Arias Riveros Julio Extraccion Combustion Carbon

5/28/2018 Arias Riveros Julio Extraccion Combustion Carbon

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PER

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA

DISEO DEL SISTEMA DE EXTRACCIN LOCALIZADO

PARA EL BANCO DE PRUEBAS DE COMBUSTIN DELPROYECTO CARBN

Tesis para optar al ttulo de Ingeniero Mecnico que presenta el bachiller:

JULIO MIKER ARIAS RIVEROS

ASESORES: ESTELA ASSUREIRA ESPINOZA

LUIS O. COTAQUISPE ZEVALLOS

Lima, Julio 2011


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2011, Julio M. Arias Riveros.

Se autoriza la reproduccin total o parcial,

Con fines acadmicos a travs de cualquier

Medio o procedimiento, incluyendo la cita

Bibliogrfica del documento.


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DEDICATORIA

Al culminar esta tesis siento una inmensa satisfaccin y orgullo:

Satisfaccin.del deber cumplido de muchas horas de estudios y trabajos.

Orgullo..de sentirme un profesional respaldado por mi ttulo y por los

conocimientos adquiridos.

Esta tesis va dedicada en primer lugar Dios, luego a mis padres Marcial Arias,

Amanda Riveros, a mis hermanas Lourdes, Giovanna, Gina y Hanna, y especial a

Claudia, a todos ellos gracias por su cario, paciencia, compresin y ayuda

desinteresada en toda mi vida universitaria.

Para todos ellos; les entrego el fruto de mi trabajo; por la confianza que depositaron

en m y por el apoyo que me dieron en todo momento; por todas aquellas seales de

aliento que me animaron a seguir adelante; por aquella palabra o consejo apropiado

en su momento que me hizo reflexionar y darme cuenta que la vida contina.


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RESUMEN

El presente trabajo desarrolla el Diseo de un sistema de extraccin localizada para elLaboratorio de Carbn, que sirva o permita la extraccin de los gases producidos al

momento de realizar los ensayos ya sea con briquetas de carbn, biomasa (residuos

forestales) o cascarillas de arroz.

Para capturar las partculas se desarrolla un sistema de extraccin compuesta por una

campana extractora localizada tipo Canopy (fija), el transporte de los gases y partculas

se realiza por medio de conductos (rectangulares), codos, un sistema de regulacin,

absorbidas por un ventilador centrifugo que opera a presin negativa, pasando por losfiltros de mangas (polipropileno) para la captura de partculas y finalmente por el

depurador de limpieza (lavador tipo Venturi), se realiza el lavado de los gases extrados.

El clculo para la seleccin y diseo del sistema de extraccin, comprende de ductos de

mmmm 300300 , donde el fluido es absorbido con una velocidad de captura de

sm6,0 , velocidad de entrada (transporte) de sm20 , se opta un ventilador centrfugo

de alabes inclinados hacia atrs, es decir


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INDICE DE CONTENIDO

Pg.

Introduccin ...................................................................................................................... 1

Banco de Combustin del Laboratorio del Proyecto Carbn..................................... 31.1 Descripcin del Laboratorio. ................................................................................ 31.2 Generacin de contaminantes. .............................................................................. 51.3 Requerimientos para Prevencin de la Salud. ...................................................... 71.4 Requerimientos del sistema de extraccin. ......................................................... 13Fundamento del sistema de extraccin localizada..................................................... 172.1 Ventilacin aspectos generales. .......................................................................... 172.2 Ventilacin localizada. ........................................................................................ 182.3 Sistema de extraccin: matriz de decisin. ......................................................... 192.4 Tubera de transporte. ......................................................................................... 242.5 Codos. ................................................................................................................. 28

2.6 Tiro de chimenea. ............................................................................................... 292.7 Ventiladores. ....................................................................................................... 29

2.7.1 Ventiladores radiales (centrfugos). ....................................................... 302.7.2 Ventiladores axiales ................................................................................ 32

2.8 Separadores. ........................................................................................................ 362.8.1 Filtro de mangas ...................................................................................... 362.8.2 Lavadores hmedos (SCRUBBERS) ...................................................... 42

2.9 Sistema elctrico. ................................................................................................ 442.9.1 Conductores elctricos. ........................................................................... 44

Diseo del sistema de extraccin................................................................................. 473.1 Aspectos generales. ............................................................................................. 473.2 Diseo de la campana. ........................................................................................ 493.3 Sistema de ducto. ................................................................................................ 523.4 Seleccin del ventilador. ..................................................................................... 563.5 Seleccin de los filtros de mangas. ..................................................................... 593.7 Clculo del soporte de la campana. .................................................................... 613.8 Clculo del conductor elctrico. ......................................................................... 69Manual de instalacin y operatividad del sistema..................................................... 72Manual de instalacin. .................................................................................................... 73

1 Instalacin de la campana. .............................................................................. 752 Instalacin del regulador. ................................................................................ 76

3 Instalacin del ducto regulador (ducto 1), un codo y ducto 2. ........................ 794 Instalacin del codo, ducto 3, ducto 4 y codo. ................................................ 805 Instalacin del sistema de extraccin (ventilador). ......................................... 816 Instalacin del sistema de limpieza (purificador). .......................................... 817 Instalacin del Depurador de limpieza (Lavador de Venturi). ....................... 818 Instalacin de ducto y codos restantes. ........................................................... 82

Manual de operacin ....................................................................................................... 83Costos de fabricacin.................................................................................................... 84Conclusiones.................................................................................................................. 88Recomendaciones.......................................................................................................... 90Bibliografa.................................................................................................................... 91


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INDICE DE TABLAS

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Tabla 1.1. Estndares de la EPA de calidad de aire.. 12

Tabla 1.2. Valores gua para "contaminantes clsicos", segn la OMS,

basados en efectos conocidos para la salud .. 13

Tabla 2.1. Materiales para filtros de mangas...........................................38

Tabla 2.2. Factor de material...............................................40

Tabla 2.3. Factor de uso...............................................40

Tabla 2.4. Factor de tamao de partculas..................................41

Tabla 3.1. Clculo del rango de caudales con velocidades de captura....52

Tabla 3.2. Muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,

con la velocidad de entrada recomendada..53

Tabla 3.3; Muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,


Tabla 3.4. Muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,


Tabla 3.5. Rango de prdidas del sistema, dimetros y potencias57

Tabla 3.6 Clculo del rea total y la carga especfica..........61Tabla 3.7. Peso de componentes.......67

Tabla 5.1. Costo de la campana extractora, sistema de regulacin, soporte de la

campana y accesorios...... 88

Tabla 5.2. Costo de tubera de transporte y accesorios......89

Tabla 5.3. Costo del ventilador centrfugo segn el mercado... 89

Tabla 5.4. Costo de filtro de mangas segn el mercado 89

Tabla 5.5. Costo de depurador de limpieza segn el mercado.. 89Tabla 5.6. Costo de montaje de equipos y accesorios.. 90

Tabla 5.7. Costo de tubera de transporte y accesorios.. 91


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LISTA DE SMBOLOS

ductoA : rea de la campana ).( 2m

eC : coeficiente de entrada a la campana

ductoD : dimetro del ducto ).(m

FS : factor de seguridad.

PF. : factor de potencia

sistemamanH . : prdida del sistema ).( aguamm

A

K : carga especfica )..)min(( 23 mm

TK : factor de correccin por temperatura.

L : longitud del banco de pruebas.

ductoL : longitud de un ducto ).(m

tM : torque o momento torsor ( mmN. ).

N : (RPM ).

P : potencia del ventilador o potencia al eje ).(W

Q : caudal en pies cbicos /minutos ).min( 3ft

V : velocidad de captura en pies / minuto ).min(ft

campanaentradaV : velocidad de entrada a la campana )./( sm

ductoentradaV : velocidad de entrada ).( sm

campanasalidaV : velocidad de salida de la campana )./( sm

vV : voltaje (V ).

3V : velocidad en el ducto )./( sm

a : rea de la campana en pies ).(ft

d : dimetro del eje ( mm ).

codoswh . : prdida en los codos ( aguamm ).

ductowh . : prdidas en los ductos ).( aguademm


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campanawh . : prdidas en la campana ).( aguamm

k : valor que depende del material, para un acero galvanizado.

1k : coeficiente de prdida del codox : distancia de la campana al banco de pruebas en pies ).(ft

: eficiencia elctrica ( % ).

aire : densidad del aire ).( 3mKg

tpul : esfuerzo de torsin mximo admisible (2mmN ).

t : esfuerzo de torsin en el eje (2mmN ).

: viscosidad cinemtica ).( 2sm


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Introduccin

El presente trabajo desarrolla el diseo de un sistema de extraccin para el Laboratorio

de Carbn - Biomasa, donde se realiza ensayos de combustin de briquetas de carbn,

y biomasa (residual), en la realizacin de los ensayos se emiten gases txicos, dainos

para salud de las personas que se encuentran dentro del laboratorio.

La captura los gases y partculas producidos al implementar la propuesta de la campana

localizada tipo Canopy (fija), siendo el medio de transporte conductos cuadrados,

absorbidas por un ventilador centrfugo que opera a presin negativa, pasando por

filtros de mangas (polipropileno) para la captura de partculas y finalmente por el

depurador de limpieza (lavador tipo Venturi), para el lavado de los gases.

El desarrollo del trabajo comprende de 4 captulos

El captulo 1 describe la necesidad que existe en los ensayos de combustin del

laboratorio del Proyecto Carbn - Biomasa, de extraer los gases y partculascontaminantes generadas al realizar los ensayos; se detalla la ubicacin del laboratorio y

dentro de ella el banco de ensayos. Se describe los combustibles con los que se realiza

los ensayos como la biomasa (restos forestales) y carbn mineral, se adopta Normas

Tcnicas de Prevencin Espaolas para establecer los valores admisibles dentro de

laboratorio.

