Parte 32 · Clase 315 de 830

ARQ-315 · Distribución por aire y por agua

Parte 32 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.19.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-314, ARQ-274, ARQ-302. Sin calendario. Casos, observaciones y parámetros ficticios salvo antecedentes atribuidos. Material educativo; revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Qué cambia al transportar un servicio térmico mediante aire o agua, y por qué dividir una instalación en ramas no permite repartir caudales arbitrariamente?

Resultado y continuidad

ARQ-314 cerró el balance de un ciclo. Esta clase no diseña ese equipo: abre DIST-TERM-01 y DIST-RAMAS-01 para estudiar transporte y distribución. Compararás caudales bajo un mismo servicio sensible y resolverás dos ramas de aire con la misma diferencia de presión. La entrega incluirá un esquema de ida y retorno, cantidades, hipótesis y consecuencias espaciales que requieren coordinación.

1. Medio de distribución y función del servicio

Un sistema por aire puede transportar calor y participar en la renovación, pero esas funciones deben distinguirse. Un circuito por agua puede transportar calor hasta emisores o baterías; por sí solo no garantiza aire exterior para los recintos. Elegir agua no elimina la pregunta de ventilación, y elegir aire no demuestra que toda impulsión sea exterior.

También existen organizaciones combinadas: un circuito transporta energía hasta equipos locales y otro atiende renovación. No se selecciona una familia solo por tener conductos aparentemente menores. Deben estudiarse cargas, calidad del aire, humedad, control, mantenimiento, ruido y espacio disponible.

El esquema funcional debe mostrar fuente, distribución, terminales y retorno. Un equipo puede proporcionar determinada capacidad en una conexión, mientras la zona recibe otra por pérdidas, control o condiciones de entrada. La documentación de baterías distingue esos puntos de intercambio [HVAC-COILS]. El plano y el balance tienen que referirse a los mismos puntos.

2. Derivar el transporte sensible

Para un flujo estacionario con calor específico constante y sin cambio de fase, el calor transferido es P = ṁ·c_p·ΔT. El caudal másico ṁ se expresa en kg/s, c_p en J/(kg·K) y ΔT en K. El producto da J/s, equivalente a W.

Como ṁ = ρ·Q, puede escribirse Q = P/(ρc_pΔT). La diferencia de temperatura corresponde al medio que transporta el servicio, no a un valor exterior elegido por semejanza. Tampoco se sustituye una diferencia de entalpía húmeda por c_pΔT cuando el proceso exige contabilizar condensación.

Una diferencia mayor reduce el caudal calculado bajo esta ecuación, pero puede modificar comodidad, terminales, temperaturas superficiales, eficiencia de generación y control. El cálculo no entrega permiso para aumentar indefinidamente ΔT con el único objetivo de reducir el tamaño de una conducción.

3. Comparar dos medios bajo un servicio común

DIST-TERM-01 requiere 6.000 W sensibles. Para aire adoptamos c_p = 1.005 J/(kg·K), ρ = 1,20 kg/m³ y salto de 10 K. Resulta ṁ = 6.000/(1.005·10) = 0,597015 kg/s y Q = 0,497512 m³/s, aproximadamente 1.791,045 m³/h.

Para agua adoptamos c_p = 4.180 J/(kg·K), ρ = 1.000 kg/m³ y salto de 5 K. El caudal másico es 0,287081 kg/s y el volumétrico 0,000287081 m³/s, equivalente a 0,287081 L/s.

Ambos transportan seis kW dentro de sus hipótesis. La enorme diferencia de volumen no demuestra que una instalación completa por agua ocupe menos espacio en cualquier edificio: faltan terminales, aire exterior, conexiones, mantenimiento y otras funciones. Tampoco se utiliza ese caudal de aire como requisito higiénico; fue obtenido de un balance sensible.

4. Caudal y sección no determinan toda la red

Si una conducción tiene área A, la velocidad media ideal es v = Q/A. Esa relación describe un estado; no selecciona una velocidad admisible. La sección influye además en pérdidas, ruido, envolvente, soportes y acceso. Un área libre disponible en el cielo no basta para concluir que un conducto tendrá el desempeño requerido.

La ecuación de energía de flujo distingue presión, velocidad, altura y aportes o pérdidas [PHY-BERNOULLI]. En una red real deben especificarse materiales, longitudes, accesorios, equipos y modelos pertinentes. Esta clase utilizará una ley reducida para evitar fingir que esos antecedentes ya existen.

Cambiar una curva de resistencia o una sección requiere un identificador de variante. El equipo no conserva necesariamente el mismo caudal si cambia la red. ARQ-307 ya mostró esa relación para una bomba; ahora se aplica la lógica, no sus parámetros numéricos, a una distribución de aire.

