Medición de la velocidad del
aire Introducción En los trabajos de aire acondicionado, calefacción y ventilación, es útil comprender las técnicas utilizadas para determinar la velocidad del aire. En este campo, la velocidad del aire (distancia recorrida por unidad de tiempo) se expresa normalmente en pies por minuto (FPM). Multiplicando la velocidad del aire por el área de la sección transversal de un conducto, se puede determinar el volumen de aire que fluye por un punto del conducto por unidad de tiempo. El caudal volumétrico se mide normalmente en pies cúbicos por
minuto (CFM). Las mediciones de velocidad o volumen a menudo se pueden utilizar con manuales de ingeniería o información de diseño para revelar el rendimiento adecuado o inadecuado de un sistema de flujo de aire. Los mismos principios utilizados para determinar la velocidad también son valiosos cuando se trabaja con sistemas de transporte neumático, flujo de gases de combustión y gases de proceso. Sin embargo, en estos campos, las unidades comunes de velocidad y volumen a veces son diferentes de las utilizadas
en el trabajo de aire acondicionado. Para mover el aire, se suelen utilizar ventiladores o sopladores. Funcionan impartiendo movimiento y presión al aire mediante una hélice de tornillo o una rueda de paletas. Al hacer que el aire se mueva la fuerza o la presión de las aspas del ventilador, el aire en movimiento adquiere una fuerza o componente de presión en su dirección o movimiento debido a su peso e inercia. Debido a esto, una bandera o serpentina se destacará en la corriente de aire. Esta fuerza se denomina presión de velocidad . Se mide en pulgadas de columna de agua (w.c.) o en pulgadas de mercurio (w.g.). En los sistemas de conductos en funcionamiento, siempre hay una segunda presión. Es independiente de la velocidad o el movimiento del aire. Se conoce como presión estática y actúa por igual en todas las direcciones. En el trabajo de aire acondicionado, esta presión también se
mide en pulgadas w.c. En los sistemas de presión o suministro, la presión estática será positiva en el lado de descarga del ventilador. En los sistemas de extracción, saldrá una presión estática negativa en el lado de entrada del ventilador. Al instalar un ventilador a mitad de camino entre la entrada y la descarga de un sistema de conductos, es normal que haya una presión estática negativa en la entrada del ventilador y una presión estática
positiva en su descarga. La presión total es la combinación de las presiones estática y de velocidad, y se expresa en las mismas unidades. Es un concepto importante y útil para nosotros porque es fácil de determinar y, aunque la presión de velocidad no es fácil de medir directamente, se puede determinar fácilmente restando la presión estática de la presión total. Esta resta no es necesario realizarla matemáticamente. Puede hacerse automáticamente con la conexión del instrumento. Detección de la presión estática
Para la mayoría de las
aplicaciones industriales y científicas, las únicas mediciones de aire necesarias son las de presión estática, presión total y temperatura. Con ellas, se pueden calcular rápidamente la velocidad y el volumen del aire. Para detectar la presión
estática, se suelen utilizar cinco tipos de dispositivos. Estos están conectados con tubos a un instrumento indicador de presión. La figura 1-A muestra una sencilla toma de presión estática a través de la pared. Se trata de una abertura afilada y sin rebabas a través de la pared de un conducto, provista de alguna conexión de tubo en el exterior. El eje de la toma o abertura debe ser perpendicular a la dirección del flujo. Este tipo de toma o sensor se utiliza donde el flujo de aire es relativamente lento, suave y sin turbulencias. Si hay turbulencias, el impacto, la aspiración o la distribución desigual del aire en movimiento en la abertura pueden reducir significativamente la precisión de las lecturas. La figura 1-B muestra el accesorio de presión estática
Dwyer n.º A-308. Diseñado para una instalación simplificada, tiene una instalación sencilla, es económico y proporciona una detección precisa de la presión estática en aire suave a velocidades de hasta 1500 FPM. La figura 1-C muestra un sencillo tubo que atraviesa
la pared. Las limitaciones de este tipo son similares a las del tipo de pared 1-A. La figura 1-D muestra una punta de
presión estática que es ideal para aplicaciones tales como la detección de la presión estática que gotea a través de filtros de aire industriales y serpentines refrigerantes. En este caso, la probabilidad de turbulencias en el aire requiere que las aberturas de detección de presión se sitúen lejos de las paredes del conducto para minimizar el impacto y la aspiración y garantizar así lecturas precisas. Para una instalación permanente de este tipo, se utiliza la punta de presión estática Dwyer n.º A-301 o A-302. Detecta la presión estática a través de orificios perforados radialmente cerca de la punta y se puede utilizar en velocidades de flujo de aire de hasta 12 000 FPM. La figura 1-E
