Por qué importa el diseño de los colgadores
Un diseño de colgadores inadecuado provoca flecha en el conducto, tensión en las uniones, incumplimiento de la clase de fuga y, en eventos sísmicos, el colapso total del conducto. SMACNA, EN 12236 y AS/NZS 4254 especifican tablas de separación máxima de colgadores que no deben superarse. Las especificaciones de proyecto suelen añadir requisitos adicionales (arriostramiento sísmico en zonas de terremotos, colgadores resistentes al fuego en conductos resistentes al fuego, colgadores de acero inoxidable en salas limpias y procesado de alimentos). La integridad estructural del sistema HVAC depende de que los colgadores estén correctamente diseñados, fabricados e instalados.
Separación de colgadores según SMACNA
Conducto rectangular (SMACNA, tabla 5-1)
- Hasta 760 mm (30 in) de ancho, calibre ≤ 0,85 mm (22 ga): separación máxima de 1800 mm (6 ft)
- 760-1520 mm de ancho, calibre de 0,85-1,0 mm: máx. 1500 mm (5 ft)
- 1520-2300 mm de ancho, calibre de 1,0-1,2 mm: máx. 1200 mm (4 ft)
- Más de 2300 mm o calibre de 1,2 mm: máx. 1200 mm más revisión estructural
Conducto redondo (SMACNA, tabla 5-3)
- Hasta Φ750 mm: separación máxima de 3,600 mm (12 ft)
- Φ750-1200 mm: 2400 mm (8 ft)
- Más de Φ1200 mm: 1800 mm (6 ft)
Requisitos adicionales (todos los conductos)
- Colgador a menos de 600 mm de cada codo, derivación, transición o accesorio
- Colgador a menos de 300 mm de cada conexión de conducto flexible
- Colgador en cada penetración de piso
- Dos colgadores en los tramos de conducto más cortos que la separación estándar
- No apoye nunca un conducto sobre otro; los conductos pueden compartir un trapecio, un trapecio de varios niveles o un perfil solo cuando está diseñado para la carga combinada (y arriostrado para ella en zonas sísmicas)
Tipos de colgador
Colgador tipo trapecio (conducto rectangular)
Travesaño horizontal (normalmente ángulo de hierro de 40×40×4 mm, mayor para conductos grandes) sostenido por dos varillas de suspensión verticales. El conducto descansa sobre el travesaño; la restricción lateral se logra con un clip vertical. Estándar para conducto rectangular. Dimensionamiento de la varilla de suspensión: M10 para conducto comercial típico, M12 para los más grandes o sísmicos. El travesaño debe superar el ancho del conducto en 50 mm por cada lado.
Colgador de fleje
Fleje de acero galvanizado (normalmente de 25×1,5 mm) que rodea la parte inferior del conducto, con ambos extremos fijados a la estructura. Se usa en conducto rectangular pequeño (de menos de 600 mm de ancho) y en conducto redondo pequeño (de menos de Φ400 mm). Se instala más rápido que el trapecio en conductos pequeños.
Colgador de banda partida (conducto redondo)
Abrazadera circunferencial que rodea por completo el conducto redondo, con una sola varilla de suspensión fijada a la estructura. Estándar para conducto redondo en cielos rasos suspendidos. Instalación sencilla en reformas. Fabricantes: Caddy, B-Line, Erico.
Canal tipo sombrero
Perfil de acero conformado en frío prediseñado (normalmente de 50×50 mm o 70×70 mm) que soporta varios conductos o un único conducto grande, dimensionado para la carga combinada de todos los conductos que sostiene. Se usa cuando muchos conductos pequeños discurren en paralelo o cuando el conducto es demasiado grande para un trapecio estándar. Habitual en salas de máquinas y montantes.
Canal tipo sombrero con arriostramiento sísmico
Perfil omega más varillas de arriostramiento en ángulo hacia la estructura para resistir la aceleración sísmica lateral. Se usa en zonas sísmicas (SDC D-F según ASCE 7). Los kits prediseñados de Mason Industries, B-Line e ISAT incluyen perfil omega, varillas de suspensión, varillas de arriostramiento, herrajes de fijación estructural y cálculos de ingeniería sellados.
