Conceptos Basicos Conductos Aire

Conceptos básicos para el estudio de los conductos de aire

La función de una red de conductos es transportar el aire desde el aparato acondicionador hasta el espacio que va a ser acondicionado. Para su estudio hay que tener presentes los siguientes conceptos básicos. Sección. Se calcula sobre un conducto, que puede ser en forma rectangular o circular, realizando un corte transversal y calculándola de acuerdo con su forma geométrica. Se expresa en m2. Caudal. Sea un conducto de sección S por le que circula una fluido con una velocidad v. El caudal es el producto de la sección S por la velocidad del fluido v, o lo que es lo mismo, el volumen o cantidad de fluido que circula por un conducto en un determinado tiempo y se mide en litros/segundo o m3/hora. Recuerda 1 litro/segundo = 3,6 m3/hora. Esta definición de caudal podemos afinarla más diciendo que se trata del caudal volumétrico, para distinguirlo del caudal másico el cual se define como la masa de liquido que fluye en un determinado tiempo y se mide en g/s (gramos por segundo) o kg/h (kilogramos por hora). Velocidad. Es la rapidez con la que circula el aire y se mide en metros/segundo. Además debes saber, que cuando el aire atraviesa una determinada sección del conducto no pasa con la misma velocidad, normalmente es máxima en el centro y va disminuyendo a medida que se acerca a las paredes del conducto (ver imagen adjunta). Así pues, para realizar los cálculos se toma como valor la velocidad media de la sección. También podemos decir que la velocidad es el caudal que pasa por una determinada sección.

V = Caudal de aire (m3/h).

v=

V 3600 ⋅ S

v = Velocidad (m/s). S = Sección del conducto (m2).

Fig. 1: Velocidad del aire en un conducto. Presión. Es la fuerza que se ejerce por unidad de superficie. Puede ser absoluta o relativa. La presión atmosférica o manométrica corresponde a 1,013 bar = 1,033 kg/cm2 (de forma aproximada 1 bar = 1 kg/cm2 = 10 mca = 736 mm Hg). Presión relativa = Presión absoluta - Presión atmosférica Presión estática (Pe). Es la presión que ejerce el aire sobre las paredes de un conducto. Esta presión es positiva en impulsión y negativa en aspiración. Cuando el aire sale del ventilador de impulsión, la presión estática es máxima y va disminuyendo en función del rozamiento con las paredes del conducto, hasta ser prácticamente nula en la salida. Sucede lo mismo en el circuito de aspiración, aunque con valores negativos. Esta pérdida de presión (también llamada pérdida de carga o caída de presión) se mide en mm.c.a./m o Pa/m. Recuerda: 1 mm.c.a. = 10 Pa = 10 N/m2 = 1 kg/m2 La presión estática es la magnitud que aparece en los catálogos de ventilación en la curva característica de un ventilador, encargado de poner en circulación el aire por los conductos. Presión dinámica (Pd). El ventilador impulsa la masa de aire imprimiéndole una velocidad que crea una fuerza por unidad de superficie que se manifiesta solamente en la dirección del aire y recibe el nombre de presión dinámica, la cual depende de la velocidad y la densidad del fluido (el aire).

Pd =

Pd = Presión dinámica (mm c.a.).

v2 16,3

v = Velocidad del aire (m/s).

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Por lo tanto, podemos decir que la presión dinámica se utiliza para crear y mantener la velocidad del aire dentro del conducto hasta el punto de descarga. No obstante, como a lo largo del conducto la masa de aire transportada en la unidad de tiempo es constante, la velocidad varía en cada cambio de sección del conducto, hasta su salida o hasta la distribución del aire en las bifurcaciones. Presión total (Pt). Es la suma de la presión dinámica y la presión estática.

Pt = Pe + Pd Podemos considerar dos situaciones: Pt = Pd Pt = Pe

Cuando no exista rozamiento. Cuando no exista circulación de aire por el conducto.

En un conducto de aspiración, la Pt será negativa (depresión), siendo siempre positiva en conductos de impulsión. La unidad utilizada para medida de presiones en el sistema internacional es el pascal. Habitualmente, en cálculos relativos a aire acondicionado se utiliza también el milímetro de columna de agua (mm.c.a) aprox. 1 mm.c.a. = 10 Pa. Como equipo de medida se utilizan tubos de pitot, como se indica en la figura siguiente.

Fig. 2: Presión estática, dinámica y total a la salida del ventilador Presión disponible. Es la presión estática indicada en el catálogo de los fabricantes de equipos de aire acondicionado, que suministra el ventilador de impulsión para vencer la resistencia que ofrece la red de conductos. Régimen del flujo de un fluido. Dependiendo de la velocidad y forma del conducto, el régimen del fluido puede ser: Laminar: si todas las partículas van paralelas. Caso de velocidades bajas. En aire aparece en velocidades menores de 1 m/s. El régimen laminar es inaudible (no se puede oir). Turbulento: en el flujo aparecen movimientos de rotación y remolinos. Es el flujo normal en conductos de ventilación. Se oye circular el aire con mayor o menor ruido.

Fig. 3: Diferentes tipos de flujos de aire en un conducto. Ecuación de continuidad. Expresa que el producto de la sección de la tubería y la velocidad que lleva el fluido al atravesarla es constante en todas las partes de la tubería. Para entenderlo mejor mira la siguiente imagen donde puedes ver un conducto con dos tramos de diferente sección. Está claro que al trasladarse toda la masa del fluido líquido sin turbulencias en un tiempo t, si un volumen V de líquido atraviesa una cierta sección S1, otra sección cualquiera S2 de la misma tubería también será atravesada por un volumen igual (se supone que el líquido no se puede comprimir).

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Fig. 4: Continuidad de la corriente en un conducto.

V = S1 ⋅ e1

V = S 2 ⋅ e2

Igualando ambas expresiones resulta:

S1 ⋅ e1 = S 2 ⋅ e2

Teniendo en cuenta que el espacio es igual a la velocidad por el tiempo, tenemos: e1 = v1 ⋅ t Sustituyendo resulta:

y

e2 = v 2 ⋅ t

S1 ⋅ v1 ⋅ t = S 2 ⋅ v2 ⋅ t Por lo tanto:

S1 ⋅ v1 = S 2 ⋅ v2 Que es la ecuación de continuidad. Teorema de Bernoulli. Expresa que un fluido ideal circulando por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. Si la energía de un fluido consta de tres componentes: 1. 2. 3.

Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

La ecuación de Bernoulli consta de estos mismos términos, esto es:

donde: V = velocidad del fluido en la sección considerada. ρ = densidad del fluido. P = presión a lo largo de la línea de corriente. g = aceleración gravitatoria z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia. Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos: Viscosidad (fricción interna) y rozamiento nulo. Caudal constante Flujo incompresible, donde ρ es constante. La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional. También se puede expresar de la siguiente forma:

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La ecuación de Bernoulli junto a la ecuación de continuidad (conservación de la masa) también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá también la presión.

Fig. 5: Aumento de la velocidad en un conducto al disminuir su sección. Diferenciación del aire dentro del local a climatizar. En el local climatizado podemos diferenciar los siguientes tipos de aire: Aire de impulsión: Es el que sale directamente por el difusor, procedente de la unidad de acondicionamiento. Aire ambiente: Es la pequeña corriente de aire del local cuando se dirige a mezclarse con el aire de impulsión. Aire primario: Es la mezcla de aire de impulsión con el aire ambiente, justo en el momento de producirse. Aire total: Es el aire primario después de difundirse y mezclarse con el resto del aire del local.

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