muestra una punta de presión estática de baja resistencia Dwyer n.º A-305. Está diseñada para su uso en aire cargado de polvo y para aplicaciones de respuesta rápida. Se recomienda donde se requiere una presión de accionamiento muy baja para un conmutador de presión o un manómetro indicador, o donde el tiempo de respuesta es crítico. Medición de
la presión total y la presión de velocidad Al detectar
la presión estática, hacemos todo lo posible por eliminar el efecto del movimiento del aire. Para determinar la presión de velocidad, es necesario determinar estos efectos de manera completa y precisa. Esto se suele hacer con un tubo de impacto que se coloca directamente en la corriente de aire. Este tipo de sensor se denomina con frecuencia «sensor de presión total», ya que recibe los efectos tanto de la presión estática como de la presión de velocidad. En la figura 2, observe que se
pueden conectar simultáneamente conexiones estáticas separadas (A) y conexiones de presión total (B) a través de un manómetro (C). Dado que la presión estática se aplica a ambos lados del manómetro, su efecto se cancela y el manómetro indica solo la presión de velocidad. Para traducir la presión de velocidad en velocidad real se requiere un cálculo
matemático, consultar gráficos o tablas, o realizar previamente una calibración del manómetro para que muestre directamente la velocidad. En la práctica, este tipo de medición se suele realizar con un tubo de Pitot que incorpora sensores de presión estática y total en una sola unidad. Básicamente, un tubo de Pitot consiste en un tubo de impacto (que recibe la entrada de presión total) fijado
concéntricamente dentro de un segundo tubo de diámetro ligeramente mayor que recibe la entrada de presión estática de los orificios de detección radiales alrededor de la punta. El espacio de aire entre los tubos interior y exterior permite la transferencia de la presión desde los orificios de detección a la conexión de presión estática en el extremo opuesto del tubo de Pitot y, a continuación, a través de un tubo de conexión, al lado de baja presión o presión negativa de un manómetro. Cuando el tubo de presión total está conectado al lado de alta presión del manómetro, se indica directamente la presión de velocidad. Véase la figura 3. Dado que el tubo Pitot es un dispositivo estándar primario utilizado para calibrar todos los demás dispositivos de medición
de la velocidad del aire, es importante que se preste mucha atención a su diseño y fabricación. En los tubos de Pitot modernos, un diseño adecuado de la punta o el extremo, junto con una distancia suficiente entre la punta, las tomas de presión estática y el vástago, minimizará las turbulencias y las interferencias. Esto permite su uso sin factores de corrección o calibración. Todos los tubos de Pitot de Dwyer se fabrican según los estándares AMCA y ASHRAE y tienen factores de calibración unitarios para garantizar su precisión. Para garantizar lecturas precisas de la presión de velocidad, la punta del tubo de Pitot debe
apuntar directamente hacia la corriente de aire (en paralelo a ella). Dado que la punta del tubo Pitot es paralela al tubo de salida de presión estática, este último puede utilizarse como indicador para alinear correctamente la punta. Cuando el tubo Pitot está correctamente alineado, la indicación de presión será máxima. Dado que no se pueden tomar lecturas precisas en una corriente de aire turbulenta, el
tubo Pitot debe insertarse al menos a 8-1/2 diámetros del conducto aguas abajo de codos, curvas u otras obstrucciones que causen turbulencias. Para garantizar las mediciones más precisas, las paletas enderezadoras deben ubicarse 5 diámetros del conducto aguas arriba del tubo Pitot. Cómo tomar lecturas transversales En situaciones prácticas, la velocidad de la corriente de aire no es uniforme en
toda la sección transversal de un
conducto. La fricción ralentiza el aire que se mueve cerca de las paredes, por lo que la velocidad es mayor en el centro del conducto. Para obtener la velocidad total media en conductos de 4" de diámetro o más, se debe tomar una serie de lecturas de
presión de velocidad en puntos de igual área. Se recomienda un patrón formal de puntos de detección a lo largo de la sección transversal del conducto. Estas lecturas se conocen como lecturas transversales. La figura 4 muestra las ubicaciones recomendadas del tubo de Pitot para atravesar conductos redondos y rectangulares. En los conductos redondos, las lecturas de presión de velocidad deben tomarse en los centros de áreas
concéntricas iguales. Se deben tomar al menos 20 lecturas a lo largo de dos diámetros. En los conductos rectangulares, se toman un mínimo de 16 y un máximo de 64 lecturas en los centros de áreas rectangulares iguales. Las velocidades reales de cada área se calculan a partir de las lecturas individuales de presión de velocidad. Esto permite inspeccionar las lecturas y las velocidades en busca de errores o inconsistencias. A continuación, se calcula la media de las velocidades. Si se toman las lecturas del tubo de Pitot con extremo cuidado, se puede determinar la velocidad
del aire con una precisión del ±2 %. Para obtener la máxima precisión, deben observarse las siguientes precauciones: El diámetro del conducto debe ser al menos 30 veces el diámetro del tubo de Pitot.
