Cálculo del área de conductos de aire y piezas especiales: reglas para realizar cálculos + ejemplos de cálculos mediante fórmulas

La clave para un funcionamiento impecable y eficiente de la ventilación es un cálculo adecuado del área de los conductos de aire y las piezas con forma, del cual depende la selección tanto de los elementos individuales como del equipo. El objetivo del cálculo es garantizar la tasa óptima de renovación del aire en los espacios según su propósito.

En el artículo, se han analizado detalladamente cada una de las etapas obligatorias de los cálculos: determinación de la sección y el área real de los conductos de aire, cálculo de la velocidad del aire y selección de los parámetros de las piezas con forma. Además, se han señalado los principales requisitos relativos al tamaño de los conductos de ventilación, y se ha proporcionado un ejemplo de cálculo de conductos para una casa particular.

Objetivo de la realización de los cálculos

Características del cálculo y selección de conductos de aire dependen de su tipo y del material del que están hechos. La última característica determina los matices que surgen durante el movimiento del aire y las particularidades de la interacción de la corriente de aire con las paredes.

Los conductos de aire pueden ser:

• metálicos – pueden ser de acero negro, galvanizado, acero inoxidable;
• de aluminio flexibles corrugados;
• conductos de ventilación de plástico – flexibles y rígidos;
• de tela.

Según la geometría de la sección, se fabrican conductos de aire redondos, rectangulares y ovalados. Los últimos no son tan populares como los dos primeros.

Incluso si se cuenta con el proyecto más correcto del sistema de ventilación, un error en la selección de las secciones de los conductos de aire puede provocar una alteración de la circulación del aire.

La consecuencia de errores en los cálculos será una humedad elevada, y posteriormente moho y hongos en el espacio. Sin un cálculo correcto del área de todas las piezas, no es posible seleccionar los elementos adecuados del sistema de ventilación.

De este parámetro depende:

• la velocidad del flujo de la masa de aire y su volumen;
• el grado de hermeticidad de las uniones;
• el nivel de ruido del sistema de ventilación;
• el consumo de electricidad.

Los cálculos realizados correctamente permitirán ahorrar recursos, ya que la cantidad de material se determinará con precisión. Pero, además de las cuestiones económicas, los parámetros de ventilación que garantizan condiciones de vida confortables para las personas siguen siendo los principales.

Información general para el cálculo del área de la sección

El área de los tubos para el conducto se calcula con diferentes valores:

1. Según los parámetros sanitarios e higiénicos (SanPin).
2. Según el número de residentes.
3. Según el área de las habitaciones.

El resultado se puede obtener tanto para una habitación individual como para toda la casa. Para el cálculo existen programas especiales con algoritmos incorporados. Otra opción de cálculo es el uso de fórmulas.

El área de la sección de los conductos al diseñarlos se selecciona para que el aire se mueva a una velocidad aproximadamente constante en toda su longitud. A lo largo de todo el sistema, la cantidad de aire varía, por lo que el área de la sección del conducto debe aumentar a medida que aumenta el volumen de la masa de aire.

Si se considera la ventilación extractora, la cuadratura de la sección aumenta a medida que se acerca al ventilador. Solo así se puede garantizar una velocidad más o menos uniforme de la masa de aire en todo el conducto.

Al aumentar la sección circular, disminuye la velocidad del flujo de aire. También se reduce el ruido aerodinámico. La desventaja de estos conductos es lo voluminoso de la construcción, lo que hace imposible su instalación en el espacio entre el techo bruto y el falso techo, así como su mayor costo.

Si no es posible, se puede optar por la geometría rectangular, ya que la altura de la sección rectangular es menor. Por otro lado, los productos redondos son más fáciles de instalar y también tienen sus ventajas operativas.

Dado que los conductos redondos no siempre se pueden integrar en el interior, y los rectangulares, más estéticos, son costosos, como alternativa vale la pena considerar los productos ovalados. Son tanto ergonómicos como eficientes.

La elección de una u otra opción depende de las prioridades del usuario. Si lo primordial es el ahorro de energía, el ruido mínimo y se tienen todas las posibilidades de montaje de una red voluminosa, la mejor opción es la forma redonda del conducto.

