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Compre motores ahoraAdecuado ductos el dimensionamiento es esencial para suministrar la cantidad correcta de aire acondicionado a cada habitación de un edificio. El sistema de ductos es la red de distribución de su sistema HVAC, y su diseño influye directamente en el confort, la eficiencia, los niveles de ruido y la vida útil del equipo. La ciencia detrás del diseño de ductos está codificada en ACCA Manual D, que es el estándar de la industria para el dimensionamiento de ductos residenciales.
El método de fricción igual es el enfoque más común para el dimensionamiento de ductos. Selecciona una tasa de fricción (caída de presión por cada 100 pies de longitud de ducto) y dimensiona cada tramo de ducto para conducir el CFM requerido con esa tasa de fricción. Esto garantiza una presión equilibrada en todo el sistema y simplifica el diseño. La tasa de fricción debe elegirse con base en el presión estática del motor del soplador menos las caídas de presión del serpentín, el filtro y los accesorios.
Velocidad del aire medido en FPM (pies por minuto) es la velocidad a la que el aire se mueve por el ducto. La velocidad se determina dividiendo el CFM entre el área transversal del ducto. Una velocidad demasiado alta causa ruido (el sonido de "silbido" en los registros) y turbulencia que desperdicia energía. Una velocidad demasiado baja significa ductos sobredimensionados y costosos que ocupan espacio innecesario. Los sistemas residenciales buscan 600-900 FPM en los ductos de suministro.
El motor de soplador debe generar suficiente presión estática para empujar el aire por todo el sistema de ductos con el CFM requerido. Un Motor ECM de velocidad variable es especialmente adecuado para sistemas de ductos porque puede ajustar automáticamente su velocidad para mantener el flujo de aire objetivo incluso cuando los filtros se ensucian o los reguladores cambian de posición. Si el sistema de ductos genera una presión estática excesiva (más de 0.50 pulg. c.a. en uso residencial), incluso un motor ECM tendrá dificultades, lo que reduce el flujo de aire y aumenta el consumo de energía.
Para ductos rectangulares, el diámetro redondo equivalente es un concepto importante. Como los ductos redondos tienen menos perímetro por unidad de área que los rectangulares, un ducto rectangular debe ser más grande que el ducto redondo equivalente para transportar los mismos CFM con la misma tasa de fricción. La relación de aspecto (ancho a alto) de los ductos rectangulares no debe exceder 4:1 para mantener la eficiencia. Las relaciones de aspecto altas aumentan la fricción y los costos de material.
Ambos líneas troncales (ductos principales que llevan el aire desde la manejadora) y ductos ramales (los ductos más pequeños que atienden habitaciones individuales) deben dimensionarse correctamente. La línea troncal debe llevar el CFM total del sistema cerca de la manejadora de aire y reducir su tamaño a medida que se derivan los ramales, que llevan menos aire. Ductos de retorno son igual de importantes y con frecuencia están subdimensionados, lo que provoca alta presión negativa, operación ruidosa y menor desempeño del sistema.
Esta tabla de referencia muestra la capacidad en CFM de los tamaños estándar de ductos redondos a distintas velocidades de aire. Úsela para identificar rápidamente qué tamaño de ducto se ajusta a sus requisitos de flujo de aire.
| Ducto redondo (pulg.) | Área (pulg²) | 600 FPM | 700 FPM | 800 FPM | 900 FPM | 1,000 FPM |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4" | 12.6 | 52 | 61 | 70 | 79 | 87 |
| 5" | 19.6 | 82 | 95 | 109 | 123 | 136 |
| 6" | 28.3 | 118 | 137 | 157 | 177 | 196 |
| 7" | 38.5 | 160 | 187 | 214 | 240 | 267 |
| 8" | 50.3 | 209 | 244 | 279 | 314 | 349 |
| 9" | 63.6 | 265 | 309 | 353 | 397 | 442 |
| 10" | 78.5 | 327 | 382 | 436 | 491 | 545 |
| 12" | 113.1 | 471 | 550 | 628 | 707 | 785 |
| 14" | 153.9 | 641 | 748 | 855 | 962 | 1,069 |
| 16" | 201.1 | 838 | 977 | 1,117 | 1,257 | 1,396 |
| 18" | 254.5 | 1,060 | 1,237 | 1,414 | 1,591 | 1,767 |
| 20" | 314.2 | 1,309 | 1,527 | 1,745 | 1,963 | 2,182 |
| 24" | 452.4 | 1,885 | 2,199 | 2,513 | 2,827 | 3,142 |
El ducto flexible rara vez alcanza su diámetro nominal una vez instalado. Un ducto flexible de 10 pulgadas que está comprimido, doblado o no completamente estirado puede funcionar en la práctica como un ducto de 7 u 8 pulgadas. Siempre tome en cuenta la compresión del ducto flexible aumentando uno o dos tamaños respecto a lo que indica el cálculo para ducto rígido. Reduzca al mínimo la longitud del ducto flexible y asegúrese de que esté completamente extendido y bien soportado.
Los codos, las tes, las transiciones y las derivaciones suman longitud equivalente al sistema de ductos. Un solo codo de 90 grados puede sumar de 10 a 15 pies de longitud equivalente. Muchos instaladores dimensionan correctamente el ducto recto pero no consideran los accesorios, lo que genera una presión estática mayor de la esperada y un flujo de aire reducido. Calcule siempre la longitud equivalente total, incluidos todos los accesorios.
