Conductos de Aire: Tipos, Funcionamiento y Cálculo en Sistemas de Ventilación

¿Qué son los conductos de aire, de qué se encargan y tipos de conductos?

Son conducciones por cuyo interior fluye el aire y que se utilizan para transportarlo de un lugar a otro, mediante sobrepresión o depresiones generadas por el ventilador. Se encargan de distribuir el caudal de aire por distintos espacios o zonas.

Tipos de conductos

• Según su forma: rectangulares, circulares, ovalados.
• Según su material: de chapa de acero, fibra, de obra, de poliisocianurato.
• Según su presión: preformados, realizados in situ.
• Según su función: conducto principal, ramales y derivaciones a rejillas.

Parámetros de un conducto

1- Sección de paso: es el área perpendicular al paso del aire en metros cuadrados (circulares= π .D²/4) (rectangulares= A´B= m²).

2- Rugosidad: nos indica si el interior es más o menos liso. El aire circula mejor por un conducto liso que rugoso. Los de chapa y plástico son poco rugosos, los de yeso o de obra son más rugosos.

3- Velocidad: la velocidad máxima depende del tipo de conducto. Un aumento de velocidad aumenta el nivel sonoro y la pérdida de carga en los conductos. Se mide en m/s (alta velocidad mayor a 10 m/s, media = 6 a 10 m/s, baja = menos de 6 m/s). Se mide con anemómetro.

4- Presión: tenemos la presión estática y la dinámica. Las presiones en los conductos son muy pequeñas, se mide la diferencia de presiones entre el interior y el exterior del conducto, con un manómetro. Se mide en Pa o mmca.

5- Caudal: es el volumen de aire por unidad de tiempo (se mide en L/s o m³/h). Se calcula de forma indirecta conociendo la sección de paso, midiendo el interior y la velocidad del aire con anemómetro.

Régimen de flujo

Dependiendo de la velocidad y forma del conducto, el régimen puede ser:

• Laminar: si todas las partículas van en paralelo, caso de velocidades bajas. En aire aparece en velocidades menores de 1 m/s. Es inaudible.
• Turbulento: en el flujo aparecen movimientos de rotación y remolinos, se oye circular el aire con mayor o menor ruido.

Pérdida de carga

Se produce frenado del aire en el conducto con los choques y rozamientos en las paredes del conducto. A mayor roce y fuerza, mayor presión necesita aportar el ventilador para circular el caudal. El roce provoca una pérdida de carga y de presión. Esta pérdida se mide al principio del tramo y la presión al final del tramo.

¿De qué depende la pérdida de carga?

• Velocidad del aire (a más velocidad, más pérdida).
• La forma del conducto (cuanto más circular, menos pérdida).
• El material del conducto (mayor rugosidad, más pérdida).

1- Pérdida de carga unitaria: es la pérdida de presión en un metro lineal de conducto. Se expresa en Pa/m o en mmca/m. Se denomina J.

2- Pérdida de carga total: conociendo la pérdida de carga unitaria podemos saber la pérdida total en un tramo de longitud L (p₂-p₁= J´ L), en pascales.

Nivel sonoro

Es el nivel de ruido que produce la circulación del aire en conductos y rejillas. Se mide en dBA mediante un sonómetro (frigorífico a un metro 30 dBA, climatizador 30 a 34 dBA, conversación dos personas 60 dBA, nivel doloroso 120 dBA).

Nivel máximo de ruido para velocidad máxima

• Viviendas: menos de 35 dBA.
• Locales: menos de 40 dBA.
• Grandes locales: menos de 50 dBA.

¿Qué es pérdida de carga constante? Sistema de cálculo de conductos seleccionando el recorrido más largo.

Pérdida de carga en codos y accesorios

Se producen pérdidas de carga adicionales en las curvas, bifurcaciones y cambios de sección. Para hallar la pérdida total habrá que sumarlas. También se producen en las rejillas de toma y salida.

Longitud equivalente: es la longitud de un conducto que ocasiona una pérdida de carga igual al accesorio considerado.

