¿Por qué se prefieren a menudo los conductos redondos a los rectangulares en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado? A pesar del uso tradicional de conductos rectangulares, la ingeniería moderna revela que los conductos redondos ofrecen ventajas significativas. Son más económicos de fabricar, más fáciles de instalar y minimizan mejor las fugas de aire y las pérdidas de presión. Este artículo analiza estas ventajas, comparando la inversión inicial, los costes de funcionamiento y la eficiencia global. Al final, entenderá por qué el cambio a conductos redondos puede suponer un ahorro sustancial y un mayor rendimiento en sus proyectos de calefacción, ventilación y aire acondicionado.
El sistema de conductos de aire es un componente crucial en la ingeniería de aire acondicionado y ventilación. Su finalidad es transportar eficientemente el aire ajustado hasta el equipo final en función del caudal diseñado.
Normalmente, los conductos de aire tienen tres formas de sección transversal: rectangular, circular y oblonga. Los conductos rectangulares suelen fabricarse remachando cuatro placas de acero, mientras que los redondos se crean enrollando una placa de 137 mm de ancho. chapa de acero en una máquina formadora de espirales. Los conductos oblongos son relativamente infrecuentes y suelen formarse apretando conductos circulares.
Antes de 1960, los conductos rectangulares eran los más utilizados debido a su sencillo proceso de fabricación y a los reducidos requisitos de espacio para su instalación. Sin embargo, con el desarrollo de grandes máquinas formadoras de conductos circulares en espiral, muchos proyectos de ingeniería han demostrado que los conductos circulares son más económicos y presentan un mejor rendimiento en otros parámetros de ingeniería en comparación con los conductos rectangulares.
Muchos conductos de aire de tejido de fibra disponibles actualmente en el mercado son sistemas de distribución de aire que combinan características como rejillas de ventilación, conductos de suministro de aire, cajas de presión estática, materiales de aislamiento térmico y compuertas. Han ganado popularidad entre los usuarios debido a sus ventajas, como un suministro de aire preciso y uniforme, un bloque de instalación ligero, un aspecto atractivo y resistencia a las bacterias y el moho.
Los conductos de tejido de fibra tienen varias formas: redondos, semicirculares, semicirculares, ovalados y semiovalados para adaptarse a las necesidades de las distintas estructuras de los edificios.
Conducto redondo de tejido de fibra
Cuadro 1: Cuota de mercado de los conductos circulares cada año:
| País | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Nórdico | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| Alemania | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| Francia | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| Inglaterra | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Desde la perspectiva del análisis económico, el coste total de un sistema de conductos de aire en un edificio a lo largo de su vida útil puede dividirse en:
Investigaciones extranjeras han demostrado que, en muchos parámetros, los sistemas de conductos circulares superan a los rectangulares.
Este artículo resumirá las conclusiones de estos estudios y se centrará en comparar los aspectos económicos de los sistemas de conductos de aire.
Cabe señalar que, en circunstancias normales, el coste de renovación constituye una pequeña parte del coste total, por lo que no se tendrá en cuenta en este debate.
Las razones por las que la inversión inicial necesaria para un sistema de conductos circulares es inferior a la de un sistema de conductos rectangulares son las siguientes:
Hemos diseñado dos sistema de ventilación para una gran sala con conductos circulares y rectangulares, y se compararon la pérdida de carga del sistema y los parámetros económicos correspondientes. Los resultados, basados en los precios del mercado nórdico del año, se muestran en la figura 1.
Los cálculos mostraron que, en las mismas condiciones de equipo final, el coste global de instalación del sistema de conductos circulares era sólo la mitad del del sistema de conductos rectangulares, y el coste de material del sistema de conductos circulares era 80% del del sistema de conductos rectangulares.
 |  |
| Pérdida de presión total (Pa): 150.0 Coste total de instalación: 0,51R Coste total del material: 0,8 millones （A） | Pérdida de presión total (Pa): 165.4 Coste total de instalación: R Coste total del material: M （B） |
Figura 1: Comparación de los esquemas de diseño de conductos
(A) Conducto circular (B) Conducto rectangular
El análisis económico del espacio ocupado por el sistema de conductos es un reto debido a su dependencia de la estructura y finalidad del edificio.
Generalmente se cree que los conductos rectangulares ahorran espacio, pero en realidad, en el caso de los conductos rectangulares con una relación de aspecto cercana, la superficie real que ocupan es mayor que la de los conductos circulares. Esto se debe principalmente a que los conductos rectangulares requieren bridas para su conexión, y la altura de los bordes de las bridas suele ser superior a 20 mm, como se muestra en la figura 2 (A).
Sin embargo, los conductos de aire en espiral modernos pueden conectarse con flexibilidad normalizada, como se muestra en la figura 2 (B), lo que no sólo ahorra espacio, sino que también es más fácil de instalar. Por lo tanto, en el caso de los conductos de aire rectangulares con una relación de aspecto cercana a 1, no se pueden pasar por alto las ventajas de los conductos circulares.
 |
 |
| (A) | (B) |
Figura 2: Comparación de los conexión de conductos esquema
(A) Conducto rectangular (B) Conducto circular
En el caso de los conductos rectangulares con gran relación de aspecto, pueden sustituirse por varios conductos circulares, como se muestra en la figura 3. Esta alternativa puede facilitar el control del volumen de aire y reducir los costes de instalación. Esta alternativa puede facilitar el control del volumen de aire y reducir los costes de instalación. Aunque el coste de los materiales puede aumentar, un estudio demostró que, con este sistema, la inversión inicial es casi la misma que la del conducto rectangular.
