Cómo debe ser la velocidad del aire en el conducto de ventilación según las normas técnicas

El microclima proporcionado por los sistemas de ventilación en un espacio residencial o industrial afecta el bienestar y la productividad de las personas. Para crear condiciones de vida cómodas, se han desarrollado normas que definen la composición del aire. Esté de acuerdo, el intercambio regular de aire es vital.

Le contaremos cuál debe ser la velocidad del aire en el conducto. Le aconsejaremos qué hacer para que el flujo de aire se mantenga siempre fresco y cumpla con las normas higiénicas. Aquí encontrará una descripción detallada de los métodos de cálculo y una lista de reglas para seleccionar el conducto óptimo.

La información presentada se basa en datos de manuales normativos. Para el aprendizaje práctico de los métodos de cálculo, se proporcionan ejemplos. El material textual se complementa con ilustraciones visuales y videos que facilitan la comprensión de este tema complejo.

Importancia del intercambio de aire para el ser humano

Según las normas de construcción e higiene, cada objeto residencial o industrial debe estar provisto de un sistema de ventilación.

Su propósito principal es mantener el equilibrio del aire y crear un microclima favorable para el trabajo y el descanso. Esto significa que en la atmósfera que respiran las personas no debe haber un exceso de calor, humedad ni contaminaciones de diversa índole.

Las alteraciones en la organización del sistema de ventilación provocan el desarrollo de enfermedades infecciosas y enfermedades del sistema respiratorio, la disminución de la inmunidad y el deterioro prematuro de los alimentos.

En un ambiente excesivamente húmedo y cálido, los microorganismos patógenos se desarrollan rápidamente, y aparecen focos de moho y hongos en paredes, techos e incluso muebles.

Esquema de ventilación en una casa particular de dos pisos. El sistema de ventilación está equipado con una unidad de suministro y extracción de energía eficiente con un recuperador de calor, que permite reutilizar el calor del aire que se extrae del edificio.

Una de las condiciones para mantener un equilibrio saludable del aire es un diseño adecuado del sistema de ventilación. Cada parte de la red de intercambio de aire debe seleccionarse según los volúmenes de la habitación y las características del aire en ella.

Supongamos que en un apartamento pequeño es suficiente una ventilación de suministro y extracción bien ajustada, mientras que en los talleres de producción es obligatoria la instalación de equipos para el intercambio de aire forzado.

Al construir viviendas, instituciones públicas y talleres de empresas, se siguen los siguientes principios:

• cada espacio debe estar equipado con un sistema de ventilación;
• es necesario cumplir con los parámetros higiénicos del aire;
• en las empresas se deben instalar dispositivos que aumenten y regulen la velocidad del intercambio de aire; en las viviendas, aires acondicionados o ventiladores en caso de ventilación insuficiente;
• en espacios de diferentes usos (por ejemplo, en salas para pacientes y quirófanos, o en oficinas y salas de fumadores) es necesario instalar sistemas diferentes.

Para que la ventilación cumpla con las condiciones mencionadas, se deben realizar cálculos y seleccionar el equipo: dispositivos de suministro de aire y conductos de ventilación.

Además, al instalar el sistema de ventilación, es necesario elegir correctamente los puntos de toma de aire para evitar que las corrientes contaminadas regresen al interior de los espacios.

Durante la elaboración del proyecto de ventilación para una casa particular, un edificio residencial de varios pisos o un local industrial, se calcula el volumen de aire y se señalan los lugares de instalación del equipo de ventilación: unidades de intercambio de aire, aires acondicionados y conductos.

La eficiencia del intercambio de aire depende de las dimensiones de los conductos (incluyendo los conductos verticales de la vivienda). Averigüemos cuáles son las normas de velocidad del flujo de aire en la ventilación, indicadas en la documentación sanitaria.

Reglas para determinar la velocidad del aire

La velocidad del movimiento del aire está estrechamente relacionada con conceptos como el nivel de ruido y el nivel de vibración en el sistema de ventilación. El aire que pasa por los conductos genera cierto ruido y presión, que aumentan con la cantidad de giros y curvaturas.

