ES2309310T3 - Metodo y dispositivo para limpieza del aire. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (1) para eliminar los contaminantes gaseosos de un flujo de aire de entrada (2) que incluye: un medio para dividir la toma del flujo de aire (2) en un primer flujo de aire (3) y por lo menos otro flujo de aire (4) tal que el primer flujo de aire (3) es pequeño cuando se compara a la suma del primer flujo de aire (3) y cada uno de los otros flujos de aire (4); un dispositivo de limpieza en fase gaseosa (5) para limpiar el primer flujo de aire (3); y un medio para combinar el primer flujo de aire limpio (11) y todos los otros flujos de aire (4) para formar un flujo de aire de salida (12); caracterizado porque el dispositivo de limpieza en fase gaseosa (5) incluye una cama de limpieza (8) que tiene un espesor mayor que el Espesor Crítico para el contaminante en cuestión y a través del cual pasa el primer flujo de aire completo (3).
Description
Método y dispositivo para limpieza del aire.
La presente invención se refiere al
funcionamiento de sistemas y dispositivos que ventilan y, si no,
reducen la cantidad de contaminación en el aire en los espacios.
Estos espacios pueden estar ocupados, o ser visitados, por seres
humanos u otros objetos. Un ejemplo de tal espacio es un edificio
ocupado por seres humanos. Un ejemplo de tal sistema es un sistema
de aire acondicionado. Un ejemplo de tal dispositivo es una unidad
de aire acondicionado.
Es usual limitar la cantidad de contaminante en
el aire en estos espacios introduciendo aire desde el exterior para
disminuir la concentración de contaminante en el aire en los
espacios y/o limpiar aire que es recirculado desde y hacia los
espacios por las unidades de manipulación del aire.
Cuando el aire del exterior se introduce en un
espacio, generalmente hace que algo aire contaminado del espacio
salga hacia fuera. Es usual colocar el espacio y su equipo de
ventilación de manera tal que el aire contaminado que fluye hacia
fuera, hasta un punto razonablamente factible, no contamine el aire
externo que se introduce al espacio.
Los contaminantes en el espacio normalmente son
aquéllos generados en el espacio. Ejemplos son los polvos etc. y
gases y olores emitidos por los organismos, objetos y superficies en
el espacio, los contaminantes emitidos como resultado de fumar
tabaco y otras sustancias en el espacio y los contaminantes
liberados como resultado de actividades que tienen lugar en el
espacio.
En algunos casos los contaminantes están en el
aire externo que se introduce en el espacio.
Estos contaminantes en el aire pueden ser
materia en partículas (por ejemplo polvo) o sustancias gaseosas
(por ejemplo sustancias químicas olorosas evaporadas
totalmente).
Generalmente, la materia en partículas es
eliminada, total o parcialmente, por la limpieza y/o ventilación
del aire. Generalmente, la contaminación gaseosa en los espacios es
reducida o eliminada mediante ventilación.
Actualmente la limpieza (remoción) de materia en
partículas del aire es una técnica bien desarrollada y es
normalmente empleada para limpiar el aire que se distribuye en los
espacios, incluyendo aquéllos normalmente ocupados por los seres
humanos.
Actualmente la limpieza de materia gaseosa del
aire no es una técnica bien desarrollada (no tan bien desarrollada
como la limpieza (remoción) de materia en partículas del aire) y
normalmente no se emplea para limpiar el aire que se distribuye en
los espacios.
La ventilación introduce a menudo aire del
exterior en un espacio que puede estar combinado para ser enfriado
y/o calentado y/o humidificado y/o deshumidificado y/o acondicionado
de otra manera. El aire de ventilación se introduce solo o mezclado
con otro aire. La reducción de flujo de ventilación es deseable ya
que reduce la cantidad de energía utilizada para mantener un
particular valor o rango de temperatura y/o humedad y/u otras
condiciones en el espacio.
El índice de ventilación de espacios no ocupados
por seres humanos normalmente se escogerá de forma que restrinja la
cantidad de contaminante(s) a un(os) nivel(es)
en particular. El(Los) nivel(es) puede(n)
establecerse con respecto a la propensión de la atmósfera en el
espacio a ser inflamable, corrosiva, olorosa o bien hostil hacial
el espacio, su contenido o al funcionamiento o disfrute de cualquier
organismo, proceso o procedimiento que ocurra en el espacio o en un
espacio relacionado.
El índice de ventilación de espacios ocupados
por los seres humanos está normalmente determinado por dos
criterios. El primer criterio, salud y seguridad, determina un
cierto índice de ventilación.
El criterio del índice de ventilación basado en
los criterios de salud y seguridad puede dividirse además en dos
subcriterios.