Etapas de la realización del cálculo

Los trabajos de cálculo constan de varias etapas:

1. Elaboración del esquema general del sistema de ventilación. Aquí deben indicarse las longitudes de los tramos rectos, las partes giratorias y su tipo, y los lugares de cambio de sección.
2. Selección de la tasa de renovación de aire, idéntica a los requisitos sanitarios e higiénicos.
3. Cálculo de la velocidad de movimiento de las masas de aire a través del conducto. Este parámetro depende del tipo de ventilación, que puede ser natural o forzada.
4. Cálculo del área de los conductos y otros parámetros.

Existen muchos programas para realizar dichos cálculos.

Realizar cálculos mediante fórmulas para un sistema complejo no es una tarea sencilla. Para una casa de pequeñas dimensiones, es perfectamente posible calcular el área de elementos individuales y la sección de los conductos.

Cálculo de la sección del conducto de aire

La expresión utilizada para calcular la cuadratura de los elementos perfilados y conductos de aire es la siguiente:

Sc = (L × 2.778) : V,

donde:

• Sc — área en sección transversal;
• L — caudal de flujo de aire que circula en el sistema;
• 2.778 — coeficiente que concilia diferentes dimensiones;
• V — velocidad de la corriente de aire en un lugar específico, medida en metros por segundo.

El resultado del cálculo será un valor medido en cm².

Existe también una fórmula alternativa:

S = L : k × V,

El coeficiente K en este caso es igual a 3600.

Determinación del área real del conducto de aire

El área regular de ventilación para conductos circulares se calcula mediante la fórmula:

S = (π × D2) : 400,

donde:

• S — área real;
• D — diámetro.

Para conductos de sección rectangular:

S = (A × B) : 100,

donde:

• S — área real;
• D — diámetro;
• A — altura del conducto;
• B — ancho de la construcción.

El área de sección para un tubo de sección ovalada se calcula mediante la fórmula:

S = π × A × B : 4,

donde:

• A — diámetro mayor del óvalo;
• B — diámetro menor respectivamente.

Existen otras fórmulas para calcular el área del conducto.

Utilizando un documento normativo como el SNIP, se pueden comparar las dimensiones de las secciones de los conductos con los valores requeridos. De esta manera, el tamaño adecuado del conducto de aire se determina aún más fácilmente.

Algunos fabricantes en la descripción de los conductos proporcionan nomogramas. También los hay en la literatura normativa.

Nomograma para conducto metálico con sección circular. Los valores de la misma se sustituyen en la fórmula. Todos los conductos flexibles se complementan con tales esquemas (+)

De los nomogramas se puede obtener el valor del área de sección. Es aproximado, pero es adecuado para crear un sistema con nivel mínimo de ruido.

Para encontrar las dimensiones del conducto para una ramificación específica del ducto por la que se transporta un volumen de aire dado, se deben realizar los siguientes pasos:

1. Determinar en el nomograma el punto de intersección del volumen de aire desplazado por hora y la línea de velocidad máxima para el tramo de cálculo.
2. Cerca de este punto, encontrar el valor del diámetro más adecuado.

Además, teniendo el nomograma, no solo se puede facilitar el cálculo de la sección de los conductos y piezas perfiladas, sino también concretar las pérdidas de presión en un tramo de la línea de aire a una velocidad determinada.

No es obligatorio usar el nomograma, se puede determinar el área de sección necesaria en función de la velocidad de la masa de aire.

Cálculo de la velocidad del aire

Usando fórmulas o tablas especiales, se calcula la velocidad del conducto de aire. El parámetro clave aquí es el indicador de renovación, que determina el volumen de aire necesario para una ventilación completa de una habitación con un volumen de 1 m³ en 1 hora.

Los especialistas recomiendan, para determinar el indicador de renovación, estudiar las condiciones específicas en instalaciones industriales existentes de las cuales se tengan datos reales sobre la emisión de gases, vapores tóxicos, etc. Lo mejor es realizar un cálculo independiente aplicando fórmulas.

Para simplificar los cálculos, existen tablas especiales de las cuales se puede tomar un valor ya preparado del indicador de renovación, pero hay que tener en cuenta que en ellas se proporcionan parámetros redondeados.

La fórmula para calcular la renovación es la siguiente:

N = V : W,

donde:

• N — la renovación buscada;
• V — el volumen de masa de aire fresco que ingresa a la habitación durante una hora;
• W — el volumen de la habitación.

