Pérdidas de carga en tuberías: ¿cómo afecta a un sistema de ventilación?

Pérdidas de carga en tuberías: ¿cómo afecta a un sistema de ventilación?

Los conductos o tuberías son una pieza fundamental para que los sistemas de ventilación consigan ejecutar la renovación del aire interior. Estos conductos pueden ser de diferentes tamaños y secciones según las necesidades de renovación de aire que requiera la instalación para el cumplimiento de la normativa vigente.

En el proceso de renovación del aire interior, éste está en constante rozamiento con el revestimiento interior de la tubería. A lo largo del circuito el aire se va encontrando con diferentes obstáculos como codos o cambios de sección que impiden circule adecuadamente, provocándose una oposición a su paso que se conoce como pérdidas de carga.

Por ello, todos estos impedimentos requieren ser tenidos en cuenta tanto en el diseño como la instalación, para conseguir un sistema de ventilación lo más eficiente posible. Si no se tiene en cuenta el diseño de la canalización del aire, el consumo energético del ventilador puede ser significativamente superior del necesario debido a factores que provocan dichas pérdidas de carga.

Pérdida de carga: contrarrestando la fricción

Para calcular el rozamiento entre el aire y el interior de la tubería, conocido como fricción, se deben tener en cuenta aspectos como:

  • La longitud de la tubería.
  • El diámetro o sección.
  • La velocidad del aire
  • La densidad del aire

Coeficiente de frotamiento: depende de la rugosidad del revestimiento interior de la tubería y de sus dimensiones.

Se llama pérdida de carga a la presión de aire que es necesaria aplicar en un sistema de ventilación para contrarrestar el efecto de la fricción de las tuberías y conductos. Para diseñar un sistema que reduzca lo máximo posible el rozamiento es necesario conocer aproximadamente cuál es la pérdida de carga de la tubería. Aunque existen diferentes fórmulas matemáticas para calcularla, en la práctica la escasa precisión de las mismas hace que lo habitual sea utilizar nomogramas.

Los nomogramas son de gran utilidad para calcular la pérdida de carga en sistemas de ventilación. El inconveniente de los nomogramas es que únicamente son válidos para tuberías con la rugosidad y materiales usados habitualmente, ya que son resultado de la experiencia y puesta en común del conocimiento.

¿Cómo afecta el diseño de la tubería a la eficiencia del sistema?

La no previsión de la ubicación y trazado de los conductos de ventilación en el diseño del edificio afecta directamente a la eficiencia del sistema. Tradicionalmente los sistemas de ventilación se suelen instalar a posteriori en edificios previamente construidos y en cuyo diseño no se había previsto la instalación de un sistema de ventilación. Además de la mala planificación sobre el plano, también se deben sortear elementos propios de la estructura y la envolvente como vigas, cerramientos o tabiques. Por todo ello, las canalizaciones de aire no suelen estar compuestas por tuberías rectas sino que es frecuente el uso de codos, desviaciones, entradas, salidas, etc. para salvar los obstáculos.

El diseño de canalizaciones afecta directamente al flujo de aire que las recorre. Si las tuberías son lo más regulares y rectas posibles, el flujo de aire tendrá una trayectoria uniforme y la eficiencia del sistema será mayor. Por el contrario, cuando la trayectoria no es regular se producen torbellinos de aire que dificultan el flujo regular del aire. Por consiguiente, cuantos más elementos se tengan que usar en los conductos para salvar obstáculos, más baja será la eficiencia del sistema de canalización.

Para saber cómo se comportará el flujo de aire dentro del conducto se deben calcular ciertos parámetros técnicos que relacionan la densidad del fluido, el diámetro del conducto o la velocidad, entro otros. Estos parámetros cuentan con unos límites inferiores y superiores que delimitan el tipo de flujo frente al que nos encontramos.

Para diseñar instalaciones eficientes de ventilación es necesario tener en cuenta características complejas como el indicador de tipo de flujo de aire o las pérdidas de carga en las tuberías. Evitando trayectos complejos en el caudal del aire, se evitarán sobreesfuerzos en los ventiladores lo que mejorará el rendimiento y el gasto energético que conlleva.

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