El primer subcriterio se refiere a los
fundamentos de la respiración y consisten en mantener los niveles
mínimo de oxígeno y máximo de dióxido de carbono en el espacio. El
segundo subcriterio es el mantenimiento de otras sustancias
relacionadas con la salud y seguridad en unos valores límite en la
concentración en el aire.
Normalmente el índice de ventilación basado en
los criterios de salud y seguridad será el más alto de los índices
determinados por los dos subcriterios.
El segundo criterio es la comodidad
del(los) ocupante(s) del espacio. Factores como el
olor, irritación y similares se usan para determinar un índice de
ventilación normalmente diferente y normalmente más alto.
El índice de ventilación usado en la práctica
normalmente es el más alto de los índices determinados por
cualquiera de los dos criterios.
Los índices de ventilación en los edificios en
Australia, como un ejemplo, se fijan normalmente de acuerdo con la
Norma Australiana AS 1668.2
En la aplicación de la edición de 1991 de
AS1668.2 (la cual es referenciada en la edición del Código de
Edificación de Australia que se aplica generalizadamente a
principios del año 2001) el índice de ventilación requerido puede
reducirse si la materia en partículas es eliminada del aire en el
espacio y puede reducirse además si ciertos contaminantes olorosos
e irritantes son eliminados del espacio.
Generalmente la contaminación olorosa e
irritante es gaseosa.
Los medios usuales de ventilar y calentar o
enfriar o bien acondicionar de otra manera un espacio comprenden
calentar o enfriar o bien acondicionar de otra manera el suministro
de flujo de aire, enviar este suministro de flujo de aire dentro
del espacio, devolver el flujo de aire, o una parte de éste, a una
manipulación del aire y/o aparato para calentar y/o enfriar y/o
humedificar y/o deshumidificar y/o acondicionar de otra manera para
que sea tratado nuevamente para un suministro de retorno al espacio
y así sucesivamente. El aire exterior normalmente se añade al aire
del suministro o aire del retorno en algún punto después de que el
flujo de aire abandone el espacio y antes de que éste entre en el
espacio. Para lograr un balance de los flujos, un flujo de aire
igual al flujo de ventilación abandona el espacio por la acción de
un aparato o a través de las aperturas en las superficies que
limitan el espacio.
En algunos casos el aire de ventilación se
libera separadamente al espacio.
El flujo de aire de ventilación es normalmente
más pequeño que los flujos de aire de suministro o retorno aquí
descritos.
La remoción de los contaminantes gaseosos
normalmente se logra por camas adsorbentes, quimisortivas o
catalíticas. Una propiedad de las camas adsorbentes, quimisortivas
o catalíticas apropiadas para eliminar un contaminante del flujo de
aire bajo circunstancias específicas, es que haya un espesor
particular de la cama, dimensión de la cama en la dirección del
flujo de aire a través de ella, nombrado aquí Espesor Crítico, con
ciertas características.
Si el espesor de la cama es mayor que el Espesor
Crítico entonces el índice proporcional de remoción de un
contaminante en particular, expresado por lo general como eficiencia
o resultado de la concentración de entrada menos la concentración
de salida, dividido todo ello por la concentración de entrada,
permanece esencialmente constante hasta que ha pasado un cierto
período de tiempo de funcionamiento del aparato o una cierta
cantidad de aire contaminado ha pasado a la cama. Una vez
finalizado este período de eficiencia esencialmente constante, la
eficiencia de la cama se reducirá al haber un funcionamiento
adicional del aparato.
Es una propiedad particular de las camas
catalíticas que la degradación del desempeño con el tiempo se debe
normalmente a un proceso en el cual la utilidad del catalizador se
degrada por un proceso comúnmente llamado envenenamiento y esta
degradación puede proceder a una velocidad rápida o lenta
dependiendo de la concentración de "veneno" en el flujo de
aire. El veneno no es necesariamente, ni usualmente, el contaminante
que se elimina intencionalmente, o que es sustancialmente alterado,
por la cama catalítica. En algunas circunstancias, la degradación
es muy lenta y la vida de la cama catalítica es muy larga. En
algunas circunstancias donde el índice de envenenamiento de una
cama catalítica es adecuadamente lento, ésta puede comportarse como
una cama gruesa de eficiencia poco predecible.
Típicamente en el funcionamiento de las camas
que son más gruesas que el Espesor Crítico durante la parte de
eficiencia sustancialmente constante de su ciclo de operación, la
eficiencia de estas camas será aproximadamente del 100% o un valor
cercano a éste, el cual difiere, o parece diferir, de
aproximadamente el 100% como resultado de las inexactitudes del
procedimiento de prueba o del diseño detallado del aparato o
imperfecciones de construcción.
