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Ventilación Industrial
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Informe Técnico
Trabajo N° 1
“Tipos de Conductos para
Ventilación”
Asignatura: Ventilación Industrial
Profesor: Jaime Barrios
Curso: Sección 245 Año 2015
Alumnos: Edgardo Obregón
Julio Medina
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A. RESUMEN:
El informe presentado a continuación, corresponde al primer trabajo de
investigación del curso de Ventilación Industrial correspondiente a la malla
curricular de la carrera de Ingeniería en Climatización. El tema a investigar
se denomina tipo de ductos para ventilación, pero la mayoría de la literatura
en textos impresos y digitales que hemos revisado, los denomina conductos
para ventilación.
De esta manera, el trabajo se denomina tipos de conductos de ventilación.
Definiremos primeramente algunos conceptos y magnitudes relacionados
con el flujo de aire a través de un conducto y sus unidades de medida.
Después revisaremos los efectos del roce del aire sobre las paredes de los
conductos y los efectos que se producen, veremos algunas tablas que
definen estos efectos de manera práctica y experimental.
Finalmente, se describirán los tipos de conductos que se utilizan
principalmente en el campo de la climatización de espacios industriales,
refiriéndonos a los sistemas más conocidos y destacaremos algunas
características y ventajas. Con esto esperamos que usted señor lector, se
entusiasme a leer en forma completa este breve pero preciso informe
técnico de investigación.
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B. Tabla de contenidos
A. RESUMEN ........................................................................................................................ 2
B. TABLA DE CONTENIDOS ................................................................................................ 3
C. INTRODUCCION ............................................................................................................... 4
D. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 5
OBJETIVO GENERAL .............................................................................................................. 5
OBJETIVOS ESPECIFICOS ..................................................................................................... 5
E. DESARROLLO DEL INFORME ............................................................................................ 6
1. DISEÑO DE CONDUCTOS ............................................................................................... 6
2. CONCEPTOS Y MAGNITUDES ........................................................................................ 7
2.1 Caudal de aire ........................................................................................................... 7
2.2 Sección del conducto .................................................................................................. 7
2.3 Velocidad del aire ...................................................................................................... 7
2.4 Presión estática ......................................................................................................... 7
2.5 Presión dinámica ....................................................................................................... 8
2.6 Presión total ................................................................................................................ 8
2.7 Diámetro Equivalente ................................................................................................. 8
2.8 Pérdida de carga por rozamiento ............................................................................... 9
2.9 Accidentes en la conducción .................................................................................... 11
3. CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTOS ....................................................................... 13
4. TIPOS DE CONDUCTOS UTILIZADOS EN CLIMATIZACIÓN Y VENTILACIÓN ............ 13
4.1 Sistema de Conductos Omni .................................................................................... 14
4.2 Sistema de Conducto de Lana de Vidrio (Alta densidad) .......................................... 14
4.3 Sistema de conducto de Chapa Metálica ................................................................... 15
4.4 Sistema de conducto flexible .................................................................................... 16
4.5 Sistema de conducto longiducto ................................................................................ 17
4.6 Sistema de conducto ovalducto ................................................................................. 18
4.7 Sistema de conductos Shunt .................................................................................... 19
4.8 Sistema de conductos textiles .................................................................................. 19
F. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 21
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C. INTRODUCCION:
En este breve informe técnico de investigación, se pretende mostrar los
principales sistemas de distribución de aire acondicionado por medio del
uso de conductos.
Existiendo una diversidad de conductos dependiendo de su forma, material
de construcción, uso y aplicaciones, intentaremos mostrar aquellos que son
mayormente conocidos en el mercado de la ventilación industrial.
Para lograr este objetivo, describiremos algunos conceptos y magnitudes
termodinámicas esenciales en la proyección e instalación de un sistema de
conductos para la distribución del aire desde el aparato acondicionador
hasta el espacio que va a ser acondicionado.
También indicaremos los pasos a seguir para calcular las pérdidas de
cargas por rozamiento del aire en las paredes interiores de los conductos,
utilizando tablas y gráficas obtenidas en base al conocimiento y experiencia
de empresas y profesionales dedicados al rubro de la ventilación.
