2011-Apunte Higiene Cooregida (Recovered 1) (Recovered 1)

Ministerio de Cultura y Educacin Universidad Tecnolgica Nacional

Facultad Regional Mendoza

AMILCAR JOS BARLETTA Ingeniero Mecnico

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UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL MENDOZA

ESCUELA DE IV NIVEL ACADMICO

POSTGRADO DE ESPECIALIZACIN EN

HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO




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MDULO:

HIGIENE OPERATIVA

DISERTANTE:

ING. MECNICO AMILCAR JOS BARLETTA

Jefe de trabajos Prcticos Ctedra Instalaciones I Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ingeniera.

Profesor Adjunto Ctedra Instalaciones Termomecnicas Universidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional Mendoza

Profesor Adjunto Ctedra Instalaciones Complementarias Universidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional Mendoza

Profesor Titular Licenciatura en Higiene y Seguridad en el Trabajo Ctedras Higiene II Mquinas Trmicas Termodinmica. Universidad Catlica Argentina Facultad San Francisco

Profesor Titular Tecnicatura Superior en Higiene y Seguridad en el Trabajo Ctedra Higiene Laboral I.

IDE UNCuyo, Instituto de Energa de la Universidad Nacional de Cuyo Programa de Auditoras Energticas en Edificios.

MENDOZA 2011




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HIGIENE OPERATIVA

OBJETIVOS:

Adquirir conocimientos sobre uno de los ms importantes inconvenientes que presentan ante la presencia de contaminantes qumicos, biolgicos y fsicos en puestos de trabajo.

Plantear soluciones ante la presencia de contaminantes mediante la implementacin de sistemas de ventilacin.

Adquirir conocimientos sobre distintos sistemas de ventilacin y modo de aplicacin de acuerdo a cada actividad.

Estudio de procedimientos para el diseo de sistemas de ventilacin localizada y generalizada mediante el desarrollo del clculo de un puesto de trabajo en particular.




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NDICE DE TEMAS

TEMA Pgina Introduccin Mtodos Generales y Equipos de Proteccin Ley 19.587 . . . 5 Salubridad del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Modificacin Cualitativa y Cuantitativa del Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Ventilacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Ventilacin natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Ventilacin Mecnica o Forzada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Sistema de extraccin mecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Sistema de Inyeccin Mecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Sistema de Inyeccin y Extraccin (Combinada) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Aberturas de salida e ingreso de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ventilacin Generalizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Para Renovaciones de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Mtodo de clculo de caudal de aire de ventilacin por renovaciones horarias . . 25 Mtodo de clculo de caudal de aire de ventilacin por Temperatura Lmite . . . . 26 Pasos para determinar la carga Trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Mtodo de Clculo de caudal de aire por Contenido Mximo de CO2 . . . . . . . . . 30 Ventilacin por Dilucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Ventilacin por Dilucin para Control de la Contaminacin . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Ventilacin por Dilucin para Control de Riesgo de Incendio o Explosin . . . . . 34 Ventilacin Localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Aspiracin Localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Principios del Flujo o Caudal de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Presin Dinmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Presin Esttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Presin Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Presiones de un Ventilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Aceleracin del Aire y prdidas en la entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Cadas de Presin dentro del Conducto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Diseo de una Campana de Extraccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Corriente de aire en la campana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Velocidad de Aspiracin (Velocidad de Captura) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Velocidad en la Campana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Velocidad de Captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Velocidad Superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Velocidad de Ranura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Velocidad de Plenum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Velocidad de Conducto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56




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TEMA Pgina Velocidad de Conducto Mnima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Procedimiento para diseo de una Campana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Causas que producen corrientes de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Coeficientes de Entrada y Presin Esttica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Disposiciones Tpicas para eliminacin de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Permetro de la Campana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Esquema de extraccin de aire de una cabina de pintado a pistola . . . . . . . . . . 64 Clculo de Conductos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Aislamiento de Ruidos y Vibraciones en Ventiladores . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Aplicacin de Ventilacin en condiciones peligrosas . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Gases y vapores inflamables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Punto de ignicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Temperatura de ignicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Lmite de inflamabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Nubes de polvo y niebla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Otros materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 La Corrosin en la Ventilacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Agentes Corrosivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Materiales utilizados en la construccin de Ventiladores . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Materiales para revestimientos resistentes a la corrosin . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Purificacin del Aire Captacin de Polvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Cmaras de deposicin y Pulverizadores de Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Ciclones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Filtros Secos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Filtros Viscosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Precipitadores Electrostticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Esterilizadores de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Comportamiento del Filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Dimensionamiento de Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Eleccin de Ventiladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Proteccin contra Corrientes de Aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81




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INTRODUCCIN MTODOS GENERALES Y EQUIPOS DE PROTECCIN Uno de los procesos fundamentales para mantener una atmsfera con aire puro y saludable, es generando el movimiento o la renovacin de aire del ambiente, cuya solucin es efectuar el anlisis puntual para cada caso en particular, y aplicar mtodos apropiados para lograr adaptar el local a los requerimientos establecidos en normativas vigentes y la Ley 19.587 de Higiene y Seguridad en el Trabajo. El Captulo 11 Ventilacin, de la Ley 19.587, en sus Artculos 64 al 70 trata los siguientes casos: Art. 64: En todos los establecimientos, la ventilacin contribuir a mantener condiciones

ambientales que no perjudiquen la salud del trabajador. Art. 65: Los establecimientos en los que se realicen actividades laborales debern

ventilarse preferentemente en forma natural. Art. 66: La ventilacin mnima de los locales, determinada en funcin del nmero de

personas, ser establecida de acuerdo a lo expresado en la Tabla 2 del Anexo. Art. 67: Si existiera contaminacin de cualquier naturaleza o condiciones ambientales

que pudieran ser perjudiciales para la salud, tales como Carga Trmica, vapores, gases, nieblas, polvos u otras impurezas en el aire, la ventilacin contribuir a mantener permanentemente en todo el establecimiento las condiciones ambientales u en especial la concentracin adecuada de oxgeno u la de contaminantes dentro de los valores admisibles y evitar la existencia de zonas de estancamiento.

Art. 68: Cuando por razones debidamente fundadas ante la autoridad competente no

sea posible cumplimentar lo expresado en el artculo precedente, sta podr autorizar el desempeo de las tareas con las correspondientes precauciones, de modo de asegurar la proteccin de la salud del trabajador.

Art. 69: Cuando existan sistemas de extraccin, los locales poseern entradas de aire de

capacidad y ubicacin adecuadas, para reemplazar el aire extrado. Art. 70: Los equipos de tratamiento de contaminantes, captados por los extractores

localizados, debern estar instalados de modo que no produzcan contaminacin ambiental durante las operaciones de descara o limpieza. Si estuvieran instalados en el interior del local de trabajo, stas se realizarn nicamente en horas en que no se efectan tareas en el mismo.

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Podemos enunciar algunas de las causas que producen el enrarecimiento del aire en un local: 1. Exhalacin orgnica generada por la transpiracin humana. 2. Produccin de calor por aparatos o por parte del cuerpo humano. 3. Incremento de porcentaje de vapor de agua y anhdrido carbnico a causa de la

actividad desarrollada en cada tipo de industria. 4. Cuerpos extraos en suspensin en reas de produccin industrial.

Previo al estudio de sistemas de ventilacin, procedimientos de clculo y mtodos aplicables a distintos casos que se presentan en edificios industriales, comerciales, oficinas y viviendas unifamiliares, haremos una breve introduccin a las condiciones de salubridad del aire.

SALUBRIDAD DEL AIRE

Se considera aire salubre cuando no est mezclado con fluidos nocivos, es decir Libre de Polvos, Humos y Bacterias. El aire se convierte en insalubre por dos motivos:

A. Cuando presenta modificaciones de elementos Constitutivos. B. Cuando aparecen elementos extraos, tambin llamada Modificacin Cuantitativa.

A. MODIFICACIN CUALITATIVA DEL AIRE:

La constitucin del aire se modifica al alterarse sus propiedades fsicas, es decir, la proporcin relativa de oxgeno y anhdrido carbnico producida por la combustin o respiracin, como as tambin la presin y temperatura. Esto es Aire Viciado.

