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Ventilación industrial Objetivos El objetivo de la ventilación aplicada a la vivienda, oficinas, locales de espectáculos, etc., es la creación de condiciones de "confort" higrotérmico y la eliminación de olores y bacterias. En contraste, la ventilación industrial se ocupa del control de la enorme variedad de sustancias que pueden contaminar el aire en los locales de trabajo y que se originan en los procesos productivos. Se ocupa también de la neutralización del calor industrial. Su finalidad puede ser eliminar un riesgo para la salud o bien mejorar condiciones, molestas u ofensivas. La ventilación puede consistir en el ingreso de una cantidad calculada de aire limpio exterior, suficiente para diluir los contaminantes reduciendo sus concentraciones a valores permisibles predeterminados, o bien en la extracción local del aire contaminado en su lugar de origen. Natural General Ventilación
Natural acelerada Mecánica Aspirante
Localizada
Mecánica
Insuflante Mixta
Ventilación natural:
Es la forma de renovar el aire, sin usar medios mecánicos. Está basada en la corriente ascensorial del aire provocada por diferencia de temperatura.
Ventilación natural acelerada: Cuando es necesaria la evacuación con renovaciones del orden de 2 a 5 veces el cubo del local, se colocan aspiradores estáticos en el techo. Ventilación mecánica:
Cuando la ventilación natural es insuficiente, es necesario recurrir a la ventilación artificial, obtenida por medios mecánicos.
Ventilación general:
Es cuando se produce la ventilación total del local para producir sólo la evacuación del aire.
Ventilación localizada:
Se practica cuando ciertas actividades producen emanaciones agresivas que se dispersan en el local.
Ventilación aspirante:
Aspirando aire del exterior de los locales y arrojándolo al exterior.
Ventilación Insuflante:
Insuflando en los locales una cierta cantidad de aire puro.
Ventilación mixta:
Son instalaciones más complejas, usan simultáneamente el ingreso de aire puro y evacuan el aire viciado.
Ventajas de la ventilación mecánica: — Permite realizar un dosaje regular regular del aire con el fin de conseguir un ambiente homogéneo. — Realiza un aislamiento aislamiento completo de la atmósfera exterior.
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— Contempla la posibilidad posibilidad de poner un local en sobrepresión. sobrepresión. — Permite el acondicionamiento acondicionamiento de los locales. — Permite todas las condiciones condiciones de evacuación evacuación del aire. Ventajas e inconvenientes de la ventilación aspirante e insuflante: Aspirante: — Conveniente cuando se desea efectuar la eliminación de polvos, humos y vapores en el punto de producción. — Conveniente cuando se desea aplicar una ventilación general del aire viciado de una fábrica, especialmente en la parte alta. — Ponen el local en en depresión y provocan la entrada de aire frío. Insuflante: — Ponen al local en sobrepresión. — El aire insuflado puede puede ser filtrado, calefaccionado, calefaccionado, humectado y refrigerado. — La evacuación se efectúa efectúa naturalmente por aberturas y chimeneas. chimeneas. Ventilación forzada o aspiración localizada (Fig. 48) Consiste en captar aire contaminante cerca de la fuente de emisor del agresor, conducirlo por conductos y previa separación del tóxico aspirado con el aire, evacuación de la corriente gaseosa al exterior. Es conveniente conocer el comportamiento de los agresores en el aire que los contiene. Los vapores y gases forman con rapidez en el aire mezclas, y en consecuencia aspirando el aire, se aspira el agresor. Cuanto más cerca de la fuente de emisión, se coloca la captación, mayor será la cantidad de agresor que se aspire antes que éste se disperse en el ambiente. El caso de material particulado es más complejo, depende del tamaño de las partículas. El tamaño de las partículas en suspensión oscila entre los 0,2 y 20 micrones. Las que tienen entre 10 y 20 micrones constituyen el mayor peso dentro de una cantidad de material particulado, pero el menor número. Las que oscilan entre 0,2 y 10 micrones observan el proceso inverso. Las partículas en suspensión en el aire, están sometidas a la acción de la gravedad y el movimiento Browniano. En caída libre, además de las fuerzas gravitacionales, existen otras de rozamiento, que se oponen a la caída. En ambientes industriales las corrientes de aire son de 6/6m/min. como mínimo, por lo que teniendo en cuenta sólo la acción de la gravedad, las partículas finas no tienen posibilidad de moverse independientemente en el aire, si se encuentran suspendidas. De lo anterior se deduce un principio fundamental en la aspiración localizada: "Los polvos finos de trascendencia higiénica, pueden considerarse como carentes de peso, o de capacidad de movimiento independiente en el aire, por lo que el control de este tipo de material se reduce al control del aire en que se encuentra suspendido".
