Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2005

Propuesta técnica para el control de emisiones atmosféricas en Propuesta técnica para el control de emisiones atmosféricas en

la planta de producción de Sicolsa S.A., áreas de preparación de la planta de producción de Sicolsa S.A., áreas de preparación de

arenas, fundición de hierro, fundición de bronce y granalladoras arenas, fundición de hierro, fundición de bronce y granalladoras

Diana Rocio Gómez Cifuentes Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Gómez Cifuentes, D. R. (2005). Propuesta técnica para el control de emisiones atmosféricas en la planta de producción de Sicolsa S.A., áreas de preparación de arenas, fundición de hierro, fundición de bronce y granalladoras. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1685

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PROPUESTA TÉCNICA PARA EL CONTROL DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS EN LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE SICOLSA S.A.,

ÁREAS DE: PREPARACIÓN DE ARENAS, FUNDICIÓN DE HIERRO, FUNDICIÓN DE BRONCE Y GRANALLADORAS.

DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

UNIVESIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

SANTAFE DE BOGOTA, D.C. 2005

PROPUESTA TÉCNICA PARA EL CONTROL DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS EN LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE SICOLSA S.A.,

ÁREAS DE: PREPARACIÓN DE ARENAS, FUNDICIÓN DE HIERRO, FUNDICIÓN DE BRONCE Y GRANALLADORAS.

DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

Proyecto de grado para optar al titulo de Ingeniera Ambiental y sanitaria

Director GABRIEL HERRERA Ingeniero Sanitario

UNIVESIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

SANTAFE DE BOGOTA, D.C. 2005

Nota de aceptación

_______________________

_______________________

_______________________

Jurado

_______________________

Jurado

Bogotá D.C., 13 de Diciembre de 2005.

A MIS PADRES, GRACIAS A USTEDES POR MANTENERME EN SUS BRAZOS

AUN CUANDO YA DEBERIA CAMINAR SOLA, Y A DIOS POR PERMANECER A MI LADO

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a: Universidad de La Salle Siderurgica de Colombia S.A. (SICOLSA S.A.) JUAN CARLOS BOSSA. Director de ingeniería SICOLSA S.A. Director interno de proyecto. Por la confianza depositada y su constante colaboración. CESAR BOSSA. Ingeniero metalúrgico. SICOLSA S.A. Por la constante e inmensa colaboración, su tiempo y dedicación en este proyecto. GABRIEL HERRERA. Ingeniero sanitario. Universidad de La Salle. Director de proyecto. Por todo su apoyo, profesionalismo, paciencia y calidad humana. HELENA GOMEZ. Ingeniera química. GOCITEX LTDA. Por su hospitalidad, motivación y ayuda profesional. EDUARDO FRANCO. Ingeniero metalúrgico. SICOLSA S.A. Por la colaboración prestada. CAMILO GUAQUETA. Decano facultad ingeniería ambiental. Universidad de La Salle. Por el apoyo brindado para la presentación y culminación del proyecto. A los trabajadores de SICOLSA por la colaboración prestada, y la calidad humana que hizo de realizar el trabajo en su empresa un placer. A mis familiares y amigos por su motivación y ayuda, porque hicieron de este proyecto algo tangible.

TABLA DE CONTENIDO

Pág. RESUMEN INTRODUCCION 1. GENERALIDADES 1

1.1 CONTAMINACION DEL AIRE 1 1.1.1 Fuentes de la contaminación atmosférica 2 1.1.2 contaminantes atmosféricos 2 1.1.3 Efectos de los contaminantes atmosféricos 3 1.2 SICOLSA S.A. 6 1.2.1 Proceso productivo 6 1.2.2 Ubicación geográfica de SICOLSA y condiciones 10

Meteorológicas 1.3 EMISIONES ATMOSFERICAS EN SICOLSA 11 1.3.1 Fuentes 12 1.3.2 Efectos contaminantes emitidos por Sicolsa s.a. 14 1.4 LEGISLACION COLOMBIANA SOBRE EMISIONES 15 1.5 CONTROL DE EMISIONES ATMOSFERICAS 17 1.5.1 Cámaras de sedimentación 18 1.5.2 Separadores inerciales 18 1.5.3 Ciclones 18 1.5.4 Colectores de polvo ó cámaras de bolsas 18 1.5.5 Lavadores húmedos 20 1.5.6 Precipitadores electrostaticos 21 1.5.7 Colectores por adsorción 22 2. CIRCUITO DE ARENAS 24 2.1 INSUMOS 24 2.1.1 Arena 50 – 100 24 2.1.2 Arena de circulación 25 2.1.3 Bentonita 26 2.1.4 Carbonilla 26 2.1.5 Agua 27 2.2 MAQUINARIA Y EQUIPO 27 2.2.1 Tarima 27 2.2.2 Bandas transportadoras 28 2.2.3 Transportador vibratorio 28 2.2.4 Alimentador vibratorio 29 2.2.5 Didion 30 2.2.6 Separador magnético 30 2.2.7 Transporte neumático 31 2.2.8 Tolva arena de circulación 32 2.2.9 Silos de materias primas 32 2.2.10 Molino mezclador (Speed muller) 32 2.3 DESCRIPCION DEL PROCESO 33 2.4 MODIFICACIONES DEL PROCESO 36 2.5 CARACTERISTICAS DE LAS EMISIONES 37 2.6 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 39 2.6.1 Fuentes de emisión 41

2.6.2 Sistemas de captación 43 2.6.2.1 Estructura física de las campanas 43 2.6.2.2 Velocidad de captura 55 2.6.2.3 Caudal de diseño 56 2.6.2.4 Perdidas de presión a la entrada de la campana 57 2.6.3 Sistema de ductos 61 2.6.3.1 Velocidad de transporte 61 2.6.3.2 Perdidas de carga 62 2.6.3.3 Calculo 64 2.6.4 Depuradores 70 2.6.4.1 Separador inercial 71 2.6.4.2 Ciclón 72 2.6.4.3 Colector de polvo 76 2.6.4.4 Eficiencia 82 2.6.5 Requerimientos de energía del sistema 83 3. GRANALLADORAS 94 3.1 INSUMOS 94 3.2 MAQUINARIA Y EQUIPO 95 3.2.1 Granalladora catorce 95 3.2.2 Granalladora cinco 96 3.2.3 Skip de carga 96 3.2.4 Filtro de mangas 97 3.2.5 Multiciclones 97 3.3 DESCRIPCION DEL PROCESO 98 3.4 CARACTERISTICAS DE LAS EMISIONES 99 3.5 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 100 3.5.1 Validación del sistema 100 3.5.1.1 Granalladora cinco 100 3.5.1.2 Granalladora catorce 103 3.5.2 Complemento del diseño actual 112 4. FUNDICION DE HIERRO 117 4.1 MATERIAS PRIMAS 118 4.1.1 Grafito 118 4.1.2 Carburo de silicio 118 4.1.3 Lamina cold rolled 118 4.1.4 Ferroaleaciones 118 4.1.5 Retorno 118 4.1.6 Chapa 118 4.2 Maquinaria y equipo 119 4.2.1 Hornos 119 4.2.2 puente grúa 120 4.2.3 cuchara receptora 120 4.2.4 cuchara vaciadora 121 4.3 PROCESO PRODUCTIVO 121 4.4 CARACTERISTICAS DE LAS EMISIONES 124 4.5 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 127 4.5.1 Fuente de emisión 127 4.5.2 Sistema de captación 127 4.5.2.1 Estructura física de las campanas 127

4.5.2.2 Caudal de diseño 131 4.5.3 Sistema de ductos 132 4.5.4 Depurador 133 4.5.5 Requerimientos de energía del sistema 136 5. FUNDICION DE BRONCE 140 5.1 MATERIAS PRIMAS 140 5.1.1 Cobre 140 5.1.2 Plomo 140 5.1.3 Estaño 140 5.1.4 Zinc 140 5.1.5 Metal silicio 141 5.1.6 Retorno 141 5.2 MAQUINARIA Y EQUIPO 141 5.2.1 Horno 141 5.2.2 Sistema de extracción localizada 142 5.2.3 Cuchara receptora 142 5.3 PROCESO PRODUCTIVO 143 5.3.1 Bronce 85 – 5 – 5 – 5 143 5.3.2 Bronce silicio 146 5.4 CARACTERISTICAS DE LAS EMISIONES 146 5.5 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES 148 5.5.1 Fuente de emisión 149 5.5.2 Sistema de captación 149 5.5.2.1 Estructura física de las campanas 150 5.5.2.2 Caudal de diseño 153 5.5.3 Sistema de ductos 154 5.5.4 Depurador 155 5.5.5 Requerimientos de energía 156 6. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 159 6.1 OPERACIÓN 159 6.1.1 Arenas y granalladoras 159 6.1.2 Área de hierro 160 6.1.3 Área de bronce 160 6.2 MANTENIMIENTO 161 6.2.1 Programa de inspección periódica 162 6.2.2 Programa de mantenimiento preventivo 163 6.2.3 Entrenamiento 164 7. EVALUACION ECONOMICA 165 7.1 COSTOS POR IMPLEMENTACION 165 7.2 BENEFICIOS POR IMPLEMENTACION 169 7.2.1 Manejo de residuos 169 7.2.2 Exoneración de multas 170 7.2.3 Incentivos tributarios 171 7.2.4 Responsabilidad social 173

CONCLUCIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA

LISTA DE CUADROS

Pág. Cuadro 1. Clasificación de fuentes de contaminación atmosférica 2 Cuadro 2. Parámetros meteorológicos aeropuerto La Nubia 10 Cuadro 3. Granulometría arena 50 – 100 25 Cuadro 4. Granulometría arena de circulación 26 Cuadro 5. Composición arena en verde 36 Cuadro 6. Composición química de la arena 37 Cuadro 7. Granulometría arena de circulación: partículas Sedimentables y finos 38 Cuadro 8. Distribución de material particulado en los puntos de Captación 39 Cuadro 9. Tipos de campanas 44 Cuadro 10. Circuito de arenas: campana uno 46 Cuadro 11. Circuito de arenas campana dos 48 Cuadro 12. Circuito de arenas campana tres 49 Cuadro 13. Circuito de arenas: campana cuatro 50 Cuadro 14. Circuito de arenas campana cinco 51 Cuadro 15. Circuito de arenas campana seis 51 Cuadro 16. Circuito de arenas: campana siete 52 Cuadro 17. Circuito de arenas campana ocho 53 Cuadro 18. Circuito de arenas campana nueve 54 Cuadro 19. Valores recomendados para velocidad de captura 55 Cuadro 20. Circuito de arenas: caudales de diseño 57 Cuadro 21. Factores de pérdida a la entrada de las campanas 60 Cuadro 22. Circuito de arenas: Factor de la pérdida a la entrada de las campanas 60 Cuadro 23. Valores recomendados para velocidad de transporte. 62 Cuadro 24. Valores de n para perdidas por codos 63 Cuadro 25. Valores de n para perdidas en ramales 63 Cuadro 26. Valores de n para perdidas expansiones 64 Cuadro 27. Circuito de arenas: configuración de redes 65 Cuadro 28. Tipo de ciclones: relaciones geométricas 74 Cuadro 29. Eficiencia de ciclones 74 Cuadro 30. Circuito de arenas: relaciones geométricas Del ciclon actual 75 Cuadro 31. Valores de K, perdidas de carga en ciclones 76 Cuadro 32. Ventajas y desventajas de los sistemas de limpieza en colectores 77 Cuadro 33. Velocidad de filtración en colectores de polvo 79 Cuadro 34. Características de medios filtrantes 82 Cuadro 35. Circuito de arenas: eficiencia de recolección de finos 83 Cuadro 36. Circuito de arenas: eficiencia de recolección de sedimentables 83

Cuadro 37. Características de los alabes en ventiladores Centrífugos 85 Cuadro 38. Factor de corrección por temperatura y elevación 86 Cuadro 39. Hoja de cálculo circuito de arenas: red I 87 Cuadro 40. Hoja de calculo: circuito de arenas red II y III 88 Cuadro 41. Hoja de calculo: circuito de arenas red IV 89 Cuadro 42. Hoja de calculo: circuito de arenas red V 90 Cuadro 43. Hoja de calculo: circuito de arenas unión de redes 91 Cuadro 44. Circuito de arenas: presiones del ventilador

doce y motor 92 Cuadro 45. Especificaciones técnicas de ventilador doce 92 Cuadro 46. Circuito de arenas: Presiones ventilador catorce 93 Cuadro 47. Especificaciones técnicas ventilador catorce

y motor 93 Cuadro 48. Análisis granulométrico: residuo de ciclones 99 Cuadro 49. Granalladoras. Filtro de mangas granalladora cinco 101 Cuadro 50. Especificaciones técnicas de ventilador y motor: filtro de mangas granalladora cinco 102 Cuadro 51. Hoja de calculo granalladora catorce, sistema actual 105 Cuadro 52. Granalladora catorce: relaciones geométricas de los ciclones actuales 108 Cuadro 53. Hoja de cálculo Granalladora catorce: sistema Propuesto 114 Cuadro 54. Granalladora catorce: presión de ventilador cinco 115 Cuadro 55. Granalladora: Especificaciones técnicas de Ventilador cinco y motor 116 Cuadro 56. Hierros producidos en sicolsa 117 Cuadro 57. Factor de emisión 126 Cuadro 58. Campana área de fundición de hierro 131 Cuadro 59. Fundición de hierro: Condiciones del Intercambiador de calor 133 Cuadro 60. Hoja de calculo Fundición de hierro 137 Cuadro 61. Área de fundición de hierro 139 Cuadro 62. Hierro: especificaciones técnicas de ventilador Cinco y motor 139 Cuadro 63. Tabla* Composición de bronces producidos en sicolsa 140 Cuadro 64. Balance de materia bronce 85 – 5 – 5- 5 147 Cuadro 65. Balance de materia bronce silicio 148 Cuadro 66. Campana área de fundición de bronce 152 Cuadro 67. Fundición de bronce condiciones del intercambiador De calor 155 Cuadro 68. Hoja de calculo fundición bronce 157 Cuadro 69. Área de fundición de bronce: presiones ventilador 158 Cuadro 70. Bronce: especificaciones técnicas de ventilador Cuatro y motor 158 Cuadro 71. Programa de inspección periódica 163 Cuadro 72. Costos directos: Área de arenas 166 Cuadro 73. Costos directos: Área granalladoras 167

Cuadro 74. Costos directos: Área Hierro 167 Cuadro 75. Costos directos: Área bronce 168 Cuadro 76. Costos por implementación 169

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Elementos de la contaminación del aire 1 Figura 2. Secuencias de contaminación del aire 3 Figura 3. Diagrama de flujo proceso productivo Sicolsa .S.A. 9 Figura 4. Rosa de vientos aeropuerto La Nubia 10 Figura 5. Tarima de desmoldeo 27 Figura 6. Banda transportadora típica de Sicolsa 28 Figura 7. Transportador vibratorio 29 Figura 8. Alimentador vibratorio 29 Figura 9. Didion 30 Figura 10. Separador magnético 31 Figura 11. Sistema de transporte neumático 31 Figura 12. Tolva en la etapa de construcción 32 Figura 13. Silos almacenamiento materias primas 32 Figura 14. Molino mezclador 33 Figura 15. Separación inicial entre la pieza y la arena 34 Figura 16. Separación final entre la pieza y la arena 34 Figura 17. Tolva de almacenamiento arena de circulación y Molino mezclador 35 Figura 18. Campana suspendida criterios de diseño 45 Figura 19. Circuito de arenas campana dos 47 Figura 20. Circuito de arenas campana tres 49 Figura 21. Diagrama unificar de redes 66 Figura 22. Principios de diseño 67 Figura 23. Cámara de asentamiento de placa 71 Figura 24. Separador inercial circuito de arenas 72 Figura 25. Dimensiones Estándar de ciclones 73 Figura 26. Distribución de bolsas en el colector circuito de arenas 80 Figura 27. Circuito de arenas: colector de polvo (Dimensiones y deflectores) 80 Figura 28. Canastilla venturi colector de polvo circuito de arenas 81 Figura 29. Granalla 95 Figura 30. Granalladora grande (puerta, cadena, elevador, tolva) 96 Figura 31. Granalladora pequeña (puerta, cadena, elevador, tolva) 96 Figura 32. Skips de carga 96 Figura 33. Filtro mangas granalladora cinco 97 Figura 34. Multiciclones 97 Figura 35. Emisión chimenea multiciclones 100 Figura 36. Granalladora catorce: diagrama unificar actual 103 Figura 37. Salida de partículas recolectadas multiciclones actual 109 Figura 38. Granalladora catorce: Drenaje propuesto para Los multiciclones 110 Figura 39. Granalladora catorce puerta alimentación 110 Figura 40. Granalladora catorce: ventana de verificación de granalla 111 Figura 41. Granalladora catorce: tolva de granalla; entrega de polvo 111 Figura 42. Colector de polvo sistema de granalladora catorce 113

Figura 43. Granalladora catorce Diagrama unifilar sistema propuesto 114 Figura 44. Mosaico general materias primas 119 Figura 45. Hornos; izquierda inducto THERM, derecha JUNKER 120 Figura 46. Puente grúa 120 Figura 47. Cucharas 121 Figura 48. Emisión durante la fusión 122 Figura 49. Emisión luego de retirar la escoria 122 Figura 50. Izquierda: carga de ferro aleaciones. Centro: Basculacion del horno.Derecha: nodulizacion 123 Figura 51. Trasvase de cucharas de recepción a vaciadoras 124 Figura 52. Estaciones de emisión, fusión, y nodulizacion. 128 Figura 53. Movimiento de la campana 129 Figura 54. Campana movimiento horizontal 130 Figura 55. Campana movimiento vertical 130 Figura 56. Diagrama unifilar área de fundición de hierro 133 Figura 57. Fundición de hierro: diagrama de caja intercambiador De calor 134 Figura 58. Colector de polvo área de fundición de hierro 136 Figura 59. De izquierda a derecha: plomo, estaño, zinc, Cobre, retorno, metal, silicio 141 Figura 60. Sistema de extracción actual 142 Figura 61. Cuchara 142 Figura 62. Emisión luego de la carga de zinc 144 Figura 63. Emisión en el descoreo manual 144 Figura 64. Emisión en la descarga de metal liquido del horno 145 Figura 65. Vaciado de metal liquido al interior de los Moldes: acumulación de la Emisión 145 Figura 66. Diagrama de balance de materia 147 Figura 67. Encerramiento y campana área de bronce 150 Figura 68. Movimiento de l sistema de captura de Emisiones de bronce 151 Figura 69. Sistema de rieles para el movimiento vertical y Horizontal del conjunto de captación área de bronce 152 Figura 70. Movimiento horizontal campana de bronce: Traslapacion de ductos 153 Figura 71. Diagrama unifilar de fundición de bronce 154 Figura 72. Colector de polvo área bronce 156

LISTA DE PLANOS

Plano 1. Ubicación geográfica de SICOLSA S.A. Plano 2. Planta de producción de SICOLSA: actividades relevantes Plano 3. Circuito de arenas: desmolde y preparación de arenas. Plano 4. Sistema propuesto para el control de emisiones atmosféricas en el área de Arenas. Plano 5. Sistema actual para el control de emisiones atmosféricas en el área de granalladoras. Plano 6. Sistema propuesto para el control de emisiones atmosféricas en el área de granalladoras. Plano 7. Sistema propuesto para el control de emisiones atmosféricas en el área de hierro. Plano 8. Sistema propuesto para el control de emisiones atmosféricas en el área de bronce.

