FLUJO DE AIRE EN DUCTOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

PROFESORA:ING. CORINA SANDOVAL MORALESCURSO:MECNICA DE FLUIDOSESTUDIANTES:CELI PINZN JORGE LUISFERNANDEZ CASTILLO DANIELPALACIOS ZEA KAROLINEPORTOCARRERO TORRES JESSRAMOS NEIRA FRANSHESKARIVERA CHVEZ RAQUEL FLUJO DE AIRE EN DUCTOSY SISTEMAS DE DISTRIBUCINJULIO 2013 NDICEIntroduccin3Flujo de aire en ductos y Sistemas de Distribucin.4Sistemas de distribucin de aire en ductos.6Elementos bsicos de un sistema de distribucin. 7Tipos de sistemas de distribucin de aire. 15Prdidas de energa en el sistema. 16Diseo de ductos 19Procedimiento General para disear ductos de aire con el Mtodo de la Friccin igual 20Eficiencia energtica y consideraciones prcticas en el diseo de ductos.. 22Ejercicio de aplicacin de Diseo de Ductos. 23Conclusiones.. 30

INTRODUCCIN

La distribucin de aire es una de las variables importantes para lograr el confort en las personas, por ser una influencia directa en la calidad y el movimiento del aire.Uno de los factores ms importantes en los sistemas de aire acondicionado radica en la distribucin del aire, debido a que, por ms que logremos enfriar o calentar el aire o controlar su humedad, la forma en que lo llevamos a los espacios por acondicionar juega un papel fundamental para lograr ese confort de las personas. El movimiento del aire por conductos es necesario para asegurar una correcta ventilacin, puesto que los diferentes usos de los espacios, requieren unas renovaciones de aire determinadas. Para ello es necesario que el aire circule desde el exterior, en que se encuentra limpio y en correctas condiciones de calidad y temperatura, hasta los puntos en que se requiere ventilacin; y posteriormente abandone los mismos. As, se presentan en el presente objeto de aprendizaje, los principios del movimiento del aire y las ecuaciones que bsicamente rigen este movimiento, para introducir al alumno en el clculo que concierne a las instalaciones interiores de ventilacin conducida. La misin de un sistema de conductos es transportar el aire desde la unidad de tratamiento de aire (UTA) hasta el recinto a climatizar y suele comprender los conductos de impulsin y los de retorno. Dentro de los elementos que constituyen el sistema podemos distinguir los conductos y los elementos terminales.

En los sistemas de ductos instalados en los distintos ambientes con el fin de climatizar, tambin se dan prdidas de energa y estas son de dos clases que hacen que la presin caiga a lo largo de la trayectoria del flujo. Las prdidas de friccin ocurren cuando el aire va pasando a travs de secciones rectas, mientras que las prdidas dinmicas suceden cuando el aire pasa a travs de acoplamientos como la T, L, etc.

FLUJO DE AIRE EN DUCTOS Y SISTEMAS DE DISTRIBUCIN Los conductos de aire son elementos estticos de la instalacin, a travs de los cuales circula el aire en el interior del edificio, conectando todo el sistema: aspiracin, unidades de tratamiento de aire, locales de uso, retorno y evacuacin del aire viciado. La seleccin adecuada de los materiales de ductos para una red de distribucin, presenta dos aspectos diferentes: Tcnicos: por los cuales se deben utilizar slo aquellos materiales contrastados que sean capaces de cumplir las funciones previstas y vehiculares el aire en condiciones idneas a los puntos de difusin. Econmicos: tanto desde el punto de vista de la inversin necesaria en materiales a instalar, como en los costes de funcionamiento asociados a las caractersticas de la red.En cualquier sistema de calefaccin, enfriamiento o ventilacin con circulacin mecnica, el ventilador o los ventiladores deben tener la capacidad adecuada en cuanto a cantidad adecuada de aire y una presin esttica igual o ligeramente mayor que la resistencia total que se tiene en el sistema de ductos. El tamao de los ductos se escoge para las velocidades mximas de aire que puede utilizarse sin causar ruidos molestos y sin causar prdidas excesivas de presin. Los ductos grandes reducen las prdidas de friccin, pero la inversin y el mayor espacio deben compensar el ahorro de potencia del ventilador. Tiene que hacerse un balance econmico al hacer el diseo de las instalaciones. En general debe hacerse un trazado de ductos tan directo como sea posible, evitar vueltas muy agudas y no hay que tener ductos muy desproporcionados. Para un ducto rectangular es buena prctica que la relacin del lado mayor al menor sea hasta de 6 a 1 y sta relacin nunca debe exceder de 10 a 1.Estos Ductos se emplean en los sistemas de conduccin del aire generado en sistemas de enfriamiento, calefaccin o sistemas de doble temperatura, los cuales entregan el aire necesario con diferentes requerimientos de presin, temperatura y humedad. Los ductos estn diseados para trabajo pesado, en ductos de suministro y retorno y en cmaras donde normalmente se emplea lmina metlica en diferentes calibres. En forma similar se emplea en instalaciones pequeas de tipo comercial o liviano.

