Parte 29 · Clase 283 de 830

ARQ-283 · Infiltración, ventilación y recuperación de calor

Parte 29 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.17.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-282, ARQ-274, ARQ-278. Sin calendario. Casos, series y parámetros ficticios, salvo antecedentes atribuidos. No son mediciones de un edificio ni pronósticos. Revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Cómo evaluar recuperación de calor y ventilación cuando suministro, extracción e infiltración no son el mismo flujo, y por qué una efectividad alta no equivale a eliminar todas las pérdidas energéticas del aire?

Resultado y continuidad

ARQ-282 incorporó un caudal sensible sin recuperación. Esta clase abre REC-AIRE-01, dos corrientes ideales a distinta temperatura y capacidad térmica. No modifica automáticamente el caudal de ENE-BASE-01. Derivarás temperaturas de salida, separarás infiltración y auxiliares y revisarás un balance completo. El ejercicio no diseña un sistema de calidad de aire ni establece tasas mínimas de ventilación.

1. Identificar las corrientes antes de calcular

Suministro es aire introducido mediante el sistema definido; extracción es aire retirado por su recorrido. Infiltración y exfiltración describen otros intercambios a través de la envolvente. Pueden relacionarse con presiones y operación, pero no se consideran automáticamente iguales o recuperados.

Un recuperador puede intercambiar energía entre dos corrientes sin que eso signifique que toda la masa de aire del edificio pasa por él. Las fugas, desbalances, derivaciones y estados de control necesitan identificación. Una eficiencia aplicada a un caudal total sin esa frontera puede anunciar un ahorro inexistente.

El plano debe mostrar tomas, descargas, redes y relación con los espacios. La conexión térmica no resuelve por sí sola riesgos de recirculación, filtración, mantenimiento o contaminación cruzada. Esas funciones requieren análisis propios y fuentes sectoriales pertinentes.

2. Capacidad térmica de flujo

Para cada corriente, definimos Ċ=ṁcp, expresada en W/K. No es capacidad almacenada en J/K. Un caudal de masa que transporta calor puede tener una Ċ distinta de la otra corriente aunque ambas tengan temperaturas igualmente separadas.

El máximo intercambio sensible ideal sin cambiar de fase está limitado por Ċ_min(T_caliente,entrada−T_fría,entrada). La efectividad ε expresa la fracción de ese máximo alcanzada bajo la definición adoptada. Por tanto, Q̇=ε Ċ_min ΔT.

La documentación técnica de intercambiadores relaciona efectividad, capacidades de ambas corrientes y temperaturas resultantes [ENE-HX]. Nuestro caso adopta ε constante para enseñar balances, sin modelar geometría, condensación, escarcha, fugas ni controles de derivación.

3. Derivar las temperaturas de salida

Si la corriente fría recibe Q̇, su salida es Tf,sal=Tf,ent+Q̇/Ċf. La caliente pierde el mismo Q̇ y sale a Tc,sal=Tc,ent−Q̇/Ċc. Las dos variaciones de temperatura solo son iguales cuando las capacidades de flujo son iguales.

La comprobación independiente multiplica cada cambio térmico por su Ċ y verifica que ambas potencias coincidan. Promediar temperaturas de salida o imponer la misma variación sin considerar caudales puede violar conservación aunque el número resultante parezca razonable.

En ausencia de una fuente adicional, el intercambio sensible no produce más potencia por la corriente fría que la retirada de la caliente. Si un equipo incluye ventiladores, calentadores o condensación, esos términos necesitan añadirse a la frontera apropiada, no esconderse dentro de un promedio.

4. Caso trabajado con flujos desiguales

REC-AIRE-01 tiene suministro con Ċs=60 W/K a 5 °C y extracción con Ċe=40 W/K a 21 °C. La efectividad sensible adoptada es 0,75. La diferencia de entrada es dieciséis kelvin y la menor capacidad, cuarenta.

La potencia recuperada es 0,75×40×16=480 W. El suministro sale a 5+480/60=13 °C; la extracción, a 21−480/40=9 °C. La corriente fría sube ocho grados y la caliente baja doce, manteniendo el mismo intercambio.

Aplicar directamente el setenta y cinco por ciento de la diferencia de temperaturas a la corriente de suministro habría dado 17 °C. Ese cálculo equivale a otras condiciones de capacidad. En la base, el aumento de suministro es el cincuenta por ciento del salto inicial, aunque la efectividad del equipo respecto de Ċ mínima sea 0,75.

Figura 283. Ambas corrientes intercambian 480 W; sus cambios de temperatura son diferentes porque sus capacidades térmicas de flujo difieren.

5. Lo que todavía debe aportar el sistema

Si se pretende llevar el suministro desde trece hasta veintiún grados, falta 60×8=480 W. Sin recuperación habría necesitado 60×16=960 W. El recuperador reduce esa necesidad en 480 W bajo el estado descrito, sin eliminarla.

