| Tramo | Flujo de aire, m³/h | Longitud del tramo, m | Tamaño requerido, mm | Tamaño seleccionado, mm | Velocidad real, m/s | Pérdida por 1 m, Pa/m | Pérdida por fricción, Pa | Elementos locales, uds. | Pérdida local, Pa | Pérdida total, Pa | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sobre el cálculo del flujo de aire
Esta calculadora de velocidad y presión para el flujo de aire calcula los parámetros aerodinámicos de los conductos en cada tramo de un sistema de ventilación: determina la sección necesaria a partir del caudal de aire, selecciona el tamaño de un conducto circular o rectangular, calcula la velocidad real del aire y estima las pérdidas de presión. Las pérdidas por fricción y las pérdidas locales seleccionadas se calculan por separado para cada tramo y después se suman para obtener la pérdida de presión total.
El cálculo puede utilizarse para el dimensionamiento preliminar de conductos y para comparar distintas soluciones de ventilación según la velocidad del aire y la resistencia al flujo.
Valores orientativos y recomendaciones
Velocidad de diseño y sección necesaria
Velocidad de diseño del aire determina el área inicial necesaria del conducto. La calculadora utiliza valores fijos: ventilación natural — 1.5 m/s, ventilación mecánica en espacios residenciales — 3 m/s, oficinas — 4.5 m/s y espacios industriales — 9 m/s.
Área de sección necesaria se calcula a partir del caudal de aire Q en m3/h y de la velocidad de diseño vdesign en m/s. Primero se convierte el caudal de m3/h a m3/s dividiéndolo entre 3600.
A = (Q / 3600) / vdesign
El área resultante A en m2 es la sección mínima calculada que se utiliza para determinar el tamaño necesario del conducto.
Dimensionamiento de conductos circulares y rectangulares
Conducto circular se dimensiona a partir del área de un círculo. El diámetro interior necesario d se determina en milímetros.
d = 1000 · sqrt(4A / π)
A continuación, la calculadora selecciona el primer diámetro de la serie de tamaños que no sea inferior al valor calculado: 63, 80, 100, 125, 150, 160, 200, 250, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120 o 1250 mm.
Conducto rectangular se dimensiona especificando la altura h o la anchura b. La segunda dimensión se calcula a partir del área necesaria.
b = A · 106 / h
h = A · 106 / b
La dimensión calculada se redondea hacia arriba hasta el primer valor adecuado de la serie 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 o 2000 mm. La dimensión especificada por el usuario no se modifica durante el dimensionamiento automático.
Tamaño seleccionado del conducto se utiliza en todos los cálculos posteriores. Si el usuario modifica manualmente el diámetro seleccionado o las dimensiones de un conducto rectangular, la velocidad del aire y las pérdidas de presión se recalculan utilizando las dimensiones introducidas.
Velocidad real del aire y diámetro hidráulico
Velocidad real del aire se calcula a partir de la sección seleccionada del conducto y no de la superficie teórica necesaria. Por este motivo, después de redondear el tamaño del conducto, la velocidad real suele ser diferente de la velocidad de diseño inicial.
v = (Q / 3600) / Aactual
Aquí Aactual es el área real de la sección del conducto seleccionado en m2.
Diámetro hidráulico de un conducto circular es igual a su diámetro. Para un conducto rectangular con lados a y b se calcula mediante:
dh = 2ab / (a + b)
Los valores a, b y dh deben expresarse en las mismas unidades. Para calcular las pérdidas de presión, el diámetro hidráulico se convierte de milímetros a metros.
Rugosidad del material del conducto
Rugosidad absoluta ε influye en el factor de fricción. La calculadora utiliza los siguientes valores en milímetros:
- acero galvanizado — 0.09 mm;
- acero inoxidable — 0.015 mm;
- aluminio — 0.05 mm;
- plástico PVC, PP o PE — 0.0015 mm;
- FRP o GRP — 0.005 mm;
- yeso — 0.3 mm;
- hormigón liso — 0.6 mm;
- hormigón convencional — 1.0 mm;
- fábrica de ladrillo — 3.0 mm.
El cálculo utiliza la rugosidad relativa ε / dh. Por tanto, un mismo material puede influir de forma diferente en conductos de distintos tamaños.
Régimen de flujo y factor de fricción
Propiedades del aire se consideran constantes: densidad ρ = 1.2041 kg/m3 y viscosidad cinemática ν = 0.000015 m2/s.
Número de Reynolds se calcula a partir de la velocidad real del aire y del diámetro hidráulico.
Re = v · (dh / 1000) / ν
Factor de fricción de Darcy λ depende del régimen de flujo. Cuando Re < 2300 se utiliza la relación correspondiente al flujo laminar:
λ = 64 / Re
Cuando Re ≥ 2300, λ se determina resolviendo iterativamente la ecuación de Colebrook-White a partir del número de Reynolds y de la rugosidad relativa:
1 / sqrt(λ) = -2 · log10(ε / (3.7dh) + 2.51 / (Re · sqrt(λ)))
Esto significa que la resistencia del conducto depende simultáneamente de la velocidad del aire, del tamaño del conducto y de la rugosidad de su superficie interior.
Pérdida de presión por fricción
Pérdida de presión por metro se calcula mediante la ecuación de Darcy-Weisbach. En el cálculo se utiliza la velocidad real del aire después de seleccionar el tamaño definitivo del conducto.
R′ = (λ / dh) · (ρ · v2 / 2)
Aquí dh se expresa en metros y el resultado R′ se obtiene en Pa/m.
