Cálculo conductos ventilación: conceptos básicos y métodos

Los métodos de cálculos de conductos son varios y se diferencian fundamentalmente en los supuestos que utilizan y en si se pueden considerar métodos exactos o aproximados. A medida que un método de cálculo de conductos es más exacto, aumenta su dificultad de cálculo y aplicación. Siempre se debe elegir el método de dimensionado que garantiza un buen cálculo sin exceder en los recursos necesarios.

Conceptos básicos para el cálculo de conductos

Las redes de conductos de aire se pueden clasificar, fundamentalmente, en función de la presión y de la velocidad de los conductos. En función de la velocidad del aire existen los siguientes tipos:

• Conductos de baja velocidad (<12 m/s, entre 6 y 12 m/s).
• Conductos de alta velocidad (>12 m/s).

Para diseñar un conducto hay que tener en cuenta los tres fundamentos básicos que influyen en el diseño y en el objetivo buscado. La red de conductos debe de diseñarse de modo que se consiga llevar un caudal de aire determinado a todos los puntos de impulsión o extracción donde se requiera. Los tres conceptos fundamentales que influyen en este aspecto son:

• Propiedades del aire. Dependen de la temperatura y de la presión, y las propiedades básicas que se utilizan en el diseño de un conducto son la viscosidad y la densidad.
• Diámetro equivalente del conducto. Los conductos utilizados pueden tener diferentes secciones, siendo lo más habitual que sean rectangulares o circulares. La mayoría de métodos de cálculo se basan en conductos circulares. El diámetro equivalente sirve para calcular el conducto, con sección circular, equivalente al estudiado.
• Pérdidas de carga. En el conducto el fluido experimenta una pérdida de presión por rozamiento, también llamada pérdida de carga. Estas pérdidas de carga se dividen en pérdidas en el conducto y pérdidas en singularidades, como por ejemplo codos, cambios de sección o accesorios.

Métodos de cálculo más habituales

Los métodos de cálculo más habituales para cálculo de conductos de ventilación son cuatro:

• Método de reducción de velocidad.
• Método de pérdida de carga constante.
• Método de recuperación estática.
• Método de velocidad constante

Los más empleados son el método de pérdida de carga constante y el método de recuperación estática.  

El método de reducción de velocidad no se suele utilizar, ya que para resolver el problema con una precisión razonable se necesitan muchos cálculos.

El método de velocidad constante se usa en exclusiva en instalaciones industriales en las que se ha de evitar la deposición de contaminante transportado en el propio conducto, o bien se requiere ya el propio transporte de materiales, presentando el inconveniente del equilibrado de la instalación.

Ahora analizamos las principales características de cada método de cálculo:

Método de pérdida de carga constante

Se utiliza en conductos de impulsión, retorno y extracción de aire. Consiste en calcular los conductos de forma que tengan la misma pérdida de carga por unidad de longitud a lo largo de todo el sistema.

El procedimiento habitual es elegir una velocidad inicial en función de la restricción por nivel de ruido según el uso del local. Para determinar esta velocidad inicial se toma como punto el cálculo del conducto principal, que sigue a la impulsión desde la toma de aire exterior o la unidad de tratamiento de aire. A partir de esta velocidad, y partiendo del caudal de aire total que debe suministrarse, se calcula la pérdida de carga unitaria que debe mantenerse constante en todos los conductos.

Método de recuperación estática

Consiste en dimensionar el conducto de forma que el aumento de presión estática en cada rama o boca de impulsión compense las pérdidas por rozamiento en la siguiente sección del conducto. Así logramos que la presión estática en cada boca y al comienzo de cada rama sea la misma.

Para ello, se selecciona una velocidad inicial para la descarga del ventilador y se dimensiona la primera sección como en el método de pérdida de carga constante. Después, las demás secciones se dimensionan con las gráficas de relación L/Q. Estas gráficas de dimensionado son función de la forma del conducto y el caudal. También se pueden usar tablas de recuperación estática a baja velocidad.

Como criterio general, el método de pérdida de carga constante se usa para conductos de impulsión baja velocidad, retorno y ventilación, y el método de recuperación estática principalmente en conductos de impulsión de baja y alta velocidad.