Una cama fina, de igual o menor espesor que el
Espesor Crítico, opera de forma que la eficiencia de la cama, que
inicialmente es 100% o menos de 100%, se reducirá cuando se ponga en
funcionamiento el aparato. Ésta es una desventaja particular de los
dispositivos de limpieza de aire en fase gaseosa de cama fina
adsorbente, quimisortiva, catalítica o combinación de las
mismas.
Adicionalmente, con una cama fina si la
naturaleza de la contaminación en el flujo de aire entrante varía
dentro de un rango anticipado, el funcionamiento del dispositivo
produce una concentración de contaminación en el aire tratado que
varía y que puede ser efectivamente imprevisible. Ésta es una
desventaja particular de los dispositivos de limpieza de aire en
fase gaseosa de cama fina adsorbente quimisorbente, catalítica o
combinación de las mismas.
La ventaja particular de los dispositivos de
limpieza de aire en fase gaseosa de cama fina adsorbente
quimisorbente, catalítica o combinación de ellas es que la caída de
presión experimentada por el flujo de aire cuando atraviesa la cama
del dispositivo es suficientemente baja como para causar sólo un uso
aceptable de energía de ventilador para propulsar el flujo de aire
a través de la cama.
Los actuales dispositivos para la eliminación de
la materia gaseosa desde los flujos de aire en aparatos de
calefacción/enfriamiento/ventilación/deshumidificación/humidificación/otros
acondicionamiento, tales como aparatos de aire acondicionado por
conducto, pasan el retorno, y/o suministro y o ventilación
del(los) flujo(s) de aire a través del dispositivo.
Estos dispositivos pueden ser lavadores de aire, procesos de
absorción, o dispositivos de limpieza de aire fase gaseosa con cama
fina, una cama con una profundidad menor que el Espesor Crítico,
adsorbente, quimiobsorbente, catalítica o combinación de éstas.
La Patente de Estados Unidos 5635133 describe un
método y aparato para eliminar microorganismos en un medio fluido
cargado de partículas. El aparato incluye un medio para dividir una
toma de flujo de aire en un primer flujo de aire 12 y un segundo
flujo de aire 11. El primer flujo de aire 12 es pequeño cuando se
compara con la suma del primer flujo de aire y el segundo flujo de
aire. El primer flujo de aire 12 se pasa a través de un filtro 25
para eliminar la materia en partículas y después se suministra a la
vecindad general de una lámpara ultravioleta y el reflector
parabólico que emite rayos germicidas ultravioletas para el
tratamiento del segundo flujo de aire 11. La división de la toma de
flujo de aire se lleva a cabo para reducir la aglomeración de
materia en partículas sobre las cubiertas de la lámpara y reflector.
El primero y segundo flujos de aire se recombinan en la realización
mostrada en las Figuras 3 y 4 para formar un flujo de aire de salida
a lo largo de un conducto 22. El aparato se destina a la
eliminación de las partículas más que a la de los contaminantes
gaseosos y no incluye un dispositivo de limpieza en fase gaseosa.
Sin embargo, el uso de tal dispositivo (por ejemplo una capa
catalítica) se describe en los documentos JP
11-244641 y JP 6-031133.
Ninguno de los documentos listados más arriba
describe el uso de un dispositivo de limpieza en fase gaseosa que
incluya una cama de limpieza con un espesor mayor que el Espesor
Crítico para el contaminante en cuestión.
Es un propósito de la presente invención
proporcionar un medio y un método para eliminar los contaminantes
gaseosos desde el aire que fluye a través de un aparato que usa una
limpieza de cama gruesa para eliminar los contaminantes y conserva
las ventajas de la limpieza de la cama fina superando al mismo
tiempo, o por lo menos mejorando, las desventajas de la limpieza de
la cama gruesa.
De acuerdo con un aspecto, la presente invención
es un aparato para eliminar los contaminantes gaseosos desde una
toma de flujo de aire que incluye:
- un medio para dividir la toma de flujo de aire en un primer flujo de aire y por lo menos otro flujo de aire tal que el primer flujo de aire es pequeño cuando se compara a la suma del primer flujo de aire y cada uno de los otros flujos de aire;
- un dispositivo de limpieza en fase gaseosa para limpiar el primer flujo de aire y
- un medio para combinar el primer flujo de aire limpio y todos los otros flujos de aire para formar un flujo de aire de salida;
Caracterizado porque el dispositivo de limpieza
en fase gaseosa incluye una cama de limpieza que tiene un espesor
mayor que el Espesor Crítico para el contaminante en cuestión y a
través del cual pasa el primer flujo de aire entero.