El flujo de aire en los sistemas de ventilacin industrial cumple con dos principios bsicos siguientes: La conservacin de la masa La conservacin de la energaPara todos los clculos posteriores se tendr en cuenta las siguientes simplificaciones: Se desprecian los efectos del intercambio trmico. Se considera que el aire es incomprensible. Se supone que el aire es seco.

Sistemas de distribucin de aire en ductos

El diagrama es un sistema de distribucin de aire. El aire del exterior ingresa al edificio en el punto1, a travs de persianas que protegen los ductos contra el viento y la lluvia. La velocidad de flujo de aire a travs de las persianas debe ser relativamente baja, de 500pies/min (2.5m/s) aproximadamente, para minimizar la entrada de contaminantes indeseables. Despus, el ducto se reduce a un tamao ms pequeo para llevar el aire al lado de succin de un ventilador. Se muestra una contraccin sbita del ducto, aunque con una reduccin gradual se tendra una prdida ms pequea de presin.El regulador en el ducto de entrada lo puede cerrar en forma parcial para hacer que el flujo disminuya, si as se quisiera. El ducto de la entrada distribuye el aire a la entrada del ventilador, donde se incrementa la presin por accin de la rueda del ventilador.La salida del ventilador se conduce por medio de un ducto principal que distribuye el aire a los lugares de uso a travs de 4 ramas. Lo reguladores, que aparecen en cada una de las ramas, permiten balancear el sistema cuando est en operacin. Se emplean rejillas en cada salida para distribuir el aire a los espacios acondicionados (en este ejemplo, 3 oficinas y 1 sala de juntas).Los ductos mostrados se encuentran sobre todo en el techo. Hay un codo en sobre cada una de las rejillas de salida para dirigir el flujo de aire hacia abajo del sistema del techo.El aire dentro de las habitaciones del edificio puede estar ligeramente por arriba o por debajo de la presin atmosfrica. Algunos diseadores de sistemas de manejo de aire prefieren tener una presin algo positiva en el edificio, para controlar mejor y eliminar las fugas. Sim embargo, cuando se disean los ductos, por lo general se considera que la presin en el interior del edificio es la misma que la del exterior.Elementos bsicos de un sistema de distribucin de aireA continuacin se definen los principales conceptos que utilizaremos en la nomenclatura de una distribucin de aire en ductos:

Tramo: Conducto de igual seccin que se extiende entre dos bifurcaciones, o entre una bifurcacin y una boca. Dicho tramo contendr una cantidad de accesorios dados, tales como codos, obstculos, compuertas de regulacin, etc. adems de la transformacin respecto al tramo anterior. Boca: Coincidirn con cada uno de los elementos de difusin de aire. Rama: Sern los diferentes recorridos (conjunto de tramos) que se pueden establecer desde el ventilador hasta los locales (existir una rama por cada boca de impulsin). Anlogamente se pueden definir en la red de retorno (rejilla retorno hasta el ventilador).

Accesorios del sistema de ductosEn un sistema de conductos han de tenerse en cuenta una serie de elementos, entre los que destacaremos: ConductoLos conductos de aire pueden ser rectangulares o circulares. Cualquier tipo de material empleado en la construccin de conductos debe tener la propiedad de no propagar el fuego, no desprender gases txicos en caso de incendio y, adems, ser capaz de resistir mecnicamente los esfuerzos producidos por su peso, las manipulaciones a las que sean sometidos y las vibraciones producidas por el paso del aire por su interior. En la mayora de las aplicaciones estos conductos son de chapa de acero galvanizada o de materiales aislantes, como, por ejemplo, la fibra de vidrio aglomerada.

Un caso particular de conductos circulares son los conductos metlicos flexibles, que suelen emplearse como elementos terminales de la instalacin para conectar con la boca de impulsin. DerivacionesLas derivaciones son accesorios que se emplean para bifurcar conductos y de esta forma repartir la corriente de fluido. Tanto en los conductos rectangulares como en los circulares se pueden instalar varios tipos de derivaciones. Las siguientes figuras presentan los tipos de derivaciones ms comnmente empleados.

Tipos de derivacin circulares

Tipos de derivacin rectangulares

Codos

Son elementos que se emplean en una instalacin para modificar la direccin de la corriente fluida. En los conductos circulares y rectangulares pueden establecerse distintos tipos de codos, como podemos observar en las siguientes figuras:Tipos de codos

Compuertas y mariposas

Estos son accesorios utilizados para limitar y/o controlar el paso de caudal a travs de un conducto. En la figura se representan los ms comnmente empleados junto con los parmetros de fabricacin.

Mariposas Compuerta a Compuerta a labes

Mariposa Compuerta a

Tipos de mariposas y compuertas rectangulares y circulares

Transformaciones

Se emplean las transformaciones para unir dos conductos de diferente forma o seccin recta. La pendiente ms recomendable para reducir la seccin del conducto es la de 15%. Cuando sea imposible llegar a este valor, puede aumentarse la inclinacin hasta un mximo del 25%.

Algunos tipos de transformaciones pueden ser observados en la fig. 10, tanto para conductos rectangulares como para conductos circulares.

