Flujo de aire y diseño de ductos

FLUJO DE AIRE Y DISEÑO DE DUCTOS

INTRODUCCION:
En general, el tipo de material empleado en tuberías para refrigeración, depende del tamaño y naturaleza de la instalación, del refrigerante utilizado, del costo de los materiales y mano de obra. Los requerimientos específicos mínimos para la tubería empleada en refrigeración, con respecto al peso y tipo de los materiales de las tuberías,métodos de unión etc., han sido definidos en la American standard Safety Code for Mechanical Refrigeration (ASA Standard B9.1)
Dimensionar una red de ductos donde se pueda identificar los diferentes elementos que constituyen una red de ductos de aire y dimensionar los principales elementos, ventilador y ductos. Para ello, se explicarán diferentes métodos de diseño, sus ventajas e inconvenientes.
1.Redes de ductos. Elementos. Clasificación
La misión de un sistema de ductos es transportar el aire desde la unidad de tratamiento de aire (UTA) hasta el recinto a climatizar y suele comprender los ductos de impulsión y los de retorno. Dentro de los elementos que constituyen el sistema podemos distinguir los ductos y los elementos terminales.
Estos sistemas se clasifican en función de la velocidad yde la presión en los ductos. En función de la velocidad del aire tenemos:
- ductos de baja velocidad (12 m/s)
En función de la presión del aire en el conducto, se clasifican en baja, media y alta presión. Esta clasificación corresponde a la misma que utilizan los ventiladores:
- Baja presión (clase I): Hasta 90 mm.c.a.
- Media presión (clase II): Entre 90 y 180 mm.c.a.
- Alta presión (claseIII): Entre 180 y 300 mm.c.a.

Conceptos básicos
La red de ductos se diseña para conseguir llevar un determinado caudal de aire a los puntos de impulsión deseados. Antes de entrar en el diseño de la red de ductos, vamos a introducir las propiedades físicas del aire, el concepto de diámetro equivalente y el cálculo de pérdidas de carga.
2.1. Propiedades físicas del aire
Obviamente laspropiedades físicas del aire van a depender de la temperatura y de la presión.
En el diseño de ductos, las propiedades más utilizadas son la densidad y la viscosidad. La densidad se puede aproximar como:

Aunque, puede tomarse como aproximación una densidad del aire constante de 1,2 kg/m3.
En cuanto a la viscosidad del aire, se puede obtener mediante la expresión:
Con μ (N•s/m2) y T (K).
Elefecto de la presión en la determinación de las propiedades del aire sólo tiene efecto cuando la instalación se ubica a mucha altura sobre el nivel del mar.
2.2. Diámetro equivalente
Los ductos utilizados en la distribución del aire pueden ser circulares o rectangulares.
Debido a que la mayoría de las tablas y expresiones se dan para ductos circulares, resulta muy útil el concepto de diámetroequivalente.
Para determinar el diámetro equivalente de un conducto rectangular puede utilizarse la expresión:

Donde Deq es el diámetro equivalente, H la altura del conducto y W la anchura. De todas formas, resulta de gran utilidad la tabla I (diámetros equivalentes de ductos).
2.3. Pérdidas de carga
Dentro del conducto el fluido experimenta una pérdida de presión por rozamiento,denominándose ésta pérdida de carga. Estas pérdidas de carga se dividen en pérdidas en el conducto y pérdidas en singularidades.
2.3.1. Pérdidas en conducto
Se produce una pérdida de carga por el paso del aire en el conducto, la cual suele expresarse por metro de longitud como:

Siendo f el factor de fricción (adimensional) del material.
2.4. Recuperación de presión estática
En una instalación de redesde ductos de aire, si avanzamos en el sentido del flujo, el caudal disminuye en cada derivación. Un menor caudal exige una menor sección, por lo que los ductos van estrechándose cada vez que aparece una derivación.
Esta disminución de caudal puede provocar en el tramo siguiente (principal) un cambio de velocidad.

Al mismo tiempo, se debe cumplir que V0 = V1 + V3, de modo que si la...