Cálculo de conductos de aire según velocidad y caudal + métodos de medición del caudal de aire en interiores

El intercambio de aire equilibrado es la base del bienestar y la capacidad de trabajo de las personas. ¿No es así? Pero para crear condiciones cómodas en locales residenciales e industriales, es importante realizar correctamente el cálculo de conductos de aire según velocidad y caudal y asegurar un modo eficaz de movimiento de los flujos de aire.

A continuación, le contaremos qué se necesita para el cálculo de conductos de aire, qué métodos e instrumentos se utilizan para medir la velocidad del flujo de aire.

¿Qué es un conducto de aire?

Conducto de aire – elemento principal del sistema de distribución de aire. Consiste en un conjunto de tuberías metálicas o de plástico dispuestas para garantizar el equilibrio del aire. El principio de funcionamiento del conducto de aire consiste en suministrar y extraer aire mediante ventiladores especiales.

Características básicas del conducto de aire:

• forma (circular o rectangular);
• área de la sección;
• rigidez (flexibles, semirrígidos y rígidos).

De estas características depende el rendimiento del sistema de ventilación y su funcionalidad en general.

Elija un conducto de aire con sección rectangular si es importante para usted hacerlo discreto. Este conducto de aire se puede ocultar fácilmente en la superficie superior de los armarios.

La correcta selección de los parámetros del conducto de aire teniendo en cuenta todas las características del local garantizará su funcionamiento prolongado y eficaz.

Algoritmo de realización de cálculos

Al diseñar, ajustar o modificar un sistema de ventilación ya existente, se realizan necesariamente los cálculos del conducto de aire. Esto es necesario para determinar correctamente sus parámetros teniendo en cuenta las características óptimas de rendimiento y ruido en las condiciones actuales.

Al realizar los cálculos, tienen gran importancia los resultados de las mediciones del caudal y la velocidad del movimiento del aire en el canal de aire.

Caudal de aire – el volumen de masa de aire que ingresa al sistema de ventilación por unidad de tiempo. Por lo general, este indicador se mide en m³/h.

Velocidad de movimiento – la magnitud que indica qué tan rápido se mueve el aire en el sistema de ventilación. Este indicador se mide en m/s.

Si se conocen estos dos indicadores, se puede calcular el área de las secciones circulares y rectangulares, así como la presión necesaria para superar la resistencia local o la fricción.

Al elaborar el esquema, se debe elegir el ángulo de visión desde la fachada del edificio que se encuentra en la parte inferior del plano. Los conductos se representan con líneas continuas gruesas.

Con mayor frecuencia se utiliza el siguiente algoritmo para realizar los cálculos:

1. Elaboración de un esquema axonométrico en el que se enumeran todos los elementos.
2. Con base en este esquema se calcula la longitud de cada conducto.
3. Se mide el caudal de aire.
4. Se determinan la velocidad del flujo y la presión en cada tramo del sistema.
5. Se realiza el cálculo de las pérdidas por fricción.
6. Utilizando el coeficiente adecuado se realiza el cálculo de las pérdidas de presión al superar la resistencia local.

Al realizar cálculos en cada tramo de la red de distribución de aire se obtienen resultados diferentes. Todos los datos deben igualarse mediante diafragmas con la rama de mayor resistencia.

Cálculo del área de la sección transversal y del diámetro

El cálculo correcto del área de las secciones circulares y rectangulares es muy importante. Un tamaño de sección inadecuado no permitirá asegurar el balance de aire necesario.

Un conducto demasiado grande ocupará mucho espacio y reducirá el área efectiva del local. Si se elige un tamaño demasiado pequeño de los conductos, aparecerán corrientes de aire, ya que aumentará la presión del flujo.

Para calcular el área de sección necesaria (S), se deben conocer los valores del caudal y la velocidad del aire.

Para los cálculos se utiliza la siguiente fórmula:

S = L/3600*V,

donde L es el caudal de aire (m³/h), y V es su velocidad (m/s);

Usando la siguiente fórmula, se puede calcular el diámetro del conducto (D):

D = 1000*√(4*S/π), donde

S – área de la sección (m²);

π – 3,14.

Si se planea instalar conductos rectangulares en lugar de circulares, en lugar del diámetro se determina la longitud/ancho necesario del conducto de aire.

Todos los valores obtenidos se comparan con los estándares GOST y se seleccionan los productos más cercanos en diámetro o área de sección.

Al elegir dicho conducto, se toma en cuenta la sección aproximada. Se utiliza el principio a*b ≈ S, donde a es la longitud, b es el ancho, y S es el área de la sección.

Según las normativas, la relación entre ancho y largo no debe ser superior a 1:3. También se debe utilizar la tabla de dimensiones estándar proporcionada por el fabricante.

Los tamaños más comunes de los conductos rectangulares son: dimensiones mínimas – 0,1 m x 0,15 m, máximas – 2 m x 2 m. La ventaja de los conductos redondos es que ofrecen menor resistencia y, por consiguiente, generan menos ruido durante el funcionamiento.