Seguidamente, el captulo 2 se define el tipo de sistema y componente del sistema deextraccin a partir de los fundamentos tericos; se selecciona el tipo de campana

extractora a utilizar, el sistema de conduccin (forma y dimetro), la seleccin el

ventilador que permite evacuar los gases y partculas contaminantes y finalmente la

seleccin de los sistema de limpieza (filtros de mangas y depurador de limpieza).

A continuacin, el captulo 3 se realiza los clculos bsicos para el diseo de la

campana extractora, el dimetro necesario del ducto, la velocidad con la que se

transporta los gases captados, la seleccin de la potencia del ventilador, la seleccin de


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los filtros de mangas y la seleccin del depurador de limpieza (Scrubbers). Se

desarrollan planos de ensamble, despiece y fabricacin de todo el sistema de extraccin.

En el captulo 4 se presenta un manual de la instalacin y operatividad de todo el

sistema de extraccin.

Finalmente en el captulo 5 se presenta los costos preliminares para la fabricacin,

instalacin y puesta en marcha del sistema de extraccin en el Laboratorio de Carbn

Biomasa.

Material consultado, para la realizacin de la tesis son: Normas Tcnicas de

Prevencin-373: La ventilacin general en el laboratorio, Normas Tcnicas de

Prevencin-607: Gua de calidad de aire de, Normas Tcnicas de Prevencin-672:

extraccin localizada en el laboratorio, normas de dibujo y de diseo ( DIN , ISO).


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CAPITULO 1

Banco de Combustin del Laboratorio del Proyecto Carbn

Se presenta la necesidad de extraccin de gases y partculas que se produce durante losensayos de combustin sea con las briquetas de carbn vegetal o biomasa (residual).

Tambin se incluye las Normas a tener presente para el diseo del sistema de extraccin

localizada, asimismo se indica cual es la problemtica de la generacin de los gases

generados y requerimientos que se tiene que practicar para satisfacer dicha necesidad.

1.1 Descripcin del Laboratorio.

El Laboratorio del Proyecto Carbn est localizado en la Seccin Ingeniera Mecnica,

en la parte posterior del rea de Fundicin, ver figura 1.1.


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Figura1.1.Ubicacin del Laboratorio Carbn [Ref. 1.1]

El laboratorio es de material noble, construido sobre un rea aproximada de 292m , la

figura 1.2 muestra los parmetros dimensionales. Se asigna nmeros a las paredes del

laboratorio para una mejor descripcin del lugar de trabajo, como se puede apreciar, lapared asignada con el nmero 2 tiene una abertura por donde se podra instalar el ducto

del sistema de transporte.

Figura 1.2. Dimensiones del Laboratorio de Carbn


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El banco de pruebas se ubica a una distancia aproximada de cm30 de la pared 2, es

importante por que proporciona la distancia de la campana hacia la pared mencionada,

por lo que esta se encuentra fija. Las dimensiones del banco de combustin (prueba) son

de cm90 de largo por cm90 de ancho, adems la trayectoria del sistema de conduccin

es por la parte superior de la pared nmero 2, se aprovecha la abertura (ventana) tal

como muestra la figura 1.3.

Figura 1.3. Ubicacin del banco de combustin (pruebas).

1.2 Generacin de contaminantes.

La contaminacin del ambiente es uno de los problemas ms graves que enfrenta lahumanidad, entre los varios tipos de contaminacin del ambiente se encuentra la

contaminacin del agua, aire, suelos y el ruido. Como se puede percibir, la

contaminacin del ambiente afecta la salud, calidad de vida, economa y por ende, el

futuro; en este caso, la contaminacin del aire es causada por las emisiones de gases

txicos generados en los procesos de combustin incompleta y en combustin completa

pero en menor porcentaje.


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A continuacin y de modo breve se indica las caractersticas mas importantes de los dos

tipos de combustible que se usan o ensayan en Laboratorio de Carbn.

a. La biomasa es toda sustancia orgnica renovable de origen animal como vegetal,

convirtindose en energa trmica, elctrica o combustible. Los combustibles de la

biomasa contienen pequeas cantidades de azufre comparado con el carbn y

producen emociones disminuidas de dixido de azufre ( 2SO ). Adems, sus

temperaturas de combustin son ms bajas, las cuales ayudan a reducir las

emisiones de xidos de nitrgeno ( XNO ), de igual manera las emisiones de dixido

de carbono ( 2CO ), aunque para el aprovechamiento energtico de esta fuente

renovable se tenga que proceder a una combustin, y el resultado de la misma sea

agua y dixido de carbono. Por la alta temperatura en el cual un combustible slido

reacciona con una limitada cantidad de aire u oxigeno se convierte en combustible

gaseoso. Los constituyentes en el combustible gaseoso incluyen , donde los gases

que lo constituyen 4CH , CO , 2H y algunos hidrocarburos ms altos; los

constituyentes inertes son principalmente el 2N , 2CO y vapor de agua

b. La combustin de carbn mineral; al igual que cualquier otro combustible fsil,

produce dixido de carbono ( 2CO ) y xidos de nitrgeno ( XNO ), junto con

distintas cantidades de dixido de azufre ( 2SO ), en funcin de donde se extrae. El

dixido de sulfuro reacciona con oxgeno al trixido del sulfuro de la forma ( 3SO ),

que entonces reacciona con agua al cido sulfrico de la forma. El cido sulfrico se

vuelve a la tierra como lluvia cida, el dixido de azufre reacciona con el oxgeno

para formar trixido de azufre ( 3SO ), que luego reacciona con el agua para formar

cido sulfrico acido. Un sistema de depuracin es la utilizacin de cal para

eliminar el dixido de azufre puede reducir o eliminar el riesgo de la lluvia cida.

Con la finalidad de aprovechar su poder energtico y calorfico del carbn mineral y de

la biomasa (residual), adems en minimizar los efectos negativos ambientales de los

residuos aprovechados y de las propias aplicaciones, se desarrolla y ensayan diversos

tipos productos densificados a partir del carbono y la biomasa para su empleo como


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combustible, tambin se desarrolla equipos domsticos como cocina y calefactores

comunales. Los procesos de combustin que se realizan con la biomasa y carbn

mineral generan humo, holln, partculas y muchos tipos de gases nocivos (del cual se

expone en el anterior prrafo cuales son los contaminantes se generan dichos elementos

actuantes) que afectan a las personas que se encuentran en el laboratorio, ya sea

realizando ensayos y/o observando los procesos que se realizan en el laboratorio.

Figura 1.4. Combustibles alternativos (briquetas de carbn y cascarilla de arroz) y el equipo a utilizar en

los ensayos [Ref. 1.2]

1.3 Requerimientos para Prevencin de la Salud.

La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) define la salud como un completo estado

de bienestar en los aspectos fsicos, mentales y sociales y no slamente la ausencia de

enfermedades. Esta definicin forma parte de la Declaracin de Principios de la OMS

desde su fundacin en 1948. En la misma declaracin se reconoce que la salud es uno

de los derechos fundamentales de los seres humanos, y que lograr el ms alto grado de

bienestar depende de la cooperacin de individuos y naciones y de la aplicacin de

medidas sociales y sanitarias.

La generacin de contaminante despus del proceso de combustin afecta el confort e,

incluso, la salud de las personas que se encuentran dentro del laboratorio. Por ello se

debe adoptar una actitud preventiva al respecto, emprendindose acciones para reducir


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la exposicin a los mismos slamente cuando se han detectado efectos asociados a ellos.

La emisin de los gases provenientes de los procesos de combustin son dainas para la

salud por el contenido de gases txicos, ya que est comprobado la relacin entre el uso

inadecuado de combustibles de la biomasa y las enfermedades pulmonares crnicas, la

tuberculosis, las caratas y los abortos involuntarios ( Albalak, Frisancho y Keeler, 1999;

Perez-Padilla et al. 1996;Mishra, Retherford y Smith, 1999 Mohan et al, 19989;

Mavlankar, Trivedi y Gray, 1991)

Se adopta para este estudio las referencias las Normas Tcnicas de Prevencin

Espaolas, EPA (Agencia De Proteccin del medio ambiente de EE.UU.) y OMS

(organizacin Mundial de Salud), y para establecer los valores admisibles dentro del

laboratorio. El uso de NTP, EPA y OMS es por la carencia de norma de prevencin a la

salud en el pas, que permite satisfacer el confort y bienestar los dentro de un

laboratorio.

En las siguientes lneas se describe la Normas Tcnicas de Prevencin 373;Ventilacin general en el laboratorio, y la Normas Tcnicas de Prevencin 607; Gua

de calidad de aire de interior, dichas normas no son utilizadas directamente, sino como

referencias generales que se debe tener en consideracin. La Normas Tcnicas de

Prevencin 672: Extraccin localizada en el laboratorio se utiliza por la informacin

especfica, ventajas y desventajas que muestra sobre la extraccin localizada que

requiere el diseo.

La utilizacin de las normas tcnicas de prevencin, establece los lmites de aquellos

elementos que presentan algn grado de peligro para las personas que se encuentran en

el ambiente de trabajo, basndose en el acondicionamiento ambiental, en el confort del

trabajador al momento de realizar los ensayos evitando la difusin del foco

contaminante, dando mrgenes de cual debe ser la calidad de aire dentro del rea de

trabajo para evitar perjuicio a la salud.


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La carencia de normas adecuadas en nuestro pas hace adoptar las normas tcnicas de

prevencin espaolas e internacionales (para los estndares de la calidad de aire dentro

del ambiente de trabajo), slo en nuestro pas existe en concordancia la Ley N 28804,

nica Disp. Transitoria: Artculo 31.- Del Estndar de Calidad Ambiental y Artculo

32.- Del Lmite Mximo Permisible y la R. N. 192-2007-CONAM-PCD (Aprueban la

Propuesta de Lmites Mximos Permisibles (LMP) de efluentes lquidos y para

emisiones atmosfricas de fuente puntual en actividades minero metalrgicas) (ver

anexos).

Normas Tcnicas de Prevencin-373: La Ventilacin General en el Laboratorio.

[Ref. 1.3]

La norma describe informacin general del acondicionamiento ambiental,

caractersticas especficas; basndose en los focos de calor, los tipos de extraccin

existentes como a) Ventilacin por Sobre presin. Figura 1.5a; b) Ventilacin por

Depresin Figura 1.5b; Ventilacin Ambiental o General Figura 1.5c y d) VentilacinLocalizada, Figura 1.5d, Tambin describe el confort termo higromtrico del

acondicionamiento del aire, que debe haber en un laboratorio, y da la recomendacin

bsica al disear un sistema de acondicionamiento para un laboratorio desde el punto de

vista general, por lo que recomienda utilizar una extraccin localizada.

a) Ventilacin por sobre presin.

La presin interior de la habitacin es

mayor que la presin atmosfrica.

Fig. 1.5a: Vent. Sobre presin. [Ref. 1.4]


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b) Ventilacin por depresin.

La existencia de 2 aberturas frente a

frente, una donde se coloca un

ventilador extractor provocando una

depresin respecto a la atmosfrica lo

cual por la otra abertura ingresa aire

limpio.

Fig. 1.5b: Vent. por Depresin. [Ref. 1.5]

c) Ventilacin ambiental o general

Lo inconveniente es que tiene un foco

contaminante con desplazamiento de

gases y vapores molesto, donde el aire

debe de ser capturada se esparce por

todo el local.

Fig. 1.5c: Vent. Ambiental. [Ref. 1.6]

d) Ventilacin localizada

La extraccin se realiza antes que el

foco contaminante se distribuya en el

rea o habitacin de trabajo impidiendo

la contaminacin total.

Fig.1.5d: Vent. Localizada [Ref. 1.7]


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Normas Tcnicas de Prevencin- 672: Extraccin localizada en el laboratorio.

[Ref. 1.8]

El objetivo es captar el o los contaminantes en el lugar mas prximos posible, donde se

genera el foco contaminante, evitando la difusin en el ambiente de trabajo. En esta

norma se describen cuales son los cuatros elementos bsicos de un sistema de

extraccin; campana, conducto, depurador y ventilador.

Todo sistema de extraccin localizada requiere un diseo y unas caractersticas de

funcionamiento que permitan el arrastre del contaminante a la velocidad necesaria, suvehiculacin a travs de la instalacin a un caudal adecuado y un ventilador que

proporcione dicho caudal venciendo la prdida de carga ofrecida por el conjunto de la

instalacin, proporciona la diferencia que existe entre la extraccin localizada sobre la

ventilacin por dilucin, adems de los tipos de vitrinas como: Vitrina sobresuelo.

Vitrinas convencionales, Vitrinas de sobremesa, Vitrinas para almacenamiento.

Ventajas de la extraccin localizada

capta el contaminante antes de que ste llegue a afectar el ambiente de trabajo.

facilita mejor la depuracin.

evita el posible deterioro de equipos por contaminantes corrosivos.

la posicin de la campana debe estar fija, para evitar cualquier deterioro de sus

componentes. tericamente la velocidad de captacin depende de la velocidad de produccin del

contaminante, recomendando velocidades que oscilan desde 1.5 2 m/s, en funcin

de la naturaleza del polvo.


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Normas Tcnicas de Prevencin-607: Gua de calidad de aire interior:

contaminantes qumicos. [Ref. 1.9]

Esta informacin permite saber cual debe ser la calidad de aire dentro del rea de

trabajo y as evitar cualquier perjuicio a la salud del personal que se encuentra

trabajando, para ello proporciona dos tablas informando la calidad de aire segn la

OMS.

TABLA 1.1.Estndares de la EPA de calidad de aire

Tiempo; es tiempo en promedio que debe permanecer una persona dentro del ambiente. Valor del estndar; es el valor como mximo debe existir dentro del ambiente.


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TABLA 1.2. Valores gua para "contaminantes clsicos", segn la OMS,basados en efectos conocidos para la salud

Hasta el momento se ha descrito cuales son las causas y/o problemas de la combustin

de productos, que puede ocurrir al realizar los diversos ensayos con los elementos

actuantes (biomasa y carbn mineral). Debe existir un confort y bienestar dentro del

laboratorio al momento de realizar los ensayos de combustin.

1.4 Requerimientos del sistema de extraccin.

Ninguna otra parte del trabajo conceptual es tan difcil como establecer los

requerimientos del sistema de extraccin entonces estos deben descubrir antes de

empezar a construir cualquier sistema. Por ello en los siguientes puntos se describe los


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requerimientos que se debe cumplir, a partir de ello satisfacer las necesidades que

presenta el sistema de extraccin.

la instalacin de la campana extractora localizada por las condiciones del ambiente

y de trabajo debe ser fija, y debe operar a una presin negativa esttica, de esta

manera se genera un efecto de Venturi o succin hacia el exterior extrayendo los

gases y partculas del foco contaminante.

dimensiones del banco de combustin (ensayos) es cm90 de largo y cm90 de ancho

con una altura promedio de cm100 .

distancia de la zona de generacin de gases y partculas al ingreso de la campana es

de cm30 , ya que la lnea de la campana estn afectadas por la distancia a la boca de

aspiracin y por el rea de aspiracin.

dimensiones del rea de trabajo 92 2m (laboratorio).

debido a la diversidad de pruebas que se realizan en el equipo deber tener la

posibilidad de trabajar con diversos caudales de extraccin sin alterar los procesos

de combustin que se dan en el banco de ensayos.

tamao de partculas a ser catatadas de 0.01 a 1 micras.

el caudal con el material particulado, humos y vapores procedentes de la zona de

captacin debe ser transportado, filtrado y lavado para ser expulsado a la atmsfera

con menor ndice de contaminantes.

el equipo deber incluir un tablero de control; encendido y apagado del ventilador,

regulacin del caudal.

En base al requerimiento del sistema de extraccin se selecciona y disea los elementos

que debe tener para un buen funcionamiento, por ello se realiza una pequea

descripcin:

El encendido del sistema de extraccin es manual (botn), la captura de los gases y

partculas en el foco contaminante es mediante un campana localizada tipo Canopy, que

es soportada por una estructura metlica fija, capturado los gases y partculas sonconducidos y transportados por medios de conductos rectangulares (ductos y codos), los


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conductos son sujetas mediante abrazaderas.

Para la succin de los gases y partculas se realiza mediante un ventilador centrfugos de

alabes rectos y debe operar a una presin negativa esttica, de esta manera se genera un

efecto de Venturi, y es accionada por medio de un motor elctrico.

La forma del regulador es de tipo mariposa y regulacin del caudal se realiza por medio

de una palanca (manualmente).

La limpieza de las partculas capturadas es mediante filtro de mangas y la limpieza de

los gases es mediante un depurador


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Referencias Bibliogrficas.

[Ref.1.1]. www.pucp.edu.pe, Mapa del campus de PUCP, dando la ubicacin del

Laboratorio de Carbn.

[Ref.1.2]. www.pucp.edu.pe/proyecto_carbon/index.html, Combustibles alternativos

(briquetas de carbn y cascarilla de arroz) y el equipo a utilizar en los ensayos.

[Ref.1.3]. Normas Tcnicas de Prevencin (NTP-373): La Ventilacin General en el

Laboratorio.

[Ref.1.4].www.solerpalau.es/formacion_01_02.html,Ventilacin Sobre Presin. Soler

& Palau. Catalogo.

[Ref.1.5]. Ibd.

[Ref.1.6]. Ibd.

[Ref.1.7]. Ibd.

[Ref.1.8]. Normas Tcnicas de Prevencin (NTP-672): Extraccin localizada en el

laboratorio.

[Ref.1.9]. Normas Tcnicas de Prevencin (NTP-607): Gua de calidad de aire interior:

contaminantes qumicos.
http://www.pucp.edu.pe/http://www.pucp.edu.pe/http://www.pucp.edu.pe/proyecto_carbon/index.htmlhttp://www.pucp.edu.pe/proyecto_carbon/index.htmlhttp://www.solerpalau.es/formacion_01_02.htmlhttp://www.solerpalau.es/formacion_01_02.htmlhttp://www.solerpalau.es/formacion_01_02.htmlhttp://www.solerpalau.es/formacion_01_02.htmlhttp://www.pucp.edu.pe/proyecto_carbon/index.htmlhttp://www.pucp.edu.pe/


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CAPITULO 2

Fundamento del sistema de extraccin localizada

La seleccin y diseo de los elementos mecnicos y elctricos del sistema de extraccinse realiza en funcin a lo requerido. Los componentes del sistema a utilizar es; campana

extractora localizada, sistema de conduccin (forma y dimetro), ventilador centrfugo

que permita evacuar los gases en el foco contaminador, separador que permita capturar

las partculas y lavas los gases y finalmente el sistema elctrico. Se dar las pautas para

la seleccin y diseo de los elementos a utilizar integrando las necesidades que se

requiere en el laboratorio de carbn.

2.1 Ventilacin aspectos generales.

La ventilacin general tiene como objeto mantener la pureza del aire de un local

determinado ya sea como suministro (inyeccin) o extraccin, es decir, mantener la

temperatura, velocidad del aire y un nivel de contaminantes dentro de los lmites

admisibles para preservar la salud de los trabajadores.


