La velocidad del aire es un parámetro fundamental a la hora de evaluar el rendimiento de un sistema con flujo de aire. La mayoría de los técnicos de sistemas de climatización usan hoy en día un anemómetro para medir la velocidad del aire en rejillas, ventilaciones y difusores, en un conducto o en espacios abiertos, como parte de una tarea básica de comprobación, ajuste y compensación de los sistemas de distribución de aire climatizado.
Los anemómetros suelen ser herramientas muy precisas, especialmente a velocidades bajas, pero deben compensar la temperatura del aire, la presión absoluta y la presión ambiente absoluta. La herramienta AireMeter Fluke 975 tiene una sonda de velocidad accesoria que usa un anemómetro térmico para medir la velocidad del aire. Un sensor de temperatura en la punta de la sonda compensa la temperatura del aire, un sensor en el medidor mide la presión absoluta y la presión ambiente absoluta se determina al iniciar el medidor. Para los usuarios que prefieran calcular los factores de compensación ellos mismos, el metro también mostrará la velocidad o el volumen de aire en condiciones normales.
Esta nota de aplicación describe cómo tomar mediciones del volumen de aire precisas en un conducto, mediciones de aire en rejillas, ventilaciones, difusores y otras localizaciones.
Volumen de aire en un conducto
El fin último de cualquier sistema de conductos es mover el volumen de aire necesario, al tiempo que mantiene otros factores dentro de los límites aceptables, y distribuirlo en cantidades y condiciones que cumplan con el fin previsto: calentar, enfriar, ventilar, extraer, mezclar, humidificar, deshumidificar o acondicionar el aire de un espacio. La velocidad en el interior de los conductos viene determinada no solo por la aplicación, sino por el diseño del propio conducto. Entre los factores de diseño más importantes encontramos: el nivel de presión estática disponible que puede afrontar un ventilador debido a las pérdidas de fricción y a las caídas de presión de los dispositivos que se encuentran en el flujo de aire, el costo de los conductos, el espacio disponible para el sistema de conductos y los niveles de ruido aceptables.
Para determinar el volumen de aire distribuido a todos los dispositivos terminales de descenso, los técnicos realizan mediciones transversales de conductos. Las mediciones transversales pueden determinar el volumen de aire en cualquier conducto multiplicando el promedio de las lecturas de velocidad por el área del interior del conducto. Estas lecturas en los conductos principales miden el volumen de aire total del sistema, que es fundamental para el rendimiento, la eficiencia e incluso la esperanza de vida del sistema de climatización. La diferencia de volumen de aire entre el conducto principal de alimentación y el conducto principal de retorno determina el volumen de aire de exterior. La medición transversal en salidas de aire es el modo más preciso de determinar el volumen de aire distribuido por el dispositivo terminal (rejilla, ventila, difusor). Una medición transversal en conductos de extracción revela el volumen de aire de extracción.
La medición transversal en conductos consiste en un conjunto de mediciones de la velocidad del aire, en puntos espaciados de manera regular, a través de una sección transversal de un conducto recto. La medición transversal debería realizarse preferiblemente en una sección recta de un conducto con diez diámetros de conducto hacia arriba y tres diámetros de conducto hacia abajo del plano transversal, aunque podrían obtenerse resultados con un mínimo de cinco diámetros de conducto hacia arriba y uno hacia abajo.
El número de mediciones que se realizan en el plano transversal depende del tamaño y la forma geométrica del conducto. En la mayoría de las mediciones transversales se llevan a cabo entre 18 y 25 lecturas de velocidad como mínimo. El número de lecturas aumentará cuando mayor sean las dimensiones del conducto. Los puntos de medición para una medición transversal aceptados en el sector están determinados por la regla de Log-Tchebycheff para conductos rectangulares y conductos cilíndricos. Por lo general, los técnicos realizan de cinco a siete orificios en uno de los lados del conducto rectangular y dos o tres en el caso de los cilíndricos, para que la sonda telescópica del anemómetro pueda acceder a los puntos de medición transversal. Para asegurarse de que está usando el anemómetro en la dirección de calibración, solo tiene que alinear la marca de la punta de la sonda de velocidad con la dirección de impacto. Cuando se extienda la sonda, alinee la sección del lector con el mango para mantener la orientación correcta dentro del conducto.
Antes de cualquier medición, deslice la vaina protectora hasta el mango para dejar descubiertos los sensores de la punta de la sonda. Para realizar cálculos de flujo de volumen, el dispositivo AirMeter Fluke 975* pedirá que introduzca la forma geométrica del conducto y las dimensiones de los lados, en el caso de los rectangulares, o el diámetro, en el caso de los cilíndricos. Tome las lecturas de velocidad necesarias en una sola vez apretando la tecla de "captura". Si toma una lectura de velocidad antes de tiempo, el Fluke 975 le permite realizarla de nuevo. Una vez completadas las lecturas de velocidad, el medidor AirMeter calcula el promedio de las lecturas y lo multiplica por el área transversal del conducto para obtener el volumen de aire, tanto en condiciones normales como compensadas por la temperatura y presión absoluta.
Se calcula el promedio de las lecturas de velocidad (m/s) y se multiplica por el área interior del conducto (m²) y se obtiene el volumen de aire (m³/s).
Q = V * A
Q = Volumen de aire, en cfm (pies cúbicos por minuto) o en m³/s (metros cúbicos por segundo)
V = Velocidad, en fpm (pies por minuto) o en m/s (metros por segundo)
A = Área del conducto, dimensión interior del conducto en pies cuadrados o en metros cuadrados
* Para medir una velocidad de aire superior a 3 metros por segundo (m/s) en un conducto, el técnico de sistemas de climatización también podría usar un tubo pitot estático con un manómetro inclinado. Los anemómetros son la elección mayoritaria para velocidades inferiores a 3 m/s, aunque también son aceptables para velocidades más altas. En sistemas de conductos de baja presión en los que se requiere silencio, como instalaciones residenciales y centros sanitarios, la velocidad suele ser de 3 a 5 m/s, mientras que en los sistemas de conductos de alta presión la velocidad ronda los 18 m/s.
Mediciones de aire en rejillas, ventilaciones y difusores
Las rejillas, ventilaciones y difusores de suministro de aire se eligen y se colocan para distribuir un volumen de aire especificado a una velocidad y en unas condiciones aceptables para el bienestar y la ventilación en la zona de ocupación. Se considera que la zona de ocupación se encuentra a treinta centímetros de las paredes y por debajo de la altura de la cabeza. La velocidad de una rejilla, ventilación o difusor de suministro de aire no suele exceder los 4 m/s, y la velocidad de una rejilla de retorno no excede los 2 m/s en aplicaciones en las que se requiere silencio. La velocidad debe ser suficiente para mezclar el aire de suministro con el aire de la sala que se encuentra fuera de la zona de ocupación, dando lugar a un aire con temperatura y condiciones adecuadas en dicha zona.
El alcance es la distancia que se desplaza el aire desde una rejilla, ventilación o difusor antes de alcanzar la velocidad terminal. El alcance suele estar entre un 75 y un 110 % de la distancia desde la salida hasta la siguiente superficie de intersección (pared) o al punto de velocidad terminal de las rejillas, ventilaciones o difusores cercanos. La velocidad terminal no es más que la velocidad, dentro del alcance, establecida para detener la medición del alcance por razones de diseño de ingeniería. La velocidad terminal suele ser de 0.25 a 0.4 m/s en espacios residenciales y oficinas, pero el ingeniero podría incrementarla hasta alcanzar entre 0.6 y 0.8 m/s en instalaciones comerciales. Generalmente, una velocidad de aire de 0.25 m/s en la zona de ocupación es aceptable. Las zonas de estancamiento aparecen cuando la velocidad desciende hasta los 0.08 m/s. Para determinar las condiciones del aire distribuido, utilice la sonda de velocidad para "seguir" el alcance de las rejillas, ventilaciones y difusores.
Para determinar el volumen de aire distribuido por los dispositivos terminales, lo mejor es realizar una medición transversal de un conducto con la sonda de velocidad en el conducto de salida que se dirige a dicho dispositivo. Como alternativa, utilice los resultados de una medición con la sonda de velocidad en la superficie de una rejilla, ventilación o difusor, junto con los datos técnicos facilitados por sus fabricantes, para determinar el volumen de aire.