Finalmente, entregaremos algunas descripciones simples de los conductos
existentes en el mercado e indicaremos en que sectores se pueden utilizar.
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D. OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL:
Conocer, estudiar y analizar básicamente los tipos de conductos de
un sistema de distribución de aire frío o caliente que produce una
unidad de acondicionamiento de aire o un sistema de ventilación
(natural o forzado).
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Conocer los factores que determinan el uso de los diferentes tipos de
conductos existentes en el mercado, para elegir de manera correcta
el apropiado para nuestro proyecto o instalación.
Realizar cálculos básicos de pérdida de carga en los conductos de
acuerdo a las tablas incorporadas en este informe y a las recopiladas
en la investigación del tema.
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E. DESARROLLO DEL INFORME:
1. DISEÑO DE CONDUCTOS
Para distribuir el aire frío o caliente que se produce en un equipo de aire
acondicionado hacia los distintos lugares de un local o habitación que se quiere
climatizar, se emplean un sistema de ductos o conductos.
En un esquema general, un sistema de conductos consiste en un gran
conducto que se conecta al equipo de climatización y del cual van saliendo
derivaciones o ramales hacia distintos sectores. Se puede hacer una analogía con
un árbol, en el cual el tronco sería el conducto central y sus derivaciones serían
las ramas del árbol. En la medida que nos alejamos del “tronco”, el caudal de aire
disminuye y las “ramas” o las dimensiones son más pequeñas.
Se debe tener mucho cuidado en el diseño de los conductos, pues
dimensiones inapropiadas pueden generar altas velocidades del aire a la salida de
los conductos o también ruidos molestos.
Los conductos de aire son los elementos de una instalación a través de los
cuales se distribuye el aire por todo el sistema; aspiración, unidades de
tratamiento de aire, locales de uso, retorno, extracción de aire, etc. Sus
propiedades determinan en gran parte la calidad de la instalación, al jugar un
papel fundamental en determinados factores como los son la eficiencia energética
o el comportamiento acústico de la misma.
La normativa chilena que regula las características que deben cumplir los
conductos de distribución de aire, está contenida en el Reglamento de
Instalaciones Térmicas en los Edificios en Chile (RITCH), con desarrollo en sus
Instrucciones Térmicas Complementarias (ITE), el cual corresponde a una versión
adaptada a la realidad chilena, del Reglamento de Instalaciones Térmicas en
Edificios (RITE), que actualmente se encuentra vigente en España, el cual se
complementó con algunas Normas UNE (Normas de la Comunidad Europea), que
han sido seleccionadas por temas considerados más relevantes y urgentes de
implementar.
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La adaptación chilena del RITE tiene como objetivo generar un marco de
referencia para las instalaciones del rubro, que permita tener una actividad más
transparente con una base técnica mínima de referencia, que incorpore criterios y
beneficios para el rubro, especialistas y para la comunidad en todo su conjunto.
2. CONCEPTOS Y MAGNITUDES
En el movimiento del aire a través de los conductos se identifican los
siguientes conceptos, Figura 1
Fig. 1
2.1 Caudal de aire (Q): Corresponde a la cantidad de aire que circula al interior
del conducto, se mide en m3/h (metros cúbicos divididos en horas).
2.2 Sección del conducto (S): corresponde al área del corte transversal del
conducto, se mide en m2.
2.3 Velocidad del aire (v): Corresponde a la distancia que recorre una masa de
aire por unidad de tiempo, se mide en m/s (metros divididos por segundo).
2.4 Presión estática (Pe): Es la fuerza hacia el exterior del aire dentro de un
conducto. La presión estática puede ser positiva, si es superior a la
atmosférica o bien negativa, si está por debajo de ella. Se mide en m.c.a.
(metros de columna de agua).
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2.5 Presión dinámica (Pd): Es la fuerza que tiene el aire para moverse hacia
adelante dentro de un conducto, se manifiesta sólo en la dirección del aire.
La presión dinámica es siempre positiva. Se mide en m.c.a.
2.6 Presión total (Pt): Es la presión que ejerce el aire sobre un cuerpo que se
opone a su movimiento. En la figura 1, sería la presión sobre una lámina L
opuesta a la dirección del aire. Esta presión es la suma de la Pe y la Pd,
entonces: Pt = Pe + Pd.
