VentilaciA3n Industrial - Echeverri LondoA_-o, Carlos Alb

VENTILACIÓN INDUSTRIAL

Carlos Alberto Echeverri Londoño Ingeniero Químico M. Sc. en Ingeniería Ambiental

de la s e n o i c i d e

VENTILACIÓN INDUSTRIAL 1a edición 2011 © Universidad de Medellín © Ediciones de la U © Carlos Alberto Echeverri Londoño ISBN: 978-958-8692-07-4 Editor: Leonardo David López Escobar Dirección electrónica: [email protected] Universidad de Medellín. Medellín, Colombia Cra. 87 No. 30-65. Bloque 20, piso 2. Teléfonos: 340 52 42 - 340 53 35 Medellín - Colombia Distribución y ventas: Universidad de Medellín E-mail: [email protected] www.udem.edu.co Cra. 87 No. 30-65 Teléfono: Colombia 340 52 42 Medellín, Ediciones de la U www.edicionesdelau.com Calle 24 A No. 43-22 Quinta Paredes PBX: (57-1) 4-810505 Ext.114 Fax: (57-1) 3-440351 Bogotá, Colombia Diagramación: Hernán D. Durango T. [email protected] Impresión: Digiprint Editores E.U. Cl. 63 Bis No. 70-49 Fax: 224 2061 Tels.: 251 7060 - 430 7050 Bogotá, D.C. Colombia Todos los derechos reservados. Esta publicación no puede ser reproducida, ni en todo ni en parte, por ningún medio inventado o por inventarse, sin el permiso previo y por escrito de la Universidad de Medellín. Hecho el depósito legal.

CARLOS ALBERTO ECHEVERRY LONDOÑO

Ingeniero Químico de la Universidad Nacional de Colombia, Magíster en Ingeniería Ambiental de la Universidad de Antioquia, Jefe del Programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Medellín, Docente Investigador del Grupo de Investigaciones y Mediciones Ambientales de la Universidad de Medellín. Par Académico del Ministerio de Educación Nacional. Experto en contaminación atmosférica y ruido, y su control. Miembro de la Air & Waste Management Association.

A mi esposa Nancy, y a mis hijas Valentina y Mariana

Contenido PRESENTACIÓN....................................................................................................... 13 Capítulo 1

Conceptos generales 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

VENTILACIÓN GENERAL........................................................................................ 19 PRINCI PIOS DE LA VE NTILACIÓN GENER AL ........................................................ 21 CÁLC ULO DEL C AUDAL DE AIR E A EX TRAER ...................................................... 21 MOVIMIE NTO DEL AIR E......................................................................................... 24 UBICACIÓN DE LOS EXTRACTORES ...................................................................... 24 Capítulo 2

Ventilación exhaustiva loca l Ventilación exhaustiva local ..................................................................................... 29 Capítulo 3

Sistemas de captación 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

PROCEDIMIEN TO PARA EL DISEÑO DE LAS CAM PANAS ..................................... 38 REDUCCIÓN DEL CAUD AL DE SUCCIÓN EN LAS CA MPANAS .............................. 40 VELOCIDAD DE CAPTACIÓN .................................................................................. 42 CAMPANAS SUSPENDIDAS .................................................................................... 44 CAMPANAS EXTERNAS .......................................................................................... 47 CAMPANAS DE EXTRACCIÓN LATERAL ............................................................... 47 CAM PANAS DE EXTR ACCIÓN LATER AL CON RANUR AS PARA TANQUES ABIERTOS ............................................................................................................... 49 3.8 PRESIÓN ESTÁTICA EN LA CAMPANA................................................................... 61 Capítulo 4

Sistema de conductos 4.1 FUNDAMENTOS DE DISEÑO .................................................................................. 79 4.1.1 Régimen de flujo ............................................................................................ 79 4.1.2 Ecuación de continuidad ................................................................................. 81

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4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

4.8 4.9

4.1.3 Teorema de Bernoulli ..................................................................................... 82 4.1.4 Presión total ................................................................................................... 83 4.1.5 Presión de velocidad ....................................................................................... 85 COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONDUCTOS ................................................... 88 CHIMENEAS ............................................................................................................ 91 PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LOS CONDUCTOS ................................... 93 VELOCIDAD DE TRANSPORTE ............................................................................... 94 CAÍDA DE PRESIÓN EN EL SISTEMA DE CONDUCTOS ......................................... 97 PÉRDIDAS LOCALIZADAS EN ACCESORIOS ....................................................... 100 4.7.1 Coeficientes de pérdidas por fricción ............................................................ 101 4.7.2 Longitud equivalente.................................................................................... 106 PRINCIPIO DE DISEÑO PARA LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN ........................111 BALANCE DE CONDUCTOS EN UN SISTEM A DE VENTI LACIÓN..........................113 Capítulo 5

Ventiladores 5.1 5.2 5.3 5.4

VENTILADORES AXIALES .................................................................................. 127 VEN TIL ADORES CENT RÍF UGOS .......................................................................... 132 SELECCIÓN DE VENTILADORES .......................................................................... 136 LEYES DE LOS VENTILADORES ........................................................................... 159

5.4.1 159 5.4.2 Primera Segundaley ley................................................................................................... .................................................................................................. 160 5.4.3 Tercera ley .....................................................................................................161 5.4.4 Cuarta ley ......................................................................................................161 5.5 EFICIENCIA DEL VENTILADOR ............................................................................ 162 5.6 ACOPLAMIE NTO DE VEN TIL ADORES ................................................................. 165 5.6.1 Acoplamiento en serie .................................................................................. 165 5.6.2 Acoplamiento en paralelo ............................................................................. 166 5.7 EFECTOS DEL SISTEMA ....................................................................................... 167 Capítulo 6

Selección de motores 6.1 POTENCIA DEL MOTOR .........................................................................................178 6.2 DISPOSICIÓN O ACOPLAMIENTO DEL VENTILADOR ..........................................178 6.3 SELECCIÓN DE CORREAS Y POLEAS ................................................................... 187 6.3.1 Potencia del motor ........................................................................................ 189 6.3.2 Selección de la sección transversal de la correa y el diámetro primitivo de las poleas ........................................................................................................... 190 6.3.3 Potencia por correa y número de correas ...................................................... 209

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA S ......................................................................... 213 ▪

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ventilaCión i ndustrial

Índice de figuras Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 2.1 Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13

Tipos de ventilación..................................................................................... 18 Ubicación de los extractores ........................................................................ 25 Componentes de un sistema de ventilación industrial................................. 30 Encerramiento para la aplicación de pintura en automóviles ...................... 36 Cabina para laboratorio ............................................................................... 37 Campana para tanque de superficie abierta ................................................ 37 Perfil de velocidades para una campana circular plana ............................... 39 Distribución de velocidades en una campana rectangular .......................... 39 Campana con pestañas deflectoras .............................................................40 Perfiles de velocidad en una campana apoyada sobre una mesa ................. 42 Relación entre la distancia y el caudal de succión ....................................... 44 Campana suspendida .................................................................................. 45 Uso de campanas en procesos en que el trabajador labora sobre la fuente . 46 Campana externa para soldadura portátil ................................................... 47 Campana para puesto de soldadura ............................................................. 48 Tanque de superficie abierta ....................................................................... 50

Figura 3.14 Figura 3.15 Figura 3.16 Figura 3.17 Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 Figura 3.21 Figura 3.22 Figura 3.23 Figura 3.24 Figura 3.25

Tanque de superficie abierta ....................................................................... 51 Tanque de superficie abierta ....................................................................... 52 Ventilación exhaustiva para tanques de inmersión ..................................... 53 Campanas ubicadas en diferentes posiciones para un tanque de superficie abierta .................................................................................... 54 Vena contracta............................................................................................. 61 Pérdidas a la entrada de la campana y coeficiente de entrada ..................... 63 Pérdidas a la entrada de la campana ........................................................... 64 Vaciado de metales fundidos ....................................................................... 65 Cabina de pintura ........................................................................................ 66 Cabinas pequeñas para pintura ................................................................... 67 Cabinas grandes para pintura ..................................................................... 68 Cabina de laboratorio con puerta de guillotina ........................................... 69

Figura Figura 3.26 3.27 Figura 3.28 Figura 3.29 Figura 3.30 Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3

Campana para ruedas de esmerilcon para pulimento y brillo ........................... 70 Cabina para horno de fundición crisol .................................................. 71 Cabina para horno de fundición móvil......................................................... 72 Campanas para llenado de tambores........................................................... 73 Campana para llenado de talegas ................................................................ 74 Tipos de flujo ............................................................................................... 80 Ley de conservación de la masa................................................................... 81 Medición de las presiones total (P T), estática ( Pe) y de velocidad (Pv) ........... 85 ▪

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Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10

Tubos pitot .................................................................................................. 86 Termoanemómetro ...................................................................................... 87 Codos de 90°................................................................................................ 89 Entradas ...................................................................................................... 89 Expansiones ................................................................................................ 90 Contracciones concéntrica y abrupta ........................................................... 90 Compuerta tipo mariposa ............................................................................ 90

Figura Figura 4.11 4.12 Tipos Tipos de de chimeneas chimeneas ..................................................................................... ..................................................................................... 92 92 Figura 4.13 Factores de corrección para conductos de otros materiales de acuerdo con la rugosidad .......................................................................................... 99 Figura 4.14 Conductos que cambian de dirección en la entrada................................... 104 Figura 4.15 Principios de diseño para los sistemas de ventilación.................................111 Figura 4.16 Principios de diseño para los sistemas de ventilación.................................112 Figura 4.17 Sistema de ventilación ................................................................................117 Figura 5.1 Ventilador axial ......................................................................................... 128 Figura 5.2 Ventiladores axiales .................................................................................. 130 Figura 5.3 Ventiladores axiales .................................................................................. 131 Figura 5.4 Ventilador centrífugo................................................................................. 132 Figura 5.5 Tipos de rotores ......................................................................................... 133 Figura 5.6 Álabes curvos hacia adelante, radiales y curvos hacia atrás ..................... 134 Figura 5.7 Álabes inclinados hacia atrás y radiales .................................................... 134 Figura 5.8 Álabes radiales para instalaciones industriales pesadas ........................... 135 Figura 5.9 Álabes radiales para instalaciones forzosas .............................................. 135 Figura 5.10 Curvas características del sistema de ventilación y el ventilador .............. 137 Figura 5.11 Acoplamiento de ventiladores en serie ...................................................... 165 Figura 5.12 Acoplamiento de ventiladores en paralelo ................................................. 167 Figura 5.13 Factores de efecto del sistema para la longitud del conducto .................... 168 Figura 5.14 Factores de efecto del sistema para codos de varias secciones sin guías interiores..................................................... 169 Figura 5.15 Factores de efecto del sistema para codos ..................................................170 Figura 5.16 Corrección del flujo no uniforme en la entrada...........................................171 Figura 5.17 Forma de instalar un ventilador .................................................................172 Figura 5.18 Instalación del ventilador del ejemplo 8 .....................................................172 Figura 6.1 Figura 6.2 Figura 6.3 Figura 6.4 Figura 6.5 Figura 6.6 Figura 6.7

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Partes de un motor .....................................................................................177 Tipos de acoplamiento del ventilador ........................................................ 186 Localización del motor en los ventiladores ................................................ 187 Acople de las correas en las poleas............................................................ 188 Partes de una correa ................................................................................. 188 Perfil de la correa y diámetro de la polea menor ....................................... 191 Dimensiones nominales de las correas ...................................................... 191

ventilaCión i ndustrial

Índice de tablas Tabla 1.1 Tabla 1.2

Ventilación mínima requerida en función del número de ocupantes ............ 20 Renovaciones de aire según la naturaleza de los locales ............................... 22

Tabla Tabla 3.1 3.2 Tabla 3.3 Tabla 3.4 Tabla 3.5

Ecuaciones de diseño para tipos campanas ............................. 43 41 Valores recomendados paradiferentes la velocidad de de captación .................................. Determinación del riesgo potencial ............................................................... 50 Determinación del grado de generación........................................................ 55 Velocidad mínima de captura para extracción lateral en procesos típicos con poco movimiento de aire ......................................... 55 Tabla 3.6 Velocidad mínima de captura (m/s) para locales sin corrientes de aire .................................................................................... 56 Tabla 3.7 Caudal específico por área de la superficie (m3/s/m 2) .................................... 57 Tabla 3.8 Tiempo de secado de solventes ..................................................................... 58 Tabla 4.1 Espesor de las paredes de conductos de acero y aluminio ............................ 95 Tabla 4.2 Velocidad de transporte mínima para algunos materiales ............................ 95 Tabla 4.3 Velocidad mínima en el conducto para algunos materiales........................... 96 Tabla 4.4 Rugosidad absoluta ..................................................................................... 100 Tabla 4.5 Coeficientes de pérdida por fricción para codos de 90° con diferente radio de curvatura ................................................................. 101 Tabla 4.6 Coeficientes de pérdida por fricción para codos cuadrados y rectangulares ........................................................ 103 Tabla 4.7 Coeficientes de pérdida por fricción para entradas ..................................... 103 Tabla 4.8 Coeficientes de pérdida por fricción para chimeneas tipo sombrerete ................................................................. 104 Tabla 4.9 Coeficientes de pérdida por fricción para expansiones entre conductos .............................................................. 105 Tabla 4.10 Coeficientes de pérdida por fricción para expansiones en el extremo del conducto ......................................................................... 105 Tabla 4.11 Coeficientes de pérdida por fricción para contracciones graduales ...................................................................... 106 Tabla 4.12 Coeficientes de pérdida por fricción para contracciones bruscas ......................................................................... 106 Tabla 4.13 Longitud equivalente para codos de 90 ° .................... ................................. 107 Tabla 4.14 Longitud equivalente para entradas ........................................................... 108 Tabla 4.15 Longitud equivalente para chimeneas tipo sombrerete .............................. 109 Tabla 4.16 Constantes para estimar la longitud equivalente de diferentes accesorios ...............................................................................110

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Tabla 4.17 Guía para balancear sistemas de ventilación por el método de longitud equivalente ........................................................ 123 Tabla 5.1 Ventilador centrífugo SWSI 15.................................................................... 139 Tabla 5.2 Ventilador centrífugo SWSI 20.....................................................................141 Tabla 5.2 Ventilador centrífugo SWSI 20 (continuación) ............................................ 142 Tabla 5.3 Ventilador centrífugo SWSI 30.................................................................... 143 Tabla 5.4 Ventilador centrífugo SWSI 44½ ................................................................ 145 Tabla Tabla 5.5 5.6 Tabla 5.7 Tabla 5.8 Tabla 5.9 Tabla 5.10 Tabla 6.1 Tabla 6.2 Tabla 6.2 Tabla 6.3 Tabla 6.4 Tabla 6.5 Tabla 6.6 Tabla 6.7 Tabla 6.8 Tabla 6.9 Tabla 6.10 Tabla 6.11 Tabla 6.12 Tabla 6.13 Tabla 6.14 Tabla 6.15

Ventilador 150 .....................................................................147 Ventilador centrífugo centrífugo BCS BCS 200.................................................................... 149 Ventilador centrífugo BCS 300.....................................................................151 Ventilador centrífugo BCS 490.................................................................... 153 Ventilador centrífugo LS 2015 .................................................................... 155 Ventilador centrífugo LS 2017..................................................................... 157 Datos técnicos y selección de motores .........................................................179 Selección de motores CAT........................................................................... 181 Selección de motores CAT (continuación) ................................................... 182 Dimensiones de los motores CAT (medidas para los montajes en mm)....... 183 Factor de servicio por tipo de trabajo .......................................................... 189 Incremento en el factor de servicio por las condiciones de funcionamiento 190 Dimensiones de referencia para las poleas.................................................. 192 Diámetro primitivo mínimo recomendado para poleas acopladas a motores eléctricos .................................................................................... 193 Dimensiones nominales de las correas Goodyear ....................................... 194 Factor de corrección del arco de contacto FAc .............................................. 197 Factor de corrección del largo primitivo FLp ................................................ 198 Potencia básica para una correa con perfil A y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 199 Potencia adicional para una correa con perfil A y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 200 Potencia básica para una correa con perfil B y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 201 Potencia adicional para una correa con perfil B y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 202 Potencia básica para una correa con perfil C

y un arco de contacto de 180°, en kW/correa............................................... 203 Tabla 6.16 Potencia adicional para una correa con perfil C y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 204 Tabla 6.17 Potencia básica para una correa con perfil D y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 205 Tabla 6.18 Potencia adicional para una correa con perfil D y un arco de contacto de 180°, en kW/correa ................................................................................. 207

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PRESENTACIÓN

En esta obra se pretende desarrollar una aproximación sistemática al diseño de los sistemas de ventilación industrial para proteger la salud de los trabajadores mediante la reducción de riesgos en el aire. En él se describen las bases teóricas y los conocimientos básicos que sirven de orientación al lector para abordar el diseño de un sistema de ventilación industrial. El libro es una compilación de los conocimientos referentes al diseño, cálculo y operación de los sistemas de ventilación y está dirigido a ingenieros y estudiantes de pregrado y de posgrado de ingeniería ambiental, sanitaria, mecánica, y en higiene y seguridad ocupacional. El libro es una guía completa con un enfoque ingenieril que cubre los principios, aplicaciones, conceptos fundamentales, explora el diseño y el funcionamiento de los sistemas de ventilación industrial.

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CA PÍT UL O 1 Conceptos generales aire contaminado

aire

Extractor de aire Tanque

(a) Ventilación general natural

ventilador Salida de aire

aire

(b) Ventilación general mecánica (presión positiva)

Extracción de aire

aire

(c) Ventilación general mecánica (presión negativa)

Campana aire Extractor aire limpio Tanque

(d) Ventilación exhaustiva local

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Ventilación general Principios de la ventilación general Cálculo del caudal de aire a extraer Movimiento del aire Ubicación de los extractores

C apítulo 1

CONCEPTOS GENERALES Puede definirse la ventilación como aquella técnica que permite sustituir el aire ambiente interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. La ventilación es un método común para reducir la exposición de las personas a los contaminantes que se srcinan en los procesos industriales y evitar así enfermedades profesionales. Es útil también para controlar el calor, la toxicidad o la potencial explosividad de su ambiente. La ventilación es una buena solución cuando las modificaciones en los procesos u otros métodos de control no son efectivos. El objetivo principal de la ventilación industrial es mantener la calidad y el movimiento en los de trabajo,Complementariamente, en condiciones convenientes para la proteccióndel de aire la salud delugares los trabajadores. contribuye al bienestar físico y a la mejora del rendimiento en la actividad desarrollada. El hombre sólo puede vivir en una atmósfera cuyas características se encuentren dentro de límites restringidos. El aire en los lugares de trabajo deberá cumplir con los siguientes requisitos [1]: • El contenido de oxígeno no deberá ser inferior al 19% en volumen. • Las concentraciones de los contaminantes en el aire deben ser inferiores a los límites permisibles establecidos por la OSHA (Occupational Safety & Health Administration). • El índice de estrés térmico del ambiente de trabajo debe ser inferior a los límites admisibles establecidos en los Reglamentos de Higiene y Seguridad en el Trabajo. En tanto que la ventilación aplicada a las viviendas, oficinas y locales de uso público tiene como objetivo la creación de condiciones de bienestar y la eliminación de olores y bacterias. La ventilación industrial se ocupa del control de la enorme variedad de sustancias que pueden contaminar al aire en los locales de trabajo y que se srcinan en procesos productivos; asimismo, se utiliza para evacuar el calor que pueden generar dichos procesos [1]. ▪

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Hay dos tipos principales de ventilación: la ventilación general y la ventilación exhaustiva local. La ventilación general busca la renovación y control del aire en la totalidad de un ambiente, en tanto que la ventilación localizada trata de crear condiciones particulares en sectores delimitados del mismo [1]. La figura 1.1 ilustra los diferentes tipos de ventilación.

aire contaminado

aire

Extractor de aire Tanque

(a) Ventilación general natural

ventilador Salida de aire

aire

(b) Ventilación general mecánica (presión positiva)

Extracción de aire

aire

(c) Ventilación general mecánica (presión negativa)

Campana aire Extractor aire limpio Tanque

(d) Ventilación exhaustiva local

Figura 1.1. Tipos de ventilación. Fuente: Salvador Escoda S.A. Manual práctico de ventilación. 2 a edición. Barcelona, 1998. ▪

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ConCeptos

generales

1.1 VENT ILACIÓN GENERA L

Consiste en el ingreso al local de un caudal de aire limpio exterior, calculado para diluir los contaminantes y reducir sus concentraciones a valores inferiores a los límites permisibles. En este tipo de ventilación, el aire que entra al local se propaga por el mismo antes de alcanzar la salida y los contaminantes presentes en el lugar de trabajo se mezclan con el aire que fluye a través del salón. Este tipo de ventilación tiene el inconveniente de que, de existir una fuente de contaminación concreta, el aire esparce el contaminante por todo el local antes de ser captado hacia la salida. Se puede utilizar el movimiento de aire inducido en forma natural o mecánica para diluir los contaminantes hasta concentraciones inferiores a los límites ambientales permisibles para cada sustancia (ver figura 1.1). También se utiliza la ventilación general para controlar ambientes con calor. Este tipo de ventilación es aplicable cuando en un local existen numerosas fuentes de contaminación dispersas, o cuando las fuentes son móviles. Su aplicación está limitada por la toxicidad y por la cantidad de contaminantes generados que, cuando superan ciertos valores, determinan la necesidad de caudales de aire que no son técnica o económicamente factibles [1]. El cálculo del caudal para la ventilación general, necesario para la dilución de los La contaminantes, requiere el conocimiento del régimen de generación de éstos. correspondiente estimación es, en general, dificultosa. La ventilación general tiene como objeto el mantenimiento de la pureza y de unas condiciones en el aire de un local determinado, es decir, mantener la temperatura y un nivel de contaminantes dentro de los límites admisibles para preservar la salud de los trabajadores. La concentración permisible para el cálculo debe incluir un factor de seguridad que tome en cuenta la distribución desigual de los contaminantes en el local. Es también aconsejable favorecer los movimientos convectivos localizados que tienden a unificar dicha distribución [1]. La ventilación en los locales detrabajo debe contribuir a mantener condiciones ambientales que no perjudiquen la salud del trabajador. A su vez, los locales deben poder ventilarse perfectamente en forma natural [2]. La tabla 1.1 establece la ventilación mínima de los locales, en función del número de personas. Cuando exista contaminación de cualquier naturaleza o condiciones ambientales que pudieran ser perjudiciales para la salud, tales como calor, vapores, gases, nieblas, partículas u otras impurezas en el aire, la ventilación debe contribuir a mantener permanentemente en todo el establecimiento las condiciones ambientales y en especial la concentración adecuada de oxígeno y ▪

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la de contaminantes dentro de los valores admisibles y evitar la existencia de zonas de estancamiento [2]. Tabla 1.1. Ventilación mínima requerida en función del número de ocupantes. Volumen del local (m3/persona)

Caudal de aire necesario (m 3/h - persona) Actividad sedentaria

Actividad moderada

3 6

43 29

65 43

9

21

31

12

15

23

15

12

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Fuente: Estrucplan. Ventilación industrial. En: http://www.estrucplan.com.ar.

A su vez, cuando existan las anteriores condiciones se debe contemplar la necesidad de implementar equipos de control, captando los contaminantes a través de campanas de extracción, para favorecer las condiciones adecuadas dentro del ambiente laboral. El aire contaminado se extrae del local mientras se introduce aire exterior para reemplazarlo. El contaminante puede propagarse por todo el recinto y la misión del aire exterior es diluir las impurezas hasta lograr la concentración máxima permisible. La ventilación puede hacerse por medios naturales o mecánicos. En la ventilación mecánica el aire es extraído de los locales, o es inyectado en ellos, utilizando ventiladores [1]. En cuanto a la renovación natural del aire de los locales, se realiza a través de las diversas aberturas que posean: puertas, ventanas, chimeneas, juntas de los cerramientos, fisuras, entre otras. La circulación del aire se produce por diferencias térmicas y de presión, que pueden ser de srcen natural, tales como las debidas a la diferente insolación de las paredes o a la acción del viento, o bien resultan de los procesos industriales (por transferencia de calor o por efecto mecánico). Si bien la ventilación natural es en parte incontrolable, por estar sujeta a variaciones climáticas imprevisibles, por ejemplo el viento, tiene numerosas aplicaciones en la ventilación de locales industriales, particularmente cuando existen fuentes de calor. Tales son los casos de las industrias siderúrgicas y del vidrio, salones de calderas, centrales térmicas, entre otras [1]. ▪

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ConCeptos

generales

La ventilación general requerida por las áreas frías que no tienen fuentes contaminantes es mínima. Son suficientes las aberturas habitualmente existentes y las fugas, para asegurar la renovación del aire [1]. Por el contrario, cuando en las áreas frías hay fuentes de contaminación es imprescindible la ventilación mecánica. Esta puede ser general o localizada; esta última es la más frecuentemente utilizada. En las áreas con fuentes de calor tiene aplicación tanto la ventilación natural como la mecánica. La ventilación natural puede ser general o localizada. Este último caso se presenta en la evacuación de gases calientes, como los gases de combustión, mediante campanas suspendidas o chimeneas. 1.2 PRINCIPIOS DE LA VENTIL ACIÓN GENERA L La instalación de un sistema de ventilación general mecánica contiene una gran parte de intuición, sin embargo, se pueden enumerar los siguientes principios: –

–

–

– – – – –

–

– –

Descartar como posible solución, desde el punto de vista técnico, la ventilación exhaustiva local. Tener en cuenta que puede aplicarse a contaminantes de baja toxicidad, de rápida difusión, pequeñas emisiones y siempre que el personal laboral esté alejado de las fuentes general de emisión. Forzar una corriente de aire desde las zonas limpias a las zonas contaminadas. Intentar hacer pasar la máxima cantidad de aire por las zonas contaminadas. Evitar las zonas “muertas” para la corriente de aire. Compensar las salidas de aire con las correspondientes entradas de aire. Evitar corrientes de aire. Utilizar los movimientos naturales de los contaminantes, en especial el efecto ascensional de las zonas calientes. Utilizar preferentemente un sistema mecánico para introducir y extraer el aire. Utilizar extracción mecánica y entrada natural. No se debe considerar un sistema de ventilación general para resolver problemas con partículas debido a que éstas presentan dificultades de difusión.

1.3 CÁLCU LO DEL CAUDAL DE AIRE A EXTR AER La dificultad reside en evaluar la cantidad de renovaciones de aire por hora. En este campo es arriesgado dar normas precisas, dado que hay muchos factores que intervienen. ▪

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El caudal de aire a extraer se debe calcular en función de las renovaciones por hora. Estas renovaciones dependen de la naturaleza de los locales. La tabla 1.2 muestra algunos ejemplos [2]. Tabla 1.2. Renovaciones de aire según la naturaleza de los locales. Tipo de local

Bancos Bares tabernas y Cafeteríasycomidasrápidas Catedrales Cines Cocinasdomésticas Cocinasindustriales Cuartos de baño Discotecas Escuelas, aulas Estacionamientossubterráneos Fábricasengeneral Fundiciones Granjas avícolas Hospitales Iglesiasmodernas(techosbajos)

Renovaciones de aire por hora

8-12

3-4

15-18 0.5 10-15 10-15 15-20 13-15 10-12 2-3 6-8 5-10 20-30 6-10 6-8 1-2

Laboratorios

6-12

Lavanderías

20-30

Oficinasgenerales

5-6

Panaderías

25-35

Restaurantesgrandes

5-6

Restaurantesmedianos

8-10

Sala de calderas Salas de juntas Talleresconmaquinaria Talleresdepintura

20-30 5-8 6-10 40-60

Teatros

10-12

Tintorerías

20-30

Fuente: Estrucplan. Ventilación industrial. En: http://www.estrucplan.com.ar. ▪

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ConCeptos

generales

Es recomendable partir de seis renovaciones de aire por hora como mínimo para calcular el caudal de aire a extraer, ya que éstas aseguran la eliminación de la contaminación provocada por las personas [2]. Para ventilar un local por el sistema de ventilación general, lo primero que debe considerarse es el tipo de actividad de los ocupantes del mismo. No es lo mismo una oficina moderna, espaciosa, con bajo índice de ocupación, que una cafetería, un salón social, un taller de confección o de pintura [3]. Pero si se hace difícil prever el número de ocupantes y se cree mejor referirse a la función del local, puede recurrirse al cálculo basado en el número de renovaciones por hora, esto es, las veces que debe renovarse el aire por hora de todo el local (tabla 1.2). Para su cálculo se determina primero el volumen del local, multiplicando el largo por el ancho y por el alto, en caso de que sea un paralelepípedo, o descomponiendo el volumen total en figuras simples. (1)

V =LAH

En la cual: V = Volumen del local, m³. L = Largo del local, m. A = Ancho del local, m. H = Altura del local, m.

Los locales se deben ventilar para proporcionar un ambiente higiénico y confortable a los ocupantes, ya que se estima que las personas permanecen dentro de locales aproximadamente un noventa por ciento de su tiempo. Hay que disipar el olor corporal, controlar la humedad, el calor y evacuar la contaminación que desprenden algunas fuentes como el humo del cigarrillo, además de la resultante de las eventuales actividades industriales [3]. Una forma de proceder es calcular el caudal de aire necesario con base en el número de ocupantes y en razón a 7.5 L/s-persona para los casos en los que no sea significativa la contaminación generada por actividades ajenas a las personas [3]. Se escoge luego el número de renovaciones por hora, según sea la actividad desarrollada en el local y se multiplican ambos. Q = VN (2) En la cual: Q = Caudal de aire, m³/h. V = Volumen del local, m³. N = Número de renovaciones de aire por hora, h-1. ▪

23

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Ejemplo 1. Un restaurante de tamaño medio tiene un comedor que mide 15 × 5 metros, con una altu ra de 3 m. En dicho restaurante no se permite fumar. Estimar el caudal de aire que se debe extraer [3]. Solución: Ya que no está permitido fumar se escogerá un número de 8 renovaciones de aire por hora (si estuviera permitido fumar, se escogerían 10 renovaciones de aire por hora).

El volumen de aire es: V =LAH V = 15 ×× 5 = 3 225m

3

El caudal de aire es: Q = VN 3

Q = 225 ×= 8

= 1800

m

h

3

0.50

m

s

Si el local lo permite, se instalarán dos extractores de 0.25 m³/s (900 m³/h) cada uno en una pared, descargando directamente al exterior con dos o tres entradas de aire, bajas, en la pared opuesta, que se cerrarán con persianas de láminas fijas anti lluvia. A los extractores se les colocarán persianas de gravedad que se cierran automáticamente cuando los aparatos se paran, evitando la entrada de aire frío del exterior. 1.4 MOVIMIENTO DEL AIRE El aire en movimiento crea un efecto refrescante que puede ser expresado en función de la disminución de la temperatura del aire (temperatura de bulbo seco), el cual daría el mismo efecto refrescante en aire tranquilo. Un punto delicado radica en la ventilación de grandes establecimientos. En efecto, si se aplica una tasa de renovación, incluso elevada, se tiene la impresión de hacer intervenir caudales enormes que deberían dar resultados positivos; sin embargo, si hacemos el cálculo de la velocidad de circulación del aire por

la sección establecimiento,es la 0.3 velocidad es del orden de cm/s. La velocidad óptima en del un establecimiento a 0.7 m/s. 1.5 UBICACIÓN DE LOS EXT RACTOR ES Los diversos edificios reales, con la gran variedad de construcciones que existen, dificultan que se den normas fijas respecto a la disposición de los sistemas de ventilación. No obstante, unas directrices generales que deberían seguirse en lo posible son [3]: ▪

24

ConCeptos

generales

–

Los ventiladores deben situarse totalmente opuestos a las entradas de aire, de modo que el caudal de ventilación atraviese toda la zona contaminada.

–

Colocar los extractores cerca de las fuentes de contaminación para captar el aire contaminado antes de que se difunda por el local.

–

Alejar el extractor de una ventana abierta o entrada de aire exterior, para evitar que entre de nuevo el aire expulsado.

La figura 1.2 ilustra diversos casos con soluciones para lograr las recomendaciones apuntadas.

Disposición diametral

Una sola cara accesible

Tres caras accesibles

Deflector para alcanzar zonas muertas

Extracción por el techo

Extracción por el plenum

Ventilación por el plenum

Ventilación y extracción por una sola cara

Figura 1.2. Ubicación de los extractores. Fuente: Salvador Escoda S.A. Ma nual práctico de ventilación. 2 a edición. Barcelona, 1998. ▪

25

CA PÍT ULO 2 Ventilación exhaustiva local

C apítulo 2

Ventilación exhaustiva local La ventilación exhaustiva local es usada para disminuir o, preferiblemente, para prevenir la exposición a los contaminantes. En este tipo de ventilación, el aire contaminado es captado en el mismo lugar que se produce evitando su difusión por todo el local (ver figura 1.1). La gran ventaja de la ventilación exhaustiva local está en que remueve los contaminantes en vez de diluirlos. Otra ventaja es que requiere menos cantidad de aire que la dilución [4]. Idealmente el cálculo de este tipo de ventilación no requiere el conocimiento de la cantidad ni de la toxicidad de los contaminantes, puesto que el aire evacuado del local no debe ajustarse a las exigencias de respirabilidad. Desde un punto de vista práctico, los factores mencionados influyen en el factor de seguridad que se adopta para determinar el caudal a extraer [1]. Los sistemas de ventilación exhaustiva local son más difíciles de diseñar que los sistemas de ventilación general. Las campanas deben tener la forma apropiada y estar bien localizadas para hacer un control eficiente de los contaminantes, y el ventilador y los conductos deben diseñarse para extraer la cantidad correcta de aire a través de cada campana [4]. Los sistemas de ventilación exhaustiva local están compuestos por cinco elementos básicos [4]: – La campana o sistema de captación. – El sistema de conductos con sus accesorios (codos y entradas entre otros). – El equipo de control (opcional en algunos casos). – El ventilador con su motor y sistema de transmisión de fuerzas. – La chimenea, la cual debe tener una altura mínima de acuerdo con la legislación existente. Se utiliza una campana para poder atraer el aire con los contaminantes que contenga y trasladarlo al lugar de descarga; el sistema de ductos, para conducirlos al equipo de control; un ventilador, para proporcionar la energía necesaria para transportar la corriente de aire junto con los contaminantes a través del sistema ▪

29

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

de control; y una chimenea, para dispersar los contaminantes no removidos después que abandonan el equipo de control.

Figu ra 2.1. Componentes de un sistema de ventilación industrial. Fuente: Popendorf, W. Industrial Hygiene Control of Aiborne Chemical Hazards. Taylor Florida, 2006.

&

Francis.

Para diseñar un sistema de ventilación industrial debe procederse así [3]: − Identificar las fuentes de contaminación. − Seleccionar la campana adecuada para capturar los contaminantes. − Establecer una succión capaz de capturar y transportar el aire contaminando. La elección de un sistema de ventilación exhaustiva local para la extracción de contaminantes debe tomar en cuenta, entre otros factores, la ubicación y magnitud de las fuentes contaminantes, la simultaneidad de su funcionamiento y la disponibilidad de espacio para las instalaciones. Los sistemas de posible elección son los siguientes [1]: • Extracción y tratamiento independiente de cada fuente. La instalación y funcionamiento de equipos de extracción y tratamiento individual es comparativamente más costoso. Puede ser usado para la captación de contaminantes especiales que no convenga incorporar a los sistemas de ramales múltiples por su naturaleza corrosiva, inflamable, tóxica, etc. • Sistemas de ramales múltiples de alta velocidad. Para iniciar el proyecto conviene disponer de un plano de las instalaciones industriales y del diagrama de flujo del proceso. Esta información preliminar ayuda a ubicar las fuentes de generación de los contaminantes. En la ventilación localizada se deben captar los contaminantes emitidos en su lugar de origen, antes de que puedan dispersarse en el ambiente general del local. El primer paso es la elección del tipo de campana que se instalará en cada fuente de contaminantes y el diseño de la misma. El tipo, forma y dimensiones ▪

30

ventilaCión

exhaustiva loCal

de la campana están determinados por el equipo que genera el contaminante y por los requisitos del proceso. Cada campana requiere la extracción de un caudal de aire mínimo que asegure las velocidades de control necesarias para evitar la dispersión de los contaminantes. Las campanas deben conectarse a una red de conductos que lleve el aire a un equipo de tratamiento para la retención de los contaminantes. Cuando estos sistemas succionan aire contaminado con partículas, se les denomina de alta velocidad, porque se elige una velocidad adecuada en los conductos, generalmente de 18 m/s o más, que asegura el transporte neumático de las partículas y evita que se depositen en ellos, con la consecuente posibilidad de su obstrucción. De esa forma se logra que las partículas sean llevadas al equipo de control, donde quedan retenidas y se evita su descarga al aire exterior. En cambio, los contaminantes gaseosos siempre son arrastrados por el aire que se mueve en los conductos y no requieren velocidades tan altas como en el caso de las partículas. La succión se produce mediante un ventilador , ubicado habitual mente corriente abajo del equipo de control y que descarga en un conducto de evacuación (chimenea). La ubicación del equipo de control está determinada por la disponibilidad de espacio, acceso a las redes de energía eléctrica, agua y alcantarillado, entre otros. • Sistemas de baja velocidad con cámaras de sedimenta ción. Los sistemas de extracción localizada de baja velocidad con cámaras son diferentes a los de alta velocidad. Las velocidades mínimas de transporte, para evitar el depósito de las partículas, sólo se mantienen en los conductos conectados a las campanas, también llamados ramales; el conducto principal se sobredimensiona de manera que la velocidad sea muy inferior al valor de transporte. La misión del ramal principal es proveer un camino con muy poca pérdida de presión desde los puntos de unión de los ramales hasta el equipo de control o el ventilador. Esto contribuye a mantener el equilibrio entre los ramales y a menudo ocasiona un menor consumo de energía.

▪

31

CA PÍTU LO 3 Sistemas de captación 3.1 Procedimiento para el diseño de las campanas 3.2 Reducción del caudal de succión en las campanas 3.3 Velocidad de captación 3.4 Campanas suspendidas 3.5 Campanas externas 3.6 Campanas de extracción lateral 3.7 Campanas de extracción lateral con ranuras para tanques abiertos 3.8 Presión estática en la campana

C apítulo 3

Sistemas de captación De los varios componentes de un sistema de control de la contaminación del aire, el dispositivo de captura es el más importante. Esto es evidente, debido a que si las emisiones no son capturadas eficientemente en la fuente, no pueden ser conducidas a, y removidas por un equipo de control. Se denomina sistema de captación o campana al elemento que permite que el aire ingrese al sistema de conductos. El término campana se usa en un sentido amplio, incluyendo cualquier abertura de succión independientemente de su forma o tamaño. El sistema de captación es utilizado para crear un caudal de aire que capture eficazmente al contaminante (partículas y gases) y lo transporte hacia ella, al equipo de control y luego al lugar de descarga [1]. Las condiciones de la fuente influyen en los materiales con que se fabrica la campana. El material de elección para estas aplicaciones es el acero al carbón, donde la corriente de aire es no sustancias corrosiva ycorrosivas de temperatura embargo, donde están presentes (gases moderada. ácidos), en Sin altas concentraciones, se necesita acero inoxidable o plástico (plástico reforzado con fibra de vidrio). Hay tres tipos de sistemas de captación: encerramientos, cabinas, y campanas. Los encerramientos son de dos tipos: aquellos que están completamente cerrados al ambiente exterior y aquellos que tienen aberturas para la entrada/ salida de material. El primer tipo es utilizado solamente cuando se maneja material radioactivo. Este tipo de encerramiento raramente es utilizado en control de la contaminación del aire [4]. El segundo tipo de encerramiento tiene aplicaciones en varias áreas, tales como el control de emisiones de hornos de fundición con arco eléctrico y operaciones de estampado y de llenado de recipientes de carga. Están equipados con pequeñas aberturas en la pared, llamadas aberturas de tiro natural, que permiten que el material sea movido hacia adentro o afuera del encerramiento y para ventilación. Sin embargo, el área para estas aberturas debe ser pequeña comparada con el área total de las paredes del encerramiento (típicamente 5% o menos). La figura 3.1 muestra un encerramiento para la aplicación de pintura en automóviles. ▪

35

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Figu ra 3.1. Encerramiento para la aplicación de pintura en automóviles. Fuente: Popendorf, W. Industrial Hygiene Control of Aiborne Chemical Hazards. Taylor Florida, 2006.

&

Francis.

Las cabinas son como los encerramientos, que rodean la fuente de emisión, excepto una pared (o porción de ésta), que se omite para permitir el acceso a operadores y equipos. Como los encerramientos, las cabinas deben ser lo suficientemente grandes para prevenir que las partículas incidan sobre las paredes interiores. Son utilizadas con operaciones (y fuentes de emisión), tales como laboratorios, rociado de pintura y esmerilado portátil, pulido y operaciones de pulimento y brillo [4]. Se succiona un caudal de aire suficiente para inducir una velocidad promedio en el frente de la cabina, del orden de 0.3 a 1.0 m/s, que en general basta para superar la tendencia del aire contaminando a escapar, aunque existen casos en donde se requieren velocidades mayores. Este tipo de disposición es muy eficiente. Las paredes de la cabina no sólo reducen la magnitud del caudal a extraer, sino que actúan como pantallas que evitan los efectos adversos directos de las corrientes de aire en el local [1]. La figura 3.2 muestra una cabina para laboratorio. Contrario a los encerramientos y cabinas, las campanas de captación no encierran la fuente del todo. Consistentes de uno a tres una distancia de la fuente y succionan las emisiones hacialados, ellas se porlocalizan medio dea ventiladores. Las campanas de captura se clasifican también como de tiro lateral/ tiro posterior, de ranuras, de tiro hacia abajo y campanas de alta velocidad-bajo volumen. Una campana de tiro lateral/tiro posterior se localiza típicamente a un lado/detrás de la fuente de emisión, pero tan cerca de ella como sea posible, ya que las velocidades del aire disminuyen inversamente (y abruptamente) con la distancia. ▪

36

sistemas

de CaptaCión

Figura 3.2. Cabina pa ra laboratorio. Fuente: Popendorf, W. Industrial Hygiene Control of Aiborne Chemical Hazards. Taylor Florida, 2006.

&

Francis.

Una campana de ranura opera de manera similar a las de tiro lateral/tiro posterior. Sin embargo, la abertura de la entrada (cara) es mucho más pequeña, siendo larga y angosta. Más aún, una campana de ranura se sitúa en la periferia de una fuente de emisión, tal como un tanque abierto, angosto. Este tipo de campanas se emplean también con operaciones de soldadura de banco (mesa). La figura 3.3 muestra una campana para tanque de superficie abierta.

Figura 3.3. Campana para tanque de superficie abie rta. Fuente: Scott, R. Ba sics Concepts of Industrial Hygiene. Lewis P ublishers. Florida, 1997 . ▪

37

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Mientras que las campanas de ranura y de tiro lateral/tiro posterior se localizan al lado/detrás de una fuente, las campanas de tiro hacia abajo se sitúan en seguida por debajo de ella. Succiona el aire cargado de contaminantes hacia abajo a través de la fuente y, por lo tanto, hacia el dispositivo de control. Las aplicaciones de campanas de tiro hacia abajo incluyen operaciones de soldadura de banco y corte con soplete. Las campanas de alta velocidad-bajo volumen se caracterizan por el uso de velocidades extremadamente altas (velocidades de captura), para recolectar los contaminantes en la fuente y por la distribución óptima de esas velocidades a través de la cara de la campana. Para mantener un caudal bajo, estas campanas se localizan tan cerca de la fuente com o sea posible, para minimi zar el arrastre de aire. 3.1 PROCEDIMIENTO PARA EL D ISEÑO DE LAS CAMPANAS El tipo de campana a emplear dependerá de las características físicas de la fuente de contaminación, del mecanismo de generación del contaminante y de la posición relativa del equipo y del trabajador.

Los pasos para el diseño de una campana son: Determinar la ubicación respecto al proceso. – Determinar la forma y tamaño de la campana. – Determinar el caudal de succión. – - La velocidad de captura. - Las pérdidas por fricción. La forma de la campana está determinada por la naturaleza de la fuente a ser controlada. Esto incluye factores tales como la temperatura y la composición de las emisiones. También son importantes factores ambientales tales como la velocidad y la temperatura de las corrientes de aire en los alrededores. La forma de la campana determina parcialmente el caudal de aire necesario para capturar la emisión. Debido a que la campana está bajo presión negativa, el aire se mueve en todas las direcciones hacia la abertura de la campana. Por definición, los contornos de flujo son líneas de igual velocidad al frente de una campana. Experimentalmente se han determinado las formas de los contornos de velocidad de acuerdo con la distancia desde la abertura de la campana [4]. La distribución de velocidad producida por la succión a través de un conducto circular se muestra en la figura 3.4. Cuando las aberturas de succión son rectangulares, la distribución de velocidades no es simétrica con respecto al eje de la campana, por lo que no es posible dar una idea completa de ellas sin ▪

38

sistemas

de CaptaCión

emplear una representación tridimensional; el problema se resuelve parcialmente utilizando las distribuciones de velocidad, según los dos planos de simetría de la campana, tal como se indica en la figura 3.5 [4].

Conducto

x4

x3

x2

x1 v1

v2

v3

v4

v4 v4 v4

Figura 3.4. Perfil de velocidades para una ca mpana circular plana. Fuente: Popendorf, W. Industrial Hygiene Control of Aiborne Chemical Hazards. Taylor Florida, 2006.

&

Francis.

En campanas ci rculares, cuadradas y rectangulares (con un relación ancho/ largo igual o mayor que 0.2) la velocidad en el eje puede expresarse con buena aproximación mediante la fórmula Dalla-Valle [4]. 2 Q= V

c

(x10 A + )

(3)

En la cual: Q = Caudal de aire, m 3/s. Vc = Velocidad de captación a una distancia x de la campana, m/s. A = Área de la abertura de la campana, m 2. x = Distancia entre la fuente contaminante y la campana, m.

200 100

50 30

20

10 100

100 200 300

Figura 3.5. Distribución de velocidades en una campana rectangular. Fuente: Goodfellow, H. and Tähti, E. Industria l Ventilation Design Guidebook. Academic Press. San Diego, 2001. ▪

39

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

La ecuación es válida únicamente para valores de x inferiores a 1.5 D, siendo D el diámetro en el caso de aberturas circulares, el lado para las cuadradas y el lado menor para las rectangulares [4]. La tabla 3.1 presenta las ecuaciones de diseño para varias formas de campanas comúnmente utilizadas. Como muestra esta tabla, el caudal de aire (Q) es una función de la distancia entre la fuente contaminante y la campana (x), la forma de la campana, y, en general, de la velocidad de captura (Vc). Los principios de diseño para las campanas son [3]: – El caudal de captación varía aproximadamente con el cuadrado de la distancia, o sea que si la campana está a una distancia L de la fuente, necesitando un caudal Q para captarlo, si se aleja a una dista ncia 2L el caudal necesario será 4Q (ver tabla 3.1). – Cuando se trate de gases nocivos, la extracción deberá hacerse preferiblemente en forma lateral para evitar la exposición de los operarios. – La campana que envuelva una máquina deber á diseñarse para que las partículas a capturar incidan dentro de su boca. -

Siempre que sea posible, las campanas de extracción deberán tener pestañas o deflectores para reducir el caudal en un 25% aproximadamente.