Distintos tipos de transformaciones entre conductos, y entre conductos y ventiladores.Como casos particulares de las transformaciones, se encuentran la expansin y la contraccin. La primera de ellas tiene lugar cuando la conduccin aumenta sus dimensiones de manera gradual, al final de la expansin se produce el efecto de recuperacin esttica. Si la conduccin disminuye sus dimensiones de manera gradual se denomina contraccin, sta produce un incremento de velocidad y una disminucin de presin a la salida. Obstculos internos

Las tuberas, conducciones elctricas, elementos estructurales y otros obstculos deben evitarse siempre en el interior de los conductos, especialmente en codos y derivaciones. Estos originan grandes prdidas de carga innecesarias y pueden ser fuentes de ruidos en la corriente de aire. En la siguiente figura se muestra dos tipos de obstculos internos, uno desnudo y otro con proteccin aerodinmica.

Tipos de obstculos interno

Diafragmas y rejillas agujereadas

Estos elementos permiten equilibrar las conducciones en cuanto a la prdida de carga se refiere aportando al fluido una prdida de carga adicional. Se emplean en conducciones rectangulares y en conducciones circulares.

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Bocas

Tienen como misin principal la de conseguir la correcta difusin del aire en el local. Bsicamente, los impulsores pueden ser de techo y de pared. A continuacin se mostrarn los tipos de impulsores ms utilizados en climatizacin.

Rejillas de toma de aire

Las rejillas de toma de aire, normalmente van instaladas en la pared. Estn formadas por una serie de lminas que pueden ser fijas o mviles que dirigen el aire hacia la conduccin que comunica a sta con el ventilador.

Tipos de rejillas de toma de aire

Cortafuegos

Las compuertas cortafuegos posibilitan el cierre automtico de secciones de incendio en las instalaciones de climatizacin y ventilacin, pudiendo ser montadas tanto en paredes como en forjados. En conductos rectangulares suelen utilizarse dos tipos de cortafuegos, uno con pantalla rectangular giratoria que puede pivotar sobre un eje vertical u horizontal y el otro consiste en una persiana corta fuego rectangular que puede utilizarse solamente en posicin horizontal. En conductos circulares se emplean cortafuegos giratorios con eje vertical u horizontal

Compuertas cortafuegos circulares y rectangulares

Entradas y salidas de conductos

En ocasiones, el aire precisa pasar desde un conducto de gran tamao, por ejemplo un plenum (espacio cerrado en donde existenaireu otrosgasesa bajas velocidades ypresionesligeramente superiores a laatmosfrica, como resultado de la accin de unventiladoro soplador mecnico) a un conducto de menor tamao. Esta entrada se puede producir de diversas formas.

Tambin nos podemos encontrar con la situacin contraria, es decir, el aire debe pasar de un conducto de menor tamao a otro de gran tamao, existiendo diferentes tipos de salidas en conductos

PersianasUna persiana es un elemento mecnico que se coloca en el exterior o interior de un balcn o ventana para proteger las habitaciones de la luz o el calor. Las persianas pueden fabricarse de diferentes materiales si bien el plstico PVC y el aluminio son los ms populares por su ligereza y resistencia al deterioro. La persiana presenta un doble movimiento de apertura y cierre que se manifiesta por lo general en una accin de subida y bajada.

Tipos de sistema de distribucin de aireSe tienen tres tipos diferentes de distribucin de aire en la parte de suministro:1. Sistemas de mezcla.En este sistema, el aire se suministra a una velocidad mayor y una temperatura menor a las que se buscan en la zona por acondicionar para que, al mezclarse con el aire en el espacio, se llegue a las condiciones de velocidad y temperatura que proporcionen confort.En este sistema, se utilizan principalmente como unidades terminales las rejillas y difusores que se colocan en el plafn o muy cerca de l, con descargas laterales cuando se est hablando de enfriamiento; pueden colocarse lateralmente o en piso cuando se habla de calentamiento.2. Sistemas de desplazamiento.Para este caso, el aire se suministra directamente al espacio a una temperatura ligeramente menor que la requerida y con velocidades cercanas a los 100 pies por minuto, logrando que el aire fro inunde el espacio por acondicionar; al llegar a los objetos o personas que producen el calor, lo desplazar hacia la parte superior, donde se realiza el retorno. Para estos sistemas, se tienen rejillas de inyeccin que pueden colocarse al nivel del piso, principalmente por los laterales3. Sistemas locales.Este sistema suministra el aire en lugares muy especficos, relativos a reas de trabajo u ocupacin, y es principalmente utilizado en la industria

PERDIDAS DE ENERGIA EN EL SISTEMAEn los sistemas de ductos hay dos clases de prdidas de energa que hacen que la presin caiga a lo largo de la trayectoria del flujo: perdidas de energa por friccin y perdidas de energa dinmica. Prdidas por friccin Las prdidas por friccin ocurren conforme el aire pasa a travs de secciones rectas, mientras que las perdidas dinmicas suceden cuando pasa a travs de acoplamientos y a travs de dispositivos para control el flujo.Se estiman por medio de la ecuacin de Darcy, sin embargo se han preparado graficas especiales que muestran la perdida po friccion como funcin del flujo volumtrico, con dos lneas diagonales que muestran el dimetro de ductos circulares y velocidad del flujo.