Como se observa en la figura 1, el conducto es del tipo circular, que en
general, llevan el aire a mayor velocidad, por lo que son de menores
dimensiones. Los conductos rectangulares llevan el aire a menor velocidad,
pero permiten una mayor adaptación para hacerlos pasar por las aberturas
y para salvar obstáculos.
2.7 Diámetro Equivalente: Aunque un conducto sea rectangular, se
acostumbra a asociarlo con un conducto circular equivalente para efectos
de cubicación de proyectos. Este conducto circular equivalente, se define
como aquel conducto que tiene la misma longitud, el mismo caudal y la
misma pérdida de carga por rozamiento que el conducto rectangular. Ver
figura 2.
Fig. 3 Conductos equivalentes
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Para obtener el diámetro equivalente a partir de las dimensiones H y W
(horizontal y vertical) del conducto rectangular puede utilizarse la tabla de la
figura 3:
Fig. 3
2.8 Pérdida de carga por rozamiento
Cuando circula el aire por el interior de un conducto, se produce el efecto
del roce por las paredes del mismo, este roce produce una fuerza contraria
a la dirección del movimiento del aire. A la presión de aire necesaria para
vencer el roce en un conducto, se le llama Pérdida de Carga. Se calcula en
base de la longitud de la conducción, el llamado diámetro equivalente, la
velocidad y densidad del aire y el coeficiente de frotamiento, de la rugosidad
de las paredes, de las dimensiones y la disposición del mismo.
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Existen fórmulas para determinar la caída de presión por rozamiento, pero
de manera práctica se utiliza el gráfico de la figura 4:
Fig. 4
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En el eje horizontal tenemos la caída de presión en Pascal (Pa) por metro
de longitud de conducto. En el eje vertical, el caudal en m3/h. El diagrama
en sí está constituido por líneas transversales que indican los diámetros
equivalentes y distintas velocidades. Cuando se trate de conductos
rectangulares, se debe calcular el diámetro equivalente.
Una vez obtenida la caída de presión unitaria, basta multiplicar por la
longitud del conducto, para obtener la pérdida de carga total por
rozamiento, siempre y cuando sea un tramo recto, porque si tiene curvas u
otros obstáculos, se debe calcular la pérdida de carga por cada uno de
estos obstáculos.
2.9 Accidentes en la conducción
En el tendido de los conductos, habitualmente no se trata de sólo tramos
rectos, sino que existen accidentes en el trayecto que obliga el uso de
codos, curvas, desviaciones, entradas, salidas, etc., los cuales producen
caída de presión del flujo de aire.
Se denomina “accidente” a cualquier alteración en la dirección o dimensión
del conducto. Los principales son (ver figura 5):
a) Curvas o cambios de dirección.
b) Contracciones (disminución de sección).
c) Ampliaciones (aumento de la sección).
d) Derivaciones.
e) Cuerpos extraños en el interior del conducto.
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Fig. 5
Existen gráficos y tablas para determinar la pérdida de carga adicional que
producen estos accidentes, las cuales no se incluirán en este breve informe.
De manera práctica, se utiliza el método de obtener la pérdida de presión
en metros de tubería equivalente (m.t.e.), lo que significa que, por ejemplo,
un codo tiene una longitud equivalente de 2 metros y este codo está en un
conducto de 5 metros, esto implica que el total de la pérdida de presión por
rozamiento sería equivalente a la pérdida en un tramo recto de 5 + 2 = 7
metros.
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3. CLASIFICACIÓN DE LOS CONDUCTOS
Los sistemas de conductos de impulsión y retorno de aire se clasifican de
acuerdo a los siguientes criterios:
a) La forma: existen conductos circulares, rectangulares y ovales.
b) La velocidad del aire: en baja y alta velocidad.
c) La presión del aire dentro del conducto: de baja, media y alta presión, pero
la velocidad de circulación máxima admitida es de 10 m/s.
d) El material de construcción: de chapa metálica, de lana de vidrio, flexibles,
tela.