El desbalance entre suministro y extracción no se resuelve únicamente con el intercambiador. En un edificio real requiere un balance de masa que identifique otros recorridos y presiones. Aquí no se inventa una infiltración para completar el sistema sin datos; el modelo del equipo y el del edificio mantienen fronteras diferentes.

Puede añadirse un flujo auxiliar explícito: REC-INF-01 adopta una infiltración con coeficiente sensible de veinte W/K, que no pasa por el recuperador. Para el mismo salto de dieciséis kelvin añade 320 W. La carga conjunta considerada sería 480+320=800 W, no un veinticinco por ciento de todas las pérdidas originales.

6. Calor recuperado y electricidad auxiliar

Supón un ventilador adicional que utiliza treinta W eléctricos durante este estado. Si una bomba de calor con COP constante de tres hubiera suministrado los 480 W térmicos recuperados, la electricidad evitada en ese subbalance sería 160 W. Restando los treinta auxiliares adicionales quedarían 130 W de reducción neta, bajo todas esas hipótesis.

No se resta treinta W eléctricos directamente de 480 W térmicos y se presenta la diferencia como ahorro de compra. Hay que convertir según el sistema desplazado y comprobar qué ventiladores estaban ya incluidos en la base. Si el COP o los caudales cambian, la comparación también.

En el límite didáctico, con auxiliares adicionales de 160 W, esa reducción eléctrica sería cero. El resultado no decide conveniencia total: no incluye inversión, acústica, mantenimiento, calidad de aire ni otros estados. Sirve para mostrar cómo cambian las conclusiones al ampliar correctamente la frontera.

7. Efectividad no es una constante de toda temporada

El dato adoptado puede depender de caudal, temperaturas, humedad y controles. Un bypass puede evitar recuperación cuando no se desea; un control de escarcha puede modificar flujos o requerir energía. La documentación del equipo debe indicar qué condiciones respalda cada prestación.

No se multiplica una potencia favorable por todas las horas del año sin comprobar operación. Cuando las temperaturas de entrada se aproximan, la potencia sensible recuperable disminuye aunque ε conserve su valor. Si se invierte el salto, también se invierte la dirección del intercambio.

Las corrientes pueden transportar humedad. Un modelo exclusivamente sensible no predice intercambio latente ni condensación. ARQ-278 proporciona herramientas para plantear otra frontera, pero sus estados de humedad no pertenecen a REC-AIRE-01. Incorporarlos requeriría datos y una variante explícita.

8. Integración arquitectónica

Las redes y equipos necesitan espacio, acceso, drenaje cuando corresponda y una ubicación compatible con otras funciones. Reducir un conducto para resolver una interferencia puede alterar caudal, ruido o energía de ventiladores. La coordinación de ARQ-210 reaparece aquí con prestaciones energéticas concretas.

Las tomas y descargas deben estudiarse respecto del entorno y de los espacios servidos. El cálculo de efectividad no evalúa por sí solo aire de entrada, proximidad a fuentes o posibilidad de mantenimiento. Tampoco una buena estanqueidad elimina necesidades de ventilación controlada.

La operación debe poder reconocer estados: equipo detenido, bypass, filtro o componente que requiere atención y condiciones de prueba. No se deben improvisar instrucciones de mantenimiento desde un ejemplo; se solicita documentación y revisión competente. La clase organiza las preguntas y evita que una cifra de catálogo cierre todo el expediente.

9. Registro de comprobaciones

Para comparar alternativas, registra capacidades de flujo, temperaturas, energía auxiliar y frontera de medición. Conserva lo calculado como modelo hasta disponer de ensayos pertinentes. Una lectura de temperatura aislada no permite calcular potencia sin el flujo asociado.

La revisión de un equipo real necesita también identificar incertidumbres, simultaneidad y sensores. No combines una temperatura de un día con un caudal de otro para presentar una efectividad medida. ARQ-289 profundizará sincronización y pruebas funcionales; aquí se deja explícita su necesidad.

Diferenciar desbalance de caudales y balance del edificio

El recuperador del ejemplo admite corrientes con capacidades térmicas distintas porque se analiza un componente. Al integrarlo en un edificio, la conservación de masa exige investigar por dónde entra o sale la diferencia y qué otros sistemas funcionan a la vez. No basta sumar una infiltración elegida para obtener un resultado atractivo.

Por eso el término auxiliar de veinte W/K se mantiene como hipótesis independiente. No se afirmó que compensara exactamente las dos corrientes, ni que conservara igual humedad y densidad. Un modelo global necesitaría fronteras, conexiones y estados compatibles. Esta separación permite aprender la efectividad del intercambiador sin fabricar una red de ventilación que el ejercicio todavía no ha definido.

Práctica independiente

Dos corrientes equilibradas tienen ochenta W/K cada una. Entran a cero y veinte grados; la efectividad sensible ficticia es 0,60. Calcula potencia intercambiada y temperaturas de salida. Se añade un flujo no recuperado de diez W/K con el mismo salto: calcula la potencia que falta para llevar el suministro y ese flujo hasta veinte grados.

