¿Qué es la presión del aire?
Los seres humanos no pueden vivir sin aire fresco. Nuestros cuerpos necesitan oxígeno (O₂) para producir energía. Sin suficiente oxígeno fresco, nos sentimos cansados, mareados o incluso podemos asfixiarnos. Al respirar, inhalamos oxígeno y exhalamos dióxido de carbono (CO₂). Sin un suministro de aire fresco, el CO₂ se acumula en interiores y puede causar dolores de cabeza, somnolencia o algo peor. Un sistema de ventilación garantiza un suministro suficiente de aire fresco para eliminar el CO₂ y otros contaminantes.
El aire fresco es el aire limpio del exterior que tiene un equilibrio natural de gases y está libre de niveles dañinos de contaminantes, humo o aire viciado (como en habitaciones cerradas). Cerca del nivel del mar, el aire fresco está compuesto por:
- Nitrógeno (N₂): ~ 78 %
- Oxígeno (O₂): ~ 21 %
- Argón y otros gases nobles: ~ 0,9 %
- Dióxido de carbono (CO₂): ~ 0,04 %
- Vapor de agua: variable (0–4 %, dependiendo de la humedad)
Aunque el aire es ligero, cada pequeña partícula (molécula) de aire tiene peso. Y hay miles de millones de moléculas moviéndose en cada respiración que tomas. Estamos rodeados de moléculas de aire. Vuelan a muy alta velocidad, chocando contra todo (incluyéndote a ti). Cada colisión es como un pequeño empujón. El empujón de una molécula es diminuto, pero hay tantas golpeando las superficies desde todas direcciones que juntas crean una fuerza notable: la presión del aire.
El aire que está sobre nosotros (hasta el espacio) tiene peso. Al nivel del mar, el peso de la columna de aire sobre ti presiona con aproximadamente 1 bar (100.000 Pascal) de presión. Eso significa que cada centímetro cuadrado de tu piel siente aproximadamente 1 kilogramo de fuerza (¡como una pequeña manzana sobre cada centímetro cuadrado de tu cuerpo!) — pero no lo notas porque tu cuerpo empuja hacia afuera con la misma fuerza desde el interior.
Así que “presión del aire” es simplemente “qué tan fuerte el aire empuja sobre una superficie”. Imagina bucear en el agua: mientras más profundo vas, más fuerte el agua empuja tu cuerpo — eso es presión. O piensa en el aire: aunque no lo sentimos, el aire es como un océano invisible a nuestro alrededor, siempre empujando todo.
Para los técnicos: la presión del aire se expresa en Pascal (Pa). Es la fuerza que actúa sobre una superficie. Un Pascal es un Newton por metro cuadrado. Mientras que Pascal es la unidad del SI (Sistema Internacional de Unidades) para presión, el sistema métrico expresa la presión en bar. 1 bar equivale a 100.000 Pa. El SI es la forma moderna y reconocida internacionalmente del sistema métrico.
¿Qué es la presión diferencial?
La presión diferencial es la diferencia de presión de aire entre dos puntos. La presión alta empuja el aire hacia la presión baja. Esto significa que el aire solo se moverá cuando haya una diferencia de presión (o presión diferencial). Se puede crear una presión diferencial usando un ventilador. El ventilador mueve el aire—dándole un empujón, por así decirlo. Esto crea una sobrepresión detrás del ventilador y una presión menor en la entrada del ventilador, lo que a su vez genera un flujo de aire. Cuanto mayor sea la diferencia de presión sobre el ventilador, más fuerte será el flujo de aire. Cuanto mayor sea la velocidad del ventilador, más fuerte será el flujo de aire. La presión diferencial es básicamente el “empujón” que hace que el aire se mueva.
El mismo principio ocurre a mayor escala, por ejemplo en los patrones climáticos. También el viento es un movimiento de aire (o flujo de aire). Sopla desde un área de alta presión hacia un área de baja presión.
Medir la presión diferencial en un sistema de ventilación es crucial. Está directamente relacionado con qué tan rápido se mueve el aire, cuánto aire fresco se suministra y si el sistema de ventilación está funcionando de manera eficiente y segura. Basándose en la medición de presión diferencial, es posible calcular la velocidad del flujo de aire así como el volumen del flujo de aire. La velocidad del aire es la rapidez del flujo de aire. El volumen del flujo de aire proporciona información sobre la cantidad de aire que se mueve.
Los sensores de presión diferencial se utilizan para verificar si hay un suministro suficiente de aire fresco (flujo de aire suficiente). También pueden usarse para detectar cuándo los filtros de aire necesitan ser reemplazados o limpiados. Si la presión diferencial a través del filtro de aire se vuelve demasiado alta, es necesario reemplazarlo o limpiarlo.
