Perdida de Carga en Conducto

M A N U A L D E C O N D U C T O S D E A I R E A C O N D I C I O N A D O

59

9999 PPPP RRRR DDDD IIII DDDD AAAA SSSS DDDD EEEE CCCC AAAA RRRR GGGG AAAA EEEE NNNN CCCC OOOO NNNN DDDD UUUU CCCC TTTT OOOO SSSS CCLLIIMMAAVVEERR

El aire que debe circular por la red de conductos, recibe la energa de impulsin (aspiracin)de un ventilador. Esta energa debe ser suficiente para que el aire sea distribuido a todos loslocales en las condiciones previstas de caudal, temperatura y velocidad segn lascondiciones de diseo.

El problema reside en el dimensionamiento correcto de los conductos para que circule porellos el caudal previsto y para que la energa total del aire sea capaz de vencerequilibradamente las inevitables prdidas que se producen en todo proceso de flujo dinmicoen conductos.

Cristalera Espaola dispone de un software para el clculo de instalaciones de conductosde aire acondicionado Climaver, concebido para el dimensionamiento de redes de conductosen pequeos locales.

Estas prdidas son de dos tipos generales:

Prdidas por rozamiento, debidas a la viscosidad del fluido y que dependen de lageometra, rugosidad interna de los conductos y al rgimen del movimiento.

Prdidas dinmicas, causadas por las perturbaciones de velocidad, por cambiosdireccionales por variaciones bruscas de su valor.

A lo largo de este capitulo, se tratar de establecer el mtodo de clculo y valoracin deestas prdidas.

9 . 19 . 1 Presiones Esttica, Dinmica Y TotalPresiones Esttica, Dinmica Y Total

9 . 1 . 19 . 1 . 1 C o n c e p t o sC o n c e p t o s

La energa suministrada por el sistema de impulsin (aspiracin) se establece en forma depresiones, mediante dos componentes de presin:

a) La presin esttica (Ps) que es la consecuencia de la compresin del fluido dentro delconducto. Se mide por exceso (o defecto) sobre la presin atmosfrica ambiental.

Esta presin es positiva en impulsin y negativa en aspiracin.

La presin esttica es mxima en el punto de impulsin y decrece a lo largo delconducto por efecto de las prdidas por friccin hasta ser prcticamente nula en lasalida. Sucede lo mismo en el circuito de aspiracin, aunque con valores negativos.

60

b) La presin dinmica (Pd) es la componente de energa debido a la velocidad delfluido, y su valor se obtiene mediante la expresin:

Pd = rV22

siendo:

r = densidad del aire circulante (Kg/m3).

v = velocidad del aire circulante (m/s).

La presin dinmica siempre es positiva, (en el sentido de avance del aire).

Como la masa de aire transportada en la unidad de tiempo es constante a lo largo delconducto, la velocidad vara en cada cambio de seccin del conducto, hasta su salidao hasta la distribucin del aire en las bifurcaciones.

c) La presin total (Pt), es la resultante de la suma algebraica de Ps + Pd.

En un conducto de aspiracin, la Pt ser negativa (depresin) y siendo positivasiempre en conductos de impulsin.

9 . 1 . 29 . 1 . 2 U n i d a d e s y E q u i p o s d e M e d i d aU n i d a d e s y E q u i p o s d e M e d i d a

La unidad utilizada para la medida de presiones es (SISTEMA INTERNACIONAL) el Pascal(1Pa = 1 N/m2).

Habitualmente en el aire acondicionado se utiliza tambin el mm. de columna de agua(mm.c.a), que equivale a:

1 mm.c.a. = 9,81 Pa.

Como equipo de medida, se utilizan tubos de Pitot como muestra la figura.


61

9 . 29 . 2 Prdidas de CargaPrdidas de Carga

El proceso fluido dinmico del aire en los conductos provoca dos tipos de prdidas de carga:prdidas por rozamiento y prdidas dinmicas.

9 . 2 . 19 . 2 . 1 P r d i d a s d e C a r g a p o r R o z a m i e n t oP r d i d a s d e C a r g a p o r R o z a m i e n t o

Se deben a la viscosidad del fluido y a las variaciones de direccin y choques de laspartculas de aire dentro del rgimen de turbulencia, en las condiciones habituales para laclimatizacin.