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Podemos clasificar las partículas en suspensión en partículas inerciales, que responden a las leyes gravitacionales, y partículas finas, que son las que permanecen en suspensión.
Se puede establecer un paralelo entre ambas: Partículas inerciales
Partículas finas
Caen por acción de gravedad.
Forman suspensiones estables.
Constituyen el mayor peso.
Constituyen el mayor número.
Pueden separarse por gravedad o impacto.
Se separan sólo por filtrado.
No difractan la luz.
Difractan la luz.
Deben muestrearse por sedimentación.
Se muestrean por aspiración.
Se controlan con dificultad.
Se controlan con el movimiento del aire.
Diseño de los conductos Los agresores aspirados deben ser transportados a través de conductos hasta los equipos de control y/o retención antes de ser eliminados. Estos conductos deben ser construidos de material adecuado a las características del tóxico o agresor a fin de evitar el ataque por parte de éste. Dicho ataque puede ser abrasión o desgaste en caso de material particulado y ataque químico o corrosión en el caso de gases y vapores. Los conductos de un sistema de ventilación deben cumplir las siguientes funciones: 1) Llevar el aire contaminado desde las diferentes campanas a un punto de tratamiento o descarga. 2) Mediante un buen diseño asegurar que cada campana capte el caudal deseado o sea que en la superficie de control se establezca la velocidad requerida.
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3) En el caso que el contaminante sea polvo asegurar su transporte. Si no se hace un diseño adecuado de conductos el aire tenderá a circular por el camino de menor resistencia distribuyéndose en una forma que no nos dará el caudal adecuado en cada campana. Todo conducto debe ser diseñado para que trabaje en depresión, es decir a una presión menor que la atmosférica. Con esto se logra que en casos de pinchadura de la cañería o conductos el aire ambiental penetraría en ellos en vez de dispersarse el agresor transportado al ambiente. Debe evitarse largos recorridos, curvas bruscas o cualquier otra singularidad que provoque el depósito de partículas dentro de los conductos. En aspiraciones de este tipo el ventilador debe colocarse al final del sistema, con esto garantizamos una depresión a lo largo del mismo y que además el aparato no sea atravesado por el aire con agresores, lo que permite alargar la vida útil del mismo. En la circulación del aire a través de conductos, debemos tener en cuenta en función de la velocidad y del diámetro del conducto, y expresar en forma de pérdida de carga o presión en mm de columna líquida por metro de conducto. Captación de aire en un sistema de ventilación Se utiliza el término campana, en sentido amplio, para cualquier abertura, independiente de su forma o disposición, sometida a succión. Objetivo del diseño de campanas Obtener un efectivo control de contaminante con el menor caudal aspirado posible y con la menor pérdida por entrada posible (mínimo consumo de energía). Para esto, se requiere un conocimiento suficiente de la operación o proceso que se está controlando. Clasificación de campanas de captación 1) Confinamiento del proceso El caso ideal es que la campana de captación encierre totalmente la fuente contaminante.
En este caso el caudal a aspirar, será muy pequeño.
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El objetivo principal de la ventilación será el mantener una depresión suficiente que impida que el aire contaminado no pueda pasar al ambiente exterior por fisuras. 2) Campanas exteriores Constituye el caso extremo opuesto al anterior, en que la fuente contaminante está fuera de los límites físicos de la campana.
Todo elemento de aire contaminado estará sometido a dos movimientos: Uno debido a las corrientes de aire generadas por el proceso contaminante y otro provocado por la aspiración. La aspiración deberá ser lo suficiente para que el movimiento resultante del aire contaminado haga ingresar a éste en la campana. El caudal de aire a aspirar será grande, pues necesariamente se debe aspirar el aire no contaminado puesto en movimiento. Este caudal aumentará apreciablemente, con el alejamiento de la fuente contaminante, por esto la captación debe necesariamente ubicarse lo más cerca posible de la fuente. 3) Cabinas En realidad la mayoría de los casos que se presentan en la práctica son estados intermedios entre el confinamiento del proceso y la campana exterior. Dentro de estos casos están las cabinas. Se denomina así a toda campana de captación que presenta un frente total o parcialmente abierto. La fuente contaminante está dentro de la campana de captación. Para lograr en este caso un control efectivo del contaminante, la aspiración debe ser lo suficiente para inducir en el frente abierto una velocidad del aire adecuada que impida que el aire contaminado pueda pasar al exterior. Habitualmente esa velocidad inducida está en el orden de 0,25 a 1 m/s. Con el área total del frente abierto y la velocidad fijada se estima el caudal a aspirar.