Un sistema de ventilación solo puede suministrar aire limpio si los filtros están debidamente mantenidos. Los filtros mal mantenidos obstruyen el flujo de aire y ya no son capaces de capturar todas las partículas. Limpiar o reemplazar los filtros de aire a tiempo es muy importante para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de ventilación.En condiciones normales, un filtro de aire limpio solo restringe ligeramente el flujo de aire y causa una diferencia de presión mínima. A medida que el filtro se contamina más, más partículas quedan atrapadas en el filtro, dificultando el paso del aire. El filtro se obstruye. Esto provoca que el filtro de aire obstruya cada vez más el flujo de aire, aumentando la presión diferencial a través del filtro de aire.
Cuando la presión diferencial a través del filtro de aire se monitorea continuamente, el aumento a lo largo del tiempo será claramente visible. En la nube SenteraWeb, se pueden definir varios umbrales para cada sensor. Cuando se alcanzan estos umbrales, se envían mensajes al usuario de la instalación y a la empresa de mantenimiento. Cuando la presión diferencial está dentro de la zona de alerta, se debe programar el mantenimiento. Cuando se alcanza la zona fuera de rango, es necesario reemplazar urgentemente el filtro de aire porque la calidad del aire interior está en peligro de verse comprometida.
Un sensor de presión diferencial proporciona información en tiempo real sobre el valor medido (la presión diferencial actual). Similar a un termómetro que mide la temperatura. Sin embargo, también existen soluciones más simples para monitorear los filtros de aire, por ejemplo un relé de presión diferencial con punto de ajuste ajustable. El relé indica si la presión diferencial está por encima o por debajo de este punto de ajuste. Sin embargo, no proporciona la presión diferencial medida.
Un sensor de presión diferencial siempre tiene dos puntos de conexión, llamados 'boquillas'. Estas boquillas permiten que el aire medido fluya sobre el elemento sensor electrónico. Por lo tanto, es muy importante que el aire medido esté limpio y libre de elementos corrosivos.- La boquilla indicada con un '+' debe conectarse al punto con la presión más alta. Esto es antes del filtro de aire o en el lado de salida del ventilador.
- La boquilla indicada con un '-' debe conectarse al punto con la presión más baja. Esto es después del filtro de aire o en el lado de entrada del ventilador.
Las boquillas pueden conectarse ya sea a un conjunto de conexión normal (conjunto de tubos de plástico) o a un tubo Pitot.
- Un tubo Pitot es un pequeño instrumento que mide qué tan rápido se mueve el aire dentro de un conducto de aire, una tubería o incluso alrededor de un avión. Es como un pequeño “velocímetro de aire”: mide con qué fuerza el aire empuja dentro de él. A partir de esa medición, el algoritmo del sensor puede calcular la velocidad del aire. En la parte superior del tubo Pitot hay dos puntos de conexión que pueden conectarse al sensor de presión diferencial mediante una manguera de aire transparente.
- El conjunto de conexión puede usarse para medir la presión diferencial. Este conjunto consta de dos accesorios de plástico que se pueden instalar fácilmente en un conducto de aire. Estos accesorios pueden conectarse al sensor de presión diferencial a través de la manguera de aire transparente.
El volumen de flujo de aire expresa la cantidad de aire que se mueve
La ventilación es esencial para lograr una buena calidad del aire interior. Crea flujo de aire — un movimiento de aire. Se suministra aire fresco del exterior mientras se expulsa el aire viciado interior y los contaminantes. Para ello, se utilizan ventiladores para crear una diferencia de presión y generar un flujo de aire.
Los sensores de presión diferencial miden la diferencia de presión antes y después del ventilador (o filtro). Basándose en esta diferencia, el sensor puede calcular el flujo de aire. La medición de la presión diferencial es la manera más sencilla de verificar si el ventilador está entregando la cantidad correcta de aire.
Los sensores de presión diferencial calculan el flujo volumétrico de aire basándose en la sección transversal del conducto de aire o en el factor K del ventilador. El factor K es un número (una constante) que relaciona el flujo de aire (volumen) a través de un ventilador con la presión que desarrolla. Básicamente describe cuánto aire puede mover un ventilador para una diferencia de presión dada. Cada tipo de ventilador tiene su propio factor K específico. Puedes solicitar el factor K de tu ventilador a tu proveedor.