4. TIPOS DE CONDUCTOS UTILIZADOS EN CLIMATIZACIÓN Y
VENTILACIÓN
Existe una gran gama de conductos que podemos encontrar en el mercado
de la climatización y ventilación, en donde por su construcción, podemos
seleccionar un conducto de acuerdo al requerimiento y función de nuestro
sistema. Y además serán parte fundamental las características técnicas y
diseño con las que esté construido.
A continuación, identificaremos tipos de conductos, usos y ventajas:
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4.1 Sistema de Conductos Omni
Conducto fabricado en forma de espiral y su fabricación es realizada por
maquinaria con forma de escalera caracol, este sistema representa una
buena alternativa en lo que a estética se refiere de manera importante.
Unas de sus características que podemos mencionar, son sus diámetros
que en su construcción o armado fluctúan entre las medidas de 3” a 60” de
diámetro y con largos hasta 10 metros de longitud y pueden ser fabricados
con espesor de aislación según requerimiento. Ver figura 6.
Fig. 6
4.2 Sistema de Conducto de Lana de Vidrio (Alta densidad)
Este tipo de conducto se caracteriza por su forma compacta y construida en
una lámina rígida de fibra de vidrio aglomerada con mezcla de resinas
especiales y está diseñada para transportar el aire acondicionado o
ventilación. Este conducto proporciona gran ligereza al momento de su
instalación. Ver figuras 7 a y b.
Las planchas con las cuales se fabrican estos conductos se suministran con
un doble revestimiento:
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La cara que constituye la superficie externa del conducto está
recubierta por un complejo de aluminio reforzado, que actúa como
barrera de vapor y proporciona estanqueidad al conducto.
La cara que constituirá el interior del conducto, dispondrá de un
revestimiento de aluminio, un velo de vidrio, o bien un tejido de
vidrio, según las características que se exijan.
Características: Una de sus características es que se puede transportar un
flujo de aire de forma silenciosa, absorbiendo el ruido de las máquinas.
También ayuda a mantener una temperatura uniforme, evitando pérdidas o
ganancias de calor de forma eficiente.
Fig. 7a Fig. 7b
4.3 Sistema de conducto de Chapa Metálica
Para su fabricación son utilizadas planchas de chapa metálica (acero
galvanizado o inoxidable, cobre, aluminio) las cuales se cortan y se
conforman para dar al conducto la geometría necesaria para la distribución
del aire. Este tipo de conductos, como todos los que podemos mencionar,
deben ser aislados térmica y acústicamente, para evitar la pérdida de
temperatura inyectada por los conductos o ganancia de calor y absorción
de ruidos generados por el sistema de aire instalado. En la figura 8,
podemos ver ductos cilíndricos y rectangulares fabricados en chapa
metálica, aislados térmica y acústicamente.
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Fig.8
4.4 Sistema de conducto flexible
Este es un conducto de aire construido de forma flexible del tipo fuelle y
constituido por dos conductos de aluminio y poliéster, que entre ellos
encontraremos un fieltro de lana mineral como aislante térmico, este tipo de
conducto también se rige por la norma UNE-EN-13180 (Norma española
del RITE). Ver figura 9.
En el mercado también podemos encontrar el conducto flexible sin
aislamiento térmico que nos ayuda netamente a la recirculación o
extracción en tramos cortos de instalación.
Aplicaciones: Su uso está presente comúnmente en: instalaciones de
climatización, ventilación industrial- comercial, residencial, etc.
Fig. 9
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4.5 Sistema de conducto longiducto
Consiste en un conducto modular circular con costura o unión longitudinal.
Cuenta con el factor de forma ideal, pues gracias a su sección circular se
obtiene la máxima área con el mínimo perímetro posible, permitiendo hacer
importantes economías en la instalación. Se fabrica industrialmente a partir
de un rollo continuo de 1.220 mm de ancho, se corta sin desperdicio un
blanco de lámina metálica que se enrolla al diámetro deseado, la costura o
unión longitudinal es engrapado mecánicamente a 4 pliegues, sin soldadura
ni remaches, evitando la distorsión o el deterioro del material. Ver figura 10
a.