3.2 REDUCCIÓN DEL CAUDAL DE SUCCIÓN EN LAS CAMPANAS Una de las modificaciones empleadas para disminuir el caudal de aire es colocando alrededor de la abertura de succión pestañas (ver figura 9). El ancho ideal de las pestañas debe ser tal que intercepte la línea del 10% en el gráfico de distribución de velocidad correspondiente a la abertura de succión antes de la instalación de las pestañas. Esto equivale a un ancho máximo de 15 cm. Lo anterior incrementa la efectividad de la campana, ya que el caudal de succión se reduce hasta un 25% [4].

Figura 3.6. Campana con pestañas deflectoras. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

40

sistemas

de CaptaCión

Tabla 3.1. Ecuaciones de diseño para diferentes tipos de campanas. Tipo de campana

L X

Tipo de abertura

Dimensiones

Caudal de aire

Ranura

W £ 0.2 L

Q = 3.75 LVxc

W

W

Ranura con pestaña

L

X L

W

Campana

W L

£

0.2

Q = 2.78 LVx c

(

³

0.2 o circular

Q =V

³

0.2 o circular

Q = 0.76 V

x c 10

2

+ WL

)

X

Campana con pestaña

W L

(

)

2

c x10WL+

X

H

Cabina

Q =V cWH

Campana suspendida

Q = 1.4VPx c

W

x

W

L

Campana con ranuras

W

³

0.2

Q =V

³

0.2

Q = 0.76 V

L

(

x c 10

2

+ WL

)

X W

Campana con ranuras y pestaña

L

X

W L

(

)

2

c x10WL+

Nomenclatura: Vc = Velocida d de c aptación, m/s. P = Perímetro, m. W = A ncho, m. L = Largo, m. x = Distancia entre la fuente contaminante y la campana, m. Q = Caudal de aire, m 3/s.

Fuente: Alley, Roberts México, 2000.

&

Associates, Inc. Manual de control de la calidad del aire. Mc Graw-Hill. ▪

41

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Otra modificación que aumenta considerablemente la eficiencia de una campana consiste en prolongar uno de sus lados o, lo que es lo mismo, apoyarla sobre una superficie plana tal como una mesa. En la figura 3.7 se pueden observar las líneas de velocidad correspondiente al ancho real, definidas por la abertura de la campana apoyada en el plano y las líneas de velocidad que se presentarían, si no existiera el apoyo [4]. Su caudal sería igual a: Q =V

c

(x5

2

WL +

Mesa

(4)

)

Campana real

50%

20%

10%

Campana imaginaria

Figura 3.7. Perfiles de velocidad en una campana apoyada sobre una mesa. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

3.3 VEL OCIDAD DE CA PTACIÓN Se denomina velocidad de captación a la velocidad mínima del aire, inducida en las proximidades de la campana, que es necesaria para capturar y dirigir hacia ella el aire contaminado. Esta velocidad de aire es función del caudal de aire succionado y de la forma de la campana [1].

Se entiende que una campana es eficiente cuando recoge efectivamente el contaminante, con la mínima succión de aire y sin interferir en el proceso. Por lo tanto, es importante determinar para cada situación conveniente de captación, ya que esta gobierna el caudalladevelocidad aire [4]. mínima La velocidad de captación constituye, por lo tanto, la primera especificación en que debe basarse el diseñador de un sistema de ventilación exhaustiva [4]. En la tabla 3.2 se presentan los intervalos de velocidad de captación para diferentes procesos, dependiendo de la forma como se dispersa el contaminante [1, 4]. ▪

42

sistemas

de CaptaCión

Tabla 3.2. Valores recomendados para la velocidad de captación. Condiciones de dispersión del contaminante

Ejemplos

Velocidad de captación (m/s)

Liberado casi sin velocidad en aire tranquilo.

Evaporación en tanques, desengrase.

0.3-0.5

Liberado a baja velocidad en aire

Cabinas de pintura, llenado inter-

moderadamente tranquilo.

mitente de tanques, soldadura, baños electrolíticos, decapado.

0.5-1.0

Generación activa en una zona de rápido movimiento de aire.

Aplicación de pintura con pistola, llenado de recipientes, trituración.

1.0-2.5

Liberado con alta velocidad inicial en una zona de movimiento muy rápido del aire.

Pulido, operacionesde abrasión en general, esmerilado, desmolde en fundiciones.

2.5-10

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003; y Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2 007.

La dispersión del contaminante se evita aplicando la succión en el punto en que se srcina el contaminante antes de que se esparza por la atmósfera. El caudal se a succionar inducir misma de velocidad deacaptación, la campana encuentrapara al doble de la distancia la fuente controlar, cuando es cuatro (4) veces mayor que el caudal srcinal, si los contornos de velocidad tienden a superficies esféricas (ver figura 3.8). Por lo tanto, la campana se debe colocar tan cerca como sea posible de la fuente de contaminación. El caudal necesario aumenta con el cuadrado de la distancia dela fuente de contaminación [1]. En cada una de las condiciones citadas se indica un intervalo para los valores de la velocidad de captación. La selección del valor adecuado depende de los siguientes factores [1, 4]: Límiteinferior

Límitesuperior

1. Corrientes de aire en el local mínimas o 1. Corrientes de aire que dificultan la favorables a la captura del contaminante. captura del contaminante (turbulencias). 2. Contaminantes de baja toxicidad o moles- 2. Contaminantes de alta toxicidad. tos. 3. Producción de contaminantes baja o inter- 3. Gran producción u operaciones contimitente. nuas. 4. Campanas de gran tamaño o con caudales elevados.

4. Campanas pequeñas.

▪

43

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Fuente

Se requ ieren 0.42 m 3/s Fuente

2x

Se requ ieren 1.68 m 3/s

Figura 3.8. Relación entre la distancia y el caudal de succión. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

3.4 CA MPANAS SUSPENDI DAS Una campana suspendida se localiza generalmente arriba o al lado de la fuente

de emisión, para capturar las emisiones, las cuales son impulsadas por la fuente. Por ejemplo, una campana suspendida podría situarse directamente arriba de un tanque abierto que contiene un líquido caliente. Con el aire succionado, los vapores emitidos desde el líquido se elevarían hacia la campana. Aquí, la campana suspendida funciona como un colector pasivo, ya que los gases que se elevan serían succionados hacia la campana por tiro natural (ver figura 3.9). Las campanas suspendidas son utilizadas también con fuentes en las cuales las emisiones no se elevan. Sin embargo, las emisiones pueden ser “lanzadas ” desde un proceso, tal como un esmeril giratorio. La velocidad inicial de las emisiones generalmente es lo suficientemente alta para conducirlas hacia la campana receptora [6]. Cuando la campana apoyada sobre una pared o tiene pared (una cara cerrada),suspendida la ecuaciónestá utilizada para el cálculo del caudal esuna [2]: Q = (L +W 2 xV )

c

En la cual: L = Lado de la campana paralela a la pared, m. W = Lado de la campana perpendicular a la pared, m. ▪

44

(5)

sistemas

de CaptaCión

θ = 3.5°

x

0.4 x

Fuente: tanque o proceso

Caudal (m3/s): En la cual: x = Distancia entre el tanque y la campana, m. P = Perímetro del tanque, m. Vc = Velocidad de captación, m/s.

Q = 1.4xVPc

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): He = 0.25Pv Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 5-15 Velocidad de captación (m/s): 0.3-2.5 Nota: No debe usarse con materiales tóxicos ni cuando el trabajador se debe inclinar sobre el tanque o proceso. Se requieren paredes o cortinas laterales cuando se presentan corrientes de aire cruzadas.

Figura 3.9. Campana suspendida. Fuente: U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del

Aire de la EPA. Springfield, 2002.

Cuando la campana suspendida está ubicada en una esquina del local, o tiene dos paredes (dos caras cerradas), la ecuación de cálculo del caudal es [4, 5]: Q = (L W + xV )

(6)

c

En la cual L y W son los lados de la campana. ▪

45

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Para una campana con tres paredes (tres lados cerrados) el caudal está dado por [4]: Q =WxV c óLxV

(7)

c

Cuando se vayan a usar las campanas suspendidas se deben tener en cuenta los siguientes criterios [4]: - Usar en procesos calientes con aire que asciende verticalmente. - El volumen de aire que sale de la campana debe exceder el volumen de aire que llega a la cara de la campana. - Colocar la campana suspendida tan cerca de la fuente como sea posible. - La inclinación de los lados de la campana debe ser mínimo de 35°. - El área de la sección transversal de la cara de la campana debe ser alrededor de 125% del área de la sección transversal de la pluma de aire caliente. - Evite las campanas suspendidas si el trabajador debe laborar sobre la fuente, ya que estaría en la corriente de aire que asciende. Se prefiere extracción lateral (ver figura 3.10). - Las campanas suspendidas son de poco uso, ya que son susceptibles a las corrientes de aire cruzadas, las cuales disminuyen su eficiencia. - Se recomienda que el tamaño de la campana exceda el diámetro o los lados de la fuente de emisión de contaminantes un 40 % de la altura que existe entre el borde inferior de la campana y el borde o plano superior de dicha fuente [5].

Tanque

Tanque

Inapropiado (a) (b) Apropiado Figura 3.10. Uso de campanas en procesos en que el trabajador labora sobre la fuente. Fuente: elaboración propia. ▪

46

sistemas

de CaptaCión

3.5 CAMPANAS EXTER NAS Van colocadas al lado de la fuente de emisión. Se utilizan cuando no es posible encerrar el proceso o ponerlo en una cabina. En este caso se diseñan las campanas de tal manera que se asegure una velocidad de captura adecuada, que succione los contaminantes emitidos desde su punto más desfavorable hacia ellas (ver figura 3.11). El caudal de aire para estas campanas se calcula según su forma, de acuerdo con las ecuaciones de la tabla 3.1 [4]. Q Pestaña de 7,5 cm

Conducto flexible

x

Distancia X (cm)

15 <

Caudal (m 3 /s) Con pestaña

0.12

Sin pestaña

0.16

23 15 –

0.26

0.35

30 23 –

0.47

0.63

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O):

He = 0.25Pv (con

pestaña)

He = 0.93Pv (sin pestaña)

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 15 Velocidad en la cara de la campana (m/s): 7.5 Nota: Cuando no es posible la extracción localizada, se debe emplear ventilación general. Si los materiales son tóxicos, se necesitarán caudales mayores y el trabajador puede precisar equipo de protección personal de vías respiratorias.

Figura 3.11. Campana externa para soldadura portátil. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

3.6 CAMPANAS DE EXTR ACCIÓN LATER AL Para evitar que los trabajadores estén expuestos a un contaminante o cuando el espacio o el proceso lo exijan, es necesario utilizar las campanas laterales [4]. ▪

47

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

La eficiencia de este tipo de campanas se puede mejorar encerrando el punto de operación hasta donde el proceso lo permita o también colocando pestañas en los bordes de la campana [4]. Las campanas de extracción lateral se usan para el control de tanques abiertos en los que se generan contaminantes tales como vapores, gases y neblinas y que usualmente se emplean en procesos en donde se sumergen piezas para su limpieza superficial, como desengrasado o decapado, o para ser sometidas a procesos de galvanoplastia, tales como cromado, niquelado, etc. [1]. En estos procesos, las campanas usualmente se emplean con ranuras con el fin de aumentar la velocidad de captura de los contaminantes y obtener una distribución uniforme del aire a través de la cara de la campana. La velocidad de la ranura debe ser dos veces la velocidad del plenum, o superior [4]. Las campanas con ranuras y tiro lateral son buenas solamente para fuentes de contaminación con un ancho igual o menor a 0.6 m (ver figura 3.12). Inclinación mínima de 45° Ranuras Pantallas laterales

w

Caudal (m3/s): En la cual: L = Largo de la mesa, m.

Q = 0.54L

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O):

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 10 Velocidad en la ranura (m/s): 10 Nota: Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura. Longitud de la campana igual a la longitud de trabajo requerida. Ancho del puesto de trabajo £ 0.6 m. Angulo de inclinación de la campana = 45°.

Figura 3.12. Campana para puesto de soldadura. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

48

sistemas

de CaptaCión

El cálculo del caudal para las campanas laterales con ranuras se hace teniendo en cuenta la velocidad de captura recomendada para el tipo de contaminante por el área abierta del proceso [4]. 3.7 CAMPANAS DE EXTR ACCIÓN LATERAL CON RA NURA S PARA TANQUES ABIERTOS

Muchas operaciones de tratamiento de superficies metálicas requieren tanques abiertos, en los cuales se sumergen piezas para su limpieza superficial, como desengrase o decapado, o para ser sometidas a procesos de galvanoplastia, tales como cromado, y niquelado, entre otros. Estos tanques desprenden gases, vapores y neblinas [1, 4]. Las campanas que se usan para el control de los tanques abiertos pueden ser cabinas, campanas suspendidas o campanas de extracción lateral. Los tipos de captación más recomendables para tanques de superficie abierta son los de campana lateral con ranuras y el sistema de ranuras laterales en los bordes del tanque. El sistema de ranuras laterales en los bordes del tanque se puede mejorar colocando succión en un lado y presión en el otro lado del tanque; es el sistema llamado “soplado y extracción” [4]. Cuando el contaminante no es nocivo y el manejo de los materiales lo permite, se puede seleccionar una campana suspendida (ver figura 3.9). Cuando se requiere una velocidad uniforme del aire en una superficie relativamente grande se suele acudir al empleo de campanas de abertura rectangular en las que la relación ancho/largo sea pequeña, igual o menor a 0.2 [4]. Las campanas con ranuras son muy utilizadas para la extracción de los vapores producidos en operaciones de decapado, tratamiento electrolítico y tratamiento físico-químico de superficies, ya que serealizan en tanques abiertos. Para obtener las velocidades de captación necesarias en las campanas de extracción lateral, se considera que son función del riesgo potencial, del grado de generación del contaminante y del tipo de campana utilizada. Los diferentes tipos de campanas para tanques de superficie abierta se pueden observar en las figuras 3.13 a 3.17. El riesgo potencial de un contaminante representa el daño que puede producir a las personas expuestas y se obtiene a partir de la concentración máxima permisible ponderada en el período de ocho (8) horas (TWA) utilizando la información de la tabla 3.3. Se indica con las letras A, B, C, y D, donde A representa las sustancias de mayor riesgo y la letra D representa las de menor riesgo [1]. ▪

49

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 3.3. Determinación del riesgo potencial. Riesgo potencial

Gases y vapores (ppm)

Neblinas (mg/m )

Punto de inflamación (°C)

A B C

0-10 11-100 101-500

0-0.1 0.11-1.0 1.1-10

40 < 40-90

D

Límite permisible

500>

3

10 >

90 >

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

El grado de generaciónde un contaminante, que indica la probabilidad de que el contaminante se desprenda de la superficie del tanque y pase al ambiente de trabajo, se determina utilizando el valor resultante más desfavorable obtenido de la tabla 3.4 o de la tabla 3.5 [1].

Altura mínima 0.3 m Ranuras Pantallas laterales

45°

Altura libre de líquido de 0.15 m

Ángulo mínimo de 45°

W

L

Caudal (m3/s): En la cual: L = Largo del tanque, m. W = Ancho del tanque, m. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s):

Q = 0.76LW

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

18 10

Nota: Debe mantenerse una altura libre de líquido de 0.15 m para evitar el arrastre de líquido. Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura. Ancho del tanque £ 0.9 m.

Figura 3.13. Tanque de superficie abierta. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

50

sistemas

de CaptaCión

Ancho del plenum = 2S

Ancho de la ranura (S) Nivel del líquido

Mínimo 4S

h L Ducto de salida W Plenum

Caudal (m3/s):

Q = 0.17LW

En la cual: L = Largo del tanque, m. W = Ancho del tanque, m.

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s): Altura frontal del plenum (h): Ancho lateral del plenum: Altura posterior del plenum (p): Ancho posterior del plenum:

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

18 10 2S 2S 4S 4S

Nota: Debe mantenerse una altura libre de líquido de 0.15 m para evitar el arrastre de líquido. Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura. Ancho del plenum = 2 veces el ancho de la ranura (excepto en la parte posterior de la campana, cuyo ancho deberá ser de 4 veces el ancho de la ranura).

Figura 3.14. Tanque de superficie abierta. Fuente: Sincero, A. and Sincero, G. Environmental E ngineering: A Design Approach. Prentice Hall. New Jersey, 1996.

▪

51

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Nohayranuracercadelconducto|

Esrecomendablequela parte i nferior sea redondeada

Velocidad máxim a en el plenum 2.5 m/s

Tapa a emplear cuando no está en funcionamiento A

L

W

Sección A.A

A

Caudal (m3/s):

Q = 0.25LW

En la cual: L = Largo del tanque, m. W = Ancho del tanque, m. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s):

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

10 10

Nota: Debe mantenerse una altura libre de líquido de 0.15 m para evitar el arrastre de líquido. Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura. Ancho del plenum = 2 veces el ancho de la ranura (excepto en la parte posterior de la campana, cuyo ancho deberá ser de 4 veces el ancho de la ranura). Ángulo de inclinación de la campana = 45°.

Figura 3.15. Tanque de superficie abierta. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

52

sistemas

de CaptaCión

Inclinación mínima 45°

Para mejor resultado encerrar el drenaje como un túnel

Caudal (m3/s):w

Q = 0.64LW

En la cual: L = Largo del tanque, m. W = Ancho del tanque, m. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s):

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

5 – 15 10

Nota: Situar los conductos de extracción centrados y separados 4.5 m. Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura.

Figura 3.16. Ventilación exhaustiva para tanques de inmersión. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

53

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

El plenum actúa como pantalla

45° min

Velocidad en la ranura de 10 m/s

0.3 m min Tanque L

Tanque W

Plenum hacia ar riba

W Es deseable que la parte interna sea redondeada, si el espacio lo permite Velocidad máxima en el plenum igual a 1/ 2 de la velocidad en la ranura

0.3 m mínimo

ranura

2s mínimo

s L

Conducto en un extremo Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s):

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

10 10

Figura 3.17.Campanas ubicadas en diferentes posiciones para un tanque de superficie abierta. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

En la tabla 3.4 se indican los distintos grados de generación con los números del 1 al 4, en función de [1]: – la temperatura del líquido en el tanque, – los grados de temperatura por debajo del punto de ebullición de las soluciones de los tanques, siempre que este valor se conozca, – la evaporación relativa dada en horas, obtenida a partir de ensayos realizados para los distintos solventes utilizados en los procesos o – la evaporación relativa también clasificada como rápida, media, lenta y nula o inapreciable. ▪

54

sistemas

de CaptaCión

Tabla 3.4. Determinación del grado de generación. Grado de generación

Temperatura del líquido (°C)

1

90 >

2

65-90

3 4

35-65 35 <

Grados por debajo del punto de ebullición (°C)

Evaporación relativa* (horas)

0-10

Rápida (0-5)

11-26

50 >

Media (5-15)

26-50

Nula 75) (>

Lenta (15-75)

Tiempo para una evaporación del 100%. Tiempo de secado relativo: < 5: rápido; 5-15: medio; 15-75: lento; > 75: nulo o despreciable. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos *

Aires, 2007.

Tabla 3.5. Velocidad mínima de captura para extracción lateral en procesos típicos con poco movimiento de aire. Operación

Riesgo Grado de potencial generación

Contaminante

Aguacalientehirviendo Vapordeagua Aguacalientesinhervir Vapordeagua Aluminio,abrillantado Ácidosnítricoysulfúrico

D

1

D

Velocidad de captación (m/s)

0.38

A

2 1

0.25 0.75

Aluminio,abrillantado

Ácidosnítricoyfosfórico

A

1

0.75

Anodizadodealuminio

Ácidoscrómicoysulfúrico

A

1

0.75

C

2

0.38

Cobreado

Nieblasdecianuro

Cromado

Ácido crómico

A

1

0.75

Decapadodeacero

Ácidoclorhídrico

A

2

0.75

Decapadodeacero

Ácidosulfúrico

B

1

0.50

C

2

0.38

Decapadodecobre

Nieblasalcalinasydecianuro

Decapadodeníquel

Vaporesnitrosos

A

1

0.75

Limpiezademetales

Nieblasalcalinas

C

1

0.50

Soluciones sali nas hirviendo sin hervir

Vapor de agua Vapor de agua

D D

2 2

0.25 0.25

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

55

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Los tiempos de secado relativo para un gran número de solventes se encuentran en la tabla 3.8. Con el riesgo y el grado de generación se forma el grupo correspondiente: A1, B2, C3, etc. Con este grupo se ingresa a la tabla 3.6 y se obtiene la velocidad mínima de captura, en función de los distintos tipos de campanas que pueden utilizarse. Esto, es para ubicaciones sin corrientes de aire apreciables dentro del local [1]. Tabla 3.6. Velocidad mínima de captura (m/s) para locales sin corrientes de aire. Cabina

Clase (riesgo y grado)

1 lado abierto

2 lados abiertos

0.50

0.75

A-1 y A-22 A-3 B-1, , B-2yC-1 2

0.38

B-3,C-2,D-1 A-4 C-3 , yD-2 2

0.33 0.25

B-4, C-4, D-3 y D-4

0.50 0.45 0.37

Campanas suspendidas Extracción 1 lateral 3 lados abiertos 4 lados abiertos

0.75 0.50 0.38 0.25

Noemplear 0.63 0.50 0.38

0.88 0.75 0.63

Es suficiente con una adecuada ventilación general

Notas: 1. Emplee la relación ancho/largo para calcular el caudal. 2. No emplee campanas suspendidas cuando el grado de peligrosidad sea A. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

Con las velocidades así obtenidas de la tabla 3.6 y con las dimensiones de las cabinas o de las campanas suspendidas elegidas se obtienen los caudales de aire a succionar. El caudal de aire en las campanas de extracción lateral se determina a través de la siguiente ecuación [1]: Q =qLW

(8)

En la cual: q = Caudal específico por área de la superficie del tanque, m3/s/m2. W = Ancho del tanque (dimensión perpendicular a la ranura), m. L = Largo del tanque (dimensión paralela a la ranura), m. En la tabla 3.7 se obtienen los valores del caudal específico a partir de los datos indicados. ▪

56

sistemas

de CaptaCión

Tabla 3.7. Caudal específico por área de la superficie (m3/s/m 2). Vc

(m/s) 0.25

0.38 0.50 0.75

Tipo

W/L

< 0.1 0.1 < W/L ≤ 0 .25 0.25 < W/L ≤ 0.5 0.5 < W/L ≤ 1.0 1.0 < W/L ≤ 2.0

I

0.25

0.30

0.38

0.45

0.50

II

0.38

0.45

0.50

0.55

0.63

I

0.38

0.45

0.55

0.65

0.75

II

0.55

0.65

0.75

0.85

0.95

I

0.50

0.63

0.75

0.88

1.00

II

0.75

0.88

1.00

1.15

1.25

I

0.75

0.95

1.15

1.32

1.52

II

1.15

1.25

1.52

1.73

1.90

Notas: Tipo I: Campana de captación con pantallas o contra una pared. Tipo II: Campana de captación con pantalla en el centro del local. W = Ancho del tanque o proceso, si la captación es de un solo lado; mitad del

ancho del tanque, si la captación se hace por ambos lados o siguiendo el eje del tanque, m. L

= Largo del tanque o proceso, m.

Vc = Velocidad de captación, m/s.

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

El ancho ( W ) del tanque o proceso indica la distancia efectiva sobre la cual debe succionar aire la campana. Cuando la campana está más allá del borde del tanque o proceso, esta distancia debe sumársele al ancho del tanque o proceso. Cuando W ≤ 0.5 m es adecuado emplear una sola ranura. Cuando 0.5 m 1.0, y no debe emplearse cuando W / L > 2.0 [1]. ▪

57

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 3.8. Tiempo de secado de solventes. Solvente

Éter etílico Tetraclorurodecarbono Acetona Acetato de metilo Acetatodeetilo(85-88%) Tricloroetileno Benceno Metiletil cetona Dicloroetileno Clorurodeetileno Metanol Tolueno Metilpropilcetona Disolvente para barnices y pinturas Percloroetileno

Tiempo de secado Temperatura de relativo ebullición ( C) 1.0 34-35 1.9 76 2.0 55-58 °

2.2 2.5

Densidad (kg/m 3) 720 1,590 760

2.5 2.6 2.7 3.0 4.0 5.0 5.0 5.2

56-62 74-77 87 79-81 77-82 84 81-87 64-65 109-111 101-107

930 880 1460 880 830 1260 1260 790 860 810

5.8

95-141

750

6.0

121

1620

Acetatoden-propilo Acetatodesec-butilo Acetatodeisobutilo(90%) Alcohol etílico Alcoholisopropílico(99%) Alcoholn-propílico Acetatoden-butilo Metilbutilcetona Xileno Clorobenceno Alcoholter-butílico Alcoholisobutílico

6.1 6.5 7.0 7.7 8.6 9.1 9.6 9.7 9.7 10.0 11.9 17.7

97-101 106-135 106-117 78 79-82 96-98 110-132 114-137 127-144 130-132 82-83 107-111

900 850 870 800 810 810 870 820 860 1100 780 800

Propionatodebutilo Alcoholbutílico Fuel Oil Thiner Kerosene

18.0 21.0 32.1 91.0 626.7

124-171 116-119 126-130 185-210 178-256

880 810 810 790 810

* Tiempo de secado relativo: < 5: Rápido; 5 -15: Medio; 15 - 75: Lento; > 75: Nulo o despreciable. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos

Aires, 2007. ▪

58

sistemas

de CaptaCión

Para lograr una distribución correcta del aire a través de toda la superficie del tanque o proceso se recomienda una campana con ranuras, que produzca una velocidad del aire en el plenum que sea menor o igual a la mitad de la velocidad del aire a través de la ranura. Con ello se logran caídas de presión en el plenum suficientemente bajas para no distorsionar la velocidad que se logra en la ranura. Experimentalmente se ha determinado que la velocidad recomendada en la ranura es de 10 m/s. Con este valor se obtienen buenos resultados, sin que se aumente, en forma excesiva, la caída de presión en ella [1]. Si la longitud del tanque o proceso ( L) es mayor de 2.0 m es aconsejable emplear varias salidas de aire separadas. El nivel del líquido en el tanque no debe estar por debajo de 0.15 m de la superficie del tanque. Siempre que sea posible se deben instalar encerramientos o cubiertas sobre los tanques. Se deben instalar pantallas para reducir las corrientes de aire del local. Si esto no es posible, se debe aumentar la velocidad de captación [1]. Ejemplo 2. Determinar las dimensiones básicas de la campana y el caudal de aire a succionar para un tanque abierto, situado en el centro del local y sin corrientes de aire transversales, con las siguientes características [1]:

Proceso: Decapado de acero. Contaminante generado: Vapores de ácido clorhídrico. Temperatura del líquido: 50 °C. Dimensiones: 1.8 × 0.7 m. Solución. Se emplea el diseño correspondiente al tipo “plenum hacia arriba” , con la ranura apoyada sobre el lado de longitud L” (ver figura 3.17). “

W = 0.7 m. L = 1.8 m. W/ L = 0.39

El riesgo potencial para el ácido clorhídrico es A (límite máximo OSHA: 5 ppm, ACGIH: 2 ppm y NIOSH: 5 ppm) según tabla 3.3. El grado de generación es 2 (ver tablas 3.4 y 3.5, utilizando el valor resultante más desfavorable). Riesgo y grado: A-2 Velocidad mínima de captura: Vc = 0.75 m/s (ver tabla 3.6). Caudal específico mín imo: q = 1.15 m3/s/m2, para caso I (campana de captación con pantallas)y con W/ L = 0.39 (ver tabla 3.7). ▪

59

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Caudal mínimo de aire a succionar (ecuación 8): Q =qLW=

3

11 . 5×18 . = . 07 . 14 m/s5 ×

Para el diseño de la campana se adopta una velocidad en la ranura ( Vr) igual a 10 m/s. Ancho de la ranura: Wp

=

2S

=

2 × 0.081 m = 0.162 m

Ancho de la cámara o plenum ( Wp ≥ 2S ): Wp

=

2S

=

2 × 0.081 m = 0.162 m

Para determinar el diámetro de la tubería se adopta una velocidad de transporte ( Vt) igual a 10 m/s. Diámetro de la tubería: D

=

4Q

πVt

4 1× 45 . =

=

0.430 m

π × 10

El diámetro comercial las tuberías diámetro de la tubería seráde0.4318 m (17 va in).de ¼ en ¼ in, por lo tanto, el Para determinar la altura del plenum se adopta un ángulo de inclinación de 45°. Altura del plenum:

45° min Hp

Hp ▪

60

L =

−

2

1.8

D =

0 4318 .

−

2

=

0.6841 m

sistemas

de CaptaCión

3.8 PRESIÓN ESTÁTICA EN LA CAMPANA 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 a la entrada de la campana [5].

A medida que el aire entra a la campana, las líneas de flujo convergen en un punto corriente abajo, a cierta distancia de la entrada de la campana (o ranura). El punto en el figura cual las líneas de flujodeselahacen la vena contracta (ver 3.18). Después vena paralelas contracta,sela denomina velocidad del aire disminuye a medida que el aire se expande en el conducto. Esta expansión del aire causa una pérdida de presión. Mientras menor sea la vena contracta, mayor será la pérdida de presión a través de la campana [5]. Vena contracta

Figura 3.18. Vena contracta. Fuente: elaboración propia.

Las pérdidas de presión debido a la vena contracta se pueden expresar en términos de pérdidas a la entrada de la campana ( He). Al multiplicar el factor de pérdida en la campana ( F ) por la presión de velocidad de la corriente de aire tenemos las pérdidas a la entrada de la campana, como se muestra en la siguiente ecuación [5]: (9)

He = FPv

Los valores de F pueden obtenerse de las figuras de las campanas y de tablas desarrolladas experimentalmente [4]. La presión estática en la campana ( Pec) puede expresarse así [4]: Pec = H e + v P

(10)

Cada uno de los términos de esta ecuación es positivo, aunque se sabe que Pec es un a cantidad negativa, ya que se encuentra ubicada antes del ventilador. La mayor pérdida a la entrada ocurre normalmente al principio del ducto, debido a la vena contracta. ▪

61

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Si la campana posee ranuras para la extracción de aire, las pérdidas a la entrada se calculan así [4]: (11)

He =FPv + Fr vr P

Por lo tanto, la presión estática para una campana con ranuras se calcula de la siguiente manera: Pec =Pv +P+ vr FPv+ FP r vr

(12)

En la cual: Pv = Presión de velocidad en la conducto, mm H2O. Pvr = Presión de velocidad en la ranura, mm H2O. F = Factor de pérdidas en la campana. Fr = Factor de pérdidas en la ranura.

La eficiencia de una campana puede describirse por la relación entre el caudal real y el ideal. Esta relación se llama coeficiente de entrada, Ce. El caudal ideal se obtiene cuando toda la presión estática en la campana se convierte en presión de velocidad, es decir, no hay pérdidas a la entrada de la campana. Sin embargo, esto es imposible, ya que nunca hay una conversión con un 100% de eficiencia de presión estática a presión de velocidad [4]. El Ce es una función de la forma de la campana, por lo tanto, nunca cambia a menos que cambie la forma de la campana. Las pérdidas a la entrada de la campana pueden calcularse con base en la presión de la velocidad y Ce así [4]: Ce2 =

Ce2 =

Pv

(13)

Pec Pv

(14)

He + Pv

(1 − C ) P 2

He =

e

2

Ce

v

(15)

Por lo tanto, las pérdidas a la entrada pueden expresarse como una fracción (F) de la presión de velocidad en el ducto (ecuación 9). Las pérdidas a l a entrada de la campana y el coeficiente de entrada se han calculado para un número de campanas típicas a través de muchos años de experiencia (ver figu ras 3.19 y 3.20). ▪

62

sistemas

Tipo de campana

Descripción

de CaptaCión

Ce

He

Abertura plana

0.72

0.93 P v

Abertura con pestaña

0.82

0.45 P v

Campana rectangular o cónica

Entrada en forma de campana

Varía con el ángulo de la campana (Ver figura 23)

0.98

0.04 P v

Entrada a conducto en forma recta 0.78 Campana para esmerilado

0.65 P v

Entrada a conducto en forma de campana 0.85

0.40 P v

Figura 3.19. Pérdidas a la entrada de la campana y coeficiente de entrada. Fuente: Quinchía, R. y P uerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

63

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

He = 0.93 Pv

He = 0.49 Pv

He = 1.78 Pvr

Conducto con extremo plano

Conducto con pestaña

Campanas con ranura

He = 1.78 Pvr + 0.49 Pv

He = 0.5 Pv

He = 0.06 Pv a 0.10 Pv

Ranura + conducto con pestaña

Cabina + conducto

Cabina con conexión re dondeada

He = 1.5 Pv

He = 0.65 Pv

Cámara de sedimentación

Campana para esmeriles

) (F a d rta n e la a sa d i rd é p e d r o t c a F

Ranura

He = 0.10 Pv

Campana doble (interior en forma de cono)

1.0 0.8 v P F = e H

El área de entrada debe ser por lo menos 2 veces el área del ducto

Rectangulares y cuadradas

0.6 0.4 0.2 Circulares

0.0

0

40

80

120

160

θ Ángulo interior (grados)

θ

Campanas cónicas con pestañas y sin pestañas; circulares, cuadradas o rectangulares

Perdidas a la entrada Circular Rectangular

15

0.15

Pv

0.25

30

0.08

Pv

0.16 Pv

45

0.06

60

0.08

Pv Pv

0.17 Pv

90

0.15

Pv

0.25

Pv

120

0.26

Pv

0.35

Pv

150

0.40

Pv

0.48

Pv

Pv

3D

0.15

Pv

θ

D

Figura 3.20. Pérdidas a la entrada de la campana. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

64

sistemas

de CaptaCión

45° mínimo Pestaña ancha

x

5 M mínimo

2N

3

N

M Molde

Poco espacio libre

Transportador

Caudal (m3/s):

(

2 Q = 1.02 10 x LH +

(

2 Q = 1.02 x5 LH +

) Para moldes pequeños y campana sin pestañas

) Para moldes pequeños y campana con pestañas

Q = qL Para moldes grandes y campana sin pestañas En las cuales: L = Largo del plenum, m. H = Altura del plenum, m. q = 0.31 a 0.46 Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): Velocidad en la ranura (m/s):

He = 1.78 P vrP + 0.25 v

18 10

Nota: Usar tabique superior cuando las operaciones lo permitan. Velocidad máxima en el plenum igual a la mitad de la velocidad en la ranura.

Figu ra 3.21. Vaciado de metales fundidos. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

65

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

L

B

H

le b a d i x o n i ro e c a e d s a n i m á L

Vista planta Vista frontal

Caudal (m3/s): En la cual: L = Largo de la campana, m. H = Altura de la campana, m. B = D+ 0.15 m Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s):

a s a r g n o sc a d a n g e r p m i

Q = 0.51LH

He = 0.5 v P + 1.78 vr P

10

Velocidad en la ranura (m/s): 10 Nota: Usar paneles metálicos (de acuerdo a las características del contaminante) recubiertos con grasa.

Figura 3.22. Cabina de pintura. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

66

sistemas

de CaptaCión

D

D D B B

C

B

C

C

45° min

45° min

L H

1. Deflector entero

2. Deflector inclinado

B = 0.75 D Área deflector: 0.60 L H

3. Deflector dividido

B=D + 0.15m 0.60 L H Área deflector:

B=D + 0.15 m Área deflector: 0.75 L H

Diseño para pintura con aire a presión

Caudal (m3/s):

Q = 1.02LH

Q = 0.76LH

Para área frontal Para área frontal

0.4 m2 ³ 0.4 m2 £

Diseño para pintura sin aire a presión

Caudal (m3/s):

Q = 0.63LH Q = 0.51LH

Para área frontal Para área frontal

£ ³

0.4 m2 0.4 m2

En las cuales: L = Largo de las piezas + 0.3 m, m. H = Altura de las piezas + 0.3 m, m. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O):

He = 1.78 vrP +v0.5P

(para deflectores)

He = Resistencia filtro sucio +0.5Pv (para fi ltros)

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 5 – 15 Nota: Para los filtros se selecciona una velocidad de 0.5 a 2.5 m/s.

Figura 3.23. Cabinas pequeñas para pintura. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

67

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

D F

F

D C

C D

L

H

1. Deflector dividido 2. Deflector inclinado B = 0.75 D F = D + 0.15 m Área deflector: 0.72 L H Área deflector: 0.40 L H Cabinas para operar desde adentro Caudal (m3/s): Q =qLH (para pintura con aire a presión) Q = 0.30LH (para pintura sin aire a presión) En las cuales: L = Largo de las piezas + 0.16 m, m. H = Altura de las piezas + 0.08 m, m (mínimo 0.18 m). C = Ancho de las piezas + 0.16 m, m. q = 0.38 a 0.51 Nota: El valor menor de q es para cabinas muy grandes y profundas. El operador puede requerir de un respirador de aire adecuado. Cabinas para operar desde afuera Caudal (m3/s): Q =qLH (para pintura con aire a presión) (para pintura sin aire a presión) Q = pLH En las cuales: L = Largo de las piezas + 0.05 m, m. H = Altura de las piezas + 0.05 m, m. C = 0.75 H ó 075 L, m (la mayor). q = 0.51 a 2.54 p = 0.30 a 0.51 Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 10 Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): He = 1.78vrP +v0.5P (para deflectores) He = Resistencia filtro sucio +0.5Pv (para filtros) Nota: Las campanas grandes y profundas no requieren deflectores. Se deben usar accesorios a prueba de explosión y ventiladores que no produzcan chispa. Las cabinas para pintura electrostática requieren interruptores automáticos de alto voltaje para fallas en el ventilador o conector a tierra. La disposición de los deflectores deberá garantizar la distribución del aire. Los filtros de retención de pintura generalmente se seleccionan para velocidades de 0.51 a 0.76 m/s.

Figura 3.24. Cabinas grandes para pintura. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

68

sistemas

de CaptaCión

Conducto de salida Ranura superior ajustable Puerta (cierra la entrada de aire cuando se eleva) Ranura central fija Panel posterior Ranura inferior ajustable

Caudal (m3/s):

Q =qLH

En la cual: L = Largo de la entrada, m. H = Altura de la entrada, m. q = 0.30 a 0.76

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O):

He = 0.5Pv

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 5-10 Nota: La entrada de aire del local no se abre hasta que la puerta está cerrada en un 75%.

Figura 3.25. Cabina de laboratorio con puerta de guillotina. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

▪

69

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

0.25 D como mínimo Lengua ajustable 3.8 cm para ruedas duras 7.6 cm para r uedas suaves

Dirección de giro

D

45°

0.75 D Si es posible

Diámetro de la rueda (cm)

Trampa para partículas

Caudal a extraer (m 3/s)

Espesor de la rueda (cm)*

Encerramiento

Encerramiento

23

5.1

adecuado 0.14

inadecuado 0.19

23-41

7.6

0.24

0.29

41-48

10.1

0.29

0.35

48-61

12.7

0.35

0.57

61-76

15.2

0.49

0.71

76-91

15.2

0.57

0.94

£

* Nota: En caso de ruedas muy gruesas, usar el espesor de ellas para determinar el cau dal.

Pérdida a la entrada de la campana (mm H2O):

He = 0.65Pv

( Entrada recta)

He = 0.40Pv

(Entrada en campana)

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 18 (Material seco) 23 (Material húmedo y pegajoso) Nota: Encerramiento adecuado se p resenta cuando la rueda no tiene destapado más del 2 5%. No mezclar materiales ferrosos con no ferrosos. Mantener la lengua ajustable tan cerca a la rueda como sea posible.

Figura 3.26. Campana para ruedas de esmeril para pulimento y brillo. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

70

sistemas

de CaptaCión

Al ventilador

30°

45° min

Aberturas de trabajo

Crisol

Crisol de escoria

Horno

Puerta pa ra la remoción del crisol o la escoria Canal de descarga de la escoria (ángulo mínimo 60°)

Caudal (m3/s): En la cual: L = Largo de la abertura de trabajo, m. H = Altura de la abertura de trabajo, m. q = 0.51 a 1.02

Q =qLH

*

* Nota: Adicionar el caudal de los gases de co mbustión y corregir por temperatura. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): He = 0.5Pv

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 18

Nota: Se requieren chimeneas separadas para los gases de combustión cuando estos no son evacuados a través de las campanas. Las aberturas de trabajo deben ser tan pequeñas como sea posible y estar dotadas de puerta.

Figu ra 3.27. Cabina para horno de fundición con crisol. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

71

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Guías de las compuertas corredizas

45°

Compuertas corredizas Lado fijo

frontal y posterior

L

W

Horno

Caudal (m3/s): En la cual: L = Largo de la abertura de trabajo, m. W = Ancho de la abertura de trabajo, m.

Q = 1.02LW

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s):

He = 0.25Pv

18

Nota: La compuerta debe llegar por debajo del nivel del horno. El caudal se corrige según la temperatura y los productos de combustión.

Figura 3.28. Cabina para horno de fundición móvil. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

72

sistemas

de CaptaCión

Poco espacio libre

D + 30 cm

D

45° Ranura de 2.5 cm

10 cm min

Caudal (m3/s): En la cual: D = Diámetro del tambor, m.

Q = 0.4D2

Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O):

He = 0.25 P v P + 1.78 vr

Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s):

18

Tubería de alimentación 10 cm mín Tubería flexible

Caudal (m3/s): En la cual: D = Diámetro del tambor, m. Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s):

Tubería de extracción 45°

Q = 0.08D

He = 0.25Pv

18

Figura 3.29. Campanas para llenado de ta mbores. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

73

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Silo 45° Campana acoplada al silo Q Principal fuente de partículas

Soporte

Talega

Caudal (m3/s):

0.19 – 0.24 (partículas no tóxicas)

0.47 – 0.71 (partículas tóxicas) Pérdida a la entrada de la campana (mm H 2O): He = 0.25Pv Velocidad mínima de transporte en el conducto (m/s): 18

Figura 3.30. Campana para llenado de talegas. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

74

CA PÍTU LO 4 Sistemas de conductos Lluvia

D Borde pequeño interno

Ventilador

Placa de drenaje interna Drenaje

Chimenea acodada

4.1 Fundamentos de diseño 4.2 Componentes del sistema de conductos 4.3 Chimeneas 4.4 Procedimiento para el diseño de los conductos 4.5 Velocidad de transporte 4.6 Caída de presión en el sistema de conductos 4.7 Pérdidas localizadas en accesorios 4.8 Principio de diseño para los sistemas de ventilación 4.9 Balance de conductos en un sistema de ventilación

C apítulo 4

Sistema de conductos Una vez que los contaminantes son capturados por la campana, son conducidos al equipo de control a través de un sistema de conductos. El sistema de conductos, que va desde el dispositivo de captura hasta el equipo de control, incluye: conductos rectos; accesorios, tales como codos y entradas; dispositivos de control de caudal (compuertas); y soportes de los conductos. Los conductos de un sistema de ventilación exhaustiva local deben cumplir las siguientes funciones [2]: -

Llevar el aire contaminado desde las diferentes campanas al punto de descarga.

-

Conseguir el mínimo consumo de energía (disminuyendo las pérdidas por fricción).

-

Asegurar la velocidad de transporte adecuada para que el contaminante no se deposite y tapone el conducto.

-

Mantener el sistema equilibrado en todo momento.

-

Mediante un adecuado diseño, asegurar que en cada campana se capte el caudal de aire requerido.

En los sistemas de control de la contaminación del aire, el ventilador usualmente se localiza inmediatamente antes o después del equipo de control. Consecuentemente, la mayor parte del sistema de conductos está bajo presión estática negativa, variando desde unos cuantos mm H2O hasta aproximadamente 500 mm H 2O. Estas condiciones de presión dictan el tipo de conducto utilizado, así como los parámetros de diseño tales como el espesor de la pared (calibre). Por ejemplo, en aplicaciones a vacío se prefiere conducto soldado ensamblado en espiral [6]. El sistema de conductos se fabrica ya sea de metal o de plástico; el material es seleccionado por las características de la corriente de aire, consideraciones estructurales, costos de compra e instalación, estética y otros factores. Los metales utilizados incluyen el acero al carbón (sin protección o galvanizado), acero inoxidable y aluminio. Los plásticos más comúnmente utilizados son el PVC ▪

77

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

(cloruro de polivinilo) y FRP (plástico reforzado con fibra de vidrio), aunque el PP (polipropileno) y el LPE (polietileno lineal) también se han aplicado. Sin embargo, un inconveniente serio del PP y del LPE es que ambos son combustibles [6]. Los sistemas de conductos de PVC y de otros plásticos son resistentes a una variedad de sustancias corrosivas, desde agua regia hasta ácido sulfúrico al 95%. Pero los sistemas de conductos de plástico no pueden tolerar temperaturas ambientales por encima de 65 °C. Los sistemas de conductos de metal pueden manejar temperaturas hasta de aproximadamente 540 °C, pero solamente ciertas aleaciones pueden tolerar corrientes corrosivas [6]. En términos de construcción, los sistemas de conductos pueden ser rígidos o flexibles. Como el nombre lo implica, los sistemas de conductos rígidos, sean de metal o de plástico, tiene una forma fija. Contrariamente, los sistemas de conductos flexibles pueden doblarse para tomar en cuenta situaciones donde el espacio es limitado o donde su disposición es tan intrincada que los accesorios rígidos no pueden cumplir con los requerimientos de construcción [3]. Usualmente los conductos flexibles son circulares y pueden fabricarse de metal o de plástico. El sistema de conductos rígido se fabrica de diferentes formas: circular, cuadrada y rectangular. De estas, los conductos circulares son los más comúnmente utilizados en sistemas de control de la contaminación del aire. Aunque el conducto cuadrado/rectangular es adecuado cuando el espacio es limitado, el conducto redondo ofrece varias ventajas; resiste el colapso, proporciona mejores condiciones de transporte y utiliza menos metal que las formas cuadradas o rectangulares de área transversales equivalentes [3]. El conducto circular rígido de metal se clasifica aún más de acuerdo con su método de fabricación. El conducto de costura longitudinal se hace doblando una hoja de metal en forma circular sobre un eje, y soldando juntos los dos extremos. El conducto de costura en espiral se construye de una tira larga de hoja de metal, cuyos bordes son unidos por un cordón helicoidal que corre a lo largo del conducto. Este cordón se hace levantado o a ras de la superficie de la pared del conducto [6]. El método de fabricación y la forma de la sección transversal no son las únicas consideraciones al diseñar el sistema de conductos. También se debe especificar el diámetro; el espesor de pared; tipo, número y localización de los accesorios y soportes; y otros parámetros. Consecuentemente, la mayoría de los componentes del sistema de conductos se diseñan y fabrican sobre pedido [6]. Algunos proveedores ofrecen componentes prefabricados, pero estos usualmente son accesorios comunes (por ejemplo, codos de 90°), que están disponibles solamente en tamaños nominales (76.2 a 304.8 mm de diámetro) [6]. ▪

78

sistema

de ConduCtos

Si la temperatura o la humedad de la corriente de aire son excesivas, el sistema de conductos deberá aislarse térmicamente. El aislante impide la transferencia de calor y ahorra energía (y dinero), por un lado, y previene condensación, por el otro. El aislante protege también al personal que pudiera tocar el sistema de los conductos, de sufrir quemaduras. La forma más comúnmente utilizada de aislar un conducto es instalar el aislante sobre la superficie exterior del sistema de conductos y cubrirla con una película de plástico o de metal. El tipo y espesor del aislante utilizado dependerá de varios parámetros relacionados con la transferencia de calor [6]. Los procedimientos de diseño que se consideran a continuación son fundamentales para determinar las dimensiones de los conductos y las pérdidas de presión (pérdidas por fricción) de un sistema de ventilación exhaustiva local. Con estos resultados así obtenidos y el caudal de aire que debe moverse en el sistema, se definen las características del ventilador, tales como el tamaño, su tipo, el número de revoluciones del rotor y la potencia requerida. -

-

-

Se debe contar con los siguientes datos: Distribución en planta de las zonas de trabajo, de los equipos y sus dimensiones, etc. Esquema sistema dedel conductos, en planta elevación,del la ubicación equipo deincluyendo control y las del dimensiones ventilador, etc. Se debey identificar cada tramo de los ramales (conductos secundarios) y el conducto principal con números y/o letras. Un diseño previo o esquema de la campana a instalar para el control de cada operación.