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Ejemplos de cabinas: Campanas de laboratorio - Cabinas de pintado 4) Campanas receptoras Ciertos procesos inducen una corriente de aire contaminado apreciable y con una trayectoria no aleatoria sino definida. Ejemplos: la corriente de aire inducida por procesos con liberación de calor. Se induce en este caso una corriente ascendente debido a la diferencia de densidad del aire. En este caso la función de la campana es simplemente la de recibir la corriente de aire inducida por el proceso. El caudal de aire a aspirar se determinare estimando el caudal inducido.
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Otro ejemplo de campana receptora: Campana utilizada en la ventilación de una pulidora. A los efectos de la captación de los contaminantes, debe tenerse en cuenta los siguientes principios: — El aire limpio debe recorrer al trabajador de arriba hacia abajo o de atrás hacia adelante. — Las campanas o dispositivos de captación deben encontrarse lo más próximo posible del lugar de emisión del agresor. Este último principio se debe a que la velocidad de aspiración decrece y se hace cero a un diámetros de la boca de aspiración. Cada situación tendrá un diseño especial y no pueden darse fórmulas definitivas sino generales. Para los casos que haya que aspirar sustancias combustibles o explosivas deben tomarse recaudos especiales para evitar problemas en el sistema de aspiración. Diseño de equipos de control y retención de agresores Los equipos de control y retención de agresores están indicados por las siguientes razones: — Prevención de riesgos para la salud. — Prevención de molestias y riesgos ambientales para el vecindario. — Recuperación de material valioso. De no proyectar este tipo de equipos, lo único que haríamos sería cambiar el tóxico de lugar. Independientemente de las fuerzas que actúan sobre las partículas, los extractores de polvo se pueden clasificar en secos o húmedos. En algunos extractores se emplea agua (ciclones húmedos, filtros de arena) y en otros aceite. Cuando ningún sistema es capaz de proporcionar el grado de purificación referido se emplea un aparato que combine dos o más de los efectos mencionados (por ejemplo un ciclón con un filtros de mangas en aceite). Para facilitar la eliminación del polvo, se han aplicado recientemente varios métodos para aglomerar las partículas antes de su extracción. Con este objeto se pueden emplear técnicas ultrasónicas que se basan en que las ondas aumentan la posibilidad de colisiones entre partículas y, por tanto, si estas son capaces de aglomerarse provocan la formación de partículas de mayor tamaño que facilitan el proceso de extracción subsiguiente. También se provoca la aglomeración cuando se pasa el aire a altas velocidades a través de una cortina de aire. En las cámaras de sedimentación se utiliza a veces un chorro de vapor con el mismo propósito. El funcionamiento de un separador de polvos se evalúa mediante las siguientes características: 1) su eficacia de extracción 2) el caudal de aire en m3 o ms3 / m2 de área filtrante 3) la resistencia aerodinámica
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Los filtros de tela y de láminas se caracterizan por su capacidad de retención de polvo, es decir, por la cantidad de polvo capturada por el filtro antes de que la resistencia aumente hasta un valor especificado. La eficacia de extracción es la relación expresada en porcentaje, entre el peso del polvo retenido, y el peso del polvo entrante en un tiempo determinado. Cámaras de sedimentación Las cámaras de sedimentación son los aparatos más sencillos entre los empleados para extraer las partículas sólidas suspendidas en el aire, son de larga duración y fáciles de construir y manejar. Se usan principalmente para extraer polvos relativamente gruesos, o para efectuar una extracción previa que debe completarse posteriormente con otros separadores de polvo. La forma tradicional de las cámaras de sedimentación es un paralelepípedo alargado. El aire cargado de polvo entra en las cámaras en forma de chorro cuya propagación y recirculación dependen de la situación del conducto de entrada y de la sección transversal y longitud de la cámara. Como hemos visto, las partículas abandonan la corriente de aire debido a fuerzas gravitacionales. En la siguiente figura vemos una cámara de sedimentación tipo laberinto. Los diversos deflectores hacen que el chorro se extienda en todas direcciones perdiendo velocidad rápidamente; los remolinos que se forman son útiles para separar las partículas finas. En la otra figura vemos la configuración de la corriente de aire dentro de esta cámara.