Ductos rectangulares Aunque es frecuente que se utilicen ductos circulares para distribuir aire a travs de sistemas de calefaccin, ventilacin o acondicionamiento de aire, por lo general es ms conveniente emplear ductos rectangulares, debido a limitaciones de espacio, en particular sobre los techos. Es posible usar el radio hidrulico del ducto para caracterizar su tamao. Cuando se efectan las sustituciones necesarias del radio hidrulico para el dimetro de las relaciones de velocidad, nmero de Reynolds, rugosidad relativa y el factor de friccin correspondiente se observa que el dimetro equivalente de un ducto regular es:

Donde a y b son los lados del rectngulo. Esto permite utilizar las grficas de perdida por friccin para ductos rectangulares y circulares Tabla: Dimetros equivalentes circulares de los ductos rectangulares. Lado a (pulg)Lado b (pulg)

681012141618202224262830

66.6

87.68.7

108.49.810.9

129.110.71213.1

149.811.512.914.215.3

1610.412.213.715.116.417.5

181112.914.51617.418.519.7

2011.513.515.216.818.219.520.721.9

221214.115.917.619.120.421.722.924

2412.414.616.518.319.921.322.723.925.126.2

2612.815.117.11920.622.123.524.926.127.328.4

2813.215.617.719.621.322.924.425.827.128.329.530.6

3013.616.118.320.72223.725.226.62829.330.531.732.8

Ductos ovales planosOtra forma frecuente de los ductos para el aire es la oval plana. El rea transversal de la seccin es la suma de un rectngulo y un crculo y, se encuentra con:

Donde a es la longitud del eje menor del ducto, y b es la longitud del eje mayor.Se necesita el dimetro de un ducto circular, con el objeto de determinar la prdida por friccin:

Donde PM es el permetro mojado, y se encuentra con:

Tabla: Dimetros equivalentes circulares de los ductos ovales planos.Lado a (pulg)Lado b (pulg)

81012141618202224262830

67.18.18.99.610.210.811.311.812.312.713.113.5

89.210.21111.812.513.213.814.414.915.415.9

1011.211.213.21414.815.516.216.817.418

1213.214.315.316.11717.718.519.219.8

1415.216.317.318.319.119.920.721.4

1617.218.319.420.321.222.122.9

1819.220.421.422.423.324.2

2021.222.423.524.525.4

2223.324.425.526.5

2425.426.427.5

2627.328.4

2829.3

Perdidas dinmicasLas perdidas dinmicas se estiman con los datos publicados de coeficientes de prdida del aire que fluye a travs de ciertos acoplamientos. Adems, los fabricantes de dispositivos especiales para manejar aire publican gran cantidad de datos acerca de las cadas de presin esperadas.La prdida dinmica de un acoplamiento se calcula con: HL= C (HC)Donde C es el coeficiente de perdida en la tabla y hv es la presin de velocidad o carga de velocidad.En el sistema ingls es comn que se expresen los niveles y perdidas de presin en pulgadas de agua, que en realidad es una medida de la carga presin. Entonces:

Donde es el peso especfico del aire, V es la velocidad de flujo y es el peso especifico del agua. Cuando la velocidad se expresa en pies por minuto, bajo las condiciones estndar del aire, la ecuacin se reduce a:

Si manejamos unidades del SI, se miden los niveles y las prdidas de presin en la unidad de presin Pa. As:

Si la velocidad de expresa en m/s y se manejan las condiciones del aire estndar, la ecuacin se reduce a:

La prdida dinmica para los acoplamientos es C (HC), donde es la presin de velocidad corriente arriba del acoplamiento.Tabla: ejemplos de factores de perdida para acoplamientos de ductosCoeficiente C de prdida dinmica

Codos a 90

Liso, redondeado0.22

5 piezas, redondeado0.33

4 piezas, redondeado0.37

3 piezas, redondeado0.42

Biselado, redondeado1.20

Liso, rectangular0.18

T, rama1.00

T, flujo a travs del tramo principal0.10

simtrica0.30

Posicin del regulador (completamente abierto)01020304050

C0.200.521.504.511.029

DISEO DE DUCTOSPara disear ductos es necesario especificar dimensiones razonables para las diferentes secciones de los ductos, estimar la presin del aire en puntos clave, determinar los requerimientos necesarios para el ventilador del sistema, y balancear el sistema. El balance requiere que la cada de presin entre la salida del ventilador y cada rejilla de salida sea la misma, cuando las secciones de ductos conduzcan sus capacidades de diseo.Los diseadores de sistemas para distribuir aire emplean las siguientes tcnicas: Mtodo de la friccin igual Mtodo de la regin esttica Mtodo de la T Sistemas industriales para evacuar vapores y partculasLa mayor parte de los sistemas domsticos y aplicaciones comerciales ligeras son del tipo de velocidad baja, en el que los ductos y acoplamientos son relativamente sencillos. Sin embargo, los tamaos que resultan para los ductos de un sistema de velocidad baja son grandes.Las limitaciones en el diseo para edificios grandes de oficinas y ciertas aplicaciones industriales, hacen que los sistemas de velocidad alta resulten atractivos. El nombre proviene de la prctica del uso de ductos ms pequeos para que conduzcan un flujo volumtrico dado. No obstante, esto tiene varias consecuencias:1. El ruido, por lo general es un factor, y deben emplearse dispositivos especiales para atenuarlo.2. La construccin de ductos debe ser ms sustancial, y sellarlos es ms complicado.3. Los costos de operacin por lo general son elevados, debido a las mayores cadas de presin y a ms altas presiones totales del ventilador.Los sistemas de alta velocidad de justifican cuando los costos de la edificacin son bajos o cuando se alcanza un uso ms eficiente del espacio.

