DISEÑO DE SISTEMAS DE VENTILACION GENERAL Y CONTRAINCENDIO Parte 1-2

1. Expositor:
Ing. Danilo Valenzuela Oblitas
DISEÑO DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN
GENERAL Y CONTRAINCENDIO EN
EDIFICACIONES COMERCIALES Y
RESIDENCIALES :
Presurización de Escaleras, Extracción
de Monóxido de Estacionamiento y
ventilación de otros recintos cerrados

2. 1. VENTILACIÓN O
CLIMATIZACIÓN EN
EDIFICACIONES
Parte I 5

3. ¿Qué es la ventilación?
Es el movimiento del aire sin cambiar su temperatura y
humedad con fines de: renovación del aire estancado en
un local, captura de contaminantes en una planta
industrial, mover aire frio para climatización o para
transporte neumático de materiales.

4. ¿Qué es la climatización?
La climatización consiste en mantener condiciones adecuadas de
temperatura, humedad y limpieza del aire, para la comodidad de
las personas, dentro de espacios habitados.
El acondicionamiento de aire o climatización es un proceso
complejo que considera además el tratamiento o limpieza del aire
del ambiente de los locales habitados.
Es decir consiste en regular las condiciones en cuanto a la
temperatura (calefacción o refrigeración), humedad, limpieza del
aire (renovación, filtrado) y el movimiento de aire adentro de los
locales.

5. Es antigua la climatización
¿Calefacción? ¿Ventilación?

6. Ventilación o climatización
• La función de la ventilación en un proceso de
climatización, consiste en el entrada del aire
exterior en un local, para renovar
permanentemente el aire en recirculación en
proporciones necesarias a fin de lograr un adecuado
nivel de pureza.
Pues el proceso respiratorio de las personas
consume oxígeno y exhala anhídrido carbónico, por
lo que debe de suministrarse siempre aire nuevo a
los locales para evitar que se produzcan aire viciado
y olores desagradables.

7. ¿Ventilación para qué ?
La ventilación de un local o ambiente es
necesaria para:
 Aportar aire nuevo con oxígeno para la
respiración de las personas
 Extraer aire viciado producido por la
respiración, humos, gases, etc.
 Disminuir la sensación de calor en el
interior de los locales no climatizados.

8. Confort y ambiente apropiado
Confort para las
personas
Ambiente adecuado para una sala
de computo (15ºC, 65%) para
proteger a los equipos

9. Ventilación y Acondicionamiento de
Aire
La ventilación es un elemento esencial del acondicionamiento de
aire, sin embargo, la ventilación tiene funciones diferentes del
acondicionamiento de aire.
El acondicionamiento de aire pone énfasis en el entorno térmico
dentro de la habitación, mientras que la ventilación es esencial aún
cuando el acondicionamiento de aire no es utilizado.
El volumen de aire que es necesario para controlar el entorno
térmico dentro de una habitación no es el mismo, que el volumen de
aire de retorno para renovar aire viciado de la habitación.
En ventilación, es necesario calcular que volumen de ventilación es
requerido de acuerdo a cuanto aire debería ser purificado y la
concentración permisible de contaminantes.

10. Parámetros para el acondicionamiento
de Aire
El acondicionamiento de aire deberá poder controlar los
siguientes parámetros:
a). Entorno térmico
• Temperatura Ajustar la temperatura del aire (Examinar
el calor)
• Humedad Ajustar la humedad.
• Flujo de aire Controlar el flujo de aire alrededor de la
gente.
b). Calidad del aire
• Proveer el oxígeno requerido para respirar.
• Remover cualquier componente peligroso del aire.

11. Factores de la climatización
El confort térmico es importante para el bienestar, de
las personas, está sujeta a tres factores:
1. El factor humano: La manera de vestir, el nivel de
actividad y el tiempo durante el cual las personas
permanecen en la misma situación, influye sobre el
confort térmico.
2. El espacio: La temperatura radiante media de los
paramentos del local considerado y la temperatura
ambiental.
3. El aire: Su temperatura, velocidad y humedad
relativa.

12. Sensación de frio con la velocidad del aire
Velocidad del aire Sensación de que la temperatura
ambiente se ha rebajado en
0,1 m/s 0 ºC
0,3 m/s 1 ºC
0,7 m/s 2 ºC
1,0 m/s 3 ºC
1,6 m/s 4 ºC
2,2 m/s 5 ºC
3,0 m/s 6 ºC
4,5 m/s 7 ºC
6,5 m/s 8 ºC

13. Calidad del Aire y Ventilación
La calidad del aire en el interior de una edificación, es
fundamental para el bienestar humano. La aparición
de molestias y enfermedades responde a la mala
calidad del aire (húmedo, aire contaminado).
La principal responsable de enfermedades es la
contaminación de diversos tipos presente en el
edificio, que suele denominarse “mala calidad del aire
en interiores”

14. Síntomas y
enfermedades
relacionadas con
la calidad del
aire interior.

15. Diagrama de un edificio que muestra diversas
fuentes de contaminantes del interior y del
exterior

16. Aire Limpio
Al aire que respiramos esta generalmente compuesto
de:
• Oxigeno 02: 20%
• Nitrógeno N2: 78%
• Vapor de agua H20 : 1.5%
• Otros gases: 0.5%

17. Aerosoles: formados por partículas líquidas en suspensión Bio-
aerosoles: baterías, virus, hongos, polen, etc. generadas por
animales o plantas
Gases: butanos, alcoholes, disolventes, generadores en
procesos industriales o de limpieza.
Vapores: por la respiración y transpiración de personas, y
procesos de evaporación de agua: baños, piscinas, cocinas,
vestuarios.
Contaminantes industriales: metales, fibras textiles o
minerales, gases de soldadura, humos y polvos de pequeño
tamaño
Aire contaminado – Contaminantes

18. 2. INTRODUCCIÓN :
CONCEPTOS BASICOS

19. • El aire que nos rodea es una mezcla de gases y no
una composición química, pudiendo sus
componentes separarse por enfriamiento recién a
– 196ºC.
• La composición del aire se mantiene invariable al
menos hasta 20 km de altura.
• La densidad del aire varia con la altitud y a nivel
del mar se puede considerar un promedio
aproximadamente de 1.293 kg/m3 hasta 200 m de
altitud.
EL AIRE ATMOSFERICO

20. Componentes Del Aire
A ellos se añaden cantidades variables de vapor de agua y
dióxido de carbono, cuya porción depende de las circunstancias
metereológicas y la fotosíntesis u otras sustancias determinadas
por la acción de procesos químicos cercanos, como la
combustión de gasolina, etc.
Los componentes del aire por unidad de volumen son:
 Nitrógeno: 78.03 %
 Oxigeno: 20.99 %
 Dióxido de Carbono : 0.035 %
 Argón: 0.94 %
 Otros Gases Nobles 0.0024 %
 Hidrógeno 0.00005 %.

21. Aire Standard
Se toma como aire standard, aquel aire que tiene una densidad
de 0.075 lb/pie3 (1.203 kg/m3). Esto es sustancialmente
equivalente a tener aire seco a una presión atmosférica de
29.92 pulg Hg (14.7psi) y temperatura de bulbo seco de 70°F
(21°C).
Esto es consistente con los estándares que se usan usualmente
en la ingeniería y en la industria.
A medida que la presión disminuya por debajo de este valor, el
aire pierde densidad y reduce su capacidad para acarrear
materiales, contrariamente si la presión es superior el aire es
mas denso y aumenta su capacidad de acarreo pudiendo
trasportar mas material.

22. Densidad (ρ)
La densidad es igual a la masa contenida por unidad de
volumen de una sustancia.
Es una propiedad, es decir una característica física que
permite determinar o conocer el estado en el que se
encuentra la sustancia.
ρ=m/V
Donde: m=masa. V=volumen
Las unidades de la densidad son:
• El kilogramo por metro cúbico (kg/m3) en el S.I. y la libra
por pie cúbico (Lb/pie3), en el sistema inglés.
• La densidad de un gas depende de la presión y la
temperatura, es decir de las condiciones de referencia.

23. Condiciones de referencia
La cantidad de materia, y por lo tanto de energía, contenida
en un volumen dado de un gas depende de las condiciones
de presión y temperatura a las que este se encuentre, ya que
se trata de un fluido compresible.
Es por ello que para indicar correctamente el volumen
ocupado por un gas, además de la unidad de medida
empleada, se han de especificar las condiciones en que se ha
realizado dicha medición.
Las condiciones de referencia de presión y temperatura más
comúnmente utilizadas son las condiciones normales (n) y las
condiciones Standard (s).

24. Condiciones de referencia
• Condiciones de referencia normales (n):
p = 1 atm (14.7psi)
T = 0ºC
• Condiciones de referencia standard (s):
p = 1 atm (14.7psi)
T = 21ºC

25. El aire atmosférico y sus propiedades

26. El aire como gas ideal
La densidad del aire depende de la presión
atmosférica (Pa) y la temperatura del aire (Ta)

27. El aire atmosférico y sus propiedades

28. Presión atmosférica local y temporal
•Presión standard = 14.7, h = 0 msnm
•Presión local en (2) = 13.6psi, h2 = 2000pies msnm

29. Unidades de presión empleadas en
ventilación comercial e industrial.
Es una costumbre que las unidades de presión en los
trabajos de ventilación de aire se mida en mm de columna
de H2O ó pulg de H2O, empleando manómetros diferenciales
o tubos en U.
Las tablas y gráficos de performance y resistencia de
ventiladores están expresadas en esta unidad abreviada:
(pulg H2O ó mmcda)

30. Unidades de presión, velocidad y
caudal
Atm bar psi kg/cm2 mm cda Pulg H2O
Atm 1 1,01325 14.7 1,0333 10.333 407.5
Las velocidades son normalmente expresadas en
pies/min (fpm) ó m/s.
El volumen o caudal en pie3/min (cfm) ó m3/h.

31. Flujo de Fluidos
El diseño y selección de los componentes de un sistema de
ventilación industrial, se basa principalmente en las leyes del
flujo de fluidos. El fluido a considerar es el aire o una mezcla de
este y contaminantes sólidos u otros en estado gaseoso.
El conocimiento de estas leyes es de una necesidad
fundamental para ingenieros diseñadores (proyectistas) y un
entendimiento adecuada de la teoría básica es esencial para
resolver exitosamente problemas poco convencionales.

32. Comprensibilidad
El aire generalmente se considera compresible; sin
embargo durante le estudio del flujo de fluidos será
considerado incompresible a bajas presiones.
El desarrollo de las leyes del flujo se simplificara por
eso para la mayoría de los sistemas de ventilación sin
pérdidas considerables.
Además asumir el flujo incompresible no introduce
errores importantes a las expresiones prácticas de
perdida por fricción, potencia, volumen de aire, y
otros factores de diseño.

33. Comprensibilidad
La presión atmosférica a nivel del mar es igual a
407.5 pulg H2O y la presión en los sistemas de
ventilación usualmente están por encima de 12
pulg H2O ó muy por debajo de la presión
atmosférica.
Sin embargo hay algunas aplicaciones en los cuales
las presiones en los sistemas pueden ser iguales o
mayores o exceder de 40 a 50 pulg H2O.
En este caso el fluido debe ser tratado como fluido
comprensible y ser sujeto a correcciones de la
presión.

34. Flujo de fluidos y presiones de velocidad
Se denomina así al movimiento de un fluido de una
zona a otra, puede ser en el caso del aire a través de
ductos. Los fluidos se mueven siempre de las zonas
de mayor presión a las de menor presión ya sea en
ductos o no.
El gas del recipiente se
mueve hacia el otro
recipiente que se
encuentra a menor
presión.

35. Flujo laminar o turbulento
Cuando un fluido se mueve en una tubería el flujo puede ser
laminar o turbulento dependiendo de las presiones y
velocidades alcanzadas.
Experimentalmente se inyecta agua coloreada a un flujo viscoso
y se observa las líneas de corriente, son paralelas en (a),
entonces se dice que el "flujo es laminar", en (b) se observa
que las partículas de agua se dispersan, por tanto las líneas de
corriente no son paralelas, el flujo se denomina "turbulento".
a) Flujo viscoso laminar, b) flujo turbulento.