Ciclones El ciclón es un aparato sencillo que sirve para extraer las partículas suspendidas en el aire. Se emplea principalmente para purificar aire viciado cuyo contenido inicial de polvo sea
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muy elevado. Sus principales ventajas son la capacidad, la sencillez de fabricación, el fácil mantenimiento y elevada eficacia. El aire cargado de polvo se alimenta tangencialmente por la parte superior cilíndrica a través de una entrada de sección transversal rectangular. La corriente sigue una trayectoria en espiral que primero se dirige hacia el fondo del cono y después asciende por el eje de simetría, moviéndose aún en espiral. El aire más o menos libre de polvo abandona el ciclón por un tubo situado en la parte superior. Debido a su tendencia a mantener la dirección inicial, las partículas arrastradas por la corriente giratoria de aire, se acercan gradualmente a la pared externa del ciclón. El polvo precipitado descarga por un tubo que sale del fondo del cono. El efecto extractor no depende de la posición del eje del ciclón el cual puede ser horizontal, vertical o inclinado. La corriente que antes de entrar al ciclón es totalmente uniforme y simétrica, sufre una transformación. En la primera vuelta las velocidades mayores se observan cerca del eje (como en un codo de pequeño radio) pero después las velocidades máximas, sobre todo en un ciclón cilíndrico se van acercando gradualmente a la pared. En los ciclones cónicos, las velocidades máximas se observan en la mitad del radio o incluso más cerca del eje. Observando la figura, se ve que en la parte cónica hay dos corrientes helicoidales coaxiales que giran en el mismo sentido. La corriente externa que se dirige hacia abajo y es adyacente a las paredes del ciclón, al llegar al fondo del cono, se convierte en la corriente interna ascendente. Las partículas suspendidas en el aire que entra en el ciclón, siguen este movimiento giratorio y a consecuencia del mismo, son transferidas gradualmente hacia las paredes externas, y después caen al fondo del cono en parte por gravedad y en parte porque son arrastradas por la corriente. En el eje del ciclón, particularmente en la parte inferior del cono, se produce una considerable reducción de presión, la cual en los ciclones cónicos es aproximadamente igual a la presión estática de entrada. A consecuencia de esta disminución de la presión en la parte inferior del cono, resulta imposible descargar directamente el polvo a la atmósfera, pues entraría aire del exterior a través del tubo de descarga arrastrando la mayoría del polvo hacia la salida del aire, anulando así casi totalmente el efecto extractor del ciclón. Por otro lado no se puede permitir que el polvo se acumule en el cono, el cual no debe considerarse como una tolva. En este caso, el polvo depositado, también empezaría a ser agitado por la corriente giratoria que lo arrastraría hacia la salida del aire limpio. Un método conveniente para impedir que el polvo se acumule en el cono, consiste en instalar dos válvulas que no dejen pasar aire al tubo de descarga del cono, acopladas mecánicamente de modo que cuando una se abra la otra se cierre. Otro método consiste en conectar el tubo de descarga a un colector de polvos estanco y de capacidad adecuada del cual se pueda retirar periódicamente el polvo. La eficiencia de estos aparatos, se encuentra en alrededor de un 90 % dependiendo su variación del tamaño, tipo y peso de las partículas a separar. Las mejores eficacias de extracción se obtienen con el separador centrífugo de película de agua (ciclón húmedo). Este aparato consta de un cilindro vertical cuya pared interna está
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cubierta por una película de agua que fluye hacia abajo. El aire cargado de polvo se alimenta por un conducto rectangular conectado tangencialmente a la parte posterior del cilindro. El aire limpio descarga por un empalme parecido al de entrada situado en la parte superior del cilindro, colocado de forma adecuada para que reciba la corriente de aire. En el fondo del cilindro hay un tramo cónico que está provisto de un tubo por el cual se descarga el agua contaminada. La película de agua que circula por la superficie interior de la pared es esencial para un correcto funcionamiento. En un ciclón seco ordinario el polvo extraído descarga solamente por el fondo del cono, de modo que las partículas que llegan a la pared en las primeras vueltas pueden ser arrastradas de nuevo por la corriente. En un ciclón de película de agua, en cambio, las partículas de polvo que llegan a la pared húmeda son arrastradas inmediatamente por el agua; en este tipo de ciclones las partículas de polvo tampoco pueden rebotar en la pared y penetrar en la zona central ni tampoco pueden reentar la corriente de aire que emerge del ciclón. La eficiencia de estos equipos es de alrededor de un 95 % dependiendo, como en el caso anterior, del tipo, tamaño y peso. Cuanto mayor sea la velocidad de ingreso o velocidad circunferencial dentro del ciclón y menor su diámetro, mayor será el factor de separación, es decir será más pequeña la partícula separada. Esto ha dado lugar al diseño de multiciclones, los cuales llegan a retener partículas inferiores a los 10 