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A. Análisis de laboratorio ANEXO B. Fichas técnicas de materias primas e insumos ANEXO C. Cotizaciones ANEXO D. Decretos de reglamentación para incentivos tributarios.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseñar los sistemas de control de emisiones para las áreas de: preparación de arenas, fundición de hierro, fundición de bronce y granalladoras en la planta de producción de SICOLSA S.A. OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Cuantificar las emisiones de las cuatro áreas en estudio, por medio de balances de materia y/o factores de emisión.

• Determinar la naturaleza física y química de las emisiones en cada una

de las cuatro áreas de estudio.

• Establecer las características físicas y espaciales de las fuentes de emisión.

• Determinar la falla de los sistemas de extracción y/o control existentes

en las áreas de fundición de bronce y granalladoras.

• Determinar según la cuantificación y naturaleza de los contaminantes los sistemas de control idóneos para cada caso.

• Realizar el diseño de los cuatro sistemas de control.

• Establecer manual de operación y mantenimiento de los sistemas de

control diseñados.

• Cuantificar el costo económico de la implementación de cada uno de los sistemas de control diseñados.

• Determinar los beneficios económicos que SICOLSA podría obtener si

implementa los sistemas de control de emisiones atmosféricas

RESUMEN

SICOLSA S.A. tiene un alto impacto sobre el recurso aire por las emisiones atmosféricas que se generan en las áreas de arenas, granalladoras, fundición de hierro y fundición de bronce; estas afectan tanto a los trabajadores como a la región próxima a la zona, dicha situación llevo a la necesidad de realizar este proyecto el cual busca que con su aplicación se minimicen los impactos y se eviten las sanciones económicas derivadas del incumplimiento de la legislación ambiental. Para ello en el proyecto se contemplan los diseños de los sistemas de control de emisiones atmosféricas apropiados según las características de las fuentes de emisión y la naturaleza de las emisiones, para cada una de las áreas; acompañados de un breve manual para la operación y mantenimiento de los mismos. Además se evalúan económicamente los costos de los sistemas, y se muestran a su vez los beneficios económicos que pueden obtenerse por la implementación de esta propuesta técnica.

INTRODUCCION La legislación colombiana establece parámetros para controlar los residuos

descargados a la atmósfera, y en muchos casos aun aplicando controles en el

proceso se generan emisiones que incumplen con las normas.

Siderúrgica Colombiana S.A. (SICOLSA) es una fundición de hierro gris y

nodular, su proceso productivo genera en diferentes operaciones un impacto

ambiental sobre el recurso aire fácilmente identificable, de SICOLSA nace

entonces su interés por buscar alternativas que permitan cumplir con la

legislación, mejorar la calidad de vida de la zona geográfica donde se

encuentra ubicada la planta y proveer mejores condiciones de vida para sus

trabajadores.

Estas alternativas son los sistemas de control de emisiones atmosféricas, la

propuesta técnica que se presenta a continuación se realizo para cuatro áreas

específicas del proceso productivo, siendo estas las que representan los más

altos impactos: arenas, granalladoras, hierro y bronce. Para establecer cuales y

como deberían ser los elementos constitutivos de los sistemas, se evaluaron

los aspectos mas relevantes de las fuentes y las emisiones, así como la

necesidad de no interferir en el proceso de producción.

El área de granalladoras actualmente esta provista de un sistema de extracción

y control que fue evaluado y complementado; el área de bronce posee un

sistema de extracción al cual se le determinaron las causas de su ineficiencia;

el área de fusión de hierro no es controlada hoy día, así como el área de

arenas.

Los elementos contemplados para el diseño son: campanas, ductos,

depuradores y ventiladores, y fueron evaluados aplicando el método de presión

de velocidad. Los manuales de operación y mantenimiento se describen para

las cuatro áreas. Finalmente se determinan los costos de implementación y se

muestran los beneficios a nivel económico que buscan incentivar la inversión

ambiental.

1

1. GENERALIDADES

1.1 CONTAMINACION DEL AIRE

La contaminación del aire se define como la presencia o acción de los

contaminantes, en condiciones tales de duración, concentración o intensidad, que

afecten la vida y la salud humana, animal o vegetal; los bienes materiales del

hombre o de la comunidad, o interfieran su bienestar1.

Los elementos básicos de la contaminación del aire son un conjunto integrado por

la fuente de emisión, el mecanismo de transporte y el cuerpo receptor.

Figura 1. Elementos de la contaminación del aire

1 Decreto Ley 2811 de 1974, artículo 8 literal b)

CUERPO RECEPTOR

MECANISMO TRANSPORTE (AIRE)

FUENTE

2

1.1.1 Fuentes de contaminación atmosférica. La contaminación del aire puede

ser de origen natural o artificial; las naturales siempre han existido y generalmente

son intermitentes, las artificiales son de origen antropogénico y se subdividen a su

vez en fuentes fijas o móviles.

Cuadro 1. Clasificación de fuentes de contaminación atmosférica

FUENTES ACTIVIDAD QUE LA PRODUCE

NATURALES

Erupción volcánica Incendios forestales Tolvaneras Partículas de sal emitidas por los océanos Partículas de polen

Fuentes móviles

Vehículos Barcos Trenes Aviones ANTROPOGÉNICAS

Fuentes fijas Plantas energéticas Refinerías Industrias de proceso

Fuente: Contaminación del aire. Causas, efectos y soluciones. Strauss W.

1.1.2 Contaminantes atmosféricos. Los contaminantes atmosféricos se

clasifican en dos grandes grupos:

• Primarios: permanecen en la forma física y química en la que fueron

emitidos

• Secundarios: Se forman en la atmósfera a partir de los primarios por

reacciones químicas

Para Colombia los contaminantes de referencia establecidos por el Ministerio de

Salud en el Decreto 0002 Enero 11 de 1982 son los siguientes:

3

Partículas en suspensión

Dióxido de azufre (SO2)

Monóxido de carbono (CO)

Oxidantes fotoquímicos expresados como ozono (O3)

Óxidos de nitrógeno medidos como dióxido de nitrógeno (NO2)

La naturaleza física de los contaminantes permite distinguir dos tipos de

emisiones: gaseosas y de partículas.

1.1.3 Efectos de los contaminantes atmosféricos. La secuencia causal de la

contaminación del aire finaliza con los efectos que los contaminantes sobre la

salud, la flora, la fauna y los materiales.

Figura 2. Secuencia de contaminación del aire

De la concentración del contaminante y el periodo de exposición dependen los

efectos que estos puedan generar, además de la sensibilidad del receptor.

Es importante establecer que toda sustancia presente en el aire es susceptible de

entrar en contacto con el hombre, ya sea por contacto directo o por inhalación,

esta última vía la más frecuente debido a que el ser humano expone limitadas

áreas de la piel pero inhala cada día 7500 litros de aire2.

2 STRAUSS W. Contaminación del aire: causas, efectos y soluciones. México: Trillas S.A., p.58.

EMISIÓN CONCENTRACIÓN EFECTOS EXPOSICIÓN

SALUD FLORA FAUNA MATERIALES

4

- Salud

Aunque a sido difícil establecer el rango sobre el cual el material particulado causa

efectos en la salud, es claro que esta relacionado directamente con problemas de

asma, bronquitis crónica, disminución de la función pulmonar y muerte prematura.

El monóxido de carbono es peligroso debido a su afinidad con la sangre, formando

carboxihemoglobina reduciendo la capacidad de transporte de oxigeno de los

pulmones hacia los tejidos.

El dióxido de azufre produce mortalidad cuando su concertación supera los 500

µg/m3, y en ambientes con niveles de aproximadamente 25 µg/m3 durante

exposiciones de 10 minutos se perjudica los bronquios3.

El dióxido de nitrógeno afecta casi por entero el tracto respiratorio, especialmente

enfermedades en bronquios y pulmones4.

- Fauna

Los efectos sobre los animales difieren en cuanto a la agresividad con la cual son

afectados por un contaminante determinado según la susceptibilidad de la

especie, sin embargo pueden asociarse los efectos que se tienen con respecto a

los seres humanos.

3 KIELY G. Ingeniería ambiental: fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión. España: McGraw Hill, p466. 4 Ibid., p.464.

5

- Flora

En general los contaminantes gaseosos penetran en las hojas de las plantas por

los estomas junto con el aire necesario durante el proceso normal de la

respiración, y allí algunos destruyen la clorofila e interrumpen la fotosíntesis y los

procesos metabólicos.

La presencia de dióxido de azufre dificulta que el mecanismo sintetizador de la

clorofila funcione, manifestándose un amarillamiento gradual de las hojas.

Los óxidos de nitrógeno no son nocivos para las plantas, a excepción del dióxido

de nitrógeno en pequeñas concentraciones y largos periodos de exposición,

presentándose necrosis y clorosis en las hojas

- Materiales

El material particulado envejece prematuramente las estructuras por la

sedimentación sobre las superficies, y según su composición puede ejercer ataque

químico.

Los óxidos de azufre aceleran los procesos de corrosión de los metales, y los

óxidos de nitrógeno decoloran las fibras textiles.

Dependiendo de las fuentes de emisión los contaminantes pueden ser de diversas

naturalezas, los que anteriormente se exponen son los contaminantes de

referencia.

6

1.2 SICOLSA S.A.

Siderúrgica Colombiana S.A. (SICOLSA) es una empresa Manizaleña ubicada en

el Parque Industrial David Uribe, creada en 1980 cuyo objeto es la producción de

piezas en hierro gris y nodular, y otros metales. Presta sus servicios a diversos

sectores de la industria como el metalmecánico, de la construcción, de los

alimentos, el agrícola, el automotriz, el eléctrico y el de telecomunicaciones.

La amplia experiencia en fundición y un sistema de calidad basado en los

requerimientos QS 9000 e ISO 9002, ha permitido posicionar una amplia gama de

productos en mercados nacionales como internacionales.

1.2.1 Proceso productivo Inicia con la preparación de los modelos, es decir una

pieza en madera de la pieza a fundir, que tiene las tolerancias requeridas de

acuerdo a la contracción del hierro. Con dicho modelo se procede a fundir la

placamodelo en aluminio y a pulirla teniendo en cuenta el sistema de alimentación

y el número de impresiones que se requieren por cada placamodelo.

Simultáneamente se elaboran los matachos (o corazones de los moldes), los

cuales completan la forma particular de la pieza, específicamente aquellos

espacios que quedaran vacíos. Este proceso se realiza por dos métodos:

• Shell core: la arena es aglomerada por medio de resinas y por acción del calor

queda compactado el matacho.

• CO2: se inyecta dióxido de carbono a la arena, el silicato presente en esta se

oxida y se compacta.

7

A su vez es preparada la arena para moldeo la cual se realiza en molinos o

mezcladores en donde se adicionan y mezclan arena sílice, bentonita y carbonilla,

cuya composición depende de su participación en el proceso:

• Arena de contacto: Aquella que tiene contacto directo con la placa modelo, sus

propiedades hacen que el acabado de la superficie de metal sea óptimo,

actualmente se prepara en un molino de 200 Kg de capacidad.

• Arena de relleno: como su nombre lo indica se utiliza para rellenar el molde.

El moldeo se realiza vaciando la arena de contacto y la de relleno sobre la placa

modelo y los matachos, y se ejerce presión sobre el molde, esta puede ser manual

o mecánica:

• Moldeo prensa: La presión se ejerce neumáticamente.

• Moldeo piso: La arena es compactada por el operario directamente, se lleva a

cabo para piezas grandes o con características especiales.

Al mismo tiempo se realiza la fusión del metal (chatarra) en un horno de inducción

con capacidad de 2.5 toneladas (son dos hornos pero no operan

simultáneamente), el liquido es vaciado a una cuchara receptora de 500 Kg de

capacidad, la cual de igual forma traspasa su contenido en cucharas vaciadoras

de 175 kg de capacidad, estas últimas son transportadas a la mesa de colada

donde los moldes de arena se encuentran listos para ser llenados.

Luego de la colada se pasa a un área de enfriamiento donde el metal se solidifica

completamente, posteriormente se realiza el desmolde es decir la separación de la

arena y la pieza.

8

La arena es transportada a una tolva donde es almacenada para su reutilización

en la preparación de arenas, a esta arena se le denomina arena de circulación.

Manualmente se retiran los sobrantes no deseados en las piezas que se forman

por el vertido en el molde, esta operación se denomina quiebre y a los sobrantes

se les llama hierro de retorno ya que se reintegra al proceso de fusión.

Posteriormente las piezas se llevan a la granalladora, donde se lleva a cabo el

pulido de la pieza por medio de rozamiento con esferas metálicas de acero en un

chorro a presión, aquí se limpia la superficie de incrustaciones de arena, óxido u

otro tipo de recubrimiento que afecte el aspecto superficial del producto.

Luego se procede a dar un mejor acabado de las piezas, eliminado rebabas y

espesores sobredimensionados a través del uso de esmeriles y motortools.

Algunos productos pasan a procesos adicionales de maquinado que pueden ser

perforaciones, ranurados y/o roscados dependiendo de las especificaciones del

cliente.

Para las piezas que requieren un recubrimiento especial indicado por el cliente, se

realiza un proceso de pintura por inmersión o aspersión que brinda al producto

una protección adicional y una mejor presentación.

9

Figura 3. Diagrama de flujo proceso productivo SICOLSA S.A.

MODELOS PREPARACIÓN DE ARENAS

MATACHOS

MOLDEO

FUSIÓN Y VACIADO

DESMOLDE Y QUIEBRE

GRANALLA

ESMERILES Y MOTORTOOL

MAQUINADO

ALMACEN PRODUCTO TERMINADO

PINTURA

10

1.2.2 Ubicación geográfica de SICOLSA y condiciones meteorológicas. SICOLSA S.A. se encuentra ubicada en el municipio de Manizales (Caldas), zona

urbana, Km 9 vía Bogotá – Manizales en el Parque Industrial David Uribe, se halla

sobre los 2060 msnm, limita al norte con la Quebrada Manizales y la vía

panamericana a partir de la cual se eleva una montaña que alcanza los 2100

msnm, al sur con una montaña que alcanza una elevación de 2100 msnm y a

partir de los 2080 msnm se desplega el barrio la Enea, al este con las industrias

DUMAR y HERRAGRO, y al oeste con zona verde no intervenida. En el plano

número 1 se visualiza la ubicación geográfica de SICOLSA.

Las condiciones meteorológicas relacionadas a continuación corresponden a los

datos obtenidos de la estación Aeropuerto La Nubia ubicada en el costado norte

con respecto a SICOLSA.

Cuadro 2. Parámetros meteorológicos Aeropuerto La Nubia

PARAMETRO UNIDAD VALOR Precipitación media mensual mm de agua 128 Días de precipitación mensual Número 19 Temperatura media °C 16.4 Humedad relativa % 83 Fuente: IDEAM

Figura 4. Rosa de vientos Aeropuerto La Nubia

11

Las condiciones geográficas y meteorológicas hacen que las emisiones generadas

por SICOLSA sean un problema directo para el área de la empresa, debido a que

esta se encuentra en la parte más baja de un cañón formado por la intersección de

dos montañas y el 53% de los casos hay ausencia de vientos, lo que quiere decir

que las emisiones no sufren una dispersión natural sino que se sedimentan y

acumulan entre este cañón.

Además la precipitación se presenta el 60% de los días del año, lo cual ayuda a

que los contaminantes sean transportados hacia el suelo y por filtración se

acumulen en este, o sean arrastrados a la corriente de la quebrada Manizales.

La única ventaja que muestra la ubicación de la empresa, es el recorrido más

usual de los vientos (los cuales no alcanzan los 5.4 m/s) en dirección

noroccidente, hacia la cual no existe un área poblada que se pueda ver afectada.

1.3 EMISIONES ATMOSFERICAS EN SICOLSA S.A. La fabricación de piezas en hierro y otros metales es de alto impacto sobre el

recurso aire. Este proyecto se centra en las emisiones atmosféricas de SICOLSA

S.A., las cuales se emiten en diferentes áreas de la planta de producción.

La emisión de material particulado se genera en la preparación de arenas, el

moldeo, desmolde, quiebre, granalladora, esmeriles y maquinado. Y las emisiones

gaseosas se encuentran en las áreas de fusión de hierro y bronce.

Las áreas de mayor impacto ambiental son la preparación de arenas, las

granalladoras y las fundiciones, por lo cual fueron escogidas para diseñar los

12

sistemas de control idóneos para manejar las emisiones atmosféricas en esta

empresa.

En el plano número 2 se aprecian las áreas mencionadas.

1.3.1 Fuentes

- Circuito de arenas

El circuito de arenas es una fuente que no posee sistemas de extracción

localizada, ni de ventilación general; las descargas de material particulado no han

sido cuantificadas pero visualmente se puede calificar como un área de impacto

medio o severo de acuerdo a la metodología de evaluación de impacto ambiental

denominada Matriz de importancia, por su momento, persistencia y acumulación.

La administradora de riesgos profesionales SURATEP realizó en el mes de marzo

del año 2004 una evaluación de sílice libre tipo cuarzo (SiO2), debido a que es

componente de las arenas y la bentonita. Uno de los oficios escogidos para el

análisis fue el de operario del molino, caso en el cual los resultados son

preocupantes, ya que se reportó una concentración de 0.21 mg/m3 superando

ampliamente el valor limite permisible corregido de 0.03906 mg/m3 establecido por

la ACGIH (American Conference of governmental Industrial Hygienist), obteniendo

un índice de riesgo de 5.45, lo cual indica la existencia aparente de riesgo para la

salud del trabador.

En este trabajo el circuito de arenas contempla el área de desmolde y la

preparación de arenas debido a que es allí donde comienza la vida de la arena de

circulación, además el contaminante (material particulado) posee las mismas

13

características y las áreas tienen una proximidad física enlazada por el transporte

de la arena.

- Granalladoras

En el área de granalladoras existe un sistema de control de emisiones, el cual es

un circuito de 6 ciclones que aunque recolectan una parte del material particulado

no cumple con la eficiencia esperada; visualmente es posible apreciar una

constante emisión por la chimenea de los multiciclones.

En el año de 2001 ADA & CO LTDA realizó un informe de emisiones atmosféricas

en la descarga de aire de los multiciclones por medio de un muestreo isocinético,

el cual dio como resultado una emisión de 1.44 Kg/h sin sobrepasar la norma

emisión de 2.50 Kg/h, sin embargo la producción actualmente ha aumentado

significativamente con respecto al 2001. Esta misma firma aplico el método gravimétrico por muestreador de alto volumen

en la zona de los multiciclones, obteniendo una concentración de 417.9 µg/m3

confirmando el incumplimiento de la norma local de la calidad del aire (82.4 µg/m3)

y la inutilidad del sistema de control existente.

- Fundición de hierro

La fundición de hierro se realiza bajo las leyes físicas de campos magnéticos, en

un horno de inducción, por lo cual no hay emisiones directamente relacionadas

con combustibles; sin embargo la operación misma de la fusión genera emisiones

gaseosas; la composición de estas emisiones no ha sido cualificada ni

cuantificada, pero el conocimiento de la composición de la carga del horno hace

14

suponer que estas emisiones contienen magnesio, fósforo, azufre y cerio, ya que

estos elementos se encuentran presentes a muy bajas trazas pero poseen puntos

de ebullición menores a 1500°C (temperatura de trabajo del horno), además debe

existir presencia de óxidos de silicio, magnesio, carbono y manganeso.