Los ductos de retorno con frecuencia son demasiado pequeños, a veces de forma dramática. El sistema de retorno debe llevar de vuelta a la manejadora de aire todo el CFM del sistema. Si el retorno es demasiado pequeño, el motor del soplador se esfuerza contra una alta presión negativa, el flujo de aire disminuye y el sistema se vuelve ruidoso. Los ductos de retorno deben dimensionarse para una velocidad menor (500-600 FPM) que los ductos de suministro, porque las rejillas de retorno suelen estar en áreas habitables donde el ruido importa.
El sistema de ductos residencial promedio pierde de 20% a 30% de su flujo de aire por juntas, conexiones y orificios. Incluso los ductos bien sellados pierden de 5% a 10%. Al dimensionar ductos, considere que parte del flujo de aire se perderá antes de llegar a la rejilla. Sellar los ductos con masilla o cinta metálica (no cinta de tela para ductos) es una de las mejoras de eficiencia energética más rentables en cualquier casa.
Cuando el espacio es reducido, es tentador especificar ductos rectangulares muy planos (por ejemplo, 24x4 pulgadas). Sin embargo, las relaciones de aspecto altas aumentan drásticamente la fricción y reducen la eficiencia. Un ducto de 24x4 tiene mucha más fricción que uno de 12x8 con la misma área. Mantenga la relación de aspecto en 4:1 o menos para un mejor desempeño. Si el espacio obliga a usar un ducto plano, considere usar dos ductos más pequeños en paralelo.
Los ductos de HVAC se dimensionan según el CFM (flujo de aire) requerido para cada habitación o zona, la velocidad máxima de aire aceptable (por lo general 600-900 FPM en ductos derivados residenciales) y la tasa de fricción (caída de presión por cada 100 pies de ducto). El método de fricción igual es el enfoque más común: se determina el CFM total, se elige una tasa de fricción (normalmente 0.08-0.10 pulg. c.a. por cada 100 pies) y se usa un ductulador o una calculadora para obtener el diámetro del ducto. El Manual D de ACCA ofrece procedimientos detallados para el diseño de ductos residenciales.
Para la mayoría de los sistemas HVAC residenciales, una tasa de fricción de 0.08 a 0.10 pulgadas de columna de agua por cada 100 pies de ducto (in. w.g./100 ft) es lo estándar. Las tasas de fricción más bajas (0.06) producen ductos más grandes con un flujo de aire más silencioso y eficiente, pero requieren más espacio. Las tasas de fricción más altas producen ductos más pequeños que son más ruidosos y generan más presión estática que el motor de soplador debe vencer. La presión estática disponible del motor de soplador y la longitud equivalente total del ducto determinan la tasa de fricción máxima que puede usar.
Los ductos redondos son más eficientes que los rectangulares porque tienen menos superficie por unidad de flujo de aire, lo que significa menos fricción y menos pérdida de calor. Los ductos redondos también son más resistentes por libra de metal y más fáciles de sellar. Los ductos rectangulares se usan cuando el espacio vertical u horizontal es limitado, como en soffits, entre vigas o en cavidades de techo estrechas. Los ductos rectangulares cuestan más de fabricar y tienen más fugas de aire en las uniones. Para la misma capacidad de flujo de aire, un ducto rectangular debe ser más grande que el ducto redondo equivalente.
Para sistemas HVAC residenciales, las velocidades máximas recomendadas son: 700-900 FPM en los ductos troncales principales, 600-700 FPM en los ductos de ramal y 500-600 FPM en los ductos de retorno. Los registros de suministro deben entregar aire a 500-750 FPM y las rejillas de retorno a 300-500 FPM. Exceder estas velocidades causa ruido de aire notable, turbulencia y mayor presión estática que obliga al motor de soplador a trabajar más. Los sistemas comerciales toleran velocidades más altas (hasta 1,500-2,000 FPM) porque su tolerancia al ruido es mayor.
El tamaño del ducto controla directamente el flujo de aire (CFM) y la presión estática. Los ductos subdimensionados restringen el flujo de aire, aumentan la velocidad y el ruido, elevan la presión estática y obligan al motor de soplador a trabajar más, lo que reduce la eficiencia y acorta la vida útil del motor. Los ductos sobredimensionados desperdician materiales y espacio, pero tienen menor velocidad y menos ruido. El objetivo es ajustar el tamaño del ducto al CFM requerido con una velocidad y una tasa de fricción aceptables. Un sistema de ductos bien dimensionado normalmente tiene una presión estática externa total de 0.50 in. w.g. o menos en sistemas residenciales.
Los ductos subdimensionados generan una presión estática excesiva, reducen el flujo de aire total (CFM) y causan numerosos problemas. El motor de soplador debe trabajar más, consume más energía y genera más calor, lo que acorta su vida útil. Las habitaciones atendidas por ductos subdimensionados reciben un flujo de aire insuficiente, lo que produce zonas calientes o frías. El serpentín del evaporador puede congelarse por falta de flujo de aire a través de él. El intercambiador de calor del calefactor puede sobrecalentarse y agrietarse. El ruido del aire aumenta de forma considerable al subir la velocidad en ductos pequeños. Los motores de soplador ECM pueden compensar parcialmente aumentando su velocidad, pero esto tiene límites y eleva el consumo de energía.
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