Cuanto mayor sea la resistencia en las tuberías, menor será la velocidad del aire y mayor será el rendimiento del ventilador. Analicemos las normas de los factores asociados.

N.º 1 — normas sanitarias de nivel de ruido

Las normativas indicadas en SNiP se refieren a espacios de tipo residencial (casas particulares y edificios de apartamentos), público e industrial.

En la tabla que se presenta a continuación, puede comparar las normas para locales de diferentes tipos, así como para las áreas adyacentes a los edificios.

Parte de la tabla del N°1 SNiP-2-77 del párrafo «Protección contra el ruido». Las normas máximas admisibles relativas al horario nocturno son inferiores a los valores diurnos, y las normas para las áreas adyacentes son superiores a las de los locales residenciales.

Una de las razones del aumento de las normas aceptadas podría ser precisamente un sistema de conductos mal diseñado.

Los niveles de presión sonora se presentan en otra tabla:

Al poner en funcionamiento equipos de ventilación u otros relacionados con la creación de un microclima favorable y saludable en el local, solo se permite una superación breve de los parámetros de ruido indicados.

N.º 2 — nivel de vibración

La potencia de funcionamiento de los ventiladores está directamente relacionada con el nivel de vibración.

El umbral máximo de vibración depende de varios factores:

• de las dimensiones del conducto;
• de la calidad de las juntas que reducen el nivel de vibración;
• del material de fabricación de los tubos;
• de la velocidad del flujo de aire que pasa por los canales.

Las normas que se deben seguir al elegir dispositivos de ventilación y al realizar cálculos relacionados con los conductos se presentan en la siguiente tabla:

Valores límite admisibles de vibración local. Si durante la verificación los valores reales son superiores a las normas, significa que el sistema de conductos está diseñado con deficiencias técnicas que deben corregirse, o que la potencia del ventilador es demasiado alta.

La velocidad del aire en los conductos y canales no debe influir en el aumento de los indicadores de vibración, ni en los parámetros de oscilaciones sonoras relacionados.

N.º 3 — tasa de renovación de aire

La purificación del aire ocurre mediante el proceso de renovación del aire, que se divide en natural o forzado.

En el primer caso, se realiza mediante la apertura de puertas, ventanas abatibles, ventiluz, ventanas (y se denomina aireación) o simplemente por infiltración a través de las rendijas en las juntas de paredes, puertas y ventanas; en el segundo, mediante acondicionadores de aire y equipos de ventilación.

El cambio de aire en una habitación, cuarto auxiliar o taller debe ocurrir varias veces por hora para que el grado de contaminación de las masas de aire sea admisible. El número de cambios es la tasa de renovación, una magnitud también necesaria para determinar la velocidad del aire en los conductos de ventilación.

La tasa de renovación se calcula mediante la siguiente fórmula:

N=V/W,

donde:

• N – tasa de renovación del aire, veces por 1 hora;
• V – volumen de aire limpio que llena el local en 1 hora, m³/h;
• W – volumen de la habitación, m³.

Para no realizar cálculos adicionales, los valores promedio de la tasa de renovación se han recopilado en tablas.

Por ejemplo, para espacios residenciales, la siguiente tabla de tasas de renovación del aire es adecuada:

Según la tabla, es necesario un cambio frecuente de las masas de aire en una habitación si se caracteriza por una alta humedad o temperatura del aire, por ejemplo, en la cocina o el baño. En consecuencia, si la ventilación natural es insuficiente en estos espacios, se instalan dispositivos de circulación forzada.

¿Qué sucederá si no se cumplen los estándares de la tasa de renovación del aire, o si se cumplen pero de manera insuficiente?

Ocurrirá una de dos cosas:

• Tasa inferior a la norma. El aire fresco deja de reemplazar al aire contaminado, lo que provoca un aumento en la concentración de sustancias nocivas en la habitación: bacterias, microorganismos patógenos, gases peligrosos. La cantidad de oxígeno, esencial para el sistema respiratorio humano, disminuye, mientras que el dióxido de carbono aumenta. La humedad sube al máximo, lo que conlleva la aparición de moho.
• Tasa superior a la norma. Ocurre si la velocidad del aire en los conductos supera la norma. Esto afecta negativamente el régimen de temperatura: la habitación simplemente no logra calentarse. El aire excesivamente seco provoca enfermedades de la piel y del sistema respiratorio.