El área esta desprovista de sistemas de ventilación general y localizada, y no

existe un conjunto de campana y chimenea que aproveche la convección del aire

caliente para conducir los gases hacia la parte exterior de la planta.

- Fundición de bronce

En área de fundición de bronce existe un sistema de extracción de gases con

chimenea de 15 metros, que presenta problemas de diseño porque los gases

emitidos en la carga del horno y la fundición retornan al área e invaden otras

zonas de la planta, estos gases blancos se encuentran cargados de óxidos de

zinc5, debido a que en gran parte la carga es de lingotes de este elemento y su

punto de ebullición es mas bajo que la temperatura de trabajo del horno (1250°C).

En esta zona no se cuenta con un sistema de control de emisiones, ya que el

sistema de extracción fue diseñado con el fin de llevar al exterior los gases pero

no de cumplir con una norma de emisión.

1.3.2 Efectos de los contaminantes emitidos por SICOLSA S.A. El material

particulado como ya se menciono es responsable de gran cantidad de problemas

respiratorios por su naturaleza física; en SICOLSA se debe tener en cuenta la

composición química del mismo ya que magnifica el problema; la presencia de

sílice tipo cuarzo en las arenas resulta preocupante debido a las enfermedades 5 PERRY, Robert H. Manual del ingeniero químico. 6ta Edición. México: McGraw Hill, 1996.

15

relacionadas con la exposición al mismo, entre ella se encuentran la silicosis,

enfisema pulmonar, artritis y enfermedades renales; además a sido reconocido por

la IARC (International Agency for Research on Cancer) como cancerígeno para los

seres humanos.

Las emisiones gaseosas de las áreas de fundición tiene un potencial de

peligrosidad para los trabajadores ya que la inhalación de magnesio, azufre y

silicio causan irritaciones a las membranas mucosas y al tracto respiratorio, el zinc

la denominada fiebre del metal*, el cerio embolias pulmonares durante

exposiciones a largo plazo y el manganeso alteraciones al sistema respiratorio.

Los óxidos de carbono y nitrógeno (que se forman en procesos a alta temperatura

y en contacto con la atmósfera) son perjudiciales para la salud humana, la flora y

la fauna; al igual que los óxidos de azufre, presentes debido a que se encuentra

en pequeñas trazas dentro de las materias primas a fundir.

Con el paso del tiempo las estructuras y los materiales sufren un envejecimiento

prematuro debido al ataque químico de algunos compuestos de las emisiones, o

de la lluvia ácida que posiblemente se produce en el área, sumado a la poca

estética que brinda la planta de producción cubierta de material particulado.

1.4 LEGISLACIÓN COLOMBIANA SOBRE EMISIONES ATMOSFÉRICAS

SICOLSA debe hacerse responsable de las emisiones que genera, dando

cumplimiento a la Ley 99 de 1993 “El proceso de desarrollo económico y social del

país se orientará según los principios universales y del desarrollo sostenible * Fiebre del metal: gripe producida por sobresensibilidad al zinc.

16

contenidos en la Declaración de Río de Janeiro de junio de 1993 sobre Medio

Ambiente y Desarrollo”6.

Debe tramitar permiso de emisiones atmosféricas para los dos tipos de

fundiciones, dado que es una industria de fundición de hierro gris y de bronce con

hornos de más de 2 toneladas/día, según lo contempla la resolución 0619 de Julio

7 de 1997 artículo 1, numerales 2.16 y 2.17; y su procedimiento se establece en el

decreto 948 de 5 de Junio de 1995, capitulo VII.

La normatividad de calidad de aire sobre la cual debe demostrar cumplimiento se

encuentra en el decreto 0002 de Enero 11 de 1982, capitulo II, artículo 31 del

Ministerio de salud.

Las normas de emisión sobre las cuales debe demostrar cumplimiento se

establecen en los artículos 62 (industrias metalúrgicas con hornos de inducción) y

70 (otras industrias) del decreto 0002 de Enero 11 de 1982, capitulo IV del

Ministerio de salud.

Además debe presentar el informe de estado de emisiones el cual se encuentra en

la Resolución 1351 de Noviembre 14 de 1995 y actualizarlo cada 5 años7.

En caso de no cumplir con la legislación mencionada, se contemplan las acciones

legales contenidas en el artículo 85 de la ley 99 de Diciembre 22 de 1993 y en el

artículo 121 del decreto 948/95, dentro de las cuales se encuentran: multas hasta

por 300 salarios mínimos mensuales y cierre temporal o definitivo del

establecimiento.

6 MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE. Ley 99 de Diciembre 22 de 1993. Titulo I articulo 1. 7 MINISTERIO DEL MEDIO AMBIETNE. Decreto 948 de Junio 5 de 1995. Capitulo X articulo 97 parágrafo 5.

17

1.5 CONTROL DE EMISIONES ATMOSFERICAS

La legislación define control directo de contaminación del aire como cualquier

sistema, equipo o modificación de procesos, que tenga por objeto reducir la

emisión de contaminantes del aire8.

Los sistemas de control de emisiones constan de:

Campana: es el elemento de captación y su objetivo es atrapar el contaminante en

una corriente de aire.

Sistema de conductos: se refiere al conjunto de ductos que conducen el flujo de

aire hacia el depurador.

Equipo de control: su función es separar el contaminante de la corriente de aire.

Sistema de succión: es aquel que genera el caudal de aire necesario tanto para

captar el contaminante como para vencer las perdidas debidas al rozamiento en la

entrada de la campana, los conductos y las uniones entre estos. Chimenea: es el conducto que se dispone de tal forma que el aire descargado no

sea reintroducido nuevamente al lugar en estudio.

Los equipos de control de emisión de material particulado más usados son

cámaras de sedimentación, separadores inerciales ciclones, colectores de polvo,

lavadores húmedos y precipitadores electrostáticos.

8 MINISTERIO DE SALUD. Decreto 0002 de Enero 11 de 1982. Capitulo I artículo 18.

18

1.5.1 Cámaras de sedimentación. Son colectores sencillos que utilizan las

fuerzas gravitatorias para dominar la trayectoria de la partícula. Son básicamente

la expansión de un conducto donde la velocidad horizontal de las partículas se

reduce para dar tiempo a que sedimenten por gravedad. La velocidad del gas en

una cámara de sedimentación debe mantenerse lo suficientemente baja como

para que las partículas que se sedimentan no vuelvan a ser arrastradas. Aunque

las cámaras de sedimentación podrían utilizarse para eliminar partículas muy

pequeñas, limitaciones prácticas de las longitudes restringen su aplicación a la

eliminación de partículas con un diámetro superior a 50 µm, aproximadamente.

Por esta razón son recolectores primarios utilizados generalmente como

purificadores antes de pasar por otro equipo de control.

1.5.2 Separadores inerciales. Se asemejan a las cámaras de sedimentación,

se caracterizan porque el aire que transporta las partículas sufre un cambio brusco

de dirección al ingresar al equipo, produciendo una separación de partículas

cuándo hacen impacto con las superficies diseñadas par tal fin.

1.5.3 Ciclones. Se valen de la fuerza centrífuga para separar las partículas más

pesadas de aquellas moléculas de gas que son más ligeras. Los gases cargados

de partículas ingresan de forma tangencial respecto a la parte superior del cilindro,

y descienden en un vórtice exterior a lo largo de la carcaza, las partículas se

deslizan por las paredes del ciclón hasta la tolva de recolección, y el gas limpio

sale por la parte superior a través del vórtice ascendente.

1.5.4 Colectores de polvo o cámaras de bolsas. Son similares a una

aspiradora a gran escala. Es un armazón cerrado que contiene bolsas de tela que

cuelgan verticalmente sobre la unidad Se utilizan para extraer de corrientes secas

partículas a baja temperatura. La corriente se obliga a pasar por las bolsas de

19

medio filtrante, las partículas son atrapadas por las bolsas por los mecanismos de

intercepción, impacto y difusión; y la corriente de aire es liberada. Las partículas

atrapadas son recuperadas en una tolva de recolección.

El mecanismo de intercepción consiste en la detención de las partículas de

diámetro superior al d los poros del filtro. Las partículas depositadas en su

superficie van obstruyendo total o parcialmente los poros, por lo cual cada vez se

retendrán partículas de menor tamaño.

El efecto de impacto de las partículas contra la tela y su consiguiente detención

sucede por cambios bruscos de dirección dentro del colector, de la corriente de

aire que transporta el material particulado.

El efecto de difusión se presenta solo en partículas de diámetro menor de una

micra. Estas partículas se comportan como gases con movimiento browniano

capaz de hacerlas incidir sobre las fibras que forman el filtro.

El material filtrante de las bolsas depende de la composición química, temperatura

y contenido de humedad el gas, así como de la composición física y química de

las partículas.

Los colectores de polvo se clasifican por el sistema de limpieza con el cual operan:

Sacudido: Consiste en colocar un sistema de agitación mecánica para que

remueva el material acumulado en los filtros. El colector debe ser parado para su

limpieza o estar dividido en secciones, con el fin de que cuando una sección este

en limpieza las demás estén operando. El material particulado se recolecta al

interior de las bolsas.

20

Flujo inverso: La dirección del aire se invierte, de tal modo que el aire remueve el

material adherido a los filtros. El polvo se separa en la parte exterior de la bolsa.

Pulso inverso: utiliza un chorro de aire comprimido, de igual forma el polvo se

recolecta por la parte exterior de las bolsas, y la limpieza se hace sin detener el

flujo de gas sucio hacia el interior del colector.

1.5.5 Lavadores húmedos. Los colectores húmedos utilizan lavado con agua,

generalmente pulverizada, tienen por objeto aumentar el tamaño de la partícula

para facilitar su captura. Las operaciones básicas que se realizan para la remoción

de contaminantes son: contacto y separación. En el contacto el líquido se impacta

con el gas, y se obtienen partículas líquidas contaminadas; la separación consiste

en remover las partículas mojadas en alguna superficie.

La gran ventaja de estos equipos es la posibilidad de manejar gases a alta

temperatura y cargados de humedad; existen diferentes modelos de lavadores, y

de sistemas de recolección, los más usados son el lavador convencional tipo torre

rociadora, las torres de relleno, los tipo venturi y los depuradores centrífugos.

- Las torres rociadoras utilizan el principio básico del impacto de las partículas de

polvo sobre las gotas de agua producidas por una serie de boquillas. Se dividen

en dos clases de baja y alta presión con respecto al chorro de agua; los de baja

presión son los de menor eficiencia dentro de los lavadores húmedos y los de alta

alcanzan los rangos superiores de eficiencia.

- Las torres de relleno consisten en torres cuyo interior posee lechos de contacto,

sobre los cuales se capturan los contaminantes, al obligar el paso de los gases y

21

el líquido a contracorriente; se utilizan para gases más que para material

particulado por la obstrucción que producen las partículas sobre los lechos.

- Las lavadores tipo venturi utilizan el impacto como principio de captación, y se

basa en el estrangulamiento en forma de venturi de la sección en la cual entran en

contacto la corriente gaseosa y la líquida, consiguiendo velocidades que aumentan

la eficiencia de captación.

- Los depuradores centrífugos como su nombre lo indica usan la fuerza centrífuga

para lanzar las partículas hacia una superficie húmeda que actúa como colector.

Cualquiera de los lavadores húmedos genera lodo o fango factor a tener en cuenta

por el problema de contaminación secundario que debe considerarse.

1.5.6 Precipitadores electrostáticos. Son utilizados para limpiar gases cuyos

caudales son importantes. Aplica la física electroestática, es decir la atracción

mutua de partículas de carga eléctrica opuesta. Se compone de electrodos de

descarga y recolectores, los de descarga confieren a las partículas cargas

positivas y negativas, las cuales son atraídas por los recolectores de cargas

opuestas, sobre los cuales se adhieren, este contacto produce la perdida de carga

y el material recolectado sobre los recolectores puede ser retirado por lavado,

vibración o caída libre.

En la mayoría de los casos los precipitadores electrostáticos requieren

acondicionar la corriente de aire antes de su ingreso, generalmente para eliminar

la posibilidad de condensación, lo cual se logra a través de torres de enfriamiento.

22

Existen dos tipos de precipitadores, los de alto y bajo voltaje. Los primeros

manejan la ionización y la captación en una sola etapa, se usan para gases muy

cargados de polvo y deben su nombre a que utilizan para ello una diferencia de

potencial entre 40000 y 70000 voltios; los precipitadores de bajo voltaje realizan su

trabajo en dos etapas, para la ionizacion utilizan diferencias de potencial entre los

11000 y los 14000 voltios y se usan para flujos de aire con baja concentración de

material particulado (50 mg/m3).

Los equipos destinados para el control de emisiones gaseosas son los lavadores

húmedos (absorción) y los colectores por adsorción. Los primeros fueron

explicados en el numeral 1.5.4 y cabe agregar que para gases el agua es uno de

los líquidos absorbentes más utilizados, sin embargo en muchas ocasiones se

usan aditivos que aumentan la capacidad de retención.

1.5.7 Colectores por adsorción: En ellos el principio es captar el contaminante

por adsorción sobre un sólido, el proceso es de tipo físico y no se lleva a cabo

ningún tipo de reacción química. La característica principal de los sólidos

utilizados para tal fin es la gran superficie específica que poseen, conferida por la

porosidad. Para aumentar la capacidad de captura el sólido es impregnado con

determinada sustancia dependiendo del contenido de la corriente gaseosa,

generando una adsorción química.

El adsorbente por excelencia es el carbón activado, aunque también son utilizados

la alúmina activa y la silica gel; algunos colectores pueden contener dos o más

sólidos adsorbentes y la disposición y el espesor de diseño dependen

exclusivamente de la composición de la corriente gaseosa.

23

La eficiencia en estos sistemas decrece con el tiempo en función de la saturación

del sólido, y hay que tener en cuenta si el sólido permite ser regenerado y la

disposición de él o de la corriente de aire o liquido con la cual se limpie.

24

2. CIRCUITO DE ARENAS

El circuito de arenas para efectos del presente trabajo une dos zonas de proceso:

desmolde y preparación de arena; debido a que como se indica más adelante en

el desmolde se obtiene la arena de circulación, la cual es materia prima para la

preparación de las arenas, por lo tanto las zonas forman un proceso en línea

ligado por el transporte de esta arena, en el cual se genera una importante

descarga de material particulado. El plano 3 ilustra estas áreas.

El desmolde es la operación en la cual la pieza de hierro es separada de la arena

que fue utilizada como molde. Esta arena es utilizada nuevamente en el proceso y

se le denomina arena de circulación.

Preparación de arena es la mezcla de materias primas que dan origen a la arena

utilizada en la fabricación de moldes, los componentes de la arena verde o arena

preparada son: arena 50-100, arena de circulación, bentonita, carbonilla y agua.

2.1 INSUMOS 2.1.1 Arena 50-100: Mineral refractario constituido principalmente de sílice, cuyo

tamaño de grano varía principalmente entre los tamices 50 y 100 (297 – 149

micras).

Los procesos de calidad de SICOLSA exigen que mínimo el 90% sea retenido por

los tamices de 50 a 100; el promedio de las granulometrías muestra que los finos

25

son el 0.1%. Entiéndase por partículas sedimentables aquellas mayores a 50

micras y por finos tamaño de máximo 20 micras9.

Cuadro 3. Granulometría arena 50 – 100. TAMIZ FECHA CANTIDAD

(Kg) 20 30 40 50 70 100 140 200 270 PLATO%

Junio 25 de 2004 10810 0.0 0.4 2.2 18.7 50.2 20.4 5.3 1.8 0.7 0.4 100 Junio 22 de 2004 10860 0.0 0.2 1.3 16.1 50.0 23.5 7.0 1.5 0.2 0.1 100 Junio 18 de 2004 10960 0.1 1.0 7.0 30.6 47.6 12.7 0.8 0.1 0.1 0.0 100 Junio 16 de 2004 10170 0.1 0.6 2.6 20.3 48.9 20.1 5.4 1.4 0.4 0.2 100 Junio 14 de 2004 5030 0.0 0.2 1.1 15.0 50.9 24.4 6.7 1.5 0.2 0.1 100 Junio 8 de 2004 9510 0.0 0.2 0.8 11.9 54.7 23.3 6.6 2.0 0.4 0.2 100 Junio 4 de 2004 10720 0.0 0.4 1.5 19.2 53.1 19.2 5.0 1.3 0.2 0.1 100 Mayo 28 de 2004 9380 0.0 0.7 4.6 29.8 50.1 11.9 2.3 0.5 0.1 0.1 100 Mayo 28 de 2004 6090 0.0 0.3 2.5 22.5 51.4 17.0 4.8 1.2 0.2 0.1 100 Mayo 19 de 2004 9380 0.0 0.3 2.2 20.2 51.9 18.5 5.2 1.7 0.1 0.0 100 PROMEDIO 9291 0.0 0.4 2.6 20.4 50.9 19.1 4.9 1.3 0.3 0.1 100 Fuente: Laboratorio de arenas SICOLSA S.A.

2.1.2 Arena de circulación: Arena que ha servido como molde, es decir a sufrido

procesos de compactación (moldeo) y calentamiento (recepción de hierro fundido)

por lo cual posee menor porcentaje de humedad con respecto a la arena en verde,

y que ha sido recuperada en la operación de desmolde.

9 FUNDACIÓN MAPFRE. Curso de higiene industrial. España. Editorial Mapfre. 1983, p. 50.

26

Cuadro 4. Granulometría arena de circulación TAMIZ FECHA

20 30 40 50 70 100 140 200 270 PLATO%

Julio 3 de 2004 0.7 1.8 3.6 20.0 34.6 17.9 9.6 3.9 2.5 5.6 100 Junio 27 de 2004 0.4 0.8 2.9 19.3 36.3 18.3 8.5 4.8 3.0 5.9 100 Junio 19 de 2004 0.3 0.9 3.4 19.6 36.1 18.5 8.5 4.7 2.7 5.3 100 Junio 12 de 2004 0.1 0.7 2.7 18.1 34.7 20.4 10.2 5.3 2.9 4.9 100 Junio 5 de 2004 0.2 0.6 3.5 19.7 35.8 18.5 8.9 4.9 2.7 5.3 100 Mayo 30 de 2004 0.2 0.9 3.4 20.6 36.1 18.1 8.8 4.6 2.7 4.7 100 Mayo 15 de 2004 0.0 0.5 2.6 18.1 36.2 19.9 10.0 5.1 3.2 4.4 100 Mayo 8 de 2004 0.0 0.9 2.5 18.2 34.2 20.0 9.7 5.7 4.8 4.2 100 Mayo 1 de 2004 0.0 0.9 2.8 17.8 34.3 20.4 10.4 5.6 3.1 4.7 100 Abril 24 de 2004 0.0 1.6 1.3 16.4 32.9 23.1 12.4 6.2 2.7 3.4 100 PROMEDIO 0.2 1.0 2.9 18.8 35.1 19.5 9.7 5.1 3.0 4.8 100 Fuente: Laboratorio de arenas SICOLSA S.A.

2.1.3 Bentonita: Compuesto mineral de silicato de aluminio, cristal de silicio,

hidratados de calcio, magnesio y sodio, que tienen la propiedad de absorber agua

e impartir fuerzas a los granos de arena.

Los procesos de calidad de SICOLSA exigen que mínimo el 80% atraviese el

tamiz 200, es decir el 80% de la bentonita tiene un tamaño inferior a 74 micras. El

proveedor BENTOCOL envía con cada pedido un análisis granulométrico que

demuestra su cumplimiento con las exigencias del departamento de calidad.

2.1.4 Carbonilla: Acondicionador de la arena de moldeo empleado para dar buen

acabado o tersura superficial a las piezas.

Los procesos de calidad de SICOLSA exigen que mínimo el 90% atraviese el

tamiz 200, es decir el 90% de la carbonilla tiene un tamaño inferior a 74 micras. El

proveedor ANTIOQUEÑA DE ARENAS envía con cada pedido un análisis

granulométrico que demuestra su cumplimiento con las exigencias del

departamento de calidad.

27

2.1.5 Agua: Componente líquido de las materias primas que confiere la humedad

a la arena en verde para mejorar las características de maleabilidad y poder

configurar el molde.

2.2 MAQUINARIA Y EQUIPO

2.2.1 Tarima: corresponde a una zona sobre la cual se llevan a cabo 3 etapas

secuenciales: vaciado, enfriamiento y desmolde inicial; el vaciado consiste en

llenar los moldes con el metal líquido, el enfriamiento es la solidificación de la

pieza al interior del molde y el desmolde inicial el quiebre del terrón de arena que

contiene la pieza. La tarima une estas etapas por medio de rieles, sobre los

cuales se encuentran los carros que cargan los moldes.

La longitud de la tarima en la zona de desmolde es de 27.5 m, paralela a ella se

ubica una banda transportadora (BT2) y el transportador vibratorio.

Figura 5. Tarima de desmoldeo

VACIADO

ENFRIAMIENTO DESMOLDE

28

2.2.2 Bandas transportadoras: son el transportador de sólidos más utilizado a

nivel universal y se utilizan para transporte horizontal o elevaciones que no

superan ángulos de 30°. En el circuito de arenas cumplen un papel fundamental,

puesto que son el principal medio de transporte entre una unidad y otra. Son de

importancia para el presente trabajo debido a que la entrega de arena de una

banda a otra, de un equipo a una banda o viceversa genera una descarga de

material particulado.

La parte del circuito de arenas en estudio comprende 5 bandas transportadoras, el

ancho de la cinta es diferente para cada una de ellas.

2.2.3 Transportador vibratorio: es un transportador de sólidos horizontal,

consiste en un canal metálico sobre resortes, que vibra gracias a que se encuentra

unido a un sistema de resonancia, la vibración permite que se realice el recorrido

del conjunto arena-pieza en una serie de saltos cortos, lo que a su vez ayuda a

descompactar los terrones de arena, este movimiento genera una emisión fugitiva

de material particulado.

Figura 6. Banda transportadora típica de SICOLSA.

29

Figura 7. Transportador vibratorio

2.2.4 Alimentador vibratorio: esta unidad realiza la función de separar y

descompactar los terrones de arena gracias a la vibración, generando material

particulado; consta de una bandeja cóncava y rugosa montada sobre un sistema

de resortes, cuyo movimiento de oscilación genera la vibración, y cuya inclinación

permite el ingreso del conjunto arena-pieza al interior del didion.

Figura 8. Alimentador vibratorio.

DIDION

BANDA TRASNPORTADORA

30

2.2.5 Didion: es un sistema de separación entre la arena y la pieza, consta de

dos cilindros concéntricos que poseen movimiento rotatorio. La pieza con

incrustaciones de arena entra en el cilindro interno, el movimiento circular hace

que la pieza resbale por el cilindro y se desprenda la arena adherida, la pared

interior del didion posee agujeros por los cuales la arena atraviesa y pasa al

cilindro exterior, el cual la transporta hacia el mismo lado por el cual se realizo el

ingreso, mientras que la pieza se desplaza hacia el extremo opuesto para su

recolección.

El diámetro del cilindro exterior es de 1 m y la longitud de didion alcanza los 7.5 m.

Figura 9. Didion.

Por la función que cumple es inevitable la generación de material particulado, y es

una fuente de importancia.

2.2.6 Separador magnético: es un sistema de separación entre la arena y las

rebabas o desperdicios de metal que se generan al momento del vaciado, y que

se desprenden de la pieza en el transporte; su funcionamiento no genera material

particulado, pero si el ingreso de la arena desde la banda trasportadora.

PIEZA PIEZA - ARENA

ARENA

31

Figura 10. Separador magnético

2.2.7 Transporte neumático: es un sistema de transporte de sólidos tanto

horizontal como vertical, se basa en la succión al vació de la arena de circulación

libre de rebabas, se encarga de elevar la arena 12 m para ingresar a la tolva de

almacenamiento; este sistema no genera material particulado gracias a que el

transporte se realiza por medio de tubería estrictamente hermética, sin embargo la

recepción de la arena y su descarga inevitablemente generan partículas

suspendidas.

Figura 11. Sistema de transporte neumático

32

2.2.8 Tolva arena de circulación: Silo diseñado para almacenar

temporalmente la arena de circulación, para que posteriormente sea reincorporada

al proceso; el ingreso de la arena al interior de la tolva genera material particulado.

Figura 12. Tolva en la etapa de construcción.

2.2.9 Silos de materias primas: Al interior de estos silos son almacenadas las

materias primas a granel: arena 50-100, bentonita y carbonilla; se cargan por

medio de transporte neumático y no aportan material particulado debido a que

cada silo conforma un sistema cerrado con un filtro de desahogo.

Figura 13. Silos almacenamiento de materias primas.

2.2.10 Molino mezclador (Speed muller): Su función es mezclar las materias

primas de tal manera que la arena en verde tenga una composición y consistencia

homogénea, posee una capacidad de 1500 Kg y la operación del molino se realiza

por medio de un tablero de control electrónico.

33

Es un mezclador de casco estacionario, es decir el recipiente es estacionario y la

mezcla de las materias primas se logra mediante la rotación de dos rodillos, el

granel se incorporan por una tolva lateral, mientras que el agua ingresa por la

parte inferior; su funcionamiento genera gran cantidad de material particulado por

lo que el equipo viene provisto con un ventilador interior que impulsa las partículas

finas hacia una campana de extracción.

Figura 14. Molino mezclador

2.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

SICOLSA viene realizando mejoras en el proceso productivo y actualmente esta

zona esta siendo reacondicionada, el proceso que a continuación se describe es el

que se llevará a cabo en los próximos meses.

El proceso inicia con el molde montado sobre un carro en la tarima de

enfriamiento, allí un operario empuja el carro hacia la banda transportadora BT2 o

al transportador vibratorio según la ubicación del molde sobre la tarima, el cambio

de elevación produce la separación inicial del conjunto arena-pieza; los

transportadores anteriores dirigen el material a una banda transportadora inclinada

34

BT3 cuya función es descargar el conjunto arena-pieza sobre el alimentador

vibratorio, este consiste en una bandeja cóncava que descompacta y dirige los

elementos al interior del didion, equipo que realiza la operación de separación

final, consta de dos cilindro concéntricos, el cilindro interior transporta la pieza a lo

largo del mismo, mientras que la arena es recolectada en el cilindro exterior y

transportada hacia el lado que corresponde a la boca de ingreso.

Figura 15. Separación inicial entre la pieza y la arena.

Figura 16. Separación final de la pieza y la arena.

La arena separada y recolectada por el didion es la denominada arena de

circulación, esta es recogida por una banda transportadora en la parte inferior de

la boca del equipo, y se dirige a un separador magnético donde se retiran las

rebabas.

35

La tolva de almacenamiento de arena de circulación se encuentra a 11.5 metros

sobre el nivel del piso, por lo que la arena limpia luego de su paso por el

separador es llevada a un sistema de transporte neumático, el cual eleva la arena

hasta la boca de recepción de la tolva.

El molino mezclador denominado speed muller (capacidad de 1500 Kg) se

encuentra situado debajo de la tolva de almacenamiento de arena de circulación,

de tal manera que la válvula de paso de esta última esta concéntrica a la apertura

de recepción del molino, para incorporar la arena de circulación por caída libre; la

bentonita, carbonilla y la arena 50-100 para elaborar la arena en verde se

incorporan al molino por medio de una banda transportadora desde sus

respectivos silos; y el agua es introducida por bombeo al interior del molino

mezclador.

Finalmente luego del mezclado, la arena en verde es entregada a una banda

transportadora que la dirige a la zona de moldeo.

Figura 17. Tolva almacenamiento arena de circulación y molino mezclador

36

2.4 MODIFICACIONES DEL PROCESO

Los cambios en el proceso de arenas son significativos y han sido tomados en

cuenta de tal manera que los diseños aquí presentados están elaborados con

respecto a las modificaciones que a continuación son señaladas.

En este momento se utilizan dos tipos de arenas preparadas: arenas de contacto y

arenas de relleno; las primeras entran en contacto directo con la pieza y le

proporcionaran las características a la superficie, las segundas como su nombre lo

indica forman el relleno o cuerpo del molde para darle resistencia en el momento

de la colada; dentro de las modificaciones se encuentra el empleo de un solo tipo

de arena, cuya composición no difiere significativamente con la actual, a

excepción de la bentonita que pasa de 1.5% a 0.7%.

Cuadro 5. Composición arena en verde MATERIAS PRIMAS COMPOSICIÓN (%)

Arena de circulación Capacidad del molino (1500 Kg/bache) Arena 50-100 1 Bentonita 0.7 Carbonilla 0.1 – 0.5 Agua 2 – 3 Fuente: SICOLSA S.A.

El uso de un solo tipo de arena es posible debido a que la arena que entra en

contacto con la pieza va ser tamizada (en la zona de moldeo), lo cual dará paso a

material fino que proporciona la textura final. Para efectos de este trabajo se

utilizaron las características de la arena utilizada actualmente, la arena futura

tendrá menor cantidad de finos lo cual se toma como factor de seguridad para el

diseño.

37

En la actualidad existe un elevador de cangilones, una tolva de almacenamiento y

un mezclador speed muller con capacidad de 400 Kg; este sistema se mantendrá

en stand by, para operar solo en caso de falla de algún elemento del nuevo

sistema o cuando se requieran realizar labores de mantenimiento.

2.5 CARACTERISTICAS DE LAS EMISIONES

Las emisiones del circuito de arenas son material particulado constituido

químicamente por cristales de silicio, debido a que las materias primas utilizadas

son casi en su totalidad este compuesto.

Cuadro 6. Composición química de la arena

Ingredientes Formula química Porcentaje en peso Cristal de Silicio SiO2

99.0 – 99.9 Oxido de Aluminio Al2O3 < 0.8 Oxido de hierro Fe2O3 < 0.1 Oxido de Titanio TiO2 < 0.1 Fuente: U.S.Silica Company. Safety data sheet.

La carbonilla es un tipo de grafito, la bentonita es una mezcla de cristal de silicio,

silicato de aluminio e hidratados de calcio, magnesio y sodio, y la arena como se

muestra en el cuadro 6 es cristal de silicio; esta ultima corresponde a más del

90% de la arena en verde (y posteriormente arena de circulación).

Realizar un balance de materia en el circuito de arenas no es posible dado que

esta sección opera las 24 horas de manera continua y no es posible parar el

proceso en línea, además las cargas que se manejan tienen un orden de magnitud

en toneladas; para cuantificar o establecer un valor aproximado de las emisiones

se realizo un proceso de análisis y observación.

38

Colocando un papel blanco levemente humedecido a 40 cm de los punto de

generación este se tizna y no es posible ver a simple vista una partícula, esto

indica que el material particulado es en su mayoría polvo fino, a excepción del

molino donde si se evidencian partículas de tamaño apreciable.

Se realizó un análisis granulométrico de la arena de circulación para conocer el

porcentaje partículas sedimentables (tamices 230, 270, 325 y 400), y el de finos

(plato) que con las características de las fuentes de emisión podrían perderse

como material particulado; aunque se consideran partículas sedimentables todas

aquellas mayores a 50 micras, se eligieron las del tamiz 230 en adelante, dado

que la naturaleza de la muestra es en efecto totalmente material sedimentable.

Ver anexo A.

Cuadro 7. Granulometría arena de circulación: partículas sedimentables y finos.

TAMIZ 8 16 30 50 100 120 140 170 200 230 270 325 400 Plato

1.69 0.24 0.48 45.89 46.29 3.63 0.32 0.65 0.24 0.08 0.16 0.00 0.00 0.32

Fuente: Laboratorio de materiales. Universidad nacional sede Manizales.

SICOLSA maneja máximo 60 Ton/h de arena, con el supuesto que de los

porcentajes resaltados en el cuadro 7 se liberan en su totalidad como material

particulado, se estima que se generan 192 Kg/h (0.32%) de finos y 144 Kg/h

(0.24%) de material particulado sedimentable.

Con base en la observación y la granulometría realizada para el circuito de arenas

se estableció en forma porcentual la emisión en cada punto de captación, los

cuales se describen más adelante.

39

Cuadro 8. Distribución de material particulado en los puntos de captación FINOS SEDIMENTABLES CAMPANA % Kg/h % Kg/h

1 10 19.20 0 0 2 12 23.04 1 1.44 3 14 26.88 8 11.52 4 12 23.04 3 4.32 5 10 19.20 15 21.60 6 30 57.60 70 100.80 7 4 7.68 1 1.44 8 4 7.68 1 1.44 9 4 7.68 1 1.44

TOTAL 100 192 100 144 Fuente: El autor

El material particulado generado en el molino mezclador y en la tolva de

almacenamiento deben tener los valores más altos de tamaño de partícula, debido

a la turbulencia que se genera en la mezcla y la entrada a alta velocidad

respectivamente, por lo tanto son estos dos a los que les corresponde la descarga

de material particulado sedimentable.

Las emisiones que se generan en la primera etapa del desmoldeo, en el

transportador vibratorio y la banda transportadora BT1, se encuentran cargadas

con un porcentaje de humedad debido al calor transmitido a la arena por el metal

en su interior.

2.6 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES

Todos los sistemas de control de emisiones tienen en común el uso de campanas

de captación, un conjunto de ductos y accesorios, un depurador y el ventilador.

40

El diseño de un sistema de control de emisiones contempla las siguientes etapas:

1. Identificación de las fuentes de emisión.

2. Selección y diseño de campanas que se ajusten a las condiciones de

operación.

3. Especificar la velocidad de captura del contaminante de acuerdo a las

características de dispersión del contaminante.

4. Determinación del caudal de diseño.

5. Establecer la velocidad mínima en los conductos, de acuerdo al tipo de

contaminante a captar.

6. Calcular la sección del ducto, para material particulado se requiere elegir el

ducto con una sección inmediatamente inferior a la calculada con el fin de

asegurar que la velocidad real sea superior a la calculada, para evitar la

sedimentación al interior del ducto.

7. Trazar el esquema unifilar de la red de conductos, teniendo en cuenta que

las uniones y codos generen las menores perdidas posibles y que no exista

interferencia con las estructuras.

8. Determinar a partir del esquema de la red de conductos la longitud de cada

tramo, el número y tipo de uniones y codos necesarios. Un tramo de ducto

se define como un tubo de diámetro uniforme que une dos puntos de

interés tales como campanas, puntos de unión, ventilador, etc. La longitud

a considerar en el diseño es la medida sobre el eje del conducto.

9. Determinación del depurador más idóneo según las características del

contaminante.

10. Calculo de las perdidas generadas por el sistema, para la selección del

ventilador.

41

2.6.1 Fuentes de emisión: El análisis para el diseño del sistema de control de

emisiones atmosféricas para el área de arenas inicia con la determinación de los

puntos de descarga o fuentes de emisión más significativos, se establecieron diez:

Transportador vibratorio: La caída del conjunto arena-pieza desde la banda

transportadora BT1 sobre el alimentador vibratorio genera una emisión importante,

controlable con una campana de extracción sobre este punto específico; a lo largo

del transportador la arena pierde temperatura por la liberación de humedad, que a

su vez arrastra material particulado, se propone encerrar el transportador a 2

caras, dado que la tercera corresponde al ingreso del material.

Intersección bandas transportadoras BT2, BT3 y transportador vibratorio: Esta

zona genera gran cantidad de material particulado dado que es la conjunción de

caídas para la entrega de material a la banda inclinada, se requiere ubicar una

campana de extracción que controle este punto específicamente, además es

conveniente encerrar las bandas transportadoras para disminuir las perdida que se

genera por la liberación de humedad de la arena.

Alimentador vibratorio: la descompactación de la arena por el movimiento

vibratorio genera material particulado.

Boca del didion: Allí se dan lugar varias actividades que generan material

particulado: la entrega del conjunto arena-pieza, la separación del conjunto arena-

pieza, la recepción de arena de circulación.

Separador magnético: la arena de circulación recuperada por el didion es recogida

por la banda trasportadora BT4 que descarga en la tolva de recepción del

separador magnético, el cambio de altura genera material particulado.

42

Tolva de transporte neumático: de igual manera la arena proveniente del

separador es desplazada hacia el sistema de transporte neumático por medio de

la banda transportadora BT5, la recepción de la arena genera material particulado

por la caída desde la banda.

Molino mezclador recepción de materia prima: corresponde a la emisión generada

por la descarga de las materias primas transportadas por la banda BT6 sobre la

tolva de recepción del molino.

Operación molino mezclador: la homogenización de las materias primas genera

una cantidad apreciable de material particulado fino y sedimentable, el equipo

posee un sistema de impulsión interno que dirige el polvo a salir del casco a través

de una apertura rectangular en forma de campana, allí se debe instalar un ducto

que conecte este punto con el sistema de extracción localizada.

Tolva arena de circulación: la entrega de la arena por el sistema de transporte

neumático al interior del silo genera material particulado fino y sedimentable, se

controla la emisión gracias a que el silo es cerrado y su diseño contempla una

campana en la parte superior para conectar al sistema de extracción localizada.

Alimentación molino con arena de circulación: el silo de arena de circulación se

encuentra ubicado sobre el molino mezclador a una distancia de 40 cm con

respecto a la vertical, la alimentación de arena de circulación se realiza por caída

libre lo que genera material particulado; se sugiere controlar la emisión por medio

de un ducto flexible ubicado entre la boca de salida del silo y la boca de recepción

del molino, de tal manera que no permita la salida del polvo pero que pueda ser

retirado fácilmente (si se requiere) y mantener la individualidad de las unidades.

Esta fuente de emisión por lo tanto no será contemplada en el sistema de

extracción localizada.

43

2.6.2 Sistemas de captación: los sistemas de captación más conocidos como

campanas, tienen como función captar los contaminantes generados en los

procesos industriales; para que la captación sea efectiva se necesita un buen

encerramiento de la fuente de contaminación, con el fin de proporcionar

volúmenes mínimos de aire a extraer y evitar escapes en el ambiente de trabajo10.

2.6.2.1 Estructura física de las campanas: las campanas se pueden clasificar

en cabinas y campanas exteriores, la primeras son campanas que encierran total

o parcialmente el punto de generación del contaminante y debe tratar de usarse

siempre y cuando las condiciones físicas del proceso lo permitan; las campanas

exteriores son aquellas que se encuentran adyacentes al foco emisor y su

orientación es muy importante cuando se manejan contaminantes liberados a

velocidades apreciables.

La distancia entre la campana y el foco emisor debe ser la menor posible para

disminuir el caudal de diseño, lo que se traduce en menor consumo de energía.

