Pérdidas de carga en ventilación, ¿cómo minimizarlas?

Para el correcto funcionamiento de los sistemas de ventilación mecánicos y su mejor optimización, uno de los fenómenos que más hemos de tener en cuenta es el de las pérdidas de carga. De ello dependerá el consumo de los ventiladores y la fuerza necesaria que requerirá la instalación.

Las pérdidas de carga son un fenómeno que procede de la resistencia del aire en el sistema de ventilación, que es mayor cuanto más grande es el flujo de aire. Durante el paso del aire desde que se impulsa del ventilador hasta que llega a su destino final, se produce una mayor o menor resistencia, originada por la fricción al pasar por los conductos de aire y otro equipamiento, como son los filtros, los silenciadores, la unidad de calor u otros.

La pérdida de fuerza del aire impulsado por estas fricciones es lo que denominamos pérdidas de carga. Que sean mayores o menores dependerá en buena medida de una correcta instalación y diseño, evitando los recorridos muy largos y los cambios de sección que hacen perder fuerza al aire. De esa planificación se logrará una mayor o menor eficiencia de ventilación, y en caso de no tenerse en cuenta se sufriría un mayor consumo energético por parte de los ventiladores.

¿Cómo calcular las pérdidas de carga y optimizar el sistema?

Con la finalidad de calcular el rozamiento del aire con los interiores de los conductos -lo que llamamos fricción- hemos de tener en cuenta diferentes aspectos.

• La distancia total entre el ventilador y su destino final. Cuanto más largo sea el conducto, más fuerza requerirá.
• Los cambios de sección o codos. En el momento en que el aire cambie de dirección se producirán pérdidas de carga.
• El diámetro de los conductos. A mayor diámetro, más aire transportado.
• La velocidad del aire y su densidad. Es preciso que la fuerza del ventilador sea exactamente la que necesita el sistema tras haber calculado las pérdidas de carga.
• Rugosidad del revestimiento interior de la tubería.

Para calcular las pérdidas de carga se suelen aplicar nomogramas, métodos de cálculo de geometría analítica y que son de gran ayuda para calcular estas pérdidas en los sistemas de ventilación. Sin embargo, al originarse de la experiencia y de su utilización, el cálculo de estos nomogramas es válido únicamente en conductos con los materiales más comunes y la rugosidad más utilizada.

El cálculo de las pérdidas de carga estimadas en un sistema de ventilación hará que podamos impulsar el aire a la velocidad necesaria, sin tener que aumentar la potencia del ventilador, además de evitar que no se ventile lo suficiente. En relación a la velocidad que debería adquirir el aire, se tienen en cuenta los siguientes valores:

• Ventilación en conductos a baja velocidad: entre 6 y 12 m/s.
• Ventilación en conductos a alta velocidad: >12 m/s.

El cálculo de la velocidad en los conductos de ventilación puede resolverse mediante la siguiente fórmula:

• V= L / (3600*F) (m/s)

En dicha fórmula, "L" representa la capacidad del aire en m³/hora. Y "F" representa los cambios de sección de los conductos en m^2.

Las pérdidas de carga pueden reducirse mediante una red de conductos con menos cambios de sección, ya que el aire viaja a mucha más velocidad. Es preferible una mayor longitud en línea recta que un sistema con muchos cruces y codos. Igualmente, si existen muchas zonas de ventilación conectadas con rejillas, el ventilador puede situarse en una zona central, ya que así se evita que llegar al extremo más lejano requiera de mayor energía.

Para calcularse las pérdidas de carga en sistemas de impulsión o extracción de aire, podemos usar el método de pérdida de carga constante. Se realiza al calcular los conductos de manera que asuman la misma pérdida de carga por unidad de longitud a lo largo de todo el recorrido.

Lo más común en este método es encontrar una primera velocidad importante en función del máximo de ruido que se puede asumir. ¿Cómo determinamos dicha velocidad? Tomando como ejemplo el conducto principal, que sigue a la impulsión desde que lo recoge del exterior o de los filtros. Gracias a esta velocidad que nos sirve de punto de partida, y conociendo el caudal de aire que es necesario aportar, se calcula la pérdida de carga unitaria que deberá ser constante en toda la red de conductos.

Las pérdidas de carga se tratan de un fenómeno en ventilación que no podemos dejar de lado. Es más, se trata de los aspectos a tener en cuenta más importantes en una instalación si queremos que sea verdaderamente eficiente el sistema de ventilación mecánico. Si se evitan trayectos innecesarios del aire y trazados muy complejos, podemos tener un consumo de los ventiladores mucho más razonable y el ruido será asumible.