En otro aspecto, la presente invención es un
método para eliminar los contaminantes gaseosos desde una toma de
flujo de aire que incluye los pasos siguientes:
- dividir la toma de flujo de aire en un primer flujo de aire y al menos otro flujo de aire;
- limpiar el primer flujo de aire pasando el primer flujo de aire completo a través de un dispositivo de limpieza en fase gaseosa que incluye una cama de limpieza que tiene un espesor mayor que el Espesor Crítico para el contaminante en cuestión; y
- combinar el primer flujo de aire limpio y todos los otros flujos de aire para formar un flujo de aire de salida;
donde el primer flujo de aire es
pequeño cuando se compara a la suma del primer flujo de aire y cada
uno de los otros flujos de
aire.
Aunque la caída de presión a través de la cama
es sustancial hay un uso aceptable de la energía del ventilador
para propulsar el flujo de aire cuando se pasa sólo una proporción
del flujo de aire a través de la cama. El uso de energía es
esencialmente proporcional al producto de la velocidad del flujo de
aire y la caída de presión.
Más preferentemente el dispositivo de limpieza
en fase gaseosa incluirá una cama gruesa adsorbente, quimisortiva,
catalítica (incluyendo fotocatalítica) o combinación de ellas, con
uno o más filtros que detienen las partículas antes y después de la
cama. El filtro que detiene las partículas contracorriente se usa
para eliminar toda o parte de la materia que puede afectar
adversamente el funcionamiento de la cama. El filtro que detiene las
partículas a favor de la corriente se usa para eliminar toda o
parte de la materia desprendida de la cama.
Preferentemente el dispositivo de limpieza en
fase gaseosa incluye un ventilador con la suficiente potencia
motriz para propulsar la cantidad o proporción escogida de aire
contaminado a través de la cama y cualquiera de los filtros de
retención de partículas. El ventilador tendrá típicamente la
potencia motriz adicional suficiente para mover la porción escogida
de aire contaminado contra la resistencia de la corriente de aire
suficiente para que el dispositivo opere satisfactoriamente en las
circunstancias de su aplicación.
Preferentemente la proporción constante de
contaminante eliminado será por lo menos 98%.
Preferentemente el flujo de aire se divide en un
primer y segundo flujo de aire.
En otro aspecto de la presente invención se
proporciona un sistema de limpieza de aire para eliminar el
contaminante desde al menos un espacio que incluye por lo menos un
aparato de limpieza de aire según lo descrito anteriormente.
Algunas de las realizaciones de la invención se
describirán ahora sólo por vía del ejemplo con referencia a los
dibujos acompañantes, en los cuales:
\bullet La Figura 1 es una ilustración
esquemática del aparato de limpieza de aire según una realización de
la invención.
\bullet La Figura 2 es una ilustración
esquemática de un sistema que incorpora un aparato de limpieza de
aire según una realización de la invención.
\bullet La Figura 3 es una ilustración
esquemática de un sistema que incorpora un aparato de limpieza de
aire según una realización de la invención.
\bullet La Figura 4 es una ilustración
esquemática de un sistema que incorpora un aparato de limpieza de
aire según una realización de la invención.
\bullet La Figura 5 es una ilustración
esquemática de un sistema que incorpora un aparato de limpieza de
aire según una realización de la invención.
Refiriéndose a la Figura 1, se muestra un
aparato 1 para eliminar los contaminantes gaseosos desde un flujo
de aire. La toma de flujo de aire 2 se divide en dos flujos de aire
3, 4, el primero de los cuales es pequeño cuando se compara a la
toma de flujo de aire 2. El primer flujo de aire 3 se limpia usando
una unidad de limpieza 5 la cual incluye una sección de remoción
del contaminante 6. La sección de remoción del contaminante incluye
una cama 8 la cual tiene un espesor por lo menos tan grueso como el
Espesor Crítico para una aplicación particular. En la realización
mostrada la cama tiene un filtro 7 antes de la cama para eliminar
materia en partículas desde el flujo de aire y un filtro 9 después
de la cama para eliminar materia en partículas liberada desde la
cama. El flujo de aire puede pasar a través de la sección de
remoción del contaminante con la ayuda de un ventilador 10, el
flujo de aire 11 que sale de la sección de remoción del contaminante
6 se suministra entonces hacia atrás dentro del segundo flujo de
aire 4 para formar un flujo de aire 12 más limpio que la toma de
flujo de aire.
Con respecto a las Figuras 2 a 5 éstas muestran
sistemas en los cuales se usa un aparato de limpieza de aire. Se
observará que, dependiendo de la situación y características de los
ventiladores localizados en la unidad del manejo del aire o en el
conducto asociado y de la ubicación del dispositivo de limpieza de
aire en fase gaseosa de cama gruesa, el ventilador dentro del
dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa puede requerirse
para operar contra una resistencia
de flujo de aire externa insignificante o puede requerirse para operar contra la resistencia del flujo de aire externo.
de flujo de aire externa insignificante o puede requerirse para operar contra la resistencia del flujo de aire externo.
