Criterios o reglas a seguir al dimensionar una red de conductos

1. Respetar las secciones originales de las máquinas

La primera regla a seguir es, como mínimo, respetar las secciones de las embocaduras de la maquina (impulsión y retorno). Aunque parece obvio, a lo largo de mi vida profesional he visto muchas maquinas en las que se han reducido las secciones de los conductos a dimensiones ridículas y estas reducciones penalizan sobremanera el rendimiento de las maquinas, incluso impidiendo que estas máquinas puedan funcionar mínimamente.

Especial atención merece el diseño del conducto de retorno, ya que este se produce por depresión de la presión atmosférica y acusa mucho más las pérdidas de carga que el conducto de impulsión.

2. Proporciones equilibradas para evitar turbulencias

Otra regla básica que se incumple repetidamente debido a las dimensiones de los falsos techos, es que el ancho del conducto en proporción, nunca debe superar en cinco veces el alto del mismo (mayores relaciones imposibilitan el correcto flujo del aire aumentando exponencialmente la perdida de carga).

Para evitar esta situación es preferible hacer dos conductos de la mitad de ancho, para evitar que dentro del conducto se creen turbulencias indeseadas.

3. Distribución proporcional según las estancias

La superficie de la sección del conducto debe repartirse proporcionalmente a la superficie de las estancias a climatizar, dando más sección si cabe a las estancias mas alejadas de la unidad interior, para minimizar el efecto de las perdidas de carga, debidas a la longitud del conducto.

¿Qué consecuencias puede haber con un dimensionado incorrecto?

Sabemos que el aire se mueve por diferencias de presión entre dos puntos (presiones estáticas).

También sabemos que, mediante las formas de los conductos, con deflectores, curvas, pantalones o efectos Venturi, podemos dirigirlo con mayor facilidad hacia donde nos interesa que llegue (presiones dinámicas)

Jugando con estos recursos podemos conseguir los caudales adecuados al propósito de climatizar una estancia o local. 

Vamos a analizar diferentes situaciones:

Conductos excesivamente dimensionados

Falta de control del flujo: Cuando las dimensiones de una red de conductos son excesivas, perdemos la capacidad de dirigirlo por presion estática.

Este aire se moverá desde la salida de la maquina a su retorno por el camino más corto y si las dimensiones del conducto fueran excesivas, todo el aire que impulsará la máquina volverá a ella sin pasar por las estancias que deseamos climatizar.

Regulación ineficiente: Hay que recordar que en muchas ocasiones las maquinas regulan su temperatura de retorno y si todo el aire retorna por una misma estancia, cuando su retorno llegue a temperatura se parará.

En este tipo de regulación es muy importante que el retorno sea una mezcla proporcionada de los aires de todas las estancias.

Por todo ello es muy difícil poder aprovechar una red de conductos existente, si las características de las maquinas que vamos a sustituir son muy distintas.

Para hacerlo, tal vez sería necesario la regulación de las temperaturas y caudales de aire mediante termostatos y compuertas motorizadas.

Efecto chimenea: Otro problema añadido seria que las velocidades de aire bajaran con la nueva máquina y podrían no ser suficientes para romper la estratificación del aire que se produce a bajas velocidades.

En estos casos es muy recomendable conducir los retornos desde rejas de retorno próximas al suelo y situadas estratégicamente para que el aire de impulsión cruce la estancia pasando por toda ella hacia las rejas de retorno.

Conductos infra dimensionados

Uno de los casos que nos encontramos al aprovechar un conducto más pequeño de lo que la instalación requiere. Los efectos que se producirán en la instalación y el confort de los usuarios variarán mucho en función de si conseguimos el caudal de aire necesario.

En estos casos es importante elegir una maquina con capacidad de regular su presión estática y comprobar que esta sea suficiente para vencer las pérdidas de carga de la red de conductos.

Consiguiendo el caudal de aire necesario (según especificaciones del equipo)

Aun consiguiendo una maquina capaz de vencer esas pérdidas de carga manteniendo el caudal necesario, tendremos que estudiar el efecto del aumento de la velocidad del aire, preguntándonos las siguientes cuestiones:

• La estructura de la red antigua, ¿soportara el aumento de presión para conseguir el caudal de aire necesario para la unidad interior?
• Las nuevas velocidades de aire ¿producirán un ruido que puedan soportar los usuarios de la instalación (recordar que un aumento de la velocidad del aire aumenta la frecuencia del ruido y este se torna más agudo y molesto)

Sin conseguir el caudal de aire necesario (según especificaciones del equipo)

Desde el principio quiero dejar claro que no es recomendable ejecutar una instalación así, ya que cabe la posibilidad de que, si el equipo se avería, el distribuidor de la maquina no la admita en garantía.