Cálculo de redes de conductos de aire y ventilación

Su objetivo es determinar las dimensiones de cada uno de los tramos, conocer la pérdida de carga y verificar que el ventilador es capaz de generar la suficiente presión para que circule el aire requerido en el proyecto. Las redes pueden ser simples, con un solo tramo o con muchos ramales, curvas, reducciones, etc.

Pérdida total de la red de conductos

Será la longitud máxima hasta la rejilla más alejada, multiplicada por la pérdida por metro adaptada para toda la red. (Longitud hasta la última rejilla 25 metros, pérdida unitaria 40 Pa/m. ¿Calcular pérdida de carga si se tienen 6 codos de 4 metros cada uno? 40 Pa/m ´ 25= 1000 Pa, después 6 codos por 4 metros =24 m, ahora la pérdida total será: 40 Pa/m ´ (25 + 24)= 1960 Pa).

Datos y proceso de la red

(1) Datos

• 1- Caudal a extraer o impulsar en m³/h que nos viene dado por las necesidades del local o sus ocupantes.
• 2- Material del conducto: chapa, fibra, obra, etc.
• 3- Tipo de local en el que se instale el conducto, que nos permite fijar la pérdida de carga unitaria. En el caso de equipos climatizadores donde no conocemos el caudal de impulsión, se puede calcular multiplicando la potencia en vatios=0,24. Nivel de ruido admisible, material de difusión.

(2) Esquema de la red

• Situar rejillas, iniciar conducto en la máquina, conexiones con rejilla, numerar tramos, tramo recto inicial 1 m mínimo, estudiar presencia de obstáculos.

(3) Caudal por rejilla

• Se puede hacer una aproximación dividiendo el caudal total entre el número de rejillas, obtendremos el caudal de cada rejilla. El caudal de rejilla entre 400 y 800 m³/h. El caudal difusor entre 600 y 2000 m³/h. En los locales muy altos estos valores aumentan.

(4) Suma de caudales

• Se van sumando los caudales que circulan por cada rama, en el sentido del flujo del aire.

(5) Hallar diámetros

• Usar gráficos de pérdida de carga: caudal tramo, pérdida de carga adoptada, obtener diámetros.

(6) Transformar en rectangular

• Diámetro equivalente, altura máxima del conducto, determinar medidas del conducto.

(7) Dimensionar rejillas

(8) Selección del ventilador o unidad climatizadora

(9) Hoja de cálculo de conductos

• En esta hoja solo debemos introducir los valores indicados en sus instrucciones. Hay que realizar previamente el esquema de la red situando las rejillas y número de tramos.

(10) Ejemplo de cálculo de red de conducto de aire

• Una instalación con una potencia de 11450 W, con 8 difusores (calculamos el aire impulsado Q= p´0,24 =11450 ´0,24= 2750 m³/h, como se va a instalar 8 difusores Q_unitario= Q_total/nº difusores= 2750/8=344 m³/h por difusor.

Cálculo del material necesario para el conducto

Para calcular los m² de conducto de fibra utilizaremos esta fórmula para cada tramo recto: S=L´2´(A+B+0,1). En caso de tes, reducciones, etc., se calcula la superficie en planta y se multiplica por 3.

Conductos con chapa de acero

Los conductos con chapa de acero galvanizado se usan generalmente en extracciones de aire o gases que pueden alcanzar altas temperaturas, como cocinas, chimeneas de calderas, garajes, etc. Calificados como M0, son incombustibles y resistentes al fuego. También se utilizan en instalaciones de climatización pero con una capa interior aislante de goma o coquilla. Los diámetros de los conductos están normalizados desde 10 cm hasta 80 cm. El acabado exterior puede ser galvanizado o lacado en blanco. Las uniones se realizan mediante encajes con junta de goma y remaches o tornillos autorroscantes.

Conductos de tubos flexibles

Se utilizan para derivar un conducto principal o secundario a la boca de salida. Permiten realizar las embocaduras a rejillas o difusores en el momento de la instalación del conducto. Los tubos permiten salvar obstáculos. El inconveniente es una gran pérdida de carga que puede llevar a graves problemas de falta de caudal y originar un ruido más elevado que los conductos rectos.

