UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMA Facultad de Ingeniería Mecánica, Electrónica y Ambiental.

"DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO PARA UNA CABINA DE GRANALLADO SEMIAUTOMÁTICA EN LA EMPRESA PROMETAL ROCA HERMANOS E.I.R.L.”

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA.

PRESENTADO POR EL BACHILLER CAJAHUAMÁN CÁRDENAS, MIGUEL

LIMA – PERÚ 2014

DEDICATORIA

Dedico éste trabajo a mi Madre, que siempre está conmigo, su apoyo, sus palabras y su coraje siempre han sido mi inspiración y motivación para seguir adelante, a mi Padre que desde cielo nos cuida y a cada uno de mis hermanos

que

nunca

dejaron

de

alentarme.

ii

AGRADECIMIENTO

A la Universidad y cada uno de mis profesores por su amistad, por sus ganas de enseñar, por transmitir experiencias

conocimientos ganadas,

a

y las

empresas en donde realicé mis prácticas pre-profesionales, los cuales hacen que hoy esté en éste

camino.

A

ellos

mi

agradecimiento.

iii

ÍNDICE Pág. DEDICATORIA……………………………………………………………….

ii

AGRADECIMIENTO…………………………………………………………

iii

ÍNDICE…………………………………………………………………………

iv

ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………

vii

ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………….

viii

ÍNDICE DE ANEXOS………………………………………………………..

ix

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….

01

CAPÌTULO I

02

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

02

1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA………

03

1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA…………………………...

03

1.3. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. …………………..

04

1.3.1. ESPACIAL……………………………………………..

04

1.3.2. TEMPORAL……………………………………………

04

1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………………...

04

1.5. OBJETIVOS…………………………………………………......

04

CAPÍTULO II

05

2. MARCO TEÓRICO.

06

2.1. ANTECEDENTES……………………………………………….

06

2.2. BASES TEÓRICAS……………………………………………..

07

2.2.1. EL PROCESO DE GRANALLADO…………………

07 iv

Pág. 2.2.2. PRINCIPALES COMPONENTES DEL SISTEMA DE GRANALLADO……………………………………….

08

2.2.2.1. CUARTO DE GRANALLADO……………… 08 2.2.2.2. TANQUE DE PROYECCIÓN………………

09

2.2.2.3. ABRASIVO METÁLICO (GRANALLA)……

10

2.2.2.4. SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y LIMPIEZA DE GRANALLA……………………………… 11 2.2.2.5. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO… 11 2.2.2.6. VENTILADOR INDUSTRIAL……………….

13

2.2.3. DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS EN EL AIRE……………………….…. 15 2.2.3.1 SEPARADOR DE INERCIA – CICLÓN….… 15 2.2.3.2 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS.. 16 2.2.3.3 FILTROS DE MANGAS……………………..

17

2.2.3.4 LAVADORES VENTURI…………………….

18

2.2.3.5 CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN…………

19

2.2.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE DISPOSITIVOS COLECTORES…………………………………………. 20 2.3 MARCO CONCEPTUAL…………………………………………

23

v

CAPÍTULO III…………………………………………………………………

Pág. 31

3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA.

32

3.1 SELECCIÓN DEL DISPOSITIVO PARA EL CONTROL DEL POLVO…………………………………………………………….. 32 3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO………………………….....

32

3.3 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO……………………………………… 33 3.3.1 DISEÑO DE CAMPANA CAPTADORA……………..

33

3.3.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE DUCTOS………………

36

3.3.3 DISEÑO DEL CICLÓN………………………………..

38

3.3.4 DISEÑO DEL COLECTOR DE POLVO…………..…

40

3.3.5 SELECCIÓN DEL VENTILADOR CENTRÍFUGO….

41

3.3.5.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA DE LAS CAMPANAS. …………………………..

43

3.3.5.2 CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE CARGAS EN DUCTOS RECTOS Y CODOS………… 45 3.3.5.3 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGAS EN UNIONES LATERALES (YEE)……..…….

47

3.3.5.4 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGAS EN EL CICLÓN…………………………………… 48

vi

Pág. 3.3.5.5 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGAS EN EL COLECTOR DE POLVO…………… 50 3.3.5.6 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DELVENTILADOR INDUSTRIAL SELECCIONADO …………………………………………………. 53 3.4 CRONOGRAMA DE TRABAJO DEL SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO…………………………………….

