Introducción a la ventilación Industrial

Conceptos Básicos

VENTILACION

Ventilación significa "desplazamiento de aire". En la practica de Ingeniería que nos concierne, el desplazamiento de aire tiene como finalidad la extracción o el suministro de aire desde o hacia un ambiente, respectivamente

DIFERENCIA ENTRE HVAC Y VENTILACION INDUSTRIAL

El propósito del HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), es mantener el confort térmico y eliminar los olores producidos por la actividad humana, en recintos tales como oficinas, auditorios y residencias

El propósito de la Ventilación Industrial es controlar las emisiones de contaminantes (polvo, gases, olores, sustancias tóxicas), así como de calor, en los procesos industriales. La ventilación industrial no intenta eliminar el calor o los contaminantes presentes, sino de reducir la presencia de los mismos en el ambiente, hasta un nivel aceptable para la salud humana (ejemplo: tóxicos) o para la continuidad del trabajo (ejemplo: extracción de aserrín)

AEROSOL

El aerosol es una partícula (sólida o liquida) cuyo movimiento esta gobernado por el movimiento del aire en el cual se encuentra suspendido

CLASIFICACION DE LOS CONTAMINANTES

Desde el punto de vista de la mayoría de las aplicaciones de la Ventilación Industrial, los contaminantes pueden ser clasificados en alguna de las siguientes categorías:

- Polvos (partículas sólidas entre 0.25 y 20 micrones) - Humos (partículas resultantes de una reacción química con cambio de estado) - Neblinas (gotas de liquido finamente atomizado) - Gases (sustancias en estado gaseoso que solo pueden estar en fase liquida bajo presiones muy altas) - Vapores (sustancias en estado gaseoso que a temperaturas y presiones ordinarias se encuentran en estado liquido)

A su vez, estos contaminantes pueden ser tóxicos, irritantes, cancerígenos, explosivos, combustibles, etc.

LINEAS DE CORRIENTE Y CAMPO DE VELOCIDADES

Las líneas de corriente son las trayectorias de las partículas de aire dentro de, por ejemplo, un recinto industrial. El campo de velocidades es el conjunto de dichas líneas de corriente

VENTILACION INDUSTRIAL: SINTESIS

La síntesis de todos los conceptos anteriores, permite reescribir y entender la Ventilación Industrial como sigue

"La Ventilación Industrial consiste en el control de los contaminantes producidos por los procesos industriales. Para esto, se utiliza el aire para extraer los diversos tipos de contaminantes (aerosoles, gases, etc.), reduciendo la presencia de dichos contaminantes hasta niveles aceptables para la salud humana y para la continuidad del trabajo"

Sistemas de Control de Polvo

De baja presión

1. PRECISIONES CONCEPTUALES

Conceptualmente los sistemas de captación de polvo de baja presión (SCPBP) son un conjunto de dispositivos y/o elementos ordenados que actúan sobre las fuentes de emisión (polvo), impidiendo que éstos se dispersen en el entorno.

Los SCPBP, de acuerdo al nivel actual de la tecnología disponible, actúan sobre los medios contaminantes básicamente bajo el siguiente esquema :

"Encapsulando las fuentes de emisión y creando una corriente de aire que arrastre los contaminantes, a través de ductos hacia un equipo especialmente diseñado para retenerlos. Estos Sistemas de Control de Polvo se denominan de Baja Presión" (SCPBP).

2. DEFINICIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL DE POLVO DE BAJA PRESIÓN (SCPBP)

Conceptualmente las instalaciones de un SCPBP, están conformado por : (ver figura)

a) Los Sistemas de Ventilación Local Exhaustora (SVLE). b) Los Equipos de Retención (ER).

a) Sistemas de Ventilación Local Exhaustora (SVLE) ------------------------------------------------------------------------ Los SVLE son los encargados de captar las partículas desde los puntos de emisión y transportarlas hasta el o los equipos de retención. Sus principales componentes son las campanas captadoras, ductos de transporte, chimenea de descarga y un ventilador centrífugo exhaustor, este último es el que suministra la energía necesaria para lograr las velocidades de captura y transporte de las partículas y vencer las pérdidas de carga del Sistema y de los Equipos de Retención.

"Desde la perspectiva de control ambiental, los SVLE son los responsables de la mantención de la calidad del aire en el entorno del lugar de trabajo".

El dimensionamiento de los SCPBP recae fundamentalmente en la determinación de los "volúmenes de aire" a ser manejados por el SVLE. La definición de los volúmenes de captura, es función directa de las características particulares de la fuente de emisión a controlar. En la literatura especializada, se dan valores de referencia para determinadas situaciones particulares.

La eficiencia de los SVLE depende fundamentalmente de las características físicas y geométricas del lugar, de los puntos de emisión (causas), velocidades de captura y transporte aplicados a las partículas.

Es necesario tener presente que los SVLE actúan sobre los volúmenes de aire inducido (causante del arrastre del polvo), producto del manejo de materiales; es decir, no es función de estos sistemas extraer las partículas de polvo y gases del flujo de material, sino crear condiciones para que estas partículas no la abandonen.

b) Equipos de Retención (ER) --------------------------------------- Los ER son equipos especialmente diseñados para colectar las partículas captadas y transportadas por SVLE. El objetivo final del diseño de estos equipos, es crear condiciones y/o fuerzas que obliguen a las partículas y gases a dejar el flujo de gas transportador. Existe una diversidad de familias de equipos colectores, cada una de las cuales utiliza mecanismos de retención que aprovecha una o más propiedades físico/químicas de los contaminantes en

suspensión y del gas transportador.