Figura 3: Plan alternativo para sustituir el conducto rectangular de 550 mm × 150 mm por dos conductos circulares de D = 200 mm
En circunstancias normales, la mayor parte de los costes de funcionamiento de los sistemas de aire acondicionado corresponde al consumo de energía. Esto incluye la energía necesaria para calentar o enfriar el aire y también para transportar el aire al equipo final. Si todo el sistema de conductos está bien aislado, la cantidad de fugas de aire de los conductos se convierte en una fuente importante de consumo excesivo de energía.
En el sistema de conductos, el ventilador proporciona la potencia de circulación, y la presión del viento del ventilador no suele superar los 650Pa. Si se excluye la pérdida de presión en el equipo final de la unidad de tratamiento de aire, la altura de presión disponible de todo el sistema de conductos es de unos 200-300Pa.
Por lo tanto, es crucial minimizar la pérdida de carga en el sistema de conductos de aire. Al mismo tiempo, el nivel de fugas de aire también afecta directamente a la selección de la potencia del ventilador. Según el teorema del ventilador, la potencia del ventilador es proporcional al cubo del volumen de aire. Es decir, si el índice de fugas del conducto de aire es de 6%, la potencia del ventilador aumentará en 20%. El índice de fugas de los conductos de aire circulares es mucho menor que el de los conductos de aire rectangulares.
El índice de fugas del conducto de aire puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
En Europa, la estanqueidad de los conductos de aire se divide en cuatro niveles (A, B, C, D) en función de la constante de fuga de aire.
La tabla 2 muestra las constantes de fuga de aire máximas admisibles para los grados respectivos.
| Clase A | KA= | 0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Clase B | KB= | 0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Clase C | KC= | 0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Clase D | KD = | 0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
Cuadro 2: Clasificación de la estanqueidad al aire en los sistemas de conductos europeos
La comparación con los conductos circulares muestra que los conductos rectangulares requieren muchos más pernos y remaches para su conexión, lo que provoca fugas de aire mucho mayores.
La figura 4 muestra los datos medidos en Bélgica, que demuestran que el índice medio de fugas de los conductos rectangulares es siete veces superior al de los conductos circulares.
El "Código de Construcción y Aceptación de Obras de Ventilación y Aire Acondicionado" GB50243-2002 también establece que la fuga de aire permitida para conductos circulares es 50% de la de conductos rectangulares.
Figura 4: Mediciones de los índices de fugas de aire en 21 edificios belgas (Carrié et al, 1999)
El equivalente hidráulico se utiliza para estimar la pérdida de presión del sistema de conductos rectangulares con el mismo diámetro equivalente hidráulico. A pesar de sus diferentes formas de sección transversal, tienen la misma pérdida de presión a lo largo del trayecto.
La figura 5 compara la pérdida de presión de un conducto circular (D = 0,5 m, U = 5 m/s, Σ = 0,15 mm) y un conducto rectangular con la misma área y caudal. Es evidente que, en este caso, la pérdida de carga del conducto rectangular es mucho mayor que la del conducto circular y, a medida que aumenta la relación de aspecto del conducto, aumenta la pérdida de carga. Esto implica que se requiere una mayor potencia del ventilador.
Figura 5: Comparación de la pérdida de presión entre el conducto rectangular y el conducto circular con caudal y velocidad de flujo constantes (caudal = 1m³ / s, v = 5m / s)
El concepto de "diámetro equivalente hidráulico" supone que el esfuerzo cortante medio a lo largo del límite de un conducto rectangular debe ser constante. En otras palabras, la línea isocinética debería ser paralela al límite del conducto de aire. Sin embargo, los resultados de las mediciones reales muestran que en un conducto de aire rectangular, el gradiente de velocidad a lo largo de la línea diagonal es el que decae más lentamente y el gradiente de velocidad a lo largo de la línea central es el que decae más lentamente.
Por lo tanto, en teoría, el diámetro equivalente hidráulico debe utilizarse con precaución en los dos casos siguientes:
Los datos experimentales también cuestionan la universalidad del diámetro equivalente hidráulico. JONES realizó una serie de experimentos sobre la pérdida de presión de conductos rectangulares lisos. El reanálisis de sus datos experimentales se muestra en la figura 6.
A pesar de la falta de datos para 10 <relación de aspecto <25, los datos de la figura 6 siguen sugiriendo con fuerza el efecto monotónicamente creciente de la relación longitud-anchura sobre la pérdida de presión del diámetro equivalente hidráulico.
Los experimentos de Griggsetal con conductos rectangulares rugosos arrojan resultados similares.
Figura 6: Comparación de la pérdida de presión entre un conducto rectangular liso y un conducto circular con diferente relación longitud-anchura
Para prevenir el síndrome del edificio enfermo, es necesario limpiar los conductos de aire con regularidad. Los métodos de limpieza pueden ser en seco (con un aspirador y un cepillo) o en húmedo (con una fregona larga). En cualquier caso, la limpieza de los conductos circulares es más fácil que la de los rectangulares.
El análisis económico de los sistemas de conductos de aire es una tarea difícil. Debe tener en cuenta una serie de factores, ya que la vida útil de un sistema de conductos puede superar a menudo los diez años. En este caso, una pequeña mejora en el diseño y la calidad puede aumentar enormemente la rentabilidad de la inversión.
Por lo tanto, el uso de conductos circulares es una solución más económica. Sin embargo, es importante señalar que, por razones como el silencio y el espacio, los conductos rectangulares siguen siendo recomendables para algunos componentes del sistema de conductos de aire de gran caudal y tamaño, como los orificios de entrada de aire fresco y las salidas de los dispositivos de tratamiento de aire.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
AR 
DE 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO