Uno de los parámetros más importantes en la mecánica de fluidos es el caudal. Se puede definir el caudal como la cantidad de fluido que circula a través de una sección por unidad de tiempo. Esta definición es válida para cualquier tipo de fluido, si bien el fluido utilizado en el ámbito de la ventilación es el aire.
Tabla de contenidos
Calcular el caudal de aire sin normativa
La fórmula para calcular el caudal de cualquier fluido es siempre la misma…
Q = v x S
… dónde v es la velocidad de paso del fluido a través de una sección S.
En unidades del Sistema Internacional (SI), tenemos que la velocidad se debe expresar en m/s, mientras que la sección se especificaría en m2. Por tanto, el caudal Q quedaría expresado en m3/s.
En el sector de la ventilación es más habitual ofrecer el caudal en m3/h (exceptuando casos de ventilación industrial, dónde se requieren grandes caudales), por lo que tan sólo se deberá multiplicar el resultado de la fórmula anterior por 3600, obteniendo así el caudal Q expresado en m3/h.
Para calcular el caudal necesario, debemos conocer a priori la velocidad de paso del aire y la sección por donde este circulará. La sección es un parámetro de fácil medición, pero la velocidad del aire es más difícil de determinar. Se suelen prestablecer diferentes rangos de velocidad según la aplicación del sistema de ventilación.
Caudal de aire y nivel acústico
Es importante saber que la velocidad del aire afecta directamente al ruido producido al circular el fluido por una sección cerrada. Por tanto, en lugares donde el nivel acústico es importante, la velocidad del aire debería estar limitada a un rango de entre 4-6 m/s, como suele ocurrir en viviendas (4 m/s, marcado por CTE), oficinas u hospitales, mientras que en ambientes industriales se puede aumentar hasta 10 m/s. En aplicaciones industriales específicas, se pueden alcanzar velocidades mayores a 25 m/s.
Renovación de aire por hora
En muchas ocasiones no disponemos de una sección concreta, sino que el proyecto es nuevo y se debe determinar un caudal concreto. En estos casos, la experiencia y unas tablas nos sirven de guía para determinar el caudal, sin tener en cuenta la velocidad de paso ni la sección, que podrán ser calculadas posteriormente. El parámetro utilizado es el de renovaciones por hora, es decir, el caudal necesario para renovar la totalidad del aire de un habitáculo cerrado por aire nuevo y limpio del exterior y para garantizar una buena calidad del aire interior.
La tabla de renovaciones/hora habitualmente seguida es la de renovación del aire en locales cerrados:
| Renovación del aire en locales habitados | Renovaciones/hora N | ||
| Catedrales | 0,5 | ||
| Iglesias modernas (techos bajos) | 1 – 2 | ||
| Talleres de mecanizado | 5 – 10 | ||
| Fábricas en general | 5 – 10 | ||
| Lavanderías | 20 – 30 | ||
| Fundiciones (sin extracciones localizadas) | 20 – 30 | ||
| Tintorerías | 20 – 30 | ||
| Obradores de panaderías | 25 – 35 | ||
| Naves industriales con hornos y baños (sin campanas) | 30 – 60 | ||
| Talleres de pintura (mejor instalar campana) | 40 – 60 |
Para calcular el caudal de aire en estos casos, se multiplica el número de renovaciones/hora establecido por el volumen total de la dependencia a ventilar.
Calcular el caudal de aire con normativa
Dependiendo del tipo de aplicación, se prestablece un caudal según la normativa correspondiente. Por ejemplo, en la instalación de ventilación de una vivienda, se debe aplicar el CTE, documento que especifica el caudal de ventilación para cada dependencia de la vivienda, así como la velocidad máxima de paso de aire para evitar ruidos incómodos. El CTE también especifica los caudales de ventilación para parkings y trasteros.
Otra normativa habitual en instalaciones de ventilación es el RITE, donde encontramos los caudales de diseño de sistemas de ventilación de edificios distintos a viviendas, como oficinas, escuelas, hoteles o museos.
Principales métodos de medición del caudal de aire
El caudal de aire que discurre por un conducto es proporcional a la sección de ese conducto y a la velocidad del aire que fluye a lo largo del mismo. O sea:
Q (caudal) = S (sección del conducto) x V (velocidad del aire)
Así pues, en un conducto de sección conocida, para medir el caudal nos bastará con medir la velocidad del aire. Para medirla vamos a describir los tres métodos más empleados.
Tubo de Pitot
El tubo de Pitot consiste en un doble tubo concéntrico de reducido diámetro (ver figura inferior) en el que el tubo central está abierto en su extremo (punto A) incidiendo el aire directamente en él, de manera que en A tendremos la presión total, es decir la estática (la que hay en el interior del conducto de aire) más la presión dinámica (la que es ejercida por la velocidad del aire), mientras que en los orificios laterales del tubo externo del tubo de Pitot (B) sólo se ejerce la presión estática, ya que al ser los orificios paralelos a la dirección del flujo del aire, la presión dinámica no actúa en ellos.
La diferencia de presiones entre A (total) y B (estática) es la presión dinámica, que nos viene indicada por la diferencia de niveles h en las dos columnas en rojo de la figura:
En el caso de que el líquido indicado en rojo sea agua, para la determinación de la velocidad del aire emplearemos la siguiente fórmula:
Siendo:
- h la diferencia de niveles en el agua.
- g la aceleración de la gravedad.
- δh la densidad del agua.
- δa la densidad del aire.
Para medir la presión dinámica actualmente en lugar de columnas de agua se emplea un micromanómetro (ver imagen) conectado a un Pitot. En este caso se utiliza la siguiente fórmula:
Siendo:
- P la presión dinámica medida por el micromanómetro.
Una vez tenemos la velocidad, no hay más que multiplicarla por la sección del conducto para obtener el caudal. Cabe decir que este método es el mejor y más preciso para la medición del caudal.
El anemómetro es muy usado para medir la velocidad del aire en conductos debido a su practicidad.
El anemómetro nos informa de la velocidad del aire y como en el caso anterior, no hay más que multiplicarla por la sección del conducto para obtener el caudal.
Hilo caliente
Este método consiste en una sonda dotada de un hilo caliente que se introduce en el conducto de aire. Según sea mayor o menor la velocidad de este, el hilo de la sonda estará sometido a mayor o menor refrigeración. Teniendo convenientemente calibrada la sonda, según lo que se refrigere el hilo podremos saber la velocidad del aire en conducto. Como siempre, multiplicándola por la sección obtendremos el caudal.
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