Conductos especiales y accesorios

• Con planchas rígidas de poliisocianurato: no ofrecen un aspecto demasiado bueno. Se cortan casi igual a la fibra de vidrio, pero se sellan las uniones con silicona o cola blanca. La separación entre soportes es mayor que con fibra de vidrio, entre 3 y 4 metros. El precio es similar a la fibra de vidrio, el montaje es menor.
• Conductos con fibras textiles: la principal característica es que la difusión del aire la realiza el propio conducto por toda la superficie, sin necesidad de bocas de salida. Se utilizan de forma vista (piscinas). Pueden descolgarse y lavarse perfectamente.
• Conductos de escayola: en desuso.

Elementos complementarios de ventilación

• Persianas de sobrepresión.
• Compuertas (para regular el caudal en los tramos principales pueden ser manual fija o automática).
• Compuertas cortafuegos (impiden que el humo se propague).
• Campanas.
• Registros o tapas de inspección y limpieza.
• Elementos de unión.
• Elementos de fijación.

Controles y medidas en instalaciones de ventilación

1- Velocidad en conductos: se puede medir mediante anemómetro, con la punta fina llamado de hilo caliente. Estos tienen en su punta una resistencia eléctrica y un termopar. La resistencia se calienta, al pasar el aire del conducto a su través se enfría en proporción directa a la velocidad del aire. Mucha velocidad provoca ruido y movimientos en el conducto.

2- Velocidad en salidas de aire: una velocidad excesiva produce ruido continuo y muy molesto, corrientes de aire molestas, desequilibrios en la red de conductos (si todo el aire sale por una rejilla otras tendrán poco caudal). La mejor forma es medir la velocidad de salida del aire en la rejilla, y ajustarlas de forma que todas queden igual. Se mide con anemómetro.

3- Presiones estática, dinámica y total: Presión total = presión estática + presión dinámica (Pa ó mmca). Si no circula aire por el conducto la presión dinámica será nula y la total será igual a la estática.

- Nivel sonoro: el nivel sonoro depende principalmente de la velocidad de circulación. Según RITE ITE 1.1.4.4 ruidos (exigencias de calidad de ambiente acústico que remite al C.T.E).

Si un conducto de aire produce ruido puede ser por:

1. Exceso de velocidad del aire (reducir la velocidad del ventilador, abrir más salidas de aire, ensanchar conductos).
2. Estrangulamiento y obstáculos interiores (trozos despegados, desgarrones).
3. Demasiadas salidas cerradas.
4. Vibraciones por falta de sujeción.
5. Transmisión de ruido del ventilador (instalar acoplamientos flexibles o silenciadores).

Seguridad en el montaje y mantenimiento del conducto de aire

1- Caídas a distinto nivel (trabajos en altura): utilizar barandillas y arneses de seguridad, escaleras con plataforma, con barra de apoyo, andamios con barandillas.

2- Cortes por bordes de chapa o cuchillos: utilizar guantes y ropa apropiada, utilizar gafas protectoras, etc.

3- Aspiración de fibras minerales: utilizar mascarillas o máquinas para aspiración localizada de virutas.

4- Inhalación de vapores de disolventes y colas: (se utilizan en ambientes ventilados).

5- Sobresfuerzos y malas posturas: evitar trabajar desde baja altura, evitando daños en el cuello, utilizar varios operarios para la descarga.

¿Qué es la técnica de difusión? Es la técnica que gestiona la distribución del aire en los locales, para que el aire impulsado por los ventiladores y distribuido por los conductos llegue a los usuarios de los locales en condiciones de confort.

Parámetros que se regulan con la difusión

1- Velocidad de salida: es la velocidad con la que sale de la rejilla o difusor. Se mide a 30 mm de distancia desde el punto de salida, con un anemómetro. Aumenta con el caudal de aire y afecta al alcance del aire en el local y al ruido producido.