El cuadro 9 muestra los tipos de campanas más usuales y sus respectivas

capacidades de flujo.

10 Ventilación industrial. Rigoberto Quinchia. 1995.

44

Cuadro 9. Tipos de campanas

* Sistema inglés Fuente: Seminario de mantenimiento de equipos de control de la contaminación ambiental. BHA International Inc.

Para campanas suspendidas se sugiere tener en cuenta los criterios descritos en

la figura 14, sin embargo si existe un encerramiento total no es necesario

proporcionar 0.4H longitud; no deben usarse este tipo de campanas con

materiales tóxicos ni cuando el trabajador se debe inclinar sobre el proceso.

CAMPANA DESCRIPCIÓN RELACION ANCHO/LARGO

VOLUMEN DE AIRE (CFM)*

2 O MAS RANURAS

ABIERTAS 0.2 O MAYOR Q = V(10X2+A)

2 O MAS RANURAS

ABIERTAS CON BRIDA 0.2 O MAYOR Q = 0.75V(10X2+A)

RANURA 0.2 O MENOR Q = 3.7LVX

RANURA CON BRIDA 0.2 O MENOR Q = 2.6LVX

ABERTURA PLANA 0.2 O MAYOR O

CIRCULAR Q = V(10X2+A)

ABERTURA CON BRIDA 0.2 O MAYOR O

CIRCULAR Q = 0.75V(10X2+A)

CABINA PARA ADAPTAR

AL TRABAJO Q = VA = VWH

CAMPANA SUSPENDIDA PARA ADAPTAR

AL TRABAJO Q = 1.4PDV Ver figura 18

45

Q = 1.4PHV Para campanas abiertas suspendidas

Q = (W + L)HV Para dos caras cerradas

Q = WHV ó LHV Para tres lados cerrados (tipo cabina)

P: Perímetro del área del trabajo W y L: Lados de la campana

Figura 18. Campana suspendida: criterios de diseño

En el circuito de arenas las fuentes de emisión en su mayoría permiten un buen

encerramiento, para cada una se eligió un tipo de campana y se ubico de acuerdo

a las condiciones de operación y a la estructura física de las unidades que

generan la descarga para no interrumpir el proceso.

A continuación se describen las campanas diseñadas, su numeración no esta

relacionada con el flujo del proceso sino que obedece al orden de conexión y

redes entre ellas.

Campana 1: se ubica sobre el punto de recepción de material arena-pieza desde

la banda transportadora BT1 al alimentador vibratorio, es una campana

suspendida tipo cabina con un encerramiento de tres lados, de tal forma que las

46

emisiones no se escapen por el movimiento frontal de la banda ni lateral del

transportador.

La longitud de la campana corresponde a la mínima longitud disponible para

realizar el encerramiento de la fuente, teniendo en cuenta la estructura de la

banda trasportadora, el rodillo y la facilidad de realizar mantenimiento.

El ancho de la campana tiene en cuenta el ancho del transportador vibratorio mas

una prolongación que cubre la parte final (de quiebre) de la banda transportadora

BT1, de tal forma que la campana se encuentre centrada con respecto al punto de

generación.

La altura de la campana se determina por construcción de tal forma que el mínimo

ángulo sea de 45º.

La altura de trabajo designada con la letra H en la figura 18 corresponde a la

distancia existente entre la parte inferior de la campana y el foco de generación;

para la campana 1 se tomo el siguiente criterio: un molde debe pasar por la banda

transportadora BT1 sin atascarse en la campana.

Las características de la campana 1 se aprecian en el cuadro 10.

Cuadro 10. Circuito de arenas: campana 1.

CARACTERÍSTICAS CAMPANA 1 Longitud 1.26 m Ancho 1.31 m Altura m Altura de trabajo 0.57 Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

47

Campana 2: capta las emisiones generadas en el punto de convergencia del

transportador vibratorio y las bandas transportadoras BT2 y BT3, es una campana

lateral con encerramiento de tres lados, así la corriente de aire generada por el

trasporte del conjunto arena-pieza ayuda para que las partículas se dirijan al punto

de captación y se evita una altura de trabajo grande que resultaría si se tuviera

una campana suspendida.

La longitud de la campana corresponde al ancho de la estructura de la banda

transportadora BT3 más una prolongación que cobija la banda BT2 y el

transportador vibratorio.

El ancho de la campana tiene en cuenta la altura del encerramiento del

transportador vibratorio.

La construcción de esta campana es especial dado que bajo ella se encuentra la

banda inclinada BT3, esto hace que no sea una campana direccionada de manera

convencional sino la configuración que se muestra en la figura 19, se mantiene sin

embargo en la cara más importante el ángulo de 45°.

Figura 19. Circuito de arenas: campana 2

H

45°

48

La altura de trabajo se toma con respecto al punto de convergencia o punto medio

de caída de los moldes en las tres direcciones.

Las características de la campana 2 se muestran en el cuadro 11.

Cuadro 11. Circuito de arenas: campana 2. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 2

Longitud 1.45 m Ancho 0.77 m Altura m Altura de trabajo 0.45 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 3: ubicada sobre el alimentador vibratorio, es una campana suspendida

tipo cabina con encerramiento de tres lados, cubriendo la bandeja cóncava en un

100%, de tal manera que las partículas no puedan dirigirse al exterior.

La longitud y el ancho de la campana corresponden a las proyecciones del

alimentador en el plano horizontal, dado que la posición del equipo vibratorio esta

a 5º con respecto al piso.

Si bien es cierto que todo el alimentador constituye una fuente de emisión, la

primera generación se encuentra en la descarga del conjunto arena-piezas desde

la banda BT3, por lo tanto el centro de la campana se encuentra dirigido con

respecto al ancho de la banda.

La altura de trabajo se toma con respecto al punto de quiebre de la banda BT3, y

se tiene en cuenta que un el conjunto arena-pieza cuya máxima dimensión es de

55 cm debe pasar por la banda transportadora BT3 sin atascarse en la campana.

Las características de la campana 3 se muestran en el cuadro 12.

49

Cuadro 12. Circuito de arenas: campana 3. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 3

Longitud 1.55m Ancho 1.14 m Altura 0.38 m Altura de trabajo 0.42 Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 4: diseñada para controlar las emisiones generadas en la boca el didion

al realizar la entrega de arena de circulación a la banda BT4, es una “campana”

diseñada inicialmente como un dispositivo para canalizar la arena sobre la banda y

evitar desperdicios, sin embargo su construcción permite su uso para captación de

material particulado, puede catalogarse como una campana suspendida con

encerramiento de 2 costados.

El dispositivo constituye un cilindro que se proyecta desde el didion, este diseño

puede entonces dividirse imaginariamente en “campana” y “canalizador de arena”,

de tal manera que un corte en la sección media corresponde a la longitud y ancho

de la campana.

Figura 20. Circuito de arenas: campana 3

H

CAMPANA

CANALIZADOR

W

L

50

La altura de la campana corresponde a la distancia entre el corte descrito

anteriormente y la parte superior donde se instala el ducto.

La altura de trabajo designada con la letra H en la figura 20 corresponde a la

distancia existente entre el corte medio y la parte inferior del dispositivo, es decir

donde se entrega la arena de circulación y se inicia la emisión.

Las características de la campana 4 se aprecian en el cuadro 13.

Cuadro 13. Circuito de arenas: campana 4. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 4

Longitud 0.9 m Ancho 0.8 m Altura 0.45 m Altura de trabajo 0.45 m Material Cold roll calibre 18

Fuente: El autor

Campana 5: la tolva de almacenamiento de arena de circulación se encuentra

cerrada con una campana en la parte superior haciendo de esta una campana

suspendida tipo cabina, su función es capturar el material particulado que se

genera en la descarga de arena a alta velocidad por la tubería del sistema de

transporte neumático.

La altura de trabajo corresponde a la distancia entre el borde inferior de la

campana y el centro del ducto del sistema de transporte neumático.

Las dimensiones de la campana 5 se muestran en el cuadro 14.

51

Cuadro 14. Circuito de arenas: campana 5. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 5

Longitud 3 m Ancho 3 m Altura 0.24 m Altura de trabajo 0.28 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 6: el molino mezclador esta provisto de una campana suspendida tipo

cabina para capturar las emisiones generadas en el proceso de mezcla, la

campana se encuentra en un plano a 30º con respeto a la horizontal.

Las dimensiones de la campana se muestran en el cuadro 15, y se corroboro que

ningún ángulo de sus paredes se encuentra por debajo de 45º.

La altura de trabajo corresponde a la distancia entre el plano inferior de la

campana y la salida del material particulado desde el interior del molino.

Cuadro 15. Circuito de arenas: campana 6. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 6

Longitud 1.25 m Ancho 1.30 m Altura 0.5 m Altura de trabajo 0.87 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 7: capta el material particulado generado en la entrega de arena de

circulación de la banda BT4 al separador magnético, es una campana suspendida

tipo cabina con un encerramiento de tres lados.

52

La longitud y ancho de la campana corresponden al encerramiento mas estricto

que puede realizarse sobre la tolva de recepción del separador magnético,

teniendo en cuenta la estructura de la banda trasportadora, el rodillo y la facilidad

de realizar mantenimiento.

La altura de la campana se determina por construcción de tal forma que el mínimo

ángulo sea de 45º.

La altura de trabajo corresponde a la distancia entre el borde inferior de la

campana y el punto de quiebre de la banda transportadora BT4; para la campana

7 se tomo el siguiente criterio: un montículo de arena sobre la banda BT4 debe

pasar sin interferencia, la altura máxima del montículo de arena que se forma

corresponde a un ángulo de reposo de 38º.

Las características de la campana 7 se aprecian en el cuadro 16.

Cuadro 16. Circuito de arenas: campana 7. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 7

Longitud 0.66 m Ancho 0.88 m Altura 0.31 m Altura de trabajo 0.40 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 8: se encarga de capturar las emisiones producto de la descarga de la

arena de circulación desde la banda transportadora BT5 sobre la tolva de

recepción del sistema de transporte neumático, es una campana suspendida tipo

cabina con un encerramiento de tres lados.

53

La longitud y ancho de la campana corresponden al encerramiento mas estricto

que puede realizarse sobre la tolva de recepción del sistema de transporte

neumático, teniendo en cuenta la estructura de la banda trasportadora, el rodillo y

la facilidad de realizar mantenimiento.

La altura de la campana se determina por construcción de tal forma que el mínimo

ángulo sea de 45º.

La altura de trabajo corresponde a la distancia entre el borde inferior de la

campana y el punto de quiebre de la banda transportadora BT5; se tomo de igual

manera que la campana 7 el criterio del ángulo de reposo de la arena.

Las características de la campana 8 se aprecian en el cuadro 17.

Cuadro 17. Circuito de arenas: campana 8. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 8

Longitud 1.27 m Ancho 0.65 m Altura 0.49 m Altura de trabajo 0.40 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

Campana 9: ubicada sobre la tolva de recepción de materia prima del molino

mezclador, donde se genera material particulado en la descarga de materias

primas de la banda BT6, es una campana suspendida tipo cabina con un

encerramiento de tres lados.

La longitud y ancho de la campana se determinan por las dimensiones de la tolva

para construir el encerramiento más estricto, teniendo en cuenta la estructura de la

banda trasportadora, el rodillo y la facilidad de realizar mantenimiento.

54

La altura de la campana se determina por construcción de tal forma que el mínimo

ángulo sea de 45º.

La altura de trabajo corresponde a la distancia entre el borde inferior de la

campana y el punto de quiebre de la banda transportadora BT6; se tomo en

cuenta que la campana no tuviera contacto con la polea del rodillo y que la altura

de la materia prima según el ángulo de reposo.

Las características de la campana se aprecian en el cuadro 18.

Cuadro 18. Circuito de arenas: campana 9. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 9

Longitud 1.10 m Ancho 0.86 m Altura 0.38 m Altura de trabajo 0.43 m Material Cold roll calibre 20

Fuente: El autor

El material de construcción escogido para las campanas es chapa de acero

galvanizada cold roll por sus características de resistencia a la abrasión, y se

recomienda calibre 20 por ser lámina ligera.

Todas las bandas transportadoras deben poseer encerramientos laterales que no

permitan la entrada de corrientes de aire externas, y que imposibiliten el desborde

de los materiales que transportan.

La banda transportadora BT2 y el alimentador vibratorio deben de contar con un

encerramiento a dos caras que impida la salida de las emisiones al exterior y que

55

obligué a las partículas a sedimentarse sobre estos equipos y/o acumularse sobre

las láminas que lo conforman, su diseño se observa en el plano 4.

2.6.2.2 Velocidad de captura: es la velocidad de succión necesaria para

capturar el contaminante antes que se esparza por la atmósfera general del

lugar11, corresponde a la velocidad del aire en un punto cualquiera frente a la boca

de la campana.

Es un importante valor de diseño dado que de ella depende que se capture

efectivamente el contaminante con la mínima cantidad de extracción de aire, es

decir el mínimo de energía.

El cuadro 19 muestra los rangos de velocidades de captura que han sido

establecidos en función de la dispersión del contaminante.

Cuadro 19. Valores recomendados para velocidad de captura

CONDICIONES DE DISPERSIÓN DEL CONTAMINANTE EJEMPLO VELOCIDAD DE

CAPTURA (m/s)

Liberación con velocidad prácticamente nula en aire quieto

Evaporación de tanques, desengrase. 0.25 – 0.5

Liberación a baja velocidad en aire en movimiento moderado

Soldadura, baños electrolíticos.

0.5 – 1

Generación activa en una zona de rápido movimiento de aire

Aplicación de pintura con pistola, transportadores.

1 – 2.5

Liberación con alta velocidad inicial en una zona de movimiento de aire muy rápido

Pulido, esmerilado, chorro abrasivo. 2.5 - 10

Fuente: Ventilación industrial. American conference of governmental industrial hygienists.

La selección del valor adecuado dentro del rango establecido depende de los

siguientes factores:

11 Ventilación industrial. Rigoberto Quinchia. 1995.

56

Inferior -Pocas corrientes de aire en el lugar -Contaminantes de baja toxicidad -Operaciones intermitentes -Campanas grandes y caudales elevados

Superior -Corrientes turbulentas en el lugar -Contaminantes de alta toxicidad -Operaciones continuas -Campanas de tamaño pequeño

Se establece un valor de velocidad de captura de 2.5 m/s para las campanas 1, 5,

7, 8 y 9 dado que las emisiones son generadas por transportadores, el sílice es

considerado un contaminante tóxico y el circuito de arenas trabaja de manera

continua las 24 horas del día.

Para la campana 2 se toma una velocidad de captura de 4 m/s, porque la

velocidad del aire en la zona es alta y se forma turbulencia debido a la confluencia

sobre un mismo punto de dos transportadores y una parte de la tarima.

El valor de 4 m/s se designa para la campana 3, porque este equipo genera una

rápida y constante emisión.

La campana 6 posee menor velocidad de captura con respecto a las demás

debido a que el molino mezclador posee un sistema de impulsión interno que

obliga a las partículas a dirigirse a la campana, se atribuye un valor de 1 m/s.

2.6.2.3 Caudal de diseño: el caudal a manejar por las campanas suspendidas

tipo cabina se calcula mediante las siguientes expresiones:

Q = LHV (1) Q: Caudal L: Longitud

Q = WHV (2) v: velocidad de captura W: Ancho

57

Todas las campanas con excepción de la 2 se clasifican como campanas

suspendidas con encerramientos de 2 o 3 lados, como factor de seguridad en el

diseño se calculan los caudales con el mayor valor entre la longitud y el ancho de

cada campana.

La campana 2 se definió como una campana lateral con encerramiento de tres

lados, esta última característica no se contemplada en las campanas laterales

mostradas en el cuadro 8, por lo tanto se adopta como una campana “cabina”.

Los caudales correspondientes a cada campana se presentan en el cuadro 20.

Cuadro 20. Circuito de arenas: caudales de diseño CAMPANA VELOCIDAD DE CAPTURA (M/S) CAUDAL (m3/s)

1 2.5 1.87 2 4.0 2.61 3 4.0 2.60 4 2.5 2.3 5 2.5 2.10 6 1.0 1.18 7 2.5 0.88 8 2.5 1.27 9 2.5 1.18

Fuente: El autor

2.6.2.4. Perdidas de presión a la entrada de la campana: se habla en términos

de perdida de carga o caída de presión para referirse a las perdidas de energía

que se presentan en el transporte de un fluido.

Una masa de aire tiene asociadas tres presiones distintas pero asociadas

matemáticamente, todas se expresan en milímetros de columna de agua (mmcda)

12.

12 American conference of governmental industrial hygienists.

58

La presión estática (PE) se conoce como aquella que tiende a comprimir o

expandir el ducto y la presión dinámica (PD) es aquella requerida para acelerar el

aire desde el reposo hasta una cierta velocidad; la presión total o de impacto es la

suma algebraica de la presión estática y la dinámica.

Las principales perdidas de presión en un sistema de extracción localizada

corresponden a aquellas originadas por las campanas, los ductos y accesorios.

Las perdidas en general se encuentran expresadas en función de la presión de

velocidad:

PV = d V2/ 4.432 (3)

Donde

PV: presión de velocidad o presión dinámica

d: densidad del aire

V: velocidad

A condiciones normales la densidad del aire es de 1.2 Kg/m3, para Manizales

(18°C y 585 mmHg) la densidad corregida es de 0.95 Kg/m3. Así la expresión de

presión de velocidad se reduce a:

PV = (V/4.545)2 (4)

El presente numeral se refiere expresamente a las perdidas originadas por el uso

de campanas.

Cuando una masa de aire se forza a ingresar a un ducto se produce una

distribución de flujo denominada vena contracta, para superar esta distancia se

requiere mayor presión estática, que al usarse para acelerar el aire se pierde en

59

forma de calor, esta pérdida denominada perdida de presión estática en la

campana se expresa:

PEc = PV + He (5)

Donde

PEc: presión estática en la campana

PV: presión de velocidad o presión dinámica

He: Perdidas a la entrada de la campana

Las perdidas a la entrada de la campana son función de la forma de la campana y

se expresan a su vez en función de presión de velocidad

He = (1 – ce)/Ce2 * PV = F * PV

Ce: Coeficiente de entrada

F: Fracción de cabeza de velocidad o factor de perdida a la entrada

Por lo tanto la ecuación 5 puede factorizarse:

PEc = (1+ F) * PV (6)

Al número uno normalmente se le conoce como factor de aceleración.

Se han calculado para campanas típicas el factor de perdida través de muchos

años de experiencia, en el cuadro 21 se presentan los valores asignados.

60

Cuadro 21. Factores de pérdida a la entrada de las campanas

CAMPANA DESCRIPCIÓN FACTOR DE PERDIDA A LA ENTRADA (F)

Campana con ramal directo 0.5

Campanas suspendidas con ángulo lateral de 45° 0.25

Campanas diversas con ángulos internos de: 15 0.15 30 0.08 45 0.06 60 0.08 90 0.15 120 0.26

150 0.40 Fuente: Ventilación industrial. American conference of governmental industrial hygienists.

Las campanas del circuito de arenas en su mayoría tienen factores de perdida a la

entrada de 0.25, debido a que el diseño trato de realizarse con campanas

suspendidas que conservaran los criterios de diseño de la figura 18, el cuadro 22

presenta los valores determinados para cada campana.