Fig. 10 a Fig. 10 b
Aplicaciones del longiducto (ver figura 10 b):
Captación de polvos
Transporte neumático de partículas (granos, viruta, trillas)
Aire acondicionado y ventilación industrial
Extracciones de cocinas comerciales e industriales
Chimeneas industriales
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4.6 Sistema de conducto ovalducto Consiste en un conducto ovalado modular engrapado en espiral. Gracias a
su sección transversal ovalada, se eliminan las pérdidas generadas en las
esquinas de los conductos rectangulares. Se fabrica del enrollado continuo
de un fleje metálico (137 mm), la costura o unión en espiral es engrapado
mecánicamente a 4 pliegues, sin soldadura ni remaches, evitando la
distorsión o el deterioro del material y proporcionándole mayor resistencia.
Ver figura 12.
Fig. 12
Ventajas del ovalducto:
Menos costos de instalación, es fácil y más rápida
No requiere mano de obra especializada
Menor peso en las instalaciones
Reduce el problema de ruido de alta frecuencia
Recuperable en caso de remodelaciones
Excelente presentación
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4.7 Sistema de conductos Shunt
Consiste en un sistema de tuberías Shunt con tubo interior para extracción
de humos de cocina, mejora considerablemente la ventilación de las
campanas de cocina, además cumple con la normativa RITE, que dice que
la ventilación de las cocinas debe ser independiente de la ventilación
general.
Se conforma mediante dos conductos acoplados, el uno inscrito en el otro,
garantizan una perfecta extracción de humos en los edificios colectivos. Se
fabrica tanto como de acero galvanizado y acero inoxidable. Ver figura 13.
Fig. 13
4.8 Sistema de conductos textiles
Consiste en un sistema de difusión de aire económicamente eficiente y
estéticamente atractivos, siendo una alternativa al conducto metálico. Son
fáciles de instalar y son validados por organismos internacionales como la
ASHRAE y Underwriters Laboratories UL. No utilizan rejillas y difusores
debido a su capacidad de difundir aire sobre cualquier punto de su
superficie. Utilizan tejidos livianos, pesados y reforzados (recubiertos con
PVC). Ver figura 14.
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Su tela denominada DTI-Benelux™ está compuesta por una trama de
poliéster contratamientos contra agentes microbiables y retardantes al
fuego de acuerdo no la NFPA 90-A y UL 723. El sistema textil de
conducción y difusión de aire debe de ser diseñado para trabajar con una
presión dentro del rango de 0.25 Pa a 3.1 Pa. Las temperaturas de diseño
previstas para el trabajo del sistema deben de estar dentro de los rangos de
-18 °C a 82°C. El sistema textil de conducción y difusión de aire no deberá
de operar dentro de espacios confinados.
Fig. 14
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F. CONCLUSIONES:
En la realización de los cálculos técnicos para la fabricación de conductos,
se debe considerar aspectos tales como el estudio de los recintos a
climatizar o ventilar, para que aplicación se va a utilizar, las ventajas y
desventajas que posee y con esto determinar el tipo de conducto, sus
derivaciones o ramales y su aislación tanto térmica como acústica.
Tomar en cuenta en el desarrollo del proyecto, las posibles pérdidas de
carga al cubicar un conducto durante todo su recorrido, hasta su difusor o
rejilla final de distribución, evitar curvas o derivaciones que dificulten un
buen funcionamiento o distribución.
Hacer uso adecuado de los espacios, respetar trazados y fijaciones
recomendadas para la instalación del conducto.
Si el proyecto o instalación considera la extracción y/o inyección de aire, se
debe considerar las renovaciones de aire que debe tener el sistema, el
control de los caudales o balance de este, evitar ruidos excesivos durante la
inyección o extracción, el tratamiento de aire en recintos como por ejemplo,
centros hospitalarios, que debe ser acorde a lo establecido.
Preservar la calidad de la instalación respetando parámetros ya
establecidos por el proyecto, cuidando con la estética y funcionalidad del
sistema.
Cumpliendo con estos pasos o protocolos, nos podremos encontrar en una
mejor condición para enfrentar y dar solución a los diferentes problemas de
ventilación, presentes en los diversos recintos, ya sea para uso industrial,
residencial y/o comercial.
Este informe contiene datos que nos guiarán a una adecuada selección y
posterior instalación de cualquier tipo de sistema de ventilación y
climatización, a través de conductos de aire y su distribución, determinados
previamente para cada aplicación.
