japón y se ha venido desarrollando desde entonces, consiguiendo uno de los sistemas más eficientes.

Un complejo sistema electrónico detecta la información recogida desde las sondas y medidores de temperatura y envía las órdenes precisas al circuito frigorífico y al compresor para que produzcan la cantidad exacta de refrigeración o calefacción que demandan las unidades interiores, logrando un funcionamiento lo más eficiente posible.

6.2. Sistemas de Dos y Tres Tubos

En un sistema VRF de dos tubos, se puede seleccionar la temperatura deseada en cada una de las unidades interiores, o incluso mantener unas encendidas y otras apagadas; el sistema de control electrónico se encargará de operar las válvulas de expansión. La única restricción es que nunca se puede demandar calor en una unidad interior y frío en otra simultáneamente, ya que no es posible realizar esta operación con solamente dos tuberías de gas refrigerante.

Por ello, nació el sistema de tres tubos, donde es posible utilizar algunas unidades en frío mientras otras funcionan en calefacción. Este modo de funcionamiento no es muy habitual y será necesario en casos especiales, como salas con grandes cargas térmicas internas (salas de reuniones, CPDs, etc.). El sobrecoste de una instalación de tres tubos frente a una de dos es muy importante, fundamentalmente debido a tres motivos:

Es necesario realizar un trazado de tuberías con tres tubos en lugar de dos.
La unidad exterior tiene que ser un modelo preparado para el funcionamiento de tres tubos.
En cada una de las unidades interiores es necesario disponer una caja de regulación y control del sistema de tres tubos.

Este sistema de tres tubos se suele llamar «recuperación de calor», ya que, cuando, por ejemplo, tenemos varios equipos en modo refrigeración, parte del calor de condensación que se disiparía a la calle en una unidad exterior «normal» se usa en este sistema para las unidades interiores que están en modo calefacción, ahorrando bastante energía.

6.3. Unidades Exteriores e Interiores

Las unidades exteriores alojan el compresor, un intercambiador de calor, un ventilador y las válvulas necesarias para controlar el flujo de refrigerante. Según el tipo de unidad exterior, hay dos tipos de sistemas:

Axial: Se trata del sistema VRF más convencional, cuyas unidades exteriores expulsan el aire a través de ventiladores axiales, por lo que deben instalarse en la azotea del edificio. Estos ventiladores no tienen presión suficiente para expulsar el aire a través de un sistema de rejillas.
Centrífugo: Se trata de un sistema VRF que se puede instalar en un falso techo gracias a los ventiladores centrífugos. El sistema centrífugo permite expulsar el aire aunque se sitúe detrás de una rejilla, por lo que resulta idóneo para locales comerciales. Este aparato viene a sustituir a la unidad exterior, pero queda escondido en un falso techo del local, por lo que no ocupa espacio.

6.4. El Problema del Gas Refrigerante

Los sistemas VRF presentan un pequeño inconveniente. Aunque el gas refrigerante no es tóxico, en caso de fuga, podría desplazar el aire de una habitación e inundar la misma con gas, de forma que no se tendría oxígeno para respirar. Por ello, la normativa establece un límite entre el gas total de la instalación y el recinto cerrado más pequeño (habitación), de forma que si se escapa todo el gas dentro de la habitación más pequeña, la cantidad no sea suficiente para desplazar todo el aire de la misma.

7. Fan Coils: Concepto y Características

El fan coil es una unidad interior de climatización en sistemas aire-agua, compuesta por:

Una batería de intercambio térmico (tubos de cobre y aletas de aluminio) por donde circula agua fría o caliente.
Un ventilador que impulsa el aire del local a través de esta batería, generando aire frío o caliente.

Incluye una bandeja de condensados (para recoger agua en modo frío) y un filtro de aire. Necesita una unidad exterior que enfríe o caliente el agua mediante un intercambiador refrigerante-agua.

Características:

La regulación puede hacerse mediante la velocidad del ventilador y válvulas (todo/nada o modulantes).
Es un sistema simple y fiable, con pocas averías.
Ideal para grandes instalaciones, no tanto para pequeños locales (donde se usan sistemas de expansión directa).
Aunque no es muy común en España, es muy utilizado en países como Francia e Italia.
No proporciona ventilación por sí solo, por lo que necesita un sistema de ventilación adicional.

7.1. Tipos de Fan Coils

Considerando el número de conexiones de agua, los hay de dos tubos y de cuatro tubos:

Fan coil de dos tubos: Tiene un tubo de impulsión (o de ida) y otro de retorno. Proporciona agua fría o caliente en función del momento del año. Solo pueden proporcionar frío o calor a la vez, pero no ambas. Su coste no es elevado.
Fan coil de cuatro tubos: Tiene dos tubos de impulsión y dos tubos de retorno, una batería de agua caliente y una batería de agua fría. Se trata de dos circuitos que funcionan de forma independiente, por lo que pueden llegar a producir frío y calor simultáneamente. Ofrecen la posibilidad de bajar la humedad relativa e incluso controlarla. El aire encuentra a su paso primero la batería de agua fría, donde llega a saturación de humedad al enfriarse por debajo de la temperatura de rocío, condensándose y siendo evacuado por el desagüe; a continuación, se hace pasar por la batería de agua caliente. Suele ser necesario un control de regulación del caudal por cada circuito de agua que pasa por cada batería. Su uso se asocia con un mayor confort. Este tipo de fan coils abundan en grandes superficies como oficinas, hospitales, grandes almacenes, etc. Su coste es más elevado.