4.1 FUN DAMENTOS DE DISEÑO 4.1.1 Régimen de flujo Se entiende como régimen de flujo la forma como se comporta el movimiento de un fluido a lo largo de un conducto. La observación de los fluidos lleva a distinguir dos tipos de movimiento de gran importancia [4]: -

Régimen lami nar. Régimen turbulento.

Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, la trayectoria de la corriente de aire en movimiento es bien definida y las líneas de flujo no se entrecruzan. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular y la velocidad medida en el conducto es más alta en el centro y más baja en las paredes del conducto. ▪

79

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

El régimen turbulento se caracteriza por el movimiento desordenado de partículas; el flujo dentro del conducto se vuelve errático y se produce la mezcla transversal del líquido. Es el único que existe en los conductos de ventilación. La velocidad en cada punto de la corriente de aire no es constante como ocurre en el flujo laminar, sino que varía aleatoriamente con el tiempo, ordenándola alrededor de su valor medio (ver figura 4.1).

Frente de velocidad

(a) Flujo Lamina r

Frente de velocidad

(b) Flujo Turbulento Figu ra 4.1. Tipos de flujo. Fuente: elaboración propia.

Reynolds descubrió que la velocidad de la corriente de aire era solamente una de las variables determinantes de la naturaleza del flujo dentro de un conducto, las otras son: el diámetro del conducto, la densidad de la corriente de aire y su viscosidad [7]. Estas cuatro variables, combinadas en un solo parámetro adimensional, forman el número de Reynolds: Re =

Dρ gV µ g

En la cual: Re = Número de Reynolds, adimensional. D = Diámetro del conducto, m. ρ = Densidad de la corriente de aire, kg/m 3. V = Velocidad de la corriente de aire a través del conducto, m/s. µ = Viscosidad de la corriente de aire, kg/m·s. ▪

80

(16)

sistema

de ConduCtos

Para números de Reynolds inferiores a 2100 el flujo en conductos es siempre laminar. En condiciones ordinarias, el flujo es turbulento para número de Reynolds superiores a 4000. Entre 2100 y 4000 se encuentra una región de transición en la que el tipo de flujo puede ser laminar o turbulento dependiendo de las condiciones de entrada al conducto y de la distancia medida a partir de la entrada [8]. 4.1.2 Ecuación de continuidad La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de conductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del conducto a otra (ver figura 4.2). A1 V1

A2 V2

Figura 4.2. Ley de conservación de la masa. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

El caudal másico en el punto 1 del conducto debe ser igual al caudal másico en el punto 2 en vista de que la corriente gaseosa no puede cruzar las paredes del conducto y porque no hay “fuentes” ni “sumideros” donde la corriente de aire fuese creada o destruida en el interior del conducto [9]; por lo tanto, el balance de masa en el conducto es: 

(17)



m1 = m2

En la cual: m = Caudal másico en el punto 1 del conducto, kg/s. m = Caudal másico en el punto 2 del conducto, kg/s. 

1



2

En estado estacionario, la corriente gaseosa que entra por el punto en que el área de la sección transversal es A es igual al que sale por otro punto en que el área de la sección transversal es A . La velocidad y la densidad de entrada son V y ρg , respectivamente, y las magnitudes correspondientes a la salida son V y ρg [8]. 1

2

1

2

1

2



m = ρ gA1V1 1

=AV ρ 2 2g2

(18)

En la cual: ρg = Densidad de la corriente de aire en el punto 1 del conducto, kg/m3. 1

▪

81

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

V1 = Velocidad de la corriente de aire en el punto 1 del conducto, m/s. A1 = Área de la sección transversal en el punto 1 del conducto, m 2. ρg2 = Densidad de la corriente de aire en el punto 2 del conducto, kg/m3. V2 = Velocidad de la corriente de aire en el punto 2 del conducto, m/s. A2 = Área de la sección transversal en el punto 2 del conducto, m2.

Cuando la temperatura y la presión son constantes o sus cambios son insignificantes, así como ocurre generalmente en los sistemas de ventilación industrial, en los que las variaciones de presión que sufre la corriente gaseosa raras veces superan los 5000 Pa (510 mm H2O), y la temperatura, del orden de 15 a 45 °C, no afectan de manera significativa la densidad del aire (ρ g ≅ ρ g ), puede suponerse la corriente gaseosa (prácticamente aire) como unfluido incompresible. Por lo tanto: 1

Q =AV = A2 = V =AV 11 2

2

(19)

Constante

En la cual: Q = Caudal de la corriente de aire, m3/s. V = Velocidad de la corriente de aire a través del conducto, m/s. A = Área de la sección transversal del conducto, m2. 4.1.3 Teorema de Bernoulli La ecuación de Bernoulli es una relación fundamental de la mecánica de fluidos. Es la aplicación del teorema de la conservación de la energía, incluyendo la energía mecánica, cinética y potencial. El teorema de Bernoulli demuestra que entre dos puntos (1 y 2), de un conducto ideal sin pérdidas dentro del cual circula aire, considerado como un fluido incompresible ( ρ g1 ≅ ρ g2 ), se cumple la siguiente expresión: P1 + 12 1Vg +2 1gz =P+2 2 g

V+2

1 2

gzg

(20)

2

g

En la cual: P = Presión estática en el punto 1 del conducto, N/m 2. V = Velocidad de la corriente de aire en el punto 1 del conducto, m/s. 1

1

3 g

ρ z1 P2 V2 z2

= Densidad de la corriente de aire en, kg/m . = Altura del punto 1 con respecto a un plano de referencia, m. = Presión estática en el punto 2 del conducto, N/m2. = Velocidad de la corriente de aire en el punto 2 del conducto, m/s. = Altura del punto 2 con respecto a un plano de referencia, m.

La energía por unidad de volumen que hay que entregarle a la corriente gaseosa para vencer la acción de la gravedad, al elevarla una cierta altura (z), ▪

82

sistema

de ConduCtos

es compensada por la disminución de la presión atmosférica que se produce al ascender la corriente gaseosa en la misma altura. Luego el término de la energía potencial se hace nulo en la ecuación 20 y la ecuación se reduce a: P1 + 12Vρ1 gP2 2 = V + 12 ρ g 2

(21)

2

El término de la energía potencial “ ρ g gz ” está ausente en la ecuación 21. Esta omisión no es involuntaria. En sistemas de ventilación, la energía potencial usualmente es pequeña comparada con otros términos. La energía potencial, por supuesto, es una función de la distancia vertical del punto de medición en cuestión, desde algún nivel de referencia, usualmente el suelo. Cuando mucho, la distancia equivaldría a no más de 6 o 9 m, correspondiendo a una energía potencial de aproximadamente 7.6 a 10.2 mm H 2O. Consecuentemente, podemos ignorar la contribución de la energía potencial en sistemas de ventilación, sin introducir error importante [6]. La experiencia indica que el teorema de Bernoulli no se cumple rigurosamente, debido a que los fluidos reales se apartan del modelo perfecto. Por lo tanto, la ecuación de Bernoulli debe ser ajustada para tener en cuenta las pérdidas de energía debido a la fricción. La fricción se manifiesta por la desaparición de energía mecánica. La en fricción fluido se puede definir la conversión de energía mecánica calor de queuntiene lugar en el flujo de como una corriente [8]. P1 + 12 Vρ1 g 2P =2 + 2V h+12 ρ g

2

f

(22)

4.1.4 Presión total Del teorema de Bernoulli se desprende que la presión total es la suma algebraica de las presiones estática y dinámica: PT = Pe + Pv

(23)

En la cual: PT = Presión total, mm H 2O. Pe = Presión estática, mm H 2O. Pv = Presión de velocidad, mm H2O.

Aun cuando es más riguroso y consistente expresar los términos de la ecuación de Bernoulli en términos energéticos (Joule), los ingenieros en ventilación industrial prefieren utilizar las unidades de presión (mm H 2O). Se escogió esta unidad porque las mediciones prácticas de cambios de presión se hacen con manómetros llenos de agua. ▪

83

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

En una corriente gaseosa que fluye a través de un conducto actúan simultáneamente dos presiones distintas; una denominada presión estática (Pe), que es la fuerza que tiende a comprimir o a expandir el fluido. La otra se denomina presión de velocidad ( P v) y es la presión que se requiere para acelerar la masa que fluye desde el reposo hasta una velocidad determinada [4]. La presión de velocidad actúa solamente en la dirección del flujo. En cambio la presión estática actúa igualmente en todas las direcciones, tendiendo no solamente a comprimir o expandir la corriente gaseosa sino también a romper o colapsar el conducto [4]. La presión total puede ser positiva o negativa con respecto a la presión atmosférica, y es una medida del contenido energético del aire, y siempre desciende a medida que el aire se mueve a lo largo de un conducto. Solo aumenta cuando pasa a través del ventilador. Debido a que tiene un componente de velocidad, la presión total se mide también en la dirección del flujo [1]. La presión de velocidad de una corriente gaseosa en un conducto es siempre positiva, mientras que la presión estática es negativa antes del ventilador (succión) y positiva después del ventilador (impulsión). La presión estática es la presión utilizada para vencer la resistencia al flujo [4]. La presión estática enuna un función conductodeeslaigual en todas direcciones, mientras que la presión de velocidad, velocidad, varía a través de la sección transversal del conducto. La velocidad en el conducto es más alta en el centro y más baja en las paredes del conducto. Sin embargo, para una corriente gaseosa que fluye en un conducto largo, recto, la velocidad promedio se aproxima a la velocidad de la línea central. Este es un punto importante, porque la velocidad promedio es medida frecuentemente con un tubo de pitot situado al centro del conducto [6]. La presión estática puede concebirse como la energía “almacenada” en un sistema de ventilación. Esta energía almacenada es convertida a energía cinética y a pérdidas por fricción. Las pérdidas por fricción caen dentro de varias categorías [6]: - Pérdidas a través de conductos rectos. - Pérdidas a través de los accesorios de los conductos (codos y entradas, entre otros). - Pérdidas en los equipos de control. - Pérdidas en campanas. - Pérdidas en ventiladores. - Pérdidas en chimeneas. ▪

84

sistema

de ConduCtos

Generalmente se pierde mucha más energía mecánica por fricción que la que se convierte a energía cinética. La figura 4.3 muestra en forma esquemática cómo se miden las presiones total, estática y de velocidad (dinámica).

Desconectado

Pr

Flujo de gases

Pe

Flujo de gases

Desconectado

Pv

Flujo de gases

Figura 4.3. Medición de las presiones total ( P T), estática ( Pe) y de velocidad ( P v). Fuente: elaboración propia.

4.1.5 Presión de velocidad El tubo pitot tiene como propósito medir la presión de velocidad y así calcular la velocidad de los gases en la chimenea o conducto donde se esté haciendo el muestreo. Un tubo pitot consiste en un tubo con una extremidad doblada en dirección a la corriente del fluido. ▪

85

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

La figura 4.4 muestra dos tipos de tubos pitot: tubo pitot en “S” (a) y tubo pitot estándar (b). El primero se utiliza generalmente para las mediciones de campo en conductos con diámetro mayor de 0.3 m, mientras el segundo se utiliza para la calibración de los tubos pitot en “S” o para las mediciones de campo en chimeneas con diámetro menor de 0.3 m. El tubo pitot estándar puede usarse en lugar de uno tipo “S” , sin embargo, como los orificios de presión estática y absoluta del tubo pitot estándar son susceptibles a obstruirse por las partículas presentes en la corriente gaseosa, siempre que se utilice un tubo pitot estándar para realizar una travesía, se debe inspeccionar el tubo pitot para asegurarse de que los orificios no se han tapado durante la medición. Esto se puede lograr comparando la medición de la presión de velocidad (P v) registrada en un punto de travesía seleccionado con una segunda medición de Pv registrada en el mismo punto después hacer pasar aire presurizado en contracorriente por el tubo pitot para limpiar los orificios de presión absoluta y estática. Si las mediciones de Pv, antes y después están dentro de un 5% de diferencia, entonces los datos de la travesía son aceptables. Tubería de acero inoxidable Adaptador Conector de presión

(b)

Manómetro

Acople de tubo Tubería de acero inoxidable

(a)

Adaptador del tubo Manómetro

Figura 4.4. Tubos pitot. Fuente: elaboración propia.

La exactitud de un tubo pitot depende de la velocidad del fluido. Para la medida de presiones menores a 2 mm H 2O (ocasionadas por bajas velocidades), los manómetros convencionales en U no son recomendables. En estos casos, es necesario recurrir a los manómetros inclinados (10:1) en los cuales se pueden ▪

86

sistema

de ConduCtos

hacer lecturas de hasta ± 0.1 mm H 2O. En general, los tubos de pitot no deben utilizarse para velocidades inferiores a 4 m/s [4]. En este caso sería conveniente utilizar un termoanemómetro para registrar directamente la velocidad de la corriente de aire (ver figura 4.5).

Figura 4.5. Termoanemómetro. Fuente: Bacharach. Florite 800. Insta llation, Operation 2004.

&

Maintenance Manual.New Kensington,

La velocidad de un gas en un conducto se relaciona con la presión de velocidad a través de la ecuación de Bernoulli: Vt = K pC p

PvT PT M

(24)

En la cual: Vt = Velocidad promedio de la corriente de aire en el conducto, m/s. Kp = Constante del tubo pitot (34.97). Cp = Coeficiente del tubo pitot. P v = Presión de velocidad de la corriente de aire en el conducto, mm H 2O. T = Temperatura promedio de la corriente de aire en el conducto, K. PT = Presión total de la corriente de aire en el conducto, mm Hg. M = Masa molar de la corriente de aire, g/mol. ▪

87

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

La presión de velocidad promedio del gas en el conducto se obtiene de la siguiente forma:   Pv =   

∑

2

Pvi 

  

n

(25)

En la cual: P vi = Presiones de velocidad en cada punto de medición, mm H 2O. n = Número de puntos de medición. La relación entre la velocidad y la presión de velocidad en un conducto que transporta aire está dada por [5]: Vt = 4.43

Pv

(26)

g

En la cual: Vt = Velocidad promedio de la corriente de aire, m/s. P v = Presión de velocidad de la corriente de aire, mm H 2O. ρg = Densidad del aire, kg/m3. A condiciones estándar (20 °C y 101.325 kPa), la velocidad de la corriente de aire en un conducto está dada por: Vt = 4.034 Pv

(27)

En la cual: Vt = Velocidad de la corriente de aire, m/s. P v = Presión de velocidad de la corriente de aire, mm H 2O. 4.2 COMPONENTES DEL SISTEMA DE CONDUCTOS Tal como se discutió anteriormente, un sistema de conductos consiste de conductos rectos, accesorios, dispositivos de control de caudal y soportes. El conducto recto o tramos de conducto se explica por sí mismo y es fácil de visualizar. La

categoría “accesorios” comprende una variedad de componentes que realizan una o más, sin de embargo, las siguientes funciones: ▪

Cambian la dirección de la corriente de aire conducida. Modifican la velocidad de la corriente. Unen otro(s) conducto(s). Facilitan la conexión de dos o más componentes. Permiten la expansión/contracción cuando aparecen esfuerzos térmicos. 88

sistema

de ConduCtos

Los accesorios más comúnmente utilizadas son los codos. Estos sirven para cambiar la dirección de la corriente de aire, normalmente en 30°, 45°, 60°, o 90°, aunque igual pueden diseñarse para otros ángulos. El radio a la línea central del codo determina la razón a la que ocurre este cambio de dirección (ver figura 4.6). El radio de curvatura estándar es 1.5 veces el diámetro del codo [6].

D

R

Figura 4.6. Codos de 90°. Fuente: U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002.

Las entradas (yees) son utilizadas cuando dos o más corrientes de aire deben conectarse. Las conexiones comúnmente se hacen a 30°, 45°, 60°, o a algún otro ángulo (ver figura 4.7). 15° máximo

Figura 4.7. Entradas. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Las expansiones o contracciones se requieren siempre que deban unirse conductos de diferentes diámetros (ver figura 4.8). Las contracciones pueden ser concéntricas o abruptas. En las contracciones concéntricas, el diámetro se estrecha gradualmente desde la sección transversal mayor a la más pequeña. Sin embargo, en las contracciones abruptas, el diámetro disminuye inmediatamente (ver figura 4.9). ▪

89

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

15° mínimo

D2

D1

Figura 4.8. Expansiones. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. D1

D2 15° mínimo

D1

D2

Figura 4.9. Contracciones concéntrica y abrupta. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de li mpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Para controlar el caudal a través de sistemas de ventilación, se utilizan compuertas. La compuerta más comúnmente utilizada es la del tipo mariposa, que consiste de un plato sujeto a una varilla que se gira para controlar la corriente gaseosa (ver figura 4.10).

D

Vistafrontal

Vistalateral

Figura 4.10. Compuerta tipo mariposa.

Fuente: U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002.

El último componente considerado es el sistema de soporte del sistema de conductos. Sin embargo, está lejos de ser el menos importante. La selección de un sistema de soporte no debe tomarse a la ligera, puesto que implica no solo una parte importante del trabajo de construcción, sino también porque la construcción de un sistema inadecuado de soporte puede ser desastroso. Como ▪

90

sistema

de ConduCtos

regla, debe proporcionarse un soporte por cada 3 metros de tramo de conducto. El sistema de conductos puede suspenderse del cielo o de otras estructuras elevadas por medio de perchas o soportadas desde abajo por vigas, pilares u otros soportes [6]. 4.3 CHIMENEAS

Esencialmente la chimenea es un conducto vertical construido sobre un cimiento y soportado de alguna manera. Para estabilidad estructural, el diámetro del fondo de la chimenea es ligeramente más grande que el diámetro de la parte superior, el cual normalmente varía de 0.3 a 2.0 m [3]. Una chimenea pequeña (aproximadamente 20 m) puede ser fabricada de acero, ladrillo o plástico reforzado con fibra de vidrio. La selección del material depende de las propiedades físicas y químicas de la corriente gaseosa, tales como la corrosividad y el grado de acidez, así como la diferencia de temperatura entre la corriente gaseosa y el aire ambiente [6]. Las chimeneas cortas son auto estables (que se sostienen por sí mismas), soportadas por cables o sujetas a estructuras adyacentes. El tipo de soporte utilizado depende del diámetro de la chimenea, la altura y el peso, la velocidad del viento, las características sísmicas de la zona y otros factores. El equipo auxiliar para una chimenea típica incluye una puerta de acceso, una plataforma de muestreo, escaleras, sistema pararrayos y luces de advertencia para las aeronaves. La puerta de acceso permitela remoción de cualquier material acumulado en el fondo de la chimenea. Las regulaciones locales para el control de la contaminación del aire pueden también requerir el sistema permanente de plataformas de muestreo para utilizarse durante las pruebas periódicas de cumplimiento; mientras que las escaleras son utilizadas durante el muestreo de la chimenea y los procedimientos de mantenimiento. El sistema pararrayos se necesita para prevenir el daño a la chimenea y sus alrededores durante tormentas eléctricas. Por último, las luces de advertencia para las aeronaves son requeridas por las autoridades de aviación locales [6]. La figura 4.11 presenta diferentes tipos de chimeneas. Las chimeneas con descarga vertical terminan en un conducto un diámetro que permite el ingreso de aire inducido (a yconcéntrico b); la alturacon de este conductomayor debe permitir que una gota de agua con “cierto grado de inclinación” entre por la parte superior de la chimenea y se deposite en el conducto exterior justo cuando comienza el conducto interior. Cuando el ventilador está apagado, algunas gotas de lluvia pueden entrar al interior de la chimenea. La chimenea tipo “cabeza de cebolla” tiene una estructura que cubre un embudo interno que evacua el agua lluvia y permite que los gases sigan su trayectoria vertical (c). Estos dos ▪

91

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

tipos de chimeneas permiten la adecuada dispersión de los contaminantes que no fueron removidos en los equipos de control. La chimenea tipo “gorro chino” permite que el agua no entre al interior de la chimenea, pero no permite la adecuada dispersión de los contaminantes (d). Este último tipo de chimenea no es recomendado ya que hace que los gases se dirijan hacia abajo. La figura 4.12 presenta otros tipos de chimeneas.

Aire inducido

Ventiladorencendido

(a)

Ventiladorapagado

(b)

Ventilador

Ventilador

(c)

(d)

Figura 4.11. Tipos de chimeneas. Fuente: Washington State Department of Labor & Industries. I ndustrial Ventilation Guidelines. En: http://www.lni. wa.gov/Safety/ Topics/AtoZ/Ventilation/defaul t.asp.

Lluvia

Lluvia

4D

Lluvia

D Borde pequeño interno

> 15 cm

Ventilador Drenaje

D

Abertura para el drenaje de 1.5 cm

D Placa de drenaje interna Drenaje

Descarga vertical concéntrica

Codos acodados

Chimenea acodada

Figu ra 4.12. Tipos de chimeneas. Fuente: Popendorf, W. Industrial Hygiene Control of Aiborne Chemical Hazards. Taylor Florida, 2006. ▪

92

&

Francis.

sistema

de ConduCtos

4.4 PROCEDIMIE NTO PAR A EL DISEÑO DE LOS CONDUCTOS De nuevo, las variables primarias para el diseño del tamaño del sistema de conductos son la longitud, el diámetro y el espesor de pared [6]. La longitud necesaria del sistema de conductos depende de factores tales como la distancia de la fuente al dispositivo de control y el número requerido de cambios en la trayectoria. Sin tener un conocimiento específico de la distribución de la fuente, es imposible determinar la longitud exactamente [6]. Como el caudal de aire ( Q ) es usualmente conocido, la variable clave es la velocidad de transporte en el conducto ( Vt). Esta variable debe escogerse cuidadosamente. Si la Vt seleccionada es muy baja, el conducto estará sobre dimensionado y, más importante, la velocidad no será suficientemente alta para conducir las partículas de la corriente de aire al equipo de control. Sin embargo, si Vt es muy alta, la presión estática será excesiva, como lo será el correspondiente consumo de energía del ventilador [6]. El caudal de aire y la velocidad de transporte se relacionan a través de la ecuación de continuidad (ecuación 19). O sea que conocido el caudal de diseño, se reemplaza en la ecuación, y resultan dos incógnitas: la velocidad de transporte y el área de la sección transversal. Es habitual que se elija la velocidad como parámetro de diseño, siguiendo ciertos criterios que se verán más adelante,

para así obtener el área: A=

Q

Vt

(28)

En la cual: A = Área de la sección transversal del conducto, m2. Q = Caudal del aire, m 3/s. Vt = Velocidad de transporte de la corriente de aire en el conducto, m/s. En los sistemas de ventilación industrial se eligen conductos circulares, salvo razones de fuerza mayor, en lugar de conductos rectangulares debido a que [1]: - Producen menores pérdidas por fricción pues la sección circular es la que presenta menor perímetro para áreas iguales. -

-

Presentan mayor resistencia mecánica a la deformación cuando su presión interna es menor que la presión atmosférica. Tienen una distribución de velocidades más uniforme en su sección que la distribución correspondiente aconductos rectangulares, pues las velocidades en sus ángulos inferiores son prácticamente nulas. Así se logra transportar las partículas en suspensión hasta el equipo de control, evitando que se depositen en los conductos y los obstruyan, cuando la velocidad es seleccionada de manera adecuada. ▪

93

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Por lo tanto, para conductos circulares, la ecuación 28 resulta ser: π

D2 4

=

Q Vt

(29)

En la cual: D = Diámetro del conducto, m. Despejando el diámetro resulta: D=

4Q

Vt π

(30)

A partir de aquí, a no ser que se indique lo contrario, se considerará el empleo de conductos circulares en los casos que se analicen. El espesor de pared de un conducto depende de varios factores como la presión interna, el diámetro, el material de fabricación y otros parámetros estructurales. No obstante, un conducto con un diámetro determinado puede fabricarse de diferentes espesores. Por ejemplo, un conducto de 0.61 m de diámetro de acero inoxidable 304 puede ser fabricado con un espesor de pared que varía desde calibre 22 a 14 (0.8 a 2.0 mm). Este mismo intervalo de calibres se utiliza en conductos con diámetros que varían desde 0.08 a 0.91 m [6]. Nótese Esta que el númeroladel calibre disminuye con el aumento el espesor de pared. medida, cual es tradicionalmente usada en laenindustria de fabricación de metal, es más conveniente de usar que el espesor expresado en milímetros, ya que éstos son usualmente números pequeños. Más úan, el número del calibre varía de acuerdo con el metal utilizado (acero al carbón galvanizado o no galvanizado, acero inoxidable o aluminio). Los calibres para estos metales están dados en la tabla 4.1. La medida del calibre no es usada con conductos de plástico, ya que el espesor de pared se expresa generalmente en milímetros. 4.5 VELOCIDAD DE TRA NSPORTE La velocidad de transporte depende de las características de los contaminantes captados en la campana. Generalmente varía entre 10 a 30 m/s. Una velocidad

de transporte baja en el conducto adecuada muy para finas; corrientes gaseosas contienen contaminantes gaseososserá o partículas mientras que que una velocidad más alta será necesaria para conducir una corriente gaseosa con una gran cantidad de partículas pesadas o húmedas. La selección de una velocidad dentro de un conducto depende de las características de los contaminantes captados en la campana de aspiración. Cuando se trata de partículas se debe seleccionar una velocidad mínima adecuada para su transporte. Se denomina velocidad de transporte o de diseño a aquélla que permite que las partículas ▪

94

sistema

de ConduCtos

lleguen a los equipos de control y no se sedimenten en los conductos, lo que provocaría su obstrucción. Los intervalos de velocidades recomendadas para distintos tamaños de partículas están dados en la tabla 4.2 [1, 6]. Tabla 4.1. Espesor de las paredes de conductos de acero y aluminio. Calibre

Espesornominal(mm) Aceroalcarbón

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10

Galvanizado 0.46 0.53 0.67

No galvanizado 0.36 0.44 0.58

0.82 0.97 1.26 1.55 1.92 2.64 3.37

0.73 0.88 1.17 1.46 1.82 2.55 3.28

AceroInoxidable

Aluminio

(304 ó 316) 0.38 0.46 0.61

3003-H144 0.61 0.78 0.98

0.76 0.92 1.22 1.53 1.91 2.67 3.43

1.22 1.54 1.95 2.20 - - - - - - -

Nota: Para proporcionar rigidez, el aluminio del es aproximadamente 150% resistencia del espesory nominal delespesor acero alnominal carbón del galvanizado mismo calibre. Fuente: U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002.

Tabla 4.2. Velocidad de transporte mínima para algunos materiales. Contaminante Ejemplo Vt (m/s) Vapores, gases, humos de com- Todos los vapores, gases y humos 5-10 bustión Humosdesoldadura Soldadura 10-13 Partículas muy finas y ligeras Partículas de algodón, aserrín, talco 13-15 Partículas de caucho, baquelita, algodón, Partículas finas y secas 15-20 virutas (ligeras), detergente, cuero

Partículas industriales Partículas pesadas Partículas pesadas y húmedas

Partículas de café, cuero, sílice, ladrillo, arcilla, fu ndiciones, caliza Partículas de viruta metálica, moldes de fundición, madera, Partículas de cemento

18-20 20-23 >

23

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007; y U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002. ▪

95

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Las velocidades de transporte en los conductos no deben superar los 30 m/s debido a que: - Se incrementan las pérdidas por fricción, aumentando la potencia requerida para la circulación del aire. - Se incrementa la acción abrasiva de las partículas, que depende de sus características, aumentando el desgaste de los conductos y sus accesorios, incrementando los gastos de mantenimiento del sistema de ventilación. - Se incrementa el ruido producido por el aire y las partículas que éste transporta. - Se incrementan las vibraciones de los conductos, obligando a una sujeción de los mismos más costosa. La tabla 4.3 proporciona velocidades de transporte recomendadas para una variedad de materiales [6]. Tabla 4.3. Velocidad mínima en el conducto para algunos materiales. Material Partículasdealgodón Partículasdealmidón Partículasdealuminio(grueso) Partículasdearcilla

Partículas de caliza Partículasdecarbón(pulverizado) Partículas de cocoa Partículasdegranos Partículasdehulefinas Partículasdehulegruesas Partículas de jabón Partículasdemagnesio(grueso) Partículasde piedra Partículasdeplástico(lijado) Partículas de plomo Partículasdesílice Partículas tabaco Partículasde detaladrarhierrofundido Pintura atomizada Rebaba de bronce Rebaba de metal Vapores, gases, humos de combustión

Velocidad detransporte(m/s) 15-25 15 20 18

18 20 15 13-15 13 20 15 20 18 15 20 18-23 1820 10 20 20-25 5-10

Fuente: U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002. ▪

96

sistema

de ConduCtos

En el caso de tratarse de gases o vapores, estos se diluyen en el aire y la velocidad de diseño, que se obtiene a través de un cálculo económico, suele estimarse entre 5 y 10 m/s. Este intervalo depende de la estructura de costos de los diferentes países para los materiales, la energía, los ventiladores y los motores eléctricos. Cuando la velocidad aumenta, para un mismo caudal, disminuye la sección y se incrementan las pérdidas en los conductos, en tanto que disminuyen los costos de instalación por ser conductos de menor tamaño. Cuando la velocidad disminuye, aumenta el área de la sección transversal del conducto, disminuyendo las caídas de presión, y aumentando los costos de la instalación [1]. A partir de la selección de una velocidad, adecuada para el contaminante que se transporta, se puede calcular el diámetro del conducto requerido, utilizando la ecuación 30. Para los conductos que transportan partículas se debe elegir el conducto comercial disponible con la sección inmediatamente inferior a la calculada, con el fin de asegurar que la velocidad real sea superior a la mínima necesaria [1]. 4.6 CA ÍDA DE PRES IÓN EN EL SISTE MA DE CONDUCTOS

Las pérdidas de energía en los sistemas de ventilación debido a la fricción son calculadas tradicionalmente como fracciones de la presión de velocidad. Técnicamente, las ecuaciones utilizadas para estimar las pérdidas se aplican solamente a aquellas regiones en el sistema de ventilación donde no hay cambios en la presión de velocidad, es decir, donde el diámetro del conducto es constante. Estas regiones incluyen conductos rectos, campanas y accesorios tales como acoples y codos simples. Pero en los accesorios de flujo dividido (entradas y derivaciones), la velocidad y la presión de velocidad no son constantes entre la entrada y salida del accesorio. La pérdida por fricción correspondiente es una función de las presiones de velocidad corriente arriba (entrada) y el ramal [6]. La pérdida por fricción de un sistema de conductos es una función compleja de varias variables: el diámetro y longitud del conducto, la velocidad de transporte y viscosidad y densidad del gas. También, para simplificar el cálculo, se han derivado ecuaciones empíricas para ciertas tipos de sistemas de conductos disponibles comercialmente. Por ejemplo, para estimar la pérdida por fricción por cada 100 m ( hf 100 ) a condiciones estándar (20°C y 101.325 kPa) para sistemas de conductos galvanizados redondos se puede utilizar la siguiente ecuación [6]: h f 100 = 518.72

Vt1.8 D1.18

(31) ▪

97

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

En la cual: = Pérdidas por fricción, mm H2O/100 m. h Vt = Velocidad de la corriente de aire, m/s. D = Diámetro del conducto, mm. f 100

Ejemplo 3. Un tramo de conducto de acero galvanizado, por el que circula aire a un caudal de 1 m 3/s, tiene un diámetro de 0.30 m y una longitud de 15

m. Calcular las pérdidas por fricción. Solución. La velocidad de transporte en el conducto se determina a través de la siguiente ecuación: Vt

Q =

A

1

Q =

π

D

2

=

2

π

4

(0.3)

=

14.15 m/s

4

Las pérdidas por fricción para un conducto de 100 m son: h f 100

=

5187 . 2

Vt1.8 D1.18

1. 8

5187 . 2

=

(14.15) (300)

1. 18

=

73

mm H 2O 100 m

Para un conducto de 15 m se tiene: 73

mm H 2O 100 m

×15

m =11 mmH O2

Para estimar las pérdidas por fricción para conductos de otros materiales, se debe multiplicar el valor de la ecuación 31 por un factor de corrección por rugosidad. En la figura 4.13 se pueden obtener los factores de corrección por rugosidad en función de las velocidades en los conductos, empleando grupos de familias de curvas paramétricas, identificadas por distintas rugosidades absolutas, y a su vez, dentro de cada familia, en función de los diámetros de cada conducto [1]. En la figura, el conducto en acero galvanizado, el cual tiene una rugosidad absoluta promedio de 0.15 mm (tubos normales), está representado por una recta horizontal, donde para diferentes velocidades de transporte, siempre se obtiene el mismo valor para el factor de corrección, que es igual uno (1.0). Para las demás rugosidades que figuran en el gráfico se aconseja seguir el siguiente criterio: -

▪

Para conductos muy rugosos, la rugosidad absoluta promedio aparece indicada por ε = 0.3. Ejemplo: conductos construidos en concreto (hormigón) y conductos flexibles sin recubrimiento. 98

sistema

de ConduCtos

2.5 2.4

Diámetro 120 mm

2.3 2.2 2.1

300 mm

2.0

Muy rugoso (0.3)

1.9

1.000 mm

1.8 n ó i c c re r o c e d r to c a F

2.500 mm

1.7 1.6

120 mm

1.5

300 mm

1.4

Rugosidad media (0.03) 1.000 mm

1.3

2.500 mm

1.2 1.1 Tubos normales (0.15 ) - Todos los diámetr os Bastante l iso (0.015)

1.0 0.9

2.500 mm 120 mm 2.500

0.8 Muy liso (0.0015)

0.7

120

300 1.000

0.6 0.5

0 5

1

2

3

4 5 6

8 10

20

30 40 50

Velocidad /m/s)

Figura 4.13. Factores de corrección para conductos de otros materiales de acuerdo con la rugosidad. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. -

Para conductos de rugosidad media, la cual aparece indicada por ε = 0.03. Ejemplo: conductos flexibles con recubrimiento.

-

Para conductos bastantes lisos, la rugosidad absoluta promedio aparece indicada aluminio.por ε = 0.015. Ejemplo: conductos de acero, acero inoxidable y

-

Para conductos muy lisos la rugosidad absoluta promedio aparece indicada por ε = 0.0015. Ejemplo: conductos construidos con materiales plásticos.

En la tabla 4.14 se dan algunos valores de las rugosidades absolutas que corresponden a los materiales con los que se construyen los conductos en los sistemas de ventilación [1, 8, 10]. ▪

99

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 4.4. Rugosidad absoluta. Material

Acero carbono al Acerocomercialyaceroinoxidable Acero galvanizado

ε

(mm)

0.08 0.015 0.15

Aluminio

0.015

Cobre

0.0015

Concreto Conductoflexibleconrecubrimiento Conductoflexiblesinrecubrimiento Fibra de vidrio

1.2 0.03 0.3 0.03

Fibrocemento Galvanizadaenespiral Latón

0.025 0.03 0.0015

Plástico(PE,PVC,ABS) Poliésterreforzadocon fibradevidrio Vidrio

0.0015 0.01 0.0015

Nota: Estos son valores de diseño, que pueden variar en forma notable según el proceso de fabricación. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007; Halliday, D. y Resnick, R. Física combinada. Compañía Editorial Continental S.A. CuernaVaca, 1983; y Perry, R. and Green, D. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook. McGraw-Hill. New York, 1999

Los conductos se construyen cuadrados, rectangulares y redondos principalmente. Para hallar el diámetro de un conducto de sección circular, equivalente a un conducto rectangular de lados A y B, que sea capaz de conducir el mismo caudal de aire, con la misma caída de presión, se utiliza la expresión [1]: D = 1.2655

A3 B3 A+ B

(32)

En la cual: D = Diámetro equivalente a un conducto circular, m. A y B = Lados del conducto rectangular o cuadrado, m. 4.7 PÉRDIDAS LOCALI ZA DAS EN ACCESORIOS Las pérdidas para accesorios también han sido compiladas con base a datos experimentales. Estas pérdidas se deben alas turbulencias producidas por cambios ▪

100

sistema

de ConduCtos

de dirección (codos) y los cambios de sección (contracciones o expansiones de los conductos, transición de conductos circulares a rectangulares y viceversa). Para su cálculo se pueden usar dos metodologías [1, 6]: 4.7.1 Coeficientes de pérdidas por fricción Es costumbre expresar las pérdidas por fricción ( hf) en accesorios en términos de presión de velocidad:

(33)

h f = nPv

En la cual: hf = Pérdidas por fricción, mm H 2O. n = Coeficiente de pérdidas por fricción. Pv = Presión de velocidad de la corriente de aire, mm H 2O. El accesorio de mayor interés son los codos de 90°, que sonindiscutiblemente el accesorio más comúnmente utilizado en sistemas de control de la contaminación del aire. Los valores de los coeficientes de pérdida por fricción para codos varían de acuerdo con el diámetro y con el radio de curvatura ( R). La tabla 4.5 presenta los valores para los coeficientes de pérdida de presión para los codos. Tabla 4.5. Coeficientes de pérdida por fricción para codos de 90° con diferente radio de curvatura. Accesorio

R

D

Radiodecurvatura

0.50 D

n 0.80

1.00 D

0.52

1.25 D

0.43

1.50 D

0.39

1.75 D

0.32

2.00 D

0.27

2.25 D

0.26

2.50 D 2.75 D

0.22 0.26

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007; y U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002.

Como lo indican estos valores, a mayor radio de curvatura, menor la pérdida por fricción. Lo anterior se debe a que, a mayor radio de curvatura, el cambio ▪

101

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

de dirección de la corriente de aire es más gradual. Para un codo con un ángulo diferente a 90°, el valor del coeficiente de pérdida por fricción de la tabla 4.5 se multiplica por un factor de ajuste, de modo que:  θ   90 

nθ = n90 

(34)

En la cual: nθ = Coeficiente de pérdidas por fricción para codos diferentes de 90°. n90

= Coeficiente de pérdidas por fricción para un codo de 90°.

θ = Ángulo del codo.

Ejemplo 4. Hallar las pérdidas de fricción de un codo de 45° de 300 mm de diámetro y un radio de curvatura de 2D. El caudal de aire es de 1.0 m3/s. Solución. La velocidad de transporte en el conducto se determina a través de la siguiente ecuación: Vt

Q =

A

1.0

Q =

D

2

π 4

=

2

(0.3) π

=

14.15 m/s

4

La presión de velocidad es: Vt = 4.034 Pv

Pv

 V 2  14.15 2 =  t  =  = 12.3 mm H O 2  4.034   4.034 

Según la tabla 15, n90 = 0.27 θ  h f = n90  = Pv ×× 0.27  90 

45

1= 2.32 mm H 2O

1 7. mm H O

90

La tabla 4.6 contiene los coeficientes de pérdida de presión para codos cuadrados y rectangulares. Otro accesorio de importancia en los sistemas de control de la contaminación del aire son las entradas (yees). Los valores para los coeficientes de pérdida de presión para las entradasse encuentran en la tabla 4.7. ▪

102

sistema

de ConduCtos

Tabla 4.6. Coeficientes de pérdida por fricción para codos cuadrados y rectangulares. Accesorio

R/D

W

D

R D

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0

W/ D 0.25

1.50 1.36 0.45 0.28 0.24 0.24

0.5 1.32 1.21 0.28 0.18 0.15 0.15

1.0 1.15 1.05 0.21 0.13 0.11 0.11

2.0 1.04 0.95 0.21 0.13 0.11 0.11

3.0 0.92 0.84 0.20 0.12 0.10 0.10

4.0 0.86 0.79 0.19 0.12 0.10 0.10

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Tabla 4.7. Coeficientes de pérdida por fricción para entradas. Accesorio

15° máx

θ

Ángulo( 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 90

θ)

n 0.06

0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.28 0.32 0.44 1.00

Nota: Las pérdidas por fricción se producen en el conducto lateral y se deben contabilizar en el mismo. No se debe incluir la ganancia por expansión. Fuente: Pedelaborde, Curso ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Ingeaire. Buenos Aires, 20 07; yCarlos. Quinchía, R. ydePuerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Medellín, 2003.

Las pérdidas por fricción en las entradas se le atribuyen solamente alconducto lateral, que luego de la unión cambia de dirección. Estas pérdidas también incluyen las producidas por el cambio de sección transversal entre los conductos que llegan a la entrada y el conducto que sale de ésta. Al tramo que no cambia de dirección en la entrada no se le atribuye ninguna pérdida [1]. ▪

103

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Cuando los dos conductos que llegan a la entrada cambian ambos de dirección, se considera una caída de presión debida a la entrada para cada uno de ellos. El ángulo, a partir del cual se obtiene el coeficiente de pérdidas por fricción, se calcula como el ángulo que forma el conducto que empalma con la prolongación, hacia atrás, del eje del conducto que sale de la entrada (ver figura 4.14). α1

α2

Figura 4.14. Conductos que cambian de dirección en la entrada. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

En el diseño del trazado de los conductos se considera adecuado adoptar un valor de n = 0.18, que corresponde a una entrada de 30º, salvo que las necesidades impuestas por el proyecto indiquen la conveniencia de adoptar otros valores de ángulos para las entradas [1]. La tabla 4.8 contiene los coeficientes de pérdida de presión para chimeneas tipo sombrerete (gorro chino). Tabla 4.8. Coeficientes de pérdida por fricción para chimeneas tipo sombrerete. Accesorio

H

2D H

D/3 D/3

D

n

1.00 D

0.10

0.75 D

0.18

0.70 D

0.22

0.65 D

0.30

0.60 D 0.55 D

0.41 0.56

0.50 D

0.73

0.45 D

1.00

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

104

sistema

de ConduCtos

Las tablas 4.9 y 4.10 contienen los coeficientes de pérdida de presión para expansiones. Las tablas 4.11 y 4.12 contienen los coeficientes de pérdida de presión para contracciones. Tabla 4.9. Coeficientes de pérdida por fricción para expansiones entre conductos.

(θ)



D1

D2 /D 1

Ángulo

Accesorio

4D min D2

3.5 5 10 15 20 25 30 90

1.25 0.92 0.88 0.85 0.83 0.81 0.80 0.79 0.77

1.5 0.88 0.84 0.76 0.70 0.67 0.65 0.63 0.62

1.75 0.84 0.80 0.70 0.62 0.57 0.53 0.51 0.50

2 0.81 0.76 0.63 0.55 0.48 0.44 0.41 0.40

2.5 0.75 0.68 0.53 0.43 0.43 0.28 0.25 0.25

Nota: El coeficiente de pérdida por fricción será sólo del 70% del indicado, si la expansión esta después de un acceso rio, a una distancia mí nima de 5 diá metros. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Tabla 4.10. Coeficientes de pérdida por fricción para expansiones en el extremo del conducto. Accesorio

L / D1

L D1

D2

D 2 / D1 1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.0

0.37

0.39 0.38

0.35 0.31

0.27

1.5

0.39

0.46 0.47

0.46 0.44

0.41

2.0

0.42

0.49 0.52

0.52 0.51

0.49

3.0

0.44

0.52 0.57

0.59 0.60

0.59

4.0

0.45

0.55 0.60

0.63 0.63

0.64

5.0

0.47

0.56 0.62

0.65 0.66

0.68

7.5

0.48

0.58 0.64

0.68 0.70

0.72

Nota: El coeficiente de pérdida por fricción será sólo del 70% del indicado, si la expansión esta después de un acceso rio, a una distancia mí nima de 5 diá metros. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

105

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 4.11. Coeficientes de pérdida por fricción para contracciones graduales. Accesorio



Ángulo( θ)

n

5

0.05

10

0.06

15

0.08

20

0.10

25

0.11

30

0.13

45

0.20

60

0.30

>60

Contracciónbrusca

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Tabla 4.12. Coeficientes de pérdida por fricción para contracciones bruscas. Accesorio

A2/A1

n

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.48 0.46 0.42 0.37 0.32 0.26 0.20

Nota: A 1 y A 2 son las áreas de las secciones transversales en los puntos 1 y 2 del conducto, respectivamente. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire.

Medellín, 2003.

