Indicaciones sobre cómo se diseñan los conductos de aire para sistemas de ventilación.
El estudio y diseño de canales de aire para acondicionamiento representan una fase crítica y esencial en el diseño de sistemas de ventilación y HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado) eficaces y eficientes. No se puede enfatizar lo suficiente la importancia de una guía que proporcione instrucciones detalladas sobre cómo llevar a cabo este proceso.
En primer lugar, el diseño adecuado de los conductos de aire es esencial para garantizar que un edificio o instalación reciba suficiente aire fresco y que el aire acondicionado se distribuya uniformemente. Una guía que explica en detalle cómo realizar un estudio y diseño preliminar preciso de los conductos de aire permite a ingenieros y arquitectos dimensionar correctamente los sistemas, evitando sobredimensionamiento o subdimensionamiento que puede generar desperdicio de energía y costos adicionales.
Diseño adecuado
Además, el diseño adecuado de los conductos de aire es fundamental para el confort térmico y la calidad del aire interior. Los conductos mal diseñados o mal colocados pueden provocar dispersión de temperatura y flujos de aire irregulares, generando condiciones incómodas para los ocupantes debido también a ruidos molestos. Una guía detallada puede ayudar a minimizar estos problemas, asegurando que el aire se distribuya de manera consistente y que los niveles de confort térmico sean óptimos.
Punto de vista energético
Desde el punto de vista energético, la eficiencia de un sistema HVAC está directamente relacionada con el diseño de los conductos de aire. Los canales y conductos bien diseñados reducen la caída de presión y permiten una distribución de aire más eficiente, reduciendo así el consumo de energía y los costos operativos a largo plazo. Esto es particularmente importante en el contexto actual de creciente atención hacia la sostenibilidad ambiental y la eficiencia energética.
Por último, un diseño adecuado de los conductos de aire ayuda a garantizar una calidad óptima del aire interior. Esto es crucial para la salud y el bienestar de los ocupantes, ya que una mala circulación del aire puede provocar la acumulación de contaminantes y alérgenos, con posibles consecuencias para la salud respiratoria.
En conclusión, una guía detallada sobre cómo estudiar y diseñar conductos de aire para acondicionamiento es fundamental para el correcto diseño y funcionamiento eficaz de los sistemas HVAC. Esta guía creada por Itieffe ofrece una base sólida para garantizar la eficiencia energética, el confort, la calidad del aire interior y el ahorro a largo plazo, contribuyendo así a crear entornos más saludables, sostenibles y confortables.
Estudio de proyecto de conductos de aire
ESTUDIO Y PROYECTO DE CONDUCTOS DE AIRE
Para el cálculo de un sistema de ventilación que requiere conductos de aire, es necesario seguir un procedimiento ordenado que se puede esquematizar de la siguiente manera.
1) Un estudio cuidadoso del plano del edificio y del edificio en sí. para diseñar la planta más conveniente. evitando en la medida de lo posible todos los obstáculos y asegurando todo el acceso necesario a sus componentes. Al mismo tiempo procurando que el proyecto sea sencillo y que incluya amplias curvas y variaciones graduales de sección.
2) Una ubicación de las salidas de los conductos que asegure una adecuada distribución del aire en la habitación a ventilar.
3) Determine el tamaño de las salidas en función del volumen de aire requerido. su número y la velocidad permitida. para obtener el lanzamiento deseado. sin olvidar. sin embargo, que a medida que aumenta la velocidad también aumenta el ruido y asegurándose de que todas las rejillas de ventilación tengan una superficie libre adecuada.
4) Calcule las dimensiones de todos los conductos y ramas principales utilizando uno de los dos métodos siguientes:
- a) método basado en la velocidad: preestableciendo la velocidad del aire en los diferentes puntos del circuito partiendo de su valor máximo en el conducto principal hasta su mínimo en la salida al ambiente
- b) método basado en igual resistencia: el conducto se proporciona de manera que se obtenga una pérdida de presión por fricción igual por unidad de desarrollo del conducto.
VELOCIDAD DEL AIRE EN LOS CONDUCTOS
|
ubicación |
edificios civiles m / s |
entornos industriales m / s |
|
Tomó aire fresco |
4 – 5 |
6 – 8 |
|
Conducto principal conectado al ventilador |
4 – 5 |
6 – 12 |
|
Ramas del conducto |
2 – 5 |
3 – 6 |
|
Ramas verticales |
1,5 – 3 |
2 – 4 |
|
Ventilaciones, parrillas, etc. |
0,5 – 2 |
1 – 5 |
En entornos industriales, se permiten velocidades de aire más altas, porque el ruido resultante es un factor insignificante.
Se puede hacer una consideración similar para otros entornos particulares. Normalmente, la distribución del aire desde el ventilador a las salidas se realiza, primero con un colector principal y luego con ramales simples, en lugar de con más conductos pertenecientes al ventilador por separado, y esto por razones obvias de economía en el costo del planta.