Las prdidas se producen a todo lo largo del conducto y se expresan en valores de prdidasde la presin total por unidad de longitud del conducto considerado: [Pa/m] [mm. c.a./m].

El clculo de prdidas de carga por formulacin es complicado, ya que depende de unnmero de factores considerable en forma de ecuaciones exponenciales, establecidas porDarcy-Weisbach y Colebrook. nicamente es posible la utilizacin de estas frmulas, conmtodos informticos, mediante el software adecuado.

Otro mtodo ms prctico, si no se dispone de software, es la utilizacin de Grficos deRozamientos, que se establecen para una geometra del conducto, tipo de material (nicarugosidad absoluta) y unas condiciones del aire en temperatura y densidad, as como depresin atmosfrica (altura).

Variaciones de las condiciones sealadas en los grficos, necesitan factores de correccinque, aplicados a los obtenidos directamente en las Grficas de Rozamiento, darn el valor deprdida de carga real buscado.

9.2.1.1 Prdidas de Carga en Conductos CLIMAVER VELO,CLIMAVER PLATA Y CLIMAVER P07.

El clculo de prdidas de carga para este tipo de conductos, se realiza a partir del Grfico deRozamiento especialmente elaborado para estos materiales (vase el grfico de la siguientepgina).

El grfico se ha elaborado a partir del Grfico de Rozamientos de ASHRAE para conductoscilndricos de chapa galvanizada, con una correlacin de dimetro equivalente paraconductos rectangulares y el incremento del valor del rozamiento por la diferente rugosidadabsoluta del CLIMAVER (e = 0,9 mm), respecto a la de la chapa galvanizada(e = 0,1 mm).

Para el clculo de prdida de carga se proceder de la forma siguiente:

a) Establecer el dimetro equivalente mediante la frmula:

d = 2(axb)a+b (mm).

siendo a y b las longitudes interiores de los lados del conducto rectangular, enmilmetros.

62

b) Conocido el caudal (m3/s), se determina la prdida de carga en el Grfico deRozamiento, con el valor "d" calculado antes.

Grfico de Rozamiento para CLIMAVER PLATA, CLIMAVER VELO Y CLIMAVER P 07

EJEMPLO:

Un conducto de CLIMAVER-PLATA, de 600x600 mm. y con un caudal de aire de 1,7m3/s. Se desea conocer la prdida de carga a 20oC y 760 mm. c.a. (101,325 KPa).

El dimetro d = 2 (600x600)

600+600 = 600 mm.

En el grfico, para 1,7 m3/s y 600 mm. de dimetro, la prdida de carga es 0,9 Pa/m (0,09mm. c.a./m).


63

9.2.1.2 Prdidas de Carga en Conductos CLIMAVER PLUS y SISTEMACLIMAVER METAL

El revestimiento interno de complejo de Aluminio presenta una rugosidad absoluta tericae = 0,06, ligeramente inferior a la del conducto de chapa galvanizada.

Las experiencias de laboratorio, realizadas sobre montajes reales de diversas secciones,han permitido establecer:

Las prdidas de carga reales son prcticamente iguales a las tericas determinadas por elGrfico de Rozamientos de ASHRAE para conductos cilndricos de chapa galvanizada, dentrodel campo de velocidades de 0 a 15 m/s.

Los codos de dos ngulos de 135 , es decir, aquellos fabricados a partir de tramos rectos,tienen similares o ligeramente inferiores prdidas de carga que codos curvos fabricados apartir de paneles CLIMAVER PLUS y CLIMAVER PLUS R

Grfico de Rozamiento para CLIMAVER PLUS y CLIMAVER METAL(Aire seco a 20oC y 101,325 kPa)

64

En estas condiciones, es posible la utilizacin directa del Grfico indicado, por lo que seprocede del modo siguiente:

a) Establecer el dimetro del conducto rectangular, con una seccin circular querepresenta la misma prdidas de carga para igual caudal.

Para ello se utiliza la equivalencia:

De = 1,3 (ab)0,625

(a+b)0,25 (mm).

siendo a y b los lados del conducto rectangular en mm.

b) Conocido el caudal (m3/h), y el valor "De", se determina la prdida de carga en elGrfico de Rozamiento correspondiente a estos conductos.

