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CHIMENEAS EJEMPLOS TEMA:
CURSO: ANALISIS YCONTROL DE CONTAMINACION
ATMOSFERICA
SMITH, ROBERT y SMITH, THOMAS.
Ecologa. Pearson Educacin S.A.
Madrid, Espaa. (2001)
ING. SALVADOR ORTEGA SILVA
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL
9. DISEO DE CHIMENEA Y PLUMA
ATMOSFERA, TIEMPO Y CLIMA
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Factores de Diseo de la
Campana
Cuando se disea una campana,
varios factores deben de
considerarse:
Forma de la campana
Razn de flujo volumtrico
Velocidad de captura
Friccin
La forma de la campana est
determinada por la naturaleza de
la fuente siendo controlada.
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Factores de Diseo de la Campana
* Esto incluye factores tales como la temperatura y
la composicin de las emisiones, as como las
dimensiones y la configuracin de la corriente
de la emisin.
* Tambin son importantes tales factores ambientales
como la velocidad y temperatura de las corrientes de
aire en la vecindad.
La forma de la campana determina parcialmente la razn de flujo
Volumtrico necesario para capturar la emisin. El aire es aspirado hacia
ella de todas direcciones.
El volumen de aire aspirado a travs de la esfera sera el producto del
rea superficial de la esfera y la velocidad de captura de la campana, uc:
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Factores de Diseo de la Campana
1. Se aplica a conductos cuyo dimetro es pequeo en relacin al radio
dela esfera. uc = la velocidad de captura de la campana
2. Si el dimetro del conducto es ms grande, el rea de captura tendr
que ser reducida por el rea de la seccin transversal del conducto (Dd),
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Factores de Diseo de la Campana
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
EJEMPLO: Diseo de la Campana
Una campana de toldo circular est siendo utilizada para captura
emisiones de un tanque de electrodeposicin de cromo. La cara de la
campana est 6 pies arriba del tanque, un recipiente circular de 8 pies de
dimetro. La velocidad de salida del gas: para este ejemplo es de 200
ft/min. Suponiendo que los alrededores del tanque estn a condiciones
estndar, calcule:
A. Ecuacion de Diseo en funcion de la tabla 1.1.
B. Flujo volumtrico requerida aspirada hacia dentro de la campana??
C = AREA DE LA CARA DE LA CAMPANA
D. Velocidad de captura del gas a la campana??
E = Estimar el costo de la campana.
Solucin: Obtenga la ecuacin de la
campana de toldo de la Tabla 1.1:
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
EJEMPLO: Diseo de la Campana
Solucin A: Obtenga la ecuacin de la campana de toldo de la Tabla 1.1:
Permetro de la circunferencia= Pi x Dimetro
P = Pi x 8 pies = 25.13 pies.
Q = 1.4 x 25.13 ft x 6 ft x ( 200 ft/min) = 42218.4 ft3/min
Continua en pizarra.
9.3. COSTOS DE LA CAMPANA
El costo de la campana esta dado para los siguientes tipos de campanas:
Toldocircular
Toldorectangular
Tiro lateral
Tiro posterior (ranurada)
9.3. COSTOS DE LA CAMPANA
Los costos de las campanas se correlacionan bien con el rea de
entrada o de cara de la campana (Af, ft2). Adems, la forma funcional
que mejor ajusta la correlacin (ecuacin) costo-rea de cara es la
funcin potencia, o:
Ejemplo: Cual sera el costo de la campana de toldo para el tanque de
electrodeposicin del tamao diseado para el ejemplo anterior. Suponga que la
campana es fabricada de FRP.
