recuperadores de placa

Salas blancas 2 comentarios 2 - 10 - 14

1. Introducción

La recuperación de energía en las extracciones en los sistemas de tratamiento de aire es un punto importante en un sistema de eficiencia energética.

En la industria farmacéutica, biotecnológica, laboratorios de investigación, incluso en el ámbito hospitalario, los sistemas tipo “todo aire exterior” son muy comunes y en muchos casos de uso obligatorio. En un sistema 100% aire exterior la corriente de aire de extracción contiene una gran cantidad de energía térmica por lo que la recuperación de esa energía es muy importante en el balance y ahorro energético de la instalación.

Dentro de los diversos sistemas de recuperación destacan los recuperadores de flujos cruzados, también conocidos como recuperadores de placas o recuperadores estáticos. Estos recuperadores presentan una serie de ventajas:

  • Ratio más favorable si se compara energía recuperada con inversión necesaria y mantenimiento.
  • Los recuperadores de placas son el sistema más económico de recuperación, con un mantenimiento nulo
  • Ratios de recuperación energética superiores al 50%.

Estas características les hacen ser muy apreciados en la recuperación energética del aire de extracción en los sistemas de climatización convencional. Sin embargo en algunos ámbitos de la industria farmacéutica, laboratorios de contención y sobre todo en el ámbito hospitalario los recuperadores de placas no están bien vistos y en algunos caso están expresamente prohibidos. ¿A qué se debe que un elemento sencillo, barato y eficiente sea rechazado en ámbitos en los que el ahorro energético puede ser crucial?

2. La Leyenda Negra

Básicamente el rechazo a los recuperadores de placas viene del hecho de que los fabricantes han “confesado” que no son totalmente estancos y pueden tener una tasa de fugas del orden de 0,1% con diferenciales de presión de 400 Pa. Hay fabricantes de elementos de arquitectura (también usados en los hospitales) que a tasas de fuga muy superiores a ese orden lo denominan “estanqueidad total”. Sin embargo en algunos ámbitos farmacéuticos y hospitalarios esta tasa de fugas, en el caso particular de los recuperadores, se declara “inadmisible” y como consecuencia los recuperadores de placas son vetados sin ninguna opción de defensa.

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3. Desmontando el Mito

Sin entrar a valorar si 0,1 % es mucho o poco ¿nadie se ha preguntado hacia dónde va esa fuga? ¿o hacia donde se puede conducir esa fuga? Porque ¿Qué pasa si es el aire “nuevo” el que se mezcla en una proporción de 0,1% con el aire de extracción que se expulsa al exterior? ¿Por qué se presupone que es el “aire contaminado” el que se mezcla con el “aire nuevo” y vuelve a entrar al recinto tratado?

Lo que ocurre en el interior de un recuperador de placas no es nada que no obedezca a las leyes de la física, si hay una fuga esta ira desde la zona de mayor presión hacia la zona de menor presión, por tanto si se puede garantizar que el aire contaminado se mantiene a presiones inferiores a las del aire “nuevo” no habría ninguna posibilidad de contaminación, siempre que el diferencial de presiones entre ambos lados mantenga un amplitud suficiente para contrarrestar posibles efectos venturi. Hay que recordar que en el interior de las zonas de contención presiones diferenciales de 10 y 15Pa entre salas “contaminadas” y “no contaminadas” separadas por una simple puerta (cuya tasa de fuga es desde luego bastante mayor de 0,1%) se consideran suficientes para garantizar el nivel de contención.

Sin embargo es conveniente analizar lo que pasa en el interior del recuperador: Para que el intercambio en el recuperador sea eficiente es necesario un alto nivel de turbulencia en la corriente de aire y esta turbulencia se traduce en perdida de carga y cuanto mayor es la perdida de carga mayor es la recuperación; de hecho perdidas de carga inferiores a 100Pa hacen que un recuperador sea prácticamente ineficiente. Las presiones operativas de un recuperador oscilan entre los 150 y 250 Pa, por debajo de 150Pa el recuperador es ineficiente y por encima de 250pa el consumo energético de ventilador puede penalizar el balance total de energía del sistema, por tanto un valor del orden de 175-200Pa se puede considerar adecuado.

Esquema placa-¿Quien teme a los recuperadores de placas?

Debido a la geometría del recuperador, puede haber zonas del recuperador donde cambie el régimen de presiones. En la figura 1 puede verse que aunque en líneas generales la corriente de extracción (rojo) esta a menor presión que la corriente de impulsión (azul) hay una zona del recuperador (marcada con línea azul) en la que el aire de extracción esta a mayor presión que el aire de impulsión y la contaminación de la corriente de aire limpio con el aire de extracción sería posible.

Esquema placa 2-¿Quien teme a los recuperadores de placas?