5. Dos ramas con una presión común

DIST-RAMAS-01 tiene dos ramas entre un mismo nodo de impulsión y uno de retorno. Para cada rama adoptamos Δp = RQ², con Δp en Pa y Q en m³/s. Sus coeficientes ficticios son R₁ = 200 y R₂ = 800 Pa/(m³/s)². No representan conductos dimensionados.

Con Δp = 50 Pa, Q₁ = √(50/200) = 0,50 m³/s y Q₂ = √(50/800) = 0,25. El total es 0,75 m³/s. Ambas ramas experimentan la misma diferencia de presión, no el mismo caudal. La segunda ofrece cuatro veces el coeficiente y recibe la mitad del flujo.

La potencia transferida al aire entre esos nodos es Δp·Q_total = 37,50 W. Con rendimiento ideal de conjunto 0,50, la entrada sería 75 W para esa frontera. No es el consumo de todo el sistema: no se incluyeron otras pérdidas ni estados.

Figura 315. Los caudales de ramas se suman; la diferencia de presión es común. Sus valores no se reparten por mitades sin comprobar resistencias.

6. Imponer caudal total cambia la pregunta

Supón que el control mantiene un caudal total de 0,60 m³/s bajo la misma ley. De las ecuaciones, Q₁/Q₂ = √(R₂/R₁) = 2. Por tanto Q₁ = 0,40 y Q₂ = 0,20. La presión común requerida es 200·0,40² = 32 Pa.

No se conservan simultáneamente los cincuenta Pa del caso anterior: corresponden a otro estado. Si alguien dibuja 0,30 en cada rama sin cambiar resistencias, la primera exigiría dieciocho Pa y la segunda setenta y dos. Eso contradice la condición de nodos comunes.

La regulación podría modificar resistencias efectivas, pero esa es otra intervención y necesita revisión. No se ofrece una instrucción de ajuste de compuertas. El aprendizaje consiste en reconocer qué variable fue impuesta, cuáles resultan y qué hipótesis cambia al proponer equilibrar una distribución.

7. Ida, retorno y conexiones de terminales

Una red necesita continuidad. El aire enviado a un espacio debe tener caminos de retorno, extracción o transferencia compatibles con el estado operativo. Dibujar una impulsión sin investigar por dónde sale puede ocultar cambios de presión y transporte entre recintos.

En agua, el circuito debe cerrar su circulación y sus balances térmicos. Un retorno más cálido o más frío puede modificar la generación y el control. Los terminales no deben representarse como consumidores abstractos que siempre entregan la potencia indicada, independientemente del caudal y de las temperaturas que reciben.

Coordina también condensados, aislamiento, accesos y posibilidad de identificar cada rama. Las funciones de control no reemplazan la geometría: una válvula o sensor necesita una posición y condiciones que permitan revisar lo que se supone que hace. La etiqueta de un punto debe coincidir entre esquema, modelo y documentación de operación.

8. Consecuencias arquitectónicas de una estrategia

Los conductos necesitan continuidad espacial a través de cambios de dirección y sectores. Una reserva rectangular en sección no demuestra la trayectoria completa. En sistemas por agua, la menor sección de tubería no elimina espacio para equipos, registros, aislamiento o mantenimiento de terminales.

Conviene elaborar dos cortes críticos: uno donde coincidan estructura y distribución, y otro donde se conecte un terminal con la actividad. Deben señalarse niveles de certeza. Una línea conceptual muestra una intención; una geometría coordinada incluye dimensiones respaldadas; un detalle ejecutado exige otras evidencias.

No se asigna a cualquier espacio técnico el papel de cámara de retorno sin estudiar sus condiciones. Tampoco se transforma una zona ocupada en acceso permanente de mantenimiento sin consultar usos. El medio de distribución afecta el proyecto por sus interfaces, no solo por la cantidad de energía transportada.

9. Cómo comparar sin ocultar lo pendiente

La matriz del ejercicio comparará servicio sensible, ventilación separada, volúmenes transportados, fuentes de pérdida, elementos terminales y necesidades de control. No calculará costos ni un vencedor universal con datos inexistentes. Los seis kW son una condición común limitada.

Una conclusión adecuada distingue: “Se obtuvieron dos caudales para el mismo transporte sensible bajo propiedades adoptadas. La red paralela produce reparto desigual por resistencia. Faltan condiciones de ventilación, equipos, ruido, mantenimiento y operación para seleccionar una estrategia”. Cada pendiente debe relacionarse con una decisión concreta.

Práctica independiente

Para un servicio sensible de 4.000 W, utiliza aire con los mismos c_p y densidad, pero ΔT = 8 K; utiliza agua con los mismos valores anteriores y ΔT = 4 K. Obtén caudales másicos y volumétricos, indicando unidades.

En DIST-RAMAS-01 conserva resistencias y exige Q_total = 0,60 m³/s. Repite la derivación de presión y reparto. Calcula la entrada de la frontera con rendimiento 0,50. Explica por qué no puedes deducir de ello la demanda de aire exterior.