54

3.5 METRADO Y ANÁLISIS DE COSTO DEL SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO…………………………………….

56

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

61

BIBLIOGRAFÍA.

62

ANEXOS.

63 ÍNDICE DE TABLAS. Pág.

Tabla 3.01: Datos iniciales del sistema de extracción por tramos………... 38 Tabla 3.02: Parámetro del sistema colector de polvo………….................. 41 Tabla 3.03: Resumen final de pérdidas de cargas del sistema de extracción

de polvo…………………………………………

52

Tabla 3.04: Metrado (Sistema de ductos)……………………….…… …….. 56

vii

Pág. Tabla 3.05: Metrado (Ciclón)………………………………………...... …….. 57 Tabla 3.06: Metrado (Colector de Polvo)…………..………………………... 58 Tabla 3.07: Metrado (Ventilador Centrífugo)…………………....…… …….. 59 Tabla 3.08: Resumen de metrado del sistema……….……....…………….. 60

ÍNDICE DE FIGURAS. Pág. Figura 2.01: Cuarto de Granallado…………………………………………

09

Figura 2.02: Tanques de Granallado……………………………………..

09

Figura 2.03: Granalla esférica de Acero al Carbono…………….….……

10

Figura 2.04: Sistema recolector de Granalla………………………………

11

Figura 2.05: Sistema de Extracción de Polvo…………………………….

12

Figura 2.06: Ventilador Centrífugo…………………………………………

14

Figura 2.07: Disposición de Álabes en Rodetes………………………….

14

Figura 2.08: Separador Ciclónico de Involuta…………………………….

15

Figura 2.09: Precipitador Electrostático……………………………………. 17 Figura 2.10.Cámara de filtros de bolsas…………………………………… 18 Figura 2.11: Lavador Venturi……………………………..…………………. 19 Figura 2.12: Cámara Cilíndrica de sedimentación………………………… 19 Figura 3.01: Dimensión general del cuarto de granallado……………….. 33 viii

Pág. Figura 3.02: Diagrama de flujo del sistema………………………………… 36 Figura 3.03: Detalle del Sistema Colector de Polvo modelado en Solidworks.…………………………………………………..

42

Figura 3.04: Cronograma de fabricación del sistema de extracción de polvo. ……………………………………………………………………….…………. 55

ÍNDICE DE ANEXOS. Pág. Anexo 01 (Intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones)………………………………………….. Anexo 02 (Tamaños típicos de emisiones atmosféricas de partículas).

64 64

Anexo 03 (Recomendaciones de dispositivos según la Industria y Operación)……………………………………………………….

65

Anexo 04 (Captación de los contaminantes induciendo una velocidad de aire suficiente)……………………………………………..…. 65 Anexo 05 (Tipos de Campanas Captadoras)……………………………..

66

Anexo 06 (Velocidades que influyen en funcionamiento)………………

66

Anexo 07 (Captación de Aire contaminado en Campana Extractoras)… 67 Anexo 08 (Valores recomendados para la velocidad de transporte)..….. 68 Anexo 09 (Características de los Ciclones convencionales)…….……… 68 Anexo 10 (Dimensiones del Ciclón)………………………………………..

69

Anexo 11 (Características técnicas, largo de mangas 2400mm 96in de longitud)………………………………………………………………..…. 69 Anexo 12 (Esquema dimensional y funcional)……………………………

70

Anexo 13 (Presión dinámica en función de su velocidad)………………

71

Anexo 14 (Coeficiente “n” de pérdida de cargas en Campanas de Captación)………………………………………………………..

71 ix

Pág. Anexo 15 (Pérdida de conductos por rozamiento del aire en conductos circulares rectilíneos)……………………………………………

72

Anexo 16 (Coeficiente “n” de Pérdidas de cargas en codos)…………… 73 Anexo 17(Coeficientes “n” de pérdidas en uniones)………………….....

74

Anexo 18 (Diámetro equivalente de un conducto rectangular con igual pérdida de carga)………………………………………………..

