ES1273204U - Unidad difusora de aire - Google Patents
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Abstract
Unidad difusora y extractora de aire (1) de climatización, destinada a localizarse en un espacio superior (7) fijada en el falso techo (11) de una habitación (8), preferentemente de un quirófano y más concretamente en el mismo espacio vertical en el que se encuentra la mesa de operaciones en el interior del quirófano; y adicionalmente conectada a una UTA, caracterizada dicha unidad difusora y extractora de aire (1) porque comprende: - al menos una conexión de entrada de aire (3) destinada a conducir el aire de impulsión desde una UTA hasta la unidad difusora (1), - un plénum de impulsión (2) que recibe a la conexión de entrada (3) y está destinada a albergar el flujo de aire que desemboca desde la conexión de entrada (3), - al menos un filtro (4) que se sitúa en el plénum de impulsión (2) y que está destinado a depurar el aire que atraviesa el plénum de impulsión (2), - una zona perimetral de impulsión (5) que conecta con el plénum de impulsión (2) y que está destinada a expulsar el aire filtrado desde la plénum de impulsión (2) a la habitación (8), - un plénum de extracción (10) de aire, localizado en la parte central de la unidad difusora y extractora de aire (1), - al menos una rejilla difusora de flujo laminar (9) que está situada en la zona que limita el plénum de extracción (10) y la habitación (8) y que está destinada a convertir en flujo laminar el flujo de aire que se extrae de la habitación (8). - al menos un conducto de retorno (6), conectado con el plénum de extracción (10) y que atraviesa la rejilla difusora de flujo laminar (9), destinado a recoger el aire de la habitación (8) y a desalojar las partículas producidas en la habitación (8) conduciendo el flujo de aire de vuelta a la unidad de tratamiento de aire o UTA.
Description
DESCRIPCIÓN
UNIDAD DIFUSORA DE AIRE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención se refiere a una unidad difusora y extractora de aire, de forma simultánea, que está destinada a localizarse en el techo de salas blancas o salas de ambiente controlado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidas en el estado de la técnica las unidades difusoras de aire en espacios interiores de una estancia convencional.
En todos los locales climatizados siempre necesitamos impulsar un caudal de aire con el que se aporte la energía necesaria para compensar las ganancias o pérdidas de calor sensible requeridas.
El sistema de difusión es la parte final y la más visible de un sistema de climatización y de él depende el adecuado funcionamiento de la instalación.
El bienestar del ocupante radica en su confort térmico (humedad, temperatura y velocidad del aire), pero es también determinante la calidad del aire interior, en la que se incluyen la ausencia de polvo o de otros contaminantes de tipo químico y las renovaciones de aire, que se llevan a cabo, entre otros motivos y según el lugar climatizado, con objeto de limitar las concentraciones de CO2, gas que generamos las personas con nuestra respiración.
En las conocidas como salas blancas o salas de ambiente controlado (quirófanos, laboratorios, empresas de fabricación de medicamentos, boxes de aislamiento para enfermos inmunodeprimidos o infectocontagiosos), resulta primordial también evitar la presencia, en el aire impulsado, de contaminantes biológicos como pueden ser microorganismos, bacterias, virus o esporas de hongos.
La difusión de aire (el modo de esta difusión) por tanto, es en muchos casos como el comentado algo muy importante, y su diseño y su éxito estriban en los filtros (tipos) existentes
hasta el punto de salida del aire a la sala, en cómo trabaja el difusor, en qué caudal impulsa o en qué dirección y a qué temperatura y velocidad y hasta dónde alcanza dicho caudal, esto es, si se logra actuar sobre la totalidad del ambiente que se pretende climatizar.
Hay que tener muy en cuenta que, al impulsar aire en un local a una velocidad elevada (para que el chorro alcance la distancia que debe), quienes ocupan el mismo no se sientan molestos con la corriente provocada, o sea que el aire, a la zona de ocupación no debe llegar a una velocidad elevada.