Elementos de Combustin:

Oxgeno Compuestos de Azufre Anhdrido Carbnico

Respiracin Humana: Anhdrido Carbnico Oxgeno Nitrgeno Otros

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Composicin Normal de Aire

COMPONENTE ppm (Volumen) ppm (Peso) NITRGENO 780.900 755.100 OXGENO 209.500 231.500 ARGN 9.300 12.800 DIXIDO DE CARBONO 300 460 NEN 18 12,5 HELIO 5,2 0,72 METANO 2,2 1,2 KRIPTON 1,0 2,9 XIDO NITROSO 1,0 1,5 HIDRGENO 0,5 0,03 XENN 0,08 0,36

De la Tabla, se puede deducir que los componentes principales de aire atmosfrico bajo condiciones ideales son Nitrgeno, Oxgeno, Argn y Dixido de carbono

COMPOSICIN VOLUMTRICA DEL AIRE AAIIRREE PPUURROO %% OXGENO (O2) 20,99 ANHDRIDO CARBNICO (CO2) 0,04 NITRGENO (N) 78,30 OTROS GASES 0,67 AAIIRREE EEXXHHAALLAADDOO %% OXGENO (O2) 16,50 ANHDRIDO CARBNICO (CO2) 4,00 NITRGENO (N) 79,50

Una persona adulta respira aproximadamente 0,5 m3/h de aire.

Si tenemos en cuenta que la proporcin aceptable de CO2 en el aire no debe exceder el 0,14 %, podemos determinar el volumen horario de aire a renovar por persona para lograr condiciones saludables en el ambiente.

Vr = (4,00 % - 0,14 %) x 0,5 m3/h = 20 m3/h persona

0,14 % - 0,04 %

Por lo tanto, arribamos a que es necesario mover 20 m3/h de aire por persona para obtener las condiciones mnimas de confort humano o mejor dicho de salubridad. Otra causa que modifica el aire, es la cantidad de vapor de agua que contiene el mismo, y que vara entre el 25 % y el 70 %.

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Respecto a la influencia que tiene la temperatura con respecto a la modificacin del aire, tenemos que tener en cuenta las temperaturas recomendadas para una persona desarrollando distintas actividades:

AACCTTIIVVIIDDAADD TTEEMMPPEERRAATTUURRAA ((CC))

Movimiento 12 15 Trabajo Sedentario 18 Confort (Verano) (Invierno)

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B. MODIFICACIN CUANTITATIVA DEL AIRE:

Uno de los objetivos de la ventilacin es lograr mantener un estado y composicin del aire en el puesto de trabajo que resulte apropiado a las necesidades de la Higiene Laboral. Esta causa es muy comn y se manifiesta cuando aparecen cuerpos extraos en la composicin del aire, pudiendo diferenciarse tres tipos:

GASES HUMOS VAPORES:

1. GASES - MONXIDO DE CARBONO - CLORO - ANHDRIDO CARBNICO, ETC

2. HUMOS - PARTCULAS SLIDAS DE: CARBN ALQUITRN AZUFRE MONXIDO DE CARBONO, ETC

3. VAPOR DE AGUA

- EN FORMA DE NIEBLA MAS PARTCULAS EN SUSPENSIN

POLVOS:

Generalmente incorporados al ambiente en zonas de procesos industriales, entre los que podemos nombrar el silicio (como partcula desprendida de la piedra esmeril), la cal (produce accin custica), el cemento, etc.

BACTERIAS:

Originadas por la manipulacin de desperdicios orgnicos. .

Como parte complementaria de ste tema y a efectos de tomar conocimiento de la importancia que tiene a nivel social y humano la contaminacin del aire, y fundamentalmente el estudio de soluciones, incorporamos un cuadro de Clasificacin de Contaminantes.

SLIDOS

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POLVOS: Se originan por erosin del viento, molienda, trituracin y dispersin de materiales pulverizados formados generalmente por partculas menores a 100 micrones. Se distinguen distintos tipos de polvos a saber:

1. Minerales: rocas, yeso, arcillas, metales 2. Vegetales: polen, harinas, fibras. 3. Animales: escamas de la piel, pelos, etc.

HUMOS: Provienen de la combustin incompleta de sustancias orgnicas tales como el tabaco, carbn, petrleo, lea. Provienen de la sublimacin y la oxidacin de metales fundidos. El tamao vara entre 0,1 a 100 micrones.

LQUIDOS

ROCIOS: Gotas provenientes de atomizacin de material lquido a presin y temperaturas normales, como por ejemplo al estornudar se producen pequeas gotas como roco compuestas por microorganismos.

NIEBLAS: Gotas formadas por condensacin de vapor.

VAPORES: Son la fase gaseosa de sustancias lquidas o slidas en un estado normal.

GASES

Son fluidos amorfos que tienden a ocupar todo el espacio o cerramiento en forma completa y uniforme.

ORGANISMOS AREOS VIVIENTES

VIRUS: . . . . . . Fluctan entre 0,005 a 0,5 micrones, estn agrupados a colonias o tienen vnculo.

BACTERIAS: . . de 0,4 a 12 micrones ESPOROS: . . . de 10 a 30 micrones POLEN: . . . . . de 10 a 100 micrones

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Haciendo una evaluacin entre las condiciones ambientales ideales y la realidad, estamos en condiciones de plantear las soluciones generales y particulares para cada caso

Las causas que provocan alteraciones en el ambiente, han dado origen al desarrollo de sistemas de ventilacin, filtrado y tratamiento de aire en todos sus aspectos.

VVEENNTTIILLAACCIINN:: Es frecuente confundir el significado de aire acondicionado con el de ventilacin. Se entiende por: AAiirree AAccoonnddiicciioonnaaddoo:: Al suministro de aire adaptado a las condiciones requeridas por un local ocupado, mediante filtrado, refrigeracin, calefaccin, secado y humidificacin, VVeennttiillaacciinn:: Suministrar aire fresco, eliminacin de productos contaminantes y calor, aplicado generalmente en edificios industriales en donde el control de humedad no es un factor a tener en cuenta. No obstante, en ciertos procesos, es posible combinar ambos sistemas mediante el filtrado, inyeccin, extraccin, calentamiento, enfriamiento, etc. del aire. CCLLAASSIIFFIICCAACCIINN DDEE VVEENNTTIILLAACCIINN Podemos partir de una primera clasificacin que agrupa a los sistemas segn la energa de accionamiento: aa.. VVeennttiillaacciinn NNaattuurraall

Ventilacin Mecnica o Forzada. 11.. VVEENNTTIILLAACCIINN NNAATTUURRAALL::

El movimiento e intercambio de aire en un local, son provocados solamente por la accin del viento y de las diferencias de temperatura, motivo por el cual, al ser variable la magnitud y direccin de las corrientes de aire, no es posible establecer un diagrama valedero para cada caso.

Si observamos el diagrama (Figura N 1), esquematizando un local completamente cerrado, con una temperatura (interior) t1 > t2 (exterior), si efectuamos aberturas en el plano medio en altura, existe un equilibrio de presiones y el Plano E E

LOLOResaltado

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representara el Plano de Equilibrio o Zona Neutra donde la presin es p (Kg/cm2 mmca). Considerando una capa (S) por debajo del Plano E E, la presin interior del local aumenta de p a p1:

Figura N 1 p1 = p + h x 1

donde:

h = diferencia de altura entra E E y S 1 = peso especfico del aire interior a t1 (Kg / m3)

mientras que en el exterior del local:

p2 = p + h x 2

donde: 2 = peso especfico del aire exterior a t2 (Kg/m3)

Siendo: t1 > t2 2 > 1 p2 > p1

O sea que en el nivel S tenemos una sobrepresin de afuera hacia adentro, creciendo en funcin del aumento de la diferencia de altura entre el plano de equilibrio y la capa considerada, manifestndose el valor mximo a nivel del suelo.

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Del Plano de Equilibrio hacia arriba, sucede todo lo contrario, generndose una sobrepresin de adentro hacia afuera, teniendo su valor mximo a nivel de techo. De lo expuesto, se deduce que el conducto de ventilacin natural para extraccin debe colocarse bajo el nivel del techo, y el ingreso de aire por la parte inferior del local. Factores importantes y que limitan la eficiencia de una ventilacin natural por conducto vertical: - Diferencia de temperatura interior y exterior. - Tiraje (mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperatura).

Para el clculo de un conducto vertical para ventilacin natural en funcin a la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior sin un calentamiento previo del aire interior ascendente por el conducto, podemos aplicar la frmula de Woolpert:

donde: V = velocidad del aire (m/seg) c = coeficiente de correccin que vale de 0,33 a 0,5 g = aceleracin de la gravedad (9,81 m/seg2) h = desnivel entre la zona neutra del local hasta la boca de descarga del conducto sobre el techo (m) ti = temperatura del aire interior del local (C) te = temperatura del aire exterior mxima, a la cual debe efectuarse la ventilacin

(C)

En base a la frmula de Woolpert se ha confeccionado el grfico indicado en la Figura N 2, en el que se indican los valores de la velocidad del aire (V) en conductos verticales (m/min), en funcin del desnivel h (m) y la diferencia de temperatura interior y exterior (t = ti te) en C.