Solucin: Recuerde que el rea de cara (Af = calculada para la campana fue de
98.5 ft2. Debido a que sta es una campana de toldo circular, los parmetros de
la ecuacin de la Tabla 1.8 son:
a= 128 y b = 0.577. (Note que esta rea de campana cae dentro del rango de la
ecuacin de 2 a 200 ft2 .) Sustituyendo estos parmetros en la Ecuacin
obtenemos: Ch= 128 x ( 98.5) 0.577 = $ 1809.15
9.3. COSTOS DEL SISTEMA DE CONDUCTOS:
Entre ellos tenemos, los precios cubren las siguientes piezas de equipo:
Circular:
Hoja de acero (carbn, galvanizada, con y sin aislante; inoxidable 304)1-46
Placa de acero (carbn, cubierta; inoxidable 304)
Plstico (FRP; PVC)
Cuadrado Acero (carbn, aluminizado; con y sin aislante) - Codos (90o):
Acero (carbn, galvanizado, con y sin aislante; inoxidable 304)
Plstico (FRP; PVC)
Compuertas: Mariposa
Acero (carbn, galvanizado, con y sin aislante)
Plstico (FRP; PVC, con y sin actuadores)
Persianas
Acero (carbn, aluminizado, con y sin actuadores)
De guillotina
Acero (carbn)
PVC
9.3. COSTOS DEL SISTEMA DE CONDUCTOS:
La Ecuacin representa la funcin potencia, mientras que las otras formas son:
Los parmetros de
regresin se enlistan
en las Tablas de la
1.9 a la 1.11, junto
con la aplicabilidad
de los rangos de
tamao para las
correlaciones
respectivas Los
siguientes prrafos
contienen informacin
adicional acerca de
datos de precio y
correlaciones:
9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas
El diseo de chimeneas implica un nmero de parmetros de la
corriente, estructural, especficos y Estos incluyen:
Variables del gas residual: razn de flujo volumtrico de entrada,
temperatura y composicin;
Datos especficos del sitio: altura sobre el nivel del mar, fluctuaciones
de temperatura ambiente, datos topogrficos y ssmicos, registros
meteorolgicos y elevaciones y distribucin del edificio;
Parmetros estructurales: espesor de la pared de la chimenea y del
forro, localizacin de la breaching opening (abertura de penetracin),
tipo de soportes, capacidad de carga de los cimientos, mdulos de
resistencia y frecuencia de la vibracin natural.
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Procedimiento de Diseo del Sistema de Conductos.
El diseo del sistema de conductos puede ser una tarea extremadamente
compleja.
Determinar el nmero, colocacin y dimensiones de los componentes del
sistema de conductos conductos rectos, codos, Tes, compuertas, etc.
puede ser tediosa y consumir tiempo. Sin embargo, para propsitos de
realizar estimaciones de costo a nivel estudio del sistema de control,
tales procedimientos de diseo involucrados no son necesarios.
En su lugar, se puede concebir un mtodo ms simple de diseo del
tamao del sistema de conductos.
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Procedimiento de Diseo del Sistema de Conductos.
Hay dos mtodos comnmente utilizados para disear el tamao y
establecer el precio del sistema de conductos.
En el primero, el peso total del conducto es computado del nmero y
dimensiones de los componentes varios. Este peso es multiplicado por un
solo precio (en $/lb) para obtener el costo del equipo del sistema de
conductos. Para determinar el peso del sistema de conductos, uno
necesita conocer el dimetro, longitud y espesor de pared de cada
componente en el sistema.
El segundo se disea el tamao y se establece precio de los
componentes del sistema de conductos individualmente. El precio del
conducto recto se obtiene tpicamente como una funcin de la longitud,
dimetro y espesor de pared, as como, por supuesto, del material de
construccin. El precio de los codos, tes y otros accesorios se establece
de acuerdo a todos estos factores, excepto la longitud. Debido a que
proporciona ms detalles y precisin, el segundo mtodo ser utilizado
en esta seccin.
9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS
Parmetros de Diseo del Sistema de Conductos.
Longitud: depende de factores como la distancia de la fuente al
dispositivo de control. Puede variar desde 20 a 2,000 pies o ms. Es
mejor dar el costo del conducto recto en base a $/ft .
Dimetro: se prefiere la forma circular a la rectangular, ovalada u otras
formas de conducto. Por lo tanto:
donde
Ad = rea de seccin transversal del conducto (ft2)
Dd = dimetro del conducto (ft)
El rea de seccin transversal del conducto es el
cociente de la razn de flujo volumtrico (Q) y de la
velocidad de transporte en el conducto (ut):
9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas
Dimetro: de Ec. 1 y 2:
Como Q es usualmente conocida, la variable clave es la velocidad de
transporte en el conducto.