Autoevaluación y enlace

Puedes conservar unidades, distinguir caudal térmico de exterior y comprobar nodos y presión común. ARQ-316 añadirá humedad y filtración: transportar aire no implica que su contenido de agua o partículas esté controlado.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Qué cambia al transportar un servicio térmico mediante aire o agua, y por qué dividir una instalación en ramas no permite repartir caudales arbitrariamente?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 5 de la Parte 32. Se estudia después de ARQ-314 · Bombas de calor y ciclos básicos porque usa esa base para responder «¿Qué cambia al transportar un servicio térmico mediante aire o agua, y por qué dividir una instalación en ramas no permite repartir caudales arbitrariamente?». Se ubica antes de ARQ-316 · Humedad, filtración y control porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-314, ARQ-274, ARQ-302
• Capacidad que introduce: ARQ-314 cerró el balance de un ciclo. Esta clase no diseña ese equipo: abre DIST-TERM-01 y DIST-RAMAS-01 para estudiar transporte y distribución. Compararás caudales bajo un mismo servicio sensible y resolverás dos ramas de aire con la misma diferencia de presión.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-316, ARQ-324

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-314, ARQ-274, ARQ-302"] --> B["ARQ-315 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · Responsable: OpenStax / Rice University; Moebs, Ling y Sanny. Consulta registrada: 2026-09-21. + HVAC-COILS EnergyPlus…"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-316, ARQ-324"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de distribución por aire y por agua.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: ARQ-314 cerró el balance de un ciclo. Esta clase no diseña ese equipo: abre DIST-TERM-01 y DIST-RAMAS-01 para estudiar transporte y distribución. Compararás caudales bajo un mismo servicio sensible y resolverás dos ramas de aire con la misma diferencia de presión.
3. Justificar una decisión de distribución por aire y por agua mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Para un servicio sensible de 4.000 W , utiliza aire con los mismos c p y densidad, pero ΔT = 8 K; utiliza agua con los mismos valores anteriores y ΔT = 4 K. Obtén caudales másicos y volumétricos, indicando unidades. En DIST-RAMAS-01 conserva resistencias y exige Q total = 0,60 m³/s.

Evidencia mínima: ARQ-314 cerró el balance de un ciclo. Esta clase no diseña ese equipo: abre DIST-TERM-01 y DIST-RAMAS-01 para estudiar transporte y distribución. Compararás caudales bajo un mismo servicio sensible y resolverás dos ramas de aire con la misma diferencia de presión.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-315/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Qué cambia al transportar un servicio térmico mediante aire o agua, y por qué dividir una instalación en ramas no permite repartir caudales arbitrariamente?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Para un servicio sensible de 4.000 W , utiliza aire con los mismos c p y densidad, pero ΔT = 8 K; utiliza agua con los mismos valores anteriores y ΔT = 4 K. Obtén caudales másicos y volumétricos, indicando unidades. En DIST-RAMAS-01 conserva resistencias y exige Q total = 0,60 m³/s.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-316.
• Puedes conservar unidades, distinguir caudal térmico de exterior y comprobar nodos y presión común. ARQ-316 añadirá humedad y filtración: transportar aire no implica que su contenido de agua o partículas esté controlado.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-316 · Humedad, filtración y control; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los casos, datos, diagramas y soluciones son elaboraciones originales. Las fuentes nuevas se consultaron el 23 de septiembre de 2026; las heredadas conservan su alcance. No se declara lectura integral cuando el acceso fue parcial ni se anuncian ensayos reales.

[PHY-BERNOULLI] University Physics Volume 1 — 14.6 Bernoulli’s Equation

OpenStax / Rice University; Moebs, Ling y Sanny. https://openstax.org/books/university-physics-volume-1/pages/14-6-bernoullis-equation

Consulta: Sección sobre conservación de energía, presión, velocidad y elevación; no se reproducen ejemplos, imágenes o texto del libro. Apoyo: Interpretación energética de presión y altura bajo hipótesis de densidad constante; términos que deben declararse al simplificar. Límite: El libro presenta Bernoulli ideal sin pérdidas. La pérdida de carga del caso es una entrada ficticia añadida al balance; no se calculan fricción, bombas o diámetros ni se proponen mínimos de presión.

[HVAC-COILS] EnergyPlus 24.2 Engineering Reference: Coils

EnergyPlus / U.S. Department of Energy. https://bigladdersoftware.com/epx/docs/24-2/engineering-reference/coils.html

Consulta: Apartados DX Cooling Coil Model: separación sensible/latente, capacidad bruta, condiciones de entrada y funcionamiento parcial; también balance de serpentín. Apoyo: Relacionar capacidad, condiciones de ensayo y componentes sensible y latente; distinguir salida de batería y servicio de zona. Límite: Edición documental 24.2 elegida como referencia, no afirmada como versión actual. No se ejecutó EnergyPlus ni se reprodujo su modelo completo.