4.7.2 Longitud equivalente En este caso se utiliza el concepto de longitud equivalente, que es la longitud de conducto recto que produce una caída de presión igual a la del accesorio considerado. Las tablas 4.13 a 4.15 contienen los valores de las longitudes equivalentes en función del tipo de accesorio (codos, entradas y chimeneas tipo sombrerete) y el diámetro del accesorio [1]. ▪

106

sistema

de ConduCtos

Tabla 4.13. Longitud equivalente para codos de 90 °. Accesorio

R

D

Diámetro (mm)

Longitud equivalente (m) Radio de curvatura 1.5 D 2.0 D 1.4 1.0 2.0 1.4

75 100

1.0 D 1.7 2.4

2.5 D 0.8 1.2

125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 600 700

3.2 3.9 4.7 5.5 7.2 9.0 11 13 15 16 20 25

2.6 3.3 3.9 4.6 6.0 7.5 9.0 11 12 14 17 21

1.9 2.3 2.8 3.3 4.2 5.2 6.2 7.3 8.4 9.5 12 14

1.5 1.9 2.2 2.6 3.4 4.2 5.1 5.9 6.8 7.7 9.6 11

800 900 1000 1200

29 33 38 47

24 28 31 39

16 19 21 26

13 15 18 22

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Para un codo con un ángulo diferente a 90°, la longitud equivalente de la tabla 4.13 se multiplica por un factor de ajuste, de modo que:  θ   90 

Leqθ = Leq 90 

(35)

En la cual: Leqθ = Longitud equivalente para codos diferentes de 90°. Leq = Longitud equivalente para un codo de 90°. θ = Ángulo del codo. 90

El diámetro, a partir del cual se obtiene la longitud equivalente en las entradas (yees) es el diámetro del conducto lateral, que luego de la entrada cambia de dirección. Ver tabla 4.14. ▪

107

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 4.14. Longitud equivalente para entradas. Longitud equivalente (m) Accesorio

15° máx

θ

Diámetro (mm)

Ángulo de entrada ( θ) 45°

30°

15°

75

1.0

0.6

0.2

100

1.4

0.9

0.3

125

1.8

1.2

0.4

150

2.2

1.4

0.5

175

2.7

1.7

0.7

200

3.2

2.0

0.8

250

4.1

2.6

1.1

300

5.2

3.3

1.4

350

6.2

3.9

1.8

400

7.3

4.6

2.1

450

8.4

5.3

2.5

500

9.6

6.0

2.9

600 700

12 14

7.4 8.9

3.8 4.7

800

17

10

5.6

900

19

12

6.6

1000

22

14

7.7

1200

28

17

9.9

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

La longitud equivalente también puede obtenerse a través de la siguiente ecuación: Leq = aD b

En la cual: Leq = Longitud equivalente del accesorio, m. a, b = Constantes (ver tabla 4.16). D = Diámetro del accesorio, mm. ▪

108

(36)

sistema

de ConduCtos

Tabla 4.15. Longitud equivalente para chimeneas tipo sombrerete. Longitud equivalente (m) Diámetro (mm)

Accesorio

H (altura en diámetros) 1.0D

2D H

D/3 D/3

D

0.75D

0.5D

75

0.4

0.7

2.6

100 125

0.6 0.7

0.9 1.2

3.7 4.7

150

0.9

1.5

5.9

175

1.0

1.8

7.0

200

1.2

2.1

8.2

250

1.5

2.7

11

300

1.9

3.3

13

350

2.2

4.0

16

400

2.5

4.6

18

450

2.9

5.3

21

500

3.2

6.0

24

600

4.0

7.4

29

700

4.7

8.9

35

800

5.4

10

41

900

6.1

12

47

1000

6.9

13

53

1200

8.4

17

65

Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 20 07; y Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilació n industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

109

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 4.16. Constantes para estimar la longitud equivalente de diferentes accesorios. Accesorio

Característica

Constantes

Radio de curvatura

a

b

1.0 D

0.0101

1.1903

1.5 D 2.0 D

0.0083 0.0067

1.1925 1.1673

2.5 D

0.0051

1.1785

Ángulo ( θ)

a

b

45

0.0052

1.2094

30

0.0038

1.1848

15

0.0005

1.3956

Altura ( H )

a

b

1.0 D

0.0038

1.0861

0.75 D

0.0042

1.1690

0.50 D

0.0178

1.1569

Codo de 90°

Entradas

Chimeneas

Fuente: elaboración propia.

Ejemplo 5. Hallar las pérdidas de fricción para el codo del ejemplo 4 por el método de longitud equivalente. Solución.

Según la tabla 4.13, el codo tiene unas pérdidas por fricción iguales a las que generaría un conducto en acero galvanizado con una longitud de 5.2 m × (45/90), es decir de 2.6 m. Las pérdidas por fricción para un conducto de 100 m son: 1. 8

1. 8

h f 100

=

5187 . 2

Vt D1.18

5187 . 2

=

(14.15) (300)

1. 18

Para un conducto de 5.2 m se tiene: 73

mm H 2O 100 m

▪

110

×2.6

m= 1 9. mmHO 2

=

73

mm H 2O 100 m

sistema

de ConduCtos

4.8 PRINCIPIO DE DISEÑO PAR A LOS SISTEMAS DE VENTIL ACIÓN Las figuras 4.15 y 4.16 contienen los principios de diseño generales para los sistemas de ventilación industrial. Principio

Correcto (Menos resistencia)

Incorrecto (Más resistencia)

Racionalizar el sistema ta nto como sea posible para reducir al mínimo las turbulencias y la resistencia.

Los conductos lisos y rígidos proporcionan menos resistencia que los conductos corrugados y flexibles. Los conductos cortos ofrecen una menor resistencia que los conductos largos. Trazos rectos ofrecen menor resistencia que trazos con cambios de dirección. Los ramales deben entrar en las expansiones en un ángulo de 30° o menor preferiblemente. En caso necesario, se aceptan ángulos hasta de 45°. Los ramales no deben entrar directamente opuestos el uno al otro. Los codos con un radio de curvatura amplio ofrecen una menor resistencia que las curvas abruptas.

R

D

Los conductos con diámetros grandes ofrecen una menor resistencia que los conductos con diámetros pequeños. Los conductos redondos ofrecen una menor resistencia que los conductos cuadrados.

Figura 4.15. Principios de diseño para los sistemas de ventilación. Fuente: Washington State Department of Labor & Industries. I ndustrial Ventilation Guidelines. En: http://www.lni. wa.gov/Safety/ Topics/AtoZ/Ventilation/defaul t.asp. ▪

111

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Principio

Correcto (menos resistencia)

Incorrecto (más resistencia)

Los ramales no deben entrar directamente opuestos el uno al otro.

Los codos deben tener un radio de curvatura desde la línea del centro igual a 2 o 2.5 veces el diámetro.

D R R

Se debe mantener una relación W/ D alta cuando se usan conductos recta ngulares.

D

El diámetro del conducto se debe calcular para que proporcione la velocidad de transporte seleccionada o mayor que esta.

W

W D

A1 = A1 + A 2 + 20% Vm

Vm

Vm

A1

A2

Los ramales deben entrar en un ángulo de 30° o menor preferiblemente. En caso necesario, se aceptan ángulos hasta de 45°. 30° a 60°

La entrada al ventilador preferiblemente debe ser recta.

Figura 4.16. Principios de diseño para los sistemas de ventilación. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

112

sistema

de ConduCtos

4.9 BAL ANCE DE CONDUCTOS EN UN SISTEMA DE VENT ILACIÓN Desde el punto de vista neumático, el balance de conductos en un sistema de ventilación requiere la determinación de [4]: - El caudal de aire que entra a cada campana. - Las caídas de presión en cada campana. - El caudal en cada tramo de conducto. -

La velocidad de transporte en cada tramo de conducto. El caudal de aire que va a manejar el ventilador. La presión estática a la entrada y salida del ventilador.

A menos que el diseñador pueda calcular estos valores con razonable precisión, no hay seguridad de que un sistema de conductos determinado llene exactamente los requisitos, ni se puede predecir que los requisitos de potencia del sistema estén dentro de los límites de precisión esperados en ingeniería [4]. La siguiente es la secuencia de diseño más común [4]: -

Elaborar un plano de la distribución en planta, preferiblemente a escala, de los sectores de trabajo, de los equipos que requieren la extracción y sus dimensiones.

-

Elaborar un esquema del sistema de conductos, incluyendo las dimensiones en planta y en elevación, la ubicación del equipo de control y del ventilador, etc. Se debe identificar cada tramo de los ramales (conductos secundarios) y el conducto principal con números y/o letras.

-

Determinar, a partir del esquema del trazado de la red de conductos, la longitud de cada tramo recto y el número y tipo de codos y uniones necesarios, así como de los equipos necesarios.

-

Diseñar las campanas de captación de acuerdo con la operación a controlar y calcular el caudal de diseño.

-

Seleccionar la velocidadde transporte mínima necesaria para cada sección del sistema, dependiendo de la naturaleza del material que va a ser transportado

-

-

por ellas. Estudiar los planos, bosquejos y la distribución del sistema de conductos y verificar que no haya factores externos (operación, accesibilidad, estructuras de soporte disponibles o condiciones del lugar) que obliguen a otra disposición. Localizar las campanas en forma que los tramos de los conductos sean tan cortos como sea posible y que los ramales de menor diámetro y con pérdidas de fricción más altas puedan entrar al conducto principal cerca de la entrada ▪

113

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

del ventilador, con la mínima distancia desde la campana hasta el conducto principal. Hasta aquí no se necesita hacer cálculos de pérdidas por fricción y todos los valores son aproximados. Los bosquejos no necesitan ser precisos, ya que el propósito de esta parte es llegar tan rápido como sea posible a una etapa donde se pueda aplicar un amplio juicio general. Luego se debe [4]: –

–

–

–

Inspeccionar el bosquejo del sistema de conductos paradeberían ver silos unirse ramalescon que se srcinan a alguna distancia del conducto principal otros, formando conductos secundarios, para reducir la fricción; si la distribución debería cambiarse para economizar en el tamaño de los conductos; si detalles del edificio, la maquinaria u otras obstrucciones interfieren con los tramos de los conductos cuyos tamaños son ahora conocidos en forma aproximada y llegar a una distribución final más adecuada. Dibujar el esquema deconductos seleccionado finalmente, dejando suficiente espacio para notas sobre caudales, velocidades y otros datos. Calcular las pérdidas de presión, caudales, velocidades de transporte y diámetros de los conductos. Revisar todos los cálculos.

–

Preparar los dibujos definitivos y un listado de materiales. Los cálculos empiezan en el extremo de la entrada del ramal más alejado del ventilador y continúan paso a paso a través del conducto principal y los restantes ramales hasta llegar al ventilador. Los cálculos son progresivos, y los valores acumulativos. Por esto, los errores en suposiciones, métodos y operaciones aritméticas alcanzan proporciones serias en el ventilador. Es, por lo tanto, necesario un método de cálculo sistemático y ordenado y una tabulación de los resultados, los cuales deben seguirse en forma estricta. Las oportunidades de error son tan numerosas que todos los cálculos deben colocarse en forma que pueda facilitarse el chequeo [4]. En un sistema de ventilación industrial en funcionamiento, para todos los tramos que comienzan en distintas campanas y terminan en una misma entrada, la caída de presión estática siempre deberá ser la misma. O sea, en la práctica siempre se produce lo que se denomina “equilibrio o balance de la presión estática en cada entrada” , que determina que el caudal total de aire succionado por el ventilador se distribuya de forma automática entre los diferentes tramos, de acuerdo con la resistencia que presenta cada uno de ellos [5]. El método más utilizado, por ser sistemático y ordenado, es el de longitud equivalente, y consiste en lograr la distribución de los caudales en los distintos tramos, que deben ser iguales o mayores que los caudales de diseño. El cálculo comienza ▪

114

sistema

de ConduCtos

en las campanas conectadas a los conductos con mayores pérdidas, y a partir del caudal de diseño establecido para cada una de ellas, se elige la velocidad de transporte mínima adecuada según el contaminante generado y se calculan el área y las dimensiones de cada conducto que concurren a una misma entrada [1]. Debe asegurarse, en la etapa de diseño, que se llegue a cada una de las uniones con la misma caída de presión, cualquiera sea el camino recorrido desde cada campana hasta esa entrada [1]. A partir de las longitudes de los tramos rectos y de los accesorios de esos conductos, se calculan las pérdidas por fricción de los mismos y se las comparan entre sí. Si no son iguales, es decir, que no se logra el equilibrio en la presión estática en la entrada considerada, se modifican las variables de cálculo hasta lograr dicho equilibrio [1]. A partir de allí se sigue avanzando siguiendo el trazado de los conductos, entrada a entrada, hasta terminar en la descarga del sistema. Cada vez que se llega a una entrada se debe verificar el cumplimiento del equilibrio en la presión estática, siguiendo el camino desde cada una de las campanas consideradas hasta la entrada analizada (ver figura 4.17). En el diseño de un sistema de ventilación, los ramales 1-A y 2-A deberán estar balanceados aumentando la velocidad de transporte en el ramal de menores pérdidas de presión para que la presiónen estática demandada por ambos ramales sea igualen enlalafricción entraday,A.por El aumento la velocidad de transporte genera un aumento lo tanto, en las pérdidas de presión, y esto se consigue aumentando el caudal de aire y manteniendo el diámetro de los conductos constante o disminuyendo el diámetro de los conductos y manteniendo el caudal de aire constante. Las pérdidas de presión, que se producen al circular el aire a través de una campana y por el conducto conectado a ella, hasta la entrada correspondiente, se clasifican en tres tipos: Pérdidas por fricción en tramos rectos de conductos. Pérdidas localizadas en accesorios o particularidades. Pérdidas por la entrada. – – –

La suma de estas pérdidas, que se expresa en mm H 2O, constituye la presión estática total del tramo considerado [1]. Cuando se desea calcular un sistema de ventilación industrial, por el método de longitud equivalente, los pasos a seguir son [1]: 1. Determinar la distribución de la red de conductos. 2. Elegir el ramal que por sus características, tales como caudal a conducir, longitud, y cantidad y tipo de accesorios, se considera que producirá la pérdida de presión mayor (ramal principal). En caso que la elección no sea ▪

115

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

3.

4.

5. 6.

la correcta, puede ocurrir que haya que realizar más pasos hasta lograr el equilibrio estático del sistema. Calcular los diámetros de los conductos para que cumplan con las necesidades del proyecto, teniendo como datos el caudal mínimo de aire a succionar por la campana conectada a dicho ramal y la velocidad mínima dentro del conducto, que se selecciona de acuerdo con el tipo del contaminante a transportar. Si el diámetro obtenido no corresponde a un diámetro comercial, entonces se elige el diámetro comercial de menor magnitud más cercano para el caso en que el contaminante succionado sean partículas. Para el caso de gases o vapores se puede seleccionar el diámetro comercial de mayor o de menor magnitud; esta selección debe estar basada en criterios de mayor economía del proyecto. Con este nuevo diámetro se recalcula la velocidad real de transporte. Se determinan las pérdidas por fricción, las pérdid as en accesorios y las pérdidas a la entrada de la campana. La presión estática total o caída de presión total del ramal se obtiene sumando las pérdidas anteriores. Se repite el cálculo para el ramal que concurre a la misma entrada que el ramal anterior y se determina su presión estática. Se comparan las presiones estáticas de ambos ramales. Si las pérdidas de

presión resultan equilibradas, es decir, son iguales entre sí, se adoptan las características de los conductos previamente calculados. 7. En caso contrario, la presión estática total del tramo con menor valor, se denomina presión estática variable y deberá ser aumentada hasta lograr igualarla con la presión estática fija o que gobierna (ramal principal o ramal con las mayores pérdidas). Para ello se deben variar las características de los conductos, manteniendo o aumentando los caudales, o disminuyendo el diámetro del conducto, hasta lograr el equilibrio buscado. 8. A continuación, la entrada considerada se conecta al tramo denominado tronco. El caudal que circula por el conducto troncal es la suma de los caudales que circulan por cada uno de los conductos que concurren a la entrada; a partir de este dato las dimensiones y la caída de presión se calculan siguiendo los mismos pasos anteriores. El cálculo de la caída de presión se realiza sumando las pérdidas por fricción y las pérdidas en los accesorios del tronco, ya que al no estar conectado a una campana, no existen las pérdidas a la entrada. Pero, además, se debe tener en cuenta la caída de presión producida cuando sea necesaria una aceleración de la corriente de aire en el tronco. 9. Se continúa con el diseño avanzando de entrada en entrada hasta llegar a la última entrada. En cada entrada se deben satisfacer las condiciones de equilibrio, comenzando el tramo bajo estudio siempre en una campana. ▪

116

sistema

de ConduCtos

Cuando el sistema de ventilación industrial se construye y pone en marcha, siempre funcionará en condiciones de equilibrio. Si el proyecto se realizó teniendo en cuenta esas condiciones de equilibrio, los parámetros de diseño coincidirán con los parámetros reales de funcionamiento [1]. A continuación se hará una descripción detallada del método para lo cual se resolverá el ejemplo planteado en la figura 4.17, utilizando el formato contenido en la tabla 4.17. Ejemplo 6.Igualar las pérdidas de los ramales 1-A y 2-A y estimar las pérdidas totales del sistema mostrado en la figura 4.17. El equipo de control tiene una caída de presión de 127 mm H2O. 1

F

a b

2

B

3

Equipo de C control

c E D Ventilador

3

Campana 1: Q = 0.25 4.7 m /s Campana 2: Q = 2.4 m /s F = 0.5 F= Longitudes: Codos: Tramo 1-A: 27.0 m a: 90° (R = 2D) Tramo 2-A: 21.0 m b: 45° ( R = 2D) Tramo A-B: 5.0 m c: 90° ( R = 2D) Tramo C-D: 3.0 m Tramo E-F: 20.0 m Nota: Velocidad de diseño de los ductos: 16 m/s.

Figura 4.17. Sistema de ventilación. Fuente: elaboración propia.

Solución. El método recomienda identificar todas las entradas, uniones y otros elementos. Las uniones entre ramales y demás tramos del sistema se identifican con letras mayúsculas (A, B, C, etc.), los accesorios diferentes a las

uniones se identifican con letras minúsculas (a, b, c, etc.) y las campanas se designan con números. En la tabla 4.17 se presenta una hoja de cálculo típica para el procedimiento de diseño de presión de velocidad. Se inicia en la fila uno de la columna uno. - Columna 1. Identificación del tramo. Se coloca el tramo del conducto principal y del ramal, en este caso: 1-A y 2-A ▪

117

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

-

Columna 2. Caudal de aire. Se coloca el caudal de diseño dado en la figura 4.17. El caudal de diseño se puede hallar de las ecuaciones y tablas que acompañan las figuras de las campanas de acuerdo con la ubicación de la fuente de contaminación, a las dimensiones de la campana y a la velocidad de captura. En este caso el caudal es: Q1-A = 4.7 m3/s y Q2-A = 2.4 m3/s

-

Columna 3. Velocidad de transporte de diseño. Este valor se obtiene de las tablas 4.2 ó 4.3, dependiendo del tipo de material a transportar, o también de los valores recomendados en las figuras de las campanas. Para este caso las velocidades de trasporte en cada tramo, según la figura 4.17, son de 16 m/s. Vt1-A = 16 m/s y Vt2-A = 16 m/s

– Columna 4. Área del conducto. Se obtiene dividiendo la columna 2 por la columna 3. A1-A =0.294 m2 y A 2-A =0.150 m2 –

Columna 5. Diámetro del conducto. A no ser que se indique lo contrario, se considerará el empleo de conductos circulares en los casos que se analicen. El diámetro se obtienecon la siguiente ecuación: D=

4A

π

(23)

En la cual: A = Área calculada en la columna 4. Se selecciona el diámetro que corresponda al área calculada o la inmediatamente inferior de acuerdo con los diámetros comerciales de los conductos, debido a que se ha seleccionado la velocidad mínima de transporte, con el fin de asegurar que la velocidad real sea superior a la mínima necesaria. En el caso de que se esté trabajando con velocidades mayores a la recomendada o dentro de unalintervalo velocidades, puede seleccionar diámetro correspondiente diámetrodecomercial mássecercano disponible el (superior e inferior). En este caso los diámetros seleccionados son: D1-A = 0.610 m (24 in) y D2-A = 0.432 m (17 in) – Columna 6. Área real del conducto. Es la que corresponde al diámetro seleccionado en la columna 5. A1-A = 0.292 m2 y A 2-A = 0.146 m2 ▪

118

sistema

–

de ConduCtos

Columna 7. Velocidad de transporte real en el conducto. Es el valor obtenido al dividir la columna 2 por la columna 6. Vtreal 1-A = 16.1 m/s y Vtreal 2-A = 16.4 m/s

– Columna 8. Longitud de tramos rectos. Corresponde a la longitud de los conductos. De la figura 4.17, se tiene: L TR 1-A

= 27 m y L

= 21 m

TR 2-A

– Columna 9. Número de codos. Se debe colocar el número de codos con sus ángulos correspondientes. En el tramo 1-A hay un (1) codo de 90º y un (1) codo de 45º. En el tramo 2-A no hay codos. – Columna 10. Radio de curvatura. Se debe determinar qué tan cerrada o abierta es la curva formada por el codo. Se mide desde el punto central de la circunferencia (circunscrita por R) hasta el eje central del codo. De la figura 4.17, se tiene que para ambos codos el radio de curvatura es 2.0 D. – Columna 11. Ángulo de la entrada. Es el ángulo formado entre el eje del conducto principal y el eje del ramal que se une a él. En este caso el ángulo de entrada del ramal 1-A es de 45°. – Columna 12. Otros accesorios. Corresponde a accesorios no contemplados en las columnas anteriores, tal como expansiones, contracciones, bifurcaciones, etc. – Columna 13. Longitud equivalente. En esta columna se colocan las pérdidas por fricción que ocurren en todos los accesorios en términos de longitud equivalente, es decir en metros. Esta equivalencia se puede obtener de las tablas 4.13 a 4.15 o de la ecuación 36. En caso de que el diámetro requerido no figure en las tablas, se hallará su longitud equivalente por interpolación. Para este caso se tiene que el tramo 1-A posee dos codos que tienen un radio de curvatura igual a dos veces el diámetro del ducto y una entrada de 45º que producen una pérdida equivalente a: Para el codo de 90º = 12 m Para el codo de 45º = 12 m ×

45 90

= 6.0 m

Para la entrada de 45º = 12.1 m La longitud equivalente total del tramo 1-A es: 30.1 m ▪

119

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Como el tramo 2-A no tiene accesorios, entonces la longitud equivalente de este tramo es cero (0). Leq1-A = 30.1 m y Leq2-A = 0 m – Columna 14. Longitud total. Se coloca el valor resultante de la suma de la columna 8 más la columna 13. Las longitudes totales para los tramos son: LT1-A = 57.1 m y LT2-A = 21 m – Columna 15. Pérdidas de fricción por cada 100 metros de conducto. Estas se pueden calcula r con la ecuación 31, conociendo la velocidad de transporte y el diámetro del conducto. En este caso este valor corresponde a: hf100 1-A = 39.9 mm H2O y hf100 2-A = 61.9 mm H2O

– Columna 16. Pérdidas de fricción para el tramo. Este valor se obtiene multiplica ndo la columna 14 por la columna 15 y dividiendo por 100. El resultado obtenido para los dos tramos es: hf1-A = 22.8 mm H2O y hf2-A = 13.0 mm H2O – Columna 17. Presión de velocidad. De la ecuación 27 se puede obtener el valor de la presión de velocidad, utilizando el valor de la velocidad de transporte obtenida de la columna 7. Para los dos ramales se obtienen los siguientes valores: P v1-A = 15.9 mm H2O y Pv2-A = 16.5 mm H2O – Columna 18. Factor de pérdida a la entrada de la campana. Este valor se obtiene de las figuras de las campanas. Para este caso, los valores se encuentran en la figura 4.17: F 1-A = 0.5 y F 2-A = 0.25 – Columna 19. F +1. A la columna 18 se le suma una unidad. Para este ejemplo estos valores corresponden a: ( F+1)1-A= 1.5 y (F+1)2-A= 1.25 – Columna 20. Presión estática en la campana. Como se definió anteriormente, la presión estática de la campana es igual a Pec = He + Pv, por lo tanto la presión estática de la campana es Pec = F Pv + P v = (F+1) Pv. La presión estática de la campana se obtiene al multiplicar la columna 17 con la columna 19. Los resultados son: Pec1-A = 23.9 mm H2O y Pec2-A = 20.6 mm H2O ▪

120

sistema

de ConduCtos

– Columna 21. Velocidad de paso a través de las ranuras en la campana. Cuando la campa na posee ranuras, en esta columna se escribe el valor correspondiente a la velocidad de paso a través de la ranura (la velocidad mínima recomendada a través de la ranura es de 10 m/s). – Columna 22. Presión de velocidad en las ranuras. De la ecuación 27 se puede obtener el valor de la presión de velocidad, utilizando el valor de la velocidad de paso a través de la ranura de la columna 21. – Columna 23. Factor de pérdida de las ranuras. Cuando la campa na posee ranuras, en esta columna se escribe el valor correspondiente al factor de pérdida de la ranura (generalmente tiene un valor de 1.78). – Columna 24. Pérdidas en las ranuras. Se obtiene al multiplicar los valores de la columna 22 con los de la columna 23. – Columna 25. Presión estática total en la campana. Es la necesidad total de energía para captar el contaminante, pasarlo a través de la ranura y llevarlo hasta el inicio del ducto. Su valor es el resultado de sumar losenvalores de la (columna presión estática pérdidas las ranuras 24). en la campana (columna 20) y las Pect 1-A = 23.9 mm H2O y Pect 2-A = 20.6 mm H2O – Columna 26. Presión estática del tramo. Corresponde a la energía total requerida por el tramo para captar el contaminante y transportarlo hasta la entrada. En este caso, se obtiene de sumar los valores obtenidos en las columnas 16 y 25. Pe 1-A = 46.7 mm H2O y Pe 2-A = 33.6 mm H2O – Columna 27. Presión estática que gobierna. Se escribe el valor de la presión estática mayor, en este caso entre los ramales 1-A y 2-A, en los casos en que dos tramos llegan a la misma entrada. En este caso se coloca el valor 46.7 mm H2O en ambas filas. – Columna 28. Porcentaje de diferencia. Este valor se obtiene de aplicar la expresión: 



Columna 27 − Columna 26  %dif =100     Columna 27

%dif1-A = 0.0% y %dif 2-A = 28% ▪

121

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Notas: 1. Cuando el porcentaje de diferencia es menor o igual al 5%, no se requiere ninguna corrección. El sistema está balanceado. 2. En caso de que el porcentaj e de diferencia sea mayor al 5% y m enor o igual al 20%, el caudal de aire se corrige con la siguiente expresión [2]: QC = Qmp

Pe mayor

(37)

Pe menor

En la cual: QC = Caudal corregido, m 3/s. Qmp = Caudal en el ramal que posee las menores pérdidas, m 3/s. 3. Si el porcentaje de diferencia obtenido es mayor del 20%, el nuevo diámetro para el ramal que posee las menores pérdidas se calcula con la siguiente ecuación [5]:  Pe menor (   DC = Dmp   P

1

)

4.5

(38)

e mayor





En la cual: DC = Diámetro corregido, mm. Dmp = Diámetro en el ramal que posee las menores pérdidas, mm. 4. Si se debe cambiar el caudal o el diámetro en un ramal, uno de los dos cambia y el otro permanece constante. Estos cambios se deben efectuar en una nueva fila y se conserva la misma identificación. Como se puede observar, las correcciones realizadas en el diámetro o el caudal permiten que se obtenga un incremento de la velocidad y, por ende, un incremento de las pérdidas de energía en el tramo que posee las menores pérdidas. 5. Para el cálculo del tramo recto A-B se consideran los siguientes criterios para su diseño: Caudal. Es la suma de los valores obtenidos en los tramos 1-A y 2-A. En caso de haberse realizado una corrección por caudal en el tramo que posea las menores pérdidas, ese será el nuevo caudal para el tramo corregido. Velocidad de transporte. Se tomará la mayor velocidad de diseño de los tramos. Con este valor se garantiza que no se va a sedimentar el material más pesado. –

–

▪

122

sistema

–

de ConduCtos

Presión estática al final del tramo A-B. Es la suma de la presión estática calculada en el tramo y la presión estática que gobiernaen los ramales que confluyen a la entrada que va unida al inicio del tramo. Teniendo en cuenta las anteriores notas, el tramo A-B se calcula siguiendo la misma metodología utilizada en los tramos 1-A y 2-A.

6. Para el cálculo del tramo C-D, es importante tener en cuenta en su parte inicial una campana (o entrada) para aquellos equipos que la tengan (filtros de talegas, multiciclones), debido a que la velocidad del aire a la salida del equipo de control es muy baja, por lo tanto, es necesario acelerar el fluido para ingresarlo al tramo. En este caso, dependiendo de la forma de la campana, se le asignará un valor a F en la columna 18. Tabla 4.17. Guía para balancear sistemas de ventilación por el método de longitud equivalente. 1

2

3

4

ID

Q (m3/s)

Vt (m/s)

A (m2)

1-A

4.7

16

0.294

2-A

2.4 2.4 7.1

16

0.150

16

7.1 7.1

A-B B-C C-D E-F 1 ID

1-A 2-A A-B B-C C-D E-F

5 D

6 A real (m2)

(mm) 612

(in) 24.08

(in) 24.00

(mm) 610

0.292

0.444

437 404 752

17.21 15.92 29.59

17.00 15.75 29.50

432 400 749

0.146 0.126 0.441

16 16

0.444 0.444

752 752

29.59 29.59

29.50 29.50

749 749

0.441 0.441

7 Vtreal (m/s) 16.1

8 LTR (m) 27.0

9

10

11

12

2D 2D

45°

13 Leq (m) 30.1

14 LT (m) 57.1

16.4 19.1 16.1

21.0 21.0 5.0

0.0 0.0 0.0

21.0 21.0 5.0

16.1 16.1

3.0 20.0

15.2

3.0 35.2

CREO

1-90° 1-45°

1-90°

2D

▪

123

1 ID

15

16

17

hf100 hf Pv (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O)

18

19

20

21

F

F+1

Pec (mm H2O)

Vr (m/s)

1-A

39.9

22.8

15.9

0.5

1.5

23.9

2-A

61.9

13.0

16.5

0.25

1.25

20.6

A-B B-C C-D E-F

89.1 31.3

18.7 1.6 127.0 0.9 11.0

22.4 15.9

0.25

1.25

28.0

1

22

23

ID

Pvr (mm H2O)

Fr

31.3 31.3

15.9 15.9 24

25

26

27

Per Pect Pe Pe gobierna (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O)

28 %dif

1-A

23.9

46.7

46.7

0.00

2-A

20.6

33.6

46.7

28.0

A-B B-C C-D E-F

28.0 0.0 0.0 0.0 0.0

46.7 48.3 175.3 176.2 11.0

46.7

0.00

Fuente: elaboración propia.

CA PÍT ULO 5 Ventiladores Campana Aleta guía Hélice Motor

Álabe

Salida de aire

Cubierta Rotor

Cubierta de protección

5.1 Ventiladores axiales 5.2 Ventiladores centrífugos 5.3 Selección de ventiladores 5.4 Leyes de los ventiladores 5.5 Eficiencia del ventilador 5.6 Acoplamiento de ventiladores 5.7 Efectos del sistema

C apítulo 5

Ventiladores Para mover el aire a través de un sistema de ventilación exhaustiva es necesario suministrar energía para vencer las pérdidas de presión del sistema. En la gran mayoría de los casos el suministro de energía proviene de máquinas denominadas ventiladores. Su funcionamiento se basa en el suministro de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del aire, que luego se transforma parcialmente en presión estática. Los ventiladores se dividen en dos grandes grupos: los ventiladores axiales y los ventiladores centrífugos [1]. Es imposible dar recomendación alguna sobre el “mejor ventilador”. Antes de elegir un determinado tipo deben considerarse los requisitos particulares de aplicación para cada caso [11]. El criterio de selección básico para cada ventilador se fundamenta no sólo en sus características acústicas sino en su capacidad para poner en movimiento la cantidad de aire precisa a la presión adecuada. Debe, además, llevar a cabo esta tarea con un costo inicial razonable (puede que también sea necesario que transporte aire cargado de partículas, tenga que resistir la abrasión o la corrosión, deba disponer de un tipo de montaje de manera que pueda ser reparado con facilidad en el lugar, o soporte altas temperaturas, etc.). Una vez especificados estos requisitos se deben establecerlas características de tipo, tamaño y velocidad del ventilador. Finalmente se deben concretar sus características acústicas [11]. 5.1 VENTILADORES AXIA LES Los ventiladores axiales transmiten la energía al aire por medio de un movimiento de giro en remolino provocado por el rotor. En este tipo de ventiladores, el movimiento del aire a través del rotor se realiza conservando la dirección del eje de éste (ver figura 5.1).

Los ventiladores axiales se usan para mover grandes cantidades de aire en espacios abiertos. Tienen una eficiencia mecánica alta, que puede llegar hasta el 95%, pero no puede vencer caídas de presión muy elevadas (entre 5 y 25 ▪

127

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

mm H2O). Debido a esto, la principal aplicación de los ventiladores axiales se encuentra en el campo de la ventilación general y se les conoce con el nombre de extractores o inyectores de aire [1, 4]. Campana Aleta guía Hélice Motor

Álabe

Salida de aire

Cubierta Rotor

Cubierta de protección

Figu ra 5.1. Ventilador axial. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995.

Sin embargo, este tipo de ventiladores, cuando se construyen con álabes en forma de perfil de ala y de paso variable, pueden vencer caídas de presión del orden de 300 mm H2O y pueden usarse en otras aplicaciones [1]. El rotor tiene dos o más álabes colocados en ángulo hacia el eje. En este tipo de ventiladores el sentido del flujo se invierte al invertir el sentido de giro del rotor [1, 4]. El rotor puede disponer de álabes de grosor uniforme, con forma aerodinámica hueca o compacta. El diseño aerodinámico, aunque de mayor costo, puede ser más eficaz y silencioso, y proporciona una mayor presión para diámetros y velocidades equivalentes. Para muchas instalaciones es suficiente el álabe de grosor uniforme. Casi ningú n ventilador axial posee una inclinación uniforme, sino que es mayor en la parte central que en el extremo, para poder así aprovechar con más uniformidad las velocidades periféricas en estos puntos. En el caso de que se utilicen estos ventiladores bajo condiciones de presión mayores a las previstas, el flujo de aire cercano al eje giratorio no será rectilíneo y provocará un ruido considerable [11]. Debido a esta razón se deberían seleccionar con atención los ventiladores axiales. Es más, algunos de ellos precisan una minuciosa elección del motor en caso de que la energía tienda a aumentar rápidamente en condiciones de oclusión. Las características principales del ventilador axial se reflejan en la forma de los álabes, la medida del diámetro desde el eje giratorio al extremo, la inclinación y el número de álabes. Este tipo de ventiladores, diseñados para aplicaciones ▪

128

ventiladores

bajo alta presión, se caracterizan normalmente por poseer un gran diámetro de hélice, y por tener bastantes álabes. Es habitual que se dé una relación de 0.60 a 0.80 con un número de álabes de 8 a 26. Cuanto mayor sea tal relación, menor será la longitud del álabe y mayor será su número. Los diseños para bajas presiones poseen relaciones de 0.40 a 0.60 y un número de palas de entre 2 y 7. La inclinación del álabe está en función de la capacidad del aire, mientras que el número de álabes está en función de la presión. Los distintos diseños incorporan muy diversas combinaciones entre estos parámetros [11]. Los ventiladores axiales se fabrican para una amplia gama de combinaciones entre caudal y presión, tanto para usos comerciales como industriales [11]. Los ventiladores axiales se dividen en tres categorías principales, mostradas en las figuras 5.2 y 5.3 [11]: Ventiladores axiales con aletas guía. Ventiladores tuboaxiales. Ventiladores helicoidales. – – –

El ventilador axial con aletas guía incorpora aletas de salida de aire, y es, por tanto, el ventilador de mayor eficacia de los ventiladores axiales. Este ventilador posee cualidades relativas de alta presión que lo hacen adecuado para sistemas generales de calefacción, ventilación y aire acondicionado para aplicaciones a bajas, medias o altas presiones. También se emplea en instalaciones industriales y en ventiladores de aspiración mecánica o inducida en calderas de uso público (ver figuras 5.2 y 5.3). Los ventiladores axiales con aletas guía generan unos niveles de ruido ligeramente mayores que los centrífugos. Su espectro posee un componente muy alto de frecuencia del álabe [11]. El ventilador tuboaxial es un ventilador axial sin aletas guía de salida de aire. Su eficacia es menor que la del ventilador con aletas guía, pero su costo es menor debido a que su fabricación es más sencilla. Este ventilador se emplea en algunos conductos a presiones bajas, medias y altas, para instalaciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Se usa también en instalaciones industriales tales como cabinas para pintura y sistemas de extracción de humos [11]. Este ventilador tiene normalmente un diámetro de eje giratorio pequeño, y se emplea cuando existe un caudal de aire alto con una caída de presión baja (ver figuras 5.2 y 5.3). El ventilador tuboaxial genera un nivel de ruido ligeramente mayor que el del ventilador axial con aletas guía. Su espectro contiene un componente muy alto de frecuencia del álabe [11]. ▪

129

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

El ventilador helicoidal, se emplea por lo general en compartimentos aislados no conectados al sistema de conductos. Están indicados para instalaciones a muy bajas presiones (muchos funcionan bajo condiciones de nula o casi nula impulsión) y son capaces de soportar grandes caudales de aire. Los ventiladores helicoidales se fabrican con una gran variedad de diseños de álabes. Se emplean generalmente en ventilaciones por evacuación en techos, para circulación de aire, ventilaciones localizadas y torres de refrigeración [11]. Algunos de estos ventiladores poseen diámetros de gran tamaño (ver figuras 5.2 y 5.3). Aleta Flujo de aire

Axial con aletas guía

Aleta Flujo de aire

Tuboaxial

Helicoidal

Figura 5.2. Ventiladores axiales. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995. ▪

130

ventiladores

Aletas

Rotor

Carcasa

Flujo de aire

Carcasa de protección de la transmisión Carcasa de protección del eje

Axial con aletas Cono de entrada Flujo de aire

Motor con aletas de refr igeración

Rotor

Tuboaxial

Cono de descarga

Aletas direccionadoras

Flujo de aire

Carcaza de transmisión

Cono de entrada Rotor

Helicoidal

Figura 5.3. Ventiladores axiales. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

Los niveles ruido de un ventilador helicoidal son sólo algo mayores que los de los ventiladores tuboaxiales o axiales con aletas guía, pero sus ruidos son de bajas frecuencias y, por tanto, complicados de atenuar. ▪

131

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Los intervalos típicos de operación de los ventiladores axiales son [4]: Tipo

Caudal(m 3/s)

Axialdepropela Axialdeaspas Tuboaxial Helicoidales

Caída de presión (mm H2O)

0.24-23.60 0.24-18.88 0.24-28.32 0.24-70.79

0-15.9 0-15.9 0-50.8 0-127

Fuente: Quinchía, R. y P uerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

5.2 VENTILA DORES CENTRÍFUGOS Este nombre se refiere a la forma en la cual comunica el ventilador la energía a la corriente de aire. El aire entra en el ventilador a través de una abertura concéntrica con el eje de una pieza que gira a gran velocidad, llamado rotor. El rotor está provisto de álabes adheridos al mismo. El aire circula entre los álabes hacia el exterior a causa de la fuerza centrífuga y abandona el rotor con una velocidad mayor que en la entrada. El aire de salida se recoge en una carcasa en espiral llamada voluta y sale del ventilador a través de una conducción tangencial a la voluta [4]. Voluta (carca za) Pared lateral

Área de impulsión

Abertura de salida Área de salida

Placa de rotación Álabes Cono de entrada

Voluta Rotor Anillo de soporte

Soporte

Anillo de entrada

Figura 5.4. Ventilador centrífugo. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995. ▪

132

ventiladores

Toda la energía recibida por el aire procede del rotor que, a su vez, la recibe mediante el par de un eje giratorio arrastrado por un motor. En un ventilador centrífugo las condiciones de entrada y salida forman un ángulo de 90° sin importar el sentido de giro del rotor. En general, el rendimiento mecánico de un ventilador centrífugo no es muy elevado, oscila entre 45 y 84%, debido a que el cambio de dirección del aire provoca pérdidas por choques y remolinos; no obstante, manejan cualquier cantidad de aire contra altas presiones [4]. El diseño de las aletas determina en general la característica de la velocidad de giro; por ejemplo, las aletas hacia delante son apropiadas para baja velocidad y las aletas para atrás para alta velocidad [4]. La presión generada por un ventilador es función del movimiento o velocidad frontal del aire en la punta de la aleta (ver figura 5.5). El ventilador de aletas curvas hacia atrás consume menos potencia y se utilizan comúnmente para mover gases, vapores, neblinas y rocío [11]. Los ventiladores de aleta radial se utilizan para mover material de diferente densidad (ver figura 5.5). Los ventiladores centrífugos con diseño de álabes inclinados hacia atrás sonde tres tipos principales, como muestran las figuras 5.5 y 5.6. Estos ventiladores son los de mayor eficacia de todos los ventiladores centrífugos, y producen los menores niveles ruido. Se emplean para sistemas generales calefacción, ventilación y aire de acondicionado con exigencias de presión bajas, de medias y altas. También se emplean en el control de la contaminación del aire en la industria. El ventilador aerodinámico debe ser utilizado solamente en instalaciones en las que el aire es bastante limpio, ya que sus álabes no deberían sufrir erosión ni corrosión. Los álabes de grosor uniforme deben ser usados para instalaciones en las que el aire puede contener pequeñas cantidades de suciedad y material erosivo o corrosivo. Existen otros tipos de diseños de ventilador para casos en los que se prevén condiciones especialmente difíciles [11].

Curvos hacia adelante

Aerodinámico

Radial

Radial modificado

Curvos hacia atrás

Inclinados hacia atrás

Figura 5.5. Tipos de rotores. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995. ▪

133

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Los ventiladores radiales modificados han sido creados para usos industriales bajo condiciones de alta presión (ver figura 5.5). El diámetro interior del filo del álabe posee un leve ángulo de inclinación en el sentido de la marcha. El diámetro exterior del aspa es radial. El funcionamiento de la hélice adquiere, por tanto, peculiaridades de alta presión que permiten su empleo para instalaciones en servicios industriales pesados, tales como calderas y procesos industriales. Este diseño es empleado bajo condiciones de alta posibilidad de erosión y corrosión. En estos casos puede ser reforzado con una elaboración más sólida de lo habitual o con materiales especiales preparados para soportar estas condiciones. Tales ventiladores poseen entre 12 y 18 álabes [11].

Figura 5.6. Álabes cu rvos hacia adelante , radiales y cur vos hacia atrás. Fuente: Ventiladores centríf ugos. En: www.extractores.net/centrifugos.htm.

Figura 5.7. Fuente: Popendorf, W. Industrial Álabes Hygiene inclinados Control of Aiborne H azards. Taylor hacia Chemical atrás y radiales. Florida, 2006.

&

Francis.

El ventilador radial es un tipo de ventilador industrial para trabajo pesado que se fabrica con diferentes secciones de hélice, como muestran las figuras 5.8 y 5.9. Se diseñan con álabes anchos y de poco espesor para su uso en instalaciones con grandes caudales de aire a baja presión. Para aplicaciones a altas presiones y caudales de aire relativamente pequeños se emplean álabes estrechos ▪

134

ventiladores

y profundos. Es posible adquirir ventiladores de muy diversas proporciones y, están en uso muy distintas versiones de este tipo de ventilador industrial de álabes radiales [11].

Figura 5.8. Álabes radiales para i nstalaciones industriales pesadas. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995.

Figura 5.9. Álabes radiales para instalaciones forzosas. Fuente: Harris, C . Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995.

El tipo de ventilador radial que muestra la figura 5.9 se emplea en servicios difíciles de instalaciones industriales, por ejemplo, cuando deban pasar directamente a través del ventilador materiales extraños (tales como virutas de madera, arena o partículas de papel). Este rotor posee álabes radiales planos que permiten realizar ciertas reparaciones en el mismo lugar. También se simplifica su fabricación cuando se emplean materiales especiales o se aplican revestimientos concretos a las superficies desgastadas. Estos ventiladores tienen por lo general entre 6 y 12 álabes [13]. El ventilador de álabes curvos hacia adelante que muestra la figura 5.5 se utiliza primordialmente para funciones de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire, bajo condiciones de altos caudales de aire a baja presión en instalaciones de tipo compacto y hornos pequeños. Este ventilador emite un nivel de ruido mayor al de los ventiladores de álabes curvos hacia atrás, pero el componente de frecuencia del álabe es bajo. Poseen habitualmente entre 36 y 64 álabes [11]. El ventilador de álabes curvos hacia adelante se emplea para instalaciones compactas de aire acondicionado en las que la importancia del espacio ocupado ▪

135

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

es primordial. En gran parte de los casos las condiciones del caudal de aire a la entrada y/o salida del ventilador son deficientes, por lo que el funcionamiento del ventilador es irregular y se genera un mayor nivel de ruido. La unidad debe ser proyectada meticulosamente, procurando dejar un espacio suficiente que permita un caudal de aire óptimo [11]. Los intervalos típicos de operación de los ventiladores centrífugos son [4]: Caudal (m3/s)

Caída de presión (mm H 2O)

Aletas radiales

0.24-33.04

12.7-508

Aletas curvas hacia adelante

0.19-1415.8

6.4-381

Aletas curvas hacia atrás

0.14-1415.8

6.4-381

Aletasaerodinámicas

0.24-1415.8

6.4-381

Tipo

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

5.3 SELECCIÓN DE VENT ILA DORES La selección de un ventilador consiste en elegir aquel que satisfaga los requisitos de caudal y presión con que debe circular el aire, para la temperatura de operación y la altitud de la instalación. Además, se debe determinar su tamaño, el número de revoluciones a las que debe girar el rotor, la potencia que debe ser entregada a su eje, el rendimiento con el que funciona, la disposición de la transmisión, el ruido generado, etc. Los fabricantes de los ventiladores proporcionan la información necesaria para realizar una correcta selección. Todos los ventiladores que entre sí poseen medidas proporcionales, o sea que son semejantes, pertenecen a una misma “serie” [1].

Los ventiladores están determinados por el caudal y la presión. Como resultado final del cálculo de un sistema de ventilación, se obtiene el caudal total a extraer que circula por el mismo y la presión requerida por el sistema. La presión se puede indicar como la presión estática del ventilador y representa las pérdidas del sistema [1]: Pe ventilador P

=

Pe salida P

−

e entrada

−

v entrada

En la cual:

▪

Pe

salida

= Presión estática a la salida del ventilador, mm H2O.

Pe

entrada

= Presión estática a la entrada del ventilador, mm H2O.

Pv

entrada

= Presión de velocidad a la entrada del ventilador, mm H2O.