Hay que tener en cuenta también que los movimientos de aire en un local en el cual se impulsa aire dependen no solamente de la velocidad de proyección del aire soplado, sino también de las diferencias de la temperatura (inferior o superior, en función de que se trate de enfriar o calentar el ambiente) del aire introducido y del cambio de ésta a lo largo de las paredes.
En función de cómo se realiza la impulsión del aire, existen diversos modos de difusión que se corresponden con diseños diferentes del elemento final, el difusor. Estos son básicamente tres modos: mezcla de aire, desplazamiento o flujo laminar (este último método se emplea en casos muy particulares).
El sistema de difusión por mezcla de aire es el que habitualmente se utiliza en las instalaciones de climatización. Los dos sistemas más empleados son el difusor rotacional y el difusor de alta o muy alta inducción.
Con difusores de inducción o de muy alta inducción, la vena de aire se impulsa a una velocidad elevada, de modo que "arrastra” parte del aire ambiente, lo que resulta en una rápida mezcla de ambos y en una buena homogeneización de temperatura. La tasa de inducción de un difusor es la relación entre el flujo de aire mezclado y el flujo de aire impulsado. Este coeficiente da una idea de la capacidad del difusor para homogeneizar las condiciones del aire en la sala climatizada.
Estos difusores se emplean a menudo en la refrigeración y calefacción de locales de gran altura, con una fuerte diferencia de temperaturas, dado que logran que la homogeneización de las temperaturas y el descenso en la velocidad del aire se logren a una altura que no es la de ocupación.
Cuando el caudal es impulsado con cierta velocidad (más de 2,5 m/s), cerca del techo (a menos de 3 cm de éste) y en una dirección de no más de 40° sobre la horizontal, por efecto de la viscosidad del aire, la vena de aire impulsado arrastra el aire estacionario situado entre dicha vena y el techo, y esto crea una depresión que desplaza el flujo de aire de impulsión, haciendo que este se "pegue” a la superficie del techo. Este efecto es conocido como "efecto Coanda", y deriva en que el alcance del aire impulsado sea superior al que se lograría sin aprovechar este efecto.
El efecto Coanda facilita, además, que el aire impulsado no incida en la zona de ocupación sin haber antes cedido su carga térmica al aire del ambiente a climatizar y haber descendido su velocidad hasta valores que no provocan sensación de corriente de aire.
También existe la posibilidad, mediante los difusores de inducción, de provocar la mezcla de aire dentro del propio difusor, de manera que el aire que finalmente es impulsado ya se haya atemperado con parte del aire del propio local. El efecto de vacío que la impulsión produce en la zona central del difusor hace que el aire ascienda por esa zona y que la mezcla ocurra dentro del propio difusor. Con este método podemos lograr ahorros en la energía consumida, ya que podemos bajar la temperatura del caudal impulsado.
En la difusión rotacional, las venas de aire impulsadas se autoinducen, produciendo venas que giran a la vez que bajan, haciendo que la mezcla ocurra de un modo más rápido. Estos difusores se emplean en locales con techos a alturas no muy elevadas. Las características de este método de difusión hacen que el retorno del aire no ejerza casi ninguna influencia en la difusión de aire. Los perfiles de temperatura, velocidad y contaminación, con este sistema, son uniformes a lo largo de la altura del local. Se trata de una difusión turbulenta.
En la difusión de aire por desplazamiento, el aire limpio y normalmente frío se impulsa, en los locales a climatizar, cerca del suelo, con muy poca velocidad, bajo índice de turbulencia y por la totalidad de la superficie del suelo del local a climatizar.
En esta masa de aire frío, junto a las fuentes de calor (personas, equipos eléctricos), se producen corrientes convectivas ascendentes de aire que arrastran hacia la parte superior la contaminación del aire ambiente.
En este tipo de difusión, al contrario que con el Sistema de Difusión por Mezcla de Aire, se generan temperaturas y niveles de contaminación del aire que aumentan con la altura del
local, por lo que la extracción o retorno de aire debe situarse en la parte superior del mismo. En quirófanos, no obstante, no es un sistema que se emplee, dado que es en la superficie del suelo donde pueden depositarse más partículas y agentes biológicos que no conviene remover y hacer que suban.