MÉTODO BASADO EN VELOCIDAD
Este método, para establecer las dimensiones de los conductos de aire, implica la elección arbitraria de las velocidades en los diferentes tramos del sistema, comenzando, como se mencionó, desde las velocidades más altas cerca del ventilador para llegar, con reducciones progresivas, a inferior en los distintos ramales y por tanto en las rejillas o rejillas de ventilación que introducen el aire en la estancia a ventilar.
Ejemplo 1
La figura 1 muestra un sistema simple, destinado a un entorno civil, equipado con seis respiraderos de entrada de 850 m3/ h cada uno en los puntos EE, FF, GG.
La planta, por lo tanto, se calculará para un caudal aire total de 6 x 850 = 5.100 m3/ H.
El conducto principal está dado por los tramos ABC D.
Sección AB del conducto principal
Este tramo tiene 5.100 m3/ hy suponiendo que el ruido es un factor insignificante, la velocidad en este tronco puede ser de 5 m / s.
Superficie de sección AB
Sección BC del conducto principal
Aquí el factor de ruido se vuelve más importante y es bueno adoptar una velocidad de 4 m / s. Este tramo tiene 5.100 m3/ h, menos el aire derivado de los dos brazos BG, es decir, 5.100 - 1.700 = 3.400 m3/ H.
Superficie de la sección BG
Sección de CD del conducto principal
Como esta sección del conducto principal está alejada del ventilador y solo alimenta a los dos brazos DE. la velocidad adecuada y 2,5 m / s.
Este tramo tiene 5.100 m3/ h menos el aire derivado en los cuatro brazos BG y CF, es decir, 5.100 - (1700 - 1.700) = 1.700 m3/ H.
Superficie de la sección de CD
Derivación DE
Dado que en cada ramal solo hay una salida E, los dos tramos de conducto tendrán las mismas dimensiones y suponiendo que la velocidad más adecuada sea 2 m / s para un alcance de 850 m3/ h tendremos:
Superficie de sección DE
Ahora, conociendo las áreas de las secciones de los conductos, se pueden establecer las dimensiones reales, teniendo en cuenta que para facilitar la construcción es aconsejable, en correspondencia con cada variación de sección, variar solo una de las dos dimensiones.
En el ejemplo considerado, las dimensiones adecuadas podrían ser:
AB = 810 X 350 mm = 0,283 m2
BC = 675 X 350 mm = 0,236 m2
CD = 675 X 280 mm = 0,189 m2
Diámetro exterior = 425 X 280 mm = 0,119 m2
MÉTODO BASADO EN IGUALDAD DE RESISTENCIA
Este método, para establecer las dimensiones de los conductos de aire, es probablemente mejor que el método anterior; tiene como objetivo asegurar una buena distribución especialmente en aquellas plantas que tienen un desarrollo considerable en longitud.
Con él, además, no es necesario, al menos en cierta medida, cierta experiencia para determinar las velocidades más adecuadas en las diferentes partes de la planta; sólo hay que establecer a priori una velocidad: la del último tramo del sistema.
Una vez fijadas las dimensiones de este tramo, las demás velocidades se calculan de tal forma que tengan la misma caída de presión por unidad de longitud del conducto.
El diagrama de la Figura 4 muestra la pérdida de presión en mm cda [o kg / m2) para conductos circulares de diferentes tamaños y que transporten las cantidades de aire indicadas; es posible leer la caída de presión para una sección determinada y, por lo tanto, las dimensiones de las otras secciones del conducto se pueden establecer leyendo el diámetro correspondiente a la misma caída de presión en función del flujo de aire respectivo.
En base a la tabla 1. también es posible obtener los diámetros de los conductos circulares equivalentes, conociendo las dimensiones de los lados de los conductos rectangulares y viceversa.
Ejemplo 2
Partiendo del conducto DE, considerado en el ejemplo ya mencionado, y asumiendo una velocidad de 2 m / s:
tamaño del conducto:
Diámetro equivalente de conducto circular = 0,388 m.
Del diagrama de la figura 4, la caída de presión para 1 m de conducto es igual a 0,013 mm cda
El conducto de CD lleva 1700 m3/ h, la caída de presión para una longitud de 1 m es de 0,013 mm cda
Diámetro del conducto circular equivalente = 500 mm.
El conducto BC lleva 3.400 m3/ h, la caída de presión para 1 m es siempre 0,013 mm cda
Diámetro de conducto circular equivalente = 650 mm.
El conducto AB lleva 5.100 m3/ h, la caída de presión para I in es siempre 0,013 mm cda
Diámetro de conducto circular equivalente = 770 mm.
De esta forma, hemos establecido las dimensiones de los canales, asumiendo que están formados por conductos de sección circular. Para obtener los correspondientes conductos rectangulares se puede utilizar la tabla l adoptando las siguientes proporciones.
|
Realizado |
mm de diámetro |
Conducto rectangular equivalente aproximado |
|
DE Ø |
388 |
400 X 320 |
|
CD Ø |
500 |
680 X 320 |
|
BC Ø |
650 |
680 X 520 |
|
AB Ø |
770 |
960 X 520 |
Cabe señalar que este método simplemente establece las dimensiones de los conductos del sistema; de esto no se sigue automáticamente que cada boquilla tenga la cantidad exacta de aire preestablecida.
