Pérdida de presión en conductos
Estima la pérdida de presión en un conducto de ventilación rectangular o circular a partir de sus dimensiones, longitud, caudal de aire y accesorios. Introduce las medidas del conducto, el caudal y el factor de fricción para obtener la pérdida por rozamiento, la pérdida en los accesorios y la pérdida de presión total en Pa, mm H2O e in. w.g.
Calcula la pérdida de presión en un conducto
Fórmula de la pérdida de presión en conductos
Donde:
- \(\Delta p\) — pérdida de presión total (Pa)
- \(f\) — factor de fricción de Darcy (adimensional)
- \(L\) — longitud del conducto (m)
- \(D_h\) — diámetro hidráulico (m); en un conducto circular coincide con el diámetro, y en uno rectangular es \(2WH/(W+H)\)
- \(\rho\) — densidad del aire (kg/m³)
- \(v\) — velocidad del aire (m/s)
- \(Q\) — caudal de aire (m³/s)
- \(A\) — área de la sección transversal (m²)
- \(\Sigma K\) — suma de los coeficientes de pérdida de los accesorios
La fórmula es la ecuación de Darcy–Weisbach: el primer término es la pérdida por rozamiento a lo largo del tramo recto del conducto y el segundo añade las pérdidas dinámicas de los accesorios, como codos, derivaciones en T y rejillas. Ambos términos dependen de la presión dinámica \(\rho v^2/2\), y por eso los conductos pequeños generan pérdidas desproporcionadamente mayores.
Pérdida de presión en conductos: ejemplo de cálculo
Ejemplo: un conducto rectangular de acero galvanizado de 400 mm de ancho × 200 mm de alto y 10 m de largo, que transporta 1000 m³/h de aire (ρ = 1,2 kg/m³, f = 0,02), con accesorios que suman ΣK = 1.
\[ A = 0.4 \times 0.2 = 0.08\ \text{m}^2, \qquad Q = \frac{1000}{3600} = 0.2778\ \text{m}^3/\s \]
\[ v = \frac{0.2778}{0.08} = 3.47\ \text{m/s}, \qquad D_h = \frac{2 \times 0.4 \times 0.2}{0.4 + 0.2} = 0.267\ \text{m} \]
\[ \frac{\rho v^2}{2} = \frac{1.2 \times 3.47^2}{2} = 7.23\ \text{Pa} \]
\[ \Delta p_{\text{rozamiento}} = 0.02 \times \frac{10}{0.267} \times 7.23 = 5.43\ \text{Pa}, \qquad \Delta p_{\text{accesorios}} = 1 \times 7.23 = 7.23\ \text{Pa} \]
Resultado: pérdida de presión total = 5,43 + 7,23 = 12,66 Pa ≈ 1,29 mm H₂O ≈ 0,051 in. w.g., con una velocidad del aire de 3,47 m/s.
Cómo usar la calculadora
- Elige la Forma del conducto: rectangular o circular. Los campos de ancho, alto y diámetro cambian automáticamente.
- Si el conducto es rectangular, introduce el Ancho del conducto (W) y el Alto del conducto (H) con sus unidades (mm o in). Si es circular, introduce el Diámetro del conducto (D).
- Introduce la Longitud del conducto (L) en metros o pies: solo la del tramo recto.
- Introduce el Caudal de aire (Q) en m³/h o CFM.
- Comprueba la Densidad del aire (ρ); el valor por defecto de 1,2 kg/m³ corresponde a aire a unos 20 °C. Ajústala para aire caliente, frío o en altura.
- Fija el Factor de fricción (f). Un valor de 0,015–0,025 es típico en conductos de acero galvanizado.
- Introduce el Coeficiente de pérdida de los accesorios (ΣK): la suma de los valores K de todos los codos, derivaciones, compuertas y rejillas del tramo. Usa 0 si el conducto es recto y no tiene accesorios.
Los resultados muestran la velocidad del aire, la pérdida por rozamiento a lo largo del conducto recto, la pérdida en los accesorios y la pérdida de presión total en Pa, mm H₂O y pulgadas de columna de agua.
¿Qué es la pérdida de presión en conductos?