36. Regimenes de circulación de un flujo de fluídos.
a) Circulación laminar: las venas fluidas circulan
paralelamente entre si.
b) Circulación turbulenta: se aprecia el fenómeno de
ondulación del fluído.

37. La velocidad de las partículas de un fluido en una tubería son
distintas y se distribuyen de modo que la máxima velocidad se
alcanza en el eje del tubo y en las paredes del tubo la
velocidad es cero.
Distribución de velocidades de las partículas de un fluido en un tubo.
Velocidad de flujo
En los cálculos se trabaja con la “Velocidad Media”

38. La velocidad media (vm), se puede considerar :
vm =0.5Vmax, para flujo laminar.
vm =0.82Vmax, para flujo turbulento.
Distribución de velocidades en un tubo de fluido.
a) Flujo laminar, b) flujo turbulento.
Distribución de velocidades de las partículas de un
fluido en un tubo.
(a) (b)

39. Caudal en una tubería
Para calcular el caudal de un flujo de un fluido en una tubería
se multiplica la velocidad media por el área de la sección del
tubo.
Q= V.A
Donde:
V= velocidad media del flujo (m/s, pies/min(fpm), pies/s).
A= Área de la sección (m2, pulg2, pie2, cm2).
Las unidades de caudal más usados son: m3/h, m3/seg,,
pies3/min.
1CFM = 1 pie3/min (Cubic Feet por Minut)

40. Ecuación de continuidad
Se llama así a la expresión matemática de la
conservación de la masa total del fluido, e indica que,
si la sección de un tubo de flujo se estrecha su
velocidad aumenta.
v2
v1
2
1
En general se
cumple:
m1 = m2
(flujo másico
constante).

41. Ecuación de continuidad
Para fluidos incomprensibles:
Q1 = Q2 (Caudal constante)
También Para tuberías o ductos:
v1. A1= v2. A2 (Caudal constante)
Donde:
vi = velocidad media del fluido en una sección i.
Ai = Área de sección perpendicular al flujo del fluido.
Se observa que v2 > v1 (a menor área mayor velocidad)

42. Teorema de Bernoulli.
Consideremos el siguiente esquema
v2
v1
1
2
Eje del tubo
Nivel de
referencia
La ecuación de la conservación de la energía para un flujo de
fluido llamada también; “Ecuación de Bernoulli” se expresa
así:

43. Expresión de la ecuación de Bernoulli en unidades
de altura (m, pies)
En unidades de presión
Donde:
pi=presión estática. vi = Velocidad . ‫ﻻ‬ = peso específico del fluído
hi = altura medida del nivel de referencia. ρ=densidad del fluído
g = aceleración de la gravedad (9.8 m/s2)
)
1
(
2
2
2
2
2
2
1
2
1
1
K
=
+
=
=
+
= h
g
v
p
h
g
v
p
g
g
+
2
2
2
2
1
2
1
1
2
1
2
1
h
v
p
h
v
p g

g
 +
+
=
+
+
+

44. Presión estática
El movimiento del fluido como ya se dijo, es debido
básicamente a la diferencia de presiones que existen entre dos
puntos. Por lo tanto, la velocidad del flujo depende de la
resistencia que encuentre en su recorrido la corriente del flujo.
Al igual que cualquier otra cosa que se mueve, el aire ejerce
presión contra los obstáculos a su paso y es proporcional a su
velocidad.
La presión estática, de un fluido es la expansión del grado de
composición en que se encuentra. Se mide con un manómetro
diferencial

45. Presiones manométricas
h
GAS
Patm
Pgas
Pgas
Pgas
Pgas
Pman

46. Manómetros diferenciales
‫ﻻ‬h = marca del manómetro
(a) (b)
Manómetro de columna liquida.
a) Conectado a una línea de gas, en este caso marca una presión
manométrica positiva,
b) manómetro sujeto a una tabla en condiciones normales abierto a
la atmósfera.

