¿Qué pasa si los ocupantes de un edificio recién construido escuchan crujidos o chasquidos provenientes de los difusores lineales cuando el aire acondicionado está enfriando el espacio? Este tipo de problema puede resultar frustrante, por lo que es importante entender por qué puede ocurrir y cómo prevenirlo. En la segunda parte de nuestra serie de dos artículos, exploraremos los efectos de la expansión y contracción térmica en rejillas, registros y difusores (GRD) y cómo prevenir estos efectos.
¿Qué es la expansión y contracción térmica?
Un problema que puede surgir ocasionalmente en el diseño HVAC es cuando una rejilla larga o un difusor lineal instalado comienza a crujir o hacer ruidos mientras el aire acondicionado está en funcionamiento. Estos sonidos pueden deberse a tensiones térmicas dentro del difusor lineal debido a que la unidad se expande o contrae.
Dado que la mayoría de las rejillas y difusores HVAC están hechos de metal, y la mayoría de los difusores lineales en el mercado están fabricados de aluminio, la expansión térmica es un factor importante a considerar. En general, los metales pueden aumentar o disminuir su tamaño cuando están sujetos a cambios grandes de temperatura. Cada material tiene un coeficiente de expansión térmica único, definido como la cantidad que un material se expandirá o contraerá por cada grado de cambio de temperatura.
La expansión y contracción térmica pasa desapercibida en productos pequeños, pero en longitudes mayores se vuelve un factor que debe considerarse. Los difusores lineales suelen fabricarse de aluminio, que tiene un coeficiente de expansión térmica mayor que el acero, lo que puede amplificar el efecto. Por ejemplo, si una unidad se instala en un espacio no acondicionado a 90 °F y luego se suministra aire frío a 65 °F, esta diferencia de 25 °F provocará la contracción de la unidad en longitud.
Explicación física de la expansión y contracción térmica
Imaginemos que se instala un difusor lineal de 96 pulgadas de largo en una sola sección. Este tipo de difusor está compuesto por varios componentes ensamblados, incluidos el marco, bloques de separación y componentes internos llamados controladores de patrón que ayudan a dirigir el aire en direcciones específicas. Estos controladores suelen ser ajustables y pueden moverse para cambiar el patrón de flujo de aire.
Si se instala este difusor lineal a una temperatura de 90 °F y luego el aire acondicionado suministra aire a 65 °F, la temperatura del material comenzará a enfriarse hasta igualarse con la del aire. Esta diferencia de temperatura negativa de 25 °F es la fuerza que genera la contracción del difusor.
El aluminio tiene un coeficiente de expansión térmica de 13.1 × 10⁻⁶ in/in.°F, lo que significa que por cada grado de diferencia de temperatura, la longitud del difusor cambiará en 0.0131 %. Aplicando este coeficiente, se puede calcular cuánto se contraerá el difusor debido a la diferencia de temperatura.
Ejemplo
Diferencia de temperatura = ΔT = T final – T inicial
Diferencia de temperatura = 65 °F – 90 °F = -25 °F
Longitud inicial = L inicial = 96 pulgadas
Coeficiente de expansión térmica del aluminio = CTE Aluminio = 13,1×10 -6 in/in.°F
Cambio total en longitud = L inicial * CTE aluminio * ΔT
Cambio total en longitud = 96 pulgadas * (13,1 x 10 -6 pulgadas/pulgada °F) * -25 °F = -0,03144 pulgadas
Nueva longitud total = 96 pulgadas – 0,03144 pulgadas = 95,9685 pulgadas
Aunque después de la contracción la longitud total del difusor pueda reducirse tan solo en una fracción de pulgada, esta variación puede no representar un problema si el difusor está montado de manera que permite cierto movimiento. Sin embargo, si la unidad está asegurada rígidamente y sin margen de movimiento, las tensiones térmicas comenzarán a acumularse en el material.
Si los componentes internos del difusor (como los controladores de patrón) se enfrían o se calientan más rápido que el marco, se generarán tensiones internas entre estos componentes debido a las diferentes tasas de expansión o contracción. Cuando estas tensiones se acumulan, pueden liberarse repentinamente mediante movimientos que se manifiestan como clics, crujidos o ruidos fuertes. En situaciones extremas, la tensión térmica continua puede causar deformación, grietas o doblado del material.
Otro caso a considerar es cuando los difusores lineales se instalan con cinta y se revocan (spackle) en un techo de tablarroca. En esta instalación, los bordes del difusor quedan cubiertos por la masilla para integrar visualmente el difusor en el techo. Cuando la cinta y la masilla se secan, se vuelven frágiles. Si la unidad sufre contracción o expansión significativa, la masilla puede agrietarse a lo largo de la longitud, ya que el marco metálico debajo se expande o contrae.
Cómo evitar los problemas de expansión y contracción térmica en campo
La expansión y contracción térmica es un problema poco común, pero hay varias prácticas que pueden ayudar a evitar que ocurra. La clave es evitar grandes diferencias de temperatura entre la temperatura del momento de instalación y las temperaturas promedio de operación.
A veces, las rejillas o componentes HVAC pueden permanecer expuestos en un sitio de obra o en un lugar donde las temperaturas pueden llegar a 90 °F o más antes de la instalación. Si la unidad se instala aún caliente y luego se suministra aire frío, puede experimentar una diferencia térmica de 40–50 °F, lo que genera grandes tensiones térmicas y los ruidos mencionados. Para evitarlo, es recomendable mantener los productos a la sombra o en interiores antes de la instalación. Si esto no es posible, se deben dejar enfriar antes de instalar.
La mejor solución es instalar los difusores lineales a una temperatura cercana (dentro de 10–15 °F) a la esperada temperatura de trabajo del espacio. Por ejemplo, si se planea mantener la temperatura de aire de 72 °F durante el funcionamiento, entonces instalar la unidad cuando la temperatura ambiente esté entre 62 °F y 82 °F minimizará las posibilidades de ruidos por expansión térmica.
Si se sabe que las unidades estarán sujetas a grandes diferencias térmicas, se recomienda montarlas de manera que permitan ligera expansión o contracción para minimizar la acumulación de tensiones internas. También pueden ocurrir problemas térmicos si la unidad se instala en un ambiente muy frío y luego se suministra aire caliente durante el modo de calefacción; en ese caso la unidad se expandirá en lugar de contraerse, pero la solución es la misma: instalarla cerca de la temperatura de trabajo prevista.
La expansión y contracción térmica puede ser un problema frustrante tanto para los instaladores como para los ocupantes de edificios nuevos. Escuchar ruidos repentinos puede resultar molesto, pero siguiendo estas pautas se puede reducir en gran medida la probabilidad de que estos efectos ocurran.
Este artículo contiene descripciones de los criterios de sonido más comunes y los enfoques utilizados para atenuar el sonido si los criterios no se satisfacen. También se incluyen algunas prácticas recomendables para minimizar la probabilidad de problemas de sonido.
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Texto original: Greenheck
Por: Mike Collins