EJEMPLO

Se desea conocer la prdida de carga a 20oC. y 760 mm. c.a. (101,325 KPa) de un conductode CLIMAVER PLUS de 600x600 mm. de seccin y un caudal de 1,70 m3/s.

De = 1,3 (600x600)0,625

(600+600)0,25 = 656,5 mm.

Para este dimetro equivalente y un caudal de 1,7 m3/s, el Grfico de Rozamiento indica unaprdida de carga de 0,37 Pa/m (0,037 mm. ca/m).

9 . 2 . 29 . 2 . 2 P r d i d a s d e C a r g a L o c a l e sP r d i d a s d e C a r g a L o c a l e s

Corresponden a aquellos puntos o tramos donde el flujo sufre perturbaciones de velocidadpor cambios de direcciones o variacin de sus valores absolutos.

Estas prdidas dinmicas, aunque se producen en toda la longitud de un conducto, a efectosprcticos se suponen localizadas en las zonas que afectan al cambio en la velocidad que seha mencionado, lo que facilita el clculo de las mismas.

Esto es vlido siempre que se considere que las prdidas de carga por rozamiento afectan atramos rectos suficientemente largos (longitudes mayores a 6 dimetros equivalentes). Si eltramo recto entre dos uniones que supongan prdidas de carga locales, es inferior a estacantidad, las configuraciones de la corriente no permiten este tipo de clculo.

9.2.2.1 Coeficientes para Prdidas Locales

Son valores adimensionales que responden a la relacin de prdidas de carga, (referidas a lapresin total), respecto a la presin dinmica en la seccin considerada:

C = DPtPv

C : Coeficiente de prdidas (adimensional).

DPt : Prdida de presin total en la seccin considerada (Pa).

Pv : Presin dinmica en la seccin considerada (Pa).


65

Estos coeficientes responden a configuraciones geomtricas de las uniones, as como a lascaractersticas dimensionales de los conductos.

Cuando el flujo de aire cambie de direccin en un conducto, las consideracionesgeomtricas deben complementarse con otro coeficiente que afecta a las caractersticaspropias del aire circulante, mediante correcciones debidas al nmero de Reynolds (Re):

Re = m

VDr

siendo:

Re : Nmero de Reynolds (adimensional).

r : Densidad del aire (Kg/m3).

D : Dimetro equivalente del conducto (m).

V : Velocidad del aire (m/s).

m : Viscosidad del aire (m.Pa/s).

En condiciones normales, aplicables al aire acondicionado:

Re = 6,63 x 104 . D. V

En estos casos, el coeficiente de prdidas viene representado por:

C = C'xKRe.

siendo:

C' : Coeficiente de prdidas por caractersticas geomtricas (adimensional).

KRe : Coeficiente de prdidas por flujo (adimensional).

9.2.2.2 Valores de los Coeficientes de Prdidas Locales en ConductosCLIMAVER

Se indican a continuacin los coeficientes C para algunas de configuraciones geomtricasms usuales en los conductos de la gama CLIMAVER. Para el producto CLIMAVER PLUSlos coeficientes C son equivalentes a los valores de la chapa galvanizada y puedenobtenerse a partir de los valores reflejados en el "Manual Fundamentals" de ASHRAE.

66

9.2.2.2.1 Codo con Radio Uniforme Y Seccin Rectangular

A) Codo a 90

C = C'.KResiendo:

V A L O R E S D E C 'V A L O R E S D E C '

a/b 0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0

r/b

0,5 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 0,98 0,92 0,89 0,85 0,83

0,75 0,57 0,52 0,48 0,44 0,40 0,39 0,39 0,40 0,42 0,43 0,44

1,0 0,27 0,25 0,23 0,21 0,19 0,18 0,18 0,19 0,20 0,27 0,21

1,5 0,22 0,20 0,19 0,17 0,15 0,14 0,14 0,15 0,16 0,17 0,17

2,0 0,20 0,18 0,16 0,15 0,14 0,13 0,13 0,14 0,14 0,15 0,15

V A L O R E S D E KV A L O R E S D E K r er eRe.10-4 1 2 3 4 6 8 10 14 20

r/b

0,5 1,40 1,26 1,19 1,14 1,09 1,06 1,04 1,0 1,0

0,75 2,0 1,77 1,64 1,56 1,46 1,38 1,30 1,15 1,0

B) Codo a q

C = C'.KRe.Kq

NOTA: C' y KRe corresponden a los valores indicados en a).