Cuadro 22. Circuito de arenas: Factor de pérdida a la entrada de las campanas

CAMPANA DESCRIPCION FACTOR DE PERDIDA A LA ENTRADA (F)

1 Suspendida 0.25 2 Lateral, ángulo de 90° 0.15 3 Suspendida 0.25 4 Ramal directo 0.5 5 Angulo de 160° 0.4 6 suspendida 0.25 7 suspendida 0.25 8 suspendida 0.25 9 suspendida 0.25

Fuente: El autor

φ

61

2.6.3 Sistema de ductos: su función es proveer el medio de transporte para el

aire contaminado desde la campana hasta el depurador. Para seleccionar el tipo

de ducto se debe tener en cuenta que:

-La velocidad del fluido no sea menor a la denominada velocidad de transporte.

-El conducto y los accesorios ofrezcan la menor resistencia al flujo de aire, es

decir las mínimas perdidas por fricción13.

El material de construcción para los ductos es chapa galvanizada calibre 20, por

ser durable y resistente a la abrasión, no propaga fuego ni desprende gases

tóxicos en caso de incendio; es importante resaltar que SICOLSA no adquiere

tuberías comerciales sino que enrola las láminas para obtener los ductos que

requiere.

2.6.3.1 Velocidad de transporte: se refiere a la velocidad necesaria al interior del

ducto para evitar la sedimentación y posterior taponamiento del ducto, sin

embargo no pueden ser elevadas dado que implican un deterioro precoz de la

tubería por abrasión.

El cuadro 23 muestra los rangos recomendados para velocidades de transporte.

Para el circuito de arenas se escogió una velocidad de transporte de 18 m/s por

ser polvo de sílice procedente de la fundición; para la campana 9 la velocidad de

transporte es menor debido a que el material particulado es totalmente seco, se

adopto un valor de 15 m/s.

13 Ventilación industrial. Rigoberto Qinchia. 1995. p 70.

62

Cuadro 23. Valores recomendados para velocidad de transporte NATURALEZA DEL CONTAMINANTE EJEMPLO VELOCIDAD DE

TRASNPORTE (m/s)

Vapores, gases y neblinas Todos los vapores, gases y neblinas 5 – 6

Humos Humos de oxido de zinc y aluminio 7 – 12

Polvo seco y material pulverizado o triturado

Polvo fino de caucho, hilaza, polvo de algodón, virutas, polvo de jabón.

13 – 15

Polvo promedio industrial

Aserrín (pesado y húmedo), polvo de esmerilado, polvo de pulidoras, polvo de lana, grano de café, polvo de suela, polvillo de sílice, material suspendido en general, fundición general.

17 – 20

Polvo pesado

Torneado de metales, tambores de limpieza de material fundido y desmoldado de este, tamizado de arena, polvo de perforación de hierro fundido, polvo de plomo.

20 – 23

Polvo y mezclas pesadas

Polvo de plomo con pequeñas partículas, traslado de fibras de asbesto, partículas de pulido con felpa (pegajosas, viscosas) polvo de cal viva.

23 y más

Fuente: Ventilación industrial. Rigoberto Quinchia.

2.6.3.2 Pérdidas de carga: al igual que las campanas los ductos generan

perdida de presión principalmente por fricción en tramos rectos o por accesorios

tales como codos, entradas a ramales, orificios, entrada al ventilador etc.

Las pérdidas generadas en los tramos rectos se obtienen por medio de la

interpolación de los diagramas de Moody que relacionan el caudal con la velocidad

y el diámetro del ducto, ó con la siguiente expresión matemática.

Hf (PV/m) = 0.0155 V0.533 (7) Q0.612

63

Donde

Hf: Factor de perdida por metro de tubería V: Velocidad en m/s Q: Caudal en m3/s

Las perdidas por accesorios están expresadas matemáticamente en función de la

presión de velocidad multiplicada por un factor n que depende de cada elemento

en forma y dimensión.

Hf = n PV (8)

El coeficiente n ha sido establecido experimentalmente, los cuadros 24, 25 y 26

presentan los valores de n para diferentes accesorios.

Cuadro 24. Valores de n para perdidas por codos

CODOS R/D COEFICIENTE n 2.75 0.26 2.50 0.22 2.25 0.26 2.00 0.27 1.75 0.32 1.50 0.39

1.25 0.55 Fuente: Ventilación industrial. Quinchia Rigoberto. Cuadro 25. Valores de n para perdidas en ramales

Fuente: Ventilación industrial. Quinchia Rigoberto.

RAMALES ANGULO (Grados) COEFICIENTE n 10 0.06 15 0.09 20 0.12 25 0.15 30 0.18 35 0.21 40 0.25 45 0.28 50 0.32 60 0.44 90 1.00

64

Cuadro 26. Valores de n para perdidas en expansiones EXPANSIONES L/D 1.2:1 1.3:1 1.4:1 1.5:1 1.6:1 1.7:1

1.0:1 0.37 0.39 0.38 0.35 0.31 0.27 1.5:1 0.39 0.46 0.47 0.46 0.44 0.41 2.0:1 0.42 0.49 0.52 0.52 0.51 0.49 3.0:1 0.44 0.52 0.57 0.59 0.60 0.59 4.0:1 0.45 0.55 0.60 0.63 0.63 0.64 5.0:1 0.47 0.56 0.62 0.65 0.66 0.68 7.5:1 0.48 0.58 0.64 0.68 0.70 0.72

Fuente: Ventilación industrial. Quinchia Rigoberto.

Para el circuito de arenas las pérdidas generadas por tramos y accesorios se

muestran en las hojas de cálculo de los cuadros 39 al 43 y corresponden al plano

4.

2.6.3.3. Calculo: el método de cálculo utilizado es el denominado método de la

presión de velocidad, consiste en tratar de igualar las perdidas de los ramales.

Inicialmente se necesita trazar el esquema unifilar de la red de conductos, es

decir el diseño en planos de la red que conduce el flujo hasta el depurador, se

tiene en cuenta el trayecto más corto posible y que no exista interferencia con el

proceso y las estructuras.

Para el circuito de arenas es necesario crear cinco redes independientes por los

siguientes motivos:

• Al existir varios puntos de captación si se conectaran todos a un único

ducto principal su diámetro sería muy grande, imposibilitando su paso por

la zona de arenas donde la densidad de maquinaria es alta.

• Los nueve puntos de captación se alimentan de material particulado de

diferentes naturalezas, por lo que es conveniente usar sistemas de

depuración diferentes o complementarios.

65

La configuración de las cinco redes se muestra en la figura 21 diagrama unifilar y

el cuadro 27.

Cuadro 27. Circuito de arenas: configuración de redes

RED CAMPANAS Y/O PUNTOS DE SUCCIÓN DEPURADOR

I 1 – 2 Separador inercial, filtro de mangasII 7 – 8 Filtro de mangas III 9 Filtro de mangas IV 5 - 6 Ciclón V 3 – 4, salida ventilador ciclón Filtro de mangas

Fuente: El autor

66

12

3 4

7 8

5 9

6

10

11

12

13A B C D

E

F G

HI

J

K

L

Figura 21. Diagrama unifilar de redesRed I Red II

Red IIIRed IV

Red V

67

En el diseño y trazado de ductos se contemplo la necesidad de generar las

menores perdidas posibles, por lo tanto la relación R/D para codos siempre es 2.5,

además de los principios que se presentan en la figura 22.

Figura 22. Principios de diseño

68

El método de la presión de velocidad emplea el siguiente cálculo sistemático:

1. Identificación del tramo: se recomienda identificar las uniones, las entradas y

salidas de equipos con letras, y las campanas depuradores con números.

2. Caudal

3. Velocidad mínima de transporte

4. Sección teórica del ducto: se obtiene dividiendo el caudal por la velocidad

mínima de transporte.

5. Diámetro teórico del ducto: corresponde al diámetro equivalente a la sección

teórica

6. Diámetro real de diseño: se debe acercar el diámetro teórico al diámetro

comercial inmediatamente anterior, para asegurar que la velocidad real sea

superior a la de diseño.

7. Sección real del ducto: corresponde a la sección equivalente al diámetro real.

8. Velocidad real: se obtiene al dividir el caudal por la sección real del ducto.

9. Presión de velocidad (PV): se calcula mediante la expresión (4).

10. Factor de perdida a la entrada

11. Factor de aceleración

12. Perdida a la entrada en PV: se obtiene de la expresión (6) en función de PV.

13. Perdidas a la entrada: corresponde a la expresión (6) en mmcda.

14. Otras pérdidas: corresponde a pérdidas ocasionadas por filtros, tabiques u

accesorios ubicados en las campanas.

15. Presión estática en la campana: Es la suma de todos los valores de pérdida

en la succión en la campana en mmcda.

16. Longitud tramo recto: función de la distribución física del sistema

17. Factor de pérdida tramo recto: se calcula mediante la expresión (7).

18. Perdida por fricción en PV: se obtiene al multiplicar el factor de pérdida por la

longitud de tramo recto.

69

19. Numero de codos de 90° o su equivalente: cantidad de codos en función de

las pérdidas ocasionadas por un codo de 90°.

20. Factor de pérdidas por codos: factor tomado del cuadro 23.

21. Perdida por codos en PV: multiplicación del factor de pérdida por el número

de codos.

22. Ramales: especificación de existencia o ausencia de uniones.

23. Facto de pérdidas por ramales: factor tomado del cuadro 24.

24. Perdida a la entrada de ramales en PV

25. Accesorios especiales: especificación de existencia o ausencia de

expansiones, contracciones, orificios etc.

26. Factor de perdida accesorios especiales: valor de n en la expresión (8).

27. Perdida accesorios especiales en PV

28. Perdida en el ducto en PV: corresponde a la suma de las perdidas generadas

a lo largo del ducto en función de PV.

29. Presión estática en el ducto: producto entre la presión de velocidad y las

pérdidas en función de PV.

30. Pérdida de presión estática en el tramo: es la suma de la presión estática

requerida en la campana y los ductos.

31. Presión estática acumulada (PE): el valor corresponde al obtenido en cada

tramo. En el caso de un tramo ubicado después de un punto de balanceo,

este valor es la suma de la presión estática que gobierna y las perdidas en

este tramo.

32. Presión estática controlante: es la presión estática obtenida en el ducto que

posee las mayores pérdidas.

33. Porcentaje de diferencia entre las presiones estáticas en tramos que se unen:

se utiliza la siguiente expresión:

%diferencia = PE mayor – PE menor X 100 (9) PE mayor

70

Si el porcentaje obtenido es menor o igual al 5% no requiere corrección.

Si el porcentaje es mayor al 5% y menor al 20% es necesario corregir el flujo

en el ducto que posee las menores perdidas, con el fin de incrementar la velocidad

de transporte y por lo tanto las perdidas en el tramo.

Si el porcentaje es mayor al 20%, es necesario disminuir el diámetro del

tramo que posee las menores pérdidas, con el fin de incrementar las pérdidas en

el tramo.

34. Se recalculan los tramos en los cuales el caudal o el diámetro fueron

corregidos.

Los cuadros 39 al 43 muestran el seguimiento del método de presión de velocidad,

es decir el diseño del sistema de ductos que contempla cinco redes.

2.6.4 Depuradores: luego de que una corriente de aire contaminado ha sido

captada en la fuente de emisión, es necesario que entre a un equipo de limpieza,

con el fin de que pueda ser descargada a la atmósfera sin crear riesgos para la

salud humana y el medio ambiente.

La selección de los equipos de depuración depende de la cantidad y

características de los contaminantes que deben ser eliminados de la corriente

gaseosa, y la eficiencia esperada.

Retomando la información contenida en el capitulo 1, los equipos empleados para

el control de material particulado son:

Cámaras de sedimentación

Separadores inerciales

Ciclones

Colectores húmedos

71

Precipitadores electrostáticos

Colectores de bolsas

Como se menciono en las características de las emisiones, las fuentes generan

diferentes tamaños de partículas debido a las diversas velocidades de descarga

de la arena; ningún equipo de control ofrece por si solo las características

necesarias para controlar estas emisiones, por lo tanto se requiere de un sistema

complementario entre ellos.

En el cuadro 27 se muestran los equipo seleccionados para tratar las emisiones

de cada campana.

2.6.4.1 Separador inercial: las condiciones de humedad de las emisiones de las

campanas 1 y 2, requieren un tratamiento previo que detenga las partículas que

pueden causar taponamiento del filtro de mangas, el equipo escogido para esta

labor es el separador inercial por su sencillez y bajo costo; este equipo se basa en

la dificultad que posee una partícula para realizar cambios bruscos de dirección ya

que su inercia es mayor a la de la corriente de aire.

El diseño de separadores no ha sido muy elaborado en los textos, sin embargo la

construcción general se presenta en la figura 23, donde una placa deflectora

ubicada frente a la entrada del aire detiene las partículas.

Figura 23. Cámara de asentamiento de placa

72

La relación ancho/alto de la cámara es 1:1.5, por restricciones de espacio el ancho

de la cámara tienen un valor de 1.20 m dando lugar a las dimensiones mostradas

en la figura 24; la tolva debe tener un ángulo de mínimo 45° con respecto a la

horizontal, para facilitar la salida del material recolectado y se ubica una puerta

lateral para el mantenimiento.

Figura 24. Separador inercial circuito de arenas.

Las perdidas de carga generadas por este tipo de depurador varia entre 2.54 –

12.7 mmcda14, y su eficiencia esta dada por el tamaño de partícula o efectos de

floculación según la naturaleza de la fuente de emisión.

2.6.4.2 Ciclón: las emisiones provenientes de las campanas 5 y 6 poseen los

mayores tamaños de partículas, debido a que la velocidad de entrega del sistema

de transporte neumático y de operación del mezclador dan lugar a la más alta

generación de material particulado.

Dentro de los equipos de control para este tipo de partículas se encuentran las

cámaras de sedimentación, los separadores inerciales, los ciclones y los

precipitadotes electrostáticos; los dos primeros requieren grandes áreas de trabajo

y no ofrecen más de 50% de eficiencia, y un precipitador electrostático representa 14 Ventilación industrial. Quinchia Rigoberto

73

costos muy altos tanto adquisición como de operación y el caudal no justifica dicha

inversión.

En el área de arenas hay un ciclón que actualmente no esta siendo utilizado, se

propone usarlo para capturar las partículas sedimentables presentes en el flujo de

aire de la red IV.

Los ciclones operan bajo las leyes de las fuerzas centrífuga y gravitacional, el

diseño de estos requiere una relación geométrica entre dimensiones tal que la

turbulencia entre el vórtice ascendente y el descendente sea la menor posible y

para que la velocidad, la fuerza centrífuga y la distancia radial permitan la

recolección de las partículas; la teoría ha desarrollado las relaciones geométricas

de las dimensiones de un ciclón en términos del diámetro del cuerpo para que

estos requisitos se cumplan y con respecto a ellas los clasifica en tres grupos.

Figura 25. Dimensiones estándar de ciclones

Lb

Lc

S H

W

De

Dd

D

74

Cuadro 28. Tipo de ciclones: relaciones geométricas ALTA EFICIENCIA CONVENCIONAL ALTA CAPACIDAD DIMENSION

1 2 3 4 5 6 D/D 1 1 1 1 1 1 H/D 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8 W/D 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35 De/D 0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75 S/D 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85 Lb/D 1.5 1.4 2 1.75 1.5 1.7 Lc/D 2.5 2.5 2 2 2.5 2 Dd/D 0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4

Fuente: Air polution control. Anthony J. Bournicore, et al.

Cuadro 29. Eficiencia de ciclones EFICIENCIA (%) TAMAÑO DE

PARTICULA ALTA EFICIENCIA CONVENCIONALES ALTA CAPACIDAD

> 10 micras 80 – 99 70 – 90 80 – 99 PM 10 60 – 95 30 – 90 10 – 40 PM 2.5 20 – 70 0 - 40 0 – 10

Fuente: Air pollution control technology, fact sheet. Environmental Protection Agency (EPA-452/F-03-005).

Las relaciones geométricas del ciclón actual muestran la tendencia del ciclón a ser

clasificado de alta eficiencia como se aprecia en el cuadro 30, los ciclones de este

tipo presentan las mayores eficiencias con respecto a tamaño de partícula, como

lo muestra el cuadro 29, esto resulta apropiado para la red IV debido a que el

molino mezclador y la tolva de almacenamiento poseen las mayores emisiones

tanto de finos como de sedimentables.

75

Cuadro 30. Circuito de arenas: relaciones geométricas del ciclón actual ALTA EFICIENCIA DIMENSION VALOR REAL (cm)

RELACION REAL RELACION TEORICA Do 120 1 1 H 80 0.67 0.5 W 20 0.2 0.2 De 61 0.5 0.5 Lb 121 1.0 1.5 Lc 178 1.5 2.5 Dd 57 0.475 0.375

Fuente: El autor

La perdida de presión generada por un ciclón se determinan con la ecuación

empírica (10) desarrollada por Shepherd y Lapple para ciclones de tipo general15.

∆P = K x H x W / De2 (10)

Donde:

∆P: perdida de presión

K: constante

H: Longitud entrada del ciclón

W: Ancho entrada del ciclón

De: Diámetro ducto de salida de aire limpio

El cuadro 31 muestra los valores de K en relación a proporciones geométricas que

deben cumplirse.

15 Manual de ingeniero químico. Robert H. Perry, p 20-95.

76

Cuadro 31. Valores de K, perdida de carga en ciclones. PROPORCIONES K TIPO DE ENTRADA AL CICLON W/D 1/12 a 1/4 16 Entrada rectangular que termina en los

elementos exteriores del cuerpo del ciclón. H/D 1/4 a 1/2

De/D 1/4 a 1/2 7,5 Entrada que se extiende más allá de la

pared del cilindro del ciclón. Fuente: Manual del ingeniero químico. Perry, Robert H. Chilton.

El valor de K para el ciclón existente tiene un valor de 7.5, la expresión para

perdida de presión es:

∆P = 7.5 x 0.80 m x 0.20m/ (0.61m)2 = 3.22 pulgadas de agua = 81.79 mmcda

2.6.4.3 Colector de polvo: las emisiones captadas por las campanas 3, 4, 7, 8, y

9, así como las salidas del separador inercial y el ciclón deben pasar a través de

un colector de polvo o filtro de mangas.

La eficiencia de recolección de estos equipos es superior al 99% cuando el equipo

esta bien diseñado y con un excelente mantenimiento.

La especificación de estos depuradores se basa en el método de limpieza, la

elección del medio filtrante y la determinación de la velocidad y área de filtración

Los métodos de limpieza descritos en el capitulo 1 son: sacudida mecánica, flujo

de aire inverso y pulso de aire inverso, las ventajas y desventajas de los 3

métodos se analizan en el cuadro 32.

77

Cuadro 32. Ventajas y desventajas de los sistemas de limpieza en colectores. MÉTODO VENTAJAS DESVENTAJAS

Sacudida mecánica

Fácil inspección de bolsas en la cámara de gas limpio.

Requiere poca energía. Bajo costo inicial.

Las bolsas deben ser en telas tejidas para soportar la flexión y el estiramiento.

Mantenimiento frecuente del equipo por el gran número de partes móviles.

El flujo de gas a través del filtro se debe detener durante la vibración.

Flujo inverso

El tipo de limpieza es delicado lo que permite el uso de telas frágiles.

No posee partes móviles. Costo razonable de

instalación y mantenimiento.