Esta variable debe escogerse cuidadosamente. Si la ut (velocidad de la
partcula o gas) seleccionada es muy baja, el conducto estar sobre
dimensionado y, ms importante, la velocidad no ser suficientemente
alta para conducir la materia particulada en la corriente de gas residual
al dispositivo de control.
9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas
Dimetro:
.
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas
Las prdidas de energa en los sistemas de ventilacin debido a la
friccin, son calculados tradicionalmente como fracciones de la presin
de velocidad VP.
Tcnicamente, las ecuaciones se aplican para regiones en el sistema
de ventilacin donde no hay cambios en la presin de velocidad.
Estas regiones incluiran conductos rectos, campanas y accesorios
tales como acoples y codos simples. Pero, con las Tes, yes y otros
accesorios de flujo dividido, la velocidady la presin de velocidadno son constantes entre la entrada y salida del accesorio.
La prdida por friccin correspondiente (Fb) es una funcin de ambas,
las VPs corriente arriba (entrada) y en el ramal, como lo indica la
siguiente ecuacin: Fb
.
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas
Donde:
VPu, VPb = presiones de velocidad corriente arriba y en el ramal,
respectivamente.
kb = coeficiente de prdida en el ramal
Sin embargo, los accesorios de flujo dividido no son generalmente
utilizados con sistemas de ventilacin de control de la contaminacin
simples, excepto en aquellos casos donde una te puede necesitarse,
digamos, para propsito de agregar aire de dilucin
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Por ejemplo, para estimar la prdida por friccin por 100 pies (Fd/
100 ft) a condiciones estndar para sistemas de conductos
galvanizados redondos, en espiral, teniendo 10 uniones por 100 pies,
utilice la siguiente ecuacin:
d = distancia del conducto a la fuente de control en pies.
= Velocidad de la cara de la campana pies/min.
Esta ecuacin proporciona la prdida por friccin total.
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Por ejemplo, para estimar la prdida por friccin por 100 pies (Fd/
100 ft) a condiciones estndar para sistemas de conductos
galvanizados redondos, en espiral, teniendo 10 uniones por 100 pies,
utilice la siguiente ecuacin:
d = distancia del conducto a la fuente de control en pies.
= Velocidad de la cara de la campana pies/min.
Esta ecuacin proporciona la prdida por friccin total.
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos polvos
ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de un
conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres codos
de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura de 1.50.
La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual contiene
polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones estndar.
Calcular la prdida por friccin Total en el sistema del conducto.
Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el
sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de
transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).
Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos de
polvos ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de
un conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres
codos de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura
de 1.50. La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual
contiene polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones
estndar. Calcular la prdida por friccin en el sistema del conducto.
Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el
sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de
transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).
Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):
Continua.pizarra
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos polvos
ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de un
conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres codos
de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura de 1.50.
La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual contiene
polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones estndar.
Calcular la prdida por friccin en el sistema del conducto.
Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el
sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de
transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).
Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):
Continua.pizarra
9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos
Diseo de Chimeneas Ejemplo: El gas residual de un incinerador trmico tiene una razn de
flujo de salida y una temperatura de 21,700 ft3/min reales y 550oF,
respectivamente.
La velocidad mxima del viento en la ciudad es de 42 millas/hr,
mientras que las temperaturas de salida de la chimenea y la
ambiental son 450oF y 70oF, a su vez. La presin baromtrica es 1 atm.
(29.92 in. Hg). El incinerador est cerca de un edificio de ladrillo de 35-
ft de alto, mientras que el ancho proyectadode un edifico adyacente es 40 ft. Para que la chimenea disperse el gas del incinerador, calcule:
(1)la velocidad de salida,
(2) el dimetro,
(3) la altura, y
(4) el tiro, requeridos.
Solucin:
8.3 DISEO DE CHIMENEA Y PLUMA
Dos ejemplos de flujo descendente