Sistema De Distribución Del Aire. Cálculo De Conductos.

Objetivos: Que el alumno sea capaz de dimensionar una red de conductos. Se pretende que el

alumno pueda identificar los diferentes elementos que constituyen una red de conductos de aire

y dimensionar los principales elementos, ventilador y conductos. Para ello, se explicarán

diferentes métodos de diseño, sus ventajas e inconvenientes.

Contenido:

1. Redes de conductos. Elementos. Clasificación

2. Conceptos básicos de diseño de conductos

3. Métodos de diseño

4. Ventiladores. Selección del ventilador

Bibliografía: Manual de Aire Acondicionado. Carrier, 1996. Capítulo 2 y 6..

Thermal Environmental Engineering. Thomas H. Kuehn, James W. Ramsey,

James L. Threlkeld. Ed. Prentice Hall, 1998. Capítulo 18.

ASHRAE Handbook. Fundamentals. SI Edition. ASHRAE, 1997. Capítulo 32.

Cálculo de conductos de aire. A. Fontanals. Ed. CEAC, 1997.

Ventilación Industrial. E. Carnicer. Ed. Paraninfo, 1994. Capítulos 3 y 4.

Cálculos en climatización. Ejercicios Resueltas. E. Torrella, R. Cabello, J.

Navarro. Ed. AMV, 2002.

1. Redes de conductos. Elementos. Clasificación

La misión de un sistema de conductos es transportar el aire desde la unidad de tratamiento de

aire (UTA) hasta el recinto a climatizar y suele comprender los conductos de impulsión y los de

retorno. Dentro de los elementos que constituyen el sistema podemos distinguir los conductos y

los elementos terminales.

Estos sistemas se clasifican en función de la velocidad y de la presión en los conductos. En

función de la velocidad del aire tenemos:

- conductos de baja velocidad (<12 m/s, entre 6 y 12 m/s)

- y conductos de alta velocidad (>12 m/s)

En función de la presión del aire en el conducto, se clasifican en baja, media y alta presión. Esta

clasificación corresponde a la misma que utilizan los ventiladores:

- Baja presión (clase I): Hasta 90 mm.c.a.

- Media presión (clase II): Entre 90 y 180 mm.c.a.

- Alta presión (clase III): Entre 180 y 300 mm.c.a.

2. Conceptos básicos

La red de conductos se diseña para conseguir llevar un determinado caudal de aire a los puntos

de impulsión deseados. Antes de entrar en el diseño de la red de conductos, vamos a introducir

las propiedades físicas del aire, el concepto de diámetro equivalente y el cálculo de pérdidas de

carga.

2.1. Propiedades físicas del aire

Obviamente las propiedades físicas del aire van a depender de la temperatura y de la presión.

En el diseño de conductos, las propiedades más utilizadas son la densidad y la viscosidad. La

densidad se puede aproximar como:

T

Patm

287·

ρ =

siendo: Patm la presión atmosférica (Pa)

T la temperatura del aire (K)

ρ la densidad del aire (kg/m3)

aunque, puede tomarse como aproximación una densidad del aire constante de 1,2 kg/m3.

En cuanto a la viscosidad del aire, se puede obtener mediante la expresión:

0,76

5

273,16

10 724 , 1 









μ = ⋅ − T

con μ (N·s/m2) y T (K).

El efecto de la presión en la determinación de las propiedades del aire sólo tiene efecto cuando

la instalación se ubica a mucha altura sobre el nivel del mar.

2.2. Diámetro equivalente

Los conductos utilizados en la distribución del aire pueden ser circulares o rectangulares.

Debido a que la mayoría de las tablas y expresiones se dan para conductos circulares, resulta

muy útil el concepto de diámetro equivalente.

Para determinar el diámetro equivalente de un conducto rectangular puede utilizarse la

expresión:

0,25

0,625

( )

1,3 ( · )

H W

D H W eq +

= ,

donde Deq es el diámetro equivalente, H la altura del conducto y W la anchura. De todas

formas, resulta de gran utilidad la tabla I (diámetros equivalentes de conductos).

2.3. Pérdidas de carga

Dentro del conducto el fluido experimenta una pérdida de presión por rozamiento,

denominándose ésta pérdida de carga. Estas pérdidas de carga se dividen en pérdidas en el

conducto y pérdidas en singularidades.

2.3.1. Pérdidas en conducto

Se produce una pérdida de carga por el paso del aire en el conducto, la cual suele expresarse

por metro de longitud como:

2

( / )

( )

( / )

( / )

3 c2 m s

D m

Pa m f kg m

L

P

eq

ρ

=

Δ

siendo f el factor de fricción (adimensional) del material. Para conductos de chapa galvanizada,

esta expresión viene representado en el diagrama de la figura 1.

2.3.2. Pérdidas en singularidades

Habitualmente estas pérdidas se miden de forma experimental y se determinan por expresiones

del tipo:

2

c2 ΔP = K ⋅ ρ ⋅ ,

siendo K el factor de forma de la singularidad. De cualquier forma en el anexo 1 se encuentran

las expresiones y las tablas para las singularidades más comunes en las redes de conductos

(codos, derivaciones, transformaciones, etc.).

2.4. Recuperación de presión estática

En una instalación de redes de conductos de aire, si avanzamos en el sentido del flujo, el caudal

disminuye en cada derivación. Un menor caudal exige una menor sección, por lo que los

conductos van estrechándose cada vez que aparece una derivación.

Esta disminución de caudal puede provocar en el tramo siguiente (principal) un cambio de

velocidad. Estableciéndose la siguiente relación entre la sección 1 y 2 de la figura 2.

2 2

2

2

2

2

1

1

c

P

c

...