Pérdida de presión por fricción en un tramo es proporcional a su longitud L en metros:
R = R′ · L
Por tanto, dos tramos con el mismo tamaño de conducto y el mismo caudal de aire tienen la misma pérdida de presión por metro, pero diferentes pérdidas totales por fricción si sus longitudes son distintas.
Pérdidas de presión locales
Presión dinámica se calcula a partir de la velocidad real del aire:
Pd = ρ · v2 / 2
Coeficientes de pérdida local ζ están predefinidos en la calculadora para elementos habituales de los conductos:
- entrada al conducto con borde vivo — 0.50;
- entrada redondeada al conducto — 0.05;
- salida libre del conducto — 1.00;
- codo suave de 45° — 0.10;
- codo suave de 90° con R/D = 1.5 — 0.15;
- codo de 90° con álabes guía — 0.20;
- codo segmentado de 90° sin álabes guía — 1.20;
- derivación en T o cruz, flujo por el conducto principal — 0.10;
- derivación en T o cruz, flujo hacia el ramal — 1.00;
- derivación de 45°, flujo hacia el ramal — 0.35;
- compuerta de aire completamente abierta — 0.30.
Para un elemento con una resistencia diferente, el coeficiente ζ puede introducirse manualmente. Si hay varios elementos idénticos, su número se multiplica por el coeficiente de un solo elemento.
Coeficiente total de pérdidas locales se obtiene sumando los coeficientes de resistencia de todos los elementos del tramo y teniendo en cuenta su cantidad.
Σζ = ζ1 · n1 + ζ2 · n2 + ...
Pérdida de presión local se calcula multiplicando la presión dinámica por el coeficiente total de pérdidas locales:
Z = Pd · Σζ
Pérdida de presión total
Pérdida de presión total de un tramo es la suma de las pérdidas por fricción y las pérdidas locales:
ΔP = R + Z
Cuando se añaden varios tramos de conducto, la pérdida de presión total se calcula como la suma de los valores ΔP de todos los tramos añadidos.
Selección del tamaño final del conducto sigue un principio sencillo: primero se calcula la sección mínima necesaria a partir del caudal de aire y de la velocidad de diseño especificados y, después, el tamaño se aumenta hasta el valor disponible inmediatamente superior. A continuación, todos los parámetros aerodinámicos del conducto se recalculan utilizando el tamaño seleccionado y no la sección teórica necesaria.
Normas europeas relacionadas
EN 16798-3 «Eficiencia energética de los edificios. Ventilación de los edificios. Parte 3: para edificios no residenciales. Requisitos de prestaciones de los sistemas de ventilación y climatización de locales» establece requisitos generales relativos a las prestaciones de los sistemas de ventilación y climatización.
EN 1506 «Ventilación de edificios. Conductos de aire y accesorios de chapa metálica de sección circular. Dimensiones» se aplica al sistema dimensional de conductos circulares de chapa metálica y sus accesorios.
EN 1505 «Ventilación de edificios. Conductos de aire y accesorios de chapa metálica de sección rectangular. Dimensiones» se aplica a las dimensiones de los conductos rectangulares de chapa metálica y sus accesorios.
EN 12237 «Ventilación de edificios. Conductos. Resistencia y estanqueidad de conductos circulares de chapa metálica» y EN 1507 «Ventilación de edificios. Conductos rectangulares de chapa metálica. Requisitos de resistencia y estanqueidad» se utilizan para evaluar las características constructivas de los conductos. El cálculo de las pérdidas de presión en esta calculadora utiliza las relaciones aerodinámicas descritas anteriormente.
FAQs
Por qué el tamaño seleccionado del conducto es mayor que el tamaño necesario
El tamaño necesario se calcula directamente a partir del flujo de aire y de la velocidad de diseño y puede tener cualquier valor numérico. Para el dimensionamiento automático, la calculadora selecciona el siguiente valor mayor de la serie disponible para que la sección real no sea inferior a la sección calculada.
Por qué disminuye la pérdida de presión al aumentar el tamaño del conducto
Con el mismo caudal de aire, aumentar la sección del conducto reduce la velocidad real del aire. La presión dinámica depende del cuadrado de la velocidad, por lo que tanto las pérdidas por fricción como las pérdidas de presión locales disminuyen al aumentar el conducto.
Por qué las pérdidas de presión locales pueden ser mayores que las pérdidas por fricción
En un tramo corto, la resistencia del conducto recto puede ser pequeña, mientras que los codos, derivaciones, conexiones y otros accesorios pueden añadir pérdidas importantes. Cuanto mayores sean la velocidad del aire y el valor total Σζ, mayor será la contribución de las resistencias locales a la pérdida de presión total.
Cómo influye el material del conducto en el cálculo del flujo de aire y de la presión
El material del conducto se tiene en cuenta mediante la rugosidad absoluta de su superficie interior. Una mayor rugosidad suele aumentar el factor de fricción y, por tanto, la pérdida de presión por fricción cuando se mantienen iguales el caudal, el tamaño y la longitud del conducto.
Por qué la velocidad real del aire es diferente de la velocidad de diseño seleccionada
La velocidad de diseño se utiliza para determinar la sección necesaria del conducto. Después de seleccionar el tamaño disponible más próximo, cambia el área real, por lo que la calculadora vuelve a calcular la velocidad del aire a partir de las dimensiones seleccionadas y utiliza ese valor en todos los cálculos de pérdida de presión.