136

(39)

ventiladores

El conocimiento de las curvas características del sistema de ventilación y del ventilador ayuda a visualizar cómo se selecciona un ventilador. La curva característica del sistema de ventilación es la representación gráfica de la presión requerida en función del caudal que circula por dicho sistema [1]. La figura 5.10 presenta las curvas características del sistema de ventilación y el ventilador. Para desarrollar la curva del sistema de ventilación, el ventilador se hace girar a diferentes velocidades y se grafica el caudal y los valores absolutos de la presión estática. A medida que se aumenta la velocidad del ventilador, aumentan el caudal y la presión estática [4]. Pe

Pe

Pe

Q

Curvadelsistema

Curvadelventilador

Q

Q

Curvadelsistemaycurva del ventilador

Figura 5.10.R.Curvas características del sistema de ventilación y el ventilador. Fuente: Quinchía, y P uerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Para la curva de un ventilador, se instala un ducto de corta longitud a la entrada del ventilador. En el extremo del ducto se coloca una válvula de mariposa y con un manómetro se mide la presión estática. El ventilador se hace girar a una velocidad determinada y la válvula se cierra completamente para que no fluya el aire. La válvula de mariposa se abre lentamente y cada vez se deja pasar más aire a través del ducto, hasta que se abre completamente, dando como resultado el caudal máximo en ausencia de pérdidas de presión estática. Se puede obtener una familia de curvas para cualquier ventilador girando el ventilador a diferentes velocidades [4]. De las distintas curvas posibles del ventilador, solo una intercepta a la curva característica del sistema de ventilación en el punto de operación (ver figura 5.10). Por lo tanto, el ventilador solo puede funcionar a una determinada velocidad, de modo que la curva pase por el punto de operación requerido por el sistema de ventilación. Para otros ventiladores, las curvas pasarán por el mismo punto de operación, cuando los rotores giren a una velocidad diferente [1]. En el diseño del sistema de ventilación se especifica siempre el caudal y la presión estática, es decir, se escoge por adelantado el punto de operación. ▪

137

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Se debe escoger el ventilador que tenga una velocidad de rotación que caiga en el punto de operación del sistema de ventilación, para que proporcione el caudal y la presión estática necesarios. Algunos fabricantes dan a conocer el funcionamiento de los ventiladores mediante sus curvas características. También los fabricantes suelen presentar la información referida a los ventiladores, mediante una serie de tablas en las que se indican el tamaño de éstos, el caudal y la presión requerida por el sistema, y a partir de estos datos se obtienen la velocidad de rotación y la potencia consumida. Las tablas están definidas para el aire a condiciones estándar (20 °C y 760 mm Hg) [1]. Ver tablas 5.1 a 5.10. En la columna de la izquierda se indica el caudal entregado por el ventilador en m3/s y en la segunda columna se indica la velocidad a la salida del ventilador en m/s, que se obtiene del cociente entre caudal y la sección de salida. Las columnas siguientes, hacia la derecha, están encabezadas por las presiones estáticas (Pe) indicadas en mm de H 2O. Cada valor de la presión estática abarca dos columnas, la primera indica la velocidad de giro del rotor del ventilador (RPM) en revoluciones por minuto y la segunda indica la potencia entregada al eje del ventilador, también conocida como la potencia al freno (BHP). Las zonas sombreadas señalan los puntos de operación con mayores eficiencias. Puede suponerse también que el ventilador trabajará con mayor eficiencia dentro del tercio medio de la columna de caudal. Cuando los valores del caudal y/o de la presión no se encuentran en la tabla, se realizan interpolaciones lineales para obtener los valores correspondientes a lavelocidad de giro del rotor del ventilador (RPM) y la potencia al freno (BHP). La interpolación lineal realizada entre los valores indicados en las tablas solo introduce errores muy pequeños [1].

▪

138

ventiladores

Tabla 5.1. Ventilador centrífugo SWSI 15.

SWSI



3



Potencia máxima ( kW): 0.158 ×  RPM 

15

 1000 

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 0.31 0.37 0.44 0.50 0.56 0.62 0.69 0.75 0.81 0.87 0.93 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.37 1.50 1.62 1.74

Velocidad máxima (m/s): 0.022 × RPM

2.54 3.05 3.56 4.06 4.57 5.08 5.59 6.10 6.60 7.11 7.62 8.13 8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22

Pe (mm H2O) 6.35 RPM 559 607 662 719 778 839 902 966 1031 1098 1165 1234 1302 1370 1439 1508 1647 1787 1927 2071

BHP (kW) 0.02 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 0.10 0.13 0.16 0.19 0.22 0.26 0.31 0.35 0.40 0.46 0.60 0.76 0.95 1.18

0.62 0.69 0.75 0.81 0.87 0.93

5.08 5.59 6.10 6.60 7.11 7.62

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW) 1290 0.33 1321 0.36 1359 0.40 1402 0.43 1451 0.48 1504 0.54

1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.37 1.50 1.62 1.74

8.13 8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22

1558 1613 1669 1725 1783 1904 2024 2148 2275

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

0.59 0.66 0.72 0.80 0.87 1.05 1.25 1.48 1.74

Pe (mm H2O) 12.7 RPM 752 787 834 887 942 998 1057 1117 1178 1240 1304 1369 1434 1500 1566 1702 1839 1975 2115

BHP (kW) 0.06 0.07 0.09 0.10 0.13 0.15 0.18 0.21 0.25 0.28 0.33 0.37 0.43 0.48 0.54 0.69 0.86 1.06 1.29

Área interna de salida (m 2): 0.123 Dimensiones de salida (m): 0.332 × 0.371 Diámetro del rotor (m): 0.411

Pe (mm H2O) 19.1 RPM

942 983 1031 1085 1139 1196 1253 1312 1373 1433 1495 1559 1623 1753 1855 2020 2156

BHP (kW)

0.13 0.15 0.17 0.20 0.23 0.26 0.30 0.34 0.39 0.44 0.50 0.56 0.63 0.78 0.95 1.16 1.40

Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 25.4 RPM

1080 1118 1164 1214 1268 1323 1379 1437 1496 1557 1617 1678 1803 1931 2063 2195

BHP(kW)

0.19 0.22 0.25 0.28 0.32 0.36 0.40 0.45 0.51 0.57 0.64 0.71 0.87 1.05 1.27 1.51

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP(kW)

1504 1536 1575 1619

0.52 0.57 0.61 0.67

1668 1700 1735

0.71 0.76 0.82

1851

0.98

1667 1718 1773 1828 1882 1996 2114 2233 2355

0.73 0.80 0.87 0.95 1.04 1.23 1.45 1.70 1.97

1775 1820 1869 1921 1976 2084 2197 2313 2432

0.88 0.95 1.04 1.12 1.22 1.42 1.65 1.91 2.21

1885 1923 1966 2012 2062 2169 2278 2390 2505

1.04 1.12 1.20 1.29 1.39 1.60 1.85 2.13 2.43

Pe (mm H2O) 31.8 RPM

1205 1242 1287 1336 1389 1444 1499 1556 1613 1673 1733 1853 1978 2106 2236

BHP (kW)

0.27 0.30 0.34 0.37 0.42 0.47 0.52 0.58 0.65 0.72 0.79 0.96 1.16 1.37 1.63

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW)

1994 2025 2063 2104 2150 2248 2356 2466 2578

1.22 1.30 1.38 1.47 1.57 1.80 2.06 2.34 2.66 ▪

139

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.1. Ventilador centrífugo SWSI 15 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 114.3 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 139.7 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

0.93

7.62

2070

1.33

1.00

8.13

2096

1.41

2199

1.59

1.06

8.64

2128

1.48

2255

1.68

2319

1.88

1.12

9.14

2159

1.57

2256

1.77

2346

1.97

2435

2.18

1.18

9.65

2195

1.66

2288

1.86

2378

2.07

2469

2.29

2549

2.51

1.25

10.16

2235

1.76

2324

1.97

2410

2.18

2497

2.40

2578

2.62

1.37

11.18

2327

2.00

2406

2.21

2484

2.42

2564

2.65

2644

2.88

1.50 1.62 1.74 1.87 1.99 2.12 2.24 2.37 2.49

12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

2429 2537 2647 2759 2874 2992 3113 3234 3355

2.27 2.57 2.90 3.27 3.68 4.13 4.62 5.15 5.70

2502 2605 2715 2825 2937 3052 3170 3291 3412

2.48 2.80 3.15 3.52 3.94 4.40 4.91 5.46 6.05

2573 2671 2778 2887 2998 3111 3225 3344 3464

2.70 3.02 3.39 3.78 4.21 4.68 5.20 5.76 6.38

2645 2738 2840 2949 3059 3169 3282 3397 3518

2.93 3.26 3.62 4.04 4.48 4.97 5.50 6.07 6.70

2718 2805 2902 3007 3116 3225 3338 3451 3567

3.17 3.50 3.87 4.30 4.77 5.26 5.80 6.38 7.02

Caudal Velocidad 3

(m /s) 1.18 1.25 1.37 1.50 1.62 1.74 1.87 1.99 2.12 2.24 2.37

(m/s) 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30

Pe (mm H2O) 177.8 RPM 2712 2737 2799 2863 2938 3026 3122 3226 3335 3444 3555

BHP (kW) 2.97 3.08 3.36 3.66 4.00 4.39 4.82 5.31 5.85 6.41 7.02 CLASE I II III IV

Pe (mm H2O) 203.2 RPM 2889 2945 3007 3072 3150 3237 3335 3437 3546

BHP (kW) 3.59 3.86 4.19 4.53 4.94 5.38 5.88 6.43 7.03

Pe (mm H2O) 228.6 RPM

3085 3143 3207 3275 3353 3442 3540

BHP(kW)

4.40 4.74 5.11 5.51 5.96 6.47 7.03

Pe (mm H2O) 254.0 RPM

3273 3335 3399 3471 3550

BHP (kW)

5.29 5.69 6.11 6.58 7.08

Pe (mm H2O) 279.4 RPM

3405 3458 3522 3586 0

BHP (kW)

5.88 6.28 6.73 7.20 0.00

Máximavelocidad permisible (rpm) 3302 3586

Fuente: Cooper, D. Air pollution control, a design approach. W aveland Press, Inc. Il linois, 2002.

▪

140

ventiladores

Tabla 5.2. Ventilador centrífugo SWSI 20.

SWSI

Velocidad máxima (m/s): 0.029 × RPM 

3

Potencia máxima (kW ): 0.667 ×  RPM 

20

1000 

0.55 0.66 0.77 0.88 0.99 1.10 1.21 1.33 1.44 1.55 1.66 1.77 1.88 1.99

2.54 3.05 3.56 4.06 4.57 5.08 5.59 6.10 6.60 7.11 7.62 8.13 8.64 9.14

Pe (mm H2O) 6.35 RPM BHP (kW) 419 0.04 455 0.06 496 0.07 539 0.10 584 0.13 629 0.16 676 0.19 725 0.23 774 0.28 823 0.34 873 0.40 925 0.46 976 0.54 1028 0.63

2.10 2.21 2.43 2.65 2.87 3.09

9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22

1079 1131 1235 1340 1445 1553

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

0.72 0.83 1.07 1.36 1.70 2.10

Pe (mm H2O) 12.7 RPM BHP (kW) 0 0.00 564 0.11 590 0.13 625 0.16 665 0.19 706 0.23 748 0.27 793 0.32 838 0.37 883 0.43 930 0.51 978 0.58 1027 0.66 1076 0.76 1125 1175 1276 1379 1481 1586

0.87 0.98 1.23 1.54 1.89 2.30

Área interna de salida (m 2): 0.217 Dimensiones de salida (m): 0.494 × 0.441 Diámetro del rotor (m): 0.548

Pe (mm H2O) 19.1 RPM BHP (kW) 0 0.00 0 0.00 0 0.00 707 0.23 737 0.26 774 0.31 813 0.36 854 0.41 897 0.47 940 0.54 984 0.62 1030 0.70 1075 0.79 1121 0.89 1169 1217 1314 1414 1515 1617

1.00 1.12 1.39 1.71 2.07 2.50

Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP (kW)

1128 1152 1181

0.93 1.01 1.10

1251 1275

1.26 1.36

1213 1258 1352 1449 1547 1646

1.14 1.26 1.55 1.88 2.26 2.69

1.10 1.21 1.33 1.44 1.55

5.08 5.59 6.10 6.60 7.11

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW) 968 0.58 991 0.63 1019 0.70 1052 0.78 1088 0.86

1.66

7.62

1128

0.95

1214

1.19

1302

1.46

1389

1.74

1.77 1.88 1.99 2.10 2.21 2.43 2.65 2.87 3.09

8.13 8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22

1169 1210 1252 1294 1337 1428 1518 1611 1706

1.06 1.16 1.29 1.42 1.56 1.88 2.23 2.64 3.10

1250 1289 1330 1371 1412 1497 1585 1675 1766

1.30 1.42 1.56 1.71 1.86 2.19 2.59 3.03 3.50

1331 1365 1402 1441 1482 1563 1648 1735 1824

1.57 1.70 1.84 1.99 2.16 2.52 2.94 3.40 3.93

1414 1442 1474 1509 1547 1627 1708 1793 1879

1.86 2.00 2.14 2.30 2.47 2.86 3.30 3.78 3.79

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP(kW) 0 0.00 0 0.00 0 0.00 0 0.00 810 0.34 839 0.39 873 0.44 911 0.50 951 0.57 992 0.64 1035 0.72 1078 0.81 1122 0.92 1167 1.02

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 31.8 RPM BHP (kW) 0 0.00 0 0.00 0 0.00 0 0.00 0 0.00 904 0.48 932 0.54 965 0.60 1002 0.67 1042 0.75 1083 0.84 1125 0.93 1167 1.04 1210 1.16 1254 1300 1390 1483 1580 1677

1.28 1.42 1.71 2.06 2.45 2.89

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW)

1495 1519 1547 1578 1612 1686 1767 1849 1933

2.17 2.30 2.46 2.62 2.80 3.20 3.67 4.18 4.74 ▪

141

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.2. Ventilador centrífugo SWSI 20 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 101.6

Pe (mm H2O) 114.3

RPM

BHP(kW)

1552

2.36

1.77

8.13

1575

2.50

1649

2.83

1.88

8.64

1596

2.64

1669

2.99

1739

3.36

1.99 2.10

9.14 9.65

1619 1647

2.79 2.96

1692 1716

3.15 3.32

1760 1784

3.51 3.69

1826 1852

3.88 4.07

1912

4.47

2.21

10.16

1676

3.14

1743

3.50

1807

3.88

1872

4.27

1934

4.68

2.43

11.18

1745

3.56

1804

3.92

1863

4.31

1923

4.71

1983

5.12

2.65

12.19

1822

4.03

1876

4.41

1929

4.81

1984

5.21

2038

5.64

2.87

13.21

1903

4.58

1954

4.97

2003

5.38

2054

5.79

2103

6.23

3.09

14.22

1985

5.17

2036

5.60

2084

6.03

2130

6.45

2176

6.90

3.31

15.24

2069

5.82

2119

6.27

2165

6.73

2212

7.19

2255

7.64

3.53

16.26

2155

6.54

2203

7.02

2248

7.49

2294

7.98

2287

8.48

3.75

17.27

2244

7.35

2289

7.83

2333

8.34

2377

8.84

2419

9.36

3.98

18.29

2335

8.22

2378

8.74

2419

9.25

2462

9.78

2503

10.32

4.20

19.30

2426

9.16

2468

9.72

2508

10.26

2548

10.80

2588

11.36

4.42

20.32

2516

10.13

2559

10.76

2598

11.34

2638

11.92

2675

12.48

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

RPM

BHP (kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP (kW)

RPM

BHP (kW)

Pe (mm H2O) 152.4

7.62

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP(kW)

BHP (kW)

Pe (mm H2O) 139.7

1.66

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

RPM

Pe (mm H2O) 127.0

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP (kW)

RPM

BHP(kW)

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP (kW)

2.10

9.65

2034

5.29

2.21

10.16

2053

5.49

2167

6.35

2.43

11.18

2099

5.99

2208

6.89

2314

7.80

2.65

12.19

2147

6.52

2255

7.46

2358

8.39

2455

9.40

2554

10.42

2.87

13.21

2204

7.13

2304

8.08

2405

9.09

2501

10.10

2594

11.17

3.09

14.22

2269

7.82

2362

8.78

2456

9.81

2549

10.87

2641

11.98

3.31

15.24

2342

8.59

2428

9.58

2515

10.60

2603

11.70

2689

12.80

3.53

16.26

2419

9.46

2501

10.46

2582

11.52

2663

12.60

2746

13.76

3.75

17.27

2501

10.40

2578

11.44

2655

12.51

2731

13.64

2807

14.79

3.98

18.29

2583

11.41

2659

12.51

2732

13.62

2805

14.75

2877

15.94

4.20

19.30

2666

12.49

2741

13.66

2814

14.82

2882

15.98

4.42

20.32

2751

13.67

2824

14.86

2895

16.11

CLASE

Máximavelocidad permisible (rpm)

I

2469

II

2895

III IV

Fuente: Cooper, D. Air pollution control, a design approach. W aveland Press, Inc. Il linois, 2002. ▪

142

ventiladores

Tabla 5.3. Ventilador centrífugo SWSI 30.

SWSI

Velocidad máxima (m/s): 0.043 × RPM

Área interna de salida (m2): 0.490 Dimensiones de salida (m): 0.741 × 0.664 Diámetro del rotor (m): 0.822

3

 RPM  Potencia máxima (kW): 4.482 ×   1000 

30

2.49 2.74 2.98 3.23 3.48 3.73 3.98 4.23 4.48 4.73 4.97 5.47 5.97 6.47 6.96

5.08 5.59 6.10 6.60 7.11 7.62 8.13 8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22

Pe (mm H2O) 12.7 RPM BHP (kW) 459 0.43 482 0.50 507 0.58 536 0.67 565 0.78 595 0.89 625 1.01 656 1.16 687 1.31 719 1.48 751 1.66 815 2.08 880 2.57 945 3.13 1012 3.79

7.46 7.96 8.46 8.95 9.45

15.24 16.26 17.27 18.29 19.30

1078 1145 1212 1279 1347

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

4.53 5.38 6.33 7.39 8.58

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP (kW) 552 0.75 575 0.85 599 0.96 623 1.08 646 1.21 668 1.33 692 1.48 718 1.65 746 1.83 775 2.03 805 2.24 865 2.71 927 3.26 989 3.88 1052 4.59 1116 1181 1246 1312 1378

5.39 6.29 7.29 8.41 9.64

1154 1216 1280 1344 1408

6.26 7.20 8.26 9.43 10.72

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW) 697 1.45 713 1.59 732 1.74 754 1.91 777 2.10 800 2.30 824 2.51 848 2.73 872 2.97 895 3.21 918 3.46 963 3.99 1015 4.64 1071 5.38 1130 6.20 1190 1250 1312 1375 1438

7.12 8.14 9.25 10.47 11.82

Pe (mm H2O) 114.3 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP (kW) 768 1.87 777 2.01 792 2.17 810 2.35 831 2.55 853 2.78 877 3.02 900 3.27 924 3.53 948 3.81 972 4.11 1019 4.73 1063 5.36 1112 6.13 1167 7.01 1225 1284 1344 1405 1467

7.99 9.05 10.23 11.51 12.92

2.74

5.59

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP (kW) 841 2.47

2.98

6.10

851

2.63

909

3.12

3.23

6.60

865

2.82

919

3.33

973

3.86

3.48

7.11

882

3.03

934

3.55

984

4.09

1034

4.65

1085

5.26

3.73

7.62

902

3.27

951

3.79

999

4.34

1046

4.91

1092

5.52

3.98

8.13

925

3.53

971

4.06

1016

4.62

1061

5.21

1105

5.82

4.23

8.64

948

3.82

992

4.36

1035

4.93

1078

5.53

1121

6.14

4.48

9.14

971

4.11

1015

4.69

1057

5.27

1098

5.87

1138

6.50

4.73

9.65

995

4.41

1039

5.03

1080

5.64

1119

6.25

1157

6.88

4.97

10.16

1019

4.74

1062

5.38

1103

6.02

1142

6.66

1179

7.31

5.47

11.18

1066

5.43

1110

6.12

1150

6.82

1189

7.53

1225

8.24

5.97

12.19

1113

6.17

1158

6.94

1198

7.70

1236

8.46

1272

9.23

6.47

13.21

1158

6.94

1204

7.81

1246

8.66

1284

9.47

1319

10.30

6.96 7.46

14.22 15.24

1206 1260

7.82 8.84

1248 1296

8.69 9.72

1292 1336

9.65 10.66

1331 1377

10.57 11.69

1367 1415

11.45 12.68

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW) 626 1.08 647 1.21 670 1.35 693 1.49 717 1.66 741 1.82 765 2.00 788 2.19 810 2.38 833 2.58 858 2.81 913 3.35 971 3.95 1031 4.63 1092 5.40

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP (kW)

▪

143

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.3. Ventilador centrífugo SWSI 30 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 7.96 8.46 8.95 9.45

16.26 17.27 18.29 19.30

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP (kW) 1316 9.98 1375 11.21 1435 12.56 1495 14.01

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW) 1349 10.89 1406 12.18 1464 13.59 1523 15.11

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP(kW) 1384 11.83 1437 13.16 1493 14.62 1550 16.20

Pe (mm H2O) 114.3 RPM BHP (kW) 1421 12.83 1469 14.16 1522 15.66 1578 17.29

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP (kW) 1460 13.92 1504 15.21 1553 16.71 1606 18.39

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW) 1286 8.86 1295 9.24 1308 9.66 1324 10.13 1360 11.14 1403 12.32 1449 13.62 1496 15.00 1543 16.47 1591 18.03 1639 19.69 1686 21.44 1731 23.18 1775 24.98

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP(kW)

1822 1874 1929 1985

4.23 4.48 4.73 4.97 5.47 5.97 6.47 6.96 7.46 7.96 8.46 8.95 9.45 9.95

8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP(kW) 1203 7.45 1218 7.83 1234 8.23 1252 8.67 1294 9.66 1340 10.77 1387 11.95 1434 13.21 1482 14.57 1529 16.02 1576 17.52 1620 19.01 1666 20.64 1716 22.52

10.45 10.94 11.44 11.94

21.34 22.35 23.37 24.38

1769 1826 1883 1942

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

24.56 26.76 29.10 31.60

5.47 5.97 6.47 6.96 7.46 7.96 8.46 8.95 9.45 9.95

11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP(kW) 1618 17.85 1643 19.17 1675 20.66 1713 22.31 1756 24.18 1802 26.21 1849 28.34 1896 30.57 1944 32.92 1991 35.37

10.45 10.94 11.44

21.34 22.35 23.37

2039 2087 2133

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

37.97 40.68 43.43 CLASE I II III IV

27.02 29.31 31.74 34.35

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW) 1682 19.73 1701 21.04 1730 22.58 1765 24.27 1805 26.17 1850 28.28 1896 30.53 1943 32.88 1990 35.34 2038 37.90 2085 2133

40.61 43.45

1374 1382 1394 1426 1463 1507 1554 1601 1648 1696 1743 1791 1836

10.75 11.18 11.66 12.71 13.91 15.29 16.80 18.39 20.06 21.83 23.73 25.70 27.70

1457 1464 1490 1524 1564 1608 1655 1702 1749 1797 1845 1892

12.79 13.26 14.35 15.59 17.01 18.61 20.31 22.10 24.00 25.99 28.11 30.33

1535 1554 1584 1619 1661 1707 1753 1800 1848 1895 1943

14.97 16.06 17.35 18.79 20.43 22.24 24.16 26.17 28.28 30.50 32.86

1880 1926 1976 2030

29.71 31.92 34.42 37.12

1938 1982 2027 2076

32.58 34.82 37.22 39.93

1991 2037 2081 2126

35.32 37.82 40.31 42.91

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW) 1759 1785 1817 1853 1896 1941 1988 2035 2082

22.99 24.56 26.29 28.21 30.36 32.71 35.19 37.77 40.45

2129

43.27

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP (kW) 1818 1838 1868 1902 1941 1985 2031 2078 2125

25.03 26.58 28.37 30.33 32.51 34.91 37.50 40.21 43.02

Pe (mm H2O) 381.0 RPM BHP (kW) 1878 1892 1918 1950 1986 2028 2073 2120 2166

27.14 28.68 30.50 32.51 34.70 37.15 39.82 42.65 45.58

Máximavelocidad permisible (rpm) 1647 1807 2166

Fuente: Cooper, D. Air pollution control, a design approach. W aveland Press, Inc. Il linois, 2002. ▪

144

ventiladores

Tabla 5.4. Ventilador centrífugo SWSI 44½.

SWSI 44½

Velocidad máxima (m/s): 0.064 × RPM

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 5.47 6.01 6.56 7.10 7.65 8.20 8.74 9.29 9.84 10.38 10.93 12.02 13.12 14.21 15.30 16.40 17.49 18.58 19.67 20.77

Área interna de salida (m2): 1.076 Dimensiones de salida (m): 1.102 × 0.989 Diámetro del rotor (m): 1.219

3

 RPM  Potencia máxima (kW): 38.031 ×  

5.08 5.59 6.10 6.60 7.11 7.62 8.13 8.64 9.14 9.65 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30

 1000 

Pe (mm H2O) 12.7 RPM 292 307 324 342 360 378 397 416 434 453 472 510 549 588 628 668 709 750 790 831

BHP(kW) 0.97 1.12 1.27 1.49 1.72 1.94 2.24 2.54 2.83 3.21 3.58 4.47 5.52 6.71 8.13 9.69 11.48 13.57 15.81 18.34

8.20 8.74 9.29 9.84 10.38 10.93

7.62 8.13 8.64 9.14 9.65 10.16

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP(kW) 775 16.41 792 17.90 816 19.91 844 22.37 872 24.98 900 27.67

12.02 13.12 14.21 15.30 16.40 17.49 18.58 19.67 20.77

11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30

929 959 992 1025 1045 1073 1102 1130 1158

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

30.50 33.56 36.84 40.42 41.83 44.52 47.20 49.89 52.57

Pe (mm H2O) 25.4 RPM 356 369 383 397 411 426 442 459 476 494 513 550 587 624 662 700 739 778 817 857

BHP (kW) 1.64 1.86 2.09 2.39 2.61 2.91 3.28 3.65 4.03 4.47 4.92 5.97 7.16 8.43 9.99 11.63 13.57 15.66 18.05 20.66

Pe (mm H2O) 50.8 RPM

492 502 514 527 541 555 569 584 615 648 683 720 757 794 831 868 906

BHP (kW)

4.25 4.55 4.92 5.44 5.97 6.49 7.01 7.61 8.80 10.22 11.78 13.65 15.66 17.82 20.21 22.89 25.73

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 76.2 RPM

599 604 613 625 638 652 680 708 738 770 804 840 876 913 950

BHP (kW)

7.46 7.83 8.28 8.87 9.54 10.29 11.86 13.50 15.29 17.23 19.46 21.92 24.61 27.59 30.72

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 101.6 RPM

691 694 701 712 737 765 793 822 852 884 917 952 989

BHP(kW)

11.33 11.78 12.38 13.05 14.76 16.78 18.94 21.10 23.49 26.10 28.93 32.14 35.57

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP (kW)

850 866 890 917 945

21.63 23.41 25.80 28.63 31.77

919 937 961 988

27.52 29.60 32.36 35.64

985 1003 1028

34.00 36.46 39.60

1037 1048 1068

38.70 41.09 44.00

973 1002 1032 1063 1095 1130 1165 1201 1237

34.97 38.33 41.83 45.56 49.59 53.99 58.76 63.91 69.35

1016 1044 1072 1101 1132 1163 1197 1231 1267

39.30 43.03 46.83 50.86 55.11 59.58 64.50 69.80 75.46

1055 1083 1111 1139 1168 1198 1229 1262 1296

43.40 47.58 51.83 56.15 60.70 65.40 70.47 75.84 81.65

1092 1120 1148 1176 1204 1233 1262 1293 1325

47.65 51.98 56.60 61.45 66.29 71.29 76.58 82.10 88.07 ▪

145

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.4. Ventilador centrífugo SWSI 44½ (continuación).

15.30 16.40 17.49 18.58

14.22 15.24 16.26 17.27

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP(kW) 1095 46.08 1109 48.84 1130 52.27 1155 56.45

19.67 20.77 21.86 22.95 24.05 25.14 26.23

18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38

1182 1210 1238 1267 1295 1325 1356

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

61.30 66.44 71.81 77.18 82.77 88.51 94.63 CLASE I II III IV

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW)

1152 1168 1190

54.06 57.27 61.22

1198 1207 1226

59.58 62.64 66.37

1216 1243 1271 1299 1328 1356 1386

65.92 71.36 77.11 82.92 88.89 95.00 101.34

1249 1275 1303 1331 1359 1387

70.92 76.29 82.25 88.59 94.93 101.42

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP(kW)

1249 1262

68.38 71.96

1293 1300

74.50 77.93

1283 1307 1334 1361 1389

76.29 81.43 87.40 93.96 100.82

1316 1339 1364 1391

82.03 86.87 92.69 99.40

Máximavelocidad permisible (rpm) 817 1066 1394

Fuente: Cooper, D. Air pollution control, a design approach. W aveland Press, Inc. Il linois, 2002.

▪

146

ventiladores

Tabla 5.5. Ventilador centrífugo BCS 150.

BCS

Velocidad máxima (m/s): 0.020 × RPM

Diámetro de entrada (m): 0.403 Dimensiones de salida (m): 0.413 × 0.295 Diámetro del rotor (m): 0.381

3

 RPM  Potencia máxima (kW): 0.127 ×   1000 

150

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 6.35 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 12.7 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW)

0.37

3.05

626

0.03

0.49

4.06

730

0.04

862

0.08

0.61

5.08

844

0.07

962

0.11

1163

0.20

0.73

6.10

962

0.10

1071

0.15

1253

0.25

1416

0.36

0.85

7.11

1087

0.13

1186

0.19

1353

0.31

1500

0.43

1640

0.56

0.97

8.13

1215

0.19

1301

0.25

1460

0.38

1599

0.51

1720

0.65

1.10

9.14

1345

0.25

1424

0.31

1573

0.46

1702

0.61

1822

0.76

1.22

10.16

1477

0.33

1550

0.40

1688

0.56

1811

0.72

1924

0.89

1.34

11.18

1611

0.42

1678

0.49

1803

0.66

1924

0.84

2030

1.03

1.46

12.19

1745

0.52

1807

0.61

1924

0.79

2040

0.98

2142

1.18

1.11

13.21

1880

0.65

1939

0.75

2048

0.93

2154

1.14

2256

1.35

1.70

14.22

2016

0.80

2071

0.89

2174

1.10

2271

1.31

2372

1.54

1.83

15.24

2152

0.97

2204

1.07

2302

1.29

2394

1.51

2485

1.75

1.95

16.26

2289

1.16

2337

1.27

2430

1.50

2519

1.74

2602

1.98

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP (kW)

0.85

7.11

1787

0.70

0.97

8.13

1846

0.80

1972

0.95

1.10

9.14

1934

0.92

2041

1.07

2152

1.25

2267

1.44

1.22

10.16

2031

1.06

2132

1.23

2228

1.40

2327

1.59

2532

2.00

1.34

11.18

2133

1.21

2230

1.39

2322

1.59

2410

1.78

2588

2.18

1.46

12.19

2237

1.38

2331

1.58

2420

1.78

2505

1.99

2668

2.41

1.58

13.21

2348

1.57

2435

1.79

2522

2.00

2604

2.22

2761

2.67

1.70 1.83

14.22 15.24

2461 2576

1.77 2.00

2545 2657

2.01 2.24

2626 2736

2.24 2.49

2707 2811

2.48 2.74

2858 2959

2.95 3.25

1.95

16.26

2691

2.24

2772

2.51

2847

2.77

2920

3.03

3062

3.57

2.07

17.27

2805

2.51

2888

2.80

2961

3.07

3032

3.35

3167

3.92

2.19

18.29

2923

2.80

3002

3.10

3077

3.40

3146

3.69

3278

4.29

2.31

19.30

3046

3.13

3116

3.42

3192

3.75

3261

4.06

3389

4.68

2.44

20.32

3170

3.48

3236

3.79

3306

4.12

3377

4.45

3503

5.10

▪

147

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.5. Ventilador centrífugo BCS 150 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP(kW)

1.34

11.18

2775

2.64

1.46

12.19

2831

2.86

3002

3.35

1.58

13.21

2909

3.12

3061

3.61

3216

4.14

3381

4.72

1.70 1.83

14.22 15.24

3001 3098

3.43 3.76

3139 3230

3.92 4.28

3280 3359

4.44 4.81

3424 3490

5.00 5.36

3575 3624

5.62 5.96

1.95

16.26

3198

4.11

3326

4.65

3449

5.22

3570

5.74

3693

6.34

2.07

17.27

3300

4.49

3425

5.06

3546

5.67

3661

6.26

3775

6.86

2.19

18.29

3404

4.89

3527

5.49

3645

6.11

3758

6.71

3867

7.31

2.31

19.30

3511

5.32

3630

5.95

3745

6.56

3857

7.23

3964

7.90

2.44

20.32

3622

5.76

3735

6.44

3848

7.08

3957

7.76

4062

8.43

2.56

21.34

3693

5.96

3809

6.70

3953

7.68

4060

8.35

4163

9.02

2.68

22.35

3789

6.31

3902

7.08

4061

8.20

4164

8.95

4265

9.69

2.80

23.37

3885

6.66

3996

7.47

4172

8.80

4270

9.62

4369

10.37

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 381.0 RPM BHP (kW)

1.83

15.24

3761

6.58

3903

7.26

1.95

16.26

3818

7.01

3943

7.61

4077

8.35

2.07

17.27

3890

7.46

4006

8.13

4126

8.80

4247

9.47

4373

10.22

2.19

18.29

3975

7.98

4081

8.65

4192

9.32

4304

9.99

4416

10.74

2.31

19.30

4068

8.58

4169

9.25

4271

9.92

4375

10.59

0

0.00

2.44

20.32

4164

9.10

4263

9.84

4359

10.51

2.56

21.34

4263

9.77

4360

10.51

2.68

22.35

4363

10.44 CLASE

Máximavelocidad permisible (rpm)

I

2692

II

3511

III IV

4423

Fuente: Aguilar, L. Ma nual de ventilación Ind ustrial. Politécnico Colombiano Jaime Isa za Cadavid. Medellín, 2003.

▪

148

ventiladores

Tabla 5.6. Ventilador centrífugo BCS 200.

BCS 200

Velocidad máxima (m/s): 0.027 × RPM

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 0.65 0.87 1.09 1.30 1.52 1.74 1.95 2.17 2.39 2.61 2.82 3.04 3.26 3.47

3.05 4.06 5.08 6.10 7.11 8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 1.74 1.95 2.17 2.39 2.61 2.82 3.04 3.26 3.47 3.69 3.91 4.12 4.34

8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

Diámetro de entrada (m): 0.537 Dimensiones de salida (m): 0.549 × 0.400 Diámetro del rotor (m): 0.508

 RPM 3  1000 

Potencia máxima (kW): 0.606 ×  

Pe (mm H2O) 6.35 RPM 449 517 601 687 775 866 958 1051 1145 1239 1335 1431 1527 1624

BHP (kW) 0.05 0.08 0.12 0.17 0.24 0.32 0.43 0.54 0.69 0.87 1.07 1.30 1.58 1.89

Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP(kW) 1354 1.45 1395 1.63 1449 1.84 1517 2.10 188 2.39 1663 2.71 1747 3.09 1831 3.50 1916 3.95 2002 4.40 2088 4.92 2175 5.52 2263 6.11

Pe (mm H2O) 12.7 RPM 623 684 759 844 930 1017 1106 1196 1287 1360 1473 1567 1661

BHP (kW) 0.14 0.19 0.25 0.34 0.44 0.55 0.69 0.85 1.04 1.25 1.51 1.78 2.10

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP (kW) 1491 1535 1590 1658 1729 1803 1885 1969 2054 2140 2225 2312

1.95 2.18 2.44 2.74 3.09 3.46 3.88 4.40 4.92 5.44 6.04 6.71

Pe (mm H2O) 25.4 RPM

854 898 962 1035 1117 1202 1287 1374 1462 1551 1641 1732

BHP (kW)

0.37 0.44 0.54 0.66 0.81 0.98 1.17 1.39 1.63 1.91 2.21 2.56

Pe (mm H2O) 88.9 RPM BHP (kW) 1587 1621 1668 1725 1793 1865 1939 2019 2103 2188 2274 2359

2.30 2.53 2.80 3.11 3.47 3.88 4.33 4.77 5.37 5.97 6.56 7.23

Pe (mm H2O) 38.1 RPM

1042 1082 1139 1209 1282 1366 1451 1536 1622 1710 1798

BHP (kW)

0.66 0.76 0.89 1.06 1.25 1.47 1.73 2.01 2.32 2.66 3.03

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP (kW)

1708 1747 1795 1856 1924 1996 2070 2150 2234 2318 2404

2.91 3.18 3.49 3.87 4.30 4.77 5.22 5.82 6.41 7.08 7.83

Pe (mm H2O) 50.8 RPM

1206 1245 1300 1368 1440 1518 1603 1688 1773 1859

BHP (kW)

1.02 1.16 1.33 1.54 1.77 2.04 2.36 2.71 3.09 3.50

Pe (mm H2O) 114.3 RPM BHP (kW)

1795 1825 1868 1918 1982 2052 2124 2197 2277 2362 2446

3.31 3.58 3.91 4.27 4.71 5.22 5.74 6.26 6.94 7.61 8.35

▪

149

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.6. Ventilador centrífugo BCS 200 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 2.39 2.61 2.82 3.04 3.26 3.47 3.69 3.91 4.12 4.34 4.56 4.78 4.99

11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Pe (mm H2O) 127 RPM BHP(kW) 1904 4.01 1939 4.34 1986 4.72 2040 5.14 2106 5.67 2176 6.19 2249 6.79 2322 7.38 2403 8.13 2487 8.87 2524 9.09 2590 9.63 2655 10.17

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP (kW)

3.04 3.26

14.22 15.24

2678

11.04

3.47 3.69 3.91 4.12 4.34 4.56 4.78 4.99

16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

2707 2744 2790 2840 2898 2964 3033 3104

11.63 12.30 13.05 13.80 14.76 15.73 16.85 17.97 CLASE I II III IV

2084 2119 2164 2214 2278 2346 2418 2491 2565 2604 2666 2727

2815 2846 2885 2931 2982 3041 3107

5.25 5.64 6.08 6.56 7.16 7.76 8.50 9.17 9.92 10.28 10.86 11.45

12.90 13.57 14.32 15.14 16.03 17.00 18.12

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW)

2253 2287 2331 2381 2442 2509 2580 2652 2689 2747 2804

6.64 7.08 7.61 8.13 8.80 9.54 10.29 11.11 11.54 12.18 12.82

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW)

2949 2981 3023 3070 3120

14.91 15.66 16.48 17.37 18.34

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

2411 2446 2491 2540 2599 2665 2736 2808 2881 2955

8.13 8.65 9.25 9.92 10.66 11.48 12.30 13.27 14.17 15.21

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW)

3051 3079 3113

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP(kW)

2535 2562 2598 2643 2693 2751 2817 2887 2958 3031

9.32 9.84 10.44 11.11 11.78 12.60 13.50 14.47 15.51 16.55

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP (kW)

16.26 17.00 17.90

Máximavelocidad permisible (rpm) 1920 2504 3155

Fuente: Aguilar, L. Ma nual de ventilación Ind ustrial. Politécnico Colombiano Jaime Isa za Cadavid. Medellín, 2003.

▪

150

ventiladores

Tabla 5.7. Ventilador centrífugo BCS 300.

BCS 300

Velocidad máxima (m/s): 0.040 × RPM

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 1.95 2.44 2.93 3.42 3.90 4.39 4.88 5.37 5.86 6.34 6.83 7.32 7.81

4.06 5.08 6.10 7.11 8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 3.90 4.39 4.88 5.37 5.86 6.34 6.83 7.32 7.81 8.30 8.78 9.27 9.76

8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

3

 RPM   Potencia máxima (kW): 3.989 ×  1000 

Pe (mm H2O) 6.35 RPM BHP (kW) 354 0.17 407 0.25 464 0.36 523 0.49 584 0.66 647 0.87 710 1.13 774 1.43 838 1.80 902 2.22 967 2.71 1033 3.27 1098 3.91 Pe (mm H2O) 63.5 RPM 916 952 994 1039 1088 1138 1190 1243 1298 1354 1410 1468 1526

BHP(kW) 2.93 3.40 3.88 4.47 5.07 5.74 6.41 7.23 8.13 9.10 10.14 11.26 12.45

Diámetro de entrada (m): 0.803 Dimensiones de salida (m): 0.819 × 0.591 Diámetro del rotor (m): 0.762

Pe (mm H2O) 12.7 RPM BHP (kW) 425 0.30 469 0.41 518 0.54 572 0.69 628 0.89 686 1.13 746 1.42 807 1.74 869 2.14 932 2.59 995 3.10 1058 3.69 1122 4.35

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP (kW) 557 0.59 577 0.73 615 0.92 659 1.14 708 1.39 760 1.68 814 2.01 870 2.39 927 2.84 986 3.34 1046 3.91 1107 4.55 1169 5.27

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 76.2

Pe (mm H2O) 88.9

Pe (mm H2O) 101.6

RPM BHP (kW) 981 3.46 1011 3.98 1049 4.55 1090 2.91 1136 5.82 1185 6.56 1234 7.31 1286 8.20 1339 9.10 1393 10.07 1448 11.19 1504 12.38 1561 13.65

RPM BHP (kW) 1047 4.05 1069 4.57 1102 5.22 1141 5.89 1183 6.64 1229 7.38 1278 8.20 1327 9.10 1378 10.07 1431 11.11 1485 12.30 1540 13.50 1595 14.84

RPM BHP (kW) 1113 4.68 1127 5.18 1154 5.82 1189 6.56 1229 7.38 1272 8.20 1319 9.10 1368 10.07 1417 11.11 1468 12.23 1521 13.42 1574 14.69 1629 16.03

683 703 739 781 828 878 930 984 1039 1096 1153 1213

1.10 1.31 1.59 1.90 2.24 2.63 3.06 3.56 4.11 4.74 5.44 6.20

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW)

791 814 850 891 938 986 1037 1090 1144 1199 1256

1.74 2.04 2.42 2.82 3.27 3.76 4.31 4.91 5.58 6.32 7.14

Pe (mm H2O) 114.3 RPM BHP (kW) 1176 5.35 1187 5.87 1207 6.49 1238 7.31 1274 8.13 1315 9.02 1359 9.99 1406 11.04 1455 12.08 1504 13.27 1555 14.54 1608 15.88 1661 17.30

▪

151

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.7. Ventilador centrífugo BCS 490 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 4.39 4.88 5.37 5.86 6.34 6.83 7.32 7.81 8.30 8.78 9.27 9.76 10.25 10.74 11.22

9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP(kW) 1245 6.58 1259 7.23 1285 7.98 1319 8.95 1357 9.92 1399 10.89 1444 12.01 1491 13.12 1540 14.32 1590 15.66 1641 17.08 1694 18.57 1713 18.95 1755 20.04 1797 21.13

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP (kW) 1843 21.03 1854 1869 1897 1929 1963 2002 2043 2085 2130 2177

6.34

13.21

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP(kW) 1763 18.94

6.83 7.32 7.81 8.30 8.78 9.27 9.76 10.25 10.74 11.22

14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

1778 1801 1832 1866 1904 1945 1987 2032 2079 2127

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

20.21 21.70 23.41 25.28 27.22 29.23 31.24 33.41 35.64 38.03 CLASE I II III IV

1365 1379 1406 1440 1477 1518 1562 1608 1657 1706 1756 1776 1816 1857

8.72 9.54 10.44 11.56 12.75 13.94 15.21 16.55 17.90 19.46 21.10 21.73 22.97 24.21

22.30 23.79 25.58 27.44 29.53 31.69 33.85 36.17 38.48 40.94

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW) 1467 1477 1492 1520 1553 1591 1632 1674 1720 1768 1817 1827 1863 1900

10.37 11.19 12.08 13.27 14.54 15.88 17.23 18.72 20.28 21.85 23.56 24.28 25.61 26.95

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW) 1920 23.19 1929 1942 1961 1990 2023 2058 2097 2138 2181 2226

24.53 26.02 27.67 29.68 31.84 34.15 36.46 38.85 41.31 43.92

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

1599 1628 1662 1699 1740 1782 1828 1875 1924 1973 2022

14.99 16.33 17.82 19.31 20.88 22.59 24.31 26.10 28.04 30.05 32.21

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW) 0 0.00 2003 2012 2028 2051 2080 2114 2151 2190 2232 2274

26.85 28.34 29.98 31.99 34.15 36.54 39.07 41.61 44.15 46.90

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP(kW)

1682 1702 1732 1766 1803 1844 1886 1931 1978 2027 2076

16.93 18.20 19.69 21.40 23.12 24.91 26.77 28.71 30.72 32.81 35.12

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP (kW) 0 0.00 2073 2083 2095 2110 2139 2170 2204 2241 2281 2323

29.16 30.72 32.44 34.30 36.54 39.00 41.61 44.29 47.05 49.89

Máximavelocidad permisible (rpm) 1301 1696 2137

Fuente: Aguilar, L. Ma nual de ventilación Ind ustrial. Politécnico Colombiano Jaime Isa za Cadavid. Medellín, 2003.

▪

152

ventiladores

Tabla 5.8. Ventilador centrífugo BCS 490.

BCS 490

Velocidad máxima (m/s): 0.065 × RPM

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 5.21 6.51 7.82 9.12 10.42 11.72 13.03 14.33 15.63 16.93 18.24 19.54 20.84

4.06 5.08 6.10 7.11 8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 10.42 11.72 13.03 14.33 15.63 16.93 18.24 19.54 20.84 22.14 23.45 24.75 26.05

8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

Diámetro de entrada (m): 1.394 Dimensiones de salida (m): 1.324 × 0.905 Diámetro del rotor (m): 0.326

3

 RPM  Potencia máxima (kW): 49.209 ×    1000 

Pe (mm H2O) 6.35 RPM BHP (kW) 212 0.46 243 0.68 275 0.95 309 1.30 345 1.73 381 2.26 417 2.91 454 3.65 491 4.55 528 5.59 566 6.79 604 8.20 642 9.77 Pe (mm H2O) 63.5 RPM BHP (kW) 550 7.83 569 8.95 595 10.29 622 11.86 651 13.50 681 15.29 711 17.30 742 19.54 774 21.85 805 24.46 838 27.22 871 30.20 905 33.41

Pe (mm H2O) 12.7 RPM BHP (kW) 254 0.80 281 1.09 310 1.44 341 1.88 373 2.41 407 3.03 441 3.73 476 4.62 512 5.59 548 6.71 585 7.98 621 9.47 658 11.11

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O)

Pe (mm H2O)

RPM 592 606 627 653 680 709 738 769 800 831 862 894 927

76.2 BHP (kW) 9.25 10.59 12.01 13.65 15.51 17.45 19.61 21.92 24.46 27.22 30.20 33.33 36.76

347 367 395 424 454 486 517 550 584 619 654 689

RPM 632 643 660 681 708 736 764 794 824 855 886 918 949

1.95 2.42 3.03 3.71 4.50 5.44 6.49 7.61 8.95 10.37 12.08 13.87

88.9 BHP(kW) 10.81 12.23 13.72 15.44 17.45 19.61 21.92 24.38 27.07 29.98 33.18 36.46 40.04

Pe (mm H2O) 38.1 RPM BHP (kW)

423 442 468 496 525 556 587 619 651 654 718

3.49 4.18 5.03 5.97 7.01 8.28 9.62 11.11 12.75 14.54 16.55

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP(kW) 680 693 712 734 762 790 818 847 878 908 940 971

13.87 15.59 17.37 19.39 21.70 24.24 26.85 29.68 32.74 36.02 39.60 43.33

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW)

477 489 508 533 561 590 620 651 682 714 745

4.64 5.44 6.35 7.44 8.65 10.07 11.56 13.20 15.06 17.08 19.24

Pe (mm H2O) RPM 716 727 742 762 786 814 842 870 900 930 961 992

114.3 BHP (kW) 15.66 17.37 19.39 21.48 23.79 26.47 29.31 32.29 35.50 38.93 42.65 46.61

▪

153

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.8. Ventilador centrífugo BCS 490. (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 10.42 11.72 13.03 14.33 15.63 16.93 18.24 19.54 20.84 22.14 23.45 24.75 26.05 27.35 28.66 29.96

8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 16.93 18.24 19.54 20.84 22.14 23.45 24.75 26.05 27.35 28.66 29.96

13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

760 772 790 811 837 865 893 921 951 981 1012 1020 1032 1051

833 845 862 883 908 935 963 991 1020 1050 1063 1073 1092

19.31 21.33 23.56 26.02 28.71 31.84 34.97 38.33 41.91 45.71 49.81 56.80 60.57 64.41

Pe (mm H2O) 254.0

25.50 27.96 30.57 33.48 36.61 40.19 43.92 47.80 51.98 56.30 57.59 59.18 60.79

Pe (mm H2O) 279.1

RPM

BHP (kW)

RPM

1073 1085 1099 1117 1139 1162 1189 1217 1245 1273

54.06 58.02 62.34 66.89 71.59 76.73 82.47 88.59 94.85 101.27

1119 1129 1141 1157 1176 1197 1221 1248 1276

BHP (kW) 59.51 63.68 68.16 73.00 78.00 83.29 88.96 95.30 102.09

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW)

891 901 913 930 952 975 1002 1030 1058 1087 1094 1101 1118

29.75 32.44 35.35 38.40 41.76 45.34 49.44 53.76 58.16 62.86 65.60 69.55 73.55

Pe (mm H2O) 304.8 RPM

BHP(kW)

1172 1183 1196 1212 1232 1254 1278

69.50 74.20 79.19 84.49 90.01 95.82 102.09

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

965 978 995 1017 1039 1067 1095 1123 1151 1180 1210

40.19 43.55 47.05 50.86 54.96 59.58 64.50 69.50 74.72 80.31 86.13

Pe (mm H2O) 330.2 RPM

1214 1224 1236 1249 1267

CLASE I II

Máximavelocidad permisible (rpm) 780 1017

III IV

1282

BHP(kW)

75.39 80.31 85.46 91.05 96.79

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP(kW)

1015 1027 1040 1057 1079 1102 1129 1157 1185 1213 1242

45.19 48.69 52.57 56.52 60.77 65.40 70.54 76.06 81.73 87.55 93.73

Pe (mm H2O) 355.6 RPM

1264 1275

BHP (kW)

86.50 91.94

Fuente: Aguilar, L. Ma nual de ventilación Ind ustrial. Politécnico Colombiano Jaime Isa za Cadavid. Medellín, 2003.