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La cantidad de aire necesario va depender de factores como:

dimensiones y caractersticas del local.

actividad a que est destinado.

calor a disipar o carga trmica.

granulometra de los slidos a transportar.

2.2 Ventilacin localizada.

La ventilacin localizada tiene por objeto extraer aire contaminado en el mismo sitio

donde se produce la contaminaciones, es decir, en le foco contaminante impidiendo que

se propague por todo el ambiente reducindose as la zona de dispersin. Para ello la

eleccin del tipo de campana permite cul es el rea que abarca para la aspiracin de las

partculas en el foco contaminante.

En el siguiente diagrama de bloque se describe la secuencia como se efecta el proceso

desde la captura hasta la limpieza del aire.

Figura 2.1. Figuras representativas del sistema de extraccin.

Captura departculas pormedio de lacampana tipoCanopy

Transporte delos elementoscontaminantespor medio deconductos

Limpieza degases atravsde filtros yun separador

Absorcin delos gases pormedio de unventilador


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19

Componentes

Campana: para la captacin del contaminante en el foco.

Conducto: para transportar el aire con el contaminante al sitio adecuado, evitando

que se disperse en la atmsfera.

Ventilador: para transmitir la energa necesaria al aire y hacerlo circular a travs del

sistema.

Separador: para separar el contaminante del aire, recogindolo de forma adecuada y

liberar aire limpio.

La campana debe conectarse a una red de conductos que lleva el aire a un equipo de

tratamiento para la retencin de los contaminantes. Cuando estos sistemas aspiran aire

contaminados con partculas, se los denominan de alta velocidad, porque se elige una

velocidad adecuada en los conductos, que est en el rango de 15 m/s a 20 m/s [Ref. 2.1],

que asegura el transporte neumtico de las partculas y evita que se depositen en ellos,

con la consecuente posibilidad de su obturacin, es decir evitar excesivas perdidas en la

tubera y la sedimentacin de partculas.

Seguida por la aspiracin mediante un ventilador, ubicado en la parte exterior del

laboratorio, de esa forma se logra que las partculas sean llevadas al equipo de

tratamiento, donde quedan retenidas y tratadas para evitar su emisin al aire exterior, a

travs del conducto de descarga del sistema.

2.3 Sistema de extraccin: matriz de decisin.

El sistema de extraccin localizada se selecciona y se disea para captar y eliminar los

contaminantes antes de que se difundan al ambiente general del local de trabajo, es decir

que la ubicacin del sistema de extraccin se encuentra cerca de los focos de generacincontaminantes, para evitar la difusin de los gases generados; la mayor ventaja con


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20

respecto a la ventilacin general es que necesita menor requerimiento de aire y que no

contribuye a expandir el contaminante.

La matriz de decisin es la que va a permitir saber cual es la mejor opcin que se va a

concretar respecto a las dems, pues se debe satisfacer las necesidades y requerimientos

dentro del laboratorio para el confort y bienestar de las personas que se encuentran en el

laboratorio. En las siguientes lneas se detallar los componentes del sistema elegidos,

para luego realizar el dimensionamiento de cada una de ellas.

La campana tiene como funcin principal concentrar los gases emitidos en el foco

generador de contaminante, ello depende del tipo de campana que se selecciona ydisea, para conducirlo al ducto de evacuacin. Si la campana diseada no cumple con

su funcin de capturar los gases que se emiten del foco ser nula la instalacin.

Analizado los diferentes tipos de campanas y considerando las exigencias del sistema,

la mejor opcin es el diseo de la Campana Canopy, ya que permite la captura de los

gases emitidos en el foco contaminante y evita que se dispersen en el ambiente,

abarcando en su totalidad el rea del foco contaminante. En la figura 2.2, se ilustra la

campana tipo Canopy. Por lo que el coeficiente de entrada a la campana, que es la

prdida a la entrada de la campana es de 0.49 [Ref. 2.2].

Figura 2.2. Campana Canopy Tpico.


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21

La seleccin de la campana tipo Canopy Tpico, es por que su funcin es atrapar los

gases y partculas que se pretenden extraer del banco de pruebas, es considerada un

recinto sin paredes, su principal aplicacin se da en procesos en ambientes calientes; en

donde la conveccin produce un empuje vertical al contaminante. El caudal aumenta a

medida que aumenta la temperatura de los procesos y la distancia del banco de prueba.

Se recomienda que la altura recta (H) de la campana tenga un rango de lg1pu a

lg5pu [Ref. 2.3],entonces la altura recta de la campana debe ser mmH 70=

Para calcular el caudal de operacin, se sigue los requerimientos del diseo, como lavelocidad de captura y la distancia de la campana al banco de prueba, para el cual se

calcula mediante la siguiente ecuacin:

ax

QV

+=

210 (2.1)

donde

Q : caudal en .min3pies

V : velocidad de captura en .minpies

a : rea de la campana en .2pies

x : distancia de la campana al banco de prueba en pies. (Por dato es cm30

pie98.0 ).


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22

Figura 2.3. Campana Canopy, dimensiones de la campana[Ref. 2.4]

Entonces el rea de la campana debe abarcar todo el banco de pruebas e incluso, un

poco ms, es decir, la campana ser cuadrada (por que los lados de banco de ensayos es

de igual medida), a cuatros aguas para tener una mejor distribucin del flujo de vapor,

como se muestra en la figura 2.3. El rea de la campana vista alzada es:

2)8.0( xLa += (2.2)

donde

L : longitud del banco de pruebas. (Por dato 0.9 m).

Como se mencion con anterioridad, la velocidad en la entrada de la campana se mide

sobre del banco de pruebas, el cual no slo depende de la distancia al banco de pruebas,

sino tambin del rea de la campana. La velocidad que inicie el movimiento de las

partculas y de los vapores hacia la campana, y a medida que se acerca a la boca de lacampana, la velocidad ir aumentando y conducindolo travs de la ruta especificada.


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23

En las siguientes figuras se observa los campos de velocidades representados mediante

superficies isocinticas y lneas de flujo.

.

Figura 2.3. Lneas de flujo e isocinticas correspondientes a un plano de simetra de una entrada,El porcentaje de las lneas isocinticas se refiere al valor de la velocidad respecto a la de entrada en la

conduccin.[Ref. 2.5]

Con la siguiente ecuacin se obtiene un porcentaje de la velocidad de captura sobre el

banco de ensayos (ver figura 2.3) respecto a la velocidad de la campana, al momento deiniciar el movimiento de los gases y partculas hacia la campana y a medida que se

acerca a la boca de la campana la velocidad ir aumentando siendo conducida a travs

de la ruta estipulada.

2

1,0

100 x

a

y

y=

(2.3)


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24

El ingreso de los gases en la campana, extrado del foco contaminante hace que exista

una prdida de presin esttica, que depende de las velocidades de ingreso y salida de

los gases extrados, de la densidad de aire y de una constante de prdida, la cual es

calculada por la siguiente ecuacin.

g

VV

Ch campana

entradacampanantrada

ecampanaw.2

)(

.

22

.

= (2.4)

donde

campanawh . : prdida en la campana ( airecm .. ).

campanaentradaV : velocidad de entrada a la campana )./( sm

campanasalidaV : velocidad de salida de la campana )./( sm

eC :coeficiente de entrada a la campana 49.0 [Ref. 2.6]

2.4 Tubera de transporte.

Tambin es un sistema de extraccin localizada por donde se transporta el flujo de gases

y partculas que han sido atrapadas desde la campana, adems tiene ruta definida.

Pueden ser ductos circulares, ductos rectngulos y ductos cuadrados, por lo que destaca

los ductos circulares, permitiendo una distribucin ms uniforme de la velocidad, lo

cual impide el depsito del material.


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25

Figura 2.4 Diferentes tipos de ductos

a. Los conductos son importantes por los siguientes aspectos:

Para la extraccin de polvo, tener presente que la velocidad del conducto debe ser lo

bastante alta lmite para evitar la sedimentacin del polvo que obstruya en medio

transporte.

No basta que tenga la velocidad necesaria para la extraccin de gases sino hacer un

balance econmico entre el costo del conducto, el ventilador y el costo del motor

que se va utilizar.

b. La localizacin y construccin del conducto, deben estar previstos los medios de

proteccin necesarios para evitar la corrosin, no basta que se compre un material

anticorrosivo, pues disminuir la vida del sistema de extraccin y pasado el tiempo

es un costo innecesario.

c. El material para la tubera es de acero galvanizado por su gran resistencia a laabrasin, cubrimiento de esquinas y bordes como tambin a la corrosin tiene un

coeficiente de rugosidad de mmk 15.0= [Ref. 2.7]

El trmino de dimetro hidrulico se determina cuando se maneja fluidos en canales y

tubos no circulares, el uso de este trmino puede estudiar el comportamiento del flujo de

la misma forma como si fuera una tubera de seccin circular, por definicin:


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26

P

ADH

4= (2.5)

donde A es el rea de la seccin transversal del conducto y P es el permetro mojado,

entonces:

para una seccin circular, el dimetro hidrulico es el mismo dimetro del ducto

circular:

DD

D

DH ==

4

42

(2.6)

y para un conducto de seccin rectangular:

WL

LW

WL

LWDH

+=

+=

2

)(2

4 (2.7)

para el caso especial de un conducto cuadrado, donde L=W, entonces LDH = .

El rea de la tubera, esta en funcin del caudal y de velocidad de entrada, que se

determina con la siguiente ecuacin.

ductoentrada

ducto V

QA = (2.8)

donde

4

. 2Hducto

DA

= (2.9)

Igualando las ecuaciones 2.8 y 2.9, se obtiene el dimetro del ducto, como se muestra en

siguiente ecuacin.

ductoentrada

H V

QD .