Cálculo de cargas
Carga muerta (siempre presente)
- Peso del acero del conducto galvanizado: densidad de ~7,85 g/cm³; 22 ga (0,85 mm) ≈ 6,7 kg/m²; 20 ga ≈ 7,9 kg/m²; 18 ga ≈ 9,4 kg/m²; 16 ga ≈ 11,8 kg/m²
- Conducto de acero inoxidable: ~7,95 g/cm³; similar al galvanizado según el calibre
- Aislamiento: envoltura de fibra de vidrio para conductos de 25 mm ≈ 1,5 kg/m²; 50 mm ≈ 3 kg/m²; lana mineral ≈ 2× la fibra de vidrio; espuma fenólica ≈ 0,5×
- Revestimiento acústico (interno): 25 mm ≈ 0,5-1 kg/m² (menos que el externo porque no tiene acabado)
- Accesorios: compuertas, difusores, compuertas cortafuego, cajas VAV: se calculan por pieza con datos del fabricante
Carga viva (ocasional)
- Cargas de mantenimiento si se camina sobre los conductos: típicamente una carga puntual de 75 kg en los puntos de acceso para mantenimiento
- Carga de nieve o hielo en conductos exteriores en climas fríos
Carga sísmica (en zonas sísmicas)
- Según ASCE 7-16 Sección 13.3.1: Fp = [(0.4 × ap × SDS × Wp) / (Rp/Ip)] × (1 + 2z/h), acotada entre 0.3 y 1.6 × SDS × Ip × Wp. ASCE 7-22 replantea la comprobación con nuevos factores (Hf, Rμ, CAR, Rpo), así que use la edición adoptada en su jurisdicción.
- ap = factor de amplificación del componente (2.5 para conductos, ASCE 7-16 Tabla 13.6-1), SDS = aceleración espectral de respuesta de diseño, Wp = peso del conducto, Rp = modificación de respuesta del componente (6 para conductos con uniones distintas de las soldadas o con soldadura fuerte), Ip = factor de importancia (1.0 para el caso típico, 1.5 para hospitales), z = altura de la fijación del conducto sobre la base, h = altura de la cubierta
- Con ap = 2.5, Rp = 6 e Ip = 1.0, el resultado va desde unos 0.3 × SDS × Wp en la parte baja del edificio hasta 0.5 × SDS × Wp a nivel de cubierta: aproximadamente el 15-25% del peso del conducto con SDS = 0.5 y el 30-50% con SDS = 1.0, y 1.5 veces esos valores en hospitales
- Los colgadores deben resistir esta fuerza lateral sin fluencia; el arriostramiento suele colocarse a intervalos de 12 m o según la separación del kit prediseñado
Normativa de restricción sísmica
- ASCE 7-22 (EE. UU.): el capítulo 13 cubre el diseño sísmico de componentes no estructurales. El SMACNA Seismic Restraint Manual ofrece orientación específica para HVAC.
- AS 1170.4 (Australia): la Sección 8 abarca las acciones sísmicas sobre partes y componentes; AS/NZS 4254.2 (conducto rígido) abarca los propios conductos.
- NZS 1170.5 y NZS 4219 (Nueva Zelanda): NZS 1170.5 fija las acciones sísmicas, incluidas las que afectan a partes y componentes; NZS 4219 abarca el arriostramiento sísmico de las instalaciones de los edificios, como los conductos.
- Eurocódigo 8: marco europeo de diseño sísmico.
- JIS / Ley de Normas de Construcción de Japón: requisitos japoneses de restricción sísmica (muy estrictos).
- IBC sección 1613: disposiciones sísmicas del International Building Code de EE. UU.
