Flujo de aire

Sobre el cálculo del flujo de aire

Esta calculadora realiza el cálculo aerodinámico de tramos de una red de conductos de ventilación. Selecciona el tamaño del conducto según el caudal de aire y una velocidad elegida y, después, calcula las pérdidas de presión por fricción y por resistencias locales. El resultado ayuda a estimar las pérdidas totales de cada tramo y a comparar tamaños alternativos.

Referencias y recomendaciones

Normas y base de referencia

EN 16798-3 se utiliza habitualmente como base para el diseño de sistemas de ventilación en edificios, la selección de caudales de cálculo y los principios generales de cálculo de la red.

EN 12237 y EN 1507 se emplean para los requisitos de conductos circulares y rectangulares, incluidas tolerancias y clases de estanqueidad. Esto es importante al interpretar los resultados porque las fugas y la calidad de la instalación afectan al caudal real y a las pérdidas de presión.

ISO 5801 se utiliza para los ensayos de ventiladores y para comparar la presión disponible del ventilador con las pérdidas calculadas del sistema.

Velocidad del aire y cómo se fija la velocidad seleccionada

Rangos típicos de velocidad son referencias prácticas. Para ventilación natural se usan a menudo 1-2 m/s. Para ventilación mecánica, los rangos habituales son: residencial 2-4 m/s, oficinas 3-6 m/s, espacios industriales 6-12 m/s.

Velocidad seleccionada v se toma como el valor medio del rango elegido cuando no se introduce la velocidad manualmente. Este valor se usa después para calcular el área de sección necesaria y el tamaño inicial del conducto.

Área requerida y geometría del conducto

Área de sección A se calcula a partir del caudal Q y la velocidad seleccionada v.

A = (Q / 3600) / v

Aquí Q está en m³/h, v en m/s y A en m². Dividir entre 3600 convierte m³/h a m³/s.

Conducto circular obtiene el diámetro a partir del área.

d = sqrt(4A / π)

Conducto rectangular se selecciona a partir del área y de la relación de lados elegida. Una relación habitual es h/b en el rango 1-4. Con la condición h·b = A, los lados se obtienen a partir de la relación y el área requerida.

Conducto cuadrado obtiene el lado como sqrt(A).

Diámetro equivalente y velocidad real

Diámetro equivalente d_eq se usa para calcular pérdidas por fricción en secciones no circulares. En un conducto circular, d_eq es igual al diámetro real. En un rectángulo o cuadrado se utiliza el diámetro hidráulico.

deq = 2ab / (a + b)

Aquí a y b están en mm. En los cálculos, d_eq se convierte después a metros.

Velocidad real v_a se calcula con el tamaño nominal seleccionado porque el área real tras el redondeo difiere del área requerida.

va = (Q / 3600) / Aa

Pérdidas por fricción

Propiedades del aire se toman como constantes: densidad ρ = 1.2041 kg/m³, viscosidad cinemática ν = 0.000015 m²/s.

Número de Reynolds Re define el régimen de flujo y afecta al factor de fricción.

Re = va · deq / ν

Factor de fricción λ se calcula mediante una aproximación que tiene en cuenta la rugosidad ε y Re.

λ = 0.1 · ( (ε / deq) + (100 / Re) )0.25

Aquí ε está en mm y d_eq en mm, por lo que ε/d_eq es adimensional.

Pérdida por fricción por metro R′ se calcula a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach en forma de presión.

R′ = (λ / deq) · (ρ · va2 / 2)

Aquí d_eq está en metros y R′ en Pa/m. La pérdida por fricción en un tramo de longitud L es R = R′ · L en Pa.

Corrección por rugosidad b en esta calculadora suele ser 1.0 para los valores ε habituales de la lista de materiales. La pérdida total por fricción del tramo se toma como R = R′ · L · b.

Resistencias locales y cómo se determina la pérdida final

Presión dinámica P_d se calcula a partir de la velocidad real.

Pd = ρ · va2 / 2

Coeficiente total de pérdidas locales Σζ es la suma de ζ para todos los elementos locales del tramo, incluyendo la cantidad de cada elemento.

Σζ = ζ1·n1 + ζ2·n2 + …

Pérdida local de presión Z se calcula así.

Z = Pd · Σζ

Pérdida total de presión ΔP del tramo es la suma de pérdidas por fricción y pérdidas locales.

ΔP = R + Z

Criterio de selección es directo. Si el tamaño nominal elegido produce una velocidad real mayor, aumentan tanto R como Z. Al comparar opciones, es habitual ver cómo el cambio de tamaño afecta a v_a, después a ΔP por tramo y, finalmente, sumar las pérdidas de toda la red.

FAQs

Por qué las pérdidas de presión bajan mucho cuando aumenta el tamaño del conducto

Con una sección mayor, la velocidad real v_a disminuye. Tanto las pérdidas por fricción como las pérdidas locales dependen de v_a², así que incluso una pequeña reducción de velocidad puede dar una reducción apreciable de la pérdida de presión.

Qué influye más, las pérdidas por fricción o las resistencias locales

Depende del trazado. En tramos largos y rectos suelen dominar las pérdidas por fricción. En redes con muchos codos, tes, rejillas y compuertas, la contribución de Σζ puede ser comparable o incluso dominante, especialmente en tramos cortos.

Qué significa Σζ y de dónde salen los coeficientes ζ

Σζ es la suma de los coeficientes de pérdidas locales de todos los elementos del tramo. Los valores de ζ se toman de tablas de resistencias locales y de datos de fabricantes. Es importante usar ζ para la geometría correcta del accesorio y la condición de operación, porque en algunos dispositivos ζ cambia mucho con la posición y el caudal.

Por qué el caudal está en m³/h y la pérdida de presión en Pa

m³/h es una unidad práctica para el dimensionamiento de ventilación y el diseño habitual. La pérdida de presión en pascales es la unidad estándar para la demanda de presión de la red y para compararla con el rendimiento del ventilador. Dentro del cálculo, el caudal se convierte a m³/s dividiendo entre 3600.

Puedo elegir un ventilador directamente con estos resultados

El cálculo muestra pérdidas de presión por tramo y ayuda a estimar la pérdida total del sistema. Para seleccionar el ventilador también se consideran pérdidas en equipos, filtros, silenciadores y un margen por suciedad. Después se determina el punto de funcionamiento con la pérdida total y el caudal requerido y se compara con la curva del ventilador según ISO 5801.