.4

= (2.10)


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27

donde

Q : caudal ( sm3 ).

ductoA : rea de la campana ( 2m ).

ductoD : dimetro del ducto (m )

ductoentradaV : velocidad de entrada o transporte 3000-4500 minpies . [Ref. 2.8]

Para el clculo de prdida en el ducto, se utiliza el Mtodo de Darcy. Lasconsideraciones que se debe realizar son:

Nmero de. Reynolds:

HDV.Re = (2.11)

Coeficiente de Prdidas:)/(Re; HDkf= (2.12)

Mtodo de Darcy:

H

ducto

ductowDg

LVh

..2

.2

. = (2.13)

donde:

V : velocidad del aire extrado ( sm ).

HD : dimetro del ducto ( m ).

: viscosidad cinemtica ( 2sm ).

ductoL : longitud de un ducto ( m ).

ductowh . : prdidas en los ductos ( airecm .. ).


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28

2.5 Codos.

Adems de ser un medio de transporte, la funcin del codo es el cambio de direccin del

flujo de aire transportado a la direccin que se requiera. Dependiendo del tipo de codo

existir mayor o menor prdida, como pueden ser codos rectos (para mitigar la prdida

de carga, en este codo hay que dotarlo de aletas directrices, dos, tres o mas,

uniformemente distribuidas y que se extiendan por toda la curvatura del codo, donde las

directrices pueden ser de grosor uniforme, de plancha o bien adoptar perfiles

aerodinmicos, ya que su construccin es ms tediosa), codo normal a 90 atornillado,

codo atornillado a 90 de radio largo, codo normal a 90 y codo a 90 de radio largo.

El coeficiente de prdida del codo 25.01 =k [Ref. 2.9].

Figura 2.5: Representacin de codo recto a 90 de radio largo, en la parte superior y codo recto a 90 de

radio corto, en la parte inferior.

La prdida de presin esttica en los codos se determina por la ecuacin

g

Vkh codosw

.2

2

1. = (2.14)

Donde

codoswh . : prdidas en los codos ( airecm .. ).

V : velocidad del aire extrado ( sm / ).


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29

2.6 Tiro de chimenea.

Es la parte de la tubera, que esta colocada luego del ventilador o despus de la limpieza

del aire. Su longitud es recomendada por los manuales de ventilacin y su funcin es la

de no permitir que el flujo de aire del exterior ingrese a la tubera, y que los gases y

partculas extradas regresen a travs de la ruta.

Al final del tiro de la chimenea se coloca el accesorio weather cap o sombrero chino, la

funcin es proteger al ventilador contra la lluvia, evitando que esta entre al sistema

elctrico.

2.7 Ventiladores.

El elemento fundamental del sistema de extraccin es el ventilador. Un ventilador es

una turbo-mquina de fluido para gases que transforman la energa mecnica.

A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado, los ventiladores

pueden subdividirse en cuatro grupos, estos datos son obtenidos de Marks [Ref. 2.10].

ventiladores de baja presin: hasta una presin del orden 200 mm c agua

(ventiladores propiamente dichos).

ventiladores de media presin: entre 200 y 800 mm c agua (soplantes).

ventiladores de alta presin: entre 800 y 2500 mm c agua (turbo-soplantes). ventiladores de muy alta presin , mayor a 2500 mm c agua (turbocompresores)

En funcin de la trayectoria del fluido, todos estos ventiladores se pueden clasificar en:

de flujo radial (centrfugos).

de flujo semiaxial (helico-centrfugos).

de flujo axial


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30

Fig. 2.6: Configuracin tpica de sendos rodetes: radial, semiaxial y axial.

2.7.1 Ventiladores radiales (centrfugos).

En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje del

rodete a la entrada para luego seguir la trayectoria radial. Estos ventiladores tienen tres

tipos bsicos de rodetes:

a) Alabes curvados hacia delante(tambin se llaman de jaula de ardilla). Tienen una

hlice o rodete con los labes curvados en el mismo sentido de la direccin de

giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad perifrica y son

silenciosos. Se utilizan cuando la presin esttica necesaria es de baja a media, tal

como la que se encuentran en los sistemas de calefaccin, aire acondicionado o

renovacin de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador conaire polvoriento, ya que las partculas se adhieren a los pequeos labes

curvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.


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31

Figura 2.7a. Rotor de alavs curvos adelantados

b) Alabes curvados hacia atrs. Tienen un rodete con las labes inclinados en

sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad

perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una

caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobrecargable". Usualmente se

coloca luego que el flujo a pasada por un sistema de control de contaminacin

para evitar el deterioro de los labes o por diversos motivos como corrosin o

erosin.

Figura 2.7b. Rotor de alavs curvo atrasado (para manejo de aire limpio).

c) Alabes rectos. Tienen el rodete con los labes dispuestas en forma radial. La

disposicin radial de los labes evita la acumulacin de materiales sobre las

mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en las instalaciones

de extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debe

circular a travs del ventilador. En este tipo de ventiladores la velocidad

perifrica es media y se utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada que

vehicular aire sucio o limpio, la desventaja eficiencia mediana.


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32

Figura 2.7c. Rotor de alavs curvo recto radial (para manejo, transporte de materiales y

autolimpieza)

Fig. 2.8 Tringulos de velocidades a la salida para los distintos rodetes centrfugos

donde

c : velocidad absoluta del fluido.

u : velocidad del rotor.

w : velocidad relativa del fluido.

2.7.2 Ventiladores axiales

Existen tres tipos bsicos de ventiladores axiales: helicoidales, tubulares y tubulares con

directrices.


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33

a) Los ventiladores helicoidales; se emplean para mover aire con poca prdida de

carga, y su aplicacin ms comn es la ventilacin general. Se construyen con dos

tipos de labes: alabes de disco para ventiladores sin ningn conducto; y labes

estrechas para ventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25

mm.c.aire). Sus prestaciones estn muy influenciadas por la resistencia al flujo del

aire y un pequeo incremento de la presin provoca una reduccin importante del

caudal.

b) Los ventiladores tubulares;disponen de una hlice de labes estrechos de seccin

constante o con perfil aerodinmico (ala portante) montada en una carcasa

cilndrica. generalmente no disponen de ningn mecanismo para ende rezar el flujo

de aire. Los ventiladores tubulares pueden mover aire venciendo resistencias

moderadas (menos de 50 airecm .. ).

c) Los ventiladores tubulares con directrices; tienen una hlice de labes con perfil

aerodinmico (ala portante) montado en una carcasa cilndrica que normalmente

dispone de aletas enderezadoras del flujo de aire en el lado de impulsin de la

hlice. En comparacin con los otros tipos de ventiladores axiales, stos tienen unrendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 200 airecm .. ).

Estn limitados a los casos en los que se trabaja con aire limpio.

Las directrices tienen la misin de hacer desaparecer la rotacin existente o adquirida

por el fluido en la instalacin, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo. Estas

directrices pueden colocarse a la entrada o a la salida del rodete, incluso las hay

mviles. Han de ser calculadas adecuadamente pues, aunque mejoran las caractersticasdel flujo del aire haciendo que el ventilador trabaje en mejores condiciones, producen

una prdida de presin adicional que puede condicionar el resto de la instalacin.

Adems, pueden ser contraproducentes ante cambios importantes del caudal de diseo.


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34

Fig. 2.9. Efecto de las directrices sobre las lneas de corriente a entrada y salida del rodete axial

En el sistema de extraccin localiza (ver figura 2.10), como es el propuesto para el

laboratorio, la potencia del ventilador debe ser capaz de provocar el vaco, y tambin

debe vencer las perdidas generadas por el flujo de aire. Aplicando la ecuacin de

Bernoulli se determina las perdidas de todo el sistema (ducto, codo y campana).

Fig. 2.10. Esquema grfico del funcionamiento del sistema de extraccin.

sistemamantotalesprdidas

aire

o HhZZVVgg

PP..02

2

0

2

33 )()(

21

.=+++

(2.15)


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35

despreciando la diferencia de posicin, se obtiene la ecuacin,

sistemamantotalesprdidas HhV

g ..2

32

1=+ (2.16)

adems

ductoswcodoswcampanawtotalesprdidas hhhh .... ++= (2.17)

reemplazando la ecuacin (2.16) en la ecuacin (2.15) se obtiene;

ductoswcodoswcampanawsistemaman hhhg

VH ...

2

3.

2+++= (2.18)

donde

3V : velocidad en el ducto ( sm ).

campanawh . : prdida en la campana ( airecm .. ).

codoswh . : prdida en los codos ( airecm .. ).

ductoswh . : perdida en los ductos ( airecm .. ).

sistemamanH . : prdida del sistema ( airecm .. ).

aire : densidad del aire 1.23/ mkg .

La seleccin de la potencia del ventilador que satisface los requerimiento que se debe

obtener, se determina con la ecuacin siguiente, adems depende de la eficiencia del

ventilador (ventilador axial, radial, o centrfugos).

ventilador

mansitemaairet

HQgW

...= (2.19)


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36

donde

tW : potencia del ventilador ).(W

2.8 Separadores.

Capturado y transportado el aire contaminado por medio de un sistema de conduccin

viene ahora la limpieza del aire, es decir separar al contaminante del aire. Este proceso

se realiza por medio de separadores, el cual permite aislar los contaminantes con mayor

eficiencia y con el menor consumo de energa, dependiendo del tipo de separador que se

va a seleccionar.