Kits sísmicos prediseñados
En proyectos HVAC comerciales en zonas sísmicas, los kits de restricción sísmica prediseñados simplifican enormemente el diseño y la instalación:
- Mason Industries: series HS y SHS para la restricción sísmica de conductos HVAC
- B-Line by Eaton: sistemas de arriostramiento con cables prediseñados
- ISAT (International Seismic Application Technology): catálogo completo de restricción sísmica
- Hilti: sistemas de anclaje con tablas de carga de clasificación sísmica
Cada kit incluye cálculos de ingeniería sellados que cumplen los requisitos de ASCE 7 / IBC, AS 1170.4 o NZS 1170.5 / NZS 4219, lo que simplifica la revisión del ingeniero estructural del proyecto y el trabajo de campo del instalador.
Detalles de fijación estructural
Losa de concreto
- Anclajes drop-in (anclajes de expansión postinstalados colocados en un orificio taladrado)
- Insertos roscados fundidos en la losa (fijados al encofrado antes del hormigonado)
- Anclas de cuña (mecánicas postinstaladas, p. ej. Hilti HSL, Powers Power-Bolt)
- Anclas adhesivas (anclajes químicos, p. ej. Hilti HIT-RE 500)
- Pernos pasantes en construcción prefabricada de doble T
Estructura de acero
- Grapas de viga (sin soldadura en obra)
- Grapas en C para alas superiores de vigas I
- Pernos roscados soldados (donde se permite soldar en obra)
- Pernos pasantes en el alma de la viga para cargas pesadas
Estructura de madera
- Tirafondos o pernos pasantes a los elementos de madera
- Ménsulas de montaje lateral a las viguetas
- Colgadores de fleje entre viguetas para conductos entre vanos
Vigueta de alma abierta
- Grapa de viga en el cordón superior (lo más común)
- Perno pasante al elemento del alma
- Fijación soldada según la revisión estructural del proyecto
Defectos de instalación comunes
- Separación de colgadores excedida: el defecto más común en proyectos con presupuesto ajustado. La separación según las tablas SMACNA es obligatoria; superarla provoca pandeo del conducto y falla de las uniones.
- Sin colgador cerca de los accesorios: SMACNA exige un colgador a menos de 600 mm de cada codo, derivación y accesorio importante. A menudo se omite en la instalación.
- Conductos apilados unos sobre otros: nunca deje que un conducto soporte a otro. Un trapecio o perfil compartido solo es aceptable cuando está diseñado para la carga combinada (y arriostrado para ella en zonas sísmicas); un soporte compartido subdimensionado concentra la carga y complica el análisis sísmico.
- Varilla de suspensión de tamaño incorrecto: se usa M8 donde se requiere M10. Verifique la revisión estructural.
- Sin arriostramiento sísmico en zona sísmica: incumplimiento de ASCE 7 en SDC D-F. El kit prediseñado lo resuelve.
- Tipo de anclaje incorrecto para el sustrato: p. ej. un anclaje para concreto instalado en contrachapado. Requiere el anclaje correcto para el material de la losa.
- Aislamiento aplastado en el colgador: la varilla de suspensión comprime el aislamiento y crea un puente térmico. Use sillas de aislamiento o soportes de aislamiento rígidos.
- Colgadores de fleje en un conducto demasiado grande: el fleje está dimensionado solo para conductos pequeños. Use trapecio para rectangulares de más de 600 mm de ancho o redondos de más de Φ400 mm.
Implicaciones para la fabricación de conductos HVAC
Los talleres de fabricación de conductos HVAC normalmente no son responsables del diseño de los colgadores (eso corresponde al contratista de instalación y al ingeniero estructural del proyecto). Sin embargo, los fabricantes deben:
- Suministrar conducto con rigidez suficiente para salvar la distancia entre colgadores sin pandearse (calibre correcto según SMACNA)
- Incluir refuerzo en los puntos de fijación de los colgadores (normalmente refuerzo de ángulo de hierro o canal tipo sombrero a una separación de 1800 mm)
- Diseñar la separación de las bridas TDF para que los colgadores se apoyen en las bridas (instalación más limpia)
- Suministrar orejas o ménsulas para colgar cuando lo solicite el contratista de instalación
- Documentar el peso de los tramos de conducto fabricados para apoyar la planificación de cargas de la cuadrilla de instalación
La línea automática de conductos SBAL-V de Taokron y la formadora de tubo espiral SBTF pueden configurarse para producir conducto con el calibre y el refuerzo que exija el estándar de su proyecto; confirme los detalles con Taokron para su mezcla de conductos. Los herrajes de instalación (colgadores, varillas de suspensión, anclajes) normalmente los obtiene el instalador por separado de proveedores especializados.