V A L O R E S D E KV A L O R E S D E K qqqq 20 30 45 60 75 90 110 130 150 180

Kq 0,31 0,45 0,60 0,78 0,90 1,00 1,13 1,20 1,28 1,40


67

9.2.2.2.2 Codo a Bisel y Seccin Rectangular

C = C'.KRe

siendo:


a/b 0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0

qq

20 0,08 0,08 0,08 0,07 0,07 0,07 0,06 0,06 0,05 0,05 0,05

30 0,18 0,17 0,17 0,16 0,15 0,15 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11

45 0,38 0,37 0,36 0,34 0,33 0,31 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24

60 0,60 0,59 0,57 0,55 0,52 0,49 0,46 0,43 0,41 0,39 0,38

75 0,89 0,87 0,84 0,81 0,77 0,73 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57

90 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 0,98 0,92 0,89 0,85 0,83

V A L O R E S D E V A L O R E S D E KreRe.10-4 1 2 3 4 6 8 10 14

Kre 1,40 1,26 1,19 1,14 1,09 1,06 ,104 1,0

9.2.2.2.3 Codo 90 (Achaflanado 45) Y Seccion Rectangular

C = C'.KRe

siendo:


a/b 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 3

r/b

0,5 1,3 1,3 1,2 1,1 1,1 1,1 0,98

0,75 0,9 0,85 0,78 0,72 0,65 0,64 0,64

1 0,49 0,47 0,44 0,40 0,36 0,34 0,34

1,5 0,47 0,45 0,43 0,39 0,34 0,32 0,32

2 0,46 0,45 0,43 0,39 0,34 0,32 0,32

NOTA: Valores de KRe iguales a 8.2.2.2.1.

68

9.2.2.2.4 Piezas en Z, Codos a 90 y Seccin Rectangular

a) Para a = ba = b

C = C'.KRe.

siendo:

VALORES DE C'

L/a 0,4 0,6 0,8 1 1,4 1,8 2 2,4 2,8 3,2 4

C' 0,62 0,9 1,6 2,6 4 4,2 4,2 3,7 3,3 3,2 3,1

NOTA: Valores de KRe, iguales a 8.2.2.2.2.

b) Para a bC = C'.KRe.KGe

siendo C' y KRe, valores iguales a a) y

VALORES DE Kgeb/a 0,25 0,5 0,75 1, 1,5 2, 3 4

KGe 1,1 1,07 1,04 1 0,95 0,9 0,83 0,78

9.2.2.2.5 Bordeo De Obstculo y Seccin Rectangular

NOTA: solo vlido para:

a/b = 0,25

L = 1,5 a

VALORES DE C

V (m/s) 4 6 8 10 12

C 0,18 0,22 0,24 0,25 0,26


69

9.2.2.2.6 Derivacin con Radio y Seccin Rectangular

NOTA: solo para qq = 90o y r = b

Qe, Ae: caudal y rea de entrada.

Qs, As: caudal y rea de salida (principal).

Qd, Ad: caudal y rea de la derivacin.

V A L O R E S D E C d ( e n D E R I V A C I N )V A L O R E S D E C d ( e n D E R I V A C I N )

Qd/Qe 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Ad/As Ad/Ae

0,25 0,25 0,55 0,50 0,60 0,85 1,2 1,8 3,1 4,4 6,0

0,33 0,25 0,35 0,35 0,50 0,80 1,3 2,0 2,8 3,8 5,0

0,5 0,5 0,62 0,48 0,40 0,40 0,48 0,60 0,78 1,1 1,5

0,67 0,5 0,52 0,40 0,32 0,30 0,34 0,44 0,62 0,92 1,4

1,0 0,5 0,44 0,38 0,38 0,41 0,52 0,68 0,92 1,2 1,6

1,0 1,0 0,67 0,55 0,46 0,37 032 0,29 0,29 0,30 0,37

1,33 1,0 0,70 0,60 0,51 0,42 0,34 0,28 0,26 0,26 0,29

2,0 1,0 0,60 0,52 0,43 0,33 0,24 0,17 0,15 0,17 0,21

V A L O R E S D E CV A L O R E S D E C ss ( e n C . P R I N C I P A L ) ( e n C . P R I N C I P A L )