Refiriéndose a las figuras 2 a 5, un espacio 31
que constituye un volumen a ser ventilado tiene una entrada de aire
32 y una salida de aire 33. Un aparato de
calefacción/enfriamiento/aire acondicionado 34 envía aire al
espacio por vía del conducto 35. El aire abandona el espacio por la
vía del conducto 36 y algo de este aire se descarga a la atmósfera
en la descarga de aire 37 y algo de este aire se envía a lo largo de
conducto 38 hasta que este flujo de aire es dividido en dos flujos
de aire. El segundo flujo de aire se envía al acondicionador de
aire vía los conductos 39 y 40 y el primer flujo de aire del aire en
el conducto 38 se envía vía el conducto 42 al limpiador de aire en
fase gaseosa de cama gruesa 41 en el cual se limpia y después se
envía al acondicionador de aire vía los conductos 43 y 40. El aire
del exterior entra a la entrada de aire externo 44 y después se
lleva al acondicionador de aire por la vía de los conductos 45 y 40.
El ventilador 47 hace que el aire que entra en el limpiador de aire
en fase gaseosa de cama gruesa 41 atraviese la cama gruesa 46;
alternativamente otros ventiladores y resistencias del conducto en
el sistema de la estructura de conductos pueden causar el
movimiento de aire deseado sin el uso del ventilador 47 o con la
ayuda del ventilador 47.
Por medio de esta disposición al acondicionador
de aire se le proporciona aire limpio 34 desde el limpiador de aire
en fase gaseosa de cama gruesa 41, aire exterior desde la entrada de
aire externo 44 y aire del espacio 31. Las necesidades de
ventilación del espacio se satisfacen mediante la combinación de los
flujos de aire del limpiador de aire en fase gaseosa de cama gruesa
41, y entrada de aire externo 44 con la consecuente reducción del
flujo de aire que se requeriría si no desde la entrada de aire
externo 44.
Refiriéndose a la figura 3, ésta muestra un
sistema similar al de la figura 2 con un limpiador de aire en fase
gaseosa de cama gruesa adicional 50 que desvía la unidad de aire
acondicionado, y por lo menos un limpiador de aire en fase gaseosa
de cama gruesa incluido en la unidad de aire acondicionado 51.
Refiriéndose a la figura 4, se muestra un
sistema similar al de la figura 3 con los limpiadores de aire en
fase gaseosa de cama gruesa adicionales 60 situados en varios puntos
alrededor del sistema y los conductos de ventilación adicional
61.
Refiriéndose a la figura 5, se muestra un
sistema similar al de la figura 4 que se usa para eliminar
contaminantes desde múltiples espacios 31 y los conductos de la
salida adicional 70.
Un ejemplo de un sistema que incluye un aparato
según una realización de la invención es:
- \bullet
- un aparato de limpieza de aire en fase gaseosa de naturaleza adsorbente, quimisortiva o catalizador (o combinación de ellos) se usa para limpiar la parte del flujo de aire tomada de o enviada a un espacio.
- \bullet
- la naturaleza del dispositivo de limpieza de aire adsorbente, quimisortiva o catalítico (o combinación de ellos) es tal que el índice de remoción de un contaminante o contaminantes particulares expresado como eficiencia (que se define como la relación de la concentración de entrada menos la concentración de salida todo dividido por la concentración de entrada) permanece esencialmente constante hasta que ha pasado un cierto período de tiempo de funcionamiento del aparato o una cierta cantidad de aire contaminado ha pasado dentro de la cama.
- \bullet
- el dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa se usa de forma que el índice de remoción de un contaminante o contaminantes particulares expresado como eficiencia (que se define como la relación de la concentración de entrada menos la concentración de salida todo dividido por la concentración de entrada) permanece esencialmente constante.
- \bullet
- la eficiencia predecible de limpiar la parte del flujo de aire que atraviesa el dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa combinado con la proporción predecible de flujo de aire que está atravesando el dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa es equivalente en efecto a una eficiencia equivalente predecible del limpiador de aire en fase gaseosa del flujo de aire completo.
- \bullet
- la eficiencia equivalente predecible de la limpieza de aire en fase gaseosa del flujo de aire completo permite una reducción de la ventilación del espacio con los consecuentes ahorros de energía y capital.
- \bullet
- la eficiencia equivalente predecible de la limpieza de aire en fase gaseosa del flujo de aire completo permite un incremento en la calidad predecible del aire en el espacio sin el uso de energía que podría haberse usado para lograr un resultado similar por medio de la ventilación incrementada.