Bolsas muy grandes Durante el ciclo de limpieza

el flujo de aire sucio se suspende

Bajas velocidades de filtración

Baja eficiencia

Pulso inverso

No requiere detener el flujo de aire sucio al momento de la limpieza.

La capa de polvo se elimina completamente de la tela.

Mayor relación aire/tela, por lo tanto menor tamaño.

Caídas de presión constantes.

Alta eficiencia Bojo costo de operación y

mantenimiento.

Debido a la presión de aire que se utiliza es necesario escoger telas con mayor estabilidad y resistencia a la tensión.

Alto costo inicial. Necesita aire comprimido

seco.

Fuente: Handbook of separation process. Rousseau, Ronald.

Para el circuito de arenas el método escogido es el pulso inverso dado que el flujo

de aire capturado es considerable (15.60 m3/s) y la densidad de maquinaria en el

área no permite un colector muy grande, lo que hace necesario el manejo de

velocidades de filtración altas para tener el equipo más compacto posible y es la

limpieza a intervalos cortos la que permite un flujo más rápido de aire.

En el aire por pulsos se introduce el chorro de aire comprimido por medio de

válvulas celenoides a través de la abertura de la manga por la cual sale el aire

limpio. Cada bolsa tiene una canastilla al interior para proveer una limpieza más

uniforme, soportar y proteger la manga e impedir que los flujos (aire sucio y de

limpiezas) la colapsen.

78

La ubicación de tubos venturi en la boca de las canastillas maximizan y dirigen la

fuerza del pulso minimizando la cantidad de aire utilizado, el aire expande la bolsa

y desprende el polvo recolectado en la superficie de la tela.

El pulso inverso requiere de un equipo de aire comprimido que libera la descarga a

intervalos de 1 a 30 segundos dependiendo del polvo a desprender, generalmente

se calcula este equipo entre 6 y 8 Kg de aire por cada cm2 de área filtrante16, y la

duración de la pulsación no mayor a 1 segundo17.

Para el colector de polvo del área de arenas se requiere un línea de aire

comprimido entre 80 y 100 PSI, con intervalos de 30 segundos y pulsaciones de 1

segundo, que accionan las válvulas celenoides 1 por cada fila de de 9 mangas, y

su respectiva electro válvula.

La velocidad de filtración como se menciono anteriormente depende del sistema

de limpieza, también es conocida como relación aire-tela dado que expresa la

relación entre el caudal a filtrar y la superficie filtrante; en el cuadro 33 se

encuentran los valores para diferentes tipos de polvo incluida la arena tomada

como silicio.

16 Ventilación industrial. American conference of governmental industrial hygienists. 17 Air polution control. Anthony J. Buonicore et al.

79

Cuadro 33. Velocidad de filtración en colectores de polvo. FILTRATION VELOCITY DRY DUST MATERIAL LOW PRES. (ft/min) HIGH PRES. (ft/min)

Abrasive dust 3.0 10.0 Asbestos 3.0 8.0 Calcium 2.0 6.0 Cement 2.5 8.0 Coke 2.5 7.0 Fertilizer 3.0 8.0 Granite 2.5 8.0 Metallurgical fumes 1.5 6.0 Silica 2.5 8.0 Zinc, metallic dust 2.5 7.0

Fuente: Effective selection of filter dust collector. Milles Croom. Chemical Engiineering. Julio 1993, p 86 – 91.

Con base en las restricciones de espacio, se decide adoptar el siguiente arreglo

de bolsas:

Diámetro: 13 cm

Longitud: 3 m

Área: 1.23 m2.

Cantidad mínima de bolsas: 311

El cociente entre el área de filtración y el área de cada bolsa determina el número

de bolsas del colector.

La cantidad de bolsas es alta y se necesita prever que en caso de fuga encontrar

cual de ellas presenta el problema sería un inconveniente, por lo tanto se divide el

colector en 4 secciones cada una de 9 filas x 9 columnas, para dar un total de 324

bolsas, las 13 mangas de diferencia se toman como factor de seguridad dado que

no es posible construir otro arreglo.

80

La separación entre bolsa y bolsa corresponde a 13 cm medidos desde el eje de

cada una, distancia que hace fácil la instalación y mantenimiento de las mismas,

además de permitir que la lámina sea perforada sin interferencias, esta

configuración se observa en la figura 26.

Figura 26. Distribución de bolsas en el colector circuito de arenas

El material de construcción para el cuerpo y separación interna del colector es

chapa de acero galvanizada calibre 1/8, y de ¼ para el soporte de las mangas.

Las dimensiones del colector se muestran en la figura 27.

Figura 27. Circuito de arenas: colector de polvo (dimensiones y deflectores)

13 cm

5 cm

81

La tolva debe tener un ángulo mayor a 45° con respecto a la horizontal para

facilitar la salida del polvo recolectado, y por simplicidad se cierra la salida con una

válvula de cortina manual.

Para repartir el flujo dentro del colector y proteger las mangas del aire directo, se

diseña la instalación de deflectores en la parte inferior tal y como se muestra en la

figura 27.

Las canastillas se construyen en varilla de acero de 1/8, con 4 aristas y cada 50

cm se ajustan con un anillo, en la parte superior debe ir el tubo venturi, como se

muestra en la figura 28.

Las dimensiones del venturi son:

Diámetro superior: 10 cm Longitud: 25 cm Diámetro inferior: 5 cm

Figura 28. Canastilla y venturi colector de polvo circuito de arenas.

La selección del medio filtrante depende de las condiciones de temperatura del

gas, abrasividad del polvo y sistema de limpieza. El cuadro 34 muestra las

características de los medio más utilizados en la industria.

82

Cuadro 34. Características de medios filtrantes. MATERIAL TEMPERATURA

(°C) RESISTENCIA ALA TENSION

RESISTENCIA ALA ABRASION

PROPIEDAD DE FILTRACION COSTOS

Poliester 140 Muy buena Muy buena Excelente Medio Nomex 190 Muy buena Muy buena Excelente Alto Nylon 105 Regular Excelente Buena Medio Teflón 260 Buena Buena Regular Alto Polipropileno 75 Buena Excelente Buena Bajo

Fuente: Internet Filterzone.

Dado que la temperatura no es un factor determinante en el caso de las emisiones

del circuito de arena, se escoge el poliéster por su costo y resistencia a la

abrasión.

Las caídas de presión en los colectores de polvo se ven influenciada por muchos

factores que hacen difícil trasladarla a una simple ecuación de calculo18, y las

expresiones existentes requieren de valores precisos como el espesor de la capa

de polvo que se forma sobre la tela; varían entre 50 y 150 mmcda, depende del

tipo de limpieza, naturaleza del polvo y medio filtrante principalmente.

Para efectos de diseño se toma una caída de presión de 100 mmcda, debido a

que se esta teniendo en cuenta un método de limpieza muy eficiente y un material

que desprende fácilmente la torta filtrante.

2.6.4.4. Eficiencia: La eficiencia de cada uno de los equipos de depuración

escogidos varía con las condiciones de operación y mantenimiento, el material

particulado generado por el circuito de arena según el cuadro 8 debe capturarse

luego de su paso a través del sistema de control de emisiones como lo muestran

los cuadros 35 y 36.

18 Ventilacion industrial. Quinchia H Rigoberto.

83

Cuadro 35. Circuito de arenas: eficiencia de recolección de finos.

Eficiencia Salida EMISIÓN (Kh/h) Depurador % Kg/h % Kg/h 42.24 Separador I. 50 21.12 50 21.12 76.80 Ciclón 60 46.08 40 30.72

124.80 Colector P. 99 123.55 1 1.25 Fuente: El autor

Cuadro 36. Circuito de arenas: eficiencia de recolección de sedimentables. Eficiencia Salida EMISIÓN

(Kh/h) Depurador % Kg/h % Kg/h 1.44 Separador I. 70 1.01 30 0.43

122.40 Ciclón 99 121.18 1 1.22 21.81 Colector P. 99 21.60 1 0.21

Fuente: El autor

La norma de emisión para el circuito de arenas se obtiene del Decreto 02 de 1982,

artículo 70: otras industrias cuyo valor corresponde a 2.59 Kg/h, para la

producción horaria de SICOLSA de 0.52 Ton/h de producto terminado.

Las emisiones con el sistema de control propuesto serían de 1.46 Kg/h dentro de

la norma de emisión de 2.59 Kg/h.

2.6.5 Requerimientos de energía del sistema: El corazón de un sistema de

extracción es el ventilador, el cual proporciona la energía para realizar la

aspiración en las campanas y suplir las perdidas de carga que se originan a través

de todo el sistema.

El ventilador se define como la máquina volumétrica utilizada para mover aire, un

ventilador posee una abertura de aspiración y una abertura de impulsión, son

accionados por medio de un motor eléctrico y la transmisión puede ser directa o

por medio de poleas.

84

Se clasifican en dos grandes grupos: axial o helicoidal y centrífugo o radial.

Los ventiladores axiales se caracterizan porque el flujo es paralelo al eje de giro

de la hélice, son apropiados para la aspiración o impulsión de grandes volúmenes

de aire a baja presión, entendiéndose por tal una presión menor a 80 mmcda19.

El ventilador centrífugo consiste en una rueda o rodete provisto de una serie de

alabes o paletas radiales, denominada turbina, que gira dentro del interior de una

envolvente figura llamada voluta, esta tiene dos bocas, la de aspiración situada en

el eje de la turbina y la de impulsión abierta tangencialmente con relación al

rodete; se recomienda para mover caudales a elevada presión20.

El sistema de extracción y control de emisiones para el circuito de arenas requiere

un ventilador centrífugo por la saltas caídas de presión.

Los alabes de los rodetes de los ventiladores centrífugos pueden ser de cuatro

clases, de alabes rectos (cuando los rodetes giran con la misma velocidad

periférica), curvados hacia delante (provocan la velocidad máxima del aire),

curvados hacia atrás (la mínima velocidad del aire) y de alabes aerodinámicos. El

cuadro 37 muestra las características de cada uno.

Las mejores características para la aplicación en el circuito de arenas las presenta

el ventilador de álabes aerodinámicos.

19 Bombas,ventiladores y compresores. Jutglar Luis. 20 Ibid

85

Cuadro 37. Características de los álabes de ventiladores centrífugos CARACTERISTICA CURVADOS

HACIA DELANTE RECTOS CURVADOS HACIA ATRAS AERODINÁMICOS

Presión estática < 150 < 500 6 a 330 6 a 330 Caudal (m3/s) 0.12 – 37.8 0.13 – 40.12 0.14 - 130 0.33 – 315 Nivel de ruido Silencioso Ruidoso Silencioso Silencioso

Velocidad periférica Baja Media Alta Muy alta

Eficiencia 75% 65% 80% 90%

Aplicación Calefacción. Aire acondicionado

Transporte de materiales,

ventilación y calefacción

Sistemas de aire, ventilación y calefacción

Sistemas de aire, ventilación y calefacción

Estabilidad Mala Buena Buena Buena Espacio requerido Pequeño Medio Medio Medio Fuente: Ventilación industrial, calculo y aplicaciones. Camicer, Royo.

Para elegir el ventilador se requiere determinar la cantidad de aire que debe ser

movido es decir el caudal, la presión contra la que puede operar el ventilador y la

densidad el aire a desplazar.

La presión del ventilador (PT) representa toda la energía requerida para mover el

aire a través del sistema. Esta presión se calcula sumando los valores absolutos

de las presiones totales encontradas en el ventilador.

PT = (PE + PV)salida – (PE + PV)entrada (12)

Si la presión de velocidad a la salida del gas es igual a la presión de velocidad de

entrada, entonces:

PT = PE salida – PE entrada (13)

La presión obtenida mediante esta expresión debe ser corregida, para trabajar en

términos de condiciones estándar: temperatura del aire 20°C y presión

barométrica de 760 mm Hg, dado que las curvas características y tablas de los

ventiladores en los catálogos de los fabricantes se encuentran a estas

86

condiciones. El factor de corrección se ubica en el cuadro 38 según la

temperatura y elevación del lugar.

Cuadro 38. Factor de corrección por temperatura y elevación. Elevación en metros sobre le nivel del mar

Temperatura

del aire

Nivel del mar

300 450 600 750 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Presión barométrica en mm Hg °C 760 735 720 705 695 680 655 630 610 585 560 545 520 -40 1.234 1.191 1.170 1.150 1.128 1.105 1.066 1.028 0.987 0.956 0.941 0.883 0.847-18 1.152 1.110 1.092 1.072 1.052 1.033 0.950 0.957 0.922 0.894 0.852 0.823 0.7910 1.082 1.043 1.024 1.005 0.990 0.970 0.934 0.900 0.865 0.838 0.800 0.774 0.74220 1.000 0.964 0.947 0.930 0.913 0.896 0.864 0.832 0.799 0.774 0.739 0.715 0.68738 0.946 0.912 0.895 0.878 0.863 0.847 0.816 0.785 0.755 0.732 0.698 0.675 0.64966 0.869 0.838 0.824 0.807 0.793 0.779 0.750 0.722 0.695 0.672 0.642 0.622 0.59693 0.803 0.775 0.760 0.747 0.733 0.720 0.693 0.667 0.642 0.622 0.593 0.574 0.552

121 0.747 0.720 0.707 0.695 0.682 0.670 0.645 0.622 0.592 0.578 0.552 0.535 0.512149 0.697 0.672 0.660 0.647 0.262 0.625 0.602 0.579 0.557 0.540 0.515 0.498 0.478177 0.654 0.630 0.620 0.608 0.597 0.586 0.564 0.543 0.522 0.507 0.483 0.467 0.449205 0.616 0.594 0.583 0.572 0.562 0.552 0.532 0.512 0.482 0.477 0.455 0.440 0.423260 0.553 0.534 0.524 0.514 0.505 0.496 0.478 0.460 0.442 0.428 0.409 0.396 0.380316 0.500 0.482 0.474 0.465 0.456 0.448 0.432 0.416 0.400 0.387 0.370 0.385 0.344372 0.457 0.441 0.433 0.425 0.417 0.410 0.395 0.380 0.366 0.354 0.338 0.327 0.314

Fuente: Ventilación industrial, calculo y aplicaciones. Camicer, Royo.

Para Manizales el facto de corrección corresponde a 0.774.

Como se explico anteriormente el método de presión de velocidad permite calcular

el diámetro de los ductos, pero a su vez hace un recorrido total por el sistema que

permite determinar los requerimientos de energía.

Los cuadros 39 al 43 presentan el cálculo sistemático por el método de la presión

de velocidad.

87

Cuadro 39. Hoja de cálculo circuito de arenas: red I Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Circuito de arenas Referencia planos: Plano 4

Red: I Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto 2 - A 1 - A 1 - A * A - B 10 C - D 2 Caudal (m3/s) 2.61 1.87 1.87 4.48 4.48 4.48 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 18.00 18.00 18.00 18.00 - 18.004 Sección teórica de ducto (m2) 0.15 0.10 0.10 0.25 - 0.25 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0.43 0.36 0.36 0.56 - 0.56 6 Diámetro real ducto (mm) 0.410 0.340 0.320 0.540 - 0.5407 Sección real de ducto (m2) 0.13 0.09 0.08 0.23 - 0.23 8 Velocidad real (m/s) 19.77 20.60 23.25 19.56 - 19.569 Presión de velocidad (mmcda) 18.92 20.54 26.17 18.52 - 18.52

10 Factor de perdida entrada del ducto 0.15 0.25 0.25 0.00 - 0.00 11 Factor de aceleración 1.00 1.00 1.00 0.00 - 0.00 12 Perdida a la entrada en PV 1.15 1.25 1.25 0.00 - 0.00 13 Perdida a la entrada (mmcda) 21.76 25.67 32.71 0.00 - 0.00 14 Otras perdidas (mmcda) 0.00 0.00 0.00 0.00 50.00 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 21.76 25.67 32.71 0.00 - 0.00 16 Longitud tramo recto (m) 13.98 3.00 3.00 0.00 - 0.10 17 Factor de perdida tramo recto 0.04 0.05 0.06 0.00 - 0.03 18 Perdidas por fricción en PV 0.59 0.16 0.17 0.00 - 0.00319 No codos de 90° o su equivalente 2.50 1.00 1.00 0.00 - 0.00 20 Factor de perdida por codos 0.22 0.22 0.22 0.00 - 0.00 21 Perdida por codos en PV 0.55 0.22 0.22 0.00 - 0.00 22 Ramales 0.00 0.00 0.00 1.00 - 0.00 23 Factor de perdida por ramales 0.00 0.00 0.00 0.25 - 0.00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0.00 0.00 0.00 0.25 - 0.00 25 Accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 - 0.00 26 Factor perdida accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 - 0.00 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0.00 0.00 0.00 0.00 - 0.00 28 Perdida en el ducto en PV 1.14 0.38 0.39 0.25 - 0.00329

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 21.59 7.78 10.20 4.63 - 0.06 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 43.34 33.45 42.91 4.63 50.00 0.06 31 Presión estática acumulada 43.34 42.91 47.98 97.98 98.0332 Presión estática controlante 43.34 97.98 *Tramos corregidos Fuente: El autor

88

Cuadro 40. Hoja de cálculo circuito de arenas: red II y III. Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Circuito de arenas Referencia planos: Plano 4 Red: II y III Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto 7 - E 8 - E 8 - E * E - F 9 – G 2 Caudal (m3/s) 0.88 1.27 1.27 2.15 1.18 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 18.00 18.00 18.00 18.00 15.00 4 Sección teórica de ducto (m2) 0.05 0.07 0.07 0.12 0.08 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0.25 0.30 0.30 0.39 0.32 6 Diámetro real ducto (mm) 0.240 0.290 0.270 0.380 0.300 7 Sección real de ducto (m2) 0.05 0.07 0.06 0.11 0.07 8 Velocidad real (m/s) 19.45 19.23 22.18 18.96 16.69 9 Presión de velocidad (mmcda) 18.32 17.90 23.82 17.40 13.49

10 Factor de perdida entrada del ducto 0.25 0.25 0.25 0.00 0.25 11 Factor de aceleración 1.00 1.00 1.00 0.00 1.00 12 Perdida a la entrada en PV 1.25 1.25 1.25 0.00 1.25 13 Perdida a la entrada (mmcda) 22.90 22.37 29.77 0.00 16.86 14 Otras perdidas (mmcda) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 22.90 22.37 29.77 0.00 16.86 16 Longitud tramo recto (m) 6.20 0.86 0.86 3.00 16.48 17 Factor de perdida tramo recto 0.08 0.06 0.07 0.05 0.06 18 Perdidas por fricción en PV 0.51 0.056 0.060 0.14 1.03 19 No codos de 90° o su equivalente 1.29 0.98 0.98 1.00 3.00 20 Factor de perdida por codos 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 21 Perdida por codos en PV 0.28 0.216 0.216 0.22 0.66 22 Ramales 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 23 Factor de perdida por ramales 0.00 0.00 0.00 0.21 0.00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0.00 0.00 0.00 0.21 0.00 25 Accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 26 Factor perdida accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 28 Perdida en el ducto en PV 0.79 0.271 0.276 0.57 1.69 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 14.46 4.85 6.57 9.91 22.87 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 37.36 27.23 36.34 9.91 39.73 31 Presión estática acumulada 37.36 36.34 47.27 39.73 32 Presión estática controlante 37.36 *Tramos corregidos Fuente: El autor