Al circular por un conducto, el aire pierde energía por el rozamiento contra las paredes y por la turbulencia que se genera en cada cambio de dirección, bifurcación o estrechamiento. Esa energía perdida se manifiesta como una caída de la presión estática a lo largo del conducto, y el ventilador debe compensarla para mantener el aire en movimiento. La pérdida de presión en conductos —también llamada pérdida de carga o pérdida por rozamiento— es por eso uno de los datos clave al dimensionar sistemas de ventilación: una pérdida excesiva obliga a instalar un ventilador sobredimensionado, ruidoso y con gran consumo energético, mientras que subestimarla da lugar a un caudal insuficiente en las rejillas.
La ecuación de Darcy–Weisbach que se emplea aquí divide la pérdida en dos partes. El término de rozamiento crece con la relación entre la longitud y el diámetro hidráulico: un conducto largo y estrecho pierde mucha más presión que otro corto y ancho con el mismo caudal. El término de accesorios recoge las pérdidas locales: cada pieza aporta un múltiplo de la presión dinámica según su valor K. Como ambos términos crecen con \(v^2\), reducir a la mitad la sección del conducto multiplica por cuatro, aproximadamente, la pérdida de presión para un mismo caudal; es la causa más frecuente de que un sistema no rinda como debería.
El diámetro hidráulico es lo que permite comparar un conducto rectangular con uno circular. Un conducto plano y ancho tiene un diámetro hidráulico menor de lo que sugiere su área, de modo que sufre más rozamiento por metro que un conducto cuadrado o circular de la misma sección. Por eso los conductos redondos suelen ser la forma más eficiente cuando el espacio lo permite.
Para valorar si tu resultado es razonable, comprueba la velocidad del aire: en ventilación de confort se suele trabajar a 3–5 m/s en los conductos principales y por debajo de 2 m/s cerca de las zonas ocupadas, mientras que en sistemas industriales se pueden alcanzar 10 m/s o más. Una pérdida en torno a 1 Pa por metro de conducto es un objetivo de diseño habitual en sistemas de bajo consumo.
Supuestos, limitaciones y consejos prácticos
- El cálculo supone un flujo de aire incompresible y estacionario, con propiedades uniformes a lo largo del conducto, supuesto válido para las presiones habituales de ventilación (unos cientos de pascales).
- El factor de fricción es un dato fijo, no se calcula a partir de la rugosidad y del número de Reynolds. Para la mayoría de conductos de acero galvanizado, 0,02 es un valor prudente; los conductos flexibles pueden comportarse bastante peor y quizá necesiten f = 0,03 o más. Para comprobar el régimen de flujo, calcula el número de Reynolds de tu conducto.
- Cada accesorio debe contarse una sola vez en ΣK. Valores K típicos: codo suave de 90° 0,2–0,3; codo cerrado de 90° 0,8–1,2; derivación en T 0,5–1,5; rejilla o difusor 1–3; expansión brusca 0,5–1. Cuando la precisión sea importante, consulta los datos del fabricante.
- La herramienta calcula un solo tramo de conducto, con dimensiones y caudal constantes. Las instalaciones reales tienen conductos ahusados y ramificaciones: divide la red en tramos, calcula cada uno y suma las pérdidas del recorrido crítico (normalmente el más largo o el de mayor resistencia).
- No se incluyen las fugas, los tramos flexibles aplastados, los filtros sucios ni las pérdidas a la entrada y a la salida del ventilador. Es práctica habitual aplicar un margen de diseño del 10–20 % sobre el total calculado.
- El mismo método de Darcy–Weisbach sirve para líquidos en tuberías: consulta la calculadora de pérdida de presión en tuberías. Y una vez conocidas la pérdida de presión total y el caudal, puedes dimensionar el ventilador con la calculadora de potencia de bombeo.
Preguntas frecuentes
¿Cómo convierto la pérdida de presión a Pa, mm H₂O e in. w.g.?