Los procesos que se realiza en el Laboratorio tiene como resultado la emisin de gran

cantidad de vapor y humos txicos como el dixido de azufre ( 2SO ), dixido de

carbono ( 2CO ), monxido de carbono (CO ), dioxina, y dems componentes. La mejor

opcin para la absorcin de todos los gases contaminantes son los filtros de mangas

(fibra de polipropileno), por su resistencia qumica (bases excelente, oxidante baja y

hidrlisis buna), buena resistencia a la traccin y el buen trabajo constante a

temperatura altas [Ref. 2.11].

2.8.1 Filtro de mangas

Los filtro de mangas son capaces de recoger altas cargas de partculas resultantes de

procesos industriales de muy diversos sectores, tales como cemento, yeso, cermica,

caucho, coque, petroqumica, siderrgica, cal, minera, etc. Durante el proceso de

separacin del aire se genera la necesidad de realizar la limpieza cada periodo. Los

filtros deben limpiarse peridicamente utilizando los siguientes mtodos:


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37

Limpieza snica.

Limpieza por hamaqueo o agitacin.

Limpieza por inversin de flujo o oscilacin

Limpieza por choro pulsante.

En la figura 2.11 se muestra mangas representando filtros por limpieza snica, por

hamaqueo, por inversin de flujo y un filtro de mangas por chorro pulsante.

Fig. 2.11. Filtros de mangas.

La seleccin de un filtro de manga es necesario determinar el rea especfica; para lo

cual se debe tomar en consideracin los siguientes aspectos:

Tipo de polvo tipo de uso de la instalacin de filtrado

Temperatura del gas o aire

Granulometra del polvo


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38

Contenido de polvos en el gas o aire.

a. Cada de presin de filtro de mangas

La cada de presin total en un filtro de mangas comprende la cada de presin debido al

flujo que ingresa y sale por los ductos de entrada y salida, la cada de presin del

compartimiento donde estn alojadas las mangas, y la cada de presin a lo largo de las

mangas. Los valores aceptables de la cada de presin total en un filtro de mangas

pueden estar en el siguiente rangoRef. [2.10]:

OHmmaP 215075=

b. Materiales usados en las mangas.

En la mayora de aplicaciones para limpieza de aire, es comn utilizar mangas de

algodn tejido en filtros con mecanismos de agitacin y de inversin de flujo, y

materiales sintticos para diseos de chorro pulsante o pulse-jet. Con la introduccin de

nuevos materiales capaces de soportar altas temperaturas, se ha podido aplicar filtros de

mangas en la limpieza de gases a altas temperaturas (ver Ref. [2.11]). En la tabla 2.1 se

muestra las caractersticas de los materiales ms comunes utilizados para la limpieza de

gases.

Tabla 2.1. Materiales para filtros de mangas. Ref. [2.13]


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39

El rea filtrante total o rea total de la tela necesaria para poder separa

satisfactoriamente el polvo del flujo de gas se determina multiplicando un factor por el

rea neta de la tela. El rea neta es el rea activa en operacin en un momento dado,

mientras que el rea total es el rea empleada en el filtro que incluye rea que puede

salir de servicio en un momento dado por mantenimiento o limpieza.

El rea neta )( nA de la tela esta dado por la siguiente frmula:

A

n K

QA = (2.20)

donde

Q : caudal de gas o aire, ( min3m ).

AK : carga especfica, ( .)min(23 mm ).

Todos estos aspectos influyen directamente sobre la carga y se pueden correlacionar

mediante factores segn la siguiente expresin:

54321 .... KKKKKKA = (2.21)

Carga especfica ( AK )

Representa el caudal de gas o aire que fluye atravs de la unidad de rea de material

para una cada de presin especifica; por lo general se empresa en .min)( 23 mm

Factor de material ( 1K )

Considera las propiedades y caractersticas del material que influyen en la formacin

del queque durante el proceso de filtrado y de limpieza de las mangas.


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40

Tabla 2.2. Factor de material. Ref. [2.14]

Factor de uso ( 2K )

Considera el tipo de proceso de suministro de polvo al filtro de manga y los

inconvenientes que ocasionan las variaciones de la carga de polvo.

Tabla 2.3. Factor de uso. [Ref. 2.15].

Factor de temperatura ( 3K )

Considera el aumento de la viscosidad del aire a altas temperaturas.


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41

Fig. 2.12. Factor de Temperatura. [Ref. 2.16].

Factor de tamao de partculas ( 4K )

Considera la tendencia de las fumarolas y polvos finos a obstruir las telas ms

rpidamente que las partculas gruesas

Tabla 2.4. Factor de tamao de partculas. [Ref. 2.17].

Factor de contenido de Polvo ( 5K )

Considera el efecto de la carga de polvo sobre la tasa de filtrado


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42

Figura 2.13. Factor de contenido de Polvo. [Ref. 2.18].

2.8.2 Lavadores hmedos (SCRUBBERS)

La absorcin de un gas por un lquido depende que se logre un ntimo contacto entre el

gas y lquido. Para lograr tal contacto, se debe maximizar las superficies de exposicindel gas y/o del lquido. Conceptualmente esto se lleva a cabo rompiendo el lquido en

finas gotas que sern dispersadas a travs del volumen de gas, tal como ocurre en las

torres de ducha, o rompiendo el gas en pequeas burbujas que pasarn a travs de un

volumen de lquido, como ocurre en las torres de burbujeo, o dividiendo el lquido en

una infinidad de pelculas delgadas de agua, de baja velocidad, tal como ocurre en las

torres de relleno. Existen diferentes tipos de lavadores:

Cmara de atomizacin.

Depuradores de lecho empacado.

Depurador con placas.

Depurador con ayuda mecnica.

Depurador Venturi.

Depurador con orificio.

Depurador por condensacin. Depurador por fibra.


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43

Figura 2.14. Depuradores de limpieza.

Principio de operacin del lavador Venturi

Un Venturi o un aerosol de gas atomizado, depurador aceleran la corriente de gas para

atomizar el lavado lquido y para mejorar el contacto gas-lquido. En un depurador tipo

Venturi, una garganta esta integrada en el conducto que las fuerzas de la corriente de

gas para acelerar el conducto se estrecha y se expande. A medida que el gas entra en la

garganta del Venturi, tanto la velocidad del gas se encuentra con la garganta del

Venturi. El lquido de lavado es entonces atomizado en pequeas gotas por la

turbulencia en la garganta y la interaccin gota de partculas es mayor. Despus de la

garganta seccin un depurador Venturi, la partcula es mojado y el exceso de gotas de

lquido se separa del gas corriente por el movimiento ciclnico y/o un eliminador de

niebla. Los depuradores Venturi tiene la ventaja de ser diseo sencillo, fcil de instalar

y con bajos requerimientos de mantenimiento. En la siguiente figura se muestra un

depurador Venturi.

El rendimiento de un depurador Venturi depende en cierta medida de la velocidad del

gas a travs de la garganta. Varios depuradores Venturi han sido diseados para permitir

el control de velocidad mediante la variacin de la anchura de la garganta del Venturi.

Debido a la alta interaccin entre el partculas y las gotas, Venturi Los depuradores soncapaces de eficiencias de recoleccin de alta a las partculas pequeas. Por desgracia, el


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44

aumento del Venturi la eficiencia del depurador requiere el aumento de la cada de

presin que, a su vez, aumenta la energa el consumo.

2.9 Sistema elctrico.

El sistema elctrico es un conjunto de dispositivos cuya funcin es proveer la energa

necesaria para el arranque y correcto funcionamiento de los accesorios elctricos o

electrnicos tales como luces, motor y diversos instrumentos. El diseo o la seleccin

del sistema elctrico es proveer energa an en las peores condiciones de operacin. Los

elementos actuando son tales como motor elctrico, fusibles, cables (calidad y

resistencia), caja y tablero elctrico. Etc.

2.9.1 Conductores elctricos.

Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la electricidad;

esta formado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre. El

cobre constituye el elemento principal en la fabricacin de conductores por sus notablesventajas mecnicas (resistencia al desgastes, maleabilidad) y elctricas (capacidad de

transportar la electricidad).

La seguridad y la opresin esta relacionada con la calidad, la integridad y caractersticas

del aislante; la integridad del aislante depende de la corriente que circula por el

conductor y la seccin del conductor. Conocida la potencia del motor se determinada la

seccin nominal del conductor.

...3 FPV

PI

N

N = (2.22)

donde

NI : corriente nominal.

NV : voltaje nominal.FP : factor de potencia.


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45

: eficiencia del motor.

La corriente de diseo del alimentador debe ser 25% mayor que la corriente nominal

segn el CNE, por tanto:

NDISEO II .25.1= (2.23)

donde

DISEOI : corriente de diseo

Por efecto de temperatura

T

NDISEO K

ICTI = (2.24)

donde:

CTIDISEO

: corriente de diseo por efecto de temperatura.

P : potencia ( kW ).PF. : factor de potencia

: eficiencia elctrica (% ).

TK : factor de correccin por temperatura.

vV : voltaje (V ).


56/102

46

Referencias Bibliogrficas.

[Ref.2.1]. Alden, John L. DESIGN OF INDUSTRIAL VENTILATION SYSTEMS, 5ta

Edition, Industrial Press Inc., New York, 1982 p. 62.[Ref.2.2]. Ibd., p. 84.

[Ref.2.3]. Olave V, Antonio. MANUAL PRACTICO DE DESARROLLO DE

CALDERERIA, 1ra Edition, Barcelona, 2004 p. 150.

[Ref.2.4]. Alden, John L., op. cit., p. 51.

[Ref.2.5]. Ibd., p. 20.

[Ref.2.6]. Ibd., p. 84.

[Ref.2.7]. Assureira, Estela, TABLAS Y GRFICOS DE MECNICA DE FLUIDOS,2008, p. 58.


[Ref.2.9]. Assureira, Estela, op. cit., p. 65.

