capítulo 1 diseño de campanas de extracción localizada cabinas, suspendidas y exteriores udea (1)

Evitar la sobreexposición con miras a la protección del trabajador, y evitar así enfermedades.

Disminuir las concentraciones de los TLV (concentración en el aire de una sustancia a la que se considera que casi todos los trabajadores pueden exponerse repetidamente, día tras día, sin sufrir efectos adversos) de las sustancias en un ambiente de trabajo.

Descargar aire limpio e inofensivo hacia los alrededores, es decir, que la captación de los contaminantes no tenga efecto negativo sobre los contornos.

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OBJETIVOS DE LA VENTILACIÓN

1. ELEMENTOS DE CAPTACIÓN: El objetivo es capturar el

contaminante atrapándolo en una corriente de aire dirigida

hacia dicho elemento, que lo denominaremos genéricamente

campana.

2. CONDUCTOS O DUCTOS: Necesarios para transportar el aire

contaminado hasta el depurador o equipo de limpieza de aire,

cuando existe, o hasta el ventilador.

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COMPONENTES DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN

3. DEPURADOR O EQUIPO DE LIMPIEZA DE AIRE: En este equipo el contaminante es

separado del aire. Equipos de limpieza de aire como filtros de talegas, ciclones,

precipitadores electrostáticos, lavadores, entre otros.

4. VENTILADOR CON SU MOTOR Y SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE FUERZAS: Este ha

de vencer todas las pérdidas debidas a la fricción (rozamiento), la entrada a la

campana, las uniones de conductos y demás accesorios, y producir el caudal de

aire previsto.

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5. CHIMENEA: La salida del ventilador existe habitualmente un conducto dispuesto

en tal forma que el aire descargado por él no sea reintroducido en el local por la

impulsión de aire en el mismo, o por el sistema de aire acondicionado o

calefacción.

La chimenea debe tener una altura mínima de acuerdo con la legislación vigente.

1. CABINAS

2. CAMPANAS EXTERIORES

1. CABINAS: Las cabinas son campanas que encierran total o parcialmente

el proceso o el punto de generación del contaminante. La figura

muestra una campana tipo cabina para la aplicación de procesos de

pintura y para gases, vapores y nieblas.

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TIPOS DE CAMPANAS

2. CAMPANAS EXTERIORES: A las que se encuentran situadas adyacentes al foco de

contaminante pero sin encerrarlo, como por ejemplo las ranuras a lo largo de la boca de

un tanque o una abertura rectangular sobre una mesa de soldadura. La figura muestra

una campana exterior para un tanque de superficie abierta y una campana suspendida.

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CAMPANAS EXTERIORES

Velocidad en la boca de la campana, velocidad de fase de la campana, velocidad de control, velocidad de captación: es la velocidad del aire en la cara abierta de la campana.

Se denomina velocidad de captura a la velocidad mínima del aire, producida por la campana, que es necesaria para capturar y dirigir hacia ella el contaminante.

La velocidad de aire lograda es función del caudal de aire succionado y de la forma de la campana. Es un parámetro de diseño recomendado por la ACGIH, en función de dispersión del contaminante.

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VELOCIDAD DE CAPTURA: VC

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VALORES RECOMENDADOS PARA LA VELOCIDAD DE CAPTURA (CONTROL, FRONTAL)

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En cada una de las condiciones citadas se indica un margen para los valores de la velocidad de captura, la selección del

valor adecuado depende de los siguientes factores

Velocidad de transporte, velocidad de diseño: es la velocidad del aire en la sección transversal del ducto.

Esta velocidad viene fijada por el tipo de material que se transporta en el conducto, depende de los contaminantes captados en la campana.

Cuando en la corriente del aire existen partículas sólidas (materiales sólidos), la velocidad en el conducto deberá ser tal que no permita la sedimentación del material y el taponamiento del conducto; ésta deberá ser mayor ó igual que la velocidad mínima de transporte.

Por otra parte, velocidades demasiado elevadas implican un derroche de energía y pueden causar rápidamente la abrasión de los conductos.

La velocidad de transporte es aquella que permite que las partículas lleguen a los equipos de control y no se sedimenten en los conductos, lo que provocaría su obstrucción.