Por tanto es muy importante la selección de la perdida de carga del recuperador en relación con las pérdidas de carga de extracción e impulsión para evitar la aparición de zonas del recuperador con un régimen de presiones inverso. En la figura 2 se representa el esquema más usual en la extracción de una zona de contención. En el lado de extracción hay filtración HEPA y prefiltración al menos a nivel F8 además de toda la red de conductos de extracción. En el lado del ”aire nuevo” solo hay el prefiltro de protección del recuperador, normalmente a nivel F8. Por tanto está claro que la red de extracción estará a una presión bastante menor que la red de aire nuevo Transponiendo estos valores sobre un esquema típico de extracción (figura 3) se puede ver que dentro del recuperador el mínimo valor de presión entre ambas corrientes es de 150Pa. Siempre favorable al aire de extracción

 

Esquema placa 2-¿Quien teme a los recuperadores de placas?

 

Puede argumentarse que la colmatación de filtros podría alterar también el régimen de presiones dentro del recuperador, por lo que un control de la presión diferencial entre los dos puntos críticos del recuperador (manómetro “P”) sería suficiente para asegurar que en ningún momento hay una inversión de presiones en el interior del recuperador.

 

4. Conclusión:

Con una correcta instalación un recuperador de placas puede mantener una presión diferencial de al menos 75-100Pa entre la corriente de aire “limpio” y aire “contaminado”, esto es 10 veces más que el régimen de presiones que se considera “seguro” dentro de las propias zonas de contención.

Por otra parte la corriente de aire “contaminado” ha sido filtrada por filtro HEPA, por lo que es un 99,999% más limpia que el ambiente interior de la zona en contención. La tasa de fugas del recuperador es de solo un 0,1% y por último es el sistema de recuperación más económico de instalar y mantener, con tasas de recuperación superiores al 50%.

Por tanto: ¿Quién teme a los recuperadores

 

Miguel Ruiz

Director del Departamento HVAC

mruiz@ingelyt.com

 

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2 opionones sobre “¿Quien teme a los recuperadores de placas?”

  1. GARY BAKER

    It seems no matter the context, pressure differentials could be established to prevent introduction so “contaminated” air into the fresh stream.
    One thing I noticed is that none of the schemes had fresh air coming into the exchanger at a higher pressure (e.g., fan on the inlet side).
    Ultimately, you could still obtain desired lower pressure in the contagion area, e.g., with higher outflow rates.

    I worked in processing so much, my first context was HVAC systems wherein the work ares is slightly HIGHER pressure to keep contaminants from drug process intermediates. Worse yet, we often worked in a refrigerated room. Imagine the water condensation issues in the heat
    exchange plates (but also the energy savings they could provide).

    Responder
    • Miguel Ruiz

      Dear Mr.Baker:
      Thanks you very much for your comments, I agree with you that differentials pressures, in the right way, prevent fresh air to be mixed up with contaminate air, and this was my aim when writing the blog. A similar process was settled long ago by FDA regarding fluid contamination in heat interchangers for parenteral fluids: http://www.fda.gov/ICECI/Inspections/InspectionGuides/InspectionTechnicalGuides/ucm072911.htm
      “There are two methods for preventing contamination by leakage. One is to provide gauges to constantly monitor pressure differentials to ensure that the higher pressure is always on the “clean” fluid side. The other is to utilize the double-tubesheet type of heat exchanger”
      In this case the matter was not exhaust HEPA filtered air, but clean fluid (WFI) to be contaminated by chilled fluid.
      With regard to the suggestion of install the fresh air fan before the exchanger, undoubtedly this array will provide clearly a safe overpressure on the clean air stream, and many recovery systems work in this way. I don’t show this system on my article for several reasons: One is I wanted to show how to solve the worst cases; another reason is that (as it is showed on Fig2) the exchanger is integrated on a AHU and there are other sources of pressure drop like filters and coils; these devices works better on the fan’s suction side, on the other hand two fans in series one before the exchanger and other after coils wouldn’t be a good idea… And finally with a fan blowing in positive pressure through the exchanger it will have some plates in over pressure and other plates (the exhaust way) in negative pressure, so differential pressure between both ways could be excessive and, in accordance with plate’s manufactures, it could damage the exchanger.
      Lastly with regard to the condensation inside of the exchanger, an accurate calculation must be done in order to determine if there is any possibility of condensation; but it is possible to drain the condensed water without cross contamination to the other side, in this way it is useful to place the exchanger in a way that the air velocity helps to drain the water away; it means in the side which condensation is expected the air stream must go from top to bottom, in order to push the water down to the condensate pan. And as you say, when there is condensation in an exchanger it means that energy interchange is optimal. (As my old professor said “when the exchanger weeps the owner smiles”)
      Miguel Ruiz (INGELYT)

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