Ventilación y extracción en garajes: diseño y cálculo
Guía práctica para dimensionar caudales, conductos, ventiladores y control (modo normal + incendio)
1. ¿Qué es un sistema de extracción de garajes?
Los garajes y aparcamientos cerrados requieren sistemas de ventilación forzada que garanticen la calidad del aire en condiciones normales y permitan la extracción eficaz de humos en caso de incendio. En esta guía veremos cómo funcionan estos sistemas, qué exige la normativa vigente y cómo dimensionar caudales, conductos, ventiladores y sistemas de control, finalizando con un caso práctico completo.
La extracción de garajes es una instalación formada por ventiladores, conductos, bocas de extracción y admisión, y sistemas de detección y control. Su objetivo es doble:
- Ventilación reglamentaria para eliminar los contaminantes emitidos por los vehículos.
- Extracción de humos en caso de incendio, garantizando la evacuación, limitando la temperatura y facilitando la intervención de los bomberos.
Se diseña bajo criterios distintos según el modo de funcionamiento: modo estándar (contaminantes) y modo emergencia (incendio).
2. Cómo funciona una instalación de extracción de garajes
- Detección de contaminantes: sondas de CO activan los ventiladores en uno o varios escalones de velocidad.
- Admisión y extracción: el aire limpio entra por aberturas o conductos de impulsión; el aire viciado se aspira por bocas de extracción distribuidas.
- Funcionamiento en incendio:
- Activación automática desde el sistema PCI o la central de incendios.
- Paso a velocidad máxima o ventiladores específicos de emergencia.
- Control de compuertas cortafuego y sectorización.
- Control y supervisión mediante cuadro de ventilación y/o BMS: estados, alarmas, sondas, fallos y test automáticos.
3. Normativa aplicable y criterios de diseño
3.1 Exigencias del CTE-DB-SI (funcionamiento en caso de incendios)
Para el modo incendio, el CTE DB-SI exige una extracción de 150 l/s por plaza, con una aportación máxima de 120 l/s por plaza. Asimismo, los ventiladores deben ser F300 60 y los conductos E300 60.
3.2 Exigencias del CTE-HS (funcionamiento por contaminantes)
Para la ventilación del garaje, el CTE-HS exige un caudal de 120 l/s por plaza. Además, establece los siguientes criterios:
- La ventilación debe ser de uso exclusivo del aparcamiento.
- La admisión puede ser mecánica o natural.
- Debe haber una abertura de admisión cada 100 m² de superficie útil.
- La separación entre aberturas de extracción debe ser menor de 10 m.
- Si el aparcamiento tiene más de 15 plazas debe haber 2 redes independientes de extracción.
- En los aparcamientos de más de 5 plazas debe haber un sistema de detección de monóxido de carbono.
3.3 Normativa municipal
Es fundamental tener en cuenta la normativa municipal, ya que suele determinar el número y la capacidad de los ventiladores de extracción. Habitualmente se exige disponer de dos extractores por cada red, cada uno con una capacidad del 50 % del caudal. No obstante, algunas normativas no requieren duplicidad y otras exigen que cada ventilador cubra el 100 % del caudal, por lo que es imprescindible revisar la normativa local antes de diseñar la instalación.
4. Cálculo del sistema
4.1 Detección de CO
El sistema de detección de monóxido de carbono es relativamente sencillo. Según la UNE 100166:2004, se suele tomar como criterio de diseño 1 detector cada 200 m² de garaje, ubicado entre 1,5 y 2,0 m de altura.
4.2 Cálculo de caudales
Para el cálculo de caudales usamos las premisas anteriores. Por ejemplo, para un garaje de 20 plazas, con extracción mecánica y admisión natural:
- Número de redes (> 15 plazas) = 2
- Caudal de admisión: \(120\ \text{l/s} \times 20 = 2400\ \text{l/s}\)
- Caudal de extracción: \(150\ \text{l/s} \times 20 = 3000\ \text{l/s}\)
- Caudal por red: \(3000/2 = 1500\ \text{l/s}\)
4.3 Cálculo de admisión natural
Para la admisión natural se calcula el área útil por donde entrará el aire. Al tratarse de extracción mecánica, los ventiladores deberán vencer la pérdida de carga generada en estas aberturas.
Tomando como referencia una velocidad de \(1{,}5\ \text{m/s}\), la sección se calcula mediante:
$$ S = \frac{Q}{V} $$Siendo:
- \(S\) = Sección (m²)
- \(V\) = Velocidad (m/s)
- \(Q\) = Caudal (m³/s)
4.4 Cálculo de red de extracción
Para el cálculo de la red de extracción diseñamos un esquema acorde al garaje, distribuyendo el caudal total entre rejillas y tramos de conducto. Una vez definida la red, calculamos cada tramo según el caudal del que disponga, de nuevo con:
$$ S = \frac{Q}{V} $$Entendemos por sección útil del conducto el producto de sus lados: \(A \times B = S\). Para la velocidad, el CTE HS 3 indica valores típicos de diseño, como \(4{,}00\ \text{m/s}\) o \(6{,}67\ \text{m/s}\), según el caso.