La unidad de renovación es número de veces/hora, V se mide en mᶾ/h, el volumen en mᶾ.

Consideremos un ejemplo concreto para determinar la cantidad de aire necesaria según la renovación.

Hay una sala de estar con un volumen de 22 mᶾ. Necesitará aire: L = 22 x 6 = 132 m³, aquí 6 es la tasa de renovación de aire tomada de la tabla.

La velocidad de desplazamiento de la masa (V) se mide en m/s y se determina mediante la fórmula:

V=L : 3600 x S,

donde:

• L — el aire utilizado (mᶾ/h);
• S — el área del conducto de aire en sección transversal (mᶾ).

Además, otros 2 parámetros influyen en la velocidad de desplazamiento del aire: el nivel de ruido y el coeficiente de vibración. Al diseñar el sistema, es necesario tenerlos en cuenta obligatoriamente.

Ejemplo de cálculo para una casa pequeña

Para el cálculo se toma una casa con un área interna de 108.8 m² y una altura de piso a techo de 3 m. En su interior hay una sala de estar, un dormitorio, una habitación infantil, una cocina, un baño. El indicador de renovación se considera igual a 1.

El sistema de ventilación permite eliminar de la habitación las impurezas que dañan la salud — potencialmente peligrosas y que provocan reacciones alérgicas, empeorando el bienestar.

Primero se calcula la cantidad de aire extraído y suministrado en total para el edificio.

Para ello se aplica la metodología SNiP:

1. Como el dormitorio y la sala de estar tienen la misma área, la cantidad de aire extraído de ellos es igual a 21 x 3 x 1 = 63 mᶾ/h.
2. Para la habitación infantil — 24 x 3 x 1 = 72 mᶾ/h.
3. Para la cocina — 22 x 3 x 1 + 100 = 166 mᶾ/h.
4. Para el baño — 10 x 3 x 1 = 30 mᶾ/h.
5. En total: 63 x 2 + 48 + 166 + 30 = 394 mᶾ/h.

El pasillo y la entrada no se tomaron en cuenta. 100 mᶾ es el volumen que sale a través de la campana extractora en la cocina.

La correcta distribución de los flujos de aire en la casa también es un punto muy importante. En edificios de este tipo, normalmente se instala un sistema de ventilación natural. Sin embargo, el elemento forzado está presente — la campana extractora de cocina.

A continuación, se determinan los diámetros de los conductos de ventilación. Como la campana extractora elimina 100 m³ de forma forzada, queda por distribuir los 294 m³ restantes. Estos saldrán de forma natural a través de 2 conductos. A cada uno le corresponderá: 294 : 2 = 147 mᶾ.

Dado que en los conductos de ventilación natural la velocidad del aire fluctúa entre 0,5 y 1,5 m/s, normalmente en los cálculos se toma el valor medio: 1 m/s. Sustituyendo los valores conocidos en la fórmula S = L : k × V, se obtiene: S = 147 : 3600 × 1 = 0,0408 m².

Ahora es posible determinar el diámetro del conducto de sección circular mediante la fórmula: S = (π × D2) : 400 o 0,0408 = (3,14 × D2) : 400.

Resolviendo esta ecuación con una incógnita, mediante cálculos sencillos, se encuentra que el diámetro del conducto es de 2,28 mm. Para este valor se selecciona el tamaño estándar de tubería más grande más cercano.

Con ayuda de esta tabla de conversión se puede seleccionar el diámetro equivalente de un conducto de sección circular. Esto simplifica enormemente el cálculo.

Cuando se instala un conducto de sección rectangular, se selecciona su tamaño según la tabla, basándose en el área. El valor mayor más cercano es 200 × 250 mm.

Según el mismo esquema se determina el área de la sección del conducto de salida para la campana extractora de cocina, con la diferencia de que la velocidad del aire aquí es de 3 m/s. S = 100 : 3600 × 3 = 0,083 m² o un diámetro de 107 mm.

La tabla de conversión es necesaria cuando se requiere realizar el cálculo de conductos de sección rectangular y utilizar la tabla para productos circulares. Aquí se presentan los diámetros de los conductos de sección circular en los que la caída de presión debido a la fricción es igual al valor análogo en la construcción rectangular.