Para que la tasa de renovación del aire cumpla con las normas sanitarias, se deben instalar, retirar o ajustar los dispositivos de ventilación y, si es necesario, reemplazar los conductos de aire.

Algoritmo para calcular la velocidad del aire

Teniendo en cuenta las condiciones mencionadas y los parámetros técnicos de un espacio concreto, se pueden determinar las características del sistema de ventilación, así como calcular la velocidad del aire en los conductos.

Se debe basar en la tasa de renovación del aire, que es el valor determinante para estos cálculos.

Para precisar los parámetros de flujo, será útil la siguiente tabla:

En la tabla se presentan las dimensiones de los conductos con sección rectangular, es decir, se indican su largo y ancho. Por ejemplo, al usar canales de 200 mm x 200 mm a una velocidad de 5 m/s, el flujo de aire será de 720 m³/h.

Para realizar los cálculos por cuenta propia, es necesario conocer el volumen de la habitación y la norma de la tasa de renovación del aire para una habitación o sala de un tipo determinado.

Por ejemplo, es necesario conocer los parámetros para un estudio con cocina de un volumen total de 20 m³. Tomemos el valor mínimo de la tasa para la cocina: 6. Entonces, en el transcurso de 1 hora, los conductos de aire deben mover alrededor de L = 20 m³ * 6 = 120 m³.

También es necesario conocer el área de la sección transversal de los conductos instalados en el sistema de ventilación. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

S = πr² = π/4*D²,

donde:

• S — área de la sección transversal del conducto;
• π — el número «pi», una constante matemática igual a 3,14;
• r — el radio de la sección del conducto de aire;
• D — el diámetro de la sección del conducto de aire.

Supongamos que el diámetro de un conducto de aire circular es de 400 mm, lo sustituimos en la fórmula y obtenemos:

S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 m²

Conociendo el área de la sección y el caudal, podemos calcular la velocidad. La fórmula para calcular la velocidad del flujo de aire:

V = L/3600*S,

donde:

• V — velocidad del flujo de aire, (m/s);
• L — caudal de aire, (m³/h);
• S — área de la sección de los canales de aire (conductos), (m²).

Sustituimos los valores conocidos, obtenemos: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 m/s

Por lo tanto, para garantizar la tasa de renovación de aire necesaria (120 m³/h) utilizando un conducto de aire circular con un diámetro de 400 mm, será necesario instalar un equipo que permita aumentar la velocidad del flujo de aire a 0,265 m/s.

Debe tenerse en cuenta que los factores descritos anteriormente (parámetros de nivel de vibración y nivel de ruido) dependen directamente de la velocidad del movimiento del aire.

Si el ruido supera los valores normativos, será necesario reducir la velocidad y, en consecuencia, aumentar la sección de los conductos. En algunos casos, basta con instalar tuberías de otro material o reemplazar un tramo curvo del conducto por uno recto.

Normas recomendadas de velocidad de intercambio de aire

Durante la elaboración del proyecto del edificio, se realiza el cálculo de cada sección individual. En la industria, se trata de talleres; en edificios residenciales, de apartamentos; en una casa privada, de bloques por piso o habitaciones individuales.

Antes de instalar el sistema de ventilación, se conocen las rutas y dimensiones de las tuberías principales, la geometría necesaria de los canales de ventilación y el tamaño óptimo de los conductos.

No debe sorprenderse por las dimensiones de los conductos de aire en establecimientos de restauración u otros locales; están diseñados para extraer grandes cantidades de aire usado.

Los cálculos relacionados con el movimiento de los flujos de aire dentro de edificios residenciales e industriales se consideran de los más complejos, por lo que deben ser realizados por especialistas experimentados y cualificados.

La velocidad recomendada del aire en los conductos está indicada en el SNiP (normativa estatal), y al diseñar o entregar las instalaciones se toma como referencia.