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VELOCIDAD EN EL DUCTO: VD

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VALORES RECOMENDADOS PARA LA VELOCIDAD EN EL DUCTO (TRANSPORTE)

Es la velocidad del aire que se da en el área de la

ranura, su función primaria es conseguir un flujo

uniforme a lo largo de la campana, es un parámetro de

diseño.

La ACGIH recomienda que la velocidad en la ranura

para campanas tipo cabina debe ser mayor o igual a 5

m/s = 1000 ft/min; y para campanas exteriores debe ser

mayor o igual a 10 m/s = 2000 ft/min.

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VELOCIDAD EN LA RANURA: VR

Es la velocidad del aire dentro del pleno, se

utiliza para conseguir una buena distribución

del aire en campanas tipo ranura.

Para una buena distribución del flujo en las

ranuras, la velocidad máxima en el pleno es

igual a la mitad de la velocidad en la ranura.

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VELOCIDAD EN EL PLENO: VP

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TIPOS DE CAMPANAS Y ECUACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL

CAMPANA SUSPENDIDA O TIPO TECHO

CAMPANA CABINA

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PRESIÓN ESTÁTICA EN LA CAMPANA: PEC

La presión estática en la campana es la presión que se necesita para acelerar el aire en reposo hasta la velocidad de captura recomendada y para compensar las pérdidas de energía a la entrada de la campana. A medida que el aire entra a la campana, las líneas de flujo convergen en un punto corriente abajo, a cierta distancia de la entra de la campana (o ranura). El punto en el cual las líneas de flujo se hacen paralelas se denomina la vena contracta. PEc = He + PVd

Perdida de carga (energía) en la campana: En las campanas de boca ancha, con o sin pestañas, solo tienen un factor que origine pérdida de carga significativa. A medida que el aire entra en el conducto se origina una vena contracta y a continuación el aire se expansiona para llenar todo el conducto, convirtiendo la presión de velocidad en presión estática. Es en esta zona de expansión desde la vena contracta hasta alcanzar la velocidad correspondiente al conducto, donde se origina la mayor parte de la pérdida de carga.

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La pérdida de carga en la entrada de la campana He puede por

tanto expresarse en términos de un factor de pérdida en la campana, Fd, que multiplicado por la presión de velocidad en el conducto, PVd, dará la pérdida de carga a la entrada, He, en mmcda, ó incda.

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PRESIÓN ESTÁTICA EN CAMPANAS SIMPLES:

En una campana simple (tipo cabina), la presión estática después de la campana es igual a la suma de la presión dinámica o de velocidad en el conducto más la pérdida de carga en la entrada a la campana.

La presión de velocidad representa la presión necesaria para acelerar el aire desde el reposo hasta la velocidad en el conducto; la pérdida de carga en la entrada a la campana representa la energía necesaria para superar las pérdidas a medida que el aire penetra en el conducto. Esto se puede expresar así:

PEc = He + PVd

PEc = presión estática en la campana mmcda, incda; siempre es negativa

He = Fd *PVd pérdida de carga en la entrada al conducto mmcda; incda

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PRESIÓN ESTÁTICA EN CAMPANAS COMPUESTAS:

Llamamos campanas compuestas a las que tienen dos o más puntos significativos de pérdidas de energía y que por lo tanto, deben ser considerados separadamente y luego sumados para calcular la pérdida de carga total en la campana. Ejemplos corrientes de este tipo de campanas los encontramos en las ranuras.

El aire entra en la ranura, en este caso un orificio de bordes agudos, y pierde energía debido a la vena contracta que se carga en ese punto. El aire atraviesa el pleno, donde se conserva la mayor parte de la velocidad en la ranura. Finalmente, el aire converge hacia el conducto a través de la zona de transición, donde ocurre la segunda pérdida significativa de energía.

La presión estática de una campana, PEc, con dos puntos de pérdida de carga puede expresarse como:

PEc = Her + Hec + PVd

Her = Fr *PVr : pérdida de carga en la ranura

Hec = Fd *PVd: pérdida de carga en la entrada al conducto.