47. La presión de velocidad viene expresada por:
Siendo:
• ρ= densidad del fluido en kg/m3
• v = velocidad del flujo en m/s.
• Pv = presión de velocidad en N/m2
Presión de velocidad (pv)
2
2
v
pv

=
La presión de velocidad es siempre positiva y se
manifiesta únicamente en el sentido de la velocidad.

48. c) Presión total (pt).- La presión total es debido al
grado de compresión del fluído y a su movimiento. Es
la suma algebraica de la presión de velocidad y de la
presión estática en un punto.
Es oportuno observar como ejemplo que, mientras la
presión estática es negativa en la aspiración y
positiva en la impulsión, la presión de velocidad es
siempre positiva, por lo que la presión total es la
suma algebraica de ambas.
Presión total = presión estática + presión de velocidad

49. Medición de presiones.
La presión estática es medida en dirección perpendicular al
flujo para evitar la influencia de la velocidad del fluido.
En la siguiente figura , se muestra el pequeño orificio en la
pared de la tubería conectada a un manómetro, es un
dispositivo típico para medir presiones estáticas.
P
e
Orificio perpendicular
al sentido del flujo
Manometro
Pa
Dispositivo típico para medir presiones estáticas.

50. Medición de presiones de velocidad
La presión de velocidad es más difícil de medir por que no se
puede separar de la presión estática, la cual siempre lo
acompaña.
La única excepción de una medida hecha en la descarga a la
atmósfera abierta al final de la tubería, en cuyo caso la presión
estática es cero.
Para obtener la presión de velocidad en un ducto o tubo es
necesario medir la presión total y la presión estática
simultáneamente, la diferencia entra ellas dos es la presión de
velocidad.

51. Medición de presiones.
A
Manometro
Pa
B
Arreglo típico para medir la presión total y la presión
estática.

52. En conductos de impulsión las presiones estáticas (pe) y total (pt)
son positivas, resultando una sobrepresión.
a) Mide la presión de velocidad, b) Mide la presión estática,
c) Mide la presión total del flujo.
(a) (b) (c)
Tubos de Pitot y manómetro en un
ducto de impulsión.

53. Pérdida de carga
• La fricción ocasionada por la viscosidad de un
fluido y la turbulencia en un flujo en especial en
las paredes de la tubería, ocasiona perdidas de
energía lo cual para tubos de diámetro constante
se manifiesta como perdida de presión estática.

54. La perdida de carga (Δh), de la tubería debido al cambio de
sección y resistencia de la tubería será:
P1 V1
2
P2 + v2
2
Δh = ( ‫ﻻ‬
+
2g
) - ( ‫ﻻ‬ 2g
) - -- -(1)
Si el caudal se mantiene constante (Q1=Q2) y el diámetro del
tubo es uniforme: A1= A2, entonces:
v1 = v2
Por tanto:
g
2
1 P
P
h
-
=
D Pérdida de carga

55. Presión estática – una medida de la resistencia
de la tubería o ducto
La presión usada para vencer la resistencia del flujo en un
ducto es la presión estática. Por eso la presión estática en
algunos textos es llamada presión friccional o de
resistencia.
La medida de la fricción del fluido en una tubería es la caída
de presión estática de una sección plana transversal al flujo a
otra sección aguas debajo de igual área.

56. Presión estática – una medida de la resistencia del
sistema
A B
Tubería de Succión
Ø26”
Ventilador
11000 cfm
100`
Pe=3.4”H2O
C
Pe=3.0”H2O
Diagrama ilustrativo que muestra la caída de presión
estática debido a la fricción.

57. Instrumentos para medir flujos de aire en
ductos de ventilación
Tubo de Pitot y manómetro, midiendo presión de velocidad

58. Instrumentos para medir flujos de aire en
ductos de ventilación
Manómetro midiendo diferencia de presiones en un ducto

59. Instrumentos para medir flujos de aire en
ductos de ventilación
Manómetro diferencial inclinado

60. Instrumentos para medir flujos de aire en
ductos de ventilación
a) Manómetro para medir presión en pulgadas de agua,
b) Manómeteros para medir velocidad en pies/min

61. Instrumentos para medir flujos de aire en
ductos de ventilación
Anemómetro: Para medir caudales en ductos grandes