Para el caso de no tener definida la posicin de la zona neutra o plano de equilibrio del local, se puede adoptar h como la altura del conducto de evacuacin al exterior. Una vez obtenida la velocidad V (m/min) del aire en el conducto, podemos determinar el rea (m2) del conducto mediante la siguiente expresin:

C = A x V ( m3/min ) = ( m2 ) x ( m/min )

V = c x (2 g x h (ti te) / (273 + te))1/2 = c x 2 g x h (ti te) / (273 + te)

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donde:

C = caudal de aire (m3/min) A = rea (m2) V = Velocidad del aire (m/min)

FIGURA N 2 NOTA: El caudal de aire a extraer, surge de la aplicacin de los mtodos de clculo ya vistos (Temperatura Lmite, Concentracin de Anhdrido Carbnico, Renovaciones Horarias, cantidad de Personas). Ejemplo: Calcular la ventilacin del siguiente local: Largo (l) = 8 m Ancho (a) = 4 m Alto (H) = 3 m Volumen (V) = 96 m3

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t = 8 C R/h = 10

Solucin:

Caudal = C = n x R/h x V = 960 m3 / h (16 m3 / min) Utilizando el grfico de la Figura N 2 y una altura del conducto de 6 m, la velocidad resultante es de: V = 45 m/min

Aplicando la expresin A = C / V A = (16 m3/min) / (45 m/min) = 00,,335555 mm22 == AA

a. Generalmente de aplicacin en edificios industriales, ingresando el aire por ventanas estratgicamente ubicadas, y saliendo por lucernarios o ventanas adecuadas a cada circunstancia.

b. El movimiento de aire en locales ventilados naturalmente, se produce por diferencia

de presiones y corrientes horizontales.

Al proyectar un sistema de ste tipo, hay que tener en cuenta la ubicacin de los ingresos y salidas de aire, que la seccin de ambas aberturas sea aproximadamente la misma, y dotarlas de mecanismos de regulacin.

c. Por diferencia de temperatura:

Dada la diferencia de temperatura entre el aire caliente y fro, se producen corrientes ascendentes de donde se deduce que, el sistema es ms eficaz en perodos de invierno. De lo expuesto, arribamos a que es conveniente ubicar las aberturas de entrada de aire en la parte inferior del local y las salidas en la parte alta (ya sea en techos o muros). Por lo tanto, la cantidad de aire a circular depende de:

A. Desnivel entre aberturas de entrada y salida. B. Diferencia de temperatura. C. Superficie de aberturas.

En consecuencia, la ventilacin natural, vara con los cambios de direccin del viento, puede restringirse por la interferencia de edificios aledaos, y un factor determinante que lo relega a ser usado en muchos casos, es no poder controlar el polvo y olores en el aire que ingresa.

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En ventilacin Natural, es conveniente duplicar la superficie de ventilacin para salida del aire respecto de la superficie de entrada.

Los niveles de ventilacin recomendados figuran en el Decreto 4160 Reglamentario de la Ley Nacional de Higiene y Seguridad en el Trabajo N 19.587. El hecho de que permanezcan personas en el ambiente, en aire de reposo se desplaza convectivamente a una velocidad que ronda los 6 m/min.

Las velocidades de movimiento de aire por circulacin y ventilacin natural deberan ser de 6 a 12 m/min en invierno y de 12 a 18 m/min en verano.

La frmula de Sutton, nos permite calcular la velocidad ascendente del aire para ambientes donde se realicen procesos a alta temperatura.

V (m / min) = 3,28 H1/3 Z0,29 r (m) = 0,221 Z0,88

en donde:

H = Cantidad de calor transferida a la masa de aire por el cuerpo caliente en

la unidad de tiempo (Kcal/h) Z = Altura de la seccin considerada sobre la fuente puntual.

Fuente

Caliente

Fuente Puntual

Hipottica

Y

X

Z B

C

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Cabe aclarar que no solo los procesos que generan calor y los txicos contenidos en el aire lo movilizan en forma ascendente sino que, tambin existen fuerzas propias de los procesos que inducen movimientos como pueden ser escapes de aire comprimido en herramientas neumticas. Como consecuencia de lo expuesto en el prrafo anterior, podemos deducir que en la industria siempre existe la posibilidad de que los agresores presentes se dispersen por todo el ambiente de trabajo, con lo que se observa que la ventilacin general no es suficiente para solucionar un problema de presencia de agresores, dejando expuesto al operario que se encuentra prximo a la fuente emisora. Existen varias premisas a tener en cuenta en una industria previo al desarrollo de un proyecto de un sistema de ventilacin natural, ya que se debe tomar conciencia de su implementacin no elimina por completo los contenidos txicos provenientes de procesos industriales. Por lo tanto, como primera medida debemos plantear las prioridades de correccin de procesos, es decir: Cabe aclarar que no solo los procesos que generan calor y los txicos contenidos en el aire lo movilizan en forma ascendente sino que, tambin existen fuerzas propias de los procesos que inducen movimientos como pueden ser escapes de aire comprimido en herramientas neumticas. Como consecuencia de lo expuesto en el prrafo anterior, podemos deducir que en la industria siempre existe la posibilidad de que los agresores presentes se dispersen por todo el ambiente de trabajo, con lo que se observa que la ventilacin general no es suficiente para solucionar un problema de presencia de agresores, dejando expuesto al operario que se encuentra prximo a la fuente emisora. Existen varias premisas a tener en cuenta en una industria previo al desarrollo de un proyecto de un sistema de ventilacin natural, ya que se debe tomar conciencia de su implementacin no elimina por completo los contenidos txicos provenientes de procesos industriales. Por lo tanto, como primera medida debemos plantear las prioridades de correccin de procesos, es decir:

1. Sustitucin, cambio o mejoras en el proceso 2. Aislamiento.

Una vez cumplimentada sta secuencia, la ventilacin natural proveer renovaciones de aire fresco compatibles con una situacin de calidad fsica del aire, sin olores ni sensacin de encierro. Para el caso que un agresor qumico o txico haya sido liberado al ambiente de trabajo y dispersado en el mismo, y se hayan agotado las prioridades mencionadas, debemos aplicar el criterio de aislamiento, recurriendo a un sistema de ventilacin localizada del tipo forzada o mecnica.

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Un concepto importante a tener en cuenta en ventilacin natural, es el que se verifica a travs de paredes en los edificios aunque las puertas y ventanas permanezcan cerradas. Cuanto ms antiguo es el edificio, ms son las posibilidades de permitir la ventilacin por juntas y grietas.

En edificios de 100 Aos 1 a 2 renovaciones/hora En edificios de 50 Aos 0,75 renovaciones/hora En edificios de 10 Aos 0,50 renovaciones/hora

La filtracin de gases a travs de la mampostera es cuatro veces mayor si es con mortero de cal que con mortero de cemento. VVEENNTTIILLAACCIINN MMEECCNNIICCAA OO FFOORRZZAADDAA El uso de ventilacin mecnica, permite controlar las renovaciones horarias de aire necesarias en un local, aplicada generalmente en edificios industriales y comerciales, teniendo en cuenta el tipo de actividad desarrollada y grado de viciamiento del ambiente, independientemente del volumen del mismo. Se debe tener muy presente que, la ventilacin en locales cerrados sin aporte de aire exterior, no cumple especficamente con la funcin de eliminar el aire viciado, y adems produce la remocin de polvos en suspensin (caso de ventiladores interiores). Bsicamente la Ventilacin Forzada o Mecnica consiste en captar el aire contaminado cerca de la fuente de emisin del agresor, conducirlo por conductos especialmente diseados, y previa separacin del txico aspirado del aire con el que est mezclado, evacuarlo al ambiente exterior.

En ventilacin mecnica, tenemos tres procesos aplicables en funcin del tipo de edificio, dimensiones, actividad, nivel de olores, temperatura interior y presencia de polvos. Los mismos son:

a. SISTEMA DE EXTRACCIN DE AIRE b. SISTEMA DE INYECCIN DE AIRE c. SISTEMA COMBINADO DE INYECCIN Y EXTRACCIN (Mixto)

aa.. SSIISSTTEEMMAA DDEE EEXXTTRRAACCCCIINN MMEECCNNIICCAA DDEE AAIIRREE::

Si prestamos atencin a las instalaciones de ventilacin que comnmente se realizan en la mayora de los comercios, industrias y talleres, en donde las condiciones de trabajo no requieren un nivel de control ambiental exigente, por simplicidad y economa, se aplican sistemas de extraccin.

La instalacin propiamente dicha, consiste en colocar un ventilador de hlice para extraccin directamente sobre una pared o por medio de una red de conductos para canalizar el aire.

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Tcnicamente, un sistema de extraccin, crea un rea de baja presin adyacente al ventilador del lado del local de donde toma el aire a extraer, siempre y cuando las aberturas para ingreso de aire fresco del exterior sean ubicadas correctamente.