Fr = 1.78 factor de pérdida en la ranura.Fd = 0.25, para = 90º (ángulo interior de la sección piramidal), inclinación de 45º

(sección piramidal)

Ejercicio: Se tiene un tanque de superficie abierta donde se realiza un proceso con desprendimiento de gases, vapores y nieblas. Las dimensiones del tanque son: largo= 5 pies, ancho = 2.5 pies y altura = 3.5 pies. El diseño debe contener: dimensionamiento de la cabina, caudal de ingreso, diámetro del ducto, dimensionamiento de las ranuras, pleno, sección piramidal, presión estática en la campana, eficiencia de la campana, isométrico y vistas a escala y acotas.

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CABINA PARA GASES, VAPORES Y NIEBLAS

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CABINA PARA GASES, VAPORES Y NIEBLAS

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DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCIÓN PIRAMIDAL

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CAMPANA TIPO CABINA PARA TANQUE CIRCULAR SIN SECCIÓN PIRAMIDAL

Ejercicio: Se tiene un tanque de superficie abierta con desprendimiento de gases y vapores de toxicidad baja. Las dimensiones del tanque son: largo 5 pies, ancho 2.5 pies y atura 3.5 pies. El diseño debe contener: caudal de ingreso, diámetro del ducto, dimensionamiento de la campana, sección piramidal, presión estática en la campana, eficiencia de la campana, isométrico y vistas a escala y acotas.

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CAMPANA SUSPENDIDA O TECHO

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CAMPANA SUSPENDIDA O TECHO PARA UNA MESA O TANQUE RECTANGULAR

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CAMPANA SUSPENDIDA PARA UN TANQUE CIRCULAR

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CAMPANAS EN EL QUE EL TRABAJADOR LABORA SOBRE LA FUENTE

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En muchas operaciones de tratamiento de superficies metálicas como : desengrasado, desoxidación, electroplateado, cromado, niquelado, galvanizado etc; se requieren tanque abiertos los cuales desprenden gases , vapores y nieblas.

Los tipos de captación recomendada para estos procesos son las campanas laterales con ranura y el sistema de ranura laterales en los bordes del tanque y si el contaminante no es nocivo y el manejo de los materiales lo permite se utiliza una campana suspendida.

INTRODUCCION

DISEÑO DE CAMPANAS DE EXTRACCIÓN PARA TANQUES DE SUPERFICIE ABIERTA: CAMPANAS EXTERIORES

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Análisis de la longitud del tanque : L

1.Si la longitud del tanque L es mayor a 2 m (6 pies) es aconsejable emplear varias salidas de aire separadas.

2. Si la longitud L es igual o superior a 3 m (10 pies) es necesario emplear varias salidas de aire separadas.

3. Si la longitud L es menor o igual a 2 m (6 pies) el empleo de un solo ducto de extracción es suficiente.

Nota: asumimos el siguiente criterio:

Si L es menor o igual a 2 metros un ducto de extracción es suficiente.

DISEÑO DE CAMPANAS DE EXTRACCIÓN PARA TANQUES DE SUPERFICIE ABIERTA: CAMPANAS EXTERIORES

Análisis del ancho o anchura del tanque: W

La anchura del tanque o cuba W indica la anchura efectiva sobre la que la campana debe aspirar el aire (es decir, cuando la boca de la campana está más allá del borde de la cuba, la distancia entre este borde y la boca debe ser considerada como el ancho).

Cuando W= 50 cm (20 pulgadas = 1.7 pies) es adecuado (suficiente) emplear una sola ranura lateral.

Cuando W = 50 a 90 cm (20 a 36 pulgadas, 1.7 pies a 3 pies) es aconsejable emplear ranuras a ambos lados del tanque (dos ranuras).

Cuando el ancho del tanque W está en el rango,

es necesario emplear ranuras a ambos lados del tanque.

Cuando W 120 cm (48 pul ó 4 pies), normalmente no es práctico el empleo de extracción localizada, siendo preferible el encerramiento, ó emplear sistemas de impulsión - extracción, ó de impulso y succión (push-pull).