En la tabla se indican los parámetros que se deben seguir al instalar un sistema de ventilación. Los números muestran la velocidad de desplazamiento de las masas de aire en las ubicaciones de los conductos y rejillas en unidades estándar: m/s.

Se considera que en el interior de los locales, la velocidad del aire no debe superar el valor de 0,3 m/s.

Las excepciones son circunstancias técnicas temporales (por ejemplo, trabajos de reparación, instalación de maquinaria de construcción, etc.), durante las cuales los parámetros pueden exceder los estándares en un máximo del 30 %.

En espacios grandes (garajes, talleres de producción, almacenes, hangares) a menudo funcionan dos sistemas de ventilación en lugar de uno.

La carga se divide por la mitad, por lo tanto, la velocidad del aire se selecciona de modo que proporcione el 50 % del volumen total calculado de movimiento del aire (extracción del contaminado o suministro del limpio).

Ante circunstancias de fuerza mayor, surge la necesidad de un cambio brusco en la velocidad del aire o la suspensión total del funcionamiento del sistema de ventilación.

Por ejemplo, según los requisitos de seguridad contra incendios, la velocidad del aire se reduce al mínimo para evitar la propagación del fuego y el humo a las habitaciones vecinas durante un incendio.

Con este fin, se instalan cortafuegos y válvulas en los conductos y en las secciones de transición.

Detalles de la selección del conducto

Conociendo los resultados de los cálculos aerodinámicos, se pueden seleccionar correctamente los parámetros de los conductos, más concretamente, el diámetro de los circulares y las dimensiones de los rectangulares. Además, paralelamente se puede elegir un dispositivo de suministro forzado de aire (ventilador) y determinar las pérdidas de presión durante el movimiento del aire por el conducto.

Conociendo el caudal de aire y el valor de su velocidad de movimiento, se puede determinar qué sección transversal requerirán los conductos.

Para ello, se toma la fórmula inversa a la fórmula para calcular el caudal de aire:

S = L/3600*V.

Usando el resultado, se puede calcular el diámetro:

D = 1000*√(4*S/π),

donde:

• D — diámetro de la sección del conducto;
• S — área de la sección de los canales de aire (conductos), (m²);
• π — número 'pi', constante matemática, igual a 3,14;.

El número obtenido se compara con los estándares de fábrica aprobados según GOST, y se eligen los productos con el diámetro más cercano.

Si es necesario elegir conductos rectangulares en lugar de redondos, entonces se debe determinar la longitud/anchura de los productos en lugar del diámetro.

Al elegir, se guían por la sección aproximada, utilizando el principio a*b ≈ S y las tablas de dimensiones estándar proporcionadas por los fabricantes. Recordamos que, según las normas, la relación entre el ancho (b) y el largo (a) no debe exceder 1 a 3.

Los conductos con sección rectangular o cuadrada tienen una forma ergonómica, lo que permite instalarlos ajustados a las paredes. Esto se aprovecha al instalar campanas extractoras domésticas y ocultar los tubos sobre estructuras suspendidas del techo o sobre armarios de cocina (entresuelos).

Estándares generales para conductos rectangulares: dimensiones mínimas – 100 mm x 150 mm, máximas – 2000 mm x 2000 mm. Los conductos de aire redondos son buenos porque tienen menor resistencia y, por lo tanto, presentan los niveles de ruido más bajos.

Últimamente, se fabrican especialmente para uso dentro de apartamentos cajas de plástico ligeras, cómodas y seguras.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Videos útiles le enseñarán a trabajar con magnitudes físicas y le ayudarán a imaginar mejor cómo funciona un sistema de ventilación.

Video #1. Cálculo de parámetros de ventilación natural mediante un programa informático:

Video #2. Información útil sobre la instalación de un sistema de ventilación en una casa particular en construcción:

La información del artículo se puede utilizar con fines informativos y para imaginarse mejor el funcionamiento del sistema de ventilación.

Para cálculos más precisos de la velocidad del aire al diseñar las comunicaciones domésticas, recomendamos consultar a ingenieros que conozcan los detalles de la instalación de ventilación y ayuden a elegir las dimensiones adecuadas de los conductos.

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