Para aplicaciones muy específicas, se diseñaron difusores que trabajasen con lo que se conoce como flujo unidireccional o flujo laminar. Son flujos de aire controlados en los que las líneas de corriente van en una dirección, son aproximadamente paralelas y llevan una velocidad uniforme a través de la sección transversal completa de la zona en la que es impulsado el aire. En contraposición a éste, tenemos el flujo turbulento antes comentado.
El arrastre de partículas por el aire en movimiento es una función estadística que depende del caudal, de la geometría de la sala y de la ubicación de las entradas y las salidas de aire. Reynolds predijo si un flujo es laminar o turbulento a través de un parámetro adimensional, el número de Reynolds, que representa la relación entre la viscosidad y la inercia en el movimiento de un fluido. Definió que si Re < 2.000, las fuerzas viscosas serán proporcionalmente más fuertes que las de inercia, con lo que el aire tenderá a moverse en líneas paralelas de corriente; por el contrario, si Re > 4.000, las fuerzas viscosas serán débiles comparadas con las de inercia, de manera que el flujo será turbulento (corrientes de aire con recorridos irregulares).
La función principal de un flujo laminar, en la climatización de quirófanos, era crear una zona, justo sobre la mesa de operaciones, libre de partículas y de contaminación (bacterias, virus y esporas de hongos adheridos a las partículas), asegurando un volumen con aire completamente aséptico en dicha mesa de operaciones y a la vez lograr el aislamiento del entorno que la rodea. Para ello, en la impulsión con flujo laminar, se filtra siempre el aire impulsado con un filtro absoluto HEPA H13 o superior. El aire impulsado debe tener, además, una uniformidad de velocidad controlada, en un arco de 0,45 a 0,55 m/s.
En esta uniformidad en el flujo intervienen varios factores, siendo la pantalla difusora y la velocidad del aire impulsado los más determinantes.
Las pantallas difusoras de aire, en concreto, uniforman el flujo de aire y a la vez homogeneizan la velocidad de este. Pueden ser de varios tipos, como los que se indican a continuación:
• Lámina metálica microperforada: Láminas de acero pintado, acero inoxidable o aluminio anodizado con perforaciones de diámetro inferior o igual a 1mm
• Superficie filtrante del filtro HEPA: La superficie filtrante de los filtros HEPA puede actuar como laminador además de filtrar. Incluso hay filtros HEPA especiales dotados de superficie laminadora y/o rejilla de protección.
• Pantallas de velo: Un tejido de material sintético con una trama regular y montado en tensión sobre un bastidor metálico produce un efecto laminador sobre el flujo de aire. El material del velo suele ser poliéster con una amplitud de malla de 0,25 a 0,45 i^.
La supuesta protección del flujo laminar, en un quirófano, se basa en la continuidad y la ausencia de turbulencia en el aire impulsado tras pasar por un filtro de partículas muy fino, F13 o 14. Pero para mantener esta estabilidad del flujo, la extracción debe realizarse en la zona más baja posible y por todo el perímetro del área protegida. En este caso, por tanto, es igual de relevante la impulsión como el retorno o extracción del aire impulsado.
Aunque ocurre que precisamente en lo que se refiere a los quirófanos, donde el empleo de flujo laminar puede ser bastante habitual, no existe acuerdo acerca de sus beneficios y, a la vez, se da una pobre investigación.
El primer estudio acerca de la eficacia del flujo laminar en la prevención de infecciones (en cirugías de reemplazo de cadera y rodilla) fue realizado por Lidwell y colaboradores en la década del 80, y en un principio produjo un gran revuelo, porque afirmaba que este tipo de impulsión, en el aire de climatización, era un éxito a la hora de prevenir infecciones nosocomiales en quirófanos; pero tras aquel estudio, otros muchos han considerado en sus conclusiones que el empleo de sistemas de difusión con flujo laminar no aporta nada positivo en la seguridad de los pacientes sometidos a cirugía, y algunos de estos estudios incluso tachan a este sistema de negativo a los efectos de evitar infecciones.