Se describen a continuación los principales efectos que se producen cuando una instalación no está correctamente dimensionada: 

1. Aumento de la resistencia al flujo.

Es decir, mayor rozamiento del aire y mayor presión, sobre las paredes del conducto, por lo que es imprescindible comprobar la integridad estructural del mismo.

Superficies arañadas o dañadas pueden desprender partículas perjudiciales para la salud de los usuarios.

Si la estructura no aguanta la presion, se producirán reventones en el conducto, en ocasiones en lugares inaccesibles para su reparación (en instalaciones antiguas)

2. Reducción del caudal de aire.

Produce varios efectos, entre ellos mayor temperatura de impulsión en calefacción y menor temperatura de impulsión en refrigeración.

Esto junto con una mayor velocidad del aire en las salidas del conducto, puede producir molestias y disconfort

3. Mayor consumo energético.

Cuando el equipo trabaja en bomba de calor, el aire de la unidad interior es aire de condensación, si se reduce su caudal, en menor cantidad de aire tiene que salir la misma cantidad de calor, por lo que sube su temperatura de salida.

Al subir la temperatura de condensación, sube la presión en el condensador ya que están íntimamente ligadas a causa de las propiedades físicas del refrigerante.

Para compensarlo, el compresor se ve obligado a comprimir a más presión subiendo así su temperatura de condensación. Comprimir a mas presion exige mas trabajo por parte del compresor y por lo tanto más consumo eléctrico.

4. Ruido excesivo.

Al reducir la sección de los conductos aumenta la velocidad del aire en los mismos, por lo que se pueden producir ruidos agudos debidos a la velocidad del aire.

Si el compresor trabaja a más presión también aumenta considerablemente el ruido que produce en la unidad exterior.

Este ruido del compresor puede transmitirse por las tuberías y en función de la frecuencia puede oírse en puntos aislados de la instalación

5. Desequilibrio en la distribución de aire.

A mayor velocidad de aire, los defectos de diseño se acentúan, ya que pequeñas variaciones en las secciones y longitudes pueden desequilibrar el sistema y que finalmente sea inestable en su funcionamiento.

6. Sobrecalentamiento o congelamiento de la unidad:

Tenemos que pensar que tanto el condensador como el evaporador son intercambiadores de calor, por lo que al reducir sus caudales pierden capacidad de intercambio.

A causa de esta pérdida de intercambio, les es más difícil liberar calor en el condensador y absorber calor en el evaporador.

Como ya hemos comentado, si no se puede liberar calor en el condensador, sube su temperatura y su consumo, además el compresor trabaja forzado por lo que puede reducirse considerablemente su vida útil. Otro componente que sufre con el aumento de presión es la válvula de 4 vías, ya que con presiones muy altas puede producirse un bypass indeseado en su interior.

En sistemas de aire acondicionado, la reducción del flujo de aire nos hace bajar la temperatura en el interior del evaporador, como consecuencia si alcanza temperaturas inferiores a 0ºC, la humedad del aire se congelará impidiendo que el aire pase por el evaporador este y puede quedar congelado, en ese caso la perdida de rendimiento es inmediata.

 Si tiene válvula de expansión esta se cerrará para evitar la llegada de líquido al compresor y el equipo perderá capacidad de enfriar. En caso de no tener válvula de expansión, la llegada de liquido a su compresor puede ser inevitable.

Si esto último ocurre el compresor se destruye y hay que repararlo si es accesible en sus partes o sustituirlo si no es accesible para reparar (compresores semi-hermeticos y herméticos).

Recomendación

Siempre como mínimo hay que hacer un estudio para analizar la viabilidad de reutilizar la red de conductos antigua y considerar si los beneficios superan el perjuicio en cuanto a duración del equipo y rendimiento.

Hoy en día las maquinas de conductos son capaces de regular la presion estática, pero aun así no se adaptan a cualquier tipo de conductos.

Para evitar estos problemas, es fundamental diseñar los conductos con dimensiones adecuadas según el caudal y la presión requerida en el sistema.