Ahorro energético con cortinas de aire

Arturo Rebolledo. Product Manager de Frico03/10/2022

Las cortinas de aire son un sistema de ahorro energético en puertas, cuando estas permanecen abiertas; las cortinas de aire funcionan a modo de puerta invisible, la cual nos protege la climatización de cualquier local, sorteando la salida de aire climatizado del interior del local, bien sea en calefacción o en refrigeración. Al evitar esta salida del aire climatizado, conseguimos que los equipos de producción de climatización no estén trabajando continuamente, tratando de enfriar o calentar el aire exterior que entra en el local.

¿Por qué entran corrientes por las puertas abiertas?

Las puertas abiertas permiten el paso de personas y vehículos; además, las puertas abiertas en muchos comercios facilitan el paso de personas atrayendo clientes hacia la tienda. El volumen de aire que se escapa por una puerta abierta depende de tres factores principalmente:

Diferencia de presión entre el interior y exterior.
Diferencia de temperatura entre el interior y exterior.
La velocidad del viento.

Flujo de aire resultante de las diferencias de presión

Para que una cortina de aire trabaje con la máxima eficacia, es importante que no se produzcan sobrepresiones ni depresiones demasiado elevadas en el edificio. La diferencia de presión entre el edificio y sus alrededores se puede eliminar con un sistema de ventilación equilibrada, que contrarreste el flujo de aire resultante de las diferencias de presión entre el aire exterior y el del interior.

Normalmente los edificios suelen estar en depresión, lo que facilita la entrada de aire desde el exterior hacia el interior, debemos tener en cuenta que las cortinas de aire pueden admitir hasta 5 Pa de diferencia de presión, esto habitualmente se regula en los edificios mediante los sistemas de ventilación equilibrada.

Flujo de aire resultante de las diferencias de temperatura

El aire caliente del interior del local es menos denso y pesado que el aire frío del exterior, lo que provoca una diferencia de presión en el hueco. El aire frío del exterior entra por la parte inferior del hueco, forzando la salida del aire caliente por la parte superior. Esto es lo que conocemos como respiración de la puerta. El intercambio de aire varía en función de la temperaturas y densidad del aire, si se conocen los valores en el interior y exterior del edificio y las densidades se puede calcular el flujo de aire a través del hueco.

La velocidad del viento

Cuando el viento sopla contra una puerta, provoca el paso de corrientes de aire por ella. La corriente de aire se distribuye uniformemente por todo el hueco, lo que significa que el flujo de aire es proporcional a la velocidad del viento que incide en ángulo recto en el hueco.

¿Qué debes saber sobre cortinas de aire?

La puerta invisible

Como hemos comentado anteriormente, las cortinas de aire provocan una puerta invisible, creada por una corriente de aire separando diferentes zonas climatizadas, a continuación, veremos varios gráficos.

El entorno elegido para realizar estos gráficos, corresponden a una cámara frigorífica en un almacén de productos alimenticios. La cámara tenia salida directa a un recinto con temperatura ambiente normal. Los gráficos se obtuvieron después de realizar una batería de pruebas en condiciones diferentes, midiendo la temperatura en puntos distintos del flujo de aire para ver cómo afectaba el caudal de aire a la temperatura en las diferentes zonas del hueco. El color rojo representa la temperatura ambiente normal, mientras que el azul más oscuro indica la temperatura más baja en la cámara frigorífica.

Rendimiento de una cortina de aire

Existen dos factores que afectan crucialmente al rendimiento óptimo en las cortinas de aire, estos factores son el caudal de aire y la velocidad de ese aire. La relación entre estos dos elementos es crucial para el buen funcionamiento de las cortinas de aire, existen varios principios dependiendo de los fabricantes para la relación de estos dos elementos. Necesitamos un caudal y una velocidad adecuada para proteger y llegar a la parte inferior del hueco sin crear unas turbulencias que provocarían perdidas de energía.

Relación entre el caudal y la velocidad del aire

Existen principalmente tres tipos de relación entre estos dos elementos:

Poco caudal de aire con alta velocidad.
Gran caudal de aire con poca velocidad.
Caudal medio con velocidad media.