[Ref.2.10]. Marks, MANUAL DEL INGENIERO MECNICO, Volumen III 2da

Edition en espaol, McGraw-Hill, Inc., Mxico, 1984, p.14-50.


[Ref.2.12]. Perry, Robert H. BIBLIOTECA DEL INGENIERO QUMICO, Volumen 5,

5ta Edicin, Mxico, p.102.

[Ref.2.13]. Ibid, p. 170.

[Ref.2.14]. Coz Pancorbo, Federico, VENTILACIN INDUSTRIAL, Manual del

Curso, PUCP, Lima, 2001.p.135.

[Ref.2.15]. Ibd., p.135.

[Ref.2.16]. Ibd., p.135.

[Ref.2.17]. Ibd., p.135.

[Ref.2.18]. Ibd., p.135.


57/102

47

CAPTULO 3

Diseo del sistema de extraccin.

Este captulo se determina por medio de los clculos matemticos la seleccin y diseodel dimensionamiento de los componentes del sistema de extraccin localizada. Para

determinar el dimetro del ducto se tiene como datos, la distancia entre el foco

contaminante y el ingreso de la campana, la longitud del banco de pruebas, en bases a

los datos se inicio el clculo del dimensionamiento de la campana extractora, el caudal,

la velocidad de captura, perdidas dinmica y estticas del sistema y la potencia del

ventilador

3.1 Aspectos generales.

Considerando los requerimientos del sistema y los sistemas de extraccin existentes, el

diseo a realizar ser del tipo extraccin localizada con campana tipo Canopy, ductos,

ventilador, separador de polvo y sistema elctrico.


58/102

48

La distancia de la abertura en la pared (ventana) con respecto al nivel del piso es de

3650mm , el banco de pruebas tiene una altura aproximada de 1000mm y la distancia de

la campana extractora tipo Canopy al banco de pruebas es de 300mm, entonces para

determinar la longitud del ducto 1, se debe calcular cual es la altura de la campana

extractora, adems de las dimensiones del codo, para as determinar un rango de valores

que determine la dimensin del ducto 1, tal como se muestra en la figura 3.1, el valor de

A va depender de las dimensiones de la campana.

Figura 3.1. Posicin del ducto 1.

* (A depende de la dimensiones de la campana)

Para el anlisis del sistema de extraccin localizada se considera un ducto de seccin

cuadrada, entonces de la ecuacin 2.7 se obtiene que LDH = (caso especial).


59/102

49

Conocidas las dimensiones de la altura de la campana, longitud del ducto 1, del codo y

el espesor de la pared, se puede conoce la dimensin del ducto 2, adems la longitud del

ducto 3, que va a depender cual es la altura (h) la carcasa del ventilador con respecto al

nivel del suelo, como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.3. Posicin del ducto 2 y del ducto 3

3.2 Diseo de la campana.

Las pautas para el dimensionamiento de una campana del tipo canopy convencional

estn en funcin de la altura )(x de la zona superior de la mesa de pruebas hasta la

entrada de la campana.


60/102

50

Figura 3.4. Dimensionamiento de la campana Canopy

Las dimensiones del banco de ensayos son de medidas igual, entonces para captar toda

el rea de fluencia (foco contaminante) las dimensiones de la campana extractora

localizada debe ser una campana cuadrada a cuatro aguas para mantener una mejordistribucin del flujo de vapor. Entonces para la construccin de la campana se

considera una distancia de 70mm (ver Ref.2.3) que es altura recta de la campana

(concepto de rigidez), en la parte inferior de la falda se incluye un doblez a noventa

grados para evitar filos cortantes en la entrada de la campana (seguridad).

El rea de la campana extractora localizada, se determina mediante la ecuacin 2.2:

222 3.1)140.1()3.0*8.09.0( maaa campanacampanacampana ==+=


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51

Considerando valores comerciales, se considera que el rea de la campana es;

22 5.1544.1 piesmacampana =

Para determinar cual es el porcentaje aproximado de la velocidad de captura (entrada a

la campana), se analiza con la ecuacin 2.3

298.0

5.15*1.0

100=

y

y %74.61=y

es decir que la velocidad sobre el banco de pruebas es de aproximadamente sm /65.7 , auna distancia aproximada de mm60 , el cual no afecta la velocidad de captura, ya que el

banco de ensayos se encuentra a una distancia aproximada de m0.1

Para las velocidades de captura mnima y mxima se obtiene segn la ecuacin 2.1, el

rango de caudal mnimo y mximo tal como muestra la tabla 3.1.

Tabla 3.1; Clculo del rango de caudales con velocidades de captura.Velocidad deCaptura

Velocidad detransporte

Caudal Caudal

min/3pies sm /3

0.5 98.43 2470.87 1.17

0.6 118.11 2965.04 1.40

0.7 137.80 3459.21 1.63

0.8157.48 3953.39

1.87

0.9 177.17 4447.56 2.10

1.0 196.85 4941.73 2.33

1.1 216.54 5435.91 2.57

1.2 236.22 5930.08 2.80

1.3 255.91 6424.25 3.03

1.4 275.59 6918.43 3.27

1.5 295.28 7412.60 3.50

sm / minpi es


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52

La velocidad de transporte partculas de carbn, gases y niebla, es recomendada de por

el manual Design of Ventilation Systems entre sm /15 a sm /20 , para evitar excesivas

prdidas en la tubera y la sedimentacin de partculas

Para el clculo del dimetro del ducto se utiliza la ecuacin 2.10, este clculo se realiza

para una velocidad de sm /20 (recomendada) con el caudal mnimo y mximo como se

muestra en la tabla 3.2

Tabla 3.2; muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,

con la velocidad de entrada recomendada.

Velocidad decaptura

CaudalVelocidad de

transporteDimetro

0.5 1.17 20.0 272

0.6 1.40 20.0 298

0.7 1.63 20.0 322

0.8 1.87 20.0 3450.9 2.10 20.0 366

1.0 2.33 20.0 385

1.1 2.57 20.0 404

1.2 2.80 20.0 422

1.3 3.03 20.0 439

1.4 3.27 20.0 456

1.5 3.50 20.0 472

3.3 Sistema de ducto.

El anlisis de la ecuacin de Bernoulli en el sistema permite determinar las prdidas en

los componentes del sistema (ductos, codos, campana, etc.), que la presin dinmica y

presin esttica. La diferencia de presin se hace cero, por que los puntos analizados se

sm /sm / sm / mm


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53

encuentran a la misma presin (1 bar), adems la velocidad sobre el banco de ensayo es

aproximadamente cero, es decir se analiza dicho punto los gases contaminados estn en

reposo. Entonces los puntos analizados son desde el punto 0 hasta el punto 3, tal como

se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5. Esquema grfico del funcionamiento del sistema de extraccin.

Aplicando la ecuacin de Bernoulli en el esquema de presiones para el punto 0 al punto

3, se obtiene la siguiente expresin de la ecuacin 2.17

ductoswcodoswcampanawsistemaman hhhg

VH ...

2

3.

2

.+++=

De la ecuacin 2.4 se determina la prdida en la campana

81.9*2

0.20*49.0

.2

)(

.2

22

. =

=g

VV

CH campana

entradaductontrada

ecampanaw

airecmH campanaw ..0.10. .


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54

aplicando la ecuacin 2.14 para determinar las perdidas en los codos

g

V

kh codosw .2...

2

1. =

81.9*2

0.20.25.0*4

2

. =codoswH

airecmH codosw ..4.20. = .

y de la ecuaciones 2.10, 2.11 y 2.12 permite el clculo de las prdidas en los ductos, en

la siguiente tabla 3.3 se muestra los valores obtenidos, para diferentes dimetros y las

perdidas generadas que se obtienen del proceso iterativos.

Tabla 3.3; muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,con la velocidad de entrada recomendada.

Velocidad

de

transporte

sm /

L

m

Dimetro

mm

Re k/D Hw.ductos

airecm ..

20.0 4800 272 306856127.74 0.00055 0.0185 6.64

20.0 4800 298 336144046.14 0.00051 0.0182 5.97

20.0 4800 322 363077066.73 0.00047 0.0180 5.46

20.0 4800 345 388145711.05 0.00044 0.0180 5.11

20.0 4800 366 411690696.56 0.00041 0.0175 4.68

20.0 4800 385 433960097.55 0.00039 0.0172 4.37

20.0 4800 404 455141190.06 0.00037 0.0170 4.1220.0 4800 422 475379468.97 0.00036 0.0165 3.83

20.0 4800 439 494790638.70 0.00034 0.0162 3.61

20.0 4800 456 513468511.95 0.00033 0.0160 3.43

20.0 4800 472 531490403.86 0.00032 0.0160 3.32


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55

Como se observa en la tabla 3.4 se obtienen las prdidas en toda la ductera (ducto) y

se le suma la prdida de la campana y de codos, sumando el Hman dinmico se obtiene

el Hman total, como se muestra en el cuadro siguiente.

Tabla 3.4; muestra de distintos dimetros en el rango de velocidad de captura,con la velocidad de entrada recomendada.

Velocidad de

Captura

sm /

campanawH .

airecm ..

codoswH .

airecm ..

velocidadwH .

airecm ..

ductoswH .

airecm ..

sistemamanH .

airecm ..