75

Anexo 19 (Coeficientes “n” de pérdidas en Cambios graduales de sección)…………………………………………………………… 76 Anexo 20 (Factores para las relaciones de aire-tela en filtros Jet Pulse).. 77 Anexo 21(Catálogo CM Ventiladores Centrífugos Soler &Palau)………. 78 Anexo 22 (Rotor o Rodete)………………………………………………….

78

Pág. Anexo 23 (Curva Característica del Ventilador Centrífugo CM 500 (Soler &Palau))…………………………………………………… 79 Anexo 24 (Dimensiones Generales del Ventilador seleccionado – Soler & Palau)……………………………………………………

80

x

INTRODUCCIÓN

El presente proyecto tiene como finalidad diseñar un sistema de extracción de polvo como componente importante de un sistema que involucra procesos para la preparación y limpieza superficial por impacto, como lo es el granallado. El granallado utiliza la proyección de partículas abrasivas (granalla) a gran velocidad sobre la superficie de la pieza a tratar, eliminando impurezas y contaminantes superficiales con el fin de darle más resistencia y prolongar su vida útil. Dicho proceso contamina el ambiente de trabajo; porque desprende impurezas sólidas al aire y es donde entra a tallar el sistema a diseñar. Hablar del Sistema de Granallado implica agrupar una serie de subsistemas, el cual se realizará una descripción general de cada una de ella, para facilitar la comprensión y el rol que desempeñan, enfatizando el grado de protagonismo e importancia que tiene el sistema de extracción de polvo, que es el objeto de estudio del presente proyecto cuya estructura se compone de 3 capítulos. El primero comprende el planeamiento del problema, en donde se describirá, analizará, justificará la problemática dándole la solución adecuada, el segundo capítulo comprende el desarrollo del marco teórico, de donde nos basaremos de antecedentes, teorías, definiciones, normas ambientales y el vocabulario a utilizar en todo el proyecto, y el tercer y último capítulo corresponde al desarrollo del proyecto, en donde se sustentará por medio de cálculos matemáticos el dimensionado, diseño y selección de cada componentes a utilizar, el cual involucra hacer uso de manuales de ventilación industrial, libros y catálogos de fabricantes, sin dejar de lado a las normas ambientales vigentes que rigen y especifican las operaciones del sistema, adicionalmente se modelará el sistema diseñado en 3d en el programa de Ingeniería (SolidWorks 2013) con el objetivo de elaborar los planos para la fabricación de los componentes, finalizando con las conclusiones, las recomendaciones del caso y las fuentes utilizadas como son las bibliografías e imágenes (anexos). El autor

1

CAPÍTULO I

2

CAPÌTULO I 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.- DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA. La Empresa Prometal Roca Hermanos E.I.R.L. ubicada en la Cooperativa Las Vertientes Calle 5 Mz. E Lt. 4B Villa el Salvador, es una empresa especializada en construcciones metálicas que utiliza técnicas y tecnologías que demanda las normas de construcción y entre sus principales servicios esta la preparación de superficies en cabinas de arenado y granallado. Debido a la demanda de ésta última actividad, se tiene la necesidad de implementar una nueva cabina de granallado para lo cual ya cuentan con algunos componentes que comprenden el 70% sistema de granallado, los mismos que ya se encuentran instalado y ensamblado en el área proyectada para dicho sistema sin uso alguno, el 30% restante corresponde al problema de contaminación que éste proceso provoca en el ambiente de trabajo y sin solución, la empresa no puede contar con la puesta en marcha del sistema, ya que estaría expuesta a sanciones de acuerdo a ley. 1.2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. Al no contar con un sistema de extracción de polvo, el sistema de granallado no puede iniciar con su operación, debido a la seguridad del operario y del ambiente, su pronta solución sería vital en la línea de producción de la empresa, aumentando la producción diaria, aliviando las cargas de trabajo y disminuyendo los tiempos de entrega. 3