micrones. Separadores de polvos inerciales Un separador de polvo inercial consiste en muchos troncos de conos de diámetro gradualmente decrecientes, separados por una distancia definida. Los conos individuales se mantienen rígidamente en su sitio gracias a una armadura de lámina de acero colocada lateralmente. Las láminas están colocadas longitudinalmente en el exterior del extractor y están unidas por dos bridas que la sujetan por los extremos. El aire contaminado entra por el extremo ancho, y el aire limpio sale por las aberturas anulares que quedan entre cono u cono. Una pequeña cantidad de aire que arrastra el polvo retenido, descarga por el extremo delgado en un colector de polvo, ya sea directamente o a través de un separador intermedio de polvo. Este separador intermedio puede ser, un pequeño ciclón, cuyo tubo de descarga acostumbra estar conectado a la boca de aspiración del ventilador. Debido a la forma cónica del separador el caudal de aire que pasa por estas rendijas anulares es relativamente uniforme. Para pasar por estas rendijas el aire debe cambiar de dirección efectuando un giro de 150° aproximadamente. Las partículas que chocan por las paredes inclinadas de los conos adquieren una componente velocidad que tiende a hacerlas regresar al centro del separador. Los extractores de polvo inerciales se pueden emplear separadamente o en batería y pueden instalarse tanto en el lado de aspiración como en el de impulsión de un ventilador. La eficacia de separación de estos aparatos se encuentra en el orden del 90 %, dependiendo esto no solo del tipo de partícula sino también de la calidad del separador, por ejemplo de la precisión de las dimensiones de los anillos y de la correcta instalación del tubo de descarga. Los separadores de polvo inerciales no son recomendables para polvos fibrosos o grasientos pues pueden obstruir el paso de aire entre anillos.
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Filtros de tela Cuando el aire cargado de polvo pasa a través de un filtro de tela, las partículas se adhieren al material debido principalmente a fuerzas inerciales que la depositan sobre los hilos. La capacidad de captación de la tela es mayor cuanto más compacto es el tejido. Los tejidos rizados y gruesos, especialmente los de lana son muchos más efectivos que los tejidos delgados y lisos de algodón, existiendo actualmente una gama mucho más variada de tela filtrante de tejidos mezcla o sintéticos y los ya muy conocidos no tejidos. A medida que se van llenando de polvo, la resistencia de los tejidos rizados aumenta más lentamente que la de los tejidos lisos. La tela forma bolsas sostenidas por armazones de alambre o se coloca tensada en bastidores; para obtener una mayor compacidad los bastidores forman celdas en las que la tela se coloca en zig-zag. Cuando el filtro se pone en funcionamiento la tela limpia se obstruye cada vez más con el polvo, aumentando la resistencia del paso del aire y disminuyendo el caudal tratado. En la primer etapa del funcionamiento, la deposición de polvo suele efectuarse en forma de una capa más o menos uniforme repartida sobre la tela. Esta capa, que es porosa, se suma a la acción de la tela, mejorando la capacidad de captación. A medida que la capa de polvo va aumentando de espesor, crece la resistencia del filtro. Si se sacude una tela colmada de polvo, cae parte del polvo adherido en su superficie, pero la resistencia al paso del aire de la "tela limpia" nunca vuelve a ser tan bajo como cuando era nueva. Con el tiempo, después de ser usada y sacudida varias veces la resistencia de la tela limpia adquiere un valor constante. Este valor depende de las frecuencias de las sacudidas. La extracción de polvo es mucho más eficaz, si además de sacudirla se somete la tela a una corriente inversa de aire limpio. Por este procedimiento, disminuye considerablemente la resistencia inicial constante de la tela limpia. Si la tela se sacude y sopla a intervalos regulares de 3 a 5 minutos la resistencia y el caudal se pueden considerar constantes.
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Los mejores resultados se obtienen con filtros de mangas con soplado y sacudido automático. Son superiores a los filtros de bastidores en zig-zag. Los tipos más sencillos de filtro de tela carecen de dispositivos mecánicos para la limpieza. La tela de estos filtros se limpia periódicamente mediante sacudido y cepillado. La capacidad de captación de polvo de un filtro de tela depende de: el tipo y la clase de tela a utilizar; el contenido inicial de polvo del aire; el tipo de polvo y su distribución por tamaño de partículas; y también la cantidad de polvo captado por el filtro; la carga, es decir, la cantidad de aire por m2 de tela por hora. Los filtros de tela no deben utilizarse si existe la posibilidad de que la temperatura del aire descienda por debajo del punto de rocío, lo que provocaría la condensación de agua sobre el tejido. El polvo húmedo tapa los poros del t ejido. Filtros de manga: en la siguiente figura se muestra un modelo en el cual las bolsas se limpian mediante un dispositivo automático para soplar y sacudir. En los filtros de mangas el caudal varía entre 150 y 180 m3/h por m2 de tela filtrada, según el contenido de polvo del aire incidente.