A diferencia de la sección de un conducto, el área de un dispositivo terminal no puede medirse in situ, dado que el aire cambia de dirección y aumenta su velocidad en la vena contracta (la vena contracta es un efecto que tiene lugar cuando el aire que fluye por una abertura se "pega" a los bordes y su flujo se reduce al tamaño de dicha abertura). Incluso una medición cuidadosa in situ del área libre de una rejilla, ventilación o difusor para determinar el volumen de aire dará lugar a cálculos erróneos del volumen de aire. El fabricante de los dispositivos terminales publicará un "área efectiva" (Ak = área efectiva en metros cuadrados) que solo puede determinarse mediante comprobaciones en un laboratorio que midan el volumen de aire real y la velocidad de entrada de la rejilla, ventilación o difusor (Vavg = velocidad media de entrada en metros por segundo). Esta área efectiva puede usarse in situ para calcular el volumen de aire.
Para cada dispositivo terminal, el fabricante suele publicar el área efectiva junto con un rango de velocidades de entrada con el flujo de volumen resultante en metros cúbicos por segundo (m³/s) y la caída de presión de cada velocidad de entrada. Estos valores se determinan mediante la comprobación de conductos rectos conectados a la rejilla, ventilación o difusor que transporte aire no turbulento distribuido uniformemente a lo largo del conducto.
Calcular el volumen de aire de un dispositivo terminal requiere llevar a cabo una cantidad suficiente de lecturas de velocidad de entrada para conseguir un promedio de la velocidad. Establezca un patrón de puntos de comprobación frente al dispositivo terminal que dé un buen promedio cuando termine. El espacio entre los puntos suele ser de entre ocho y trece centímetros, no más de quince, y el número mínimo de lecturas de velocidad estable por dirección del alcance es de seis. Coloque el sensor de la sonda de velocidad en contacto con la entrada al dispositivo terminal, o a 2.5 centímetros de una rejilla de retorno y el centro de la sonda en la abertura. Seleccione en su AirMerter Fluke 975 el índice de flujo de volumen, el conducto rectangular e introduzca unas dimensiones de 30.5 x 30.5 centímetros. De este modo obtendrá un cálculo en m³/s igual al promedio en m/s. Los m³/min calculados se multiplican por el factor Ak de los m³/s reales facilitado por el fabricante de la rejilla, ventilación o difusor.
M³/s (metros cúbicos por segundo) = Ak x Vavg
Ak = Área efectiva en metros cuadrados
Vavg = Velocidad de entrada media en metros por segundo
Lecturas de velocidad diversas
El aire de ventilación suele recibir el suministro mediante las campanas de aire exterior de una unidad instalada en la azotea. En dicha campana hay un conjunto de mosquiteras en las que pueden realizarse mediciones transversales de igual modo que en las rejillas de retorno. Active la función de índice de flujo de volumen del dispositivo AirMeter Fluke 975, seleccione el conducto rectangular, introduzca las dimensiones de la mosquitera, capture una lectura de velocidad cada quince centímetros aproximadamente y deje que el AirMeter calcule los m³/min de aire de ventilación.
Si se produce un desequilibro entre la entrada de aire de exterior y la salida de aire, existe la posibilidad de que la azotea o el edificio estén dañados y que las personas que accedan al edificio tengan que lidiar con un viento objetable cuando se abran las puertas. La presurización de un edificio debería estar limitada entre 0.05 y 0.25 cm (0.02-0.1 pulg.) de columna de agua, y es preferible que se mantenga por debajo de 0.1 cm (0.05 pulg.) de columna de agua. La sonda de velocidad puede usarse en la entrada de un edificio para evaluar la presión del mismo. Una velocidad de aire de 6.6 m/s a través de una puerta abierta da lugar a una presurización del edificio de más de 0.3 cm (0.1 pulg.) de columna de agua y un viento de 24 km/h en la entrada.
VP = (V/4005)²
(Donde VP = presión de velocidad y V = velocidad)