Dimetro

mm

0.5 10.0 20.4 20.4 6.64 57.4 272

0.6 10.0 20.4 20.4 5.97 56.7 298

0.7 10.0 20.4 20.4 5.46 56.2 322

0.8 10.0 20.4 20.4 5.11 55.9 345

0.9 10.0 20.4 20.4 4.68 55.4 366

1.0 10.0 20.4 20.4 4.37 55.1 385

1.1 10.0 20.4 20.4 4.12 54.9 404

1.2 10.0 20.4 20.4 3.83 54.6 422

1.3 10.0 20.4 20.4 3.61 54.4 439

1.4 10.0 20.4 20.4 3.43 54.2 456

1.5 10.0 20.4 20.4 3.32 54.1 472

Aun con los resultados del tabla 3.4 no se puede elegir el dimetro del ducto, por lo que

el dimetro vara en funcin al caudal (aumenta el dimetro), causa menor prdida peroaumenta el costo. Por ello se deber calcular la potencia del ventilador y elegir cual es el

dimetro a considerar. Para ello se utiliza la ecuacin 2.18. Se utiliza labes rectos o

tambin llamados de labes radiales, debido a que puede soportar mayores temperaturas

y manejar materiales corrosivos y abrasivos, adems por su autolimpieza pero tiene baja

eficiencias ( %63%60 = ). Se muestra a continuacin los valores obtenidos,

siguiendo el proceso iterativo para diferentes dimetros, ya que todava no se sabe que

dimetro se va a utilizar.


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56

Tabla 3.5. Rango de prdidas del sistema, dimetros y potencias.Velocidad de

Captura

sm /

Caudal

sm /3 sistemamanH .

airecm ..

Dimetro

mm

Potencia

kW

0.5 1.17 72.91 272 1.31

0.6 1.40 71.89 298 1.56

0.7 1.63 71.13 322 1.80

0.8 1.87 70.59 345 2.05

0.9 2.10 69.95 366 2.28

1.0 2.33 69.47 385 2.52

1.1 2.57 69.09 404 2.76

1.2 2.80 68.65 422 3.00

1.3 3.03 68.33 439 3.23

1.4 3.27 68.06 456 3.47

1.5 3.50 67.89 472 3.71

Los clculos iterativos se realiz para verificar cual es la mejor opcin y as satisfacer

las necesidades a cumplir del sistema de extraccin. El dimetro comercial es de

mm300 , segn el clculo iterativo se observa el valor de mm296 de dimetro con una

potencia de kW56.1 , para determinar cual es la potencia real se tiene como parmetros

el caudal ( sm /3 ) y el Hman.sistema ( airecm .. )

3.4 Seleccin del ventilador.

Como se mencion con anteoridad, uno de los requerimientos es la auto-limpieza de los

labes que se lograba gracias a un rotor de labes rectos, es decir con un =902 . Se

observa que en el catlogo de ventiladores de GreenHeck para un rotor de dichas

caractersticas, se requiere un mayor consumo de potencia, lo cual encarecera el

proyecto, por lo que se requiere de un motor ms grande de lo esperado. Recorriendo al

campo laboral por visitas a diferentes lugares donde se encuentran semejanzas con elproyecto se requiere de motores pequeos, valores como por ejemplo hp35.1 .


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Adems los ventiladores de alabes rectos consumen mayor potencia y son diseados

para mayores presiones, es decir para un trabajo ms exigente que la del proyecto, por

tanto esto encarece lo requerido, que la compra de un ventilador de un precio asequible

a comprar.

Por estas razones se opta por un ventilador de alabes inclinados hacia atrs, es decir


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58

Figura 3.6. Curvas de Caractersticas. [Ref. 3.1].

Del diagrama de la curva caracterstica se determina los siguientes datos para saber cual

es el requerimiento del ventilador (motor), por ende del catlogo de extractores manual

de GreenHeck, modelo116 SBW Series 100, tiene cuatro agujeros en la parte inferior

para realizar el anclaje cuya son "8321"4128 x

Nivel de ruido: 82 dB (como mnimo)

Material de fabricacin:

carcaza;

plancha galvanizada

rueda:

aluminio

eje;

acero

estructura;

acero


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59

Potencia del motor; Hp0.2

Velocidad del rotor; rpm1659

Tipo retransmisin; por fajas, en V, seleccionadas y calculadas por Greenheck

Eje; 1 pulg (25.4 mm) de dimetro

En la figura 3.7 se muestra las dimensiones del equipo

Figura 3.7.Dimensiones del Extractor. [Ref. 3.2].

3.5 Seleccin de los filtros de mangas.

Despus de capturar al contaminante y luego de transportarlo mediante el sistema de

conduccin viene ahora la tarea de limpieza o depurar el aire, es decir separar al

contaminante, mediante la ecuacin 2.19 se determina aproximadamente el nmero de

filtros; la longitud es dependiente a lo que existe en el mercado, entonces:

Para nuestro caso aplicativo se presentan los valores de los factores en la siguiente

tabla;


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60

Tabla 3.6. Clculo del rea total y la carga especfica.

Factor de material )( 1K 23

1 /)min(10 piepieK = , para carbn. Tabla 2.2

Factor de uso )( 2K 9.02 =K , para filtracin de gases. Tabla 2.3

Factor de temperatura )( 3K 13 =K , para Ct 20= Figura 2.12

Factor de tamao )( 4K 8.04 =K , menor a 3 micrones Tabla 2.4

Factor de contenido de polvos )( 5K 85.05 =K . Figura 2.13

Cargas especficas )( AK 23 /)min(12.6 piepieKA = , Ec. 2.21

rea neta de tela )( nA 22 51.37737.40312.6

87.2470mpiesAn ===

Ec. 2.20

rea total de tela )( TA 22 7502.7551.372 mmxAT == [Ref. 3.3]

Esta rea filtrante puede dividirse en varias mangas para disminuir el tamao del

equipo. Los sistema de limpieza pulse jet, son los ms usados en la industria debido a su

bajo mantenimiento y a su libre operacin, en la figura se muestra el sistema pulse jet.

Figura 3.8.Chorro pulsante (Pulse jet). [Ref. 3.4]


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61

3.7 Clculo del soporte de la campana.

Todo elemento del sistema de extraccin debe tener un tipo de sujecin por la existencia

de la vibracin (motor-ventilador), en la siguiente figura 3.7, se observa el marco

soldado que va a soportar todo el peso de la campana, manteniendo fija la campana.

Figura 3.9. Posicin de soporte

Las medidas del soporte de la campana (marco) se observan en el plano A2-20, cuyas

medidas son mmxmm 12101210 realizadas con barras en forma de ele, este soporte

sostiene el peso de la campana, del ducto 1, de las regletas y del sistema de regulacin,

adems mantiene a la campana fija, por lo que esta sujeta por medio de pernos

depositndola en forma recta.


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62

Sostenida la campana es necesario mantener fijo el soporte, entonces para que el soporte

este en posicin fija se instala por medio de pernos anclados hacia la pared como se

observa en la figura 3.7, por lo que es necesario saber los pesos de la campana, soporte,

ducto 1, ducto 2, un codo, el sistema de regulacin y 12 regletas, para determinar el

dimetro del perno que soporta todo el peso. Las planchas vendidas en el mercado es de

mmxmxm 8.040.220.1 , como es de una material acero galvanizado su densidad es

300787.0 mmg , en la siguiente se tabla se muestra el volumen, rea y peso de cada

componente (las dimensiones se observa en los planos).

Tabla 3.7. Peso de componentes

rea Superficie Volumen Masa

2mm 3mm gramos

CAMPANA 5470000 2180000 17156.6

DUCTO 1 1720000 684000 5383.08

DUCTO 2 1720000 685000 5390.95

CODO 1940000 775000 6099.25

REGLETA 142000 56500 5335.86

39365.74

A este peso se debe sumar el peso del soporte, el peso del sistema de regulacin que es

aproximadamente Kg20 , entonces el peso total es de Kg4.50 , a este valor se

aumenta un 20% de su peso por precaucin, entonces el peso total es Kg4.60 ,

multiplicado por la gravedad se obtiene una fuerza de 593N. Con este valor se realiza elclculo de los tornillos que va a soportar la campana manteniendo en posicin esttica.


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63

Clculo de tornillo

El peso total de todos los elementos mencionados anteriormente es de 593 N.,

Determinar con exactitud la ubicacin de la fuerza no es el caso especficamente, por la

fuerza se aproximadamente en el centro de la campana, entones las fuerzas que generen

los tornillos contrarrestan (hacen equilibrio) como se muestra en la figura 3.10.

Figura 3.10. Ubicacin de fuerzas de los tornillos

El anlisis el punto A; las fuerzas y momentos que se generan por efecto de la fuerzadel peso, se equilibran con las fuerzas de los tornillos, para este anlisis en punto de

paso es el punto A, por ende en las siguientes expresiones se calculan las fuerzas

internas de los tornillos. Comnmente la sujecin por medio de tornillos se realiza entre

dos placas, una tuerca y una arandela o dos placas y una de las placas es de agujero

ciego, en este caso se va utilizar un tarugo (incrustado en la pared de material noble) y

tornillos. Se instala 04 tornillos como se observa en la figura 3.10.


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64

Si se analiza sobre el punto A (punto de pvot), la fuerza del peso (campana mas

soporte) va a generar un momento, entonces para que el sistema este en equilibrio

aparece dos fuerzas (fuerza normales para los tronillos) y fuerza cortantes que se genera

por la fuerza del peso.

Clculo del momento en le punto A

)(* relojdelmanesillaslasdesentidoenpositivoFdM pesoA =

mmNMA .361730593*610 ==

mNMA .7.361=

Adems

..(*)..............................300752

6002

150 1212 FFM

FFM AA +=+=

Por semejanza de tringulos

.(**)..................................................4150

2

600

221

21 FFFF

==

Reemplazando (**) en (*)

NF

NF

FFMFFM

A

A

1134

283

12752.3616811275

)4(30075

1

2

22

22

=

=

==

+=


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65

Los clculos previos da como resultado seleccionar un tornillo mmxM 305 de calidad

8.8 de un material St 34, por razones de seguridad se instala un tornillo de mmxM 5010

de calidad 8.8 de un material St 52.

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