Filtros de bastidores: en la siguiente figura podemos observar uno de estos filtros provistos de un mecanismo para sacudir periódicamente la tela y de una tolva para recoger el polvo. Este tipo de filtro se utiliza en combinación con una cámara de sedimentación o un ciclón que purifique previamente el aire. En estos filtros se emplean telas lisas muy compactas debido a que no se pueden invertir el sentido en que circula el aire. Todos estos sistemas de filtros tienen una muy alta eficiencia dependiendo del tipo de partículas y el tipo de tela filtrante a utilizar.
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Filtros impregnados de aceite En los filtros impregnados de aceite la materia filtrante está cubierta por una capa de aceite. El material filtrante puede consistir en anillos metálicos de pared delgada, anillos de porcelana, fibra de vidrio, tamices de metal corrugado, virutas metálicas, etc. Se utilizan para extraer el polvo fino contenido en el aire cuando su concentración está comprendida entre 10 y 20 mg/m3. Generalmente consiste en una caja metálica en la cual dos de sus lados están cubiertos por una tela de alambre. El espacio comprendido entre las telas de alambre de las cajas se llenan con anillos metálicos o de porcelana de pared delgada y 12 mm. de diámetro. Tal como lo muestra la figura. Las celdas después de sumergidas en un baño de aceite y de dejar escurrir el aceite sobrante se colocan en el filtro. El aceite debe ser viscoso inodoro y de secado lento. Son varios los aceites empleados, por ejemplo aceite para husillos, lubricantes para cilindros de buena calidad, etc. El área filtrante requerida se obtiene colocando varias celdas en un armazón. El conjunto de celdas forma una superficie horizontal, vertical, inclinada, plana ó zigzagueante. Tal cual lo vemos en la siguiente figura. El aire cargado de polvo sigue un camino en zigzag al pasar a través del material del relleno de las celdas, por lo que se ve obligado a cambiar de dirección continuamente y las partículas de polvo que lleva en suspensión chocan contra los anillos en lo que se quedan adheridos. A medida que avanza el proceso, las partículas captadas por el filtro disminuyen gradualmente el área transversal libre. Esto aumenta la resistencia al paso del aire y disminuye el caudal y la eficacia. Para obtener el efecto purificador especificado y mantener constante la resistencia, las celdas contaminadas se reemplazan por celdas limpias, después de un perío-
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do determinado, por el contenido inicial de polvo y caudal. Las celdas contaminadas se limpian con una solución caliente de soda, se secan y se vuelven a impregnar de aceite y se emplean nuevamente. La eficacia de los filtros con relleno de anillos metálicos de pared delgada puede alcanzar el 99% para un caudal de 4.000 - 5.000 m3/h.m2 de superficie frontal libre.
Filtro impregnado de aceite con lavado automático este tipo de filtro consta de un armazón en cuyo interior se mueve una cinta sin fin por unas guías verticales ranuradas. La cinta consiste en numerosos paneles de malla de acero que se superponen, y por los cuales debe pasar el aire atravesando unos 16 paneles. La cinta se mueve con una velocidad de 1,8 a 3,5 mm/min. y en el fondo del filtro pasa por un baño de aceite que sirve para limpiar los paneles sucios y recubrirlos con una capa de aceite que captura más polvo. El sedimento se recoge en un sumidero situado debajo del baño que se limpia una o dos veces por mes. Este aparato tiene una eficacia de 96 a 98 %.
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Filtros de papel Tal como lo muestra la siguiente figura, el material filtrante es papel de calidad especial, fino, suave y poroso.
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Para el filtro que muestra la figura, la superficie filtrante efectiva es de 2 m2. La eficacia y la resistencia al paso del aire depende del número de hojas de papel filtrante, de su calidad, y también del tipo de polvo y de su distribución por tamaño. Los filtros de papel se emplean para purificar aire cuya concentración de polvo inicial sea de 2-5 mg/m3. Estos filtros pueden ser también construidos sobre armazones de cartón y ser totalmente descartables. Se los utiliza como prefiltros de otros de mayor eficiencia como ser los absolutos.
Filtros de aspersión En los filtros de aspersión los lechos filtrantes de anillos ó grabas se mojan desde arriba mediante pulverizadores de agua. Las partículas de polvo se adhieren en las superficies húmedas al verse obligadas a seguir un camino tortuoso a través del lecho. Algunas son arrastradas por la corriente de agua, pero el resto permanece en la superficie del material de relleno o en los espacios libres. Por esto el relleno debe lavarse periódicamente pues el relleno sucio aumenta la resistencia al paso del aire lo que lleva consigo una disminución de la eficacia.