Las investigaciones en quirófanos y en otras salas blancas, se han centrado históricamente en aislar el sitio quirúrgico sometiéndolo a una presión mayor que la de los espacios adyacentes, y en disminuir, por mezcla de aire limpio exterior, las concentraciones de partículas y de agentes infecciosos. Pero siempre se han olvidado de que las personas en la sala de operaciones son una fuente muy importante de carga bacteriana, ya que movilizan las partículas del medio ambiente y de su piel se desprenden diminutas escamas que pueden caer en la herida abierta.
Estas partículas circulan por la sala de operaciones a través de corrientes de aire. Los movimientos de objetos y personas (por ej., equipo, personal o muebles de la sala de
operaciones, incluyendo el abrir y cerrar puertas) generan además corrientes de aire significativas y aumentan con ello la probabilidad de que la concentración de agentes infecciosos aumente y que con ello aumente la probabilidad de que dichos agentes infecciosos se depositen en la herida quirúrgica y puedan finalmente provocar una infección.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una unidad difusora y extractora de aire destinada a localizarse en el techo de la sala blanca o de ambiente controlado, concretamente, en el techo de una sala de cirugía de un quirófano, justo encima de la mesa de operaciones.
La unidad difusora y extractora de aire comprende una conexión de entrada de aire desde la Unidad de Tratamiento de Aire (UTA) que da servicio al quirófano, un plénum de impulsión o cámara externa, un filtro absoluto, que se sitúa en el plénum separándolo en una zona superior y una zona inferior y que está destinado a depurar el aire impulsado desde la conexión de entrada, y una zona, perimetral a la unidad, en la que el aire ya filtrado se expele desde el techo del quirófano, a una velocidad superior a 2,5 m/s y con un ángulo con el techo inferior a 40°.
Asimismo, la unidad difusora de aire comprende adicionalmente unos conductos de retorno o extracción de aire, conectados a otro plénum, denominado plénum de extracción o cámara interna, que está situado en la zona central de la unidad y de forma independiente al plénum de impulsión; y en donde dichos conductos de retorno extraen aire de la sala climatizada a una velocidad cercana a los 4,5 m/s (y no superior a 5,5 m/s) y a través de una rejilla difusora de flujo laminar, desde la misma UTA antes mencionada. La unidad objeto de invención garantiza, de este modo, un flujo laminar invertido (dirigido hacia arriba) sobre la mesa de operaciones, y a la vez climatiza la sala con venas de aire radiales que, por el efecto Coanda, acentúan el efecto perseguido y a la vez climatizan correctamente la sala entera.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1- Muestra una vista interna de la unidad difusora de aire.
Figura 2- Muestra una vista inferior de la unidad difusora de aire.
Figura 3- Muestra una vista esquemática del funcionamiento de la unidad difusora de aire. Figura 4- Muestra una vista de un quirófano con la unidad difusora instalada y los flujos de aire logrados con la unidad difusora.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación, con ayuda de las figuras, una realización preferente de la unidad difusora y extractora de aire.
La Figura 1 muestra una vista interna de una unidad difusora y extractora de aire (1) destinada a localizarse en el espacio superior (7) al techo de una habitación (8) y conectada a una UTA (Unidad de tratamiento de aire), comprendiendo dicha unidad difusora y extractora de aire (1) una conexión de entrada (3) de aire de impulsión que se conecta a la UTA y un plénum de impulsión (2) que recibe a dicha conexión de entrada (3).
