pérdida de carga lineal
La pérdida de carga se calcula por la fórmula de Darcy.
En la que es el diámetro hidráulico[6] y es el factor de fricción.
Ahora bien, tanto la pérdida de carga como el factor de fricción dependen de las propiedades del fluido, las cuales van cambiando con la longitud recorrida de conducto, por lo que teniendo en cuenta las variaciones de las propiedades del aire con la temperatura, humedad específica, altitud y presión, se llega a:.
En la que es la pérdida de carga en el tramo AB, es un coeficiente que depende del material y se indica en la siguiente tabla, es la longitud del tramo y es la velocidad.
pérdida de carga en accesorios
La pérdida de carga obtenida se conoce como pérdida de carga lineal o pérdida de carga por metro de conducto rectilíneo. Pero cuando en el conducto se presentan singularidades, como curvas, reducciones, derivaciones, etc., se produce una pérdida de carga adicional conocida como pérdida de carga en accesorios.
Todo accesorio supone un cambio de velocidad o de trayectoria y por tanto una variación de energía cinética, que se traduce en una pérdida de presión.
En la que es el coeficiente de pérdida dinámica, distinto para cada tipo de accesorio[7] y es la velocidad a la entrada del mismo.
En muchas ocasiones se suele utilizar lo que se conoce como Longitud equivalente del accesorio, que no es más que estimar la longitud de conducto rectilíneo que produzca la misma pérdida de carga que el accesorio y en la fórmula de la pérdida de carga lineal, considerar como longitud de cada tramo, su longitud real más la longitud equivalente de sus accesorios.
métodos de cálculo
Los sistemas de baja velocidad se pueden calcular por tres métodos principales:.
Es un método muy sencillo, pero solo aplicable a instalaciones muy elementales sin grandes exigencias de reparto. Consiste en seleccionar una velocidad de salida, tomada de la tabla adjunta, en la descarga del ventilador e ir reduciéndola en cada tramo a lo largo del conducto.
El diámetro del conducto circular necesario para cada tramo, se calcula por:.
Si el conducto va a ser rectangular se toman las medidas a partir de la sección circular de diámetro equivalente .[8].
A continuación se calcula la pérdida de carga de cada tramo a partir del nomograma correspondiente o mediante la fórmula:.
En la que es el caudal de tramo, es el perímetro del conducto rectangular y su sección.
Para finalizar, se suman las pérdidas de carga del recorrido más desfavorable.[9] El total se corresponde con la presión estática necesaria en el ventilador.
Este es un método mejor que el anterior en cuanto que es aplicable a la mayoría de las instalaciones más frecuentes y da buenos resultados, sobre todo si la distribución es simétrica. Si no lo es, el sistema puede resultar difícil de equilibrar.[10] El método consiste en calcular los conductos, de forma que tengan la misma pérdida de carga por unidad de longitud a lo largo de todo el sistema.
Para el cálculo se comienza por establecer la pérdida de carga, mediante el nomograma o la fórmula de Darcy, correspondiente al caudal total necesario y a la velocidad recomendada, sacada de la tabla anterior, o bien, se puede fijar una pérdida de carga, conocida por experiencia como buena.[11]
Cruzando el caudal de cada tramo con la pérdida de carga fijada y redondeando a la velocidad más próxima a la recomendada, se obtiene el diámetro del conducto necesario(ver figura). Posteriormente se puede convertir a conducto rectangular.
También se puede calcular mediante la fórmula:.
Por último, se calcula la pérdida de carga total, multiplicando la pérdida de carga fijada, por la longitud del trayecto más desfavorable.
Este método se basa en el Principio de Bernoulli, según el cual, en un conducto por el que circula un fluido, la suma de la presión dinámica debida a su velocidad, de la presión estática debida a su presión y de la presión debida a su altura es un valor constante. Considerando el conducto horizontal, es decir, sin variación de altura en su recorrido, quedan la presión estática y la dinámica, de tal forma, que si en un tramo disminuye la velocidad y por tanto la presión dinámica, aumentará en el mismo valor la presión estática.
Este es el fundamento del método, que consiste en dimensionar el conducto de forma que el aumento de presión estática debido a la disminución de velocidad en un tramo, compense las pérdidas por rozamiento del siguiente. De esta forma la presión estática se mantiene constante y es la misma en cada boca de salida.
Se empieza por seleccionar una velocidad inicial a partir de la tabla de velocidades recomendadas, pero cuidando de que sea lo mayor posible, para evitar que la velocidad final sea demasiado baja o el conducto demasiado grande. Con esa velocidad se calcula la sección del primer tramo y se determina su pérdida de carga, igual que en el método anterior.
Los siguientes tramos deberán cumplir el fundamento del método. Por tanto, para un tramo cualquiera:.
El primer miembro es la suma de la pérdida de carga lineal en el tramo más el sumatorio de las pérdidas de carga en los accesorios de dicho tramo y más la pérdida de carga en la derivación o reducción de entrada al tramo cuya velocidad de entrada es . El segundo miembro es la pérdida de presión dinámica o ganancia de presión estática al pasar de la velocidad a la .
Se trata de una expresión en la que la única variable desconocida es , pero que va a exigir un cálculo iterativo, razón por la cual se suelen emplear dos gráficas; en la primera se obtiene la relación para el tramo y en la segunda, cruzando este valor con la velocidad de entrada, se puede encontrar la velocidad de salida o la presión recuperada, lo que nos permite calcular la sección del tramo.
Actualmente existen programas de software con los que se consigue un cálculo sencillo, rápido y si se introducen bien los datos, resultados muy satisfactorios.[12].