Conducto redondo frente a conducto rectangular: ¿Cuál es mejor? | MáquinaMFG

Conducto redondo frente a conducto rectangular: ¿Cuál es mejor?

0
(0)

1. Antecedentes

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.

sistema de conductos de aire

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

Conducto redondo de tejido de fibra

Cuadro 1: Cuota de mercado de los conductos circulares cada año:

País19601965197019751980198519902000
Nórdico515406070808590
Alemania55101520252550
Francia510203040505065
Inglaterra510152025353555

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:

  • Inversión inicial: Incluye los costes de diseño, material e instalación, espacio, puesta en marcha, etc.
  • Gastos de funcionamiento: Incluye los salarios del personal, los costes de energía y los costes de mantenimiento.
  • Coste de renovación: Incluye el coste de reparación y sustitución de las piezas desgastadas.

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.

2. 2. Inversión inicial

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:

  • Los conductos redondos son más fáciles de fabricar y transportar.
  • Los componentes y accesorios de los conductos circulares están muy normalizados.
  • Los conductos circulares son estructuralmente más resistentes a la presión sin deformarse, mientras que los conductos rectangulares requieren pernos, remaches, vigas de soporte y otras medidas de refuerzo adicionales.
  • Para un mismo diámetro hidráulico, un conducto circular requiere menos metal que un conducto rectangular. Cuanto mayor sea la relación de aspecto del conducto rectangular, mayor será el consumo de metal.
  • La estructura de suspensión de los conductos circulares es más fácil de instalar que la de los conductos rectangulares. Según la norma GB50243-2002 "Código de Construcción y Aceptación de Obras de Ventilación y Aire Acondicionado", la distancia entre colgadores para conductos rectangulares con lados largos superiores a 400 mm es de 4 m, mientras que la distancia entre colgadores para conductos en espiral aumenta a 5 m.
  • El punto de medición para medir el volumen de aire de un conducto circular es menor que el de un conducto rectangular, por lo que cuando el sistema de conductos está equilibrado, el coste de puesta en servicio también será menor que el de un conducto rectangular.
  • Los conductos circulares pueden reducir significativamente la introducción de ruido de baja frecuencia en la sala, reduciendo así la necesidad de equipos de reducción del ruido.

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.

Conducto circularConducto rectangular
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.

Conducto rectangular
Conexión de conducto circular

(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.

conducto rectangular plano alternativo

Figura 3: Plan alternativo para sustituir el conducto rectangular de 550 mm × 150 mm por dos conductos circulares de D = 200 mm

3. Costes de explotación

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.

3.1 Tasa de fuga de aire

El índice de fugas del conducto de aire puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

Cálculo del índice de fugas del conducto de aire
  • fref = tasa de fuga por superficie
  • qvl = fuga de aire
  • A = superficie del conducto
  • K = constante de fuga de aire
  • △ pref = diferencia de presión entre el conducto y el exterior

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 AKA=0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Clase BKB=0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Clase CKC=0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Clase DKD =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.

Medición del índice de fugas de aire

Figura 4: Mediciones de los índices de fugas de aire en 21 edificios belgas (Carrié et al, 1999)

3.2 Pérdida de carga

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.

Comparación de la pérdida de carga entre un conducto rectangular y un conducto circular con caudal y velocidad de flujo constantes

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:

  • El flujo es demasiado pequeño y el campo de flujo no puede alcanzar el estado de turbulencia completa.
  • La sección transversal del tubo dista mucho de ser circular, es decir, el rectángulo tiene una gran relación longitud-anchura.

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.

Comparación de la pérdida de presión entre un conducto rectangular liso y un conducto circular con diferente relación longitud-anchura

Figura 6: Comparación de la pérdida de presión entre un conducto rectangular liso y un conducto circular con diferente relación longitud-anchura

3.3 Costes de mantenimiento

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.

4. Conclusiones

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.

¿De cuánta utilidad te ha parecido este contenido?

¡Haz clic en una estrella para puntuarlo!

Promedio de puntuación 0 / 5. Recuento de votos: 0

Hasta ahora, ¡no hay votos!. Sé el primero en puntuar este contenido.

Ya que has encontrado útil este contenido...

¡Sígueme en los medios sociales!

¡Siento que este contenido no te haya sido útil!

¡Déjame mejorar este contenido!

Dime, ¿cómo puedo mejorar este contenido?

1 comentario en “Round vs Rectangular Duct: Which Is Better?”

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Scroll al inicio