Para calcular la pérdida de carga utilizaremos Darcy–Weisbach, con el factor de fricción según Swamee–Jain:
$$ f=\frac{0.25}{\left[\log_{10}\left(\frac{\varepsilon}{3.7D_h}+\frac{5.74}{Re^{0.9}}\right)\right]^2} $$Siendo:
- \(\varepsilon\) = Rugosidad del conducto (0,00030 m para conducto de chapa)
- \(D_h\) = Diámetro hidráulico (m)
- \(Re\) = Número de Reynolds (adimensional)
Para hallar el diámetro hidráulico (en conductos rectangulares; en circulares \(D_h = D\)):
$$ D_h=\frac{2AB}{A+B} $$Para el número de Reynolds:
$$ Re=\frac{\rho v D_h}{\mu} $$Siendo:
- \(\mu\) = Viscosidad dinámica \((1{,}8\cdot 10^{-5}\ \text{Pa·s})\)
- \(\rho\) = Densidad del aire \((1{,}20\ \text{kg/m}^3)\)
- \(v\) = Velocidad del aire (m/s)
Con ello, la pérdida de carga por Darcy–Weisbach:
$$ \Delta p=f\cdot\frac{L}{D_h}\cdot\frac{\rho v^2}{2} $$4.5 Selección de rejillas y ventiladores
Para la selección de rejillas hay que considerar el caudal de diseño de cada punto, la pérdida de carga y la velocidad del aire deseada. Podemos seleccionarlas según catálogos de casas comerciales. En caso de duda, una referencia práctica es calcular el área a \(2{,}5\ \text{m/s}\) para asegurar un nivel sonoro aceptable, y buscar una rejilla con esa área libre.
En el caso de los ventiladores, se toma el recorrido más desfavorable (normalmente el punto más alejado) y se selecciona un equipo que cubra caudal y presión. Además, en garajes es habitual que deban ser F300 60 para funcionamiento en incendio.
5. Caso práctico
Vamos a tomar un garaje de una sola planta con 20 plazas y 350 m². Los datos (según el punto 4.2) son:
- Número de redes (> 15 plazas) = 2
- Caudal de admisión: \(120\ \text{l/s} \times 20 = 2400\ \text{l/s}\)
- Caudal de extracción: \(150\ \text{l/s} \times 20 = 3000\ \text{l/s}\)
- Caudal por red: \(3000/2 = 1500\ \text{l/s}\)
Con estos datos vamos a diseñar nuestra red de extracción y la disposición de las rejillas según las indicaciones del CTE:
Para la admisión natural colocamos una rejilla en cada acceso al garaje de forma que queden equidistantes. Vamos a calcular el área de cada rejilla, siendo para cada una 1200 l/s:
$$ S=\frac{Q}{V}=\frac{1200\ \text{l/s}}{1.5\ \text{m/s}} =\frac{1.2\ \text{m}^3/\text{s}}{1.5\ \text{m/s}}=0.80\ \text{m}^2 $$Para las redes de extracción vamos a dividir el caudal total entre las 6 rejillas de forma que tendríamos:
- Caudal por rejilla: \(3000/6 = 500\ \text{l/s}\)
- Caudal por red: \(1500\ \text{l/s}\)
Vamos a nombrar los tramos y asignarles un caudal para proceder con el cálculo como se ha visto en el punto 4.4:
Con estos datos procedemos a calcular el tramo T1 (ejemplo):
$$ f=\frac{0.25}{\left[\log_{10}\left(\frac{\varepsilon}{3.7D_h}+\frac{5.74}{Re^{0.9}}\right)\right]^2} $$Siendo (para el ejemplo):
- \(A = 0.25\ \text{m}\)
- \(B = 0.30\ \text{m}\)
- \(v = 6.67\ \text{m/s}\)
Resultado: \(f = 0.0202\)
$$ \Delta p=f \cdot \frac{L}{D_h} \cdot \frac{\rho v^2}{2} =0.0178 \cdot \frac{6}{0.2727} \cdot \frac{1.2 \cdot 6.67^2}{2} =11.84\ \text{Pa} $$Para el resto de los tramos vamos a utilizar directamente la hoja de cálculo
Ya sabemos la pérdida de carga acumulada en cada ramal, en este caso al ser simétricos sabemos que tenemos en nuestra red 39.76 Pa. A esto debemos sumarle la pérdida de carga de las rejillas de admisión y de la rejilla de extracción más alejada para tener la perdida de carga completa de la instalación. Seleccionando de casa comercial tendríamos:
\(39.76\ \text{Pa}\) (red) + \(5.80\ \text{Pa}\) (rejillas de admisión) + \(3.60\ \text{Pa}\) (rejilla de extracción más alejada) = \(49.16\ \text{Pa}\)
Por tanto, el ventilador debe poder vencer 49.16 Pa.
Por último, dado que tenemos \(350\ \text{m}^2\), colocamos 2 detectores de CO distribuidos homogéneamente a una altura de 1.80 m.
Si quieres descargar la hoja de cálculo, escríbenos y te la mandamos de forma gratuita.
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6. Tips
- A la hora de seleccionar las rejillas, ten en cuenta la dimensión geométrica del conducto.
- Es importante considerar la altura disponible del garaje.
- No siempre es sencillo disponer de aberturas para entrada de aire, pero se pueden aprovechar puertas de garaje o huecos verticales hacia patios/jardines.
- Los ventiladores pueden ser inmersos o exteriores: reserva espacio y accesibilidad para mantenimiento.
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