En otra forma de disposición
- \bullet
- un dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa de naturaleza adsorbente, quimisortiva o catalítico (o combinación de ellos) se usa para limpiar la parte del flujo de aire tomada de fuera y usada para ventilar los espacios.
- \bullet
- la naturaleza del dispositivo de limpieza de aire adsorbente, quimisortiva o catalítico (o combinación de ellos) es tal que el índice de remoción de un contaminante o contaminantes particulares expresado como eficiencia (que se define como la relación de la concentración de entrada menos la concentración de salida todo dividido por la concentración de entrada) permanece esencialmente constante hasta que ha pasado un cierto período de tiempo de funcionamiento del aparato o una cierta cantidad de aire del exterior contaminado ha pasado dentro de la cama.
- \bullet
- la eficiencia predecible de limpiar la parte del flujo de aire que atraviesa el dispositivo de limpieza de aire en fase gaseosa combinado con la proporción predecible del flujo de aire que está atravesando el dispositivo de limpieza de aire fase gaseosa es equivalente en efecto a una eficiencia equivalente predecible de la limpieza del aire en fase gaseosa del flujo de aire completo.
- \bullet
- la eficiencia equivalente predecible de la limpieza de aire en fase gaseosa del flujo de aire completo permite un incremento en la calidad predecible del aire en el espacio, superior al que se obtendría si no con un índice de ventilación escogido.
Se va a construir un nuevo edificio de oficinas
con aire acondicionado y lo siguiente se aplica
- \bullet
- El edificio será ocupado por 1000 personas durante las horas de trabajo en un espacio de suelo por persona de 10 m^{2}.
- \bullet
- Las regulaciones de construcción requieren que, para el control de los olores, el índice de ventilación mínima es 7,5 litros por segundo (l/s) por persona es decir un total de 7.500 l/s
- \bullet
- El dueño de las instalaciones requiere que los niveles de olor en el edificio sean equivalentes, o mejores, que los que se obtendrían si el edificio fuera ventilado a razón de 15 l/s/persona.
- \bullet
- Las regulaciones de construcción permiten que el índice de ventilación pueda reducirse a más de 2,5 l/s/persona ó 0,35 l/s/m^{2} de superficie del suelo cuando la limpieza del aire en el lugar elimina los olores del aire hasta el punto de que el nivel de olor es equivalente al que sería si el índice de ventilación fuera 7.5 l/s/m^{2}.
- \bullet
- La cantidad de aire que se precisa distribuir en el espacio de aire acondicionado es 60.000 l/s y este índice de entrega de aire requerido se determina por la necesidad de un efecto particular de calentamiento o enfriamiento junto con ciertos otros parámetros escogidos por los diseñadores del sistema de aire acondicionado.
- \bullet
- El efecto de enfriamiento (del aire acondicionado) se obtiene de una planta de refrigeración que opera eléctricamente y el costo de electricidad es, a cualquier hora, de 0,12 \textdollar por kWh.
- \bullet
- El efecto de calentamiento (del aire acondicionado) se obtiene por medio de una fuente de gas natural o combustible similar y éste se suministra para la edificación a un costo de 0,05 \textdollar por kWh (por unidad de energía proporcionada al edificio) a cualquier hora.
- \bullet
- El costo de capital marginal de la capacidad de acondicionamiento del aire (incluyendo el efecto de calentamiento y enfriamiento entregado, en el momento de la construcción) es \textdollar 2.000 por kW de la capacidad de refrigeración marginal instalada.
- \bullet
- Las temperaturas del aire externo se describen como
- \medcirc
- estación de calentamiento de invierno: 7.500 "grado horas", con temperatura de diseño mínima del aire externo 10C por debajo de la temperatura de diseño de la habitación
- \medcirc
- estación de enfriamiento de verano: 10.000 grado horas (temperatura equivalente, incluyendo el requisito de enfriamiento y deshumidificación) con temperatura de diseño máxima del aire externo 10C por encima de la temperatura de diseño de la habitación.
Observamos que éste es un escenario plausible
para un diseño razonablemente factible de un sistema de
acondicionamiento del aire de un edificio donde los requisitos de
ventilación mínimos se establecen por la edición de 1991 de la
Norma Australiana 1668.2 en circunstancias donde el uso de
partículas (esto es, sin filtros en fase gaseosa) se coloca de
manera tal que se obtiene un beneficio máximo mediante su uso de
acuerdo con AS1668.2: 1991.
Pongamos que el índice de ventilación real se
reduce de 15 a 3,5 litros por segundo por persona (ó 10 m^{2})
por el uso de los filtros de aire en fase gaseosa.