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T T90cm W 120cm; 3ft W 4ft

DISEÑO DE CAMPANAS DE EXTRACCIÓN PARA TANQUES DE SUPERFICIE ABIERTA: CAMPANAS EXTERIORES

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Asumimos el siguiente criterio:

1. Si W tanque es menor o igual a 90 cm = 3 pies, se diseña una ranura a un solo lado del tanque.

Si

Se requiere diseñar ranura a ambos lados del tanque

CAMPANA EXTERIOR TIPO “A”

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CAMPANA TIPO “F” RANURA A AMBOS LADOS DEL TANQUE

CAMPANA EXTERIOR TIPO “F”

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V ranura = 10m/s = 2000 ft/minQ ranura = Q total/2Relación W/2L del tanque

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CAMPANA TIPO “G” DOBLE DUCTO DE EXTRACCIÓN

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CAMPANA TIPO “H”

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EJERCICIO DE APLICACIÓN

Se tiene un tanque de superficie abierta donde se realiza un proceso de Decapado tipo

hierro y acero, los componentes del baño que pueden ser emitidos al ambiente son

ácido sulfúrico; la naturaleza fisicoquímica del contaminante principal son nieblas y

vapores de ácido sulfúrico.

Las dimensiones del tanque son: largo= 5 pies, ancho = 2.5 pies y altura = 3.5 pies.

El diseño debe contener: dimensionamiento de la campana, caudal de ingreso,

diámetro del ducto, dimensionamiento de la ranura, pleno, sección piramidal, presión

estática en la campana, isométrico y vistas a escala y acotas.

1. Determine el grado de peligrosidad (riesgo potencial) y el índice de desprendimiento (tasa de evaporación) del contaminante, empleando la información de las tablas de valores TLV.

2. Seleccione según la Tabla 1.8 la velocidad mínima de control en función del grado de peligrosidad, el índice de desprendimiento y el diseño de la campana.

3. En la Tabla 1.9 seleccione el caudal mínimo “q” en función de las dimensiones y la ubicación del tanque.

4. Calcule el caudal total de extracción: Q = q*Atanque

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CÁLCULO DEL CAUDAL EN CONDICIONES FAVORABLES:

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Tabla 1.6:Determinación del grado de peligrosidad o riesgo potencial

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Tabla 1.7: Determinación del índice de desprendimiento o tasa de emanación de gases, vapores y neblinas

* El nivel de desprendimiento depende de la velocidad de la reacción química o electroquímica y por tanto es función del

material tratado y de la solución contenida en el tanque.

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Nota 1: Emplee la relación ancho/ longitud para calcular el caudal, ver tabla 1.9.

Nota 2: No emplee campanas elevadas cuando el grado de peligrosidad sea A.

Nota 3: Cuando se desee un control completo del agua caliente, trátese como de clase inmediata superior.

TABLA 1.8

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Nota 1: Cuando el tanque dispones de una ranura a cada lado, la relación ancho/largo se calcula empleando como valor de la anchura la

mitad de su valor real.

CAMPANA EXTERIOR TIPO “A”

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CAMPNA EXTERIOR TIPO “D”: VISTAS

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CAMPANA EXTERIOR TIPO “F”

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CONTAMINANTES GENERADOS EN PROCESOS DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL, MORDENTADO Y

DECAPADO

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CONTAMINANTES GENERADOS EN PROCESOS DE DECAPADO Y ATAQUE ÁCIDO

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CONTAMINANTES GENERADOS EN PROCESOS DE ATAQUE ÁCIDO Y LIMPIEZA DE METAL

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CONTAMINANTES GENERADOS EN PROCESOS DE ELECTROPULIDO, ELECTROLITOS Y

RECUBRIMIENTOS

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CONTAMINANTES GENERADOS EN PROCESOS ELECTROLITOS CIANURADOS Y ÁCIDOS

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CONTAMINANTES GENERADOS EN RECUPERACION DE MATERIAL BASE

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CONTAMINANTES GENERADOS EN RECUPERACION DE MATERIAL BASE

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EJERCICIO DE APLICACIÓN

Se tiene un tanque de superficie abierta donde se realiza un proceso de Decapado tipo

hierro y acero, los componentes del baño que pueden ser emitidos al ambiente son

ácido sulfúrico; la naturaleza fisicoquímica del contaminante principal son nieblas y

vapores de ácido sulfúrico.

Las dimensiones del tanque son: largo= 5 pies, ancho = 2.5 pies y altura = 3.5 pies.

El diseño debe contener: dimensionamiento de la campana, caudal de ingreso,

diámetro del ducto, dimensionamiento de la ranura, pleno, sección piramidal, presión

estática en la campana, isométrico y vistas a escala y acotas.

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ISOMÉTRICA CAMPANA TIPO

“A”

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Vista lateral izquierda

Vista en planta o superior

Vista frontal