Cálculo de la pérdida de presión por resistencia

A medida que el aire avanza por el conducto, se genera resistencia. Para superarla, el ventilador de la unidad de suministro genera presión, que se mide en Pascales (Pa).

La pérdida de presión se puede reducir aumentando la sección del conducto. Con ello se puede asegurar una velocidad de flujo aproximadamente igual en la red.

Para seleccionar una unidad de suministro de aire adecuada con un ventilador del rendimiento necesario, es necesario calcular la pérdida de presión para superar la resistencia local.

Se aplica esta fórmula:

P=R*L+Ei*V2*Y/2, donde

R – pérdida específica de presión por fricción en una sección determinada del conducto;

L – longitud de la sección (m);

Ei – coeficiente total de pérdida local;

V – velocidad del aire (m/s);

Y – densidad del aire (kg/m³).

Los valores de R se determinan según las normativas. Este parámetro también se puede calcular.

Si la sección del conducto es redonda, las pérdidas de presión por fricción (R) se calculan de la siguiente manera:

R = (X*D/B) * (V*V*Y)/2g, donde

X – coeficiente de resistencia por fricción;

L – longitud (m);

D – diámetro (m);

V – velocidad del aire (m/s), e Y – su densidad (kg/m³);

g – 9,8 m/s².

Si la sección no es redonda sino rectangular, en la fórmula se debe sustituir un diámetro alternativo, igual a D = 2AB/(A + B), donde A y B son los lados.

Software para la realización de cálculos

Todos los cálculos se pueden realizar manualmente, pero es más cómodo y rápido utilizar programas especializados.

Con estos programas se pueden no solo realizar los cálculos necesarios con precisión, sino también preparar los planos.

Si es necesario, para realizar los cálculos se puede utilizar un software especializado. Esto eliminará posibles errores que podrían tener consecuencias fatales durante la operación. En el programa se introducen los valores iniciales y, en cuestión de segundos, se pueden obtener resultados precisos de los cálculos.

Vent–Calc – aplicación funcional para el cálculo de conductos de aire. Para los cálculos se utilizan los valores de caudal y velocidad del aire, así como la temperatura.

MagiCAD – realiza todo tipo de cálculos para redes de ingeniería, las imágenes se presentan en formatos 2D y 3D.

GIDRV – programa para el cálculo de todos los parámetros de los conductos de aire. Se contempla la posibilidad de seleccionar cualquier combinación de parámetros para lograr los mejores indicadores de funcionamiento.

Ducter 2.5 – utilidad que calcula con precisión los diámetros de las secciones de los conductos de aire. Ideal para seleccionar sus tipos.

Los planos que se elaboran en estos programas permiten ver con mayor precisión el esquema de disposición de todos los componentes del sistema y garantizar su funcionamiento más eficiente.

Medición de la velocidad y el caudal de aire

Al realizar mediciones, es importante seleccionar correctamente los instrumentos y metodologías, así como seguir los procedimientos de ejecución de las mediciones.

Instrumentos utilizados para las mediciones

Con mayor frecuencia se utilizan los siguientes tipos de instrumentos de control y medición:

• anemómetro ultrasónico 3D – realiza mediciones basadas en el cambio de la frecuencia del sonido entre puntos determinados;
• tubo de Pitot – registra la diferencia entre la presión estática y la presión total;
• termoanemómetro – determina la velocidad del flujo basándose en la velocidad de disminución de la temperatura del sensor.
• De turbina anemómetro – realiza mediciones basadas en el cambio de velocidad de rotación de la turbina.
• bolómetro – determina el caudal de aire mediante la concentración del flujo en el punto de medición, la sección se establece previamente.

Muchos instrumentos en esta lista son bastante caros y raros. Se pueden alquilar y realizar las mediciones por cuenta propia, pero es mejor llamar a un ingeniero de puesta en marcha experimentado que conozca todos los matices de la realización de trabajos de medición.

El tubo de Pitot se utiliza en conjunto con sensores. Es un instrumento fácil de usar. El tubo se coloca con el extremo abierto hacia el flujo de aire, y el otro extremo se conecta a un manómetro.

La medición de la velocidad es necesaria no solo para realizar cálculos, sino también para controlar los parámetros higiénicos del aire en el local. Durante un cierto período de tiempo, inevitablemente se produce la contaminación de los conductos de ventilación y de los conductos de aire.

En tales casos, las conexiones pueden perder estanqueidad, el rendimiento del equipo disminuye. Además, las mediciones son necesarias durante el mantenimiento programado, la limpieza y la reparación del sistema de ventilación.

Al realizar mediciones, se deben cumplir una serie de reglas. En primer lugar, la velocidad del aire está regulada por normas y estándares de construcción. Es necesario basarse en estos valores.

Se permiten pequeñas desviaciones de estos parámetros en presencia de circunstancias técnicas especiales. Por ejemplo, al instalar equipos, realizar trabajos de reparación, etc.

En segundo lugar, al realizar las mediciones, también es necesario tener en cuenta las normas de los factores asociados: los niveles de ruido y vibración, que se indican en los documentos reglamentarios.

