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CAPTULO 2

DISEO DE CAMPANAS 2.1. Principios generales 2 2.2. Propiedades de los contaminantes 2 2.2.1. Efectos de inercia 2 2.2.2. Efectos de la densidad 2 2.3. Diseo de campanas 2 2.3.1. Campanas de procesos confinados 3 2.3.2. Cabinas 5 2.3.2.1. Distribucin del aire en el frente de la cabina 6

2.3.3. Campanas exteriores 9 2.3.3.1. Contornos de velocidad 10 2.3.3.2. Velocidades de control 11 2.3.3.3. Determinacin del caudal de aspiracin 13 2.3.3.4. Efecto de las pantallas 13 2.3.3.5. Campanas con bocas de aspiracin tipo ranuras 14 2.3.3.6. Campanas suspendidas 15 2.3.3.7. Campanas para control de cubas abiertas 16 2.3.4. Campanas receptoras 20 2.3.4.1 Campanas suspendidas sobre una fuente caliente 21

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CAPTULO 2

DISEO DE CAMPANAS

2.1. Principios generales Se denomina campana de captacin o campana al elemento de ingreso del aire al sistema de conductos de ventilacin. El trmino campana se usa en un sentido amplio, incluyendo cualquier abertura de succin independientemente de su forma o tamao, que permite que el aire ingrese al sistema de conductos. La funcin esencial de la campana es, entonces, crear un flujo de aire que capture eficazmente al contaminante y lo transporte hacia ella. Las campanas se proyectan tendiendo a lograr la mxima eficiencia aerodinmica en la captacin del contaminante, es decir tratando de crear la velocidad necesaria en el rea de contaminacin, con la menor caudal y el mnimo consumo de energa. Para ello es conveniente, en la medida de lo posible, la colocacin de pantallas o el encerramiento de procesos con el fin de encauzar el aire. Los procesos controlados por las campanas pueden ser procesos llamados procesos fros, tambin conocidos como fuentes fras, o procesos con liberacin de calor o calientes, tambin denominados fuentes calientes. En los procesos fros los contaminantes emitidos por la fuente son llevados en direcciones aleatorias por las corrientes del aire existentes en los locales. En los procesos calientes se libera la energa trmica que genera un movimiento ascendente del aire, por disminucin de su densidad, que arrastra al calor o a los contaminantes qumicos. 2.2. Propiedades de los contaminantes 2.2.1. Efectos de inercia: Los gases y vapores no presentan una inercia significativa. Lo mismo ocurre con las partculas pequeas de polvo, de dimetro igual o inferior a 20 micrmetros (que incluye los polvos respirables). Este tipo de materiales se mueve si lo hace el aire que les rodea. En este caso, la campana debe generar una velocidad de control o captura suficiente para controlar el movimiento del aire que arrastra a los contaminantes y, al mismo tiempo, vencer el efecto de las corrientes de aire producidas en el local por otras causas, como movimiento de personas, de vehculos, corrientes convectivas, etc. 2.2.2. Efectos de la densidad: Con frecuencia la ubicacin de las campanas se decide, errneamente, sobre la base de suponer que los contaminantes qumicos son ms pesados que el aire. En la mayor parte de las aplicaciones relacionadas con los riesgos para la salud, este criterio es de poco valor (ver Figura 2.1). Las partculas de polvo, los vapores y los gases que pueden representar un riesgo para la salud tienen un comportamiento similar al aire, y no se mueven apreciablemente hacia arriba o hacia abajo a causa de densidad propia, sino que son arrastradas por las corrientes de aire. Por lo tanto, el movimiento habitual del aire asegura una dispersin uniforme de los contaminantes. 2.3. Diseo de campanas

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El tipo de campana a emplear depender de las caractersticas fsicas de la fuente de contaminacin, del mecanismo de generacin del contaminante y de la posicin relativa del equipo y del trabajador. Los pasos para el diseo de una campana son:

- Determinar la ubicacin respecto al proceso. - Determinar la forma y tamao. - Determinar el caudal de aspiracin.

Respecto a los dos primeros items, las Figuras 2.2 y 2.3 ilustran algunos

principios bsicos del proyecto. A fin de obtener las ecuaciones de clculo de los caudales que deben aspirar

en las cabinas, ests se clasifican en los siguientes tipos:

a) Campanas de procesos confinados b) Cabinas c) Campanas exteriores d) Campanas receptoras

Es muy importante clasificar de manera adecuada la campana a proyectar,

para poder calcular adecuadamente el caudal que debe ser aspirado. La extraccin de este caudal se logra, generalmente, mediante el uso de un ventilador.