Qs/Qe 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Ad/As Ad/Ae

0,25 0,25 -0,01 -0,03 -0,01 0,05 0,13 0,21 0,29 0,38 0,46

0,33 0,25 0,08 0 -0,02 -0,01 0,02 0,08 0,16 0,24 0,34

0,5 0,5 -0,03 -0,06 -0,05 0 0,06 0,12 0,19 0,27 0,35

0,67 0,5 0,04 -0,02 -0,04 -0,03 -0,01 0,04 0,12 0,23 0,37

1,0 0,5 0,72 0,48 0,28 0,13 0,05 0,04 0,09 0,18 0,30

1,0 1,0 -0,02 -0,04 -0,04 -0,01 0,06 0,13 0,22 0,30 0,38

1,33 1,0 0,10 0 0,01 -0,03 -0,01 0,03 0,10 0,20 0,30

2,0 1,0 0,62 0,38 0,23 0,13 0,08 0,05 0,06 0,10 0,20

70

9.2.2.2.7 Derivacin a Bisel y Conducto Rectangular

NOTA: slo para: 15o < qq o < 90o y Ae = As + Ad

Ve, Ae: velocidad y rea de entrada.

Vs, As: velocidad y rea de salida (principal).

Vd, Ad: velocidad y rea de la derivacin.

V A L O R E S D E CV A L O R E S D E C dd ( E N D E R I V A C I N ) ( E N D E R I V A C I N )

Vd/Ve 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

qq o

15 0,81 0,65 0,51 0,38 0,28 0,20 0,11 0,06 0,14 0,30 0,51 0,76 1,0

30 0,84 0,69 0,56 0,44 0,34 0,26 0,19 0,15 0,15 0,30 0,51 0,76 1,0

45 0,87 0,74 0,63 0,54 0,45 0,38 0,29 0,24 0,23 0,30 0,51 0,76 1,0

60 0,90 0,82 0,79 0,66 0,59 0,53 0,43 0,36 0,33 0,39 0,51 0,76 ,10

90 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

V A L O R E S D E C s ( e n C o n d . P R I N C I P A L )V A L O R E S D E C s ( e n C o n d . P R I N C I P A L )qq 15-60 90

VsVe

AsAe

0-1.0 0-0.4 0,5 0,6 0,7 0.8

0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

0,1 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,81

0,2 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64

0,3 0,50 0,50 0,52 0,52 0,50 0,50

0,4 0,36 0,36 0,40 0,38 0,37 0,36

0,5 0,25 0,25 0,30 0,28 0,27 0,25

0,6 0,16 0,16 0,23 0,20 0,18 0,16

0,8 0,04 0,04 0,17 0,10 0,07 0,04

1,0 0 0 0,20 0,10 0,05 0

1,2 0,07 0,07 0,36 0,21 0,14 0,07

1,4 0,39 0,39 0,79 0,59 0,39 --

1,6 0,90 0,90 1,4 1,2 -- --

1,8 1,8 1,8 2,4 -- -- --

2,0 3,2 3,2 4,0 -- -- --


71

9.2.2.2.8 Reduccin y Seccin Rectangular

V A L O R E S D E CV A L O R E S D E C

qq o 10 15-40 50-60 90 120 150 180

Ae/As

2 0,05 0,05 0,06 0,12 0,18 0,24 0,26

4 0,05 0,04 0,07 0,17 0,27 0,35 0,41

6 0,05 0,04 0,07 0,18 0,28 0,36 0,42

10 0,05 0,05 0,08 0,19 0,29 0,37 0,43

9.2.2.2.9 Y Simtrica y Seccin Rectangular

NOTA: slo para

r/bo= 1,5

Q1 = Qo/2

V A L O R E S D E CV A L O R E S D E C

A1A0 0,5 1

F L U J OF L U J O

CONVERGENTE 0,23 0,07

DIVERGENTE 0,3 0,25

a

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