Existen tres formas de determinar el valor equivalente:

• por velocidad;
• por sección transversal;
• por caudal.

Estas magnitudes están relacionadas con diferentes parámetros del conducto. Para cada una existe un método individual de uso de las tablas. Lo importante es que, independientemente del método aplicado, el valor de la pérdida de presión por fricción sea el mismo.

Para finalizar, se realiza una verificación de la velocidad: V = 147 : (3600 × 0,0408) = 1,0 m/s. Esto corresponde al límite permitido.

Piezas con forma y su cálculo

Durante el montaje de conductos de aire, los tramos rectos de diferentes tamaños se conectan mediante piezas especiales.

En la fabricación tanto de conductos como de piezas especiales es necesario calcular su área. Sin esto es imposible determinar correctamente la cantidad de material necesaria para la fabricación de las piezas.

Entre las piezas especiales se incluyen:

1. Codos. Se utilizan para cambiar la dirección del conducto de aire en cualquier ángulo. Pueden ser redondos, rectangulares u ovalados.
2. Transiciones. Sirven para conectar conductos de aire de diferentes secciones. La geometría puede ser cualquiera, desde redonda hasta combinada.
3. Acoplamientos, niples. Conectan segmentos rectos de la línea principal.
4. Te. Articulan ramificaciones o dos ramales del conducto de aire.
5. Tapas. Bloquean el flujo de aire.
6. Cruces. Dividen o unen los flujos de aire.
7. Desviaciones. Permiten una transición a diferentes niveles del conducto de aire.

Para calcular los parámetros necesarios de las piezas especiales, se requieren habilidades matemáticas.

A cada pieza especial se le asigna un rol particular en el sistema de ventilación. Los fabricantes diseñan cada una por separado. Se suministran junto con los elementos principales.

Un error en un parámetro conllevará un deterioro de las características de funcionamiento del sistema. No existen fórmulas predefinidas para dichos cálculos.

En la tabla se presentan los tamaños estándar de los conductos. Incluso los profesionales, en lugar de cálculos complejos, utilizan estas y otras tablas especiales.

Muchos diseñadores utilizan programas especiales y calculadoras en línea. Solo será necesario ingresar los valores iniciales y obtener los parámetros finales.

Los programas permiten no solo determinar las dimensiones necesarias de todas las piezas, sino también realizar su desarrollo. Dicho desarrollo, impreso en una impresora 3D, permite un ajuste perfecto de los conductos de ventilación.

Requisitos principales para el cálculo

Al determinar los parámetros finales de los conductos, se debe tener en cuenta que la determinación del área de los conductos debe garantizar que:

1. Se asegura el régimen de temperatura en el local. Donde hay exceso de calor, se prevé su eliminación, y donde hay déficit, se minimizan las pérdidas.
2. La velocidad del aire no reduce de ningún modo el nivel de confort de las personas en el local. En las áreas de trabajo, la purificación del aire es obligatoria.
3. Los compuestos químicos nocivos y las partículas en suspensión presentes en el aire se encuentran en un volumen conforme a la norma GOST 12.1.005-88.

Para locales específicos, una condición obligatoria para la selección del área de los conductos es el mantenimiento constante de la presión y la exclusión del suministro de aire exterior.

Al calcular la resistencia del conducto principal, se tienen en cuenta las pérdidas de presión. Para que durante el movimiento el flujo de masa de aire pueda superar la resistencia, se requiere la presión correspondiente.

A la categoría de locales donde se requiere sobrepresión pertenecen los sótanos, así como los locales en los que pueden acumularse sustancias nocivas.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Programa en línea de ayuda al ingeniero proyectista:

Tema sobre la organización de la ventilación de una casa particular en general:

El área de la sección, la forma, la longitud del conducto de aire son algunos de los parámetros que determinan el rendimiento del sistema de ventilación. El cálculo correcto es extremadamente importante, ya que de él dependen la capacidad de paso de aire, así como la velocidad del flujo y el funcionamiento eficaz de la estructura en general.

Al utilizar una calculadora en línea, el grado de precisión del cálculo será mayor que con el cálculo manual. Tal resultado se explica porque el programa automáticamente redondea los valores a unos más precisos.

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