1.3. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. 1.3.1. ESPACIAL. El proyecto se realizará en la cabina número 02 de granallado de la empresa PROMETAL ROCA HERMANOS E.I.R.L.” 1.3.2. TEMPORAL. El periodo que comprende desde el estudio y toma de información en campo, hasta la realización del proyecto en teoría, es de setiembre del 2013 a febrero del 2014, quedando dispuesto para su construcción e instalación en un plazo de 24 días útiles, con 02 operarios trabajando a tiempo completo, en cada entregable de forma paralela de acuerdo a cada hito en diagrama Gantt. (Ver figura 3.04). 1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. La presencia de partículas contaminantes en la cabina de granallado limita el rendimiento y atenta con la salud del operario; así como la limpieza de las piezas metálicas después de ser tratado, por lo cual un sistema de extracción de polvo es indispensable para el control de la emisión de partículas sólidas que se deprende del proceso, garantizando el buen desempeño y la puesta en marcha del sistema. 1.5. OBJETIVOS. General. Diseñar un sistema de extracción de polvo como componente fundamental de un sistema de granallado en la empresa PROMETAL, para la puesta en marcha y el buen desempeño de los operarios. Específico. A. Reducir el nivel de contaminación de las piezas tratadas, por sedimentación de partículas sólidas en la superficie. B. Demostrar que más del 50% del sistema de extracción de polvo, puede ser fabricado por la misma empresa beneficiada. 4

CAPÍTULO II

5

CAPÍTULO II 2. MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES. La Empresa PROMETAL ROCA HERMANOS E.I.R.L. inicia sus actividades en el mes de noviembre del 2009, entre sus servicios que destaca está el de preparación de superficies metálicas por inyección por chorro, el cuál se inició con sistemas de arenado y viendo la demanda del mercado decide adquirir un nuevo sistema que cumpla con el mismo servicio, y a través de una evaluación de costo-beneficio en el proceso y la calidad se opta por la adquisición de un sistema de granallado. Con la experiencia obtenida en el uso del granallado y los buenos resultados deciden comprar componentes para un segundo sistema en remates públicos, faltando el sistema de evacuación y colector de polvo para iniciar con su operación, que es el objetivo de estudio del presente proyecto. Para su desarrollo se ha tomado como referencia TESIS de grados existentes, los cual se hace mención a los siguientes antecedentes: Año 2012 – Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (Ecuador), Lorena Chimbo P. – Leandro Ortiz C. desarrollan su investigación “DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN LOCALIZADA DE GASES Y POLVOS DEL PRODESO

DE

RECONSTRUCCIÓN

MECÁNICA

DE

TURBINAS

HIDRÁULICAS Y SU MANEJO PARA EL CONTROL DE IMPACTO AMBIENTAL”, para la obtención del título de Ingeniero Mecánico.

6

Año 2011 – Pontificia Universidad Católica del Perú (Perú), Ronald Mas B. desarrolló su investigación “DISEÑO DE SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE EMISIONES

DE

GASES

DE

COMBUSTIÓN

DE

BIOMASA

BAJO

CONDICIONES CONTROLADAS”, para la obtención del título de Ingeniero Mecánico. Año 2011 – Universidad Politécnica Salesiana (Ecuador), Juan Pablo Nivelo C.Juan Ugalde P. desarrollaron su investigación “DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO PARA LA EMPRESA INSOMET”, para la obtención del título de Ingeniero Mecánico. Año 2010 - Universidad del Oriente (Venezuela), Jhonatan Nightingale N. desarrolló su investigación “DISEÑO DE UN SISTEMA DE ASPIRACIÓN PORTÁTIL DE UREA PARA LAS ÁREAS DE PRODUCCIÓN, TRANSPORTE Y ALMACENAJE EN EL SECTOR DE GRANULACIÓN DE LA PLANTA FERTINITRO C.E.C.”, para la obtención del título de Ingeniero Mecánico.

2.2. BASES TEÓRICAS. 2.2.1. EL PROCESO DE GRANALLADO El proceso de granallado de superficies a través de la utilización de materiales abrasivos tuvo su inicio hace más de 100 años, cuando, en 1870, Tilghman descubrió y patentó el principio de limpieza con chorro de arena. Inicialmente, el granallado con arena se hacía a cielo abierto, o en ambientes confinados sin sistemas de ventilación apropiados. De esta forma, no tardaron en aparecer los primeros problemas de silicosis para los operadores. Desde entonces, fueron introducidas muchas alteraciones en la técnica de limpieza, desarrollándose nuevos tipos de equipos y de abrasivos. Los abrasivos metálicos fueron utilizados por primera vez en 1885, en Inglaterra, pero su aceptación industrial ocurrió solamente alrededor de 1920, cuando comenzaron a aparecer evidencias de las ventajas económicas y técnicas como: menor desgaste de los equipos, mejor acabado superficial, 7

mayor productividad, menor costo por tonelada acabada, menor volumen de material abrasivo manipulado, y, principalmente, por evitar la silicosis. Los primeros abrasivos metálicos a ser ampliamente utilizados eran producidos en hierro fundido coquillado, que, a pesar de ser muy superiores a las arenas, se rompían rápidamente, provocando desgaste relativamente rápido del equipo. Posteriormente fueron desarrolladas las granallas de hierro fundido maleable y de acero y los alarmes de acero cortados, todos con propiedades muy superiores a las de hierro fundido coquillado. Las granallas de acero se emplean actualmente en un sinnúmero de aplicaciones, tales como: - limpieza de piezas después de la fundición; - decapado mecánico de metales; - retirada de rebabas de piezas metálicas, plásticos y gomas; - empañado de superficies plásticas, vidrios, metales, cerámicas; - "shotpeening" de metales; 2.2.2. PRINCIPALES COMPONENTES DEL SISTEMA DE GRANALLADO. 2.2.2.1. CUARTO DE GRANALLADO. Los cuartos de granallado, se utilizan donde el tratamiento de superficies en piezas de grandes dimensiones, constituye uno de los procesos de fabricación, reemplazando a las insalubres y precarias instalaciones de arenado, haciendo a la operación apta para compartir espacios y tiempos productivos con cualquier otro tipo de proceso industrial. Esto asegura, no solo el disponer de la operación de granallado dentro de la planta fabril, sino de poder integrarlo a una línea de producción. Los cuartos de granallado pueden ser de dos tipos, modulares o de material (mampostería). Modulares: construidos en chapa, de estructura modular, siendo así paneles unidos entre si, de fácil y rápido armado e instalación. Pueden estar revestidos en material antiabrasivo, aumentando significativamente sus niveles de 8

protección. De mampostería: construidos en material de forma tradicional, son pequeños recintos cerrados que serán destinados para el granallado.

Figura 2.01: Cuarto de Granallado.

2.2.2.2. TANQUE DE PROYECCIÓN. Máquinas de aire presurizado, que es el encargado de contener los proyectiles (granalla), que por medio de chorros de aire a presión proveniente de la boquilla aspersor impacta sobre la pieza de trabajo.

Figura 2.02: Tanques de Granallado. 9

2.2.2.3. ABRASIVO METÁLICO (GRANALLA). Los principales tipos de abrasivos metálicos utilizados para la limpieza o el acabado de piezas ferrosas son, normalmente, producidas en hierro fundido o en acero, pudiendo presentarse en las formas angular o esférica. Las granallas son clasificadas por sus formas y tamaños, de acuerdo con normas específicas, tales como, SAE J444 y SFSA 20-66. Al mismo tiempo, existen normas complementarias, tales como, SAE J445 que especifica los ensayos mecánicos en las granallas metálicas, y SAE J827 que establece límites para los desvíos de forma, composición química, microestructura, dureza y contaminantes no magnéticos. Entre los que tenemos: 

Granalla de hierro fundido blanco.



Granallas de hierro fundido maleable.



Alarmes de acero cortados.



Granallas de acero fundidas.

Figura 2.03: Granalla esférica de Acero al Carbono.

10

2.2.2.4. SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y LIMPIEZA DE GRANALLA. Existen distintos tipos para la recolección y recuperación de granalla, los cuales podemos dividir en 3 tipos: Automáticas: es un sistema de recolección totalmente automática, no requiere la mano del hombre, la recolección puede hacerse por medio de tornillos sinfines, cintas o sistemas de barridos por carros. Semiautomática: éste sistema combina el uso de elementos mecánicos y la mano del hombre. Manual: la recolección se hace en forma manual, llevando la granalla hacia el limpiador después de ser arrojada.

Figura 2.04: Sistema recolector de Granalla.

2.2.2.5. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE POLVO. Un colector de polvo es un sistema que mejora la calidad del aire liberado por procesos industriales o comerciales mediante la recolección de polvo y otras impurezas de un gas o aire. Fue diseñado para separar grandes volúmenes de gas, y consiste en un escape de gas, un filtro de polvo, un limpiador del filtro, y un receptáculo o un sistema removedor del polvo. Se diferencia de los limpiadores de aire, que utilizan un filtro para remover el polvo.

11

Los colectores de polvo son utilizados para captar el polvo que se genera en diferentes procesos de la industria, se emplean para recuperar el producto y enviarlo nuevamente al proceso o para controlar las áreas con polvos fugitivos donde la salud, higiene, limpieza y el medio ambiente pueden verse afectados. En ambos casos, la selección correcta del colector de polvo representa ahorro de energía. Estos equipos se emplean principalmente para manejo de materiales sólidos pulverulentos, por ejemplo en la industria química, minera, laboratorios y en todo lugar donde al manejar graneles o procesos que emitan polvos. Su operación es automática, muy sencilla, con consumos de energía moderados y no requiere supervisión para su operación, así como tampoco mantenimientos especializados, cumpliendo con las normas oficiales de calidad del aire, con una eficiencia del 99% y más, en la filtración de polvos y partículas que se capturan. Un buen colector de polvo requiere un sistema completo que capture, colecte y descargue eficientemente las emisiones de distintos tipos de procesos industriales.

Figura 2.05: Sistema de Extracción de Polvo.

12

2.2.2.6. VENTILADOR INDUSTRIAL Un ventilador es una máquina de fluido concebida para producir una corriente de aire mediante un rodete con aspas que giran produciendo una diferencia de presiones. Entre sus aplicaciones, destacan las de hacer circular y renovar el aire en un lugar cerrado para proporcionar oxígeno suficiente a los ocupantes y eliminar olores, principalmente en lugares cerrados; así como la de disminuir la resistencia de transmisión de calor por convección. Fue inventado en 1882 por el estadounidense Schuyler S. Wheeler. Se utiliza para desplazar aire o gas de un lugar a otro, dentro de o entre espacios, para motivos industriales o uso residencial, para ventilación o para aumentar la circulación de aire en un espacio habitado, básicamente para refrescar. Por esta razón, es un elemento indispensable en climas cálidos. Un ventilador también es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un incremento de presión no mayor de 1.000 mmH2O aproximadamente, por lo que da lugar a una variación muy pequeña del volumen específico y suele ser considerada una máquina hidráulica. En energía, los ventiladores se usan principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible que la conducción del propio gas sea lo esencial, pero también en muchos casos, el gas actúa sólo como medio de transporte de calor, humedad, etc. o de material sólido, como cenizas, polvos, etc. VENTILADOR CENTRÍFUGO. En los ventiladores centrífugos la trayectoria del fluido sigue la dirección del eje del rodete a la entrada y perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

13

Figura 2.06: Ventilador Centrífugo.

Estos ventiladores tienen tres tipos básicos de rodetes: 1. Álabes curvados hacia adelante, 2. Álabes rectos, 3. Álabes inclinados hacia atrás / curvados hacia atrás. En la figura puede observarse la disposición de los álabes.

Figura 2.07: Disposición de Álabes en Rodetes.

14

2.2.3. DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS EN EL AIRE.

Los dispositivos de control más usados para controlar la emisión de partículas son los siguientes:

2.2.3.1 SEPARADOR DE INERCIA: CICLÓN

Los ciclones usan el principio de la fuerza centrífuga para remover el material particulado. En un ciclón, el flujo contaminante es forzado a un movimiento circular. Este movimiento ejerce fuerza centrífuga sobre las partículas y las dirige a las paredes exteriores del ciclón. Las paredes del ciclón se angostan en la parte inferior de la unidad, lo que permite que las partículas sean recolectadas en una tolva. El aire limpio sale del ciclón por la parte superior de la cámara, pasando por un espiral de flujo ascendente o vórtice formado por una espiral que se mueve hacia abajo. Los ciclones son eficientes para remover partículas grandes pero no son tan eficientes para partículas pequeñas. Por esta razón, a menudo se usan con otros dispositivos de control.

Figura 2.08: Separador Ciclónico de Involuta. 15

Los márgenes de la eficiencia de remoción para los ciclones, están con frecuencia basados en las tres familias. (Anexo 01) presenta el intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones.