Procedimiento General para disear ductos de aire con el Mtodo de la Friccin igual1. Generar una distribucin propuesta del sistema de distribucin de aire:a. Determinar el flujo de aire que se desea en cada espacio condicionado (pcm o m3/s)b. Especificar la ubicacin del ventiladorc. Especificar la localizacin de la entrada de aire del exterior.d. Proponer el arreglo para el ducto de entrada.e. Proponer el arreglo del sistema de distribucin de aire para cada espacio, incluyendo acoplamientos como las test, los codos, los reguladores y la rejilla. Deben incluirse reguladores en el tramo final de cada rejilla de distribucin para facilitar el avance final del sistema.2. Para el ducto de la toma y el ducto de salida del ventilador, determinar el requerimiento total del flujo de aire como la suma de todos los flujos de aire que se llevan a los espacios acondicionados.3. Utilizar la tabla de Dimetros equivalentes circulares de los ductos rectangulares y la tabla de Dimetros equivalentes circulares de los ductos ovales planos para especificar la perdida de friccin nominal (pulg H2O/100pies o Pa/m). se recomienda el diseo de velocidad baja para sistemas comerciales comunes o residenciales.4. Especificar la velocidad nominal del flujo para cada parte del sistema de ductos. Para el ducto de la toma y los tramos finales hacia los espacios ocupados, utilizar aproximadamente de 600 a 800 pies/min (3 a 4 m/s). Para los ductos principales que salen de los espacios ocupados, emplear alrededor de 1200pies/min (6m/s).5. Especificar el tamao en forma de cada parte del sistema de ductos.6. Calcular las prdidas de energa en el ducto de entrada en cada seccin del ducto de distribucin.7. Calcular la prdida total de energa para cada trayectoria, de la salida del ventilador de cada rejilla de distribucin.8. Determinar si las prdidas de energa para todas las trayectorias estn balanceadas dentro de lo razonable, es decir, si la cada de presin entre el ventilador y cada rejilla de salida es aproximadamente igual.9. Si se presenta un desequilibrio significativo hay que volver a disear los ductos, por lo que es comn reducir la velocidad de diseo en aquellos ductos en que ocurren cadas de presin elevadas. Esto requiere el empleo de ductos ms grandes.10. Se logra un balance razonable cuando todas las trayectorias tienen diferencias pequeas de cada de presin, de modo que con pequeos ajustes a los reguladores se obtendr un balance verdadero.11. Determinar la presin en la entrada y salida del ventilador, as como la elevacin total de presin a travs del ventilador.12. Especificar un ventilador que entregue el flujo total de aire con dicho aumento de presin.13. Elaborar una grfica de la presin en el ducto para cada trayectoria e inspeccionar cualquier rendimiento no usual.

Eficiencia energtica y Consideraciones prcticas en el diseo de ductosAl disear sistemas de distribucin de aire para sistemas HVAC y de salidas industriales, deben hacerse consideraciones especiales. A continuacin se hacen las siguientes recomendaciones:1. Las velocidades bajan tienden a producir prdidas de energa menores en el sistema, lo que reduce el uso de energa en el ventilador, y permite utilizar uno que sea ms pequeo y barato. Sin embargo, los ductos tienden a ser grandes, lo que afecta los requerimientos de espacio y genera costos de instalacin ms altos.2. Ubicar tanto del sistema de ductos como sea practico, dentro del espacio acondicionado, ahorrar energa para los sistemas de calefaccin y enfriamiento.3. Los ductos deben ser sellados para evitar fugas.4. Deben aislarse bien los ducto que pasen por espacios no acondicionados.5. La capacidad del ventilador debe acoplarse bien con el requerimiento del suministro de aire, para evitar un control excesivo por parte de los reguladores, los cuales tienden a desperdiciar energa.6. Cuando las cargas varen en forma significativa en el tiempo deben instalarse impulsores de velocidad variable en el ventilador y conectarlos en el sistema de control para que bajen la velocidad del ventilador en los momentos de escasa demanda.7. Los ductos pueden estar hechos de lmina metlica, tableros para ductos de fibra de vidrio rgida, tela o materiales no metlicos no flexibles. Algunos vienen con aislamiento dentro o fuera para reducir las prdidas de energa y atenuar el ruido. Las superficies lisas son preferibles para recorridos largos, con el fin de minimizar las prdidas por friccin.8. Deben proveerse productos de retorno, con objeto de mantener flujo consistente hacia dentro y fuera de cada habitacin del espacio acondicionado.9. Los ductos para la mayora de sistemas de HVAC estn diseados para presiones que varan de -3pulg de H2O (-750Pa), sobre el lado de la toma de los ventiladores, a 10pulg de H2O (2500Pa) sobre el lado salida. Sin embrago, algunas instalaciones comerciales o industriales grandes varan de -10pulg de H2O (-2500Pa) a 100pulg H2O (25kPa). Debe considerarse la resistencia estructural, la rigidez y la vibracin.10. Debe considerarse la generacin de ruido en los sistemas de distribucin de aire para asegurarse de que los ocupantes no sean abrumados por altos niveles de ruido. Debe tenerse cuidado especial en la seleccin del ventilador, la ubicacin y velocidad del aire en los ductos y a travs de las rejillas de salida. Debe analizarse el aislamiento del sonido, de las vibraciones y las tcnicas de montaje, con el fin de minimizar el ruido.