"En los SCP, los ER son los responsables de la calidad del aire en el entorno de los lugares de trabajo".

Su capacidad nominal de manejo de aire, queda definida por el SVLE, al cual el ER está

conectado.

3. IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE EMISIÓN

Para efecto del diseño de Ingeniería de los SCPBP y medir la efectividad de éstos, es necesario identificar y precisar las diferentes causas de emisiones de polvo que se generan al interior de las Plantas de Proceso.

Polvo y gases de Proceso. Es aquel generado por el arrastre del aire inducido a la salida/entrada de los equipos del proceso.

Polvo y gases por sellos defectuosos. El movimiento del material al interior de los equipos de proceso provoca áreas (volúmenes) de sobre-presión y depresión. Esto obliga a que los equipos deban estar completamente sellados tanto en las áreas de sobre-presión, para que no emitan polvo, como en las áreas de depresión para que no ingrese aire inducido, el que a la postre redunda en un aumento de las áreas de sobre-presión.

Polvo por derrames de material. Ejemplo: Raspadores fuera de las tolvas de recepción,

perforaciones en chutes de traspaso, etc.

Polvo y gases fugitivos de áreas externas (viento). Es el polvo arrastrado por el viento proveniente de los caminos, secado de barros anódicos, del acopio grueso, etc.

Polvo depositado sobre las estructuras. La presencia de este polvo, consecuencia de las fuentes de emisión antes descritos, es una condición permanente al interior de las Plantas de Proceso. Los movimientos de aire en el interior mantienen constantemente una concentración de polvo en suspensión.

Los SCPBP están definidos para minimizar las emisiones de polvo, y mejorar la calidad del aire al interior de las Plantas. Actúan exclusivamente sobre los polvos de procesos.

Introducción a la ventilación Industrial

Mecanismos de Captura

En las descripciones siguientes, se usará el término blanco para designar cualquier objeto colocado en el camino de los contaminantes, destinado a capturarlos.

El blanco puede ser partícula (gota de agua, polvo de cal), una fibra de tela, etc.

Los contaminantes pueden ser aerosoles (partículas liquidas o sólidas), vapores o gases.

La captura de los contaminantes se produce por uno de los efectos siguientes, o por una combinación de estos.

· EFECTO DE INTERCEPCION

Ocurre cuando la distancia libre entre los blancos (por ejemplo, las fibras de una tela) es menor que el diámetro de las partículas

· IMPACTO INERCIAL

Cuando una corriente de aire se aproxima a un objeto, las líneas de corriente se abren (se deforman, se curvan), para pasar alrededor del objeto. Sin embargo, la inercia propia de la partícula tiende a mantener la trayectoria en línea recta, separándola de la línea de flujo e impactando al blanco

· INTERCEPCION DIRECTA

La intercepción directa ocurre cuando la partícula sigue las líneas de flujo, pero el radio de la partícula es mayor que la distancia entre la partícula y la superficie del blanco

· DIFUSION BROWNIANA

Ocurre cuando las partículas no siguen exactamente las líneas de flujo, sino que son continuamente desviadas por efectos de choque molecular, ocasionando una trayectoria errática, que, en el tiempo, sigue la misma dirección que las líneas de corriente. En este caso, es factible que, aun cuando el radio de la partícula sea mucho mayor que la distancia entre la partícula y el blanco, esta logre impactarlo gracias a la trayectoria que sigue

· ABSORCION

Absorción por un liquido en el cual es gas es soluble

· ADSORCION

Adhesión de los contaminantes en la superficie del blanco, debido al efecto de fuerzas moleculares superficiales

· CONDENSACION

Es el paso de la fase vapor a la fase liquida, debido al descenso de temperatura. Este paso permite la transformación de los vapores en partículas susceptibles de ser capturadas por alguno de los mecanismos indicados anteriormente

· REACCION

Ocurre cuando el contaminante reacciona químicamente con el blanco, obteniéndose productos que son no-contaminantes

EJEMPLOS:

Desulfurización de Gases ------------------------------------- Se logra mediante una combinación de adsorción y Efecto de Intercepción. Los contaminantes (gases sulfurados) impactan partículas de cal, siendo adsorbidas por estas. Las partículas de cal, a su vez, son retenidas en las telas del filtro de mangas

Abatimiento de Neblinas Acidas ---------------------------------------------- Se logra mediante una combinación de Intercepción directa con absorción. Las neblinas ácidas (aerosoles líquidos) son absorbidas por gotas de agua, las que se recogen en una corriente liquida

Control de Olores ------------------------- Se logra mediante una combinación de difusión browniana de los contaminantes (ácido sulfhídrico, meltilrcaptano, etc), siendo el blanco son partículas pulverizadas de un liquido neutralizador de olores. Este, luego de capturar los contaminantes, reacciona químicamente con ellos, obteniéndose productos inofensivos