- Coloque la sección del tubo de Pitot de manera que haya 8-1/2 o más diámetros de conducto
- aguas arriba y 1-1/2 o más diámetros aguas abajo del tubo de Pitot, sin codos, cambios de tamaño u obstrucciones. Proporcione un enderezador de flujo tipo caja de huevos 5 diámetros del conducto aguas arriba del
- tubo Pitot. Realice un recorrido completo y preciso. En conductos pequeños o donde las operaciones de
- recorrido son imposibles, a menudo se puede
lograr una precisión de ±5 % colocando el tubo Pitot en el centro del conducto. Determine la velocidad a partir de la lectura y multiplíquela por 0,9 para obtener un promedio aproximado. Cálculo de la velocidad del aire a partir de la presión de velocidad Los manómetros para uso con un
tubo de Pitot se ofrecen en dos tipos de escala. Algunos
están fabricados específicamente para la medición de la velocidad del aire y están calibrados directamente en pies por minuto. Son correctos para condiciones atmosféricas estándar, es decir, una densidad del aire de 0,075 libras por pie cúbico, lo que corresponde a aire seco a 70 °F y una presión barométrica de 29,92 pulgadas Hg. Para corregir la lectura de la velocidad en condiciones atmosféricas distintas de las estándar, es necesario conocer la densidad real del aire. Esta se puede calcular si se conocen la humedad relativa, la temperatura y la presión barométrica.La mayoría de las escalas de los manómetros están calibradas en pulgadas de agua.
Utilizando las lecturas de dicho instrumento, la velocidad del aire se puede calcular mediante la fórmula básica: Con aire seco a 29,9 pulgadas de mercurio, la velocidad del aire se puede
leer directamente en los . Para aire parcial o totalmente saturado, se requiere una corrección velocidad del aire de Dwyer . adicional. Para ahorrar tiempo al convertir la presión de velocidad en velocidad del aire, se puede utilizar la gráficos de flujo de velocidad del aire calculadora de Se trata de una sencilla regla de cálculo que proporciona todos los factores necesarios para calcular la velocidad del aire de forma rápida y precisa. Se incluye como accesorio con cada tubo Pitot Dwyer . Para utilizar la calculadora Dwyer: Ajuste
la humedad relativa en la escala
- proporcionada. Escala opuesta a la temperatura conocida del bulbo seco, lea el factor de corrección. Ajuste la temperatura bajo la
- escala de presión barométrica. Lea la densidad del aire sobre el factor de corrección establecido en el punto 1. En el otro lado de
- la calculadora, ajuste la lectura de la densidad del aire que acaba de obtener en la escala proporcionada. Bajo
- la lectura del tubo Pitot (presión de velocidad, pulgadas de agua), lea la velocidad del aire, pies por minuto.
Determinación del caudal
volumétrico Una vez conocida la velocidad media del aire, el caudal de aire en pies cúbicos por minuto se calcula fácilmente utilizando la fórmula:
Q = AV
Donde: Q = Cantidad de flujo en pies cúbicos por minuto . A
= Área transversal del conducto en pies cuadrados . V =
Velocidad media en pies por minuto . Determinación
del volumen de aire mediante resistencia calibrada
Los fabricantes de filtros de aire, serpentines de refrigeración y condensación y equipos similares suelen publicar datos del proceso a partir de los cuales se puede determinar el caudal de aire aproximado. Es característico de este tipo de equipos provocar una caída de presión que varía proporcionalmente al cuadrado del caudal. La figura 5 muestra un filtro típico y una curva del caudal de aire en función de la resistencia. Dado que está trazada en papel logarítmico, aparece como una línea recta. En esta curva, un filtro limpio que provoca una caída de presión de 0,50" w.c. indicaría un caudal de 2000 CFM. Por ejemplo,
suponiendo las especificaciones del Fabricante para un filtro, una bobina, etc.: Otros
dispositivos para medir la velocidad del aire Existe
una amplia variedad de dispositivos disponibles en el mercado para medir la velocidad del aire. Entre ellos se incluyen anemómetros de hilo caliente para velocidades bajas, anemómetros de paletas giratorias y oscilantes y caudalímetros de área variable.
El medidor de aire Dwyer modelo 460 es uno de los anemómetros de área variable más populares y económicos. Rápido y fácil de usar, es un instrumento portátil calibrado para proporcionar una lectura directa de la velocidad del aire. En el otro lado del medidor hay una segunda escala para leer la presión estática en pulgadas de columna de agua. El medidor de aire 460 se utiliza ampliamente para determinar la velocidad y el flujo del aire en conductos, así como en rejillas y difusores de suministro y retorno. Se proporcionan dos rangos de escala (alto y bajo) con calibraciones tanto en FPM como en pulgadas w.c. Para comprobar
la precisión Utilice
únicamente dispositivos de precisión certificada. Todos los anemómetros y (en menor medida) los manómetros portátiles deben comprobarse periódicamente con un estándar primario, como un medidor de gancho o un micromanómetro de alta calidad. Si tiene dudas sobre la precisión de sus productos, devuélvalos a la fábrica de Dwyer Instruments para que se realice una comprobación completa de la calibración.