El caudal volumtrico de aspiracin, se calcula aplicando la ecuacin de

continuidad:

Q = v . A (m3 / s) (2.1)

donde: v (m / s): velocidad del aire y A (m2): rea de la seccin de pasaje del aire a la velocidad v. 2.3.1. Campanas de procesos confinados Se denominan campanas de procesos confinados a las campanas que encierran, de la forma ms completa posible, a los procesos contaminantes que deben controlar. Los confinamientos no son hermticos pues existen aberturas para la entrada o salida de materiales, aberturas de observacin, fisuras en los cerramientos, etc., por lo que es necesaria la extraccin del aire para el control de la dispersin de los contaminantes (recordar que al generar una depresin dentro de los cerramientos, por la aspiracin del aire, no se permite el escape de los contaminantes por sus otras aberturas). Para aplicar la ecuacin (2.1), se considera la velocidad con que el aire pasa a travs de las aberturas que presenta el cerramiento, y se la denomina velocidad sobre las abertura v ab. El rea total de aberturas, que se obtiene sumando todas las aberturas parciales que presenta el cerramiento, se denomina A T ab. Luego, de (2.1) resulta:

Q = v ab . A T ab (m3 / s) (2.2)

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Las velocidades sobre las aberturas deben tener magnitudes tales, que superen a las velocidades de escape inducidas por los procesos ubicados dentro de los cerramientos. La bibliografa informa de las velocidades sobre las aberturas, recomendadas en funcin de las caractersticas de los diferentes procesos. A veces, la velocidad sobre las aberturas se da como un caudal especfico (q) expresado como caudal a aspirar dividido por el rea total de aberturas:

q = Q / A T ab (m 3 / s / m 2) (2.3) (ver Figura 2.4) donde: (m3/s/m2) equivale a (m/s).

O sea que conocida el rea total de aberturas, el caudal a aspirar (Q) resulta ser:

Q = q . A T ab (m 3 / s) (2.4)

Otra forma de expresar este caudal especfico es como caudal a aspirar dividido por el rea transversal del equipo considerado, como en el caso de los elevadores de cangilones (ver Figura 2.5). En esta misma figura, para el caso de la cinta transportadora, el caudal especfico es dado como caudal a aspirar dividido por la velocidad de la misma.

Este tipo de campanas es el ms eficiente porque maneja el menor caudal de

aire para lograr el control de la dispersin de los contaminantes. Ejemplo: Se tiene un elevador de canjilones de 7 metros de altura, cuyas dimensiones

transversales son de l = 2,0 m por a = 2,0 m, y que transporta material cuya temperatura es la del ambiente. El elevador de canjilones es alimentado por una cinta transportadora que se mueve a 0,75 m/s y tiene un ancho de 1,5 m; el ancho de la abertura, por la que entra y sale la cinta, es de 1,7 m. Determinar el caudal a aspirar en el cuerpo del elevador y en el lugar de transferencia desde la cinta al elevador (ver Figura 2.5).

En la figura mencionada se recomienda que para el cuerpo del elevador se

debe aspirar un caudal especfico: q = 0,51 m3 / s / m2 de seccin transversal del cerramiento. La seccin transversal del cerramiento es:

A t = l . a = 2 . 2 = 4 m2

El caudal a aspirar necesario se obtiene aplicando la ecuacin (4) es:

Q = q . A t = 0,51 . 2,0 . 2,0 = 2,04 m3 / s

Adems se recomienda que para elevadores de altura menor a 9 m se puede colocar una o dos campanas sobre el cuerpo del cerramiento, una en la parte alta y / u otra en la parte baja. En el caso analizado, como la temperatura del material coincide con la del ambiente, se eligen dos campanas (tambin se podra elegir una campana) y cada una de ella deber aspirar la mitad del caudal , o sea:

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Q camp sup = Q camp inf = Q / 2 = 2,04 /2 = 1,02 m3 / s

Q camp sup = Q camp inf = 1,02 m3 / s

Respecto a la alimentacin del elevador de cangilones, se recomienda que en funcin de la velocidad de la cinta se debe elegir el caudal especfico de aspiracin. Como la velocidad de la cinta es de 0,75 m/s, en este caso se debe aspirar un caudal especfico: q cinta = 0,54 m3 / s / m de ancho de cinta.

La cinta es de 1,5 m de ancho y entra al elevador a travs de un abertura de

1,7 m de ancho. El caudal a aspirar por la campana que controla la dispersin de esta transferencia es:

Q cinta = q cinta . a cinta = 0,54 . 1,5 = 0,81 m3 / s

Q = 0,81 m3 / s

Se debe verificar que se cumple con el caudal especfico mnimo para el ancho de la abertura: q abertura = 0,23 m3 / s / m de ancho de abertura. En el caso en estudio se debe verificar este ltimo caudal especfico, a partir del caudal aspirado y el ancho de la abertura:

q abertura = Q cinta / a abertura = 0,81 / 1,7 = 0,476 > 0,23 m3 / s / m, o sea que cumple. 2.3.2. Cabinas Las cabinas son recintos que presentan un frente total o parcialmente abierto para acceso. El proceso contaminante se realiza en su interior. Se extrae un caudal de aire suficiente para inducir en el frente de la cabina, una velocidad promedio denominada velocidad en el frente (v f), del orde