- \bullet
- Reducción de ventilación = (15-3,5) * 1.000 = 11.500 l/s
- \bullet
- Carga pico asociada al enfriamiento es: 11.5001/s * 10C * 1,2 (calor específico) o 138.000 vatios o 138 kW
- \bullet
- Costo del capital marginal asociado = 138 kW * 2.000 \textdollar/kW = 276.000 \textdollar.
\vskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- Ahorro anual de calentamiento = 11.500 l/s * 7.500 grado hr * 1,2 = 86.250.000 Wh = 86.250 kWh.
- \bullet
- Usando una eficiencia de planta del 80%, la entrada requerida de energía a la planta es
- \bullet
- 86.250/0,8 =107.812,5 kWh @ 0,05 \textdollar/kWh. = 5.391 \textdollar/año.
\vskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- Ahorro anual de enfriamiento = 11500 l/s * 10.000 grado hr*1,2 = 115.000.000 Wh = 115.000 kWh.
- \bullet
- Usando una planta con un Coeficiente medio de Ejecución de Refrigeración de 3,5 la entrada requerida de energía a la planta es 115.000/3,5 = 32.857 kWh @ 0,12 \textdollar/kWh = 3.943 \textdollar pa.
\vskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- Así el ahorro total en el costo de energía es 3.943 \textdollar + 5.391 \textdollar = 9.334 \textdollar/año.
\vskip1.000000\baselineskip
El ahorro de capital es de 276.000 \textdollar
y el ahorro anual es de 9.943 \textdollar.
\vskip1.000000\baselineskip
Un filtro en fase gaseosa de cama profunda está
disponible para el uso y tiene estas características
- \bullet
- Su eficiencia, de acuerdo con AS1668.2:1991, para la remoción de olores e irritantes relevantes, no es menor del 98% (es decir 0,98) durante su tiempo de vida estimado de 3 años
- \bullet
- La resistencia a la corriente de aire a través de él es sustancialmente constante y no mayor de 500 Pascales
- \bullet
- El filtro está disponible en módulos fácilmente ensamblados de 1000 l/s (capacidad de flujo de aire) a un costo instalados de 1500 \textdollar cada uno.
- Y el costo de material de limpieza de aire en cada módulo (incluyendo la instalación etc.) es de 1.500 \textdollar
- \bullet
- Los módulos pueden rellenarse con nuevo material de limpieza del aire.
- Ahorros potenciales (arriba) = 276.000 \textdollar
- Costos del módulo 12*1500 = 18.000 \textdollar
- Ahorros de capital neto = 258.000 \textdollar.
\vskip1.000000\baselineskip
- Flujo de aire requerido a través de la unidad
- en fase gaseosa = 1000 personas * (15-3,5) l/s/0,98 = 11.735 l/s
- Calentamiento/enfriamiento ahorrado = 9.334 \textdollar
- Costos materiales anuales de la limpieza del aire = 6.000 \textdollar (12 recambios de módulo @ 1.500 \textdollar/3 años)
- Costos de energía del ventilador = 500 (Pa) * 11,735 (m^{3}/seg.)/0,70 (eficiencia del ventilador) * 2.500 (horas/año) @ 0,12 \textdollar(/kWh.) = 2.515 \textdollar
- TOTAL (neto) ahorro = 819 \textdollar, digamos 800 \textdollar.
- \bullet
- un ahorro por anticipado de 258.000 \textdollar resulta en un ahorro anual de 800 \textdollar cuando se realiza un análisis bastante pesimista.
- \bullet
- probablemente, en circunstancias medias de aplicación en las áreas de clima moderado habría un ahorro del costo de operación neto
- \bullet
- en condiciones climáticas menos moderadas que aquéllas utilizadas en el ejemplo, se obtendrían ahorros de capital y de operación mayores
- \bullet
- ahorros capitales significativos parecen probables en la mayoría de las circunstancias de aplicación.
En otras formas de la disposición cualquier
número y/o combinación de espacios están sirvidos por cualquier
número y/o combinación de control del aire y/o acondicionamiento del
aire, y/o sistemas de ventilación y/o dispositivos.
Muchas otras permutaciones y combinaciones de
unidades de control de aire, espacios acondicionados y/o ventilados
y dispositivos de limpieza de aire en fase gaseosa de cama gruesa
son posibles y factibles.
\vskip1.000000\baselineskip
Este listado de referencias citadas por el
solicitante tiene como único fin la conveniencia del lector. No
forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha puesto
gran cuidado en la compilación de las referencias, no pueden
excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza cualquier
responsabilidad en este sentido.
\bullet US 5635133 A
\bullet JP 11244641 A
\bullet JP 6031133 A.