Por un lado, la unidad difusora y extractora de aire (1) comprende adicionalmente al menos un filtro (4) que se localiza en el plénum de impulsión (2) y que está destinado a depurar el aire que circula desde la parte superior de dicha cámara (2) hasta la inferior; y una zona perimetral de expulsión (5) conectada al plénum de impulsión (2), en la que el aire de impulsión ya ha sido filtrado, destinada a expeler el aire que circula desde el plénum de impulsión (2)
Por otro lado, centrado dentro del plénum de impulsión (2), se refleja en la Figura 1 como la unidad difusora y extractora de aire (1) comprende adicionalmente otro plénum, independiente al plénum de impulsión (2), denominado plénum de extracción (10), conectado a un conducto de retorno (6), que comunica con la habitación (8) a través de rejilla difusora de flujo laminar (9), destinado a controlar la dirección del flujo de extracción y que adicionalmente está comunicada con el conducto de retorno (6).
Con ayuda de la Figura 2, se muestra la rejilla difusora de flujo laminar (9) y la parte vista de la unidad difusora y extractora de aire (1) fijada al falso techo (11) de la habitación (8).
La Figura 3 expone el funcionamiento de la unidad difusora y extractora de aire (1). El aire de impulsión, proveniente de la conexión de entrada (3) se impulsa a través de la zona perimetral de impulsión (5). Dicho aire es depurado previamente al atravesar el filtro (4) localizado en el
plénum de impulsión (2). La geometría y la velocidad de impulsión crean un doble efecto de inducción: de una parte y por el efecto Coanda el aire se impulsa y se distribuye por la habitación, alejándose de la rejilla difusora de flujo laminar (9) ,pegado al techo, y de otro, el efecto de vacío que provoca esto en la zona central de la rejilla difusora de flujo laminar (9), crea una depresión que hace que por esta rejilla difusora de flujo laminar (9) tienda a salir aire de la misma habitación por el conducto de retorno (6). La extracción se fuerza desde la UTA del quirófano, elevando la velocidad de esta.
La Figura 4 muestra el efecto conseguido con la unidad difusora: climatizar una sala blanca, como puede ser un quirófano, sin que ocurran velocidades elevadas de corriente en el área ocupada, aprovechando el efecto Coanda y conseguir que el flujo de aire existente sobre la mesa de operaciones se dirija hacia arriba en lugar de hacerlo hacia la mesa de operaciones en la que se encuentra la persona que está siendo intervenida.
Claims (1)
1.- Unidad difusora y extractora de aire (1) de climatización, destinada a localizarse en un espacio superior (7) fijada en el falso techo (11) de una habitación (8), preferentemente de un quirófano y más concretamente en el mismo espacio vertical en el que se encuentra la mesa de operaciones en el interior del quirófano; y adicionalmente conectada a una UTA, caracterizada dicha unidad difusora y extractora de aire (1) porque comprende:
- al menos una conexión de entrada de aire (3) destinada a conducir el aire de impulsión desde una UTA hasta la unidad difusora (1),
- un plénum de impulsión (2) que recibe a la conexión de entrada (3) y está destinada a albergar el flujo de aire que desemboca desde la conexión de entrada (3),
- al menos un filtro (4) que se sitúa en el plénum de impulsión (2) y que está destinado a depurar el aire que atraviesa el plénum de impulsión (2),
- una zona perimetral de impulsión (5) que conecta con el plénum de impulsión (2) y que está destinada a expulsar el aire filtrado desde la plénum de impulsión (2) a la habitación (8),
- un plénum de extracción (10) de aire, localizado en la parte central de la unidad difusora y extractora de aire (1),
- al menos una rejilla difusora de flujo laminar (9) que está situada en la zona que limita el plénum de extracción (10) y la habitación (8) y que está destinada a convertir en flujo laminar el flujo de aire que se extrae de la habitación (8).
- al menos un conducto de retorno (6), conectado con el plénum de extracción (10) y que atraviesa la rejilla difusora de flujo laminar (9), destinado a recoger el aire de la habitación (8) y a desalojar las partículas producidas en la habitación (8) conduciendo el flujo de aire de vuelta a la unidad de tratamiento de aire o UTA.
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Legal Events
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| CA1K | Utility model application published |
Ref document number: 1273204 Country of ref document: ES Kind code of ref document: U Effective date: 20210708 |
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| FG1K | Utility model granted |
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