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La eficacia de los filtros de aspersión depende de la granulometría del polvo, de las características del material del relleno, del caudal del aire, del espesor del lecho, de lo húmedo que esté el lecho, y de la dirección de la corriente de aire con respecto a la del agua. Para obtener una buena extracción de polvo, con estos equipos, el contenido inicial de polvo no debe ser mayor de 10 a 40 mg/m3, con lo que se obtendrá una eficacia de un 80 al 95 % para partículas de 0,5 micrones.
Filtros de malla Los filtros de malla se fabrican con tela metálica de malla de 2-4 mm. Se utilizan para extraer del aire el polvo fibrozo. La malla se coloca en un marco de madera o de metal. Para ganar espacio los marcos se colocan en zig-zag. Después de cierto tiempo el polvo que se deposita sobre la tela metálica forma unos conglomerados característicos de "algodón" (el filtro "con tela"). Estos constituyen una capa filtrante adicional que aumenta de espesor hasta que se caen total o parcialmente. Este proceso se repite, por lo que después de la coagulación inicial, tanto la eficacia como la resistencia del filtro pueden considerarse más o menos constante. Si esta clase de filtro se utiliza para el aire recirculado en un sistema de ventilación, es necesaria una segunda etapa para completar la extracción. En la siguiente figura vemos un filtro de malla en el cual las fibras son recogidas por un rodillo que las arroja a un depósito colector. El aire limpio sale por los extremos del tambor el cual gira movido por una rueda de trinquete.
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Precipitadores electrostáticos Se caracterizan por una alta eficiencia y casi no tienen resistencia al paso del aire. El polvo que pasa se carga eléctricamente al pasar cerca de electrodos ionizados de carga negativa y luego es recolectado en placas o tubos ionizados con carga eléctrica positiva. Como no se puede acumular indefinidamente polvo sobre las placas se debe proceder a su limpieza periódica que se lleva a cabo vibrando o golpeando las placas con lo cual el polvo se desprende y cae. La eficiencia de retención es independiente del diámetro de las partículas, y es muy eficiente aún para partículas de diámetro inferior a 1 micrón. No están indicados para la recolección de polvos inflamables debido al riesgo de presencia de chispas cuando se acorta la distancia entre electrodos por la acumulación de polvo. Otros separadores de polvo Filtro absolutos: poseen una eficiencia del 99,97 % para partículas de 0,3 micrón o mayores. Se utilizan para el filtrado del are de in yección en áreas estériles. Almohadillas de aluminio: están compuestas por varias láminas de aluminio desplegado las cuales retienen el polvo por impacto, se los puede impregnar con sustancias adhesivas, son lavables recuperables, se los fabrica para distintas eficiencias, la velocidad de pasaje del aire es de 100 mt. por minuto por m2 de superficie. Almohadilla de lana de vidrio: son bastidores de cartón con metal desplegado en dos de sus caras, rellenas con lana de vidrio no disgregante, se los utiliza como filtros en tomas exteriores para aire acondicionado, son muy económicas, descartables.
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Separador húmedo por turbulencia: son equipos en los cuales se inyecta el aire con polvo en una batea con agua en la cual se provoca una turbulencia que efectúa la humectación del material en muchos casos su total retención. Aumenta las posibilidades inerciales de las partículas por el incremento de su masa, facilitando su posterior separación. Se utiliza con polvos muy higroscópicos. Con el agregado de picos pulverizadores podemos transformar estos equipos en eficaces lavadores de gases. Diseño de los ventiladores Tipos de ventiladores: Los ventiladores se clasifican en dos grupos: — Centrífugos: en que la corriente de aire se establece radialmente a través del rodete. A su vez éstos ventiladores se clasifican por la forma de sus álabes o aletas, pudiendo ser estas curvadas hacia adelante, hacia atrás o radiales (rectas). — Axiales: en los que la corriente de aire se establece axialmente a través del rodete. Estos se clasifican en ventiladores de hélice axial y con aletas directrices. El ventilador centrífugo se utiliza en la mayoría de las aplicaciones de confort en virtud de su alto margen de funcionamiento, alto rendimiento y presiones relativamente elevadas. Además, la boca de entrada de un ventilador centrífugo se puede conectar con facilidad aun aparato de gran succión transversal mientras la boca de descarga se conecta fácilmente a conductos relativamente pequeños. El flujo de are puede variarse de manera que se adapte a los requisitos del sistema de distribución de aire mediante simples ajustes de dispositivos de transmisión del ventilador o del control. Los ventiladores axiales son excelentes para aplicaciones de gran volumen de aire, en que los niveles de ruidos son de importancia secundaria, por lo que se suele utilizar en aplicaciones industriales. Los ventiladores centrífugos de aletas curvadas hacia adelante alcanzan sus máximos rendimientos con bajas velocidades, pequeños caudales y altas presiones estáticas. En cambio los axiales alcanzan un mayor rendimiento con altas velocidades, grandes caudales y ba jas presiones estáticas. Características de los ventiladores centrífugos: Tipos de ventilador
Ventajas
Curvado hacia adelante
— Funciona a velocidad relativamente baja en comparación con los otros tipos para un mismo caudal. — Ventilador más pequeño para un servicio dado, excelente para unidades compactas de ventilador y serpentín.