▪

154

ventiladores

Tabla 5.9. Ventilador centrífugo LS 2015.

LS

Velocidad máxima (m/s):

Diámetro de entrada (m): 0.381 Dimensiones de salida (m): 0.370 × 0.324 Diámetro del rotor (m): 0.752

3

2015

 RPM  Potencia máxima (kW): 3.121 ×   1000 

0.58 0.70 0.81 0.93 1.04 1.16 1.28 1.39 1.51 1.63 1.74 1.86 1.97 2.09 2.21 2.32 2.44 2.55 2.67 2.79

5.08 6.10 7.11 8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38

Pe (mm H2O) 25.4 RPM BHP(kW) 526 0.24 544 0.30 564 0.37 586 0.45 609 0.54 634 0.65 659 0.77 688 0.91 719 1.07 752 1.25 785 1.45 819 1.69 854 1.94 890 2.22 927 2.54 964 2.89 1002 3.27 1039 3.68 1077 4.13 1116 4.62

2.90 3.02

25.40 26.42

1155 1195

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

5.15 5.74

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW) 720 0.48 729 0.57 743 0.66 759 0.77 779 0.90 800 1.05 822 1.22 845 1.40 868 1.60 892 1.80 918 2.04 944 2.30 974 2.58 1005 2.89 1037 3.23 1070 3.46 1103 4.02 1137 4.47 1171 4.20 1206 5.46 1242 1279

6.04 6.64

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 76.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 101.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 127.0 RPM BHP(kW)

880 889 901 916 934 954 975 996 1018 1042 1065 1089 1115 1140 1168 1198 1229 1261 1294

0.86 0.99 1.13 1.28 1.45 1.66 1.87 2.12 2.38 2.65 2.95 3.27 3.61 3.98 4.38 4.82 5.28 5.79 6.35

1017 1026 1037 1052 1068 1087 1108 1129 1150 1172 1195 1219 1243 1267 1292 1318 1346 1376

1.33 1.51 1.69 1.88 2.10 2.36 2.62 2.93 3.26 3.16 3.97 4.35 4.76 5.27 5.51 6.16 6.69 7.26

1139 1148 1159 1173 1189 1207 1227 1248 1269 1291 1313 1336 1360 1384 1408 1433 1458

1.90 2.13 2.35 2.59 2.86 3.16 3.50 3.88 4.25 4.62 5.07 5.52 6.04 6.56 7.08 7.61 8.20

1327 1361

6.94 7.53

1407 1438

7.90 8.50

1484 1514

8.87 9.54

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP (kW)

4.33 1.04 1.16 1.28 1.39 1.51 1.63 1.74 1.85 1.97 2.09 2.21 2.32

8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

1249 1259 1270 1285 1300 1318 1338 1358 1379 1401 1422 1445

2.56 2.83 3.10 3.39 3.71 4.03 4.47 4.85 5.29 5.82 6.34 6.86

1343 1352 1362 1374 1388 1404 1421 1441 1461 1482 1503 1525

3.01 3.31 3.62 3.94 4.27 4.62 5.07 5.52 5.97 6.49 7.08 7.61

1439 1448 1458 1471 1485 1501 1518 1538 1559 1579 1601

3.80 4.15 4.52 4.88 5.29 5.67 6.19 6.71 7.23 7.83 8.43

1521 1530 1539 1549 1563 1578 1594 1611 1631 1651 1672

4.31 4.69 5.09 5.50 5.89 6.34 6.86 7.38 7.98 8.58 9.17

1608 1616 1626 1637 1651 1666 1682 1700 1720 1740

5.24 5.67 6.12 6.56 7.01 7.53 8.13 8.72 9.32 9.99

2.44 2.55 2.63 2.79 2.90 3.02 3.13 3.25 3.37 3.48 3.60 3.72

21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

1468 1492 1516 1240 1565 1590 1616 1644 1674 1704 1735 1786

7.38 7.98 8.58 9.25 9.92 10.59 11.33 12.15 12.98 13.87 14.84 15.81

1574 1570 1593 1617 1641 1665 1690 1715 1741 1768 1798 1828

8.28 8.87 9.54 10.22 10.89 11.63 12.45 13.27 14.17 15.06 16.03 17.08

1622 1644 1666 1689 1713 1737 1761 1785 1810 1835 1861 1888

9.10 9.77 10.44 11.19 11.93 12.75 13.57 14.47 15.36 16.33 17.30 18.34

1693 1715 1736 1758 1781 1805 1828 1852 1876 1901 1929 1951

9.92 10.59 11.41 12.15 12.98 13.80 14.69 15.59 16.55 17.52 18.57 19.69

1761 1782 1803 1825 1846 1869 1893 1916 1940 1964 1988 2013

10.74 11.48 12.30 13.12 14.02 14.91 15.81 16.78 17.75 18.79 19.84 20.95 ▪

155

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.9. Ventilador centrífugo LS 2015 (continuación). Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 1.28 1.39 1.51 1.63 1.74 1.85 1.97 2.09 2.21 2.32 2.44 2.55 2.63 2.79 2.90 3.02 3.13 3.25 3.37 3.48 3.60 3.72

11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 1.63 1.74 1.85 1.97 2.09 2.21 2.32 2.44 2.55 2.63 2.79 2.90 3.02 3.13 3.25 3.37 3.48 3.60 3.72

14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

Pe (mm H2O) 279.4 RPM 1681 1690 1699 1709 1721 1736 1751 1767 1785 1805 1825 1846 1867 1889 1910 1932 1954 1978 2002 2025 2049 2073

BHP(kW) 5.80 6.26 6.75 7.23 7.76 8.28 8.80 9.47 10.14 10.81 11.56 12.30 13.20 14.09 14.99 15.96 16.93 17.90 18.94 19.98 21.10 22.30

2 Pe (mm 406.4H O)

RPM BHP (kW) 2034 10.66 2043 11.33 2052 12.08 2062 12.83 2075 13.57 2089 14.24 2103 15.06 2119 15.88 2136 16.85 2155 17.82 2175 18.87 2195 19.91 2215 21.03 2236 22.22 2257 23.49 2279 24.76 2300 26.10 2322 26.70 2344 27.37 CLASE I II

Pe (mm H2O) 304.8 RPM 1761 1769 1779 1788 1803 1817 1832 1849 1868 1888 1908 1929 1950 1971 1993 2014 2037 2060 2083 2107 2131

Pe (mm H2O) 330.2

BHP (kW) 6.87 7.38 7.90 8.50 9.02 9.62 10.22 10.89 11.63 12.38 13.20 14.09 14.99 15.96 16.93 17.97 19.02 20.13 21.25 22.37 23.64

2 Pe (mm 431.8H O)

RPM BHP (kW) 2093 11.41 2102 12.08 2111 12.83 2120 13.65 2131 14.39 2145 15.14 2159 15.96 2174 16.78 2190 17.75 2207 18.79 2227 19.84 2247 20.88 2267 22.00 2288 23.27 2309 24.53 2330 25.88 2351 27.22 2373 28.63 2394 30.13

RPM 1828 1837 1846 1856 1867 1881 1896 1912 1928 1947 1968 1988 2009 2030 2051 2073 2094 2117 2140 2163 2187

Pe (mm H2O) 355.6

BHP (kW)

RPM

7.46 8.05 8.58 9.17 9.77 10.37 10.96 11.71 12.45 13.27 14.09 14.99 15.96 16.93 17.97 19.02 20.13 21.33 22.45 23.71 24.91

2 Pe (mm 457.2H O)

RPM BHP (kW) 2150 12.08 2159 12.83 2168 13.65 2177 14.47 2187 15.29 2199 16.11 2214 16.93 2228 17.75 2243 18.72 2260 19.76 2277 20.81 2297 22.00 2318 23.12 2338 24.38 2358 25.65 2380 26.99 2401 28.41 2422 29.90 2444 31.39

Pe (mm H2O) 381.0

BHP (kW)

1902 1911 1920 1930 1943 1957 1972 1988 2005 2025 2045 2056 2086 2108 2129 2150 2172 2194 2217 2241

8.65 9.25 9.92 10.51 11.19 11.86 12.53 13.35 14.17 14.99 15.96 16.85 17.90 19.02 20.13 21.25 22.45 23.71 24.98 26.25

2 Pe (mm 482.6H O)

RPM

BHP (kW)

2214 2223 2232 2242 2257 2266 2281 2295 2311 2328 2347 2367 2387 2407 2428 2449

RPM

13.57 14.39 15.29 16.11 17.00 17.82 18.72 19.69 20.73 21.85 22.97 24.24 25.43 26.77 28.11 29.60

BHP(kW)

1965 1973 1983 1992 2003 2017 2031 2047 2063 2081 2101 2121 2141 2162 2183 2205 2226 2248 2270 2293

9.32 9.99 10.66 11.33 12.01 12.68 13.42 14.17 14.99 15.96 16.78 17.90 18.87 19.98 21.18 22.37 23.64 24.91 26.17 27.52

2 Pe (mm 508.0H O)

RPM 2269 2277 2286 2296 2305 2318 2332 2347 2362 2378 2395 2415 2435

BHP (kW) 14.39 15.21 16.11 17.00 17.90 18.79 19.76 20.66 21.70 22.82 24.01 25.28 26.55

Máximavelocidad permisible (rpm) 2193 2450

Fuente: Quinchía, R. y P uerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

156

ventiladores

Tabla 5.10. Ventilador centrífugo LS 2017.

LS

Velocidad máxima (m/s):

Diámetro de entrada (m): 0.432 Dimensiones de salida (m): 0.370 × 0.324 Diámetro del rotor (m): 0.752

3

2017

 RPM  Potencia máxima (kW): 3.121 ×  

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

 1000 

Pe (mm H2O) 25.4

0.75 0.89 1.04 1.22 1.34 1.49 1.64 1.79 1.94 2.09 2.24 2.39 2.54 2.68 2.83 2.98 3.13 3.28 3.43

5.08 6.10 7.11 8.13 9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37

RPM 464 479 498 517 537 559 581 607 634 663 692 722 753 785 817 850 883 917 950

BHP (kW) 0.31 0.38 0.47 0.58 0.70 0.84 0.99 1.17 1.37 1.60 1.87 2.16 2.49 2.86 3.27 3.70 4.21 4.77 5.29

3.58 3.73 3.88

24.38 25.40 26.42

984 1019 1054

5.97 6.64 7.38

1.34 1.49 1.64 1.79 1.94 2.09 1.29 2.39 2.54 2.68 2.83 2.98

9.14 10.16 11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32

Pe (mm H2O) 152.4 RPM BHP (kW) 1102 3.29 1110 3.64 1120 3.95 1133 4.33 1147 4.77 1162 5.22 1180 5.74 1198 6.26 1216 6.86 1235 7.46 1254 8.13 1274 8.80

3.13 3.28 3.43 3.58 3.73 3.88 4.03 4.18 4.32 4.47 4.62 4.77

21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

1295 1316 1337 1358 1380 1402 1425 1449 1476 1503 1530 1557

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s)

9.47 10.22 11.04 11.86 12.75 13.65 14.62 15.66 16.70 17.90 19.09 20.36

Pe (mm H2O) 50.8 RPM BHP (kW) 635 0.61 643 0.72 655 0.84 669 0.99 687 1.16 706 1.36 725 1.57 745 1.80 756 2.05 787 2.32 809 2.62 832 2.95 859 3.31 886 3.71 914 4.15 943 4.64 973 5.17 1003 5.74 1033 6.34 1063 1095 1128

7.01 7.76 8.50

Pe (mm H2O) 177.8 RPM BHP (kW) 1185 3.87 1192 4.26 1201 4.70 1211 5.07 1224 5.52 1238 5.97 1253 6.49 1271 7.08 1289 7.68 1307 8.35 1326 9.10 1345 9.84 1364 1384 1405 1426 1447 1468 1490 1513 1535 1559 1586 1612

10.59 11.41 12.23 13.12 14.02 14.99 16.03 17.08 18.20 19.39 20.66 22.00

Pe (mm H2O) 76.2 RPM

BHP(kW)

Pe (mm H2O) 101.6 RPM

BHP (kW)

Pe (mm H2O) 127.0 RPM

BHP (kW)

776 784 795 808 823 841 860 879 989 919 94 961 983 1005 1030 1057 1084 1112

1.10 1.28 1.45 1.64 1.87 1.75 2.41 2.73 3.06 3.42 3.80 4.20 4.65 5.12 5.63 6.19 6.79 7.46

897 905 915 927 942 959 977 995 1014 1034 1054 1075 1096 1117 1140 1162 1187

1.72 1.94 2.18 2.42 2.71 3.03 3.38 3.77 4.19 4.64 4.73 5.60 6.12 6.68 7.28 7.90 8.58

1004 1012 1022 1035 1049 1065 1082 1101 1119 1138 1158 1178 1199 1220 1241 1264

2.45 2.73 3.02 3.36 3.65 4.03 4.47 4.92 5.44 5.97 6.56 7.16 7.76 8.43 9.10 9.84

1141 1170 1200

8.13 8.95 9.77

1214 1241 1268

9.32 10.14 10.96

1286 1309 1335

10.59 11.41 12.30

Pe (mm H2O) 203.2 RPM BHP(kW)

Pe (mm H2O) 228.6 RPM BHP (kW)

Pe (mm H2O) 254.0 RPM BHP (kW)

1269 1277 1286 1297 1310 1324 1339 1357 1374 1393 1411

4.89 5.37 5.82 6.26 6.79 7.31 7.90 8.58 9.25 9.99 10.81

1342 1349 1387 1366 1378 1391 1405 1421 1438 1456 1474

5.54 6.04 6.19 7.08 7.61 8.13 8.80 9.47 10.22 11.04 11.86

1418 1425 1434 1443 1456 1469 1433 1499 1517 1534

6.71 7.31 7.90 8.50 9.02 9.69 10.44 11.19 12.01 12.83

1430 1449 1469 1490 1511 1532 1553 1574 1596 1619 1641 1665

11.71 12.53 13.42 14.39 15.36 16.41 17.45 18.57 19.76 20.95 22.22 23.56

1493 1512 1531 1550 1571 1592 1612 1633 1655 1676 1698 1721

12.75 13.65 14.62 15.66 16.70 17.75 18.87 20.06 21.25 22.52 23.86 25.28

1553 1571 1590 1609 1628 1649 1669 1690 1711 1732 1753 1775

13.80 14.76 15.81 16.85 17.97 19.16 15.81 21.55 22.82 24.16 25.50 26.25 ▪

157

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 5.10. Ventilador centrífugo LS 2017 (continuación) Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 1.64 1.79 1.94 2.09 1.29 2.39 2.54 2.68 2.83 2.98 3.13 3.28 3.43 3.58 3.73 3.88 4.03 4.18 4.32 4.47 4.62 4.77

11.18 12.19 13.21 14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

Caudal Velocidad (m3/s) (m/s) 2.09 1.29 2.39 2.54 2.68 2.83 2.98 3.13 3.28 3.43 3.58 3.73 3.88 4.03 4.18 4.32 4.47 4.62 4.77

14.22 15.24 16.26 17.27 18.29 19.30 20.32 21.34 22.35 23.37 24.38 25.40 26.42 27.43 28.45 29.46 30.48 31.50 32.51

Pe (mm H2O) 279.4 RPM BHP (kW) 1483 7.46 1490 8.05 1498 8.65 1507 9.32 1518 9.99 1531 10.66 1541 11.33 1558 12.15 1574 12.98 1592 13.94 1610 14.84 1628 15.88 1647 16.93 1665 18.12 1684 19.24 1704 20.51 1724 21.70 1744 23.04 1765 24.38 1785 25.73 1807 27.14 1828 28.63 Pe (mm H2O) 406.4 RPM BHP (kW) 1794 13.72 1802 14.62 1810 15.51 1818 16.48 1830 17.37 1842 18.34 1855 19.31 1869 20.43 1884 21.63 1900 22.89 1918 24.24 1936 25.58 1954 26.99 1972 28.56 1991 30.20 2010 31.84 2029 33.56 2048 35.27 2067 37.06 CLASE I II

Pe (mm H2O) 304.8 RPM BHP (kW) 1553 1560 1569 1577 1590 1602 1616 1630 1647 1665 1683 1701 1719 1738 1757 1776 1795 1817 1837 1858 1879

Pe (mm H2O) 330.2 RPM BHP (kW)

8.80 9.47 10.22 10.89 11.63 12.30 13.12 14.02 14.99 15.96 17.00 18.12 19.31 20.51 21.77 23.86 24.53 25.35 27.44 28.78 30.35

Pe (mm H2O) 431.8 RPM BHP (kW) 1846 14.62 1853 15.59 1862 16.55 1870 17.52 1879 18.49 1891 19.54 1904 20.51 1917 21.63 1932 22.82 1946 24.16 1964 25.50 1981 26.92 1999 28.41 2017 29.90 2036 31.54 2055 33.26 2074 35.05 2092 36.84 2112 38.70

1612 1620 1628 1636 1646 1659 1672 1686 1700 1717 1735 1753 1771 1790 1809 1828 1847 1867 1887 1908 1928

9.62 10.29 11.04 11.78 12.60 13.35 14.17 15.06 16.03 17.08 18.12 19.31 20.51 21.77 23.12 24.53 25.95 27.37 28.93 30.42 32.07

Pe (mm H2O) 355.6 RPM BHP (kW)

1677 1685 1693 1702 1713 1726 1739 1753 1768 1786 1804 1822 1840 1859 1877 1895 1915 1935 1955 1976

Pe (mm H2O) 457.2 RPM BHP(kW) 1896 15.51 1904 16.55 1912 17.52 1920 18.57 1928 19.61 1939 20.66 1952 21.77 1965 22.82 1978 24.09 1993 25.35 2008 26.77 2026 28.26 2044 29.75 2062 31.32 2080 32.96 2098 34.00 2117 36.54 2136 38.40

11.19 11.93 12.75 13.57 14.39 15.21 16.11 17.15 18.20 19.31 20.51 21.70 23.04 24.38 25.88 27.37 28.86 30.50 32.07 33.71

Pe (mm H2O) 381.0 RPM BHP (kW)

1733 1740 1748 1757 1766 1779 1791 1805 1819 1835 1853 1870 1888 1907 1925 1944 1963 1982 2002 2022

Pe (mm H2O) 482.6 RPM BHP (kW) 1953 1960 1969 1977 1986 1999 2011 2024 3038 2053 3069 2087 2105 2123 2141

17.52 18.49 19.61 20.73 21.85 22.97 24.09 25.28 26.62 28.04 29.53 31.10 32.74 34.38 36.17

12.01 12.83 13.65 14.54 15.44 16.33 17.23 18.20 19.31 20.51 21.70 22.97 24.31 25.73 28.71 28.78 30.35 31.99 33.71 35.42

Pe (mm H2O) 508.0 RPM BHP (kW) 2001 2008 2016 2024 2033 2044 2057 2069 2083 2097 2112 2129 2147

18.49 18.79 20.66 21.85 22.97 24.16 25.35 26.55 27.89 29.38 30.87 32.51 34.15

Máximavelocidad permisible (rpm) 2150

Fuente: Quinchía, R. y P uerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

158

ventiladores

5.4 LEYES DE LOS VENTILADORES

Si un ventilador debe funcionar en condiciones diferentes de las ensayadas, no es práctico ni económico efectuar nuevos ensayos para determinar el servicio prestado. Mediante el uso de un conjunto de ecuaciones, conocidas con el nombre de leyes de los ventiladores, es posible determinar, con buena precisión, el nuevo servicio a partir de los ensayos efectuados a condiciones estándar [12]. Las leyes de los ventiladores están indicadas, bajo la forma de relación de magnitudes, en ecuaciones que se basan en la teoría de la mecánica de fluidos, y su exactitud es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, siempre que el diferencial de presión sea inferior a 3 kPa, por encima del cual se debe tener en cuenta la compresibilidad del gas [12]. Cuando un mismo ventilador se somete a regímenes distintos de marcha o, bien, se varían las condiciones del fluido que transporta, pueden calcularse por anticipado los resultados que se obtendrán a partir de los datos conocidos por medio de la leyes de los ventiladores, que también son de aplicación cuando se trata de una serie de ventiladores homólogos, esto es, de dimensiones y características semejantes que se mantienen al variar el tamaño al pasar de unos de ellos a cualquier otro de su misma familia [12]. Estas se basan en el hecho que dos ventiladores una serie eshomóloga tienen susleyes curvas características homólogas, y para puntosdede trabajo mejantes tienen el mismo rendimiento, manteniéndose entonces interrelacionadas todas las demás variables [12]. Las variables de un ventilador son la velocidad de rotación, el diámetro de la hélice o el rotor, la presión estática, el caudal, la potencia y el rendimiento [12]. Debe tenerse en cuenta que, antes de aplicar las leyes de los ventiladores, los valores conocidos sean de un aparato de la misma familia, trabajando en las mismas condiciones bajo las cuales queremos determinar los nuevos valores y que las condiciones del ventilador considerado sean todas proporcionales a las correspondientes del tomado como punto de partida y cuyos valores reales se conozcan. También es necesario que la velocidad de la corriente del ventilador sea proporcional entre los dos, para lo cual gaseosa se debe dentro comprobar que la relación entre la velocidad periférica de dos puntos de un rotor sea la misma que la de dos puntos del otro rotor [12]. 5.4.1 Primera ley En esta ley varía la velocidad de rotación y permanecen constantes las demás variables (el sistema, la densidad del aire y el diámetro del ventilador) [4]: ▪

159

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Q2 = Q1

RPM 2

(40)

RPM1

 RPM  2 2   RPM  1  

Pe 2 = Pe1 

(41) 3 2

BHP2 = BHP1  RPM   RPM  1  

(42)

Los subíndices 1 y 2 se refieren a las condiciones antes y después del cambio, respectivamente. 5.4.2 Segunda ley En esta ley varía la densidad del aire y permanecen constantes las demás variables (el caudal de aire, el sistema, el tamaño del ventilador y la velocidad de rotación) [4]:

El caudal es constante si el ventilador funciona a una velocidad de rotación constante y sobre un sistema que no implique cambios de resistencia (sin modificación de conductos), o sea que no es afectado por los cambios en la densidad. Resulta entonces que el ventilador, funcionado con densidades diferentes, r1 y r2, el caudal es [1]: (43)

Q2 = Q1

Pero, tanto la presión estática desarrollada como la potencia consumida son proporcionales a la densidad, y para dos densidades diferentes,r1 y r2, resulta [1]: Pe 2 = Pe1

ρ2

(44)

ρ1

BHP2 = BHP1

ρ2 ρ1

(44)

Aplicando la ecuación de los gases ideales, estas ecuaciones se pueden expresar de la siguiente forma: Pe 2 = Pe1

P2T1

(45)

P1T2

BHP2 = BHP1

P2T1 P1T2

(46)

Las variaciones de la densidad, debidas a cambios normales de temperatura, presión atmosférica y humedad, son pequeñas y no se tienen en cuenta. Cuando ▪

160

ventiladores

la variación de la densidad es mayor de un 5 % del valor estándar (1.2 kg/m 3) se deben considerar las correcciones indicadas para la presión y la potencia [1]. 5.4.3 Tercera ley En esta ley varía la densidad del aire y permanecen constantes las demás variables (la presión estática, el sistema y el tamaño del ventilador). Esta ley se utiliza cuando se requiere mantener constante la presión estática, a pesar de

que ocurran cambios en la densidad del aire [4]: ρ1

Q2 = Q1

(47)

ρ2

RPM2 =RPM 1

BHP2 = BHP1

ρ1 ρ2

(48)

ρ1

(49)

ρ2

Aplicando la ecuación de los gases ideales, estas ecuaciones se pueden expresar de la siguiente forma: P1T2

Q2 = Q1

(50)

P2T1

RPM2 =RPM 1

BHP2 = BHP1

P1T2

(51)

P2T1 P1T2

(52)

P2T1

5.4.4 Cuarta ley En esta ley varía la densidad del aire y permanecen constantes las demás variables (el caudal másico del aire, el sistema y el tamaño del ventilador) [4]: Q2 = Q1

ρ1

(53)

ρ2

RPM2 =RPM 1 Pe 2 = Pe1

ρ1

(54)

ρ2

ρ1

(55)

ρ2 ▪

161

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

 ρ 2 1   ρ2   

BHP2 = BHP1 

(56)

Aplicando la ecuación de los gases ideales, estas ecuaciones se pueden expresar de la siguiente forma: Q2 = Q1

P1T2

(57)

P2T1 RPM2 =RPM 1

Pe 2 = Pe1

P1T2 P2T1

P1T2

(58) (59)

P2T1

 P T 2 1 2  PT   2 1

BHP2 = BHP1 

(60)

Las leyes 2 y 4 se utilizan para seleccionar los ventiladores de las tablas de ventiladores para condiciones diferentes a las especificadas en ellas [2]. Para realizar la selección es necesario como datos para aentrar en lasdeltablas características, el caudal real a lastomar condiciones existentes la entrada ventilador con la presión estática corregida debido a la densidad [1]. El ventilador seleccionado de esta forma, es decir, con el caudal constante y la presión corregida, debe funcionar a una velocidad de rotación que es indicada en la tabla. Sin embargo, la presión desarrollada por el ventilador no será la indicada por la tabla (la presión corregida) sino que es el valor real desarrollado en las condiciones de operación. De la misma forma, la potencia requerida no es la indicada por la tabla, sino que varía con la densidad [1]. Estas fórmulas son solamente herramientas de cálculo. Los valores reales raramente siguen fórmulas teóricas exactas [4]. 5.5 EFICIENCIA DEL VENT ILA DOR

Una vez obtenidas las características básicas del ventilador, se debe calcular el rendimiento con el que trabaja. El rendimiento (h) se define como el cociente entre la potencia que entrega el ventilador a la corriente de aire, dividida por la potencia que el ventilador recibe en su eje [1]: η= ▪

162

HP entregada BHP

(61)

ventiladores

En la cual: HPentregada = Potencia que entrega el ventilador al aire, kW. BHP

= Potencia al freno del ventilador, kW.

La potencia entregada al aire por el ventilador depende del caudal que circula y la presión necesaria para vencer las pérdidas que ofrece el sistema de conductos y resulta igual a [1]: 3 HPentregada = 10−QP g

(62)

e

En la cual: Q = Caudal del ventilador, m3/s. Pe = Presión estática entregada por el ventilador, mm H2O. g = Aceleración de la gravedad, 9.80665 m/s2. Reemplazando la ecuación 62 en la ecuación 61 resulta: η=

10−3 QPe g

(63)

BHP

La potencia que recibe el ventilador en su eje se obtiene de los datos de funcionamiento suministrados por los fabricantes y depende del tamaño de ventilador seleccionado, para una situación determinada [1]. Ejemplo 7.Seleccionar un ventilador para el sistemade ventilación del ejemplo 6, que será instalado en la ciudad de Medellín. Solución. Estos son los datos del ejemplo 6. Q = 7.1 m 3/s Pe entrada

= 176.2 mm H2O

Pe salida

= 11.0 mm H 2O

Pv salida

= 15.9 mm H 2O

Hallamos la presión estática del ventilador: Pe ventiladorP = Pe salida P− e entrada − v entrada Pe

ventilador

=

110 .

(

−

17.62

−

)

.159 1.m 7m 13H O

−

=

2

Se selecciona un ventilador centrífugo por la magnitud de la presión que se debe manejar. En este caso se utiliza la tabla 5.7, porque el diámetro de la entrada del ventilador BCS 300 coincide prácticamente con el diámetro del conducto elegido para el tramo C-D (749 mm). ▪

163

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Calculamos la presión estática a las condiciones estándar, aplicando la segunda ley de los ventiladores (ecuación 45): Pe2 = Pe1

P2T1 P1T2

Pe 2 = 171.3× Pe 2

760×(22 +273) 640×(20 +273)

= 204 .8 mm H O2

Entramos a la tabla 5.7 con el caudal de 7.1 m3/s y una presión estática de 204.8 mm H2O. Como no se encuentra en la tabla el valor del caudal, se debe realizar una interpolación lineal. Cuando la diferencia entre el parámetro de diseño (caudal o presión estática) y el parámetro de la tabla es muy pequeña, menor del 1% como en el caso de la presión estática, se elige el valor más próximo que figura en la tabla. Sin embargo, en este caso se hará la interpolación para ilustrar la selección del ventilador cuando la diferencia es mayor del 1% (los valores en negrita son los extraídos de la tabla 5.7). Caudal (m3/s)

Pe (203.2 mm H 2O) RPM BHP(kW)

67.10 .83 7.32

11647 62 8 1662

117.15 6.33 17.82

Pe (204.8 mm H2O) RPM BHP(kW)

1652

17.27

Pe (228.6 mm H2O) RPM BHP(kW) 11719 702 1732

119.02 8 . 20 19.69

Las características del ventilador son: Tipo de ventilador: BCS 300 Diámetro de entrada (m): 0.803 Dimensiones de salida (m): 0.819 × 0.591 Diámetro del rotor (m): 0.762 Caudal (m3/s): 7.10 Presión estática (mm H2O): 204.8 Velocidad de giro (rpm): 1652 Potencia al freno (kW): 17.27 La potencia al freno a las condiciones de Medellín es: BHP2 = 17.27× BHP2

= 14 4. 4

640×(20 +273) 760×(22 +273)

kW

La eficiencia con la que trabaja el ventilador sobre el sistema de ventilación es: η= ▪

164

10−3 QPe g

BHP

ventiladores

η=

10−3 ×7.1 ×20 4.8 ×9.80665 14.44

= 0.99

En resumen, se requiere un ventilador de tamaño BCS 300 que gire a 1652 rpm y reciba en su eje una potencia de 14.44 kW; el rendimiento es del 99%. 5.6 ACOPLA MIENTO DE VENT ILA DORES

En algunos sistemas de ventilación es necesario de caudales o presiones que requierenexhaustiva, de grandescuando variaciones, puededisponer resultar conveniente dotarlos de ventiladores acoplados de forma que, trabajando en conjunto o por separado, suministren el caudal o la presión necesaria en cada momento. Los ventiladores se pueden acoplar en serie o en paralelo [4, 12]. 5.6.1 Acoplamiento en serie Consiste en colocar un ventilador a continuación del otro. Si son helicoidales se pueden acoplar con el mismo sentido del giro. En cualquier caso, el caudal de aire es el mismo que con un solo ventilador, pero se obtiene un incremento B

A

A

B

Ventiladores A y B l ta to n ó i s e r P

l a t o t n ió s e r P

Ventiladores A o B

Curva del sistema Caudal Recomendado A

l a t o t n ió s re P

Caudal Acoplamiento no adecuado

B

Curva del sistema Caudal Acoplamiento adecuado

Notas: 1. La presión total del conjunto es la suma de las presiones individuales a igual caudal, menos las pérdidas de carga en la conexión entre ventiladores. 2. El caudal en ambos ventiladores será el mismo, ya que el aire se considera como incompresible. 3. La curva del sistema debe cortar la curva del conjunto, en caso contrario, el ventilador de mayor caudal trabajando sólo, daría un caudal mayor que el conjunto.

Figura 5.11. Acoplamiento de ventiladores en serie. Fuente: http://www.sodeca.com/tecnica1.html. ▪

165

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

de presión del 50%. La presión total de este sistema viene dada por la suma de presiones totales para el mismo caudal [4]. Cuando la curva del sistema no corta la curva del conjunto, o corta la prolongación de esta curva antes de cortar la curva del ventilador B, el ventilador B moverá un caudal de aire mayor que el acoplamiento de los ventiladores A y B en serie [15]. En la figura 5.11 se pueden ver diferentes curvas para ventiladores dispuestos en serie. La presión estática del sistema se puede calcular de la siguiente manera [4]: PeP

=

P

e salida 2

−

P

e entrada

1

−

v entrada

1

(64)

En la cual: Pe salida 2 = Presión estática a la salida del ventilador 2, mm H 2O. Pe entrada 1 = Presión estática a la entrada del ventilador 1, mm H 2O. Pv entrada 1 =

Presión de velocidad a la entrada del ventilador 1, mm H 2O.

5.6.2 Acoplamiento en paralelo En este montaje los ventiladores succionan aire del mismo lugar y descargan en un mismo sentido por ductos individuales, y se unen de nuevo en un ducto de salida. Las curvas resultantes de presión se obtienen sumando los caudales de cada ventilador a cada presión [4, 12].

Es recomendable que los ventiladores que se acoplan sean iguales, ya que es posible hacer trabajar a ambos en la zona de máximo rendimiento, cuestión que es casi imposible si los ventiladores son diferentes, puesto que a presiones superiores a la del ventilador más pequeño, el ventilador de mayor presión establecerá una corriente en sentido contrario a través del ventilador más pequeño; el caudal será menor que el del ventilador mayor trabajando solo. En caso de tomar una decisión de colocar ventiladores diferentes, debe hacerse un estudio previo de las características de los ventiladores a acoplar y de las características del sistema, asegurándose de que el punto de trabajo resultante caiga en una zona adecuada [4]. Cuando la curva del sistema no corta la curva del conjunto, o corta la prolongación de esta curva antes de cortar la curva del ventilador B, el ventilador B moverá un caudal de aire mayor que el acoplamiento de los ventiladores A y B en paralelo [15]. En la figura 5.12 se pueden observar las diferentes disposiciones de ventiladores en paralelo. ▪

166

ventiladores

A

A

B

l a t o t n ó i s re P

B

l a t o t n ió s e r P

Ventiladores A y B

Ventiladores A y B

Curva del sistema Caudal

Curva del sistema Caudal A

l ta o t n ió s re P

Ventiladores A y B

B

Ventiladores A o B

Curva del sistema Caudal

Notas: 1. El caudal para el sistema con dos ventiladores en paralelo es la suma de los caudales individuales de cada ventilador en el punto de igual presión. 2. Al calcular la curva del sistema hay que incluir las pérdidas en las conexiones individuales de cada ventilador. 3. La curva del sistema debe cortar la curva del conjunto. En caso contrario, el ventilador de mayor presión, trabajando sólo, suministraría un caudal mayor.

Figura 5.12. Acoplamiento de ventiladores en paralelo. Fuente: http://www.sodeca.com/tecnica1.html.

5.7 EFECTOS DEL SISTEMA Los efectos del sistema se definen como la estimación de las pérdidas de rendimiento del ventilador debidas al flujo no uniforme del aire. Los datos que figuran en las curvas o tablas características de los ventiladores se obtienen a partir de ensayos normalizados que realiza el fabricante y, por lo tanto, estas curvas o tablas no tienen en cuenta las pérdidas por el efecto de la conexión del ventilador al sistema [1].

Las magnitudes de las correcciones que hay que realizar, para incrementar la presión estática del sistema y compensar las pérdidas producidas por codos u obstrucciones situadoslamuy cerca [1]: de la entrada o salida del ventilador, seotras pueden calcular utilizando ecuación hes = Fes hf

(65)

En la cual: hes = Incremento en las pérdidas por fricción del sistema, mm H2O. Fes = Factor de efecto del sistema. hf = Pérdidas por fricción en el accesorio considerado, mm H2O. ▪

167

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Las figuras 5.13 a 5.15 presentan los factores de efecto del sistema para diferentes situaciones. Cuando se dan condiciones como las que se indican en la figura 5.16, debido a la formación de torbellinos en la corriente de entrada al ventilador, y que se deben a un mal diseño de la caja del ventilador, codos o conductos múltiples cerca de la entrada, etc., no existen tablas que proporcionen los factores de entrada al sistema. En estos casos, donde no se pueden evitar estos vórtices en la entrada, se aconseja el uso de aletas guía, o enderezadores de flujo para reducir su efecto [1]. Canto redondeado

Conducto de salida

25% 50% 75%

Carcaza del ventilador

100% longitud efectiva del conducto

Carcaza del ventilador

Nota: Para calcular el 100% de la longitud efectiva del conducto, suponer un mínimo de 2.5 diámetros para velocidades inferiores a 12.5 m/s y para velocidades superiores a 12.5 m/s, añadir 1 diámetro por cada 5 m/s. Si el conducto es rectangular con dimensiones de los lados a y b, el diámetro equivalente viene dado por 4ab . π

Sin 12% conducto 25% conducto 50% conducto 100% conducto conducto efectivo efectivo efectivo efectivo Recuperación de presión Relación a/b 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0%

50%

2.0 2.0 1.0 0.80 0.47 0.22 –

1.0 1.0 0.66 0.40 0.22 0.14 –

80%

90%

Factor de efecto del sistema 0.40 0.18 0.40 0.18 0.33 0.14 0.14 – 0.10 – – – – –

100%

– – – – – – –

Figura 5.13. Factores de efecto del sistema para la longitud del conducto. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

168

ventiladores

Otra manera de manejar la ubicación del ventilador es respetar la siguiente regla en cuanto a la longitud de los conductos de entrada y salida del ventilador, que se deben considerar como longitudes mínimas para que no sea necesario el uso de los factores de efecto del sistema. Use la regla de “seis y tres” para asegurar el mejor diseño que produce la mínima pérdida con seis diámetros de longitud recta antes de la conexión ala boca de entrada del ventilador y la mínima pérdida con tres diámetros de longitud recta a la salida del mismo (ver figura 5.17). Además, se aconseja que el conducto de emisión sea, como mínimo, tres(3) metros más alto que el punto más alto del techo o que el centro de cualquier entrada de aire, ubicados dentro de una circunferencia de 15 metros de diámetro con centro en el conducto de descarga [1]. Longitud del conducto

D

R

R/ D

Sin conducto

Conducto de 2 D

Conducto de 5 D

–

3.2

2.0

1.0

Sin conducto 2.5 1.6 1.2 1.0 0.8

Conducto de 2 D 1.6 1.0 0.66 0.53 0.47

Conducto de 5 D 0.8 0.47 0.33 0.33 0.26

a. Codo de 90° de dos piezas. Sección circular sin guías. Longitud del conducto D

R

R/ D

0.5 0.75 1.0 2.0 3.0

b. Codo de 90° de tres piezas. Sección circular sin guías. Longitud del conducto D

R

R/D Sin conducto Conducto de Conducto de 2D 5D 0.5 1.8 1.0 0.53 0.75 1.4 0.8 0.40 1.0 1.2 0.66 0.33 2.0 1.0 0.53 0.33 3.0 0.66 0.40 0.22

c. Codo de 90° de cuatro o más piezas. Sección circular sin guías.

Figura 5.14. Factores de efecto del sistema para codos de varias secciones sin guías interiores. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

169

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

H

R/ D

Sin conducto

Conducto de 2 D

Conducto de 5 D

0.5 0.75 1.0 2.0

2.5 2.0 1.2 0.8

1.6 1.2 0.66 0.47

0.8 0.66 0.33 0.26

Longitud del conducto

R

a. Conducto cuadrado con pieza de acoplamiento, sin guías. Longitud del conducto

R/ D

Sin conducto

Conducto de 2 D

Conducto de 5 D

0.5 1.0 2.0

0.8 0.53 0.26

0.47 0.33 0.22

0.26 0.18 0.14

b. Conducto cuadrado con pieza de acoplamiento, con tres guías largas. Longitud del conducto

R/ D

Sin conducto

Conducto de 2 D

Conducto de 5 D

0.5 1.0 2.0

0.8 0.53 0.26

0.47 0.33 0.22

0.26 0.18 0.14

c. Conducto cuadrado con pieza de acoplamiento, con guías cortas.

Figura 5.15. Factores de efecto del sistema para codos. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

▪

170

ventiladores

D

R

Sin conducto

Conducto de 2 D

Conducto de 5 D

0.75

1.4

0.80

0.40

1.0

1.2

0.66

0.33

2.0

1.0

0.53

0.33

3.0

0.66

0.40

0.22

R/ D

a. Flujo no uniforme a la entrada del ventilador con un codo de 90° y sección circular, sin guías.

No es posible tabular la reducción de caudal y de presión que se produce con estas condiciones a la entrada del ventilador. Las múltiples variaciones que se pueden presentar a lo largo y ancho del conducto influyen en la reducción de prestaciones de forma variable y por lo tanto se debe evitar. Se han observado pérdidas de caudal de hasta el 45%. Las instalaciones ya construidas se pueden mejorar colocando aletas direccionadoras o modificando la entrada colocando un codo a escuadra con aletas guía.

b. Flujo no uniforme a la entrada del ventilador inducido por un conducto rectangular.

Aletas guía Aletas guía

Giro del rodete Corrección de un vórtice en contra giro

Aletas guía

Giro del rodete

Corrección de un vórtice con el giro a favor

c. Flujo no uniforme a la entrada del ventilador debido a un vórtice inducido.

Figura 5.16. Corrección del flujo no uniforme en la entrada. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

171

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Ventilador

6D D 3D

Figura 5.17. Forma de instalar un ventilador. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

Ejemplo 8. Sea la instalación del ventilador del ejemplo 7 como la indicada en la figura 5.18, donde se ve en detalle la longitud del tramo recto del conducto, entre la última curva y la entrada al ventilador y la longitud del tramo recto del conducto que sale del ventilador hasta la curva siguiente donde: L 1 = 1.5 m, L 2 = 3 m y L 3 = 7 m. El tramo L 2 incluye la transición entre el conducto rectangular de salida del ventilador y la sección circular del conducto de diámetro igual a 749 mm. El diámetro del conducto de entrada es igual al diámetro de la 3

descarga después del ventilador y el caudal es de 7.1 m /s. G

G L3

Curva 45° R/D = 2

F’ F’ E L2

F Ventilador

F Curva 90° R/D = 2 D’

E F

L1

Figura 5.18. Instalación del ventilador del ejemplo 8. Fuente: Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007. ▪

172

ventiladores

Solución. a) Conducto de entrada al ventilador. Suponiendo que la última curva antes de la entrada al ventilador esté proyectada como un codo de 90° de cuatro o más piezas, se entra en el último esquema de la figura 5.14, que corresponde a un codo de esas características. Siendo el diámetro del conducto de 0.749 m y la longitud L 1 de 1.5 m, la longitud efectiva equivale a dos (2) diámetros: L efectiva = L1 = 1.5 ≅ 2.0 D 0.749

Es decir, que la longitud efectiva del tramo de 1.5 metros es igual a 2 D. Se entra a la figura 5.14 con la relación R/D igual a 2.0, y para una longitud efectiva de 2D se obtiene Fes= 0.53. Con este valor y sabiendo que las pérdidas por fricción ( hf ) para el tramo C-D son de 0.9 mm H2O (ver tabla 4.17), utilizando la ecuación 65 se tiene: hes

= 0.53×0.9 = 0.m 5m H

O

2

b) Conducto de descarga del ventilador. A partir de lo expresado en el texto de la figura 5.13, y siendo la velocidad en el conducto de descarga de 16.1 m/s, resulta que: - Para unadel velocidad inferior(D). a 12.5 m/s, la longitud efectiva mínima conductoeneseldeconducto 2.5 diámetros - Por cada 5 m/s de velocidad adicional respecto a la velocidad mínima de 12.5 m/s se debe añadir un diámetro de longitud efectiva, por lo tanto: ΔV =16.1 – 12.5 =3.6 m/s, y a esta diferencia le corresponde: D longitud efectiva =

3.6 5

= 0.72D

La longitud efectiva total es: L efectiva=D25 . +D

D2 07 . =

.= 32 × 2 .

32 =. 2 07 2.4 49 1 m

Como la longitud real del tramo E-F es mayor que la longitud efectiva no se debe tener en cuenta el factor de efecto del sistema. El valor resultante es entonces igual a:

hes

=

0.5

mm H 2O

Esta cantidad debe ser sumada al valor, obtenido en el ejemplo 7, de la presión estática de 204.8 mm H2O, resultando: '

Pe = eP+ e= h s

2+ 048 .= 05 .

2053.

mm H 2O

Con este nuevo valor se deben recalcular la velocidad (rpm) y la potencia (BHP) del ventilador a seleccionar. ▪

173

CA PÍT ULO 6

Selección de motores 6.1 Potencia del motor 6.2 Disposición o acoplamiento del ventilador 6.3 Selección de correas y poleas

C apítulo 6

Selección de motores Un motor es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. La figura 6.1 presenta las partes típicas de un motor.

61.14

41.30 11.00

66.50

52.00

51.13 13.19

11.10

41.10

1.43

31.00

13.30

1.43 Retenedor 11.00 Platillo AS/B5 11.10 Platillo AS/B3 13.19 Arandela 13.30 Rodamiento AS

31.00 Carcasa-Estator 41.10 Platillo BS/B3 41.30 Rodamiento BS 51.30 Ventilador 52.00 Caperuza 61.14 Tapa caja de bornes 66.50 Regleta de bornes

Figu ra 6.1. Partes de un motor [16]. Fuente: Motores trifásicos de inducción. En: http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq _pdf /cat_motores_ind. pdf.

Para elegir un motor adecuado, se deben tener en cuenta los siguientes datos: la potencia (carga de trabajo), la clase de servicio, el ciclo de trabajo, los procesos de arranque, frenado e inversión, la regulación de la velocidad de rotación, las variaciones de la red y la temperatura del medio refrigerante [16]. La selección del motor que vaa mover el ventilador se hace conociendo la potencia del motor requerida (MHP) y las revoluciones del ventilador [4]. ▪

177

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

6.1 POTE NCIA DEL MOTOR

La potencia del motor no está bien definida, pero es útil pensar en ella como la potencia del ventilador, más una cantidad adicional necesaria para tener en cuenta las pérdidas por deslizamientos, transmisión y uso de poleas. La cantidad adicional de potencia o factor de servicio es variable y corresponde a una fracción de la potencia del ventilador [4]. La expresión para calcular la potencia del motor (MHP) para un ventilador con poleas puede determinarse así: MHP = BHP F S

(66)

En la cual: FS = Factor de servicio.

Si el motor se encuentra ubicado sobre el eje del ventilador, la potencia adicional oscilará entre un 7 y un 15% [2]. La potencia nominal es la potencia que normalmente aparece en las platinas sobre el motor. Una potencia de 2.98 kW significa que el motor está diseñado para extraer hasta 2.98 kW de potencia de corriente desde las líneas eléctricas. No significa que el motor siempre estará suministrando 2.98 kW de potencia [4]. Los fabricantes de motores generalmente los construyen con un pequeño margen de seguridad; por ejemplo, un motor de 2.98 kW puede entregar probablemente hasta 3.73 kW sin quemarse, pero no se puede contar con ese factor de seguridad. Los fabricantes de motores suministran catálogos que permiten seleccionar el equipo necesario, teniendo en cuenta las revoluciones yla potencia nominal del motor [4]. Ver tablas 6.1 y 6.2. 6.2 DISPOSICIÓN O ACOPLAMIEN TO DEL VENTIL ADOR

Generalmente la potencia se comunica a los ventiladores por medio de motores eléctricos, los cuales pueden estar acoplados directamente, o unidos entre sí por medio de bandas y poleas. Ai r Movement and Control Association, Inc. (AMCA) ha establecido diferentes acoplamientos, tanto para ventiladores axiales como para los centrífugos, los cuales se determinan teniendo en cuenta [4]: – La localización de la chumacera (cojinete) en relación con el rotor. – El tipo de conexión; directo el ventilador y el motor, o por poleas y correas en V. – La forma de soportar el motor.

▪

178

seleCCión

de motores

Tabla 6.1. Datos técnicos y selección de motores. Para arranque directo sobre redes 220 V o 440 V en todos los tipos, o arranque Y∆ sobre todas las redes a partir del tamaño 132 S. Frecuencia: 60 Hz Construcción: B3 Refrigeración: Temperatura ambiente admisible: Aislamiento: Clase de protección: Normas:

Superficial 40°C Clase B IP 44 Icontec, IEC VDE

Velocidad 3600 rpm (2 polos) Tipo

Tamaño

Potencia (kW)

Intensidad (Amp) 220V

440V

Velocidad Eficiencia (%) (rpm)

Peso (kg)

220 V YY/440 V Y para arranque directo 1LA3073-2YB60 1LA3080-2YB60 1LA3083-2YB60

71 80 80

0.67 0.90 1.34

3.1 4.2 5.6

1.6 2.1 2.8

3320 3400 3450

71 73 76

6.4 9.0 11.0

1LA3090-2YB60 1LA3096-2YB60 1LA3106-2YB60 1LA3113-2YB60

90S 90L 100L 112M

1.79 2.70 3.58 4.92

7.0 10.5 13.0 17.5

3.5 6.3 6.5 8.8

3375 3410 3470 3480

77 80 82 84

20.2 23.0 34.2 42.0

12.0 16.0 23.0 30.5 37.5

3520 3525 3525 3530 3540

84 86 88 87 86

60.2 66.4 97.0 110.0 138.0

220 V ∆∆/440 V

∆

1LA3130-2YB70 1LA3131-2YB71 1LA3163-2YB72 1LA3164-2YB73 1LA3166-2YB74

para arranque directo o arranque Y 132S 132S 160M 160M 160L

6.71 8.95 13.42 17.90 20.90

∆

24.0 32.0 46.0 61.0 75.0

Nota: 1) Para servicio sobre redes de 208 V se debe reducir la potencia en un 10%. 2) También se suministran los motores en otras formas constructivas como B5, B3/B5, B14 o similares.

▪

179

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.1. Datos técnicos y selección de motores (continuación). Velocidad 1800 rpm (4 polos) Tipo

Tamaño

Potencia (kW)

Intensidad (Amp) 220V

440V

Velocidad (rpm)

Eficiencia (%)

Peso (kg)

220 V YY/440 V Y para arranque directo 1LA3070-4YB60

71

0.29

1.7

0.9

1640

59

6.1

1LA3073-4YB60 1LA3080-4YB60

71 80

0.45 0.67

2.4 3.1

1.2 1.6

1645 1685

64 71

6.6 9.0

1LA3083-4YB60

80

0.90

4.0

2.0

1700

74

9.8

1LA3090-4YB60

90S

1.34

5.9

3.0

1700

74

19.0

1LA396-4YB60

90L

1.79

7.8

3.9

1695

75

22.3

1LA3106-4YB60

100L

2.70

11.0

5.5

1710

77

32.0

1LA3107-4YB60

100L

3.58

14.0

7.0

1700

79

32.3

1LA3113-4YB60

112M

4.92

19.0

9.5

1745

82

44.0

64.0

220 V ∆∆/440 V ∆ para arranque directo o arranque Y ∆ 1LA3130-4YB70

132S

6.71

24.4

12.2

1740

84

1LA3133-4YB70

132M

8.95

31.8

15.9

1750

85

76.0

1LA3163-4YB70

160M

13.42

47.0

23.5

1730

87

101.4

1LA3166-4YB70

160L

17.90

62.2

31.1

1760

88

112.0

Tamaño

Potencia (kW)

Velocidad (rpm)

Eficiencia (%)

Peso (kg)

58 65 69 70 71 75 77

0.9 10.8 10.8 19.0 22.3 33.5 40.0

76 77 78

56.0 64.6 74.4

83 87

89.4 128.0

Tipo

Velocidad 1200 rpm (6 polos) Intensidad (Amp) 220V 440V

220 V YY/440 V Y para arranque directo 1LA3073-6YB70 71 0.29 1.9 1.0 1090 1LA3080-6YB70 80 0.45 2.5 1.3 1110 1LA3083-6YB70 80 0.67 3.6 1.8 1130 1LA3090-6YB70 90S 0.90 4.6 2.3 1120 1LA3096-6YB70 90L 1.34 6.8 3.4 1120 1LA3106-6YB70 100L 1.79 8.5 4.3 1125 1LA3113-6YB70 112M 2.70 12.2 6.1 1140 220 V ∆∆/440 V ∆ para arranque directo o arranque Y ∆ 1LA3130-6YB70 132S 3.58 16.0 8.2 1155 1LA3133-6YB70 132M 4.92 21.2 10.6 1150 1LA3134-6YB70 132M 6.71 28.6 14.3 1160 1LA3163-6YB70 1LA3166-6YB70

160M 160L

8.95 13.42

38.0 52.0

19.0 26.0

1165 1155

Nota: 1) Para servicio sobre redes de 208 V se debe reducir la potencia en un 10%. 2) También se suministran los motores en otras formas constructivas como B5, B3/ B5, B14 o similares. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

180

seleCCión

de motores

Eficiencia (%)

Peso (kg)

Tabla 6.2. Selección de motores CAT. Velocidad 3600 rpm (2 polos) Tipo

Tamaño

Potencia (kW)

Factor de servicio

Intensidad (Amp) 220V

440V

Velocidad (rpm)

1LA7 070-2YA60 1LA7 072-2YA60 1LA7 073-2YA60 1LA7 080-2YC60

71 71 71 80

0.56 0.67 0.75 0.90

1.15 1.05 1.15 1.05

2.40 3.20 3.50 4.00

1.20 1.60 1.75 2.00

3430 3320 3320 3400

79.0 66.0 65.0 68.0

4.3 6.0 6.0 8.4

1LA7 080-2YA60 1LA7 082-2YA60 1LA7 083-2YA60 1LA7 090-2YC60 1LA7 090-2YA60 1LA7 094-2YA60 1LA7 096-2YA60 1LA7112-2YA60 1LA7113-2YA60 1LA7114-2YA60 1LA7130-2YA70 1LA7131-2YA70 1LA7132-2YA70 1LA5163-2YB70 1LA5164-2YB70 1LA5167-2YB70

80 80 80 90 90 90 90 112 112 112 132S/M 132S/M 132S/M 160M/L 160M/L 160M/L

1.12 1.34 1.50 1.79 2.20 2.70 3.00 3.73 4.92 5.60 7.50 9.00 11.20 14.90 18.70 22.40

1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.15 1.05 1.15 1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.05

5.30 5.80 6.20 7.00 9.00 10.80 12.20 16.00 19.00 21.80 28.00 32.00 41.00 53.00 70.00 81.00

2.65 2.90 3.10 3.50 4.50 5.40 6.10 8.00 9.50 10.90 14.00 16.00 20.50 26.50 35.00 40.50

3370 3450 3410 3460 3490 3460 3440 3480 3480 3500 3520 3525 3520 3528 3530 3540

69.0 72.4 74.0 79.0 76.0 79.0 82.0 71.1 79.0 77.4 79.0 80.0 80.5 87.0 88.0 90.0

8.4 0.0 0.0 1.7 3.7 14.9 15.0 28.0 30.8 33.4 50.0 52.5 56.5 69.5 82.5 94.0

1LA4 183-2YC80 1LA4184-2YA80 1LA4206-2YC80

180M 180M 200L

26.1 29.8 37.3

1.05 1.05 1.15

87 102 124

43.5 51.0 62.0

3540 3510 3530

89.0 90.5 90.0

160.5 162.0 235.0

1LA4207-2YA80 1LA6224-2YC80 1LA6258-2BB90-Z 1LA6 280-2AC60 1LA6 283-2AC60 1LA6310-2AC60 1LA6 313-2AC60 1LA6316-2AC90-Z 1LA6317-2AC90-Z

200L 225M 250M 280S 280M 315S 315M 315L 315L

44.5 55.5 75.0 93.0 112.0 138.0 168.0 205.0 242.0

1.15 1.15 1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.1 1.1

148 188 240

74.0 94.0 120.0 143.6 169.7 212.3 257.4 309.9 360.7

3545 3540 3558 3570 3570 3576 3576 3576 3580

91.0 93.4 93.9 94.3 94.7 94.8 95.1 95.5 96.0

260.0 320.0 490.0 570.0 610.0 790.0 850.0 990.0 1100.0

Motores de alta eficiencia

Velocidad 1800 rpm (4 polos) Tipo

Tamaño

Potencia (kW)

Factor de servicio

Intensidad (Amp) 220V

440V

Velocidad (rpm)

Eficiencia (%)

Peso (kg)

1LA7 070-4YC60 1LA7 070-4YA60 1LA7 071-4YA60 1LA7 073-4YA60 1LA7 080-4YC60

71 71 71 71 80

0.29 0.37 0.45 0.56 0.67

1.05 1.15 1.05 1.15 1.05

1.6 1.9 2.2 2.9 3.1

0.80 0.95 1.10 1.45 1.55

1640 1590 1645 1650 1675

66.0 66.0 69.0 65.0 68.0

4.7 5.5 6.0 6.0 8.1

1LA7 080-4YA60 1LA7 081-4YA60 1LA7 083-4YA60 1LA7 090-4YC60 1LA7 090-4YA60 1LA7 094-4YA60 1LA7 096-4YA60 1LA7 111-4YA60 1LA7 112-4YA60 1LA7 113-4YA60 1LA7 114-4YA60 1LA7131-4YA70

80 80 80 90 90 90 90 112 112 112 112 132S/M

0.75 0.90 1.12 1.34 1.50 1.79 2.20 3.00 3.73 4.92 5.60 7.50

1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.15 1.15 1.05 1.15 1.15

3.5 4.0 5.0 6.4 7.0 7.4 9.6 13.0 15.8 19.6 23.2 28.8

1.75 2.00 2.5 3.2 3.5 3.7 4.8 6.5 7.9 9.8 11.6 14.4

1660 1675 1650 1700 1700 1690 1708 1750 1750 1745 1740 1750

69.2 70.0 72.0 77.0 77.0 77.0 79.0 76.3 80.5 78.0 80.0 81.0

8.1 9.3 9.3 11.9 12.1 14.9 14.9 27.1 28.7 31.0 32.7 46.5 ▪

181

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.2. Selección de motores CAT (continuación). Velocidad 1800 rpm (4 polos) Tipo

1LA7133-4YA70 1LA7134-4YA70 1LA5164-4YB70 1LA5167-4YC70 1LA4 183-4YA80 1LA4 186-4YA80 1LA4187-4YA80 1LA4207-4YC80 1LA6220-4YA80 1LA6224-4YC80 1LA6258-4BA90-Z 1LA6280-4BA90-Z 1LA6283-4BA90-Z 1LA6 310-4AA60 1LA6 313-4AA60 1LA6316-4AA90-Z 1LA6317-4AA90-Z

Tamaño

Potencia (kW)

132S/M 132S/M 160M/L 160M/L

9.00 11.2 14.9 18.7

180M 180L 180L 200L 225S 225M 250M 280S 280M 315S 315M 315L 315L

22.4 26,8 29.8 37.3 44.5 56.0 75.0 93.0 112.0 138.0 168.0 205.0 261.0

Factor de servicio

1.05 1.15 1.15 1.15

Intensidad (Amp) 220V

34.0 43.0 53.0 64.0

Motores de alta eficiencia 1.05 78 1.05 93 1.05 104 1.15 126 1.15 148 1.15 188 1.20 240 1.05 290 1.00 355 1.00 1.00 1.10 1.10

440V

Velocidad (rpm)

Eficiencia (%)

Peso (kg)

17.0 21.5 26.5 32.0

1750 1750 1760 1755

81.2 82.5 85.0 89.0

49.0 62.0 77.5 85.5

39.0 46.5 52.0 63.0 74.0 94.0 120.0 145.0 177.5 222.2 265.2 323.1 409.5

1755 1760 1750 1760 1765 1780 1780 1785 1785 1783 1783 1783 1785

90.7 91.3 91.3 91.3 96.2 92.7 94.0 94.7 94.9 94.8 95.5 95.6 96.2

170 190 190 250 314 321 495 610 660 830 910 1060 1200

Velocidad 1200 rpm (2 polos) Tipo

Tamaño

Potencia (kW)

Factor de servicio

Intensidad (Amp) 220V

440V

Velocidad (rpm)

Eficiencia (%)

Peso (kg)

1LA7 072-6YA60 1LA7 073-6YA60 1LA7 080-6YC60 1LA7 080-6YA60 1LA7 082-6YA60 1LA7 083-6YA60 1LA7 090-6YC60 1LA7 090-6YA60 1LA7 096-6YA60 1LA7112-6YA60 1LA7113-6YA60 1LA7130-6YA70 1LA7133-6YA70 1LA7135-6YA70 1LA5164-6YB70 1LA5167-6YC70 Motores de alta eficiencia 1LA4 186-6YA80 1LA4 206-6YA80 1LA4 207-6YA80 1LA6223-6YC80

71 71 80 80 80 80 90 90 90 112 112 132S/M 132S/M 132S/M 160M/L 160M/L

0.29 0.37 0.45 0.56 0.66 0.74 0.90 1.12 1.50 2.20 3.00 3.73 5.60 7.50 11.20 14.90

1.05 1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.05 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.05 1.05 1.05

1.60 2.20 2.40 3.30 3.60 4.20 5.20 6.60 7.80 11.80 15.00 16.40 26.00 33.00 44.00 60.00

0.80 1.10 1.20 1.65 1.80 2.10 2.60 3.30 3.90 5.90 7.50 8.20 13.00 16.50 22.00 30.00

1090 1020 1080 1075 1080 1090 1135 1110 1100 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1170

65.0 61.0 63.0 62.0 66.0 67.0 67.0 69.0 72.0 72.1 76.8 78.5 78.0 80.5 85.0 86.0

5.7 5.7 8.5 8.5 10.5 10.5 11.9 12.0 14.9 26.7 29.6 40.5 54.0 60.0 73.5 89.5

180L 200L 200L 225M

18.7 22.4 26.8 37.3

1.05 1.05 1.05 1.15

67.5 79.0 95.0 124.0

33.8 39.5 47.5 62.0

1170 1175 1175 1170

88.0 89.0 89.0 92.0

180 240 255 315

1LA6 253-6AA60 1LA6 280-6AA60 1LA6 283-6AA60 1LA6 310-6AA60-Z 1LA6 313-6AA60-Z 1LA6 316-6AA90-Z 1LA6 317-6AA90-Z 1LA6 318-6AA60

250M 280S 280M 315S 315M 315L 315L 315L

45 56 75 93 112 131 149 187

1.10 1.05 1.00 1.10 1.10 1.10 1.10 1.05

73.9 91.7 121.7 151.6 181.3 210.4 239.7 299.3

1176 1178 1180 1185 1185 1185 1183 1185

92.4 93.0 93.0 93.8 94.2 94.7 94.7 95.0

410 540 580 770 830 970 1060 1100

Fuente: Motores trifásicos de inducción. En: http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq _pdf /cat_motores_ind. pdf. ▪

182

seleCCión

de motores

Tabla 6.3. Dimensiones de los motores CAT (medidas para los montajes en mm). Tamaño

71 80 90S 90L 112M 132S 132M 160M 160L 180M 180L 200L 225S 225M 250M 280S 280M 315S1) 315S2) 315M1) 315M2)

Medidas comunes (IM B3, IM B5) ldtugg 30 40 50 50 60

1

14 19 24 24 28

16.1 21.5 26.9 26.9 31.0

5 6 8 8 8

148 163 181 181 227

80 80 110 110 110 110 110 *140 *140 140 140 140 140 170 140 170

38 38 42 42 48 48 55 *60 *60 *65 *75 *75 65 85 65 80

41.3 41.0 45.0 45.0 51.5 51.5 59.0 *64.0 *64.0 *69.0 *79.5 *79.5 69.0 85.0 69.0 85.0

10 10 12 12 14 14 16 18 18 18 *20 *20 18 22 18 22

265 266 320 320 357 357 403 447 447 520 575 575 645

140 170

65 80

69.0 85.0

18 22

645

499 499 534

645

1)

315L2) 315L

▪

183

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.3. Dimensiones de los motores CAT (continuación). Tamaño

71 80 90S 90L 112M 132S 132M 160M 160L 180M 180L 200L 225S 225M 250M 280S 280M 315S1) 315S2) 315M1) 315M2) 315L1) 315L2)

Medidas de la forma constructiva IM B3 p/p 2 178.5 193.5 211.5 211.5 260.0 315.0

k 240 274 331 331 393 481

a 90 100 100 125 140 140

bh 112 125 140 140 190 216

71 80 90 90 112 132

W1 45 50 56 56 70 89

s 7.0 9.5 10.0 10.0 12.0 12.0

e 107.5 119.5 114.5 144.5 176.0 121.8

f 132 150 165 165 226 256

299.0 365.5 365.5 410 410 460 569 569 680 735 735

491 629 629 653 691 743 *830 *830 930 1005 1005 1110 1140 1110 1140 1250 1280

178 210 254 241 279 305 286 311 349 368 419 406

216 254 254 279 279 318 356 356 406 457 457 508

132 160 160 180 180 200 225 225 250 280 280 315

89 109 109 121 121 133 149 149 168 190 190 216

12.0 15.0 15.0 16.0 16.0 20.0 19.0 19.0 24.0 24.0 24.0 28.0

218.0 300.0 300.0 301.0 339.0 385.0 361.0 361.0 409.0 479.0 479.0 527.0

226 300 300 339 339 398 436 436 506 557 557 628

406

508

315

216

28.0

527.0

628

508

508

315

216

28.0

578.0

628

* Para motores de dos polos cambian las siguientes medidas: Tamaño constructivo 225 M: I=110; d=55; t=59; u=16 mm.; k=800... Tamaño constructivo 250 M:d=60; t=64... Tamaño constructivo 280 S: d=65; t=69; u=18 mm. Fuente: Motores trifásicos de inducción. En: http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq _pdf /cat_motores_ind. pdf. ▪

184

seleCCión

de motores

Tabla 6.3. Dimensiones de los motores CAT (continuación). Tamaño 71 80 90S 90L 112M 132S 132M 160M 160L 180M 180L 200L 225S 225M 250M 280S 280M 315S1) 315S2) 315M1) 315M2) 315L1) 315L2)

Medidas de la forma constructiva IM B5/IM B35 c1 e1 f1 6 130 3.5 8 165 3.5 7 165 3.5 7 165 3.5 11 215 4.0

a1 160 200 200 200 250

b1 110 130 130 130 180

s1 10.5 13.0 13.0 13.0 14.5

k 231 283 324 324 388

300 300 350 350 350 350 400 450 450 550 550 550 660

230 230 250 250 250 250 300 350 350 450 450 450 550

14 12 20 20 13 13 15 16 16 18 18 18 22

265 265 300 300 300 300 350 400 400 500 500 500 600

4.0 4.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 6.0

15.0 4.5 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 17.5 17.5 17.5 17.5 17.5 22.0

600

6.0

22.0

600

6.0

22.0

481 491 628 628 653 691 743 *830 *830 930 1005 1005 1110 1140 1110 1140 1250 1280

660

550

22

660

550

22

Fuente: Motores trifásicos de inducción. En: http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq _pdf /cat_motores_ind. pdf. ▪

185

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

ACOPLAMIEN TO 1 Consiste en dos cojinetes montados sobre una base con el rotor y la polea adheridos a un eje, movido por una correa. Los cojinetes se encuentran ubicados externamente (con relación a la corriente de aire). Este arreglo debe seleccionarse para sistemas cerrados, que manejan aire contaminado o para situaciones donde la presencia de humedad o calor pueda ir en detrimento de los cojinetes.

ACOPLAMIEN TO 2 Posee la misma aplicación y ventajas del arreglo 1, la única diferencia es que el centro de los cojinetes es más corto, proporcionando economía de espacio. Este arreglo se usa para montajes cercanos a la pared o donde el espacio de la planta sea reducido.

ACOPLAMIENTO 3 ACOPLAMIEN TO 9 Los rotores están Esencialmente montados entre igual al arreglo 1, los cojinetes, sospero el motor se tenidos sobre cada encuentra montalado de la voluta do sobre la base del ventilador para del ventilador con mayor estabilidad conexión para una y resistencia. Las transmisión de coprincipales ventajas rrea en V. Se recomienda su construcción de este arreglo son que es compacto y de en forma monolítica, lo que simplifica su bajo costo inicial. Se r ecomienda para moinstalación. ver aire limpio y seco como en sistemas de calefacción y de aire acondicionado, tanto cuando se monte uno o dos rotores. ACOPLAMIENTOS CON TRANSMISIÓN DIRECTA (ARREGLOS 4 Y 8) Cuando se requieren un caudal y presión estática altos en un sistema, la transmisión por correas no es la adecuada, y por lo tanto, se necesita el montaje de un sistema de transmisión directa. Los ventiladores de transmisión directa son compactos, eficientes y económicos. Evitan los problemas de tensión, mantenimiento y reemplazo de las correas. Los arreglos 4 y 8 son los más comunes para los montajes en transmisión directa. Figura 6.2. Fuente: ▪

186

Tipos de acoplamiento del ventilador.

Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

seleCCión

de motores

La selección de un acoplamiento correcto es de una importancia particular donde la aplicación requiere la localización de la chumacera fuera de la corriente de aire[4]. Los diferentes acoplamientos se observan en la figura 6.2. 6.3 SELECCIÓN DE CORREAS Y POLEAS Las correas son una forma económica y libre de dificultades para transmitir la

potencia cuando éstas han sido adecuadamente diseñadas. Las correas se utiliza n cuando el motor no se encuentra unido al eje del ventilador. Las correas en V son el tipo más utilizado y presentan las siguientes ventajas [4]: – Permiten una gran relación de velocidad, porque la acción como cuña de las correas en V compensa largamente el bajo arco de contacto de la polea menor. – Permiten mandos más compactos al emplear distancias cortas entre centros. – Protegen el motor y los cojinetes contra las fluctuaciones de carga. – No requieren lubricación, esencial en las instalaciones directas. – Son libres de la vibración o el ruido que se produce en los mandos directos.

Ventilador

Motor

Polea

Figura 6.3. Localización del motor en los ventiladores. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

– Elimina la eventualidad de paradas sin advertencia, tal como ocurre en el caso de roturas en mandos de engranaje y piñón. Ya que un buen diseño es el ▪

187

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

primer paso para conseguir una transmisión libre de molestias, el reemplazo de correas puede hacerse fácilmente y en corto tiempo. Es necesario tener en cuenta seleccionar debidamente las correas y poleas para que la transmisión proporcione la velocidad deseada, transmita la potencia requerida y permita una duración satisfactoria [4]. Para seleccionar una transmisión se necesita conocer cuatro factores [4]: –

Potencia requerida del motor. – Velocidad giro del motor. – Velocidad de giro del ventilador. – La distancia aproximada entre los centros de las poleas del motor y el ventilador, con sus límites mínimo y máximo. Correa Motor Polea mayor

Polea menor

Figura 6.4. Acople de las correas en las poleas. Fuente: Goodyear. Productos de transmisión de potencia. En: http://www.goodyear.cl/epd/co rreas_transmision.

Elemento aislante Elemento de tracción Capa

Elemento de compresión

Figura 6.5. Partes de una correa. Fuente: Goodyear. Productos de transmisión de potencia. En: http://www.goodyear.cl/epd/correas_ transmision. ▪

188

-

seleCCión

de motores

6.3.1. Potencia del motor Para calcular la potencia del motor se debe escoger el tipo de trabajo para determinar el factor de servicio (ver tabla 6.4). Tabla 6.4. Factor de servicio por tipo de trabajo. Factor de servicio

Condiciones de trabajo

Trabajoliviano

1

Trabajo intermitente. Funcionamiento menor o igual a 6 horas diarias. Sin sobre cargas

Trabajo normal

1.2

Sobre carga máxi ma momentánea o carga en el arranque inicial menor o igual a 150% de la carga normal. Funcionamiento de 6 a 16 horas

Trabajo pesado

1.4

Sobre carga máxima momentánea o carga con arra nque inicial, menor o igual a 250% de la carga normal. Funcionamiento continuo de 16 – 24 horas diarias

Tipo de trabajo

Trabajo extrapesado

1.6 – 2

Sobre carga máxi ma momentánea o carga en el arranque inicial, mayor de 250% de la carga normal. Frecuentes sobre cargas momentáneas o frecuentes arranques, funcionamiento continuo de 24 horas diarias, 7 días a la semana.

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

El factor de servicio correcto está determinado por [4]: – La extensión y frecuencia de las cargas pico. – El número de horas de operación por año, dividido en horas promedio por día de servicio continuo. – El tipo de servicio (intermitente, normal o continuo). – Las condiciones de funcionamiento. • Servicio liviano (factor de servicio: 1.0). Servicio intermitente, no más de 6 horas diarias. No se debe exceder nunca la carga para la cual está certificada. • Servicio normal (factor de servicio: 1.2). Servicio continuo de 6 a 16 horas diarias, donde ocasionalmente la carga inicial o la carga pico no excede el 150% de la carga total. • Servicio pesado (factor de servicio: 1.4). Servicio continuo de 16 a 24 horas diarias, donde la carga inicial o la carga pico no excede del 250% de la carga total. ▪

189

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

• Servicio extrapesado (factor de servicio: de 1.6 a 2.0). Servicio continuo de 24 horas diarias y 7 días a la semana, donde la carga inicial o la carga pico excede el 250% de la carga total. El factor de servicio se ve incrementado por las condiciones de funcionamiento según la tabla 6.5. Tabla 6.5. Incremento en el factor de servicio por las condiciones

de funcionamiento. Condicionesdefuncionamiento

Incremento

Ambiente con polvo

0.1

Ambiente húmedo

0.1 En la parte f loja

Uso de poleas tensoras En la parte tensa

Internamente Externamente Internamente Externamente

Polea motriz con diámetro mayor que el de la polea conducida

0.1 0.1 0.1 0.2 0.2

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

La potencia del motor se obtiene multiplicando la potencia del ventilador (BHP) por el factor de servicio seleccionado (ver ecuación 66). 6.3.2 Selección de la sección transversal de la correa y el diámetro primitivo de las poleas

En la figura 6.6 se localiza la potencia del motor en el eje horizontal y la velocidad de giro del eje más rápido (ventilador o motor) en el eje vertical. El punto donde se interceptan las líneas indica la sección de correa recomendada y el intervalo de diámetros para la polea del eje más rápido [4]. Las correas se fabrican en cuatro diferentes secciones según se observa en la figura 6.7.pero Las todas correas producidas variar algo dimensiones nominales, ellas operaránpueden correctamente en en lasestas poleas ranuradas cuyas dimensiones están dadas en la tabla 6.6 [4]. Se calcula la relación de velocidades dividiendo la velocidad de rotación del eje más rápido por la velocidad de rotación del eje lento, así: RT ▪

190

RPM (eje más rápido ) =

rpm (eje más lento )

(67)

seleCCión

de motores

10000 10000

) m p )r ( m p n (ró ni ióc ca a tt o ror 1000 e d e 1000 dd a d ida c lod ei Vc o l e V

100 100

Perfil A A Perfil Perfil B B Perfil Perfil Perfil C C Perfil Perfil D C

Diámetro de la polea: Perfil A: 76.2 a 127.0 mm Perfi l B: 127.0 a 203.2 mm Perfi l C: 177.8 a 330.2 mm Perfi l D: 304.8 a 711.2 mm

11

10 10

100 100

1000 1000

MHP (kW) (kW) MHP

Figura 6.6. Perfil de la correa y diámetro de la polea menor. Fuente: elaboración propia.

La tabla 6.6 presenta las dimensiones de referencia para las poleas. La tabla 6.7 presenta el diámetro primitivo mínimo recomendado para poleas acopladas o motores eléctricos. ls h

Sección

Ancho superior,

Designación Ancho primitivo, lp (mm) A 11 B 14

ls (mm) 13 17

C D

19 27

22 32

Altura, h

Ángulo, α

(mm) (grados) 8 1 ± 40 11 1 ± 40

14 19

1 1

± 40 ± 40

Figura 6.7. Dimensiones nominales de las correas. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

191

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.6. Dimensiones de referencia para las poleas. Esquinas sin aristas Ángulo del canal ls b

lp

a

e d o n r e t x e o rt e m iá D

d p o v it i m ri p o tr e m á i D

h

e

f

I =X( − X 1) f e + 2

En la cual: X = Número de canales de = Diámetro externo de las poleas dp = diámetro primitivo de las poleas b h ls lp α e f

Perfil

A B C D

= = = = = = =

Altura de los canales arriba del diámetro primitivo Profundidad de los canales abajo del diámetro primitivo Ancho superior de los canales Ancho primitivo Ángulo de los canales Distancia entre los centros de dos canales consecutivos Distancia entre el centro del último canal y el borde más próximo de la polea

Diámetro, dp (mm)

Ángulo de los canales

De 75 a 118

34 ± 0.33

ls (mm) 12.7 ± 0.13

>118 De 125 a 190 >190 De 200 a 315 >315 De 355 a 475 >475

38±0.33 34 ± 0.33 38±0.33 34 ± 0.33 38±0.33 36 ± 0.33 38±0.33

12.9±0.13 16.1 ± 0.15 16.4±0.15 21.9 ± 0.18 22.3±0.18 32.3 ± 0.20 32.6±0.20

a

Dimensiones de referencia de los canales e f b h (mm) (mm) (mm) (mm)

ls (mm)

15.0±0.3

9.0

2.75

8.7

11.0

19.0±0.4

11.5

3.50

10.8

14.0

25.5±0.5

16.0

4.80

14.3

19.0

37.0±0.6

23.0

8.10

19.9

27.0

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

192

seleCCión

de motores

Tabla 6.7. Diámetro primitivo mí nimo recomendado para poleas acopladas a motores eléctricos. Potencia del motor (kW)

dp (mm) Velocidad de giro del motor (rprm) 600/575

720/695

900/870

0.38

64

64

64

0.56 0.75 1.13 1.50 2.25 3.75 5.63 7.50 11.25 15.00 18.75 22.50

76 76 76 95 114 114 133 152 171 210 229 254

64 76 76 76 95 114 114 133 152 171 210 229

30.00 37.50 45.00 56.25 75.00 93.75 112.50

254 279 305 356 457 508 559 559 559 686

254 254 279 330 381 457 508 559 559 686

150.00 187.50 225.00

1200/1160

1800/1750

3600/3450

64 64 76 76 76 95 114 114 133 152 171 171

64 64 64 64 76 76 95 114 114 133 152 171

57 64 64 64 76 76 95 114 114 114 133

57 64 64 64 76 76 95 114 114

210 229 254 254 330 381

171 210 229 254 330 330

152 167 191 229 254 279

457 559

330

Nota: Los diámetros indicados aquí son los mínimos recomendados de forma a no perjudicar los ejes, soportes y correas. Esos datos son generalmente conservados, pero para casos especiales consulte al fabricante del motor sobre diámetros mínimos de poleas. Los datos son apenas una guía, ya que no hay patrón local de diámetros mínimos en función de las características de los motores eléctricos. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

La tabla 6.8 presenta las dimensiones nominales de las correas. Las correas multi-V 3T Goodyear son fabricadas en cuatro perfiles y en una gran variedad de tamaños. ▪

193

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.8. Dimensiones nominales de las correas Goodyear.

8 mm

A

11 mm

38°

32 mm

22 mm

17 mm

13 mm

B

14 mm

38°

19 mm

C

D

38°

Perfil A

Tamaño (mm)

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

590 620 640 670 695 720 745 770 795 820 845 870 895 920 945 970 990 1025

610 635 660 685 710 735 760 785 810 840 865 890 915 940 965 990 1015 1040

26 27 30 32 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

705 730 810 860 910 935 960 985 1010 1035 1060 1085 1110 1140 1165 1190 1215 1240

735 760 840 890 940 965 990 1015 1040 1065 1090 1120 1145 1170 1195 1220 1245 1270

47 50 51 53 54 55 56 57 59 60 62 63 64 67 68 70 71 72

1265 1345 1370 1420 1445 1470 1495 1520 1575 1560 1650 1675 1700 1775 1800 1850 1875 1900

1295 1370 1395 1450 1475 1500 1525 1550 1600 1625 1675 1700 1725 1805 1830 1880 1905 1930

120 124 128 130 132 136 144 158 160 162 164 167 173 180 195 210 220 225

3130 3235 3335 3385 3435 3540 3740 4095 4150 4200 4250 4325 4480 4655 5035 5420 5610 5735

3125 3225 3325 3380 3430 3530 3735 4090 4140 4190 4240 4320 4470 4650 5030 5410 5665 5790

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

1050 1075 1100 1125 1150 1175 1200 1230 1250 1280 1305 1330 1360 1380 1405 1430 1455 1480 1505

1065 1090 1120 1145 1170 1195 1220 1245 1270 1295 1320 1345 1370 1395 1420 1450 1475 1490 1525

48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 62 63 64 65 67 68

1265 1290 1315 1340 1365 1390 1415 1445 1470 1495 1520 1545 1570 1620 1645 1670 1695 1750 1775

1295 1320 1345 1370 1395 1420 1450 1475 1500 1525 1550 1575 1600 1650 1676 1700 1725 1780 1805

73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 84 85 88 89 90 91 95 96 97

1930 1955 1980 2005 2030 2055 2080 2105 2130 2155 2205 2235 2310 2335 2360 2385 2485 2510 2535

1955 1980 2005 2035 2055 2080 2110 2135 2160 2185 2235 2260 2335 2360 2390 2415 2515 2540 2665

240 250 260 268 270 275 286 288 290 300 330 345 360 370 380 390 418 420 440

6115 6370 6625 6825 6880 7005 7285 7335 7385 7640 8405 8785 9165 9420 9675 9925 10635 10670 11195

6170 6425 6680 6885 6935 7060 7340 7390 7440 7695 8460 8840 9220 9475 9730 9980 10695 10745 11250

59 60 61 62 63 64 65 66 67 68

1530 1555 1580 1610 1635 1660 1685 1710 1735 1760

1550 1575 1600 1625 1650 1675 1700 1725 1755 1780

70 71 72 73 74 75 76 77 78 80

1825 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 2025 2080

1855 1880 1905 1930 1955 1980 2005 2030 2055 2110

98 99 100 104 105 111 112 119 120 122

2565 2590 2615 2715 2740 2895 2920 3095 3120 3170

2590 2615 2640 2745 2770 2920 2945 3125 3150 3200

450 460 480 510 120 124 128 130 132 136

11450 11705 12215 12975 3130 3235 3335 3385 3435 3540

11505 11760 12270 13030 3125 3225 3325 3380 3430 3530

▪

194

Perfil B

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

Perfil C

38°

Longitud efectiva (mm)

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

Perfil D

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

seleCCión

de motores

Tabla 6.8. Dimensiones nominales de las correas Goodyear (continuación).

8 mm

A

11 mm

38°

32 mm

22 mm

17 mm

13 mm

B

14 mm

38°

19 mm

C

D

38°

Perfil A

Tamaño (mm)

69 70 71 74 75 78 79 80 82 84 85 89 90 92 95 96 104 105

1785 1810 1835 1910 1940 2015 2040 2065 2115 2165 2190 2295 2320 2370 2445 2470 2675 2700

1805 1830 1855 1930 1955 2030 2055 2080 2135 2185 2210 2310 2335 2390 2465 2490 2690 2720

81 83 84 85 88 89 90 92 93 95 96 97 100 103 105 111 112 119

2105 2155 2180 2205 2280 2305 2330 2385 2410 2460 2485 2510 2585 2660 2715 2865 2890 3070

2135 2185 2210 2235 2310 2335 2360 2415 2440 2490 2515 2540 2615 2690 2745 2895 2920 3100

126 128 129 130 131 132 134 136 138 140 142 143 144 147 148 149 150 151

3275 3325 3350 3375 3400 3425 3475 3530 3580 3630 3680 3705 3730 3810 3835 3860 3885 3910

3300 3355 3380 3405 3430 3455 3505 3555 3605 3660 3710 3735 3760 3835 3860 3885 3910 3935

144 158 160 162 164 167 173 180 195 210 220 225 240 250 260 268 270 275

3740 4095 4150 4200 4250 4325 4480 4655 5035 5420 5610 5735 6115 6370 6625 6825 6880 7005

3735 4090 4140 4190 4240 4320 4470 4650 5030 5410 5665 5790 6170 6425 6680 6885 6935 7060

111 112 119 120 124 126 128 136 144 158 162 173 180

2850 2880 3055 3080 3185 3235 3285 3490 3690 4045 4150 4425 4605

2870 2895 3075 3100 3200 3250 3300 3505 3710 4065 4165 4445 4620

120 122 123 124 126 128 130 131 132 133 134 136 138 140 144 158 162 168 170

3085 3145 3170 3195 3245 3295 3350 3375 3400 3425 3450 3500 3550 3600 3705 4060 4160 4315 4365

3125 3175 3200 3225 3275 3325 3380 3405 3430 3455 3480 3530 3580 3630 3735 4090 4190 4345 4395

156 158 160 161 162 163 166 169 170 172 173 175 180 195 210 225 240 255 270

4035 4085 4140 4165 4190 4215 4290 4335 4390 4440 4470 4520 4645 5025 5410 5740 6120 6500 6880

4065 4115 4165 4190 4215 4240 4320 4395 4420 4470 4495 4545 4675 5055 5435 5765 6145 6530 6910

286 288 290 300 330 345 360 370 380 390 418 420 440 450 460 480 510

7285 7335 7385 7640 8405 8785 9165 9420 9675 9925 10635 10670 11195 11450 11705 12215 12975

7340 7390 7440 7695 8460 8840 9220 9475 9730 9980 10695 10745 11250 11505 11760 12270 13030

173 174 178 180 185 195 210 225 240 249

4440 4465 4565 4620 4750 5000 5380 5725 6105 6330

4470 4495 4595 4650 4775 5030 5410 5765 6145 6375

300 315 330 360 390 420

7645 8025 8405 9165 9930 10690

7670 8050 8435 9195 9955 10720

Perfil B

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

Perfil C

38°

Longitud efectiva (mm)

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

Perfil D

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

▪

195

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.8. Dimensiones nominales de las correas Goodyear (continuación).

8 mm

A

11 mm

38°

Perfil A

Tamaño (mm)

B

14 mm

38°

Longitud efectiva (mm)

32 mm

22 mm

17 mm

13 mm

19 mm

C 38°

Perfil B

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

270 300 330 360 140 144 158 162 168 170 173 174 178 180 185 195 210 225

6865 7630 8390 9150 3600 3705 4060 4160 4315 4365 4440 4465 4565 4620 4750 5000 5380 5725

6910 7670 8435 9195 3630 3735 4090 4190 4345 4395 4470 4495 4595 4650 4775 5030 5410 5765

240 249 270 300 330 360 360 140 144 158 162 168 170 173 174 178 180 185 195

6105 6330 6865 7630 8390 9150 9150 3600 3705 4060 4160 4315 4365 4440 4465 4565 4620 4750 5000

6145 6375 6910 7670 8435 9195 9195 3630 3735 4090 4190 4345 4395 4470 4495 4595 4650 4775 5030

210 225 240 249 270 300 330 360

5380 5725 6105 6330 6865 7630 8390 9150

5410 5765 6145 6375 6910 7670 8435 9195

Perfil C

Tamaño (mm)

D 38°

Longitud efectiva (mm)

Perfil D

Tamaño (mm)

Longitud efectiva (mm)

Fuente: Goodyear. Productos de tra nsmisión de potencia. En: http://www.goodyear. cl/epd/correas_transmision. ▪

196

seleCCión

de motores

Tabla 6.9. Factor de corrección del arco de contacto FAc. FAc

Dp − d p

Ac

C

(grados)

V-V

0.00 0.10

180 174

1.00 0.99

0.75 0.76

0.20 0.30 0.40

169 163 157

0.97 0.96 0.94

0.78 0.79 0.80

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

151 145 139 133 127

0.93 0.91 0.89 0.87 0.85

0.81 0.83 0.84 0.85 0.86

1.00 1.10 1.20 1.30

120 113 106 99

0.82 0.80 0.77 0.73

0.82 0.80 0.77 0.73

1.40 1.50

91 83

0.70 0.65

0.70 0.65

V -Plana

Notas: Ac = Arco de contacto. FAC = Factor de corrección.