1 mm H₂O (milímetro de columna de agua) equivale a unos 9,81 Pa, y 1 pulgada de columna de agua equivale a 249,1 Pa o 25,4 mm H₂O. Para convertir de pascales, divide entre 9,81 si quieres mm H₂O, o entre 249,1 si quieres in. w.g. Por ejemplo, 100 Pa ≈ 10,2 mm H₂O ≈ 0,40 in. w.g. Las fichas técnicas de climatización suelen mezclar unidades, así que comprueba siempre cuál usa la curva del ventilador antes de compararla con tu resultado.
¿Cómo calculo el factor de fricción de Darcy en lugar de estimarlo?
Primero halla el número de Reynolds: \( Re = \rho v D_h / \mu \), donde \( \mu \approx 1.8\times10^{-5} \) Pa·s para el aire. Si \( Re < 2300 \), el flujo es laminar y \( f = 64/Re \). Para flujo turbulento en un conducto rugoso, resuelve de forma iterativa la ecuación de Colebrook \( 1/\sqrt{f} = -2\log_{10}(\varepsilon/3.7D_h + 2.51/Re\sqrt{f}) \). Con las velocidades típicas de ventilación en acero galvanizado (una rugosidad de 0,15 mm es excesiva: usa 0,00015 m), f ronda 0,015–0,025, y por eso el valor fijo por defecto funciona bien.
¿Qué es el método de la fricción constante para diseñar conductos?
Es el enfoque más habitual para dimensionar conductos: se elige una pérdida de presión objetivo por metro (normalmente 0,8–1,2 Pa/m en sistemas de bajo ruido, y hasta 2–3 Pa/m en industriales) y luego se dimensiona cada tramo para alcanzar ese valor. Usa esta calculadora a la inversa: prueba anchos y altos distintos hasta que la pérdida por rozamiento dividida entre la longitud coincida con tu objetivo. Las derivaciones y los accesorios se suman después, y por eso el total siempre supera el producto de la longitud por el valor objetivo.
¿Cómo se compara un conducto rectangular con su equivalente circular?
Un rectángulo con una relación de aspecto superior a 2:1 tiene un diámetro hidráulico menor que un conducto circular de la misma área, de modo que pierde bastante más presión. Para hallar el conducto circular equivalente, con igual rozamiento y caudal, usa la aproximación de ASHRAE \( D_e = 1.30\,(WH)^{0.625}/(W+H)^{0.25} \). Por ejemplo, un conducto de 400×200 mm se comporta aproximadamente como uno circular de 273 mm. Aproximar la sección al cuadrado (o al círculo) es una de las formas más baratas de reducir la pérdida de presión.
¿Por qué mi conducto flexible pierde mucha más presión?
El conducto flexible tiene paredes profundamente onduladas, y cada ondulación o codo añade rugosidad. Bien extendido y correctamente sujetado, necesita un factor de fricción de aproximadamente 0,03–0,05; comprimido al 80 % de su longitud, las pérdidas pueden duplicarse o triplicarse. Nunca apliques al flexible el valor 0,02 del acero galvanizado. Evita también los codos cerrados en la unión del flexible con el pleno: un codo pronunciado ahí puede añadir por sí solo el equivalente a ΣK = 1 o más.
¿Cómo uso el resultado para elegir un ventilador?
Suma la pérdida de presión de todos los tramos del recorrido más resistente —el camino más largo y con más accesorios— junto con filtros, compuertas, baterías y rejillas, y añade un margen del 10–20 %. Cruza esa presión estática total y el caudal necesario con la curva de rendimiento del ventilador: este debe entregar el caudal a esa presión, no en descarga libre. Subestimar la presión es la causa más común de que un sistema mueva solo la mitad del aire de diseño.
¿Cuál es la diferencia entre presión estática, dinámica y total?
La presión dinámica es \( \rho v^2/2 \): la energía cinética del aire en movimiento. La presión estática es la energía almacenada que empuja las paredes del conducto; es la que el ventilador debe gastar para vencer el rozamiento y las pérdidas locales, y disminuye a lo largo del conducto a medida que esa energía se disipa. La presión total es su suma \( p_t = p_s + \rho v^2/2 \) y siempre decrece en la dirección del flujo, porque tanto el rozamiento como la turbulencia consumen energía total. Esta calculadora da la pérdida de presión estática (y total) que el ventilador debe compensar.