EJERCICIO DE APLICACIN DE DISEO DE DUCTOSSe est diseando el sistema que se muestra en la figura, para un pequeo edificio de oficinas. El aire se impulsa desde el exterior por medio de un ventilador, se distribuye a travs de cuatro ramas a tres oficinas y una sala de juntas. Otras personas han determinado los flujos de aire en cada rejilla de salida para proveer ventilacin adecuada a cada rea. Los reguladores de cada rama permiten el ajuste final del sistema.Termine el diseo del sistema de ductos con la especificacin del tamao de cada seccin de ellos para un sistema de velocidad baja. Calcule la cada de presin total a lo largo de cada rama, desde el ventilador hasta las cuatro rejillas de salida, y compruebe el balance del sistema. Si surge un desequilibrio grande, repita el diseo de las partes del sistema, con el fin de lograr otro ms balanceado. Despus, obtenga la presin total que se requiere para el ventilador. Utilice la fig. 19.2 para estimar las prdidas de friccin, y las tablas para los coeficientes de prdida dinmica.Solucin: en primer lugar, se trata por separado cada seccin y acoplamiento del ducto. Despus, analizamos las ramas.1. Ducto de la rama A: Q = 2700 pcm; L = 16piesSea V = 800 pies/min.Se requiere D = 25.0 pulgadashL = 0.035 pulgH2OHL =0.035 = 0.0056 pulgH2O

2. Regulador en el ducto A: C =0.20 (suponga completamente abierto)Para 800 pies/min Hv: = 0.040 pulgH2OHL: 0.20 (0.040) = 0.0080 pulgH2O

3. Persianas de la entrada: se especific el tamao de 40 por 40 pulgadas, para dar una velocidad aproximada de 600 Pies/min a travs del espacio abierto de las persianas. De las tablas hallamos HL = 0.070 pulgH2O

4. Contraccin sbita entre la carcasa de las persianas y el ducto de la toma: se sabe que el coeficiente de resistencia depende de la velocidad del flujo y la razn D1/D2 para conductos circulares. Debido a que la carcasa es un cuadrado de 40 por 40 pulgadas, se calcula su dimetro equivalente por medio de la ecuacin:

De = = = = 43.7 pulg

Entonces:

D1/D2 = 43.7/25 =1.75

Y K = C = 0.31 as,

HL = C (Hv) = 0.31 (0.04) = 0.0124 pulgH2O

5. Prdida total en la toma del sistema:HL = 0.0056 + 0.0080 + 0.07 + 0.0124 = 0.096 pulgH2ONota: todos los ductos en el lado de salida del ventilador son rectangulares.6. Salida del ventilador, ducto B: Q = 2700 pcm; L = 20 pies.Sea V = 1200 pies/ min; hL = 0.110 pulgH2O/100piesDe = 20.0 pulg; se usa un tamao de 12 por 30 pulgadas para minimizar el espacio adicional que se requiere.

HL = 0.110(20/100) = 0.0220 pulgH2OHv = (1200/4005)2 = 0.090 pulgH2O

7. Ducto E: Q = 600 pcm; L=12 pies.Sea V = 800 Pies/min; hL =0.085 pulgH2O/ 100piesDe = 12.0 pulg; usar un tamao de 12 por 10 pulgadasHL = 0.085(12/100) = 0.0102 pulgH2OHv = (800/4005)2 = 0.040 pulgH2O

8. Regulador E: C=0.20 (suponer completamente abierto)HL = 0.20 (0.040) = 0.0080 pulgH2O

9. Codo en el ducto E: codo rectangular liso: C = 0.18.HL = 0.18 (0.040) = 0.0072 pulgH2O10. Rejilla 6 para el ducto E: HL = 0.060 pulgH2O11. Te 3, del ducto B a la rama E, flujo en la rama: C = 1.00HL = 1.00 (0.090) = 0.090 pulgH2O12. Ducto C: Q = 1200 pcm; L= 8 pies.Sea V = 1200 pies/min; hL = 0.110 pulg H2O/100 pies.De = 18.5 pulg; usar un tamao de 12 por 24 pulgadasHL = 0.110(8/100) = 0.0088 pulgH2O

13. Te 3, del ducto B al C, flujo a travs del principal: C = 0.10. HL = 0.10 (0.090) = 0.009 pulgH2O

14. Ducto F: Q = 900pcm, L = 18 pies.Sea V = 800 pies/min; hL = 0.068 pulgH2O/100pies.

De = 14.3 pulg; usar un tamao de 12 por 14 pulgadasHL = 0.068(18/100) = 0.0122 pulgH2OHV = (800/4005)2 = 0.040 pulgH2O