2- Velocidad efectiva: es la velocidad que se produce entre las lamas en la rejilla o en el difusor, es mayor que la salida, pues se descuenta la superficie ocupada por las lamas y la superficie neta o efectiva es menor.

• Velocidades recomendadas: (rejillas impulsión 2,5 /3,5 m/s, difusores circulares 2,5/ 4 m/s, difusores cuadrados 2,5 / 4 m/s).

3- Velocidad residual en la zona ocupada: es la velocidad que afecta directamente sobre los ocupantes, se llama residual porque ya no tiene función de transporte, se mantiene por confort. Nunca el aire debe entrar en la zona ocupada con una velocidad superior a las recomendadas, que son las indicadas en el RITE. Para valores de temperatura seca entre 20 y 27 ºC (v=t/100-0,07).

4- Alcance: es la distancia desde la unidad de impulsión al punto en el que la velocidad en el centro de la vena de aire ha descendido hasta la velocidad final considerada, 0,5 m/s (el alcance puede ser isotérmico o no).

• Alcances isotérmico o no isotérmico: es cuando el aire impulsado tiene la misma temperatura que la del ambiente (casos de solo ventilación) y alcance no isotérmico cuando la temperatura de impulsión es diferente a la del ambiente (refrigeración o calefacción).
• Fenómeno de desviación: la misma rejilla tiene un alcance mayor cuando la temperatura del aire impulsado es la misma que la del ambiente. Cuando es diferente presenta una desviación de la vena de aire que tiende a subir en invierno por ser de temperatura superior a la del ambiente y a bajar en verano, por ser inferior.
• Alcance efecto techo: cuando el aire es impulsado por difusores de techo o por rejillas de pared situadas a una distancia menor de 30 cm del techo, la vena de aire se adhiere al techo en su recorrido.

5- Punto crítico: el efecto techo se mantiene mientras la velocidad del aire es superior a 0,25- 0,35 m/s. Cuando la velocidad es menor, la vena de aire se despega del techo y comienza a descender. En el punto que esto se produce se le denomina punto crítico.

6- Caudal inducido: es cuando una vena de aire sale de un elemento de difusión, este crea un efecto de arrastre sobre el aire del ambiente, generándose una mezcla de aire impulsado y el del ambiente, que presenta características intermedias. A medida que avanza la vena se hace más voluminosa y pierde velocidad.

Consideraciones a tener en cuenta en las instalaciones de distribución de aire

1- Prevención de zonas mal acondicionadas: se dan en zonas en las que el aire no es capaz de llegar, porque el retorno no está bien situado, o la impulsión de aire no es suficiente.

2- Prevención de cortocircuitos: los cortocircuitos se producen cuando el aire de la impulsión es enviado directamente a las rejillas de retorno impidiendo que cedan el frío o el calor que transporta.

3- Prevención de estratificaciones: estratificar el aire es situar el aire caliente en la zona más alta y el aire frío en la zona más baja, siendo acentuado en función del aumento de la altura en los locales. Este fenómeno puede ser positivo o negativo desde el punto de vista del confort y ahorro energético, será positivo en verano y negativo en invierno.

4- Control de velocidad final y residual: se debe mantener sin provocar exceso de movimiento de aire en la zona ocupada, se deben mantener las condiciones de velocidad recomendadas para un sistema confortable.

5- Control del nivel de ruido: vienen en tablas o programas de los fabricantes, el nivel del ruido que genera estos elementos.

Tipos de material de difusión (rejillas)

1- Simple deflexión: lamas regulables que pueden variar su dirección una vez instaladas, pueden estar orientadas en sentido horizontal o vertical.

2- Doble deflexión: su regulación es doble, vertical y horizontal. Dispone de dos filas de lamas en ambos sentidos.

3- Fijas: no pueden ser reguladas, sus lamas están unidas al marco sin posibilidad de movimiento.

4- Retorno: se utilizan en instalaciones para captar aire de retorno a la unidad climatizadora y para la extracción de aire de locales.

Difusores

Es una boca de salida de aire que solo suministra en varios planos y direcciones.