Correa V-Plana para transmisiones con polea grande plana y polea pequeña ranurada (canal en “V”). Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

Fórmula para calcular el arco de contacto: °

AC

 Dp − d p 

= 180 −  

En la cual:

C

°

60 

(68)



Dp = Diámetro primitivo de la polea mayor. dp = Diámetro primitivo de la polea menor. C =Distancia entre los centros de los ejes. ▪

197

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.10. Factor de corrección del largo primitivo FLp. Designación del tamaño

Factor de corrección FLP Perfil ABCDE

26

0.78

31

0.82

35

085

0.80

38 42

0.87 0.89

0.82 0.84

46

0.91

0.86

51

0.93

0.88

55

0.95

0.89

60

0.97

0.91

0.83

68

1.00

0.94

0.85

75

1.02

0.96

0.87

80

1.04

81

0.80

0.98

0.89

85

1.05

0.99

0.90

90

1.07

1.00

0.91

96

1.08

97

0.92 1.02

105 112

1.10 1.12

1.03 1.05

0.94 0.95

120

1.13

1.06

0.96

0.86

128

1.15

1.08

0.98

0.89

144

1.10

1.00

0.91

158

1.12

1.02

0.93

173

1.14

1.04

0.94

180

1.15

1.05

0.95

0.92

195

1.17

1.06

0.96

0.93

210

1.18

1.07

0.98

0.95

240

1.22

1.10

1.00

0.97

270

1.24

1.13

1.02

0.99

300

1.27

1.15

1.04

1.01

330

1.17

1.06

1.03

360 390

1.18 1.20

1.07 1.09

1.04 1.06

420

1.21

1.10

1.07

480

1.13

1.09

540

1.15

1.11

600

1.17

1.13

660

1.18

1.15

Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

198

seleCCión

de motores

Tabla 6.11. Potencia básica para una correa con perfil A y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. RPM más rápido

66.0

71.1

76.2

Diámetro nominal de las poleas menores (mm) 81.3 86.4 91.4 96.5 101.6 106.7 111.8 116.8 121.9 127.0

200 400 575 600

0.15 0.26 0.34 0.32

0.17 0.31 0.41 0.42

0.20 0.35 0.47 0.48

0.22 0.40 0.54 0.55

0.25 0.44 0.60 0.62

0.27 0.48 0.66 0.68

0.30 0.53 0.72 0.75

0.32 0.57 0.78 0.81

0.34 0.62 0.84 0.87

0.37 0.66 0.90 0.94

0.39 0.71 0.96 1.00

0.41 0.75 1.02 1.06

0.44 0.80 1.08 1.13

690 725 800 870 950 1000 1160 1200 1400 1425 1600 1750 1800 2000 2200 2400 2500 2800 2850

0.42 0.41 0.44 0.47 0.50 0.51 0.57 0.58 0.65 0.66 0.71 0.75 0.76 0.81 0.86 0.90 0.93 0.97 0.98

0.47 0.48 0.52 0.56 0.60 0.62 0.69 0.63 0.79 0.80 0.87 0.92 0.94 1.00 1.06 1.12 1.17 1.22 1.22

0.54 0.57 0.61 0.65 0.69 0.72 0.78 0.83 0.93 0.94 1.02 1.09 1.11 1.19 1.26 1.33 1.39 1.45 1.47

0.62 0.72 0.69 0.74 0.80 0.83 0.92 0.95 1.07 1.08 1.18 1.25 1.28 1.37 1.46 1.54 1.62 1.69 1.71

0.69 0.72 0.78 0.84 0.89 0.92 1.04 1.07 1.20 1.22 1.33 1.42 1.45 1.55 1.66 1.75 1.84 1.92 1.94

0.76 0.80 0.87 0.92 0.99 1.03 1.16 1.19 1.33 1.36 1.48 1.57 1.61 1.73 1.85 1.95 2.06 2.15 2.17

0.84 0.87 0.95 1.01 1.08 1.13 1.27 1.30 1.47 1.49 1.63 1.74 1.77 1.91 2.04 2.16 2.27 2.37 2.39

0.91 0.95 1.03 1.10 1.18 1.23 1.39 1.42 1.60 1.63 1.77 1.89 1.93 2.08 2.22 2.36 2.48 2.59 2.61

0.98 1.02 1.11 1.19 1.28 1.33 1.50 1.54 1.73 1.76 1.92 2.05 2.10 2.25 2.41 2.55 2.68 2.80 2.82

1.05 1.10 1.19 1.28 1.37 1.42 1.61 1.65 1.86 1.89 2.07 2.21 2.25 2.42 2.59 2.74 2.88 3.00 3.03

1.13 1.17 1.27 1.36 1.46 1.52 1.72 1.77 1.99 2.02 2.21 2.36 2.40 2.59 2.77 2.92 3.07 3.20 3.23

1.19 1.25 1.35 1.45 1.56 1.62 1.83 1.88 2.12 2.13 2.34 2.51 2.56 2.75 2.94 3.10 3.26 3.39 3.42

1.27 1.32 1.43 1.54 1.65 1.72 1.94 1.99 2.24 2.27 2.48 2.65 2.71 2.92 3.11 3.28 3.44 3.58 3.61

3000 3200 3400 3450 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 6100 6400

1.00 1.02 1.04 1.04 1.06 1.07 1.07 1.07 1.07 1.07 1.06 1.04 1.01 0.99 0.96 0.92 0.88 0.83 0.78

1.25 1.29 1.32 1.33 1.35 1.36 1.39 1.39 1.40 1.39 1.39 1.38 1.36 1.33 1.30 1.27 1.22 1.17 1.11

1.51 1.55 1.60 1.60 1.63 1.66 1.69 1.70 1.71 1.72 1.71 1.70 1.68 1.66 1.62 1.58 1.54 1.48 1.41

1.75 1.81 1.86 1.87 1.90 1.94 1.97 1.99 2.01 2.01 2.01 2.00 1.98 1.95 1.92 1.86 1.81 1.74 1.67

2.00 2.06 2.12 2.13 2.17 2.21 2.24 2.27 2.29 2.29 2.29 2.27 2.25 2.22 2.18 2.12 2.06 1.98 1.89

2.23 2.30 2.37 2.39 2.42 2.48 2.51 2.54 2.55 2.56 2.55 2.54 2.51 2.46 2.41 2.34 2.27 2.17 2.07

2.46 2.54 2.61 2.62 2.67 2.72 2.76 2.79 2.80 2.80 2.79 2.77 2.73 2.68 2.61 2.53 2.45

2.68 2.77 2.85 2.86 2.91 2.96 3.00 3.02 3.03 3.03 3.01 2.98 2.93 2.86 2.78 2.68

2.90 2.99 3.07 3.09 3.13 3.18 3.22 3.24 3.25 3.24 3.21 3.16 3.10 3.02

3.11 3.21 3.29 3.30 3.35 3.42 3.43 3.45 3.45 3.42 3.39 3.33 3.24

3.31 3.41 3.49 3.51 3.56 3.60 3.63 3.64 3.62 3.59 3.53 3.46

3.51 3.61 3.69 3.71 3.75 3.80 3.81 3.81 3.79 3.74 3.66 0.00

3.70 3.80 3.88 3.89 3.94 3.97 3.98 3.97 3.92 3.86

6600 6800 7000 7200 7400 7600 7800

0.72 0.65 0.58 0.50 0.42 0.33 0.23

1.04 0.98 0.89 0.81 0.72 0.61 0.50

1.33 1.25 1.16

1.58 1.48 1.38

1.79 1.67

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

199

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.12. Potencia adicional para una corr ea con perfil A y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. Relación de velocidades ( RT) RPM más rápido 1.00 - 1.01 1.02 - 1.04 1.05 - 1.06 1.07 - 1.10 1.11 - 1.14 1.15 - 1.20 1.21 - 1.27 1.28 - 1.39 1.40 - 1.64 > 1.65 200 400 575 600

0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.01 0.01 0.01

0.01 0.01 0.01 0.01

0.01 0.01 0.02 0.02

0.01 0.01 0.02 0.03

0.01 0.02 0.03 0.03

0.01 0.03 0.04 0.04

0.01 0.03 0.04 0.04

0.01 0.04 0.05 0.05

0.02 0.04 0.06 0.06

690 725 800 870 950 1000 1160 1200 1400 1425 1600 1750 1800 2000 2200 2400 2500 2800 2850

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03

0.01 0.02 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.06 0.06

0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.04 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.09 0.10

0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.11 0.13 0.13

0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.07 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.16 0.16

0.04 0.06 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.12 0.12 0.13 0.15 0.16 0.17 0.19 0.11

0.05 0.07 0.06 0.07 0.07 0.07 0.09 0.09 0.11 0.01 0.13 0.13 0.14 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.22

0.06 0.07 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.13 0.13 0.14 0.16 0.16 0.18 0.19 0.22 0.23 0.25 0.25

0.07 0.09 0.08 0.09 0.10 0.10 0.12 0.12 0.14 0.14 0.16 0.17 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.28

3000 3200 3400 3450 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 6100 6400

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.05 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07 0.07 0.07

0.07 0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.09 0.09 0.10 0.10 0.10 0.11 0.11 0.12 0.13 0.13 0.13 0.13 0.14

0.10 0.10 0.11 0.11 0.12 0.13 0.13 0.14 0.15 0.16 0.16 0.16 0.17 0.18 0.19 0.19 0.20 0.21 0.22

0.13 0.14 0.15 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.19 0.20 0.22 0.22 0.23 0.24 0.25 0.25 0.27 0.28 0.28

0.16 0.18 0.19 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.25 0.25 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.34 0.34 0.36

0.20 0.22 0.22 0.23 0.24 0.25 0.27 0.28 0.29 0.31 0.32 0.34 0.34 0.36 0.37 0.39 0.40 0.41 0.43

0.23 0.25 0.26 0.27 0.28 0.30 0.31 0.33 0.34 0.36 0.37 0.39 0.40 0.42 0.43 0.45 0.46 0.48 0.50

0.27 0.28 0.30 0.31 0.32 0.34 0.36 0.37 0.39 0.41 0.43 0.44 0.46 0.48 0.50 0.51 0.53 0.55 0.57

0.30 0.32 0.34 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.45 0.48 0.50 0.51 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.63

6600 6800 7000 7200 7400 7600 7800

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.08 0.09

0.15 0.15 0.16 0.16 0.16 0.17 0.17

0.22 0.22 0.23 0.24 0.25 0.25 0.26

0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.34 0.34

0.37 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43

0.44 0.45 0.46 0.48 0.49 0.51 0.51

0.51 0.53 0.54 0.56 0.57 0.59 0.60

0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 0.67 0.69

0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

200

seleCCión

de motores

Tabla 6.13. Potencia básica para una correa con perfil B y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. RPM Diámetro nominal de las poleas menores (mm) más rápido 116.8 121.9 127.0 132.1 137.2 142.2 147.3 152.4 157.5 162.6 167.6 172.7 177.8 182.9 188.0 193.0 198.1 203.2

200 0.51 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 1.20 400 0.91 0.98 1.06 1.14 1.22 1.29 1.36 1.44 1.51 1.59 1.66 1.74 1.81 1.89 1.89 2.04 2.11 2.18 575 1.21 1.32 1.42 1.53 1.63 1.74 1.84 1.95 2.05 2.16 2.25 2.36 2.46 2.56 2.63 2.76 2.86 2.96 600 1.25 1.36 1.48 1.58 1.69 1.80 1.98 2.01 2.13 2.23 2.33 2.44 2.54 2.65 2.76 2.86 2.96 3.06 690 1.39 1.52 1.65 1.77 1.89 2.01 2.13 2.26 2.38 2.50 2.62 2.74 2.86 2.98 3.09 3.21 3.33 3.44 725 1.45 1.58 1.71 1.84 1.97 2.10 2.22 2.35 2.48 2.60 2.72 2.85 2.98 3.08 3.22 3.34 3.46 3.43 800 1.56 1.71 1.85 1.98 2.13 2.27 2.40 2.54 2.68 2.81 2.95 3.09 3.22 3.35 3.41 3.47 3.75 3.88 870 1.66 1.82 1.97 2.12 2.27 2.42 2.57 2.71 2.49 3.01 3.15 3.30 3.44 3.36 3.73 3.86 4.00 4.15 950 1.77 1.94 2.10 2.27 2.43 2.59 2.75 2.91 3.06 3.22 3.38 3.53 3.68 4.29 3.99 4.15 4.30 4.44 1000 1160 1200 1400 1425 1600 1750 1800 2000

1.84 2.05 2.10 2.33 2.36 2.54 2.69 2.74 2.90

2.01 2.24 2.30 2.57 2.60 2.80 2.96 3.01 3.19

2.18 2.44 2.50 2.79 2.82 3.04 3.22 3.28 3.48

2.36 2.63 2.70 3.01 3.04 3.29 3.48 3.54 3.77

2.53 2.82 2.89 3.23 3.27 3.53 3.74 3.80 4.05

2.69 3.01 3.09 3.45 3.45 3.77 4.00 4.06 4.32

2.86 3.20 3.28 3.66 3.71 4.00 4.24 4.32 4.59

3.03 3.39 3.47 3.88 3.92 4.24 4.49 4.57 4.85

3.19 3.57 3.66 4.09 4.15 4.47 4.74 4.82 5.12

3.36 3.75 3.85 4.30 4.35 4.71 4.97 5.06 5.37

3.51 3.93 4.03 4.43 4.56 4.93 5.21 5.30 5.62

3.68 4.12 4.22 4.71 4.77 5.15 5.44 5.54 5.87

3.83 4.30 4.40 4.91 4.97 5.37 5.67 5.77 6.11

4.00 4.47 4.81 4.74 5.18 5.57 5.90 6.00 6.35

4.15 4.65 3.94 5.31 5.38 5.43 6.12 6.22 6.57

4.31 4.81 4.94 5.51 5.58 6.01 6.34 6.44 6.79

4.47 5.00 5.12 5.70 5.77 6.22 6.55 6.66 7.02

4.62 5.17 5.29 5.23 5.97 6.42 6.76 6.87 7.23

2200 2400 2500 2800 2850 3000 3200 3400 3450 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800

3.04 3.16 3.25 3.33 3.33 3.36 3.38 3.36 3.36 3.32 3.24 3.13 2.99 2.81 2.60 2.35

3.36 3.49 3.59 3.67 3.68 3.72 3.74 3.72 3.71 3.67 3.59 3.47 3.30 3.11 2.87 2.59

3.66 3.80 3.92 4.00 4.03 4.06 4.08 4.06 4.05 4.00 3.91 3.77 3.59 3.37 3.10

3.96 4.12 4.24 4.33 4.35 4.39 4.41 4.38 4.37 4.32 4.21 4.06 3.86 3.60

4.25 4.42 4.56 4.65 4.67 4.71 4.72 4.69 4.68 4.61 4.48 4.31 4.08

4.53 4.72 4.86 4.96 4.97 5.01 5.02 4.97 4.96 4.89 4.74 4.53

4.82 5.01 5.15 5.25 5.27 5.30 5.30 5.24 5.22 5.13 4.96 4.73

5.10 5.29 5.44 5.53 5.55 5.58 5.56 5.49 5.47 5.35 5.16

5.37 5.57 5.71 5.81 5.82 5.84 5.82 5.72 5.69 5.56

5.63 5.83 5.98 6.07 6.08 6.09 6.05 5.93 5.89 5.74

5.88 6.09 6.23 6.32 6.32 6.32 6.26 6.11 6.07

6.14 6.35 6.48 6.55 6.55 6.54 6.45 6.29 6.23

6.38 6.58 6.72 6.77 6.77 6.74 6.63

6.61 6.82 6.99 6.99 6.98 6.94 6.79

6.85 7.05 7.16 7.17 7.09 7.11 6.93

7.07 7.26 7.36 7.36 7.35 7.26

7.29 7.46 7.55 7.52 7.50 7.40

7.49 7.67 7.73 7.68 7.65

5000 2.05

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

201

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.14. Potencia adicional para una correa con perfil B y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. Relación de velocidades (RT) RPM más rápido 1.00 - 1.01 1.02 - 1.04 1.05 - 1.06 1.07 - 1.10 1.11 - 1.14 1.15 - 1.20 1.21 - 1.27 1.28 - 1.39 1.40 - 1.64

> 1.65

200 400 575

0.00 0.00 0.00

0.01 0.01 0.01

0.01 0.02 0.03

0.01 0.04 0.05

0.02 0.04 0.07

0.03 0.06 0.08

0.04 0.07 0.10

0.04 0.08 0.12

0.04 0.09 0.13

0.05 0.10 0.15

600 690 725 800 870 950 1000 1160 1200 1400 1425 1600 1750 1800 2000 2200

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.01 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.07

0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.02 0.07 0.08 0.08 0.09 0.10 0.10 0.12 0.13

0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.19

0.07 0.08 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.16 0.16 0.19 0.20 0.21 0.23 0.25

0.09 0.10 0.10 0.12 0.13 0.14 0.14 0.17 0.17 0.20 0.21 0.23 0.25 0.26 0.29 0.32

0.10 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.20 0.21 0.25 0.25 0.28 0.31 0.31 0.35 0.38

0.12 0.14 0.15 0.16 0.16 0.19 0.20 0.24 0.25 0.28 0.29 0.33 0.36 0.37 0.41 0.45

0.14 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.23 0.27 0.28 0.33 0.33 0.37 0.42 0.42 0.46 0.51

0.16 0.18 0.19 0.21 0.22 0.25 0.26 0.31 0.31 0.37 0.37 0.42 0.45 0.47 0.52 0.57

2400 2500 2800 2850 3000 3200 3400 3450 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.07 0.07 0.08 0.08 0.09 0.09 0.10 0.10 0.10 0.11 0.12 0.12 0.13 0.13 0.14 0.14

0.14 0.15 0.16 0.16 0.17 0.19 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.25 0.25 0.27 0.28 0.29

0.21 0.22 0.25 0.25 0.27 0.28 0.30 0.30 0.31 0.33 0.35 0.37 0.39 0.40 0.42 0.44

0.28 0.30 0.33 0.33 0.35 0.37 0.40 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.51 0.54 0.56 0.58

0.35 0.38 0.41 0.42 0.43 0.46 0.64 0.50 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.67 0.70 0.72

0.42 0.45 0.48 0.50 0.52 0.56 0.59 0.60 0.63 0.66 0.69 0.73 0.77 0.80 0.84 0.84

0.48 0.53 0.57 0.58 0.61 0.65 0.69 0.70 0.73 0.78 0.81 0.86 0.89 0.93 0.98 1.01

0.56 0.60 0.65 0.66 0.70 0.75 0.79 0.81 0.84 0.88 0.93 0.98 1.02 1.07 1.12 1.16

0.63 0.68 0.73 0.75 0.78 0.84 0.89 0.90 0.94 0.99 1.04 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003.

▪

202

seleCCión

de motores

Tabla 6.15. Potencia básica para una correa con perfil C y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. RPM más rápido

177.8

190.5

203.2

215.9

228.6

241.3

254.0

266.7

279.4

292.1

304.8

317.5

330.2

100 200 300 400 435 485 500 575 585 600 690 700 725 800 870 900 950 1000 1100 1160 1200 1300 1400 1425 1500 1600 1700 1750 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700

0.77 1.36 1.90 2.40 2.57 2.79 2.86 3.18 3.22 3.29 3.65 3.69 3.79 4.07 4.32 4.42 4.59 4.75 5.06 5.23 5.35 5.61 5.84 5.90 6.06 6.24 6.40 6.47 6.53 6.64 6.72 6.77 6.79 6.79 6.74 6.67 6.56 6.42

0.87 1.54 2.17 2.74 2.93 3.20 3.27 3.65 3.71 3.77 4.20 4.25 4.36 4.69 4.98 5.11 5.30 5.50 5.86 6.06 6.20 6.50 6.79 6.85 7.03 7.26 7.45 8.28 7.61 7.73 7.83 7.89 7.91 7.90 7.85 7.76 7.63 7.46

0.96 1.74 2.43 3.08 3.30 3.60 3.69 4.12 4.18 4.26 4.74 4.79 4.93 5.30 5.64 5.78 6.01 6.23 6.64 6.88 7.02 7.38 7.70 7.78 7.99 8.24 8.46 8.54 8.64 8.77 8.87 8.93 8.95 8.93 8.85 8.73 8.57 8.35

1.06 1.92 2.70 3.42 3.66 4.00 4.10 4.59 4.65 4.74 5.29 5.35 5.49 5.91 6.29 6.45 6.70 6.95 7.41 7.67 7.84 8.23 8.59 8.67 8.90 9.18 9.42 9.52 9.60 9.75 9.85 9.90 9.91 9.86 9.75 9.60 9.38 9.10

1.16 2.10 2.95 3.76 4.02 4.40 4.50 5.04 5.11 5.21 5.82 5.88 6.04 6.51 6.93 7.10 7.38 7.65 8.17 8.46 8.64 9.07 9.46 9.54 9.80 10.09 10.34 10.44 10.54 10.68 10.77 10.81 10.78 10.69 10.54 10.33 10.05

1.25 2.27 3.21 4.09 4.38 4.79 4.91 5.50 5.57 5.68 6.35 6.41 6.59 7.11 7.56 7.75 8.05 8.35 8.90 9.22 9.42 9.88 10.29 10.39 10.66 10.96 11.22 11.32 11.41 11.54 11.61 11.62 11.56 11.42 11.22 10.94

1.35 2.45 3.47 4.42 4.74 5.18 5.31 5.94 6.03 6.15 6.87 6.94 7.14 7.69 8.18 8.38 8.72 9.03 9.63 9.96 10.10 10.66 11.10 11.20 11.48 11.79 12.31 12.15 12.23 12.34 12.39 12.35 12.24 12.05

1.44 2.63 3.73 4.75 5.09 5.56 5.70 6.39 6.48 6.61 7.38 7.46 7.67 8.26 8.79 9.01 9.37 9.70 10.34 10.67 10.92 11.43 11.90 11.98 12.27 12.58 12.83 12.92 12.99 13.08 13.08 13.00 12.83

1.54 2.81 3.98 5.07 5.44 5.95 6.10 6.83 6.93 7.07 7.89 7.98 8.20 8.83 9.40 9.63 10.00 10.36 11.03 11.40 11.63 12.17 12.63 12.74 13.02 13.33 13.56 13.64 13.70 13.74 13.70 13.56

1.63 2.99 4.24 5.40 5.79 6.33 6.50 7.27 7.37 7.52 8.40 8.49 8.72 9.40 9.98 10.23 10.63 11.01 11.71 12.09 12.33 12.89 13.36 13.46 13.74 14.03 14.24 14.30 14.34 14.35 14.24

1.72 3.16 4.48 5.72 6.14 6.71 6.88 7.70 7.81 7.97 8.90 8.99 9.24 9.95 10.57 10.83 11.24 11.63 12.36 12.76 13.01 13.57 14.04 14.15 14.41 14.69 14.86 14.91 14.92 14.87 14.69

1.82 3.34 4.74 6.04 6.41 7.08 7.26 8.14 8.25 8.42 9.39 9.49 9.75 10.49 11.15 11.42 11.80 12.25 13.01 13.42 13.71 14.24 14.70 14.80 15.06 15.30 15.44 15.45 15.44 15.32

1.91 3.51 4.98 6.36 6.82 7.46 7.65 8.56 8.68 8.86 9.87 9.98 10.25 11.03 11.71 11.99 12.43 12.86 13.63 12.56 14.30 14.87 15.32 15.41 15.66 15.87 15.95 15.94 15.89

2800 2900 3000 3100 3200 3300

6.25 6.03 5.79 5.50 5.17 4.80

7.24 6.99 6.68 6.33

8.09 7.77

Diámetro nominal de las poleas menores (mm)

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

203

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.16. Potencia adicional para una correa con perfil C y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. Relación de velocidades (RT ) RPM más rápido 1.00 - 1.01 1.02 - 1.04 1.05 - 1.06 1.07 - 1.10 1.11 - 1.14 1.15 - 1.20 1.21 - 1.27 1.28 - 1.39 1.40 - 1.64

> 1.65

100 200 300 400

0.00 0.00 0.00 0.00

0.01 0.01 0.02 0.03

0.01 0.03 0.04 0.07

0.02 0.05 0.07 0.09

0.30 0.07 0.10 0.13

0.04 0.08 0.12 0.16

0.04 0.10 0.14 0.19

0.06 0.11 0.17 0.22

0.07 0.13 0.19 0.26

0.07 0.14 0.22 0.29

435 485 500 575 585 600 690 700 725 800 870 900 950 1000 1100 1160 1200

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10

0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 0.10 0.11 0.11 0.12 0.13 0.14 0.14 0.16 0.16 0.18 0.19 0.19

0.10 0.12 0.12 0.14 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.21 0.22 0.23 0.25 0.27 0.28 0.29

0.14 0.16 0.16 0.19 0.19 0.19 0.22 0.22 0.23 0.26 0.28 0.29 0.31 0.32 0.36 0.37 0.39

0.18 0.19 0.20 0.23 0.24 0.25 0.28 0.28 0.29 0.32 0.35 0.37 0.38 0.40 0.45 0.47 0.48

0.21 0.24 0.24 0.28 0.28 0.29 0.35 0.34 0.35 0.39 0.43 0.43 0.46 0.48 0.53 0.56 0.58

0.25 0.28 0.28 0.33 0.33 0.34 0.39 0.40 0.42 0.45 0.49 0.51 0.54 0.57 0.62 0.66 0.68

0.28 0.31 0.32 0.37 0.38 0.39 0.45 0.45 0.47 0.51 0.56 0.58 0.61 0.65 0.71 0.75 0.78

0.31 0.35 0.37 0.42 0.43 0.43 0.50 0.51 0.53 0.58 0.63 0.66 0.69 0.72 0.80 0.84 0.87

1300 1400 1425 1500 1600 1700 1750 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.10 0.11 0.11 0.12 0.13 0.13 0.14 0.15 0.16 0.16 0.17 0.18 0.19 0.19 0.20 0.21 0.22

0.21 0.22 0.23 0.24 0.26 0.28 0.28 0.29 0.31 0.32 0.34 0.36 0.37 0.39 0.40 0.42 0.43

0.31 0.34 0.34 0.37 0.39 0.41 0.43 0.44 0.46 0.48 0.51 0.54 0.56 0.58 0.60 0.63 0.66

0.42 0.45 0.46 0.48 0.51 0.55 0.57 0.58 0.61 0.65 0.68 0.71 0.75 0.78 0.81 0.84 0.87

0.52 0.57 0.57 0.60 0.65 0.69 0.71 0.73 0.77 0.81 0.85 0.89 0.93 0.97 1.01 1.05 1.08

0.63 0.68 0.69 0.72 0.78 0.82 0.85 0.87 0.92 0.97 1.01 1.07 1.11 1.16 1.21 1.26 1.31

0.74 0.79 0.81 0.85 0.90 0.96 0.99 1.02 1.07 1.13 1.19 1.25 1.30 1.36 1.42 1.47 1.53

0.84 0.90 0.92 0.97 0.97 1.10 1.13 1.16 1.23 1.29 1.36 1.42 1.48 1.55 1.62 1.68 1.74

0.95 1.01 1.04 1.09 1.16 1.24 1.28 1.30 1.38 1.45 1.53 1.60 1.67 1.74 1.82 1.89 1.96

2800 2900 3000 3100 3200 3300

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.22 0.23 0.25 0.25 0.26 0.27

0.45 0.47 0.48 0.50 0.51 0.53

0.68 0.70 0.73 0.75 0.78 0.80

0.90 0.94 0.97 1.00 1.04 1.07

1.13 1.17 1.22 1.25 1.29 1.33

1.36 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60

1.58 1.64 1.70 1.75 1.81 1.86

1.81 1.87 1.86 2.01 2.07 2.13

2.04 2.11 2.18 2.25 2.33 2.40

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

204

seleCCión

de motores

Tabla 6.17. Potencia básica para una correa con perfil D y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. RPM más rápido

Diámetro nominal de las poleas menores (mm) 304.8

317.5

330.2

342.9

355.6

368.3

381.0

393.7

406.4

419.1

431.8

444.5

457.2

50 100 150 200 250 300 350 400 435 450 485 500 550 575 585 600 650 690 700 725 750 800 850 870 900 950 950 1000 1050 1100 1150 1160 1200 1250 1300 1350 1400 1425 1450 1500 1550 1600

1.46 2.63 3.69 4.68 5.61 6.49 7.32 8.12 8.66 8.88 9.39 9.60 10.29 10.62 10.75 10.94 11.60 12.03 12.14 12.42 12.68 13.20 13.67 13.85 14.11 14.50 14.50 14.86 15.18 15.47 15.70 15.75 15.90 16.05 16.16 16.22 16.23 16.22 16.19 16.11 15.97 15.78

1.57 2.83 3.98 5.06 6.06 7.02 7.94 8.81 9.40 9.64 10.20 10.43 11.19 11.51 11.62 11.91 12.58 13.09 13.21 13.89 13.89 14.34 14.86 15.10 15.38 15.82 15.82 16.21 16.56 16.80 17.13 17.18 17.34 17.49 17.62 17.68 17.69 17.20 17.79 17.55 17.39 17.17

1.67 3.03 4.27 3.94 6.52 7.56 8.54 9.49 10.13 10.40 11.00 11.25 12.07 12.47 12.62 12.85 13.59 14.15 14.28 14.62 14.94 15.55 16.11 16.32 16.63 17.11 17.11 17.53 17.91 18.24 18.52 18.57 18.75 18.92 19.03 19.09 19.09 19.06 19.02 18.90 18.72 18.46

1.77 3.23 4.56 5.80 6.97 8.09 9.16 10.17 10.86 11.15 11.80 12.07 12.95 13.38 13.55 13.80 14.59 15.19 15.34 15.70 16.04 16.70 17.30 17.53 17.86 18.37 18.37 18.83 19.23 19.57 19.12 19.92 20.10 20.27 20.38 20.43 20.41 20.38 20.33 20.17 19.95 19.66

1.88 3.43 4.84 6.17 7.43 8.62 9.76 10.85 11.58 11.89 12.21 12.89 13.83 14.29 14.47 14.73 15.58 16.22 16.38 16.75 17.13 17.83 18.48 18.72 19.07 19.60 19.60 20.09 20.51 20.87 21.17 21.22 21.41 21.57 21.68 21.71 21.66 21.62 21.55 21.36 21.09 20.74

1.98 3.62 5.13 6.54 7.87 9.14 10.36 11.52 12.30 12.63 13.38 13.69 14.70 15.18 15.37 15.65 16.55 17.24 17.40 17.81 18.20 18.95 19.63 19.81 20.25 20.82 20.82 21.32 21.76 22.10 22.43 22.48 22.66 22.83 22.91 22.92 22.85 22.78 22.69 22.45 22.13 20.98

2.09 3.82 5.41 6.91 8.32 9.67 10.96 12.19 13.02 13.37 14.91 14.49 15.55 16.07 16.27 16.57 17.52 18.25 18.43 18.85 19.26 20.04 20.76 21.48 21.42 22.01 22.01 22.52 22.98 23.35 23.65 23.70 23.87 24.02 24.08 24.06 23.95 23.86 23.75 23.46 23.07

2.19 4.02 5.70 7.27 8.76 10.19 11.55 12.86 13.73 14.10 14.94 15.28 16.41 16.95 17.16 17.48 18.49 19.25 19.43 19.87 20.31 21.13 21.87 22.15 22.55 23.16 23.16 23.69 24.15 24.53 24.82 24.87 25.03 25.15 25.19 25.13 24.97 24.86 24.72 24.37

2.30 3.77 5.97 7.64 9.21 10.70 12.15 13.51 14.44 14.82 15.70 16.07 17.26 17.82 18.05 18.37 18.68 20.22 20.42 20.89 21.11 22.18 22.97 23.25 23.67 24.29 24.29 24.83 25.29 25.66 25.94 25.61 26.14 26.23 26.23 26.13 25.92 25.79 25.60

2.40 4.41 6.26 7.99 9.65 11.22 12.73 14.17 15.14 15.55 16.47 16.85 18.09 18.69 18.92 19.26 20.37 21.19 21.39 21.89 22.35 23.24 24.03 24.33 24.76 25.39 25.39 25.94 26.39 26.76 27.02 27.06 27.19 27.25 27.20 27.05 26.78 26.60 26.40

2.51 4.60 6.53 8.36 10.09 11.74 13.31 14.82 15.84 16.26 17.23 17.63 19.66 19.54 19.78 20.14 21.29 22.15 22.36 22.86 23.35 24.26 25.09 25.38 25.82 26.46 26.46 27.01 27.46 27.81 28.05 28.09 28.19 28.21 28.11 27.90 27.56

2.61 4.79 6.82 8.72 10.53 12.25 13.90 15.47 16.53 16.97 17.98 18.40 19.73 20.39 20.64 21.01 22.20 23.09 15.85 23.83 24.33 25.26 26.11 26.42 26.85 27.50 26.90 28.05 28.49 28.81 29.03 29.06 29.13 29.10 28.95 28.66

2.71 4.99 7.09 9.08 10.96 12.77 14.48 16.11 17.22 17.68 18.72 19.16 20.56 21.22 21.49 21.87 23.10 24.03 24.25 24.79 25.30 26.26 27.11 27.43 27.87 28.52 28.52 29.05 29.48 29.78 29.95 29.98 30.01 29.93 29.72

1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950

15.54 15.24 14.88 13.73 13.63 13.47 12.89

16.90 16.55 16.15 15.69 15.16

18.14 17.76 17.30 16.77

19.28 18.84 18.31

20.31 18.30

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

205

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Tabla 6.17. Potencia básica para una correa con perfil D y un arco de contacto de 180°, en kW/correa (continuación). RPM más rápido

469.9

482.6

495.3

508.0

520.7

533.4

546.1

558.8

571.5

584.2

596.9

609.6

Diámetro nominal de las poleas menores (mm)

50

2.81

2.92

3.03

3.12

3.22

3.33

3.42

3.53

3.65

3.73

3.83

3.93

100

5.18

5.38

5.56

5.76

5.94

6.14

6.32

6.52

6.70

6.89

7.08

7.27

150 200

7.37 9.43

7.65 9.79

7.93 10.15

8.20 10.50

8.47 10.86

8.75 11.21

9.02 11.30

9.29 11.91

9.56 12.26

9.84 12.61

10.10 12.95

10.37 13.30

250

11.40

11.83

12.26

12.69

13.12

13.55

13.97

14.40

14.82

15.23

15.66

16.08

300

13.27

13.77

14.28

14.78

15.28

15.77

16.27

16.76

17.25

17.74

18.22

18.71

350

15.06

15.63

16.20

16.77

17.33

17.90

18.45

19.01

19.56

20.11

20.66

21.20

400

16.76

17.40

18.03

18.66

19.28

19.90

20.52

21.14

21.74

22.35

22.95

23.55

435

17.90

16.35

19.25

19.93

20.59

21.25

21.91

22.56

23.20

23.84

24.48

25.11

450

18.38

19.08

19.77

20.45

21.13

21.81

22.48

23.15

23.81

24.46

25.12

25.76

485

19.46

20.19

20.94

21.65

22.36

23.08

23.78

24.48

25.17

25.86

26.54

27.21

500

19.92

20.66

21.41

22.15

22.88

23.60

24.32

25.03

25.73

26.44

27.13

27.81

550

21.36

22.16

22.95

23.74

24.51

25.28

26.04

26.79

27.53

28.26

28.99

29.71

575

22.06

22.88

23.69

24.50

25.29

26.07

26.85

27.61

28.37

29.12

29.86

30.59

585

22.33

23.15

23.97

24.79

25.59

26.38

28.66

27.94

28.70

29.46

30.20

30.93

600

22.72

23.56

24.40

25.22

26.03

26.84

27.63

28.41

29.18

29.94

30.69

31.43

650

24.00

24.88

25.74

26.60

27.44

28.27

29.09

29.90

30.69

31.47

32.23

32.98

690

24.94

25.85

26.74

27.61

28.48

29.32

30.16

30.98

31.77

32.56

33.34

34.09

700

25.17

26.06

26.97

27.85

28.72

29.59

30.41

31.23

32.04

32.83

33.59

34.35

725

25.72

26.64

27.55

28.44

29.31

30.17

31.01

31.84

32.65

33.44

34.21

34.97

750

26.25

27.18

28.10

28.99

29.89

30.74

31.58

32.41

33.21

34.00

34.77

35.53

800

27.23

28.17

29.10

30.01

30.89

31.76

32.61

33.43

34.23

35.01

35.76

36.49

850

28.09

29.05

29.98

30.89

31.77

32.64

33.47

34.28

35.06

35.82

36.55

37.25

870

28.41

29.37

30.30

31.21

32.09

32.95

33.77

34.57

35.35

36.08

36.80

37.49

900

28.85

29.81

30.74

31.64

32.51

33.36

34.22

34.96

35.71

36.43

37.12

37.78

950

29.49

30.45

31.36

32.24

33.10

33.91

34.70

35.44

36.16

36.83

37.47

38.08

950

29.49

30.45

31.36

32.24

33.10

33.91

34.70

35.44

36.16

36.83

37.47

38.08

1000

30.02

30.95

31.85

32.71

33.53

34.30

35.05

35.74

36.41

37.02

37.59

38.12

1050

30.42

31.33

32.19

33.01

33.79

34.52

35.20

35.85

36.43

36.98

1100

30.69

31.57

32.39

33.15

33.88

34.55

35.17

1150

30.83

31.65

32.42

33.14

33.79

1160

30.84

31.65

32.42

33.18

33.75

1200

30.83

31.60

32.30

32.95

1250

30.69

31.39

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

206

seleCCión

de motores

Tabla 6.18. Potencia adicional para una correa con perfil D y un arco de contacto de 180°, en kW/correa. Relación de velocidades (RT) RPM más rápido 1.00 - 1.01 1.02 - 1.04 1.05 - 1.06 1.07 - 1.10 1.11 - 1.14 1.15 - 1.20 1.21 - 1.27 1.28 - 1.39 1.40 - 1.64

> 1.65

50 100 150 200

0.00 0.00 0.00 0.00

0.01 0.03 0.04 0.06

0.03 0.06 0.09 0.11

0.04 0.09 0.13 0.17

0.06 0.11 0.17 0.23

0.07 0.14 0.22 0.28

0.09 0.17 0.26 0.34

0.10 0.20 0.30 0.40

0.11 0.23 0.34 0.46

0.13 0.26 0.39 0.51

250 300 350 400 435 450 485 500 550 575 585 600 650 690 700 725 750 800 850

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.07 0.09 0.10 0.11 0.13 0.13 0.14 0.14 0.16 0.16 0.16 0.17 0.19 0.20 0.20 0.21 0.22 0.23 0.25

0.14 0.17 0.20 0.23 0.25 0.26 0.28 0.28 0.31 0.33 0.34 0.34 0.37 0.40 0.40 0.42 0.43 0.45 0.48

0.22 0.26 0.30 0.34 0.37 0.39 0.42 0.43 0.48 0.49 0.51 0.51 0.56 0.60 0.60 0.63 0.65 0.69 0.73

0.28 0.34 0.40 0.45 0.50 0.51 0.56 0.57 0.63 0.66 0.67 0.69 0.75 0.79 0.81 0.83 0.86 0.92 0.98

0.36 0.43 0.50 0.57 0.63 0.64 0.69 0.72 0.79 0.83 0.84 0.86 0.93 0.84 1.01 1.04 1.07 1.15 1.22

0.43 0.51 0.60 0.69 0.75 0.78 0.84 0.86 0.95 0.99 1.01 1.03 1.12 1.19 1.20 1.25 1.29 1.37 1.46

0.50 0.60 0.70 0.81 0.87 0.90 0.97 1.01 1.10 1.16 1.17 1.20 1.30 1.18 1.40 1.45 1.51 1.60 1.71

0.57 0.69 0.81 0.92 1.00 1.03 1.11 1.15 1.26 1.32 1.34 1.38 1.49 1.58 1.60 1.66 1.72 1.83 1.95

0.64 0.78 0.90 1.03 1.12 1.16 1.25 1.29 1.42 1.48 1.51 1.54 1.68 1.78 1.80 1.87 1.93 2.07 2.19

870 900 950 950 1000 1050 1100 1150 1160 1200 1250 1300 1350 1400 1425 1450 1500 1550 1600

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.25 0.26 0.28 0.28 0.28 0.30 0.31 0.33 0.34 0.34 0.36 0.37 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.45 0.46

0.50 0.51 0.54 0.54 0.57 0.60 0.63 0.66 0.66 0.69 0.72 0.75 0.78 0.80 0.81 0.83 0.86 0.89 0.92

0.75 0.78 0.82 0.82 0.86 0.90 0.95 0.99 0.78 1.04 1.07 1.12 1.16 1.21 1.23 1.25 1.29 1.33 1.38

1.00 1.03 1.08 1.09 1.15 1.20 1.26 1.32 1.33 1.37 1.43 1.49 1.54 1.60 1.63 1.66 1.72 1.77 1.83

1.25 1.29 1.36 1.36 1.43 1.51 1.57 1.65 1.66 1.72 1.79 1.86 1.93 2.01 2.04 2.08 2.15 2.22 2.30

1.50 1.54 1.63 1.63 1.72 1.80 1.89 1.98 1.99 2.07 2.15 2.24 2.32 2.41 2.45 2.49 2.58 2.66 2.75

1.74 1.80 1.91 1.91 2.01 2.11 2.21 2.30 2.33 2.41 2.51 2.61 2.71 2.81 2.86 2.91 3.01 3.11 3.21

2.00 2.07 2.18 2.18 2.30 2.41 2.52 2.64 2.66 2.75 2.86 2.98 3.09 3.21 3.27 3.33 3.44 3.56 3.67

2.24 2.32 2.45 2.45 2.58 2.71 2.83 2.97 2.99 3.09 3.22 3.35 3.48 3.61 3.68 3.74 3.87 4.00 4.12

1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.47 0.48 0.50 0.51 0.53 0.54 0.56

0.95 0.97 1.00 1.03 1.06 1.09 1.12

1.42 1.46 1.51 1.55 1.60 1.63 1.68

1.89 1.95 2.01 2.07 2.12 2.18 2.24

2.36 2.44 2.51 2.58 2.65 2.72 2.80

2.83 2.92 3.01 3.09 3.18 3.27 3.35

3.31 3.41 3.51 3.61 3.71 3.81 3.91

3.79 3.90 4.01 4.13 4.24 4.35 4.47

4.26 4.38 4.51 4.64 4.77 4.90 5.03

Nota: Para velocidades periféricas en la correa superiores a 30.5 m/s puede requerirse poleas especiales. Fuente: Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. ▪

207

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

• Diámetro de la polea mayor [4]:

(69)

Dp = RT d p

Cuando necesite diámetros diferentes a los indicados en la figura 6.6 verifique los diámetros de las poleas recomendados para motores eléctricos en la tabla 6.7. • Velocidad periférica [4]: −5

(70)

v = 5.24×10 dRPM p

En la cual: v = Velocidad periférica, m/s. dp = Diámetro primitivo de la polea menor, mm. RPM = Velocidad de rotación del eje más rápido. Se debe verificar que la velocidad periférica no exceda 30.5 m/s. En caso de que esto suceda se debe cambiar el diámetro de la polea menor teniendo en cuenta la recomendación dada en la tabla 6.7. • Dista ncia en tre centros cuando se conoce la longitud primitiva de la correa [4]: Lp

C=−

2

  0.7854 +(+ Dp  

dp

)

(D

p

2 − dp )    2Lp 

(71)

En la cual: C = Distancia entre los centros de los ejes, mm. Dp = Diámetro primitivo de la polea mayor, mm. dp = Diámetro primitivo de la polea menor, mm. Lp = Longitud primitiva de la correa, mm. • Distancia entre centros cuando se conocen únicamente los diámetros primitivos de las poleas [4]: C=

Dp + 3dp

(72)

2

• Largo primitivo de la correa [4]:

(

Lp =C2+ 1.57 D d+ + p ▪

208

p

)

(D

p

2

− dp ) 4C

(73)

seleCCión

de motores

• Distancia real entre centros [4]:  Lp calculado − Lp listado   2  

C r = C −

(74)

Con el Lp calculado se va a la tabla 6.8 y se toma el Lp listado y el tipo de correa que corresponda a este valor [4]. 6.3.3. Potencia por correa y número de correas • Arco de contacto [4]:  Dp − d p    C 60   

AC = 180° − 

°

(75)

En la cual: Dp = Diámetro primitivo de la polea mayor. dp = Diámetro primitivo de la polea menor. C =Distancia entre los centros de los ejes. Con el valor del arco de contacto ( Ac) se halla el factor de arco de contacto ( FAc) en la tabla 6.9, interpolando si es necesario, dependiendo del tipo de transmisión de las correas (V-Vo V-Plana) [4]. El factor de corrección del largo primitivo ( F Lp) se halla en la tabla 6.10 con el perfil y tamaño de la correa [4]. La potencia básica por correa se obtiene de las tablas 6.11, 6.13, 6.15 y 6.17, de acuerdo con el perfil de la correa seleccionada, con la velocidad de rotación del eje más rápido y el diámetro de la polea menor [4]. La potencia adicional por correa se obtiene de las tablas 6.12, 6.14, 6.16 y 6.18, de acuerdo con el perfil de la correa seleccionada, con la velocidad de rotación del eje más rápido y la relación de velocidades RT [4]. • Potencia por correa: se obtiene sumando la potencia básica y la potencia adicional, y multiplicando el resultado por los factores de arco de contacto y de longitud primitiva de la correa [4]. HPcorrea =HP (

+

básicaHP

FF adicional

) Ac

(76)

Lp

• Número de correas en la transmisión [4]: #correas

=

MHP HPcorrea

(77)

El valor resultante se redondea al entero inmediatamente superior. ▪

209

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Ejemplo 9.Determinar el tipo de motor y el número de correas para el sistema de ventilación del ejemplo 6. Solución. • Potencia del motor: la potencia del motor es igual a la potencia al freno por un factor del 20%, siempre y cuando no vayan a existir condiciones de funcionamiento adversas. MHP = BHPF S . 4×12 . MHP = 144

kW = 17.33

• Tipo de motor: para seleccionar el motor se requiere, además de su potencia (17.33 kW), la velocidad de rotación del ventilador (1652 rpm). Con estos datos se va a las tablas 6.1 ó 6.2. Según la tabla 6.2 para motores CAT, se obtiene un motor con las siguientes características: − Tipo de motor: 1LA5 167-4YC70 − Tamaño del motor: 160 M/L − Potencia nominal: 18.7 kW − Velocidad nominal de rotación: 1755rpm • Selección de las correas: con la potencia del motor (18.7 kW) y la velocidad de rotación del eje más rápido (1755 rpm) se halla el perfil de la correa de la figura 6.6. Perfil B. El intervalo para la selección del diámetro primitivo de la polea menor es de 127.0 a 203.2 mm. • Relación de velocidades: RT = RT =

RPM (eje más rápido ) rpm (eje más lento ) 1755 1652

= 1.06

• Diámetros primitivos recomendados:

Para la polea menor (eje más rápido), es el promedio del intervalo: dp =

1270 . + 2032 . 2

= 165.1 mm

Para la polea mayor (eje más lento), el diámetro se calcula así: Dp = RT d p Dp = 10 . 6×1651. mm = 1750. mm ▪

210

seleCCión

de motores

• Velocidad periférica: 5 v = 5.24×10−dRPM p

v = 5.24 × 1 × 0

5

−

165. = 1 1755 15.2m/s

×

Este valor no excede los 30.5 m/s, por lo tanto no se requiere modificar los diámetros de las poleas. • Distancia entre centros: teniendo en cuenta que se desconoce la longitud primitiva de la correa ( Lp), se calcula la distancia entre centros estimada. C= C=

Dp + 3dp 2 175.0 + 3×165.1 2

= 335.2 mm

• Largo primitivo de la correa:

(

Lp =C2+

D d+ 1.57

+

p

p

)

2

(D

p

− dp ) 4C

2

2 335.2

Lp× = +

1.57 175.0

+

165.1

+ (

(175.0 − 165.1)

= )

1204.4 mm

4×335.2

• Distancia real entre centros: En la tabla 6.8 se busca el Lp listado. Para una correa de perfil B, tamaño B-46, es 1215 mm.  Lp calculado − Lp listado     2

C r = C − Cr

1204 4. −1215 = 335.2 −  2

  = 340.5 mm 

• Factores de corrección:  D −d  p p 60°   C 

AC = 180° − 

 175.0 −165.1  °  60 = 178.3°   340.5

AC = 180° − 

Con el valor de AC =178.3° se entra a la tabla 46 y se halla por interpolación el valor de FAc = 0.997 para correas de V-V. ▪

211

C arlos a lberto e Cheverri l ondoño

Para determinar el factor de corrección por largo primitivo, se entra a la tabla 6.10 con el tamaño de la correa 46 y el perfil B y se encuentra el valor de FLp = 0.86. • Potencia por correa: La potencia básica por correa se obtiene de la tabla 6.13, entrando con la velocidad de rotación del eje más rápido (1755 rpm) y el diámetro de la polea menor (165.1 mm), interpolando si es necesario. HP básica = 5.10 kW La potencia adicional por correa se obtiene de la tabla 6.14, entrando con la velocidad de rotación del eje más rápido (1755 rpm) y un RT = 1.06, interpolando si es necesario. HP adicional = 0.10 kW

(

)

HPcorrea = 51 . 0 +01 . 0 × .09 97 . × 0 84 6.4= 6kW

• Número de correas en la transmisión: #correas =

18.7 kW 4.46 kW

= 4.2

Las correas en la transmisión son 5.

▪

212

REFER ENCIAS BIBLIOGRÁ FICAS [1]

Pedelaborde, Carlos. Curso de ventilación industrial. Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, 2007.

[2] Estrucplan. Ventilación industrial. En: http://www.estrucplan.com.ar. (fecha de consulta 01/08/200 8). [3] Soler Palau. Ventilación industrial. http://www.solerpalau.es (fecha de consulta 24/08/2008). [4] Quinchía, R. y Puerta, J. Ventilación industrial y equipos de limpieza. Ingeaire. Medellín, 2003. [5] Alley, Roberts & Associates, Inc. Manual de control de la calidad del aire. Mc Graw-Hill. México, 2000. [6] U.S. Environmental Protection Agency. Manual de Costos de Control de Contaminación del Aire de la EPA. Springfield, 2002. [7] Welty, J., Wicks, C. y Wilson, R. Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa. Editorial Limusa. México, 1989. [8] McCab e, W. y Smith, J. Operaciones básicas de ingeniería químic a. Editori al Reverté. Barcelona, 1981. [9] Halliday, D. y Resnick, R. Física combinada. Compañía Editorial Continental S.A. Cuerna Vaca, 1983. [10] Perry, R. and Green, D. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook. McGraw-Hill. New York, 1999. [11] Harris, C. Manual de medidas acústicas y control del ruido. Mc Graw-Hill. Madrid, 1995. [12] Salvador Escoda S.A. Manual práctico de ventilación. 2° edición. Barcelona, 1998. [13] Cooper, D. Air pollution control, a design approach. Waveland Press, Inc. Illinois, 2002. [14] Aguilar, L. Manual de ventilación industrial. Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid. Medellín, 2003. ▪

213

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[15] Sodeca. Ventiladores. En: http://www.sodeca.com/tecnica1.html.(fecha de consulta 20/07/2009). [16] Motores trifásicos de inducción. En: http://prof.usb.ve/jaller/Guia_Maq_pdf/ cat_motores_ind.pdf. (fecha de consulta 20/10/2009). [17] Goodyear. Productos de transmisión de potencia. En: http://www.goodyear.cl/epd/ correas_transmision (fecha de consulta 22/11/2009).

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VENTILACIÓN INDUSTRIAL Se terminó de i mprimir en los ta lleres de Digiprint Editores E.U . en enero de 2011. Para su elaboración se utilizó papel Propal-libros 75 gr en páginas interiores y en ca rátula Propalcote 250 BD la fuente usada es Eg yptian505 BT a 11 puntos

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