15. Regulador en el ducto F: C = 0.20 (suponer completamente abierto)HL = 0.20 (0.040) = 0.0080 pulgH2O

16. Dos codos en el ducto F: codo rectangular y liso; C = 0.18.HL = 2(0.18) (0.040) = 0.0144 pulgH2O

17. Rejilla 7 para el ducto F: HL = 0.060 pulgH2O

18. Te 4, del ducto c a la rama F, flujo en la rama: C = 1.00.HL se basa en la carga de velocidad de la te en el ducto C:HL = 1.00 (0.090) = 0.090 pulgH2O

19. Ducto D: Q = 1200 pcm; L = 28 pies.Sea V = 1000 pies/min; hL = 0.100 pulgH2O/100piesDe = 14.7 pul; usar un tamao de 12 por 16 pulgadasDe real = 15.1 pulg; nueva hL = 0.087 pulgH2O/100piesHL = 0.087(28/100) = 0.0244 pulgH2ONueva V: 960 pies/minHV = (960/4005)2 = 0.057 pulgH2O20. Te 4, del ducto C al D, flujo a travs del principal: C = 0.10HL = 0.10 (0.090) = 0.009 pulgH2O

21. Y 5, entre el ducto D y los ductos G y H: C = 0.30HL = 0.10 (0.090) = 0.009 pulgH2OEsta prdida se aplica tanto al ducto G como al H.22. Los ductos G y H son idnticos al ducto E, y se aplican las prdidas de los pasos 7 a estas trayectoriasCon esto se termina la evaluacin de la las cadas de presin a travs de los componentes del sistema. Ahora, sumamos stas prdidas a travs de cualquier trayectoria entre la salida del ventilador y las rejillas de salida.

a. Trayectoria a la rejilla 6 en el ducto E: suma de las prdidas de los pasos 6 al 11: H6 = 0.0220 + 0.0102 + 0.0080 +0.0072 + 0.060 = 0.1974 pulgH2Ob. Trayectoria a la rejilla 7 en el ducto F: suma de las prdidas de los pasos 6 y 12 a 18:H7 = 0.0220 + 0.0088 + 0.0090 + 0.0122 + 0.0080 + 0.0144 + 0.060 + 0.090 = 0.2244 pulgH2Oc. Trayectoria a cualquier rejilla 8 en el ducto G o la rejilla 9 en el ducto H: suma de la prdidas de los pasos 6, 12,13, 19 a 21 y 7 a 10:

H8 = 0.0220 + 0.0088 + 0.0090 + 0.0244 + 0.0090 + 0.0170 + 0.0102 + 0.008 + 0.0072 + 0.06 = 0.1756 pulgH2OVuelve a disea para lograr un sistema balanceadoEl diseo de sistema ideal sera aquel donde la prdida a lo largo de cualquier trayectoria, a, b o c, fuera la misma. Debido a que este no es el caso, se requiere el diseo. La prdida en la trayectoria b a la rejilla 7 en el ducto F, es mucho mayor que las dems. Las perdidas componentes de los pasos 12, 14 a 16 y 18, afectan esta rama y se logra cierta reduccin disminuyendo la velocidad de flujo en los ductos C y F,12a. Ducto C: Q= 2100pcm; L= 8pies.Sea c 1000 pies/min; hL= 0.073 pulg H2O/100piesDe = 19.6pulg; usar un tamao de 12 por 28 pulgadas.HL = 0.073(8/100) = 0.0058 pulg H2OHe = (1000/4005)2 = 0.0623 pulg H2O14a.Ducto F: Q= 900pcm; L= 18pies.Sea c 600 pies/min; hL= 0.033 pulg H2O/100pies.De=16.5pulg; usar un tamao de 12 por 28 pulg; De =16.0pulgActual t=630pies.min; hL= 0.038 pulg H2O/100piesHL = 0.038(18/100) = 0.0068 pulg H2OHe = (630/4005)2 = 0.0247 pulg H2O15a.Regulador en el ducto F: C=0.20 (suponer completamente abierto).HL = 0.20 (0.0247) = 0.0049 pulg H2O16a.Dos codos en el ducto F: codo rectangular y liso; C=0.18HL = 2(0.18) (0.0247) = 0.0089 pulg H2O18a.Te 4. del ducto C a la rama F, flujo de la rama: C=1.00HL con base a la carga de velocidad en la Te en el ducto C.HL =1.00 (0.0623) = 0.0623 pulg H2OAhora volvemos a calcular la prdida total en la trayectoria B a la rejilla 7, en el ducto F. igual que antes, sta es la suma de las prdidas de los pasos 6, 12a, 13, 14a, 15a, 16a, 17 y 18a:H7 = 0.0220 + 0.0058 + 0.0090 + 0.0068 + 0.0049 + 0.0089 + 0.060 + 0.0623 = 0.1797 pulgH2Osta es la reduccin significativa, que redunda en la cada de presin total menor que la presin de la trayectoria a. por lo tanto, veremos si es posible reducir la prdida en la trayectoria a, disminuyendo tambin la velocidad de flujo en el ducto E. Se involucran los pasos 7 a 9.7a.Ducto E: Q= 600pcm; L= 12pies.Sea c 600 pies/minDe = 13.8pulg; usar un tamao de 12 por 14 pulgadasActual De = 14.2pulg; hL= 0.032 pulg H2O; p=550pies/minHL = 0.032(12/100) = 0.0038 pulg H2OHe = (550/4005)2 = 0.0189 pulg H2O8a. Regulador en el ducto E: C=0.20 (suponga completamente abierto)HL = 0.20 (0.0189) = 0.0038 pulg H2O9a. codo en el ducto E: codo rectangular y liso; C=0.18HL = 0.18 (0.0189) = 0.0034 pulg H2OAhora, volvemos a calcular la prdida total en la trayectoria a, a la rejilla 6 en el ducto E. Como antes, sta es la suma de las prdidas en los pasos 6, 7a, 8a, 9a, 10 y 11:H6 = 0.0220 + 0.0038 + 0.0038 + 0.0034 + 0.060 + 0.090 = 0.1830 pulgH2OEste valor est muy cerca del que se encontr para la trayectoria b, que se volvi a disear, y la diferencia pequea se ajusta con los reguladores.Ahora observe que la trayectoria en cualquiera de las rejillas 8 o 9, an tiene una prdida total ms baja que en cualquiera de a o b. podra usarse un tamao ms pequeo de ducto en las ramas G y H, o bien depender del ajuste de los reguladores. Para evaluar la conveniencia de utilizar reguladores, se estimar qu tanto habra que cerrarlos para incrementar la prdida total a 0.1830pulg H2O (para igualar la prdida de la trayectoria a). La prdida incrementada es:H6 H8 = 0.1830 0.1756pulg H2O = 0.0074pulg H2OCon el regulador completamente abierto y con un flujo de 600pcm que pasa a una velocidad aproximada de 800 pies/min, la prdida fue de 0.0080pulg H2O, como se encontr en el paso 8 original, la prdida debe serHL = 0.0080 + 0.0074 = 0.0154pulg H2OSin embargo, para el regulador, HL = C (HV)Se despeja C y se obtieneAl consultar la tabla de Coeficiente de prdida dinmica, se observa que este valor de C se producir si se colocara un regulador a menos de 10, posicin muy factible. As, parece que el sistema de ductos se balanceara con el nuevo diseo, y que la cada de presin total desde la salida del ventilador a cualquiera de las rejillas de salida sera de 0.1830 pulgH2O, aproximadamente. sta es la presin que necesitara desarrollar el ventilador.RESUMEN DEL DISEO DEL SISTEMA DE DUCTOS Ducto A de la toma: redondeado; D =25.0pulg Ducto B: rectangular; 12 por 30pulg Ducto C: rectangular; 12 por 28pulg Ducto D: rectangular; 12 por 16pulg Ducto E: rectangular; 12 por 14pulg Ducto F: rectangular; 12 por 18pulg Ducto G: rectangular; 12 por 10pulg Ducto H: rectangular; 12 por 10pulg Presin en la entrada del ventilador: -0.096pulg H2O Presin en la salida del ventilador: 0.1830pulg H2O Aumento de presin total debido al ventilador: 0.1830 + 0.096 = 0.279pulg H2O Entrada total del ventilador: 2700pcm.

CONCLUSIONES Los conductos de aire son elementos estticos de la instalacin, a travs de los cuales circula el aire en el interior del edificio, conectando todo el sistema. Estos Ductos se emplean en los sistemas de conduccin del aire generado en sistemas de enfriamiento, calefaccin o sistemas de doble temperatura, los cuales entregan el aire necesario con diferentes requerimientos de presin, temperatura y humedad. Los elementos bsicos de un sistema de distribucin de aire son: tramo, boca y rama. En un sistema de conductos tambin se ha de tener en cuenta una serie de elementos, entre los que destacaremos: conducto, derivaciones, codos, compuertas, transformaciones, obstculos internos, diagramas, rejillas, bocas, contrafuegos, persianas, entre otros. Se tienen tres tipos diferentes de distribucin de aire en la parte de suministro:1. Sistemas de mezcla.2. Sistemas de desplazamiento3. Sistemas locales En los sistemas de ductos hay dos clases de prdidas de energa que hacen que la presin caiga a lo largo de la trayectoria del flujo: perdidas de energa por friccin y perdidas de energa dinmica. Las prdidas por friccin ocurren conforme el aire pasa a travs de secciones rectas, mientras que las perdidas dinmicas suceden cuando pasa a travs de acoplamientos y a travs de dispositivos para control el flujo. Las perdidas dinmicas se estiman con los datos publicados de coeficientes de prdida del aire que fluye a travs de ciertos acoplamientos. Para disear ductos es necesario especificar dimensiones razonables para las diferentes secciones de los ductos, estimar la presin del aire en puntos clave, determinar los requerimientos necesarios para el ventilador del sistema, y balancear el sistema. El balance requiere que la cada de presin entre la salida del ventilador y cada rejilla de salida sea la misma, cuando las secciones de ductos conduzcan sus capacidades de diseo. Al disear sistemas de distribucin de aire para sistemas HVAC y de salidas industriales, deben hacerse consideraciones especiales.

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