La presión estática crea resistencia contra el movimiento del aire en los conductos de un sistema HVAC, y las unidades de tratamiento de aire deben superar esta presión para proporcionar calefacción y refrigeración. La presión estática y el flujo de aire son los dos factores principales que determinan qué tan bien funciona un ventilador y también su consumo de energía. Por estos motivos, calcular la presión estática es un paso muy importante en el proceso de diseño de HVAC.
Los conductos de aire se utilizan en muchos tipos de sistemas HVAC y su diseño afecta el control de la temperatura y la eficiencia energética. Por ejemplo, las unidades de techo (RTU) y las unidades fancoil (FCU) suelen estar conectadas a un sistema de conductos de aire. Para especificar estos componentes correctamente, se requiere un cálculo preciso de la presión estática.
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Incluso si tiene el mejor equipo de aire acondicionado y calefacción del mercado, un diseño deficiente de los conductos de aire puede tener un impacto negativo en su rendimiento. Los sistemas de ventilación deben superar la presión estática y al mismo tiempo minimizar el ruido y la vibración. Sin embargo, la presión estática también se puede reducir con decisiones inteligentes al diseñar conductos de aire.
Presión estática externa – Cálculo de ESP.
La presión estática externa es la medida de toda la resistencia en el sistema de conductos contra el cual debe trabajar el ventilador. Algunos ejemplos son filtros, rejillas, serpentines y conductos de aire acondicionado. Es la suma de la presión de succión (negativa) y la presión de descarga (positiva) creada por el ventilador del equipo.
Diseño de conductos de aire: una breve descripción
Antes de diseñar conductos de aire, los ingenieros de HVAC deben calcular la carga de calor y el flujo de aire de acuerdo con los estándares ASHRAE. También deben encontrar ubicaciones ideales para difusores, unidades de tratamiento de aire y equipos HVAC. Finalmente, la disposición de los conductos de aire se puede diseñar según el espacio disponible.
Durante el proceso de diseño de tuberías, es muy importante evitar conflictos con otros sistemas del edificio, como las instalaciones eléctricas y de plomería. Sin embargo, el software BIM puede detectar estos problemas automáticamente y los ingenieros pueden solucionarlos antes de la construcción.
Las siguientes son algunas pautas útiles de los expertos en HVAC al diseñar conductos de aire:
- Reducir al máximo la pérdida de presión en los conductos de aire. Esto también reduce la potencia requerida del ventilador, mejorando la eficiencia energética.
- Evite cambios repentinos de dirección al diseñar el diseño del conducto de aire y proporcione paletas giratorias para minimizar la caída de presión.
- Minimizar el ruido y las vibraciones ya que causan molestias y distracciones a los ocupantes. La vibración también reduce la vida útil del equipo, lo que provoca costosas reparaciones.
- Céntrese en un diseño rentable : ahorre espacio y materiales siempre que sea posible sin afectar el rendimiento de HVAC.
- Diseñe los conductos de aire con una relación de aspecto lo más cercana posible a 1 y no más de 4 .
Existen tres tipos de sistemas de conductos de aire, clasificados en función de la presión estática:
- Sistemas de baja presión, con presión estática de hasta 2 pulg. wg
- Sistemas de media presión, con una presión estática de 2 a 6 pulg.
- Sistemas de alta presión, con una presión estática mayor a 6 pulg.
Una presión estática más alta provoca más ruido y vibración. Idealmente, un sistema de conductos de aire debería diseñarse con la presión estática más baja técnicamente posible.
El método de diseño de igual fricción
Se utilizan tres métodos principales para diseñar sistemas de conductos de aire:
- Método de recuperación estática
- Método de velocidad
- Método de igual fricción
El método de igual fricción es, con diferencia, el más común en la industria, ya que utiliza cálculos simples que requieren menos tiempo. Los otros dos métodos rara vez se utilizan en proyectos HVAC modernos.
Con el método de igual fricción, los conductos de aire están diseñados para tener una caída de presión constante por unidad de longitud , según el Manual de Fundamentos de ASHRAE. La pérdida por fricción del sistema de tuberías se describe mediante la caída de presión promedio por cada 100 pies de tubería.
El Manual ASHRAE permite cierta flexibilidad de diseño al proporcionar tablas con rangos sugeridos de velocidad del aire y tasa de fricción. Como ocurre con cualquier decisión de ingeniería, la fricción y la velocidad óptimas dependen de las condiciones de diseño:
- La baja tasa de fricción consume menos energía del ventilador pero requiere conductos más grandes. Este enfoque de diseño se recomienda cuando la electricidad es cara y los conductos son accesibles.
- La alta tasa de fricción consume más energía del ventilador y ahorra materiales en los conductos. Esta opción se recomienda cuando los conductos son caros y la electricidad es asequible.
Inicialmente se dimensionan todos los conductos y luego se calcula la pérdida de presión individualmente para todas las secciones. Según los resultados, se redimensionan los conductos de aire para equilibrar las pérdidas.
¿Cómo se clasifican las pérdidas por fricción?
Al diseñar conductos de aire, las pérdidas por fricción se clasifican por fuente: pérdidas causadas por los propios conductos y pérdidas causadas por los accesorios.
- Las pérdidas en el conducto dependen de la velocidad del aire y de las características del conducto: dimensiones, longitud y rugosidad del material. Un paso importante en el proceso de diseño es identificar el camino crítico, que es el camino de la tubería con la mayor pérdida de presión.
- Las pérdidas por ajuste representan la fracción más grande de las pérdidas totales. Ocurren cuando el aire pasa por filtros, desplazamientos, codos, compuertas, serpentines y otros accesorios y conexiones. El uso de los accesorios adecuados en las ubicaciones adecuadas puede generar importantes reducciones de costos y ahorros de energía. ASHRAE proporciona coeficientes de pérdida apropiados para simplificar su selección.
Una vez que se tienen en cuenta todas las pérdidas, los ingenieros de HVAC pueden seleccionar un ventilador que proporcione el flujo de aire y la presión necesarios.
Recomendaciones finales
El diseño de HVAC es muy importante en los proyectos de construcción, ya que afecta los costos operativos y los gastos de mantenimiento a largo plazo. HVAC también representa el mayor gasto de energía para la mayoría de los edificios residenciales y comerciales, y las decisiones de diseño inteligentes pueden reducir las facturas de energía y gas. Para lograr un mayor rendimiento, un sistema de ventilación puede equiparse con sensores de ocupación y variadores de frecuencia (VFD) para controlar la velocidad del ventilador.
Un sistema HVAC bien diseñado también mejora la comodidad de los ocupantes, aumentando la productividad en entornos empresariales. El ruido de HVAC se puede reducir seleccionando tamaños de conducto óptimos después de un cálculo preciso de la presión estática.
