Diferencias entre caudal másico y caudal volumétrico
Aunque todos sabemos a qué nos referimos al hablar de caudal de aire, no está de más apoyarse en el diccionario para obtener una breve definición: caudal de aire es la cantidad de aire que discurre por un lugar en una unidad de tiempo.
Como vemos el concepto caudal de aire engloba dos magnitudes: cantidad y tiempo. Según se expresen éstas, tendremos diferentes unidades para el caudal de aire. Así la cantidad puede expresarse en masa de aire (kg), en este caso hablaremos de un “caudal másico” o puede expresarse en m3 con lo que tendremos un “caudal volumétrico”. La medida del tiempo suele ser en segundos o en horas.
La relación entre caudal másico y caudal volumétrico se establece por medio de la densidad del aire:
Q másico = Q volumétrico x densidad del aire
La principal consecuencia de esto es que esta relación cambiará al variar la temperatura. Un ventilador en una determinada instalación, mantiene constante el caudal volumétrico aunque cambie la temperatura, mientras que su caudal másico disminuirá debido a que ese incremento de temperatura supone una disminución de la densidad de aire. Dicho en otras palabras: al aumentar la temperatura ese ventilador moverá los mismos metros cúbicos de aire por unidad de tiempo, sin embargo moverá menos kg. de aire.
Principales métodos de medición del caudal de aire
El caudal de aire que discurre por un conducto es proporcional a la sección de ese conducto y a la velocidad del aire que fluye a lo largo del mismo. O sea:
Q (caudal) = S (sección del conducto) x V (velocidad del aire)
Así pues, en un conducto de sección conocida, para medir el caudal nos bastará con medir la velocidad del aire. Para medirla vamos a describir los tres métodos más empleados.
Tubo de Pitot
El tubo de Pitot consiste en un doble tubo concéntrico de reducido diámetro (ver figura inferior) en el que el tubo central está abierto en su extremo (punto A) incidiendo el aire directamente en él, de manera que en A tendremos la presión total, es decir la estática (la que hay en el interior del conducto de aire) más la presión dinámica (la que es ejercida por la velocidad del aire), mientras que en los orificios laterales del tubo externo del tubo de Pitot (B) sólo se ejerce la presión estática, ya que al ser los orificios paralelos a la dirección del flujo del aire, la presión dinámica no actúa en ellos.
La diferencia de presiones entre A (total) y B (estática) es la presión dinámica, que nos viene indicada por la diferencia de niveles h en las dos columnas en rojo de la figura:
En el caso de que el líquido indicado en rojo sea agua, para la determinación de la velocidad del aire emplearemos la siguiente fórmula:
Siendo:
h la diferencia de niveles en el agua
g la aceleración de la gravedad
δh la densidad del agua
δa la densidad del aire
Para medir la presión dinámica actualmente en lugar de columnas de agua se emplea un micromanómetro (ver imagen) conectado a un Pitot. En este caso se utiliza la siguiente fórmula:
Siendo P la presión dinámica medida por el micromanómetro.
Una vez tenemos la velocidad, no hay más quemultiplicarla por la sección del conducto para obtener el caudal.
Cabe decir que este método es el mejor y más preciso para la medición del caudal.
El anemómetro es muy usado para medir la velocidad del aire en conductos debido a su practicidad.
El anemómetro nos informa de la velocidad del aire y como en el caso anterior, no hay más que multiplicarla por la sección del conducto para obtener el caudal.
Hilo caliente
Este método consiste en una sonda dotada de un hilo caliente que se introduce en el conducto de aire. Según sea mayor o menor la velocidad de éste, el hilo de la sonda estará sometido a mayor o menor refrigeración. Teniendo convenientemente calibrada la sonda, según lo que se refrigere el hilo podremos saber la velocidad del aire en conducto. Como siempre, multiplicándola por la sección obtendremos el caudal.