Para monitorear el volumen de flujo de aire generado por un ventilador con factor K conocido, un sensor de presión diferencial puede combinarse con un conjunto de conexión simple. Ambos puntos de medición deben tomarse lo suficientemente lejos de la entrada y salida del ventilador para evitar instalar las boquillas en la zona turbulenta del flujo de aire. En el lado de entrada, la presión es menor en comparación con el lado de salida. Por eso el lado de entrada debe conectarse a la boquilla ‘–’ del sensor de presión diferencial. El lado de salida debe conectarse a la boquilla ‘+’ del sensor. Para obtener una medición más precisa del volumen de aire suministrado, también se puede simplemente no conectar la boquilla ‘–’, de modo que la presión ambiente cerca del sensor de presión diferencial se tome como referencia.
Para los técnicos entre nosotros: El flujo volumétrico de aire se expresa en metros cúbicos por hora (m³/h) y te indica cuánto (volumen de) aire fresco se suministra (o extrae) durante un tiempo determinado. El flujo de aire puede calcularse a partir de la presión diferencial.
Este es un ejemplo de cómo calcular el volumen de flujo de aire basándose en una medición de presión diferencial. Supongamos que un ventilador tiene un factor K de 150. Cuando el ventilador está funcionando, la presión diferencial a través de él es de 100 Pa. La presión diferencial se mide con un sensor de presión diferencial y un conjunto de conexión normal. El cálculo es el siguiente:
Así que en este ejemplo, el ventilador genera un flujo de aire de 1.500 metros cúbicos por hora.
La velocidad del aire expresa la rapidez del flujo de aire.
La velocidad del aire es la rapidez con la que se mueve un volumen de aire. Así como un coche se mueve a cierta velocidad, un volumen de aire también puede moverse a cierta velocidad. Generalmente se calcula a partir de una medición de la "presión de velocidad". La presión de velocidad sólo puede medirse con un tubo de Pitot. Un tubo de Pitot es un pequeño instrumento que mide la presión creada por el aire que se mueve dentro de un conducto de aire, una tubería o incluso alrededor de un avión. Es como un pequeño "velocímetro de aire": mide con qué fuerza el aire empuja contra él. A partir de esa medición, el algoritmo del sensor puede calcular la velocidad a la que se mueve el aire.
Por lo tanto, para medir la velocidad del aire, un tubo de Pitot debe estar conectado al sensor de presión diferencial. Gracias al tubo de Pitot, el sensor de presión diferencial puede medir la presión de velocidad. Basándose en esta medición, el sensor calcula la velocidad del aire (velocidad del flujo).
Un tubo de Pitot tiene dos aberturas: una que mira hacia adelante, hacia el flujo de aire entrante, para captar la presión total (presión de impacto), y otra hacia un lado para medir la presión estática. La diferencia entre estas presiones (presión dinámica) se utiliza para calcular la velocidad del aire. Por lo tanto, se comparan estas dos presiones:
Un tubo de Pitot tiene dos aberturas: una que mira hacia adelante, hacia el flujo de aire entrante, para captar la presión total (presión de impacto), y otra hacia un lado para medir la presión estática. La diferencia entre estas presiones (presión dinámica) se utiliza para calcular la velocidad del aire. Por lo tanto, se comparan estas dos presiones:
- Presión total (el aire empuja directamente en el tubo, como el viento en tu cara).
- Presión estática (el aire presiona desde los lados).
La diferencia entre ambas se llama presión de velocidad, que nos indica qué tan rápido se mueve el aire. Esto se llama velocidad del aire.
Y… basado en la velocidad del aire, es posible calcular el volumen del flujo de aire si se conoce la sección transversal del conducto de aire. El flujo de aire a través de un conducto se puede comparar con una calle comercial concurrida. Cuanto más ancha sea la calle y menos obstáculos haya, más personas pueden pasar. Cuanto más rápido se muevan las personas por la calle, más personas pueden pasar por hora. Lo mismo aplica a las moléculas de aire en un conducto. El flujo de aire depende de dos cosas:
- Qué tan grande es el conducto (la sección transversal)
- Qué tan rápido se mueve el aire (la velocidad del aire)
Si el diámetro del conducto es mayor, más aire puede pasar. Si el aire se mueve más rápido, más aire pasa en el mismo tiempo. Traducido de manera matemática: La velocidad del aire (m/s) multiplicada por el área de la sección transversal del conducto (m²) te da el volumen del flujo de aire (m³/h).
Por lo tanto, la combinación de un sensor de presión diferencial y un tubo de Pitot también mide el volumen del flujo de aire (cálculo basado en la sección transversal del conducto de aire).
En el ejemplo a la derecha, asumimos que la sección transversal del conducto es 0,02 m² (conducto circular con D160 mm) y que la velocidad del aire es 1 m/s. Esto resulta en un volumen de flujo de aire de 72 m³/h.