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Preguntas frecuentes
¿Qué cargas deben soportar los colgadores?
Carga permanente (conducto + aislamiento + accesorios), carga viva (acceso de mantenimiento), carga sísmica (aceleración lateral según ASCE 7 / AS 1170.4 / NZS 1170.5 en zonas sísmicas).
¿Cuándo se requiere restricción sísmica?
Según el Capítulo 13 de ASCE 7-22 en SDC D-F (la mayor parte del oeste de EE. UU., Alaska, Caribe). En Australia, según AS 1170.4 Sección 8; en Nueva Zelanda, según NZS 1170.5 con NZS 4219 para la sujeción de las instalaciones de los edificios. Los hospitales y edificios de emergencia tienen requisitos más estrictos en cualquier caso.
¿Cuál es la separación estándar de colgadores para conductos HVAC?
Según las Tablas 5-1 (rectangular) y 5-3 (redondo) de las HVAC Duct Construction Standards de SMACNA, la separación máxima estándar entre colgadores depende del tamaño y del peso del conducto. Para conducto galvanizado comercial típico: rectangular de hasta 760 mm de ancho, cada 1,800 mm (6 ft); de 760-1,520 mm de ancho, cada 1,500 mm (5 ft); por encima de 1,520 mm o de calibre superior a 1.2 mm, cada 1,200 mm (4 ft), con revisión estructural por encima de 2,300 mm. Conducto redondo de hasta Φ750 mm, cada 3,600 mm (12 ft); de Φ750-1,200 mm, cada 2,400 mm (8 ft); por encima de Φ1,200 mm, cada 1,800 mm (6 ft). EN 12236 y AS/NZS 4254 especifican valores similares en unidades métricas. Además, deben colocarse colgadores a menos de 600 mm de cada codo, derivación y accesorio importante, con independencia de la longitud del tramo.
¿Qué tipos de colgador se usan en los conductos HVAC?
Tipos habituales: (1) colgador de trapecio: travesaño horizontal de ángulo de hierro con dos varillas verticales de suspensión; estándar para conducto rectangular; (2) colgador de fleje: fleje de acero galvanizado que rodea el conducto; para conducto rectangular pequeño y redondo; (3) colgador de abrazadera partida: abrazadera circunferencial alrededor del conducto redondo con una sola varilla de suspensión; para conducto redondo en falso techo; (4) perfil omega: para conductos muy grandes o varios conductos lado a lado sobre un mismo soporte diseñado para su carga combinada; (5) perfil omega con arriostramiento sísmico: para zonas que requieren sujeción lateral. Material del colgador: acero galvanizado para HVAC general; acero inoxidable para salas limpias y procesado de alimentos; kits sísmicos prediseñados (Mason, B-Line) para zonas sísmicas.
¿Cómo se fijan los colgadores a la estructura del edificio?
La parte superior de la varilla de suspensión del colgador se fija a la estructura del edificio mediante un elemento de fijación aprobado: (1) losa de hormigón: anclaje postinstalado de tipo drop-in, de cuña o adhesivo, o un inserto roscado fundido en la losa; (2) estructura de acero: pinza de viga, pinza en C o unión soldada según AISC; (3) estructura de madera: tirafondo o perno pasante en los elementos de madera; (4) viguetas de alma abierta: pinza de viga en el cordón superior. La selección del anclaje se hace según la especificación estructural del proyecto y las tablas de carga del fabricante. El apéndice de las HVAC Duct Construction Standards de SMACNA y ASCE 7-22 especifican las cargas admisibles. El ingeniero estructural del proyecto suele revisar y aprobar los detalles de fijación de los colgadores, sobre todo en zonas sísmicas.