El primer tipo de cortina de aire lo que nos va a provocar también es la poca efectividad en los huecos a cubrir, dado que no tendrá la suficiente velocidad como para llegar a la parte inferior de las puertas. Como ventaja, tendrá que el nivel sonoro será menor.

En el segundo caso las cortinas de aire con mucha velocidad y poco caudal nos pasará justo, al contrario. La velocidad de llegada al suelo es tan excesiva que provocara turbulencias en la parte baja de los huecos, y la entrada de corrientes. En consecuencia, la perdida de energía y el nivel sonoro serán excesivos.

Por estas razones la cortina de aire más efectiva se englobaría dentro de lo que es el tipo 3.

En Frico se ha estudiado también la optimización de la cortina de aire, diseñando una geometría óptima. En esta geometría influyen tres elementos:

Profundidad de salida.
Rejilla de salida.
Minimizar las turbulencias.

Una vez estudiado el funcionamiento y parámetros necesarios para la utilización de cortinas de aire, pasamos a un caso práctico de ahorro energético de las cortinas.

Caso práctico: Instalación en almacén de conservación

Dimensiones de puertas: 3m de ancho x 3M de alto
Temperatura interior: 8 °C
Temperatura exterior: 34 °C
Modelos instalados: 2 cortinas Frico PAFEC 3515 A control FCDA, control de ventilación y función puerta abierta cerrada
Mediciones en la puerta:
- Cámara termográfica en el interior de la puerta.
- 3 sensores de temperatura.
- Medición de velocidad en 4 puntos.

Test puerta abierta.

En este caso hemos medido las temperaturas en las diferentes sondas en la puerta del muelle de carga, sin camión en posición, en los gráficos 1 podemos ver la temperatura sin la cortina de aire, y en el grafico 2 podemos observar la temperatura, siendo estas mucho más uniformes en el interior del local. (T2).

Muchas veces en este tipo de puerta que son para carga de camiones en muelles se piensa que con el camión en posición de carga ya no nos hace falta la cortina de aire, tengamos en cuenta que en un almacén con temperatura controlada, el camión también nos supone un aporte de temperatura, si este no se encuentra a la misma temperatura del almacén, vemos en los siguientes gráficos estos datos.

Con estos datos podemos calcular la pérdida energética que tenemos por cada puerta y el ahorro energético al utilizar cortinas de aire para la protección de las puertas.

El cálculo energético viene determinado por la pérdida de carga térmica en la puerta. La potencia térmica viene determinada por la siguiente fórmula:

Pter = Q x At x n x Ce xPe

Siendo:

Pter= Potencia térmica kW/h

Q= Caudal de aire m³/h

At= Diferencial de temperatura

N= Rendimiento (1)

Ce=Calor especifico del aire 0,24 (20°C a nivel del mar)

Pe= 1,2 kg/m³

Por otra parte, determinamos el caudal de paso de aire por las puertas con las medidas de velocidad tomadas en esta

Q = A *Vmedia*3600

Q = 9 m2 * ((0.5+0.5+0.4+0.3)/4)*3600

Q= 9 m2 * 0.425 m/seg * 3600

Q= 13770 m³/h

Cálculo de potencia térmica

P-1 P-2

Pter = Q x At x n x Ce x Pe Pter = Q x At x n x Ce x Pe

Pter = (13770 m3/h x 14.8 x 1 x 0,24 x 1,2)/ 0,86 Pter= (13770 m3/h x 1,9 x 1 x 0,24 x 1,2)/ 0,86

Pter = 68,247 W/h Pter= 8760 w/h

Pter= 68,24 kW/h Pter= 8,76 kW/h

Cálculo de potencia térmica

P ter total = P1 – P2

Pter= 68,24 kW/h Pter= 8,76 kW/h

Pter = 59,48 kW/h

Estos datos nos indican que existe un ahorro de pérdida de energía térmica del 86 %, este ahorro es en el que dependiendo de las circunstancias y diversas condiciones no supondrá un ahorro energético en las instalaciones. Este ahorro térmico viene determinado por las condiciones de temperatura y viento en esta puerta.