Si los auxiliares adicionales consumen cincuenta W y el sistema desplazado tiene COP de cuatro, calcula la reducción eléctrica neta atribuible al intercambio bajo estas condiciones. Explica dos razones por las que no representa un ahorro anual.

Autoevaluación y enlace

Puedes reconstruir potencia desde ambas corrientes y mantener separados calor, electricidad y flujos no tratados. ARQ-284 analizará ganancias internas y solares: su momento y lugar de entrada también importan, y no toda ganancia reduce una necesidad en igual cantidad.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Cómo evaluar recuperación de calor y ventilación cuando suministro, extracción e infiltración no son el mismo flujo, y por qué una efectividad alta no equivale a eliminar todas las pérdidas energéticas del aire?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 3 de la Parte 29. Se estudia después de ARQ-282 · Balances de calor y pérdidas de transmisión porque usa esa base para responder «¿Cómo evaluar recuperación de calor y ventilación cuando suministro, extracción e infiltración no son el mismo flujo, y por qué una efectividad alta no equivale a eliminar todas las pérdidas energéticas del aire?». Se ubica antes de ARQ-284 · Ganancias internas y solares porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-282, ARQ-274, ARQ-278
• Capacidad que introduce: ARQ-282 incorporó un caudal sensible sin recuperación. Esta clase abre REC-AIRE-01 , dos corrientes ideales a distinta temperatura y capacidad térmica. No modifica automáticamente el caudal de ENE-BASE-01.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-284, ARQ-286, ARQ-289

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-282, ARQ-274, ARQ-278"] --> B["ARQ-283 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · ENE-HX EnergyPlus 24.2: Heat Exchangers + CLI-AIRNET EnergyPlus 24.2: AirflowNetwork Model + ENE-COP University…"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-284, ARQ-286, ARQ-289"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de infiltración, ventilación y recuperación de calor.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: ARQ-282 incorporó un caudal sensible sin recuperación. Esta clase abre REC-AIRE-01 , dos corrientes ideales a distinta temperatura y capacidad térmica. No modifica automáticamente el caudal de ENE-BASE-01.
3. Justificar una decisión de infiltración, ventilación y recuperación de calor mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Dos corrientes equilibradas tienen ochenta W/K cada una. Entran a cero y veinte grados; la efectividad sensible ficticia es 0,60. Calcula potencia intercambiada y temperaturas de salida.

Evidencia mínima: ARQ-282 incorporó un caudal sensible sin recuperación. Esta clase abre REC-AIRE-01 , dos corrientes ideales a distinta temperatura y capacidad térmica. No modifica automáticamente el caudal de ENE-BASE-01.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-283/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Cómo evaluar recuperación de calor y ventilación cuando suministro, extracción e infiltración no son el mismo flujo, y por qué una efectividad alta no equivale a eliminar todas las pérdidas energéticas del aire?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Dos corrientes equilibradas tienen ochenta W/K cada una. Entran a cero y veinte grados; la efectividad sensible ficticia es 0,60. Calcula potencia intercambiada y temperaturas de salida.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-284.
• Puedes reconstruir potencia desde ambas corrientes y mantener separados calor, electricidad y flujos no tratados. ARQ-284 analizará ganancias internas y solares: su momento y lugar de entrada también importan, y no toda ganancia reduce una necesidad en igual cantidad.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-284 · Ganancias internas y solares; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los modelos, datos, figuras, prácticas y soluciones son elaboraciones originales. Consulta de fuentes nuevas: 22 de septiembre de 2026. Las referencias heredadas conservan su alcance. No se afirma aplicación íntegra de normas ni ejecución de simuladores externos.

[ENE-HX] EnergyPlus 24.2: Heat Exchangers

EnergyPlus / U.S. Department of Energy. https://bigladdersoftware.com/epx/docs/24-2/engineering-reference/heat-exchangers.html

Consulta: Efectividad sensible, capacidad térmica de cada corriente y temperaturas de salida. Apoyo: Cerrar balances cuando los caudales de suministro y extracción difieren. Límite: No se diseñan recuperadores, controles de escarcha ni protocolos de calidad de aire.

[CLI-AIRNET] EnergyPlus 24.2: AirflowNetwork Model

EnergyPlus / U.S. Department of Energy. https://bigladdersoftware.com/epx/docs/24-2/engineering-reference/airflownetwork-model.html

Consulta: Red de presiones, conservación de masa, viento y flotabilidad. Apoyo: Relacionar aberturas, presiones y continuidad del flujo. Límite: El modelo de dos aberturas es independiente; no es CFD ni selección de aberturas para una obra.

[ENE-COP] University Physics Volume 2, 4.3: Refrigerators and Heat Pumps

OpenStax / Rice University. https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/4-3-refrigerators-and-heat-pumps

Consulta: Sección sobre conservación de energía y coeficientes de desempeño. Apoyo: Distinguir transferencia de calor de generación de energía y calcular COP. Límite: Casos originales; no se copian ejemplos del libro ni se seleccionan equipos.