A) De techo, circulares y cuadrados: diseñados para aire acondicionado, ventilación y calefacción. Su instalación en falsos techos o suspendidos del techo, garantiza difusión uniforme del aire. Se pueden utilizar en locales con altura de 4 m y un diferencial de temperatura de 12 ºC.

B) Lineales de techo, pared y suelo: se utilizan por combinar estética, su montaje es en falsos techos o suspendidos del techo, tanto para impulsión o retorno. Se puede obtener distribución horizontal del aire en una u otra dirección. Admiten variación del caudal 60% manteniendo la estabilidad de vena en aire, pueden ser utilizadas en alturas de 2,6 hasta 4 metros y diferencia de temperatura 12 ºC.

C) Rotacionales: para locales con altura superior a 4 m, y diferencia de temperatura de hasta 15 ºC, tanto para uso industrial o ámbito de confort. Forma circular, provoca difusión rotacional de la vena de aire, obtiene elevado índice de inducción y reduce la estratificación.

D) Perforados: montajes en falsos techos, placas perforadas. Provoca una impulsión horizontal en 4 direcciones con efecto Coanda. Alto elevado de inducción, asegura flujo de aire, variación de caudal del 60%, estabilidad de vena de aire, en alturas de 2,6 m y hasta 4 m, diferencial de temperatura 12 ºC.

Sistemas de zonificación, compuertas motorizadas, centralitas

Permite un control de temperatura individual de diferentes zonas con un mismo equipo de tratamiento de aire. Trabajan con equipos de climatización de expansión directa de tipo conducto. El sistema de zonificación permite dividir un recinto en zonas independientes, se instala en cada una de ellas un termostato y una compuerta de regulación motorizada (todo/nada), aumenta el confort, disminuye el consumo eléctrico. Los termostatos mandan una señal a la central electrónica de control que, según su función, abren o cierran las compuertas motorizadas. Es gobernada por el termostato máster, también controla el paro y marcha.

¿Qué es la carga térmica?

Es el calor por unidad de tiempo que entra en el local. El objetivo final es la determinación de la potencia frigorífica necesaria de la máquina que ha de producir frío.

Concepto de carga térmica

En verano para enfriar el local con un climatizador hay que extraer calorías y la transmisión de calor por las paredes es hacia el interior. En invierno hay que introducir calorías y las pérdidas de calor son hacia el exterior.

¿Qué es demanda térmica?

El total de calor necesario a meter o sacar del local.

¿A qué se denomina condiciones de confort?

Al ambiente en las que las personas tienen la sensación de bienestar. Depende de varios factores, pero principalmente de la temperatura, la humedad del aire y la velocidad del aire.

¿Condiciones interiores de confort según RITE?

Verano = 23 /25 ºC y 45/60% humedad relativa, invierno= 21/23 ºC y 40/50% humedad relativa.

Zonas ocupadas: 10 cm sobre el suelo a 2 m de alto / 1 m de ventanas o 0,50 m de paredes sin ventanas.

Zonas no ocupadas: zonas de tránsito, zonas cercanas a puertas, zonas cercanas a productores de calor y rejillas de impulsión.

Condiciones exteriores según UNE 100-014-84

¿Datos para el estudio de cargas de climatización?

Para realizar un cálculo adecuado del equipo climatizador a instalar en un local es preciso obtener el máximo de los datos siguientes:

1- Localización: la carga térmica depende de la situación del local.

2- Características del local: plano del local, orientación, situación de las ventanas y puertas, paredes exteriores e interiores, suelo, techo, si tiene teja, terraza, tipo de ventanas, potencia de los aparatos, iluminación, motores, etc.

3- Ocupación: la ocupación es la cantidad de personas que puede haber como máximo en el local. Cada persona genera como 130 W.

4- Uso: el uso del local nos indica el nivel de actividad de sus ocupantes: sentados, de pie, bailando, etc. También depende del horario de funcionamiento.

¿Cómo se calcula la radiación solar?

Usaremos la siguiente fórmula: Q_sr= R´S´F

¿Cómo se calcula la transmisión por cerramientos?

Q_st=K´S´(T_ext-T_int)