Claims (24)
1. Un aparato (1) para eliminar los
contaminantes gaseosos de un flujo de aire de entrada (2) que
incluye:
un medio para dividir la toma del flujo de aire
(2) en un primer flujo de aire (3) y por lo menos otro flujo de
aire (4) tal que el primer flujo de aire (3) es pequeño cuando se
compara a la suma del primer flujo de aire (3) y cada uno de los
otros flujos de aire (4);
un dispositivo de limpieza en fase gaseosa (5)
para limpiar el primer flujo de aire (3); y
un medio para combinar el primer flujo de aire
limpio (11) y todos los otros flujos de aire (4) para formar un
flujo de aire de salida (12);
caracterizado porque el dispositivo de
limpieza en fase gaseosa (5) incluye una cama de limpieza (8) que
tiene un espesor mayor que el Espesor Crítico para el contaminante
en cuestión y a través del cual pasa el primer flujo de aire
completo (3).
2. Un aparato según la reivindicación 1, en
donde la cama de limpieza (8) incluye una cama de limpieza
adsorbente.
3. Un aparato según la reivindicación 1, en
donde la cama de limpieza (8) incluye una cama de limpieza
quimisortiva.
4. Un aparato según la reivindicación 1, en
donde la cama de limpieza (8) incluye una cama de limpieza
catalítica.
5. Un aparato según la reivindicación 1, en
donde la cama de limpieza incluye al menos dos camas seleccionadas
de una cama de limpieza adsorbente, una cama de limpieza
quimisortiva y una cama de limpieza catalítica.
6. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en donde el dispositivo de limpieza de
gas (5) incluye un ventilador (10).
7. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en donde el dispositivo de limpieza en
fase gaseosa (5) incluye al menos un filtro de detención de
partículas (7).
8. Un aparato según la reivindicación 7 en donde
un filtro de detención de partículas (7) se posiciona a
contracorriente de la cama (8).
9. Un aparato según la reivindicación 7 en donde
un filtro de detención de partículas (9) se posiciona a favor de la
corriente de la cama (8).
10. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en donde el flujo de aire de entrada (2)
se divide en un primer flujo de aire (3) y un segundo flujo de aire
(4).
11. Un aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en donde la proporción constante del
contaminante eliminado del primer flujo de aire (3) es por lo menos
98%.
12. Un método para eliminar los contaminantes
gaseosos de un flujo de aire de entrada (2) que incluye los pasos
siguientes:
- dividir el flujo de aire de entrada (2) en un primer flujo de aire (3) y por lo menos un otro flujo de aire (4);
- limpiar el primer flujo de aire (3) pasando el primer flujo de aire entero (3) a través de un dispositivo de limpieza en fase gaseosa (5) que incluye una cama de limpieza (8) teniendo un espesor mayor que el Espesor Crítico para el contaminante en cuestión; y
- combinar el primer flujo de aire limpio (11) y todos los otros flujos de aire (4) para formar un flujo de aire de salida (12);
donde el primer flujo de aire (3)
es pequeño comparado con la suma del primer flujo de aire (3) y cada
uno de los otros flujos de aire
(4).
13. Un método según la reivindicación 12, en
donde la cama de limpieza (8) incluye una cama de limpieza
adsorbente.
14. Un método según la reivindicación 12, en
donde la cama de limpieza (8) incluye una cama de limpieza
quimisorbente.
15. Un método según la reivindicación 12, en
donde la cama de limpieza (8) es una cama de limpieza
catalítica.
16. Un método según la reivindicación 12, en
donde la cama de limpieza (8) incluye por lo menos dos camas
seleccionadas de una cama de limpieza adsorbente, una cama de
limpieza quimisorbente y una cama de limpieza catalítica.
17. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 16 en donde el dispositivo de limpieza de gas
(5) incluye un ventilador (10).
18. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 17 en donde el dispositivo de limpieza en fase
gaseosa (5) incluye por lo menos un filtro de retención de
partículas (7).
19. Un método según la reivindicación 18 en
donde un filtro de retención de partículas (7) se posiciona a
contracorriente de la cama (8).
20. Un método según la reivindicación 18 en
donde un filtro de retención de partículas (9) se posiciona a favor
de la corriente de la cama (8).
21. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 20 en donde el flujo de aire de entrada (2) se
divide en un primer flujo de aire (3) y un segundo flujo de aire
(4).
22. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 21 en donde la proporción constante del
contaminante eliminado del primer flujo de aire (3) es por lo menos
98%.
23. Un sistema de limpieza de aire para eliminar
el contaminante de por lo menos un espacio (31) incluyendo al menos
un aparato (7) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
11.
24. Un sistema de limpieza de aire para eliminar
el contaminante de al menos un espacio (31) utilizando al menos un
método según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 22.
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