La superación de estas normas indica deficiencias en el sistema de ventilación. La velocidad del aire no debe ejercer ninguna influencia sobre estos indicadores.

Métodos de realización de mediciones de caudal de aire

En la etapa de puesta en marcha y ajuste es obligatorio realizar mediciones del caudal volumétrico de aire en el sistema de ventilación y aire acondicionado. Esto garantizará la posibilidad de un ajuste de calidad del sistema y su funcionamiento ininterrumpido.

Estas mediciones se realizan directamente en el conducto de aire o en la rejilla de entrada. Existen varios métodos sencillos.

Mediciones en difusores de techo

La mayoría de las veces, para las mediciones según este método se utiliza un bolómetro. Es necesario cerrar el difusor y colocar el confusor superior contra el techo. Se debe medir tanto el volumen total de extracción de aire del local, como el flujo de suministro.

El bolómetro se distingue por su alta precisión gracias a que el rectificador de flujo incorporado reduce la probabilidad de error. A pesar de que el aparato parece voluminoso, es bastante ligero – su peso no supera los 3 kg.

En algunas fuentes se recomienda usar una sonda para mediciones, insertándola en el espacio entre las laminillas del difusor para obtener un resultado promedio.

Este enfoque no es efectivo por dos razones:

1. La turbulencia de los flujos es muy alta, por lo que no se puede ver el caudal real.
2. No es posible alinear la sonda directamente con el flujo. Los resultados de las mediciones en cualquier caso se distorsionarán.

Por lo tanto, no vale la pena perder su tiempo en manipulaciones innecesarias con la sonda. Existen formas mucho más simples y precisas de realizar mediciones.

Existe otro método para realizar mediciones según esta técnica. Este requiere la presencia de un tramo recto y un flujo uniforme. Las mediciones se realizan a través de orificios previamente perforados.

Este método se caracteriza por su alta precisión, pero no siempre existen las condiciones para su implementación. No en todas partes hay tramos rectos, a veces es imposible preparar dos orificios para las mediciones. Además, para implementar este método se necesitan varias personas: una debe realizar las mediciones, la segunda debe sostener la escalera, y así sucesivamente.

Considerando todo lo anterior, si necesita obtener un resultado rápido y preciso sin esfuerzo excesivo, utilice un bolómetro.

Mediciones en la rejilla de ventilación

Para realizar operaciones de control y medición según este método, se utiliza un termoanemómetro con un rotor de 60 a 100 mm de diámetro. El rotor debe ser comparable con las dimensiones de la rejilla.

El termoanemómetro es un instrumento multifuncional que puede utilizarse no solo para medir la velocidad del aire, sino también para realizar mediciones de otros parámetros. Este dispositivo será muy útil en el hogar. Al adquirir un termoanemómetro, es mejor optar por un instrumento que tenga función de análisis y documentación de datos.

Este método proporciona una alta precisión de resultados, mientras que el número de mediciones realizadas es mínimo. Para garantizar el acceso a lugares de difícil acceso, se puede utilizar un alargador especial o una sonda telescópica.

Mediciones en el conducto

Para realizar las mediciones se utiliza un orificio de trabajo especialmente practicado en la pared del canal del conducto.

Es importante cumplir las siguientes condiciones:

• el tamaño de la sección de este orificio debe coincidir exactamente con el diámetro de la sonda;
• el lugar para las mediciones debe elegirse con cuidado. El orificio se perfora solo en un tramo recto, cuya longitud debe ser de al menos 5 diámetros del conducto. El orificio debe colocarse de modo que la distancia hasta él sea de 3 diámetros y después de él, de 2 diámetros del tubo.

En el caso de realizar mediciones dentro del conducto, se debe utilizar un instrumento con un diámetro de hélice de 16 a 25 mm. Si el conducto está elevado, una sonda telescópica o un alargador serán de ayuda.

Reglas de uso de los dispositivos de medición

Al medir la velocidad del flujo de aire y su caudal en el sistema de ventilación y aire acondicionado, es necesaria una correcta selección de los instrumentos y el cumplimiento de las siguientes reglas de uso.

Esto permitirá obtener resultados precisos del cálculo del conducto de aire, así como tener una visión objetiva del sistema de ventilación.

Para registrar los valores promedio de caudal, es necesario realizar varias mediciones. Su número depende del diámetro del tubo o del tamaño de los lados si el canal es de forma rectangular.

Respete el régimen de temperaturas indicado en el manual del instrumento. También controle la posición del sensor de la sonda. Debe estar siempre orientado exactamente hacia el flujo de aire.

Si no se cumple esta regla, los resultados de las mediciones se distorsionarán. Cuanto mayor sea la desviación del sensor respecto a la posición ideal, mayor será el error.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Acondicionamiento de la ventilación del hogar:

Por lo tanto, es muy importante cumplir las reglas de medición, ya que el menor error puede afectar los resultados de los cálculos.

Los cálculos correctos del conducto permitirán seleccionar su configuración óptima y los componentes necesarios, por lo tanto, se garantizará un funcionamiento ininterrumpido y productivo de la ventilación.

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