Radial
— Se limpia por sí mismo. — Puede ser proyectado para que tenga elevada resistencia mecánica estructural a fin de obtener altas velocidades y presiones.
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Curvados hacia atrás
— De mayor rendimiento. — Más silencioso que otros.
Elección del ventilador: Los factores que intervienen en la elección de un ventilador son: — Caudal de aire. — Presión estática. — Densidad del aire (cuando es diferente a la normal). — Nivel de ruidos. — Espacio disponible. — Naturaleza de la carga. Leyes de los ventiladores Q = Flujo o caudal (m3/hora) N = Velocidad de rotación (r.p.m.) p = Presión (mm ca) P = Potencia (Kw o CV) D = Diámetro de hélice (mm o m) W = Densidad del aire (Kg/m3) R = Rendimiento a) Tomando D = cte. 1. El flujo varía directamente con la velocidad de rotación. Q1 Q2
=
N1 N2 2. La presión desarrollada varía con la velocidad de rotación al cuadrado.
N = 1 p 2 N 2 p1
2
3. La potencia absorbida varía con la velocidad de rotación al cubo.
N = 1 P2 N 2 P1
3
b) Tomando N = cte. 4. El flujo varía con el diámetro de la hélice al cubo.
D = 1 Q 2 D 2 Q1
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5. La presión desarrollada varía con el diámetro de la hélice al cuadrado.
D = 1 p 2 D 2 p1
2
6. La potencia absorbida varía con el diámetro de la hélice a la quinta.
D = 1 p 2 D 2 p1
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c) Variando N y D. 7. El flujo varía con la velocidad de rotación por el diámetro de la hélice al cubo. N D = 1 . 1 Q 2 N 2 D 2 Q1
2
8. La presión desarrollada varía con la velocidad de rotación al cuadrado por el diámetro de la hélice al cubo. 2
N D = 1 . 1 p 2 N 2 D 2 p1
3
9. La potencia absorbida varía con la velocidad de rotación al cubo por el diámetro de la hélice a la quinta. 3
N D = 1 . 1 P2 N 2 D 2 P1
5
d) Relativas a la densidad con N = cte. 10. El flujo no varía con el cambio de densidad. 11. La presión desarrollada varía con el cambio de densidad. p1 p2
=
W1 W2
12. La potencia absorbida varía con el cambio de densidad. P1 P2
Datos de consideración
=
W1 W2
22
Temp. bajas hasta 0 °C
Aumentan la potencia un 7 %
Temp. altas hasta 50 °C
Disminuyen la potencia un 9 %
Presión barométrica hasta 800 mm
Aumentan la potencia un 5 %
Presión barométrica hasta 700 mm
Disminuyen la potencia un 8 %
Altitud hasta 400 m bajo nivel mar
Aumenta la potencia un 5 %
Idem hasta 1000 m sobre nivel mar
Disminuye la potencia un 10 %
Rendimiento de un ventilador R =
Q .p P. 272320 P.CV
Diseño de las evacuaciones Los conductos finales de equipos de aspiración cuyos efluentes hayan sido convenientemente tratados, pueden evacuarse a cualquier altura respecto al nivel del piso. Sin embargo los sistemas de seguridad aconsejan evacuar a los cuatro vientos. Para evitar el ingreso de agua de lluvia, se han desarrollado toda clase de sistemas y coberturas denominadas generalmente sombreretes. Estos elementos, si no están bien diseñados, provocan una pérdida de carga adicional, sin ninguna finalidad práctica. Lo ideal sería diseñar sombreretes tipo cono invertido, con el vértice hacia abajo con lo cual evitamos la entrada de agua de lluvia y no entorpecemos la natural salida de aire evacuado.