Ciclones de alta eficiencia: Los ciclones de alta eficiencia están diseñados para alcanzar mayor remoción de las partículas pequeñas que los ciclones convencionales, pueden remover partículas de 5µm con eficiencias hasta del 90%, pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partículas más grandes. Tienen mayores caídas de presión, lo cual requiere de mayores costos de energía para mover el gas sucio a través del ciclón. Por lo general, el diseño del ciclón está determinado por una limitación especificada de caída de presión, en lugar de cumplir con alguna eficiencia de control especificada.

Ciclones de alta capacidad: Los ciclones de alta capacidad están garantizados solamente para remover partículas mayores de 20µm, aunque en cierto grado ocurra la colección de partículas más pequeñas.

2.2.3.2 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS. Los precipitadores electrostáticos (PES) capturan las partículas sólidas en un flujo de gas por medio de la electricidad. El PES carga de electricidad a las partículas atrayéndolas a placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en el precipitador. Las partículas se retiran de las placas mediante "golpes secos" y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad.

16

Figura 2.09: Precipitador electrostático. La eficiencia de remoción de los PES es muy variable. Solo para partículas muy pequeñas, la eficiencia de remoción es de aproximadamente 99 por ciento. 2.2.3.3 FILTROS DE MANGAS. El filtro de mangas o cámara de filtros de bolsa trabaja bajo el mismo principio que una aspiradora de uso doméstico. El flujo de gas pasa por el material del filtro que retira las partículas. El filtro de tela es eficiente para retener partículas finas y puede sobrepasar 99 por ciento de remoción en la mayoría de las aplicaciones. Una desventaja del filtro de tela es que los gases a altas temperaturas a menudo tienen que ser enfriados antes de entrar en contacto con el medio filtrante. 17

Figura 2.10.Cámara de filtros de bolsas.

2.2.3.4 LAVADORES VENTURI. Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para remover partículas sólidas. En el lavador Venturi, el gas cargado con material particulado pasa por un tubo corto con extremos anchos y una sección estrecha. Esta constricción hace que el flujo de gas se acelere cuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe un rocío de agua antes o durante la constricción en el tubo. La diferencia de velocidad y presión que resulta de la constricción hace que las partículas y el agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad en la sección expandida del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan del flujo de gas. Los lavadores Venturi pueden alcanzar 99 por ciento de eficiencia en la remoción de partículas pequeñas. Sin embargo, una desventaja de este dispositivo es la producción de aguas residuales.

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Figura 2.11: Lavador Venturi. 2.2.3.5 CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN Las cámaras de sedimentación emplean la fuerza de gravedad para remover partículas sólidas. El flujo de gas ingresa a una cámara donde disminuye la velocidad del gas. Las partículas más grandes caen del flujo de gas en una tolva. Debido a que las cámaras de sedimentación son efectivas sólo para la remoción de partículas más grandes, usualmente se usan junto con un dispositivo más eficiente de control.

Figura 2.12: Cámara Cilíndrica de sedimentación.

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2.2.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE DISPOSITIVOS COLECTORES. CICLÓN INDUSTRIAL. Ventajas: o Baja inversión inicial. o Bajísimos costos de operación. o De fácil construcción. Instalación rápida y económica. o De fácil mantenimiento (no contienen piezas movibles). o Pueden alcanzar hasta 99% de eficiencia, dependiendo del tamaño de las partículas. o Operan con gases en temperaturas elevadas. o Pueden ser construidos con materiales resistentes a la abrasión y corrosión. o Su eficiencia es constante a lo largo de su vida útil. o Separan una gran variedad de materiales. o Pérdida de carga siempre constante. o Facilidad de remoción del material recolectado. o Proyectado para el mejor desempeño de acuerdo con el perfil granulométrico de las partículas.

Desventajas: o Baja eficiencia de colección con partículas muy finas (menores a 5µm). o Elevada caída de presión (hasta 2.5 kPa - 250 milímetros de columna de H2O) para alcanzar altas eficiencias de colección alrededor del 95%.

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PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICO. Ventajas: o Bajo requerimiento de personal para su manejo. o Eficiencia de recolección muy alta, para partículas gruesas y finas, logradas con un gasto relativamente bajo de energía. o Recolección en seco. o Baja caída de presión (