Dimensionado de Ductos para el Aire en Movimiento

Conseguir que el aire se mueva consume energía debido a que el (1) aire tiene un peso, (2) a que el aire se vuelve turbulento en el conducto, frotándose contra sí mismo y contra la canalización y (3) que los empalmes crean una cierta resistencia al flujo del aire.

Las pérdidas por fricción en una canalización se deben a la acción real de frotado del aire contra las paredes del conducto y a la turbulencia del aire, que se frota contra sí mismo mientras se mueve por el conducto.

La fricción debida al rozamiento con las paredes de la canalización no puede ser eliminada, pero sí podemos reducirla al mínimo empleando prácticas de diseño adecuadas. Uno de los requisitos consiste en diseñar el tamaño del conducto adecuándolo al caudal de aire que ha de atravesarlo; por otro lado, cuanto más suave sea la superficie del conducto, menor será la fricción producida; por último, cuanto más lento sea el movimiento del aire al atravesar el conducto, menores serán la fricción y la turbulencia. Aunque analizar con detalle el di-seño de los conductos está más allá del objetivo de este texto, veremos a continuación una serie de recomendaciones generales de cara a las instalaciones residenciales típicas.

Cada metro de conducto ofrece una resistencia al flujo del aire, de valor conocido, que se denomina pérdida por fricción. Podemos determinar su valor mediante el uso de tablas y de reglas de cálculo especiales diseñadas con este propósito. Usaremos el ejemplo siguiente para explicar la pérdida por fricción en un sistema de canalización (figura 1).

Figura 1

  1. Una casa de planta amplia necesita 3 toneladas de refrigeración.
  2. La refrigeración proviene de un serpentín de 3 toneladas instalado en la canalización.
  3. El calor y la ventilación pro-vienen de una caldera que, con una entrada de 25,000 kcal/h, es capaz de proporcionar 20,000 kcal/h de salida.
  4. La capacidad de ventilación del impulsor es de 38.5mcm de aire, mientras está funcionando contra una presión estática de 10mm C.A. y el ventilador del sistema está funcionando a una velocidad entre media y alta. El sistema sólo necesita, en la modalidad de refrigeración, 34mcm de aire. Con sólo utilizar un motor de 0.5 caballos, el ventilador de sistema es capaz de atender las necesidades del sistema, disponiendo aún de una pequeña capacidad de reserva. La modalidad de refrigeración suele precisar de más cantidad de aire que la de calefacción, la refrigeración suele requerir 11.3 mcm por cada tonelada, luego se necesitan 3 toneladas x 11.3 mcm/ton= 34 mcm.
  5. El sistema tiene 11 salidas de aire, diseñadas para un caudal de 3 mcm, en la parte principal de la casa, así como otras dos salidas en los cuartos de baño, cada una de ellas diseñada para una caudal de 1.5 mcm. La mayoría de las salidas están instaladas en las paredes exteriores de la casa y distribuyen el aire acondicionado sobre las paredes exteriores.
  6. El aire de retorno vuelve al sistema atravesando un vestíbulo común, con una rejilla de retorno en cada extremo del vestíbulo.
  7. Mientras se analice este sistema se ha de pensar en toda la casa como parte del sistema. El aire de suministro debe salir por los registros de suministro y barrer las paredes. Después se abre camino a través de las habitaciones hasta la puerta adyacente al vestíbulo. A su llegada al vestíbulo, el aire se halla a la temperatura ambiente y se mete bajo la puerta del vestíbulo para llegar hasta la rejilla de retorno de aire.
  8. La rejilla de retorno del aire es el punto en el que se comienza el sistema de canalización. En la rejilla existe una presión ligeramente negativa (respecto de la presión de la habitación), destinada a inducir al aire de la habitación a atravesar la rejilla y entrar en el sistema. Los filtros están situados en las rejillas del aire de retorno. La presión medida en el lado del filtro correspondiente al ventilador será de -1 mm C.A. que es inferior a la presión de la habitación. Por ello, la presión de la habitación empuja al aire, a través del filtro, hacia el interior del conducto de retorno.
  9. A medida que el aire avanza por el interior del conducto hacia el ventilador, la presión continúa bajando. El punto del sistema a menor presión esta localizado en la entrada del ventilador, a – 5 mm C.A. respecto de la presión de la habitación.
  10. El aire es obligado a atravesar el ventilador, momento a partir del cual su presión comienza a aumentar. El punto de sistema que está a mayor presión se localiza en la salida del ventilador, a 5 mm C.A. por encima de la presión de la habitación. La diferencia de presión entre la entrada y la salida del ventilador es 10 mm C.A.
  11. A continuación se impulsa al aire a través del cambiador de calor de la caldera, donde su presión cae hasta un nuevo valor, que no es útil para el técnico de mantenimiento.
  12. Después, el aire atraviesa el serpentín de refrigeración, desde donde entra en el sistema de canalización a una presión de 2.5 mm C.A.
  13. La presión del aire caerá ligeramente al torcer las esquinas de la “T” que divide el conducto en dos cámaras de sobrepresión en reducción, una para cada extremo de la casa. La T tiene álabes de giro para ayudar a reducir la caída de la presión producida.
  14. La primera sección de cada conducto troncal en reducción ha de manejar una cantidad igual de aire, unos 17 mcm. El recorrido del primer tronco alimenta a dos ramales, consumiendo cada uno 3 mcm. Esto reduce la capacidad del tronco a 11.3 mcm en cada lado, por lo que podemos utilizar un tronco más pequeño a partir de este punto, ahorrando materiales.
  15. Se reduce el tamaño del conducto a uno menor para conducir los 11.3 mcm de cada lado. De él salen otros dos ramales de 3 mcm hacia el ambiente acondicionado, por lo que puede volverse a reducir el tamaño del conducto.
  16. El último tramo del conducto troncal en reducción de cada extremo del sistema sólo tiene que manejar 5.6 mcm, destinados a los últimos dos ramales.

Este sistema de canalización de suministro distribuirá el aire que esta casa necesita con una cantidad mínima de ruido y proporcionando un confort máximo. La presión en el interior de los conductos será más o menos la misma a todo lo largo del conducto, ya que se ha ido reduciendo el tamaño de la canalización a medida que se iba repartiendo el aire desde el tronco. Hay que instalar reguladores de paso en cada uno de los conductos de los ramales, ya que es preciso equilibrar el suministro de aire del sistema para cada habitación, de manera que cada una reciba 3 mcm. Si, por alguna razón, una habitación ha de recibir menos aire, podemos ajustar su regulador de paso para que entre la cantidad que se necesita en realidad; un ejemplo son los cuartos de baño, que sólo deben recibir 1.5 mcm.

El sistema de aire de retorno tiene el mismo tamaño en ambos lados, devolviendo 17 mcm por cada lado, con los filtros ubicados en las rejillas de aire de retorno de los vestí-bulos. El ventilador de la caldera está situado suficientemente lejos de las rejillas como para que no se le oiga.

Los expertos provenientes ya sea de las plantas fabricantes ofrecen cursos de formación sobre el dimensionamiento de las canalizaciones, empleando sus propios métodos y técnicas.

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