Las salidas más cercanas al ventilador pueden dar un poco más de aire que las ubicadas en los extremos del sistema.
En este sentido, un diseño más preciso del sistema implicaría largos cálculos y, con toda probabilidad, dimensiones fraccionarias de los conductos.
En los casos en los que es fundamental una distribución exacta del aire, es completamente normal utilizar compuertas que permiten regular los caudales en las ramas individuales.
Finalmente, es necesario tener mucho cuidado en el dimensionamiento de curvas, cambios de sección, en la evaluación de obstáculos, etc., para mantener la caída de presión en el sistema lo más baja posible y lograr ahorros de energía en el funcionamiento del ventilador.
La figura 3. da algunos ejemplos de elementos que componen los sistemas de ventilación en sus posibles situaciones.
CONVERSIÓN DE PRESIÓN DINÁMICA EN PRESIÓN ESTÁTICA
En muchos casos, el ventilador elegido para una red de conductos determinada es un ventilador pequeño con alta velocidad de rotación y alta velocidad de suministro de aire.
Esto da como resultado una alta presión dinámica y, por lo tanto, una alta energía cinética.
En estos casos es recomendable que esta energía se reutilice para aumentar el rendimiento del ventilador en lugar de dejar que se disipe.
Esto se puede lograr si, antes de la descarga de aire final, la velocidad del aire mismo se reduce convenientemente con una pérdida mínima, hasta que la presión dinámica sea razonablemente baja.
La energía así recuperada aumenta la presión estática desarrollada por el ventilador.
En la práctica, esto se logra utilizando un conducto divergente, denominado difusor, que tiene un diámetro final que es función de la velocidad de descarga deseada.
El ángulo de divergencia es importante; de ello dependen las posibilidades de recuperar la energía cinética, pero no se debe descuidar el espacio ocupado y el coste del propio difusor.
En general se puede decir que en un difusor el ángulo de divergencia total no debe exceder los 10 ° para obtener una buena recuperación, mientras que es completamente inútil si su apertura es de 60 ° o más.
El diagrama de la figura 5 indica las proporciones y dimensiones óptimas, para difusores colocados en la entrega de un ventilador, correspondientes a diferentes porcentajes de recuperación de la presión dinámica del ventilador.
El mismo principio se puede aplicar cuando el ventilador no descarga con la boca libre, sino que alimenta una red de conductos, con la diferencia de que la presión dinámica del aire en movimiento no se pierde en el extremo del difusor sino que se mantiene en el conducto que le sigue. .
En consecuencia, cualquier recuperación de presión estática se debe a la diferencia de presión dinámica en los dos extremos del propio difusor.
La Figura 6. indica el porcentaje de recuperación de presión estática en el difusor en base a la diferencia de presión dinámica en cada uno de sus extremos, cuando no existen fugas de escape.
Ejemplo 3
Un sistema con aire canalizado está: destinado al transporte de 8.500 m3/ ha una presión estática de 18 mm cda Quiere utilizar un ventilador axial con palas con un perfil de ala de unos 480 mm de diámetro con:
un alcance de 8.500 m3/ h, una presión estática de 13 mm cda y una presión total de 23 mm cda ¿Cuáles son las dimensiones del difusor necesarias para obtener la presión estática deseada de 18 mm cda?
Presión dinámica = Presión total - Presión estática: 23-13 = 10 mm cda
Recuperación de presión estática deseada = 18 - 13 = 5 mm.
Si el ventilador está completamente aguas abajo del sistema, es decir, descarga con la boca libre, el porcentaje de recuperación requerido será:
De la figura 5 las dimensiones óptimas de un difusor que da una recuperación del 50% son:
donde:
L = longitud del difusor
D1 = diámetro del extremo del difusor (lado del ventilador)
D2 = diámetro del extremo del difusor (lado de escape)
y por lo tanto:
L = 1,80 X 480 mm = 865 mm aproximadamente
D = 1,43 X 480 mm = aproximadamente 685 mm.
Figura 3
EJEMPLOS DE DISTRIBUCIÓN CORRECTA E INCORRECTA DE PARTES DE CONDUCTOS DE AIRE
Entrada al conducto
Reducción y ampliación de sección
Curvas y derivaciones
Tabla 1
Conductos de aire - diámetro equivalente
Figura 4
Caídas de carga en tubos de chapa galvanizada circulares rectos - aire a 20 ° C y 760 mm Hg
Alcance en m3/h
Figura 5
Dimensiones óptimas de los difusores en la entrega de un ventilador para diferentes porcentajes de recuperación de presión dinámica
Recuperación de la presión estática en% de la presión dinámica en la sección D
Figura 6
Recuperación de presión estática expresada como% de la diferencia entre las presiones dinámicas en los dos extremos del difusor
Recuperación de la presión estática en los difusores expresada como% de la diferencia de presiones dinámicas
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