La eficiencia del sistema depende de la posicin de las entradas de aire, que no se produzcan cortocircuitos por infiltracin o mala ubicacin de aberturas, y de la distancia entre el ingreso de aire y el ventilador para extraccin.

Instalacin incorrecta Instalacin correcta por por causar cortocircuito ventilacin lado a lado

Instalacin correcta por ventilacin lado a lado

Para el caso en que solamente una pared d al exterior, la solucin prctica es instalar una red de conductos de captacin de aire, colocando un ventilador helicoidal en el extremo.

MARTHAResaltado

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Puede suceder que la distancia entre las paredes laterales sea grande, debiendo optar por una extraccin central, ya sea mediante un ventilador ubicado en el techo o por una red central de conductos. Cuando el factor predominante de un local es la temperatura, la solucin ms efectiva para evitar la estratificacin en la parte alta, es ubicar un ventilador a nivel de techo para extraccin directa, o a travs de una red de conductos e ingreso de aire en la parte inferior del local. Existen industrias tales como la de la pintura, en donde se producen vapores pesados que deben ser extrados por medio de ventiladores ubicados a nivel de piso. La eficiencia de un sistema de extraccin no solo depende de la correcta ubicacin del ventilador, sino de la ubicacin de las aberturas.

Condiciones a tener en cuenta para el ingreso de aire:

1. Las aberturas deben estar espaciadas a fin de que se distribuya equilibradamente en el local.

2. Ubicarlas a altura no muy elevada. 3. Generalmente deben ubicarse a nivel de zona de respiracin. 4. No deben ubicarse muy bajas ni cerca de ocupantes del local. 5. Dimensin de aberturas (rea de la abertura).

Respecto a la dimensin de las aberturas de ingreso de aire, influyen en el confort y el funcionamiento del ventilador pues, a mayor resistencia a la entrada, mayor velocidad de entrada y menor velocidad de extraccin.

La velocidad de entrada de aire recomendada para climas clidos es de 0,5 a 1 m/seg, mientras que para edificios industriales en donde los niveles de ruidos y ocupacional no son el principal factor de ventilacin, las velocidades puedes superar los valores enunciados.

El rea libre de entrada de aire, por regla general se toma 1,5 a 2 veces el rea de salida, pudiendo determinarse el rea de entrada mnima necesaria aplicando la siguiente expresin:

El porcentaje de rea libre depende del tipo de reja o abertura que se seleccione, adoptndose generalmente entre 70% y 80%.

Las unidades sern:

Ae = CAUDAL x 100% N Aberturas x Ve x 3.600 % rea Libre

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Ae (m

2) = ( m3/hs / (n aberturas x m/seg x 3600 seg/h)) x n b. SISTEMA DE INYECCIN DE AIRE

La mayor diferencia de ste sistema respecto al de extraccin es que, permite inyectar aire generando un ambiente con presin positiva a travs de ventiladores, pudiendo mantener el control de distribucin, volumen de aire aportado, velocidad de circulacin del aire, filtrado, calentamiento, etc.

Sistema de suministro simple Sistema combinado de inyeccin

con ventilador soplando directamente y extraccin con ventiladores a la atmsfera helicoidales

Inyeccin Vertical desde conductos Horizontales

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VENTILACIN CRUZADA PARA LOCALES

A: Conducto de Suministro o Inyeccin B: Conducto de Extraccin

Alimentacin de aire fresco a travs de conductos suspendidos en el techo. El aire es inyectado hacia abajo a poca velocidad a travs de difusores




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Una gran ventaja que ofrece ste sistema, es la presin interior del local, que tiende a evitar el ingreso de aire exterior. Una condicin que prevalece en el xito de la aplicacin de un sistema de inyeccin de aire es la distribucin uniforme de aberturas de salida de aire, adems de las siguientes condiciones:

a. Condiciones atmosfricas b. Influencia de presin del viento contra aberturas de salida. c. Evitar salidas de aire expuestas a orientaciones de fuertes vientos.

Generalmente, el aire inyectado es distribuido por redes de conductos aunque, segn las caractersticas del edificio, pueden instalarse ventiladores que acten directamente inyectado aire del exterior al interior del local.

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c. SISTEMA COMBINADO DE INYECCIN Y EXTRACCIN:

ste sistema es el que brinda un mejor control de ventilacin, utilizando ventiladores para extraccin e inyeccin. La caracterstica de ste sistema es que generalmente se selecciona un ventilador de inyeccin con un 20% ms de caudal que el de extraccin, a fin de mantener un ambiente presurizado y evitar de esa manera, el ingreso de polvos y partculas incorporadas al aire. Otra de las ventajas del sistema combinado, es que permite tratar el aire a inyectar, sea mediante el calentamiento, enfriamiento, filtrado, etc.

ABERTURAS DE SALIDA E INGRESO DE AIRE: El ingreso y distribucin de aire en un local, depende del tipo de abertura y de la velocidad de inyeccin pues, el aire entrante genera un movimiento secundario al mezclarse con el aire ambiente, que es proporcional a la velocidad de inyeccin. Es posible calcular la velocidad del aire a distintas distancias de la boca de inyeccin al local, mediante la siguiente expresin:

V = K x V1 x (A1)-1/2 X donde:

V = Velocidad del aire en algn punto del local (m/seg) K = Constante V1 = Velocidad a la salida de la abertura (m/seg) A1 = rea libre de la abertura (m

2) X = Distancia a la abertura (m)

VALORES K PARA VELOCIDAD DE SALIDA (m/s) VELOCIDAD DE

CHORRO DE AIRE (m/s)

5

10

15

20

25

2,5 o mayor - 6 6,2 6,4 6,8 2 - 5,6 5,9 6,2 6,5 1,5 5 5,2 5,4 5,7 6 1 4,6 4,8 5 5,2 5,4 0,5 3,7 3,7 3,8 3,9 4

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Otra manera de expresar el concepto de Ventilacin es mediante la interaccin de las corrientes de aire y contaminantes provocadas por los procesos industriales, con corrientes de aire puro.

1. VENTILACIN GENERALIZADA:

AA.. PPAARRAA RREENNOOVVAACCIIOONNEESS DDEE AAIIRREE::

Consiste en el intercambio de la masa de aire de un ambiente, mediante la extraccin del aire viciado y la reposicin por aire exterior (puro) bajo el concepto de renovacin de aire. Para determinar la cantidad de ventilacin y el movimiento de aire requerido, hay que tener en cuenta los siguientes factores: 1. Dimensin del local. 2. Nmero de ocupantes y tipo de actividad desarrollada 3. Aporte de calor de equipos. 4. Radiacin solar 5. Humedad relativa 6. Temperatura del aire exterior y variacin de la temperatura.

A. PARA RENOVACIONES DE AIRE 1. Temperatura del Aire B. PARA CREAR

UN CLIMA AMBIENTAL 2. Humedad Relativa de Aire 3. Velocidad de Aire C. PARA CONTROL DE

CARGA TRMICA 1. PARA CONTROL DE LA CONTAMINACIN

D. POR DILUCIN 2. PARA CONTROL DE RIESGOS DE

INCENDIO O EXPLOSIN

1. VENTILACIN GENERALIZADA VENTILACIN

2. VENTILACIN LOCALIZADA

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Si bien estos factores son fundamentales para calcular un sistema de ventilacin, no existen reglas fijas de aplicacin pues, cada edificio cuenta con caractersticas y condiciones particulares diferentes a considerar, debiendo realizar un estudio puntualizado del mismo.

Existen Normas de Seguridad e Higiene en el Trabajo que establecen cuales son los valores mnimos requeridos de ventilacin en funcin del destino, actividad del local y nmero de personas. Continuando con los requisitos bsicos para lograr una buena ventilacin, se utilizan tres (3) mtodos de clculo para determinar con exactitud las condiciones aceptables de habitabilidad en un local comercial, industrial, educacional, sala de espectculos, hospitales, etc.

MMTTOODDOOSS DDEE CCLLCCUULLOO DDEE VVEENNTTIILLAACCIINN 1. Mtodo de clculo por: Renovaciones Horarias o Caudal Mnimo por Persona. 2. Mtodo de clculo por: Temperatura Lmite. 3. Mtodo de clculo por: Contenido de Anhdrido Carbnico 11.. MMTTOODDOO DDEE CCLLCCUULLOO DDEE CCAAUUDDAALL PPOORR RREENNOOVVAACCIIOONNEESS HHOORRAARRIIAASS::

Teniendo en cuenta los valores indicados en las tablas respectivas, podemos ejemplificar un caso particular: EJEMPLO:

Local tipo: Oficina Dimensiones: largo 6 mts Ancho 4 mts Alto 3 mts Volumen 72 m3 Personas 6

Volumen Unitario: Vu = 72 m3 / 6 personas = 12 m3 / persona = Vu

Segn Tabla, le corresponde un caudal de 15 m3/h persona, resultando: Vt = 6 personas x 15 m

3/h persona = 90 m3/h Lo que representara:

N (R/h) = Vt / V = 90 m

3/h / 72 m3 = 1,3 R/h

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22.. MMTTOODDOO DDEE CCLLCCUULLOO PPOORR TTEEMMPPEERRAATTUURRAA LLMMIITTEE:: ste mtodo para el clculo de ventilacin es de aplicacin para sectores en donde se requiere extraer el exceso de calor y/o humedad generada por equipos, aparatos, etc. Siempre y cuanto sea posible confinar la fuente disipadora como por ejemplo hogares de calderas, hornos, etc. en los que se consigue implementando Ventilacin Localizada. Cuando las fuentes generadoras de calor son ms de una, y no es posible realizar la captacin en forma localizada, como ser Salas de calderas, Plantas de Secado de Hortalizas, etc., se debe recurrir a sistemas de Ventilacin Generalizada. Los incrementos de calor en un local provienen de distintas fuentes tales como: Calor cedido por el cuerpo humano (Tabla 4 5) Calor cedido por aparatos elctricos o cualquier otro equipo o maquinaria (Tabla 8 9). Radiacin solar a travs de paredes y techos (Tablas 6 7)

a. Observando la tabla correspondiente al calor cedido por personas, se aprecia que

est en funcin de la actividad desarrollada. Por lo tanto, ste factor debe tenerse muy en cuenta al dimensionar un sistema de ventilacin, tomando todas las precauciones en caso de no conocer previamente el destino del mismo.

b. De igual manera, de la Tabla 8 y 9 de calor cedido por motores y aparatos,

pueden obtenerse valores aproximados de entrega de calor, recordando que un watt (1 watt) produce 0,860 Kcal/h. En instalaciones en donde operen equipamientos especiales, deben solicitarse las caractersticas tcnicas de cada uno, tales como potencia o calor disipado previa iniciacin del clculo.

c. El efecto de los rayos solares sobre un edificio, eleva la temperatura del ambiente

por medio de las tres maneras de transmisin de calor, es decir: Radiacin, Conveccin y Conduccin.

Es sabido que un cuerpo oscuro tiene mayor capacidad de absorber calor, como as tambin que la transmisin por conduccin en paredes y techos est en funcin del tipo de material y espesor.

PASOS PARA DETERMINAR LA CARGA TRMICA: 1. Determinar la carga Sensible y Latente. 2. Caudal de aire requerido para carga de Calor Sensible.

Cs = Qs / (ce x (te ti))

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Donde:

Cs = Caudal de aire requerido para carga de Calor Sensible Qs = Cantidad de Calor Sensible ce = Calor Especfico del Aire = peso especfico del aire te = temperatura exterior ti = temperatura interior

3. Aporte de Calor Sensible Exterior (Radiacin Solar a travs de muros y techos)

Q1 = K x A x teq Donde: Q1 = Calor generado en muros y techos K = Coeficiente de transmisin total de calor A = rea del elemento analizado teq = Diferencia equivalente de temperatura

4. Aporte de Calor Sensible Exterior a travs de vidrios y aire exterior.

Q2 = K x A (textcorregida tint) Donde:

Q2 Calor generado a travs de vidrios K Coeficiente de transmisin total de calor A rea del elemento analizado

textcorregida temperatura exterior corregida (orientacin, hora solar, latitud) ti temperatura interior

5. Aporte de Calor Sensible Interior (Iluminacin, personas, motores elctricos,

aparatos a gas.

El aporte de calor por personas, puede determinarse aplicando la Tabla 5 en

funcin de su actividad, como as tambin la correspondiente a Calor Metablico (Tabla 4).

APORTE DE CALOR SENSIBLE POR ILUMINACIN TIPO DE ILUMINACIN APORTE DE CALOR SENSIBLE (Kcal/h)

Fluorescente Potencia til en watt x 1,25 x 0,86 Kcal/watt Incandescente Potencia til en watt x 0,86 Kcal/watt

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M = MB + MI + MII Donde:

M = Calor Metablico (Kcal/h) MB = Calor del Metabolismo Basal (Kcal/h) MI = Calor Adicional derivado de la posicin (Kcal/h) MII = Calor Adicional debido al tipo de trabajo (Kcal/h)

6. Caudal de aire requerido para Carga de Calor Latente.

CL = QL / (clv x (heext heint)) Donde:

CL = Caudal de aire requerido para carga de Calor Latente QL = Cantidad de Calor Latente Clv = Calor Latente de Vaporizacin heext = Humedad Especfica Exterior heint = Humedad especfica Interior

NOTA: El caudal de aire necesario calculado para los casos de Carga de Calor Sensible y Latente, con las dos ecuaciones anteriores, no deben ser sumados. En la mayora de los casos, el valor resultante de la carga de Calor Sensible es muy superior al de Calor Latente, por lo que la instalacin deber ser proyectada en base al Calor Sensible.

Partiendo del resultado de un Balance Trmico del local, obtenemos la cantidad de calor a eliminar para mantener la temperatura deseada aplicando la siguiente frmula:

H = ce x Gh x ( ti te ) ( 1 )

(Kcal/hs) = (Kcal / Kg C) x ( Kg / hs ) x ( C )

en donde

H = Cantidad de calor (Kcal / h) ce = calor especfico del aire a 15 C = 0,24 Kcal / Kg C Gh = Gasto horario de aire de ventilacin (Kg / h) ti = Temperatura interior del aire que tiene que mantenerse (C) te = Temperatura exterior del aire en verano (C)

Sabiendo que Gh = C x ( 2 )

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30

donde

C = caudal de aire (m3/h) = Peso especfico del aire a 15 C = 1,2 Kg/m3

Reemplazando en ( 1 )

H = ce x C x x (ti te) ( 3 )

Kcal / hs = (Kcal / Kg C) x (m3 / hs) x (Kg / m3) x (C) Despejando el caudal C obtenemos la siguiente expresin:

C = H / ce x x (ti te) ( 4 )

El trmino ( ce x ) puede considerarse una constante, por lo tanto: 0,24 Kcal / Kg C x 1,2 Kg / m3 = 0,29 Kcal / C m3

quedando la expresin para el clculo del caudal por Temperatura Lmite:

C (m3 / h) = H / 0,24 Kcal / Kg C x 1,2 Kg / m3 x (ti te)

C (m3 / min) = H / 0,24 Kcal / Kg C x 1,2 Kg / m3 x 60 min / h x (ti te)

EJEMPLO:

Si del clculo trmico resulta que la carga es de 10.000 Kcal/h, con una temperatura interior mxima de ti = 30 con una temperatura exterior de te = 25 C, la diferencia entre ambas ser de t = 5 C.

Aplicando la expresin ( 4 ):

C = 10.000 Kcal / h / ( 0.29 Kcal / C m3 x 5 C ) = 6.944 m3/h

Otra manera prctica para determinar la cantidad necesaria de aire a ventilar de un local es:

Establecer la diferencia entre la temperatura mxima que se genera en el local en una hora y la exterior como promedio de varios das, dividindola por el aumento mximo de temperatura que se aceptara.

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31

EJEMPLO:

Un local de 8.000 m3 de volumen, cuya actividad conjuntamente con su equipamiento produce una temperatura interior de 38 C, y la exterior es de 30 C (a la sombra).

Si pactamos que la diferencia de temperatura no sea mayor a 0,5 C, obtenemos:

Renovaciones (N R / h) = ( 38 C 30 C ) / 0,5 C = 16 R / h

Aplicndolo al volumen del local en cuestin, resulta el volumen de aire a mover por hora:

C (m3/h) = 8.000 m3 x 16 R/h = 128.000 m3/h

A efectos de profundizar sobre la manera de obtener la Carga Trmica del local a ventilar, se har una breve introduccin al clculo del Balance Trmico del lugar, mediante la aplicacin de las Tablas que componen el presente tratado.

3. MTODO DE CLCULO POR CONTENIDO MXIMO DE ANHDRIDO CARBNICO

Cuando hablamos de la composicin del aire y se expuso la diferencia entre el aire puro y el expirado, se dedujo el volumen de aire horario mnimo a mover para que una persona disfrute de un ambiente saludable. Teniendo en cuenta que una persona en reposo respira 0,5 m3/h de aire, y espira un 4% de CO2 por enrarecimiento del aire, que el contenido de CO2 en el aire puro es de 0,04%, y que la proporcin mxima en el aire no debe exceder el 0,14%, podemos deducir el volumen de aire a introducir en un local para un nmero de personas que sea necesario de acuerdo a la siguiente expresin:

C (m3/h) = N x Cm x 0,5 m3/h A l A v

Donde: C = Volumen o caudal de aire horario a introducir (m3/h) N = Nmero de personas Cm = Caudal medio de CO2 (4%) A l = Porcentaje de CO2 lmite admisible del local (0,14%) A v = Porcentaje de CO2 del aire de ventilacin (0,04%)

D. VENTILACIN POR DILUCIN

La Ventilacin por Dilucin consiste en diluir el aire contaminado de un ambiente, mediante la incorporacin de aire puro exterior.

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32

11.. VVEENNTTIILLAACCIINN PPOORR DDIILLUUCCIINN PPAARRAA CCOONNTTRROOLL DDEE LLAA CCOONNTTAAMMIINNAACCIINN:: Es de aplicacin para casos en que el tipo de actividad, proceso, equipamiento, distribucin de tareas, etc., no permitan incorporar un sistema de Ventilacin Localizada. La aplicacin ms frecuenta es ante la presencia de contaminantes tales como vapores de lquidos orgnicos y solventes de baja toxicidad. CLCULO DE VOLUMEN DE AIRE PARA DILUCIN:

Para poder determinar el caudal de aire de ventilacin, es necesario conocer los siguientes datos:

a. Cantidad de vapor generado o lquido evaporado. b. Valor de la constante K, que sirve como factor de seguridad de multipropsitos

que tiene como nica finalidad, mantener constante la concentracin de impurezas en el aire bien por debajo del Valor Lmite Umbral VLU (Threshold Limit Values).

La ecuacin para el clculo es la siguiente:

Caire = 403 x rsustancia x 1.000.000 x Csustancia x K

PMsustancia x VLU

Donde: Caire = Caudal de aire de dilucin (pie3/h) 1 pi3/h = 28,320 cm3

rsustancia = Peso especfico relativo de la sustancia contaminante que se

evapora o de los gases que se forman Csustancia = Caudal de sustancia contaminante evaporada o generada durante

el proceso tecnolgico (pinta/hora) 1 pinta = 473,179 cm3 V. L. U. = Valor Lmite expresado en partes por milln (ppm) PMsustancia = Peso molecular de la sustancia

1.000.000 = Constante de homogeneidad que aparece por estar el V. L. U. expresado en ppm.

K = Factor de seguridad adimencional (K: entre 3 y 10)

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33

Para seleccionar el valor de K, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Toxicidad del contaminante

Baja Toxicidad VLU 500 ppm Media Toxicidad VLU 100 a 500 ppm Alta Toxicidad VLU 100 ppm

2. Grado de evolucin del contaminante 3. Efectividad de la ventilacin (ver figura ubicacin de ventiladores)

Disposicin de ventiladores en locales con presencia de contaminantes

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34

Otra forma de expresar la cantidad de aire necesario, es a travs de la relacin Volumen de Aire Necesario respecto el Volumen de Sustancia Contaminante Evaporada o Generada:

Caire = 403 x rsustancia x 1.000.000 x K Csustancia PMsustancia x V. L. U.

Donde

Caire / Csustancia = Relacin Volumtrica (pie3 / pinta)

Otra forma de expresar la cantidad de aire necesario para dilucin, es mediante la relacin Volumen de Aire Necesario respecto del Peso de la Sustancia Contaminante Evaporada o Generada:

Caire / Gsustancia = 387 x 1.000.000 x K PMsustancia x V. L. U.

Donde

Caire / Gsustancia = Relacin en peso (pie3 / libra)

VOLUMENES DE AIRE REQUERIDOS PARA DILUCIN VOLUMEN DE AIRE REQUERIDO PARA

DILUCIN LQUIDOS

pi3 / pinta pi3 / libra Metil Butil (25) Metil Etil (200) Metil Isobutil (100) Metil Propil (200) n Propil Acetato (200) Isopropil Alcohol (400) Isopropil Eter (250) Tetracloroetano (5) Tetracloroetileno (100) Xyleno (100)

No Recomendado 22.500 32.300 19.000 17.500 13.200 11.400

No Recomendado 39.600 33.000

No Recomendado 26.900 38.700 22.400 18.900 16.100 15.140

No Recomendado 23.400 36.400

Los valores tabulados, se refieren a una distribucin y dilucin perfecta del aire en los vapores o gases de la sustancia contaminante. Estos valores debern ser

multiplicados por el valor de K seleccionado previamente.




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1 Pinta = 0,48 lts = 473,18 cm3 = 473,18 ml = 4,73 x 10 4

1 pie3 = 28,32 dm3

22.. VVEENNTTIILLAACCIINN PPOORR DDIILLUUCCIINN PPAARRAA CCOONNTTRROOLL DDEE RRIIEESSGGOO DDEE IINNCCEENNDDIIOO OO

EEXXPPLLOOSSIINN

La ventilacin por Dilucin es tambin utilizada para el control de riesgos de incendio o explosin disminuyendo las concentraciones de vapores a valores inferiores al Lmite Inferior de Explosin L. I. E. (Lower Explosive Limit L. E. L.). Es evidente que cuando el operario est expuesto a atmsferas con vapores peligrosos, el concepto de L. I. E. debe despreciarse, prevaleciendo el del de V. L. U.

Por ejemplo, el V. L. U. del xyleno es de 100 ppm, mientras que su L. I. E. del del 1% 10.000 ppm. Una atmsfera de xyleno ser resguardada de los riesgos de fuego y explosin, cuando sea mantenida al 25% del valor de L. I. E. o sea 2.500 ppm. Una persona expuesta a una atmsfera bajo esas condiciones, sufrir una severa enfermedad o la muerte.

PRINCIPIOS BSICOS PARA LA IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE VENTILACIN POR DILUCIN

1. Seleccionar o calcular (con datos reales) la cantidad de aire requerido para una

dilucin satisfactoria del contaminante. 2. Ubicar la bocas de salida cerca de las fuentes de contaminacin, con la finalidad de

obtener los beneficios de una ventilacin puntual. 3. Las bocas de entrada y salida de aire debern ser ubicadas de manera tal que todo

empleado en la ventilacin pase a travs de la zona de contaminacin. 4. reemplazar el aire contaminado que se ha extrado por aire fresco, precalentado en

pocas de fro. 5. El movimiento general de aire en el lugar de trabajo, deber mantener la fuente

entre el operador y la boca de salida. 6. Es recomienda una combinacin de un sistema de extraccin e inyeccin conjuntas,

preferiblemente con un porcentaje mayor de extraccin con el fin de generar reas con presin negativa (despresurizadas) cuando existan ambientes contiguos ocupados. En caso de que no haya ambientes contiguos ocupados, se recomienda inyectar una mayor cantidad de aire a efectos de crear reas presurizadas.

7. Se deben evitar las recirculaciones o reingresos de aire ya extrado de los locales.

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VOLUMEN DE AIRE REQUERIDO PARA LA DILUCIN

Caire = 403 x rsustancia x 100 x C Csustancia PMsustancia x L. I. E. x B

Donde:

Caire / Csustancia = Relacin volumtrica (pi3/pinta)

100 = Debido a que el L. I. E. se expresa en porcentaje (%) o sea partes por cien, en lugar de ppm como el V. L. U. , el factor de homogeneidad en lugar de ser 1.000.000 es de 100.

C = Factor de seguridad que depende de un porcentaje del L. I. E.

necesario para mantener condiciones seguras. (En hornos u hogares de calderas se fija como conveniente mantener concentraciones de gases y vapores que no superen el 25% del L. I. E..

Ejemplo: - Hornos u hogares con ventilacin continua: C = 4% - Hornos Batch con buena distribucin de aire: C = 10 a 12% - Hornos Batch mal ventilados: C > 12%

B = Constante que tiene en cuenta que el L. I. E. de una mezcla

disminuye con la temperatura.

B = 1,00 (Para temperaturas hasta 121C) B = 0,70 (Para temperaturas mayores a 121C)

VVEENNTTIILLAACCIINN LLOOCCAALLIIZZAADDAA El propsito de la Ventilacin Localizada es extraer el aire contaminado en el mismo lugar que se genera, evitando la propagacin en el resto del ambiente. La manera de implementar ste sistema es instalar campanas receptoras que aspiren el polvo o humo, de tal manera que envuelvan o cubran el equipo generador de contaminantes, transportando el aire desde ste sector hacia el exterior por medio de conductos a una velocidad que evite la salida de humos y polvos. Al implementar ste tipo de ventilacin, disminuye la cantidad de renovaciones de aire a afectar al ambiente es cuestin. El sistema de conductos debe disearse de tal forma que, los humos y polvos fluyan suavemente hacia adentro para luego sacarlos al exterior.

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Las nieblas o gotas de lquido en suspensin en el aire, al depositarse se comportan igual que los polvos, debiendo imponer velocidades de aire superiores a la de deposicin para obtener un control y renovacin de aire en ambientes contaminados con polvos y vapores. Un sistema de extraccin localizada tendr los siguientes componentes:

1. Diseo de captaciones. 2. Diseo de conductos. 3. Diseo de equipos de control y retencin de agresores aspirados. 4. Diseo de ventiladores. 5. Diseo de evacuaciones

AASSPPIIRRAACCIINN LLOOCCAALLIIZZAADDAA:: 1. ASPIRADORES CERRADOS (Campana de humos) 2. ASPIRADORES SEMICERRADOS 3. ASPIRADORES ABIERTOS

DUCHA DE AIRE: Chorro de aire de dimensiones definidas que se dirige a una

persona OASIS DE AIRE: Espacio limitado con paredes laterales, pero abierto en la parte

superior, al que se suministra aire puro. CORTINA DE AIRE: Corriente de aire puro en sentido descendente que se instala en

ingreso a galeras, sector de hornos o locales de gran trnsito que por seguridad no permita mantener puertas cerradas.

CLASIFICACIN DE VENTILACIN LOCALIZADA

ASPIRACIN LOCALIZADA VENTILACIN DUCHAS DE AIRE ENTRADA LOCALIZADA OASIS DE AIRE LOCALIZADA CORTINAS DE AIRE

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Antes de introducirnos en el tema de extraccin localizada, debemos conocer el comportamiento de los agresores en el aire que los contiene. Los gases y vapores se difunden con rapidez en el aire, mezclndose con el mismo, provocando graves consecuencias al aspirarlo. Por lo tanto, cuanto ms cerca se coloque la captacin de la fuente emisora, ms eficiente ser el sistema. En el caso de partculas dispersas y mezcladas en el aire, dependen de su tamao, el que oscila entre 0,2 y 20 micrones. Si bien las partculas comprendidas entre 10 y 20 micrones representan el mayor peso de material particulado en el aire, constituyen un menor nmero respecto a de menos de 10 micrones.

Si admitimos que en ambientes industriales las corrientes de aire son de cmo mnimo 6 m/min, lo que equivale a 10 cm/seg, se deduce que, teniendo en cuenta solo la accin de la gravedad, las partculas finas (10 a 20 micrones), no tienen posibilidad de moverse independientemente en el aire que se encuentran suspendidas.

VELOCIDAD A LA ENTRADA DE UN COBERTIZO RECTANGULAR

VELOCIDAD TERMINAL DE PARTCULAS SEGN SU DIMETRO DIMETRO (micrones) VELOCIDAD TERMINAL (cm/seg)

1 0,008 10 0,8 40 13




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De lo expuesto, se deduce que en extraccin localizada, los polvos finos de trascendencia higinica, pueden ser considerados como carentes de peso o de capacidad de movimiento independiente en el aire, por lo cual en control de ste tipo de material particulado se reduce al control del aire en el que se encuentra suspendido. De lo expuesto, podemos clasificar las partculas en suspensin en:

1. Partculas Inerciales (responden a las leyes de la inercia y/o gravitacin.) 2. Partculas Finas (quedan suspendidas en el aire que las contiene)

PARTCULAS INERCIALES

PARTCULAS FINAS

1. CAEN POR ACCIN DE LA GRAVEDAD 1. FORMAN SUSPENSIONES ESTABLES

2. CONSTITUYEN EL MAYOR PESO 2. CONSTITUYEN EL MAYOR NMERO

3. NO TIENEN SIGNIFICACIN HIGINICA 3. TIENEN TRASCENDENCIA HIGINICA

4. PUEDEN SEPARARSE DE LA MASA DE AIRE 4. SE SEPARAN SOLO POR FILTRACIN POR GRAVEDAD O POR IMPACTO

5. NO DIFRACTAN LA LUZ 5. DIFRACTAN LA LUZ

6. DEBEN MUESTREARSE POR SEDIMENTACIN

6. SE MUESTREAN POR ASPIRACIN O EN FORMA ISOCINTICA EN CONDUCTOS

7. SE CONTROLAN CON DIFICULTAD 7. SE CONTROLAN CON EL MOVIMIENTO DEL AIRE.

Grficamente, se dan ejemplos de campanas extractoras de humos y polvos para distintos tipos de Industrias

VELOCIDADES DEL AIRE MNIMAS RECOMENDADAS PARA DIFERENES CAMPANAS Y CABINAS

EN AUSENCIA DE REGULACIONES LOCALES QUE DIGAN LO CONTRARIO

TALLER DE ELECTRLISIS

0,75 m/seg

A LA ENTRADA DE LA CAMPANA

SOLDADURA ELCTRICA

0,75 m/seg


COCINAS

0,2 a 0,5 m/seg


CABINAS DE PINTURA CON PISTOLA

0,75 m/seg

A NIVEL DE RESPIRACIN DEL CHORRO

CABINAS DE LIMPIEZA POR CHORRO DE ARENA

2,5 m/seg

A LA ENTRADA, HACIA ABAJO

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Buena Ubicacin Mala Ubicacin




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Superficie Lmite de Captacin

Aspiracin de Ruedas Pulidoras

Bueno Malo

DISEO DE CABINAS Proceso Caliente




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Proceso Fro

DISEO DE SOPLADO Y ASPIRACIN (BARRIDO)




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CAMPANAS DE ASPIRACIN




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Campana Dosel

CAMPANA LATERAL




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TANQUE CON CAMPANA LATERAL

COLECTOR DE POLVO PARA UNA SIERRA CIRCULAR

COBERTIZO TRUNCADO PARA DAR PASO A UN TRANSPORTADOR

ELIMINACIN DE POLVO DE UNA CINTA TRANSPORTADORA




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CUBIERTA PARA UNA CINTA CAMPANA CON SUPERFICIE TRANSPORTADORA DE ASPIRACIN REDUCIDA

CAMPANA EN MESA O MESA DE ASPIRACIN




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VELOCIDADES MNIMAS DE TRANSPORTE

POLVO DE GRANOS 10 m/seg

POLVO DE CAUCHO 10 m/seg

HARINA 15 m/seg

ASERRN DE MADERA 15 m/seg

POLVO METLICO 15 m/seg

VIRUTA DE MADERA 18 m/seg CARBN FINO 20 m/seg

XIDO DE PLOMO 25 m/seg

PRINCIPIOS DEL FLUJO O CAUDAL DE AIRE La diferencia de presin generada por la circulacin de aire entre dos puntos, da origen a una fuerza en el aire que crea un flujo desde la zona de alta presin hacia la de baja presin.

C = V x A Donde: C = Caudal de Aire (m3/min) V = Velocidad del aire (m/min) A = rea de la seccin transversal del pasaje de aire (m2) PRESIN DINMICA Presin definida en el conducto, generada por el pasaje de caudal de aire. Donde V = Velocidad del aire (m/seg) g = Aceleracin de la gravedad (m/seg2) = 9,81 (m/seg2) h = Altura de aire (mmca) h = PD /

V = 2 g x h

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donde: = densidad del aire (Kg/m3) para p = 760 mmHg y t = 21 C PD = presin dinmica (Kg/m

2) (mmca) Reemplazando Expresin que permite calcular la velocidad del aire en m/seg en funcin de la presin dinmica expresada en mmca (Tabla 17). Por lo tanto, reemplazando en la ecuacin de caudal, queda:

PPRREESSIINN EESSTTTTIICCAA La presin que ejerce el aire en un recipiente, perpendicular a las paredes del mismo, se denomina Presin Esttica y no depende de la velocidad del aire. (Ver Tabla 17) AMBIENTE DESPRESURIZADO = PRESIN ESTTICA < PRESIN ATMOSFRICA AMBIENTE PRESURIZADO = PRESIN ESTTICA > PRESIN ATMOSFRICA PPRREESSIINN TTOOTTAALL La Presin Total es la suma algebraica de la Presin Esttica y la Presin Dinmica.

PT = PE + PD Para demostrar que la presin total es la suma de la presin esttica y la dinmica, podemos plantear los siguientes casos: A. Tenemos una cmara hermticamente cerrada, y en su interior contiene aire a 0,01

Kg/cm2 (PE) (100 mm. c. a. = 1 Kg/cm2 = 1 atmsfera mtrica = 10 m. c. a.).

C = 4,043 x A x PD

V = 2 x 9,81 x PD 1,2

V = (m / seg2) x (Kg / m2) x (1 / (Kg/m3)) = 4,043 PD

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PT PE = PD

100 mmca 100 mmca = 0 mmca

B. Si los extremos de la cmara del apartado A son abiertos, la cmara pasa a ser un

conducto por el cual circula aire, lo que implica que ahora existir no solo PE sino PD. Si se incorpora un ventilador que inyecte aire en uno de los extremos, provocaremos un flujo de aire forzado que presurizar el conducto en estudio. El hecho de que se desplace el aire por el conducto y exista un rozamiento sobre las paredes del conducto, la expresin de presin total estar afectada por el valor resultante de esa friccin. Considerando las condiciones planteadas en el apartado A, en el que PE = 100 mmca, bajo las actuales condiciones, esa PE disminuir, pudiendo considerar que el nuevo valor es de PE = 96 mmca, por lo tanto, la diferencia corresponder a PD = 4 mmca.

PT PE = PD 100 mmca 96 mmca = 4 mmca

C. Si ahora el ventilador se ubica en la salida del conducto, se provocar un flujo de aire inducido, lo que despresurizar el conducto, que expresado en la ecuacin queda:




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PT PE = PD

(- 96 mmca) (- 100 mmca) = 4 mmca

PPRREESSIIOONNEESS DDEE UUNN VVEENNTTIILLAADDOORR - La Presin Dinmica (PD) se utiliza para crear y mantener la velocidad de aire en un

conducto. - La Presin esttica (PE) en una presin compresiva existente en el seno de fluido y

sirve para vencer los rozamientos y otras resistencias ofrecidas al paso del aire. - Siempre las PD y PE estn relacionadas entre s, ya que si en algn punto del

conducto hay variacin de velocidad, variarn los valores de stas presiones (Ejemplo: Si en un punto del conducto aumenta la velocidad: parte de la PE disponible en ese punto se transforma en PD, y en caso de que disminuya, parte de la PD se convierte en PE)

ACELERACIN DEL AIRE Y PRDIDAS EN LA ENTRADA La diferencia de presin requerida para introducir el aire dentro de una boca de aspiracin, debe ser lo suficientemente grande como para acelerar el aire desde el reposo hasta la velocidad deseada y para vencer las prdidas por turbulencia en la entrada. La energa requerida para la aceleracin es igual a la presin dinmica (PD) correspondiente a la velocidad deseada. Las prdidas por turbulencia son causadas por la boca de aspiracin y varan con la forma. El coeficiente de entrada (Ce) indica el alcance de las prdidas por turbulencia. La presin esttica en la boca de aspiracin (PEE) es una medida directa (mmca) de la energa de aceleracin y tambin de las prdidas por turbulencia. Para una campana o boca de aspiracin ideal:

Ce = 1 PEE = PD

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En este caso:

V = 4,043 PD Donde

Ce = PD = 1 PEE

Reemplazando: V = 4,043 x Ce x PEE = 4,043 x PEE Para una campana o boca de aspiracin para la cual es: Ce = 0,86 V = 4,043 x 0,86 x PEE = 3,476 x PEE Para obtener en el conducto una velocidad deseada de 20 m/seg, se requerir una presin esttica (PE) de entrada dada por la siguiente expresin: PEE = V = 20 m/seg PEE = ( 20 / 3,476 )

2 = 33,08 mm. c. a. 3,476 3,476 Podemos decir que la presin esttica de entrada (PEE) indica la energa requerida para la aceleracin (PD) y las prdidas por turbulencias (he), pudindose expresar de la siguiente manera:

PEE = PD + he Para los propsitos de diseo, las prdidas de entrada (he) son siempre designadas como una fraccin decimal (Fh) de la presin dinmica (PD): De sta manera, las prdidas de entrada se expresan como:

he = Fh x PD donde

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he = prdida por turbulencia en la entrada

Fh = fraccin decimal de la presin dinmica

PD = presin dinmica CADAS DE PRESIN DENTRO DEL CONDUCTO La resistencia a la circulacin del flujo de aire que ofrece un conducto se debe a:

a. Prdidas por friccin o rozamiento (Esttico) b. Prdidas por turbulencia (Dinmico)

Las prdidas por rozamiento (Estticas) son directamente proporcionales a la longitud del conducto y al cuadrado de la velocidad de pasaje de aire, e inversamente proporcionales al dimetro del conducto. Las prdidas por turbulencia (Dinmicas), dependen del nmero y tipo de codos o piezas de derivacin existentes en la instalacin y de la frecuencia con la que la velocidad del aire cambia dentro del conducto. En base a lo expuesto hasta ahora, de deduce que para implementar un sistema de ventilacin que cumpla stas condiciones, se debe recurrir a un elemento mecnico como es un ventilador, que sea capaz de vencer la resistencia dentro del conducto y

a. PRDIDAS POR FRICCIN O ESTTICAS.

PRDIDAS EN CONDUCTOS

b. PRDIDAS POR TURBULENCIA O DINMICAS

SEGN EL TEOREMA DE BERNOULLI:

La presin esttica ms la presin dinmica en un punto aguas arriba en la direccin del flujo de aire, es igual a la presin esttica ms la presin

dinmica en un punto aguas abajo en la misma direccin ms las prdidas estticas y dinmicas

PE1 + PD1 = PE2 + PD2 + Prdidas

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entregue la energa suficiente para mantener una diferencia de presiones entre los dos extremos del conducto.

DISEO DE UNA CAMPANA DE EXTRACCIN A continuacin desarrollaremos las bases para calcular una campana de extraccin y el ventilador apropiado. Las campanas se utilizan generalmente en cocinas de viviendas, hospitales, fbricas, restaurantes, etc., fundamentalmente para extraer vapores, humos, olores y gases producto del proceso, a fin de evitar la contaminacin y propagacin a otros ambientes. VELOCIDAD DE CAPTURA: Depende de la forma en que se origine el flujo de aire para que, pasando por la fuente de contaminacin sea suficiente para extraer aire altamente contaminado en los alrededores y en la propia fuente generadora. El mejor diseo debe ser el que extraiga la menor cantidad de aire contaminado para lograr controlar el nivel de contaminacin. CORRIENTE DE AIRE EN LA CAMPANA Es importante tener en cuenta saber cmo circula el aire hacia la campana. Tambin es errneo suponer que por sentir la corriente de aire un par de metros delante de una boca de salida o de un ventilador, el aire que penetra en la campana origina un movimiento perceptible un par de metros delante de la misma.

Ventilador

CAMBIOS DE PRESIN EN UN SISTEMA DE EXTRACCIN SIMPLE

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El aire que circula hacia el interior de la campana crea turbulencia slo a pocos centmetros delante de ella. El aire a presin tiene un tiro aproximadamente 30 veces mayor que el arrastre en el lado de succin del ventilador. El flujo de aire ingresa al sistema en todas direcciones y sale por el otro extremo prcticamente en lnea recta. Otro aspecto que influye sobre sta ltima diferencia, es que en aire que circula hacia una entrada, no puede cargarse de energa. Lo ms que cabe es reducir la presin en el conducto de aspiracin hasta que la presin atmosfrica del local empuje el aire dentro del conducto mismo. En diferencia, el aire expelido puede cargarse con una cantidad ilimitada de energa. La siguiente figura, muestra sta diferencia reflejando las velocidades frente a la boca de aspiracin y en la boca de descarga de un conducto alimentador del mismo dimetro. La velocidad en ambas caras es de 1.200 m/min. La velocidad del aire a una distancia de un (1) dimetro (1 d) de la entrada, es de aproximadamente 122 m/min, el 10% de la velocidad de entrada. El aire frente a la salida, recorrer unos treinta (30 d) dimetros antes de que la velocidad se reduzca a 122 m/min aproximadamente.

Ventilador

d

120 m/min

EXTRACCIN

APROXIMADAMENTE EL 10% DE LA VELOCIDAD FRONTAL A 1 DIMETRO DE LA ABERTURA DEL EXTRACTOR

30 d

SOPLADO

d

120 m/min

APROXIMADAMENTE EL 10% DE LA VELOCIDAD FRONTAL A 30 DIMETROS DE LA ABERTURA DEL CHORRO DE PRESIN

1.200 m/min ES LA VELOCIDAD DEL AIRE AL FRENTE DE AMBAS ABERTURAS




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La siguiente figura, muestra el flujo de aire que circula hacia un tubo abierto

El aire se mover en todas las direcciones hacia la boca de aspiracin, creando un flujo de contorno, que son lneas de igual velocidad en el frente de la boca de la campana. La trayectoria, son lneas perpendiculares a las lneas de igual velocidad, de manera que se cumpla siempre que la tangente a la trayectoria en cualquier punto indica la direccin del flujo de aire en ese punto. A la entrada del Tubo:

1. Abertura Lisa . . . . . . : A la distancia de un (1) dimetro del tubo, la velocidad del aire es da aproximadamente el 7,5% de la de entrada.

2. Abertura alineada con la pared . . . . . . . : Aumenta el alcance respecto al caso anterior.

VELOCIDAD DE ASPIRACIN (VELOCIDAD DE CAPTURA) La velocidad de aspiracin en la lnea central, a una distancia X de la b

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2011-Apunte Higiene Cooregida (Recovered 1) (Recovered 1)