89

Cuadro 41. Hoja de cálculo circuito de arenas: red IV Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Circuito de arenas Referencia planos: Plano 4

Red: IV Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto 5 - H 6 - H 6 - H * 11 I - J 12 2 Caudal (m3/s) 2.10 1.18 1.18 3.28 3.28 3.28 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 18.00 18.00 18.00 - 18.00 - 4 Sección teórica de ducto (m2) 0.12 0.07 0.07 - 0.18 - 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0.39 0.29 0.29 - 0.48 - 6 Diámetro real ducto (mm) 0.370 0.280 0.265 - 0.480 - 7 Sección real de ducto (m2) 0.11 0.06 0.06 - 0.18 - 8 Velocidad real (m/s) 19.53 19.16 21.39 - 18.13 - 9 Presión de velocidad (mmcda) 18.47 17.78 22.16 - 15.91 -

10 Factor de perdida entrada del ducto 0.40 0.25 0.25 - 0.00 - 11 Factor de aceleración 1.00 1.00 1.00 - 0.00 - 12 Perdida a la entrada en PV 1.40 1.25 1.25 - 0.00 - 13 Perdida a la entrada (mmcda) 25.85 22.22 27.70 - 0.00 - 14 Otras perdidas (mmcda) 0.00 0.00 0.00 81.89 0.00 - 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 25.85 22.22 27.70 - 0.00 - 16 Longitud tramo recto (m) 5.50 8.96 8.96 - 2.03 - 17 Factor de perdida tramo recto 0.05 0.07 0.07 - 0.04 - 18 Perdidas por fricción en PV 0.26 0.61 0.64 - 0.07 - 19 No codos de 90° o su equivalente 3.00 1.73 1.73 - 3.00 - 20 Factor de perdida por codos 0.22 0.22 0.22 - 0.22 - 21 Perdida por codos en PV 0.66 0.38 0.38 - 0.66 - 22 Ramales 0.00 0.00 0.00 - 0.00 - 23 Factor de perdida por ramales 0.00 0.00 0.00 - 0.00 - 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0.00 0.00 0.00 - 0.00 - 25 Accesorios especiales 1.00 0.00 0.00 - 0.00 - 26 Factor perdida accesorios especiales 0.39 0.00 0.00 - 0.00 - 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0.39 0.00 0.00 - 0.00 - 28 Perdida en el ducto en PV 1.31 0.99 1.02 - 0.73 - 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 24.26 17.53 22.66 - 11.63 - 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 50.12 39.76 50.36 81.89 11.63 - 31 Presión estática acumulada 50.12 50.36 132.25 143.88 143.8832 Presión estática controlante 50.36 *Tramos corregidos Fuente: El autor

90

Cuadro 42. Hoja de calculo circuito de arenas: red V Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Circuito de arenas Referencia planos: Plano 4

Red: V Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto 3 - M 4 - M M - L K - L K - L * L - N 2 Caudal (m3/s) 2.60 1.91 4.51 3.28 3.28 7.79 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 18.00 18.00 18.00 18.00 18.00 18.004 Sección teórica de ducto (m2) 0.14 0.11 0.25 0.18 0.18 0.43 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0.43 0.37 0.56 0.48 0.48 0.74 6 Diámetro real ducto (mm) 0.410 0.360 0.550 0.460 0.420 0.7207 Sección real de ducto (m2) 0.13 0.10 0.24 0.17 0.14 0.41 8 Velocidad real (m/s) 19.69 18.76 18.98 19.74 23.67 19.139 Presión de velocidad (mmcda) 18.77 17.05 17.44 18.86 27.13 17.72

10 Factor de perdida entrada del ducto 0.25 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 11 Factor de aceleración 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12 Perdida a la entrada en PV 1.25 1.50 0.00 0.00 0.00 0.00 13 Perdida a la entrada (mmcda) 23.47 25.57 0.00 0.00 0.00 0.00 14 Otras perdidas (mmcda) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 23.47 25.57 0.00 0.00 0.00 0.00 16 Longitud tramo recto (m) 2.65 2.05 12.75 7.89 7.89 2.53 17 Factor de perdida tramo recto 0.04 0.05 0.03 0.04 0.04 0.02 18 Perdidas por fricción en PV 0.11 0.10 0.38 0.29 0.32 0.05 19 No codos de 90° o su equivalente 1.17 1.17 1.00 2.00 2.00 0.00 20 Factor de perdida por codos 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.00 21 Perdida por codos en PV 0.26 0.26 0.22 0.44 0.44 0.00 22 Ramales 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 23 Factor de perdida por ramales 0.00 0.00 0.44 0.00 0.00 0.18 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0.00 0.00 0.44 0.00 0.00 0.18 25 Accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 26 Factor perdida accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 28 Perdida en el ducto en PV 0.37 0.36 1.04 1.73 1.76 0.23 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 6.94 6.13 18.10 32.62 47.74 4.14 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 30.40 31.70 18.10 32.62 47.74 4.14 31 Presión estática acumulada 30.40 31.70 49.79 47.74 53.9432 Presión estática controlante 31.70 49.79 *Tramos corregidos Fuente: El autor

91

Cuadro 43. Hoja de cálculo circuito de arenas: unión de redes Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Circuito de arenas Referencia planos: Plano 4

Unión de redes Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto C - D E - F 9 - G L - N 13 O - P 14 Q - R2 Caudal (m3/s) 4.48 2.15 1.18 7.79 15.60 15.60 15.60 15.603 Velocidad mínima de transporte (m/s) - - - - - 18.00 - 10.004 Sección teórica de ducto (m2) - - - - - 0.87 - 1.56 5 Diámetro teórico ducto (mm) - - - - - 1.05 - 1.41 6 Diámetro real ducto (mm) 0.54 0.38 0.30 0.72 - 0.98 - 0.80 7 Sección real de ducto (m2) - - - - - 0.75 - 0.50 8 Velocidad real (m/s) - - - - - 20.68 - 31.049 Presión de velocidad (mmcda) - - - - - 20.71 - 46.63

10 Factor de perdida entrada del ducto - - - - - 0.00 - 0.00 11 Factor de aceleración - - - - - 0.00 - 0.00 12 Perdida a la entrada en PV - - - - - 0.00 - 0.00 13 Perdida a la entrada (mmcda) - - - - - 0.00 - 0.00 14 Otras perdidas (mmcda) - - - - 100 0.00 - 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) - - - - - 0.00 - 0.00 16 Longitud tramo recto (m) - - - - - 10.00 - 15.0017 Factor de perdida tramo recto - - - - - 0.01 - 0.02 18 Perdidas por fricción en PV - - - - - 0.14 - 0.27 19 No codos de 90° o su equivalente - - - - - 2.00 - 1.00 20 Factor de perdida por codos - - - - - 0.22 - 0.22 21 Perdida por codos en PV - - - - - 0.44 - 0.22 22 Ramales - - - - - 0.00 - 0.00 23 Factor de perdida por ramales - - - - - 0.00 - 0.00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV - - - - - 0.00 - 0.00 25 Accesorios especiales - - - - - 0.00 - 0.00 26 Factor perdida accesorios especiales - - - - - 0.00 - 0.00 27 Perdidas accesorios especiales en PV - - - - - 0.00 - 0.00 28 Perdida en el ducto en PV - - - - - 0.58 - 0.49 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) - - - - - 12.11 - 22.8530 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) - - - - -100.00 -12.11 - 22.8531 Presión estática acumulada -58.03 -47.27 -39.73 -53.94 -298.96 -311.08 - Fuente: El autor

92

La red IV propone el uso de un ventilador identificado con el número 12

independiente del ubicado luego del filtro de mangas señalado con el número 14.

Para el ventilador 12, el caudal requerido es de 3.28 m3/s y las presiones se

observan resumidas en el cuadro 44.

Cuadro 44. Circuito de arenas: presiones ventilador 12.

NOMBRE UBICACIÓN PRESION (mmcda) PE salida Tramo K - L 47.74 PE entrada Tramo I - J -143.88 PT ventilador Formula (13) 191.62 PT corregida Factor corrección 247.57

Fuente: El autor

Con estos valores se pide a los fabricantes y/o distribuidores la curva

característica y especificaciones del ventilador apto para las condiciones de

trabajo descritas.

El cuadro 45 muestra las especificaciones finales del ventilador y del motor, en el

anexo C se encuentra el catalogo suministrado por el fabricante.

Cuadro 45. Especificaciones técnicas de ventilador 12 y motor ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR

Tipo de ventilador Centrifugo alabes rectos Caudal (m3/h) 11808 Presión estática (mmcda) 248

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 30 Velocidad nominal de rotación (rpm) 3600 Fuente: IMELSIS LTDA

93

Para el ventilador 14, el caudal requerido es de 15.60 m3/s y las presiones se

observan resumidas en el cuadro 46.

Cuadro 46. Circuito de arenas: presiones ventilador 14.

NOMBRE UBICACION PRESION (mmcda) PE salida Tramo K - L 22.85 PE entrada Tramo I - J -311.08 PT ventilador Formula (13) 333.93 PT corregida Factor corrección 448.83

Fuente: El autor

El cuadro 47 muestra las especificaciones finales del ventilador y del motor, en el

anexo C se encuentra el catalogo suministrado por el fabricante.

Cuadro 47. Especificaciones técnicas de ventilador 14 y motor ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR

Tipo de ventilador Centrifugo alabes curvos Caudal (m3/h) 56880 Presión estática (mmcda) 440

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 150 Velocidad nominal de rotación (rpm) 1800 Fuente: IMELSIS LTDA

La selección del ventilador finaliza el diseño propuesto para el circuito de arenas.

94

3. GRANALLADORAS

En esta sección las piezas tanto de hierro como de bronce pasan por un proceso

de limpieza para lograr el aspecto superficial que se requiere, eliminando las

incrustaciones de arena y óxidos que se generan sobre el metal luego de liberar la

pieza del molde.

La limpieza de impacto se realiza por rozamiento a alta velocidad entre la pieza y

las esferas de acero denominadas granalla, lo cual hace que la arena se

desprenda. Este proceso genera gran cantidad de material particulado constituido

por arena y la misma granalla que al chocar se fragmenta.

3.1 Insumos

El principal insumo utilizado en esta área es la granalla de acero esférica, un

conocido abrasivo en la industria de la fundición, consiste en esferas de acero

cuyo tamaño oscila entre 1 y 8 mm de diámetro (0.004 y 0.03 pulgadas), se fabrica

mediante la pulverización de acero fundido, el cual posteriormente es sometido a

una serie de tratamientos al calor y mecánicos que le otorgan al producto sus

características definitivas.

La granalla que actualmente usa SICOLSA la provee INFEREX LTDA, quienes la

importan desde la república China; el tipo de abrasivo usado ha sido escogido por

la experiencia a través de varios años de compra y uso directo sin ensayos de

laboratorio por parte de la fundición, sin embargo ya se encuentra establecido por

parte de los distribuidores los usos de las diferentes referencias de granallas

existentes, además la elección por parte de la empresa a dependido de las

especificaciones de rugosidad de la superficie, la capacidad de arranque de

material, la capacidad de reciclado y su valor comercial; el tipo de granalla que se

95

ajusta a estos requerimientos es la S-390 cuya ficha técnica se encuentra en el

anexo B.

Figura 29. Granalla

3.2 Maquinaria y equipo 3.2.1 Granalladora 14: Es la granalladora con más capacidad (14 pies cúbicos)

y opera las 24 horas, se utiliza con el fin de servir de cámara de limpieza, se

compone de:

Zona de granallado: aquí se lleva a cabo la limpieza de las piezas y es

donde se genera el material particulado; se ingresa a través de una puerta

de alimentación, cuyo cierre se realiza neumáticamente; al interior se

encuentra la cadena, cilindro rotatorio compuesto por una serie de laminas

con agujeros, su función es sostener y dar movimiento a las piezas para

que sean alcanzadas por la granalla en toda su superficie.

Turbina: se encuentra ubicada en la parte superior de la zona de granallado

y suministra la fuerza de chorro con la que es lanzada la granalla.

Zona de separación: allí la rebaba, la granalla y la arena son separadas por

medio mecánico (tamiz) y de succión (aire comprimido).

Elevador de cangilones: este transportador vertical se encarga de llevar la

granalla reciclada a la tolva de almacenamiento.

Tolva de granalla: contenedor en el cual permanece la granalla ya usada, y

que sirve de alimentador para la turbina.

96

Figura 30. Granalladora grande (puerta, cadena, elevador, tolva)

3.2.2 Granalladora 5: Posee una capacidad de 5 pies cúbicos y su estructura es

semejante a la granalladora 14; viene provista con un filtro de mangas que realiza

la retención del material particulado.

Figura 31. Granalladora Pequeña (puerta, cadena, elevador, filtro)

3.2.3 Skip de carga: Su función es cargar las piezas en el interior de la

granalladora en ausencia de fuerza humana, se encuentra ubicado frente a cada

granalladora (un skip por cada una), es accionado por un mecanismo de poleas y

es operado por medio de un tablero electrónico. Consiste en un carro montado

sobre rieles verticales, los cuales giran 90º hasta una posición horizontal, allí se

transporta el carro hasta la puerta de alimentación de la granalladora y se inclinan

los rieles de tal manera que las piezas deslicen y caigan sobre la cadena.

Figura 32. Skips de carga

97

3.2.4 Filtro de mangas: Este sistema de control de emisiones atmosféricas es

original de la granalladora 5, se encuentra ubicado detrás de la misma y el flujo

de aire con material particulado que recibe proviene únicamente de esta maquina;

posee 70 mangas (diámetro 13 cm, longitud 1.62 m) que proporcionan un área

filtrante de 46.3 m2.

Figura 33. Filtro mangas granalladora 5

3.2.5 Multiciclones: Fue construido para controlar las emisiones de la

granalladora grande, sin embargo actualmente la salida del filtro de mangas de la

granalladora pequeña se encuentra conectada a este sistema; consta de 6

ciclones comunicados por medio de un ducto rectangular en V denominado pleno,

esta dotado con un ventilador del cual no se tiene ficha técnica y un motor de 17

HP y 1768 rpm.

Figura 34. Multiciclones

PLENO

98

3.3 Descripción del proceso

Las piezas son transportadas hasta la zona de granalladoras por medio de

carretas, allí el operario las descarga sobre el skip y lo pone en funcionamiento, de

tal manera que al pivotear y mover el carro las piezas ingresan a la granalladora.

Cargada la maquina se cierra la puerta de alimentación de tipo neumático e inicia

la salida del chorro a presión de granalla por medio de una turbina ubicada en la

parte superior de la granalladora, las piezas rotan sobre la cadena de tal forma

que son sometidas a la limpieza desde todos los ángulos. Las rebabas de metal,

la arena y la granalla atraviesan los orificios de la cadena y caen a un tamiz donde

las primeras son separadas y trasportadas al exterior por medio de una bandeja

vibratoria; la granalla y la arena traspasan el tamiz y son separas por medio de

una succión, la arena se dirige al exterior por medio de un tornillo sin fin y es

recolectada en contenedores; la granalla se transfiere por un tornillo sin fin a un

elevador de cangilones, este alimenta la tolva de granalla que a su vez alimenta la

turbina, completando el ciclo de recirculación de este insumo.

El proceso al interior de la granalladora consume 10 minutos equivalente a 1 ciclo

de limpieza, luego del cual el chorro de granalla se detiene y se abre la puerta de

alimentación, el operario verifica el estado de las piezas y decide si es necesario

brindar un ciclo mas, finalmente con la puerta abierta la cadena sigue rotando y las

piezas se deslizan de ella y caen al piso, el operario carga las piezas limpias sobre

carretas para transportarlas al área de esmeriles y motortools.

99

3.4 Características de las emisiones Las emisiones de esta área corresponden a material particulado de diversos

tamaños de partícula que van desde 0.05 a 149 micras, químicamente poseen

similar constitución a las emisiones del circuito de arenas dado que se trata de

incrustaciones de arena sobre la pieza.

Actualmente el sistema de multiciclones retiene una importante fracción del

material particulado, se recolectan 270 Kg de residuo al día (11.25 kg/h), el

tamaño de partícula que capturan se determinó con análisis por tamizado y se

relaciona en el cuadro 47.

Cuadro No 48. Análisis granulométrico residuo de ciclones

TAMIZ ABERTURA (MICRAS) PORCENTAJE RETENIDO

50 297 0 100 149 26.26 120 125 4.30 140 106 5.54 170 90 8.98 200 75 6.96 230 63 6.81 270 53 7.03 325 45 3.21 400 38 9.82

Fondo < 38 18.09 FUENTE: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA (Laboratorio de materiales)

La granulometría muestra que los multiciclones tienen un amplio rango de

eficiencia (función tamaño de partícula), sin embargo el 72.09% son partículas

mayores a 45 micras.

En el año de 2001 la compañía ADA & CO LTDA realizó un informe de emisiones

atmosféricas en la descarga de aire de los multiciclones por medio de un muestreo

isocinético, el cual dio como resultado una emisión de 1.44 Kg/h sin sobrepasar la

100

norma de emisión de 2.59 Kg/h; sin embargo la emisión actual debe encontrarse

por encima de la norma dado que la producción media mensual se ha

incrementado un 184% para el año 2005 respecto al año 2001.

Aunque no existe un análisis del tamaño de partícula que se descarga al aire

ambiente, esta intrínseco que corresponden a tamaños muy finos que tanto por

saturación del sistema de multiciclones como por su ineficacia (para partículas

menores a 10 micras) no pueden ser capturados.

Figura 35. Emisión chimenea multiciclones

3.5 Sistema de control de emisiones 3.5.1 Validación del sistema actual Aunque el sistema de multiciclones captura una alta carga del material particulado

que se genera (270 kg/día), la norma de emisión esta siendo sobrepasada; se

requiere determinar las fallas que presenta el sistema y determinar la solución.

3.5.1.1 Granalladora cinco

Esta maquina trae consigo un sistema de captación interno, un ducto sencillo que

conecta la maquina con el depurador, y un colector de polvo; la captación esta

101

correctamente diseñada debido a que se encuentra en la cámara de granallado

recolectando directamente el residuo que se genera y existe un encerramiento

total, y el único ducto cumple las especificaciones de diseño esperadas.

El colector de polvo es un equipo de depuración adecuado para el control de las

emisiones de esta maquina; determinar la eficiencia del colector resulta difícil y en

estos momentos inoficioso dado que las mangas están totalmente deterioradas y

dan paso libre a las partículas, las características de este equipo se describen en

el cuadro 49.

Cuadro No 49. Granalladoras: Filtro de mangas granalladora cinco ITEM UNIDAD VALOR

No mangas Unidad 70 Área filtrante M2 46.3

Material POLIÉSTER Sistema de limpieza Sacudida mecanica

Fuente: El autor

Este equipo de control se encuentra enlazado al sistema de ductos que conduce a

los multiciclones, conexión que no resulta lógica si sabemos que de un colector de

polvo en buen funcionamiento no es posible que salgan partículas de tamaño

apreciable, y que no serán recolectadas por un ciclón, por lo tanto la primer

consideración de diseño es que la conexión mencionada debe desaparecer, lo que

trae consigo la necesidad de instalar un ventilador después del colector dado que

se elimina la fuerza que traslada el flujo desde la granalladora hasta el filtro de

mangas.

El flujo volumétrico que debe suministrar el ventilador se determina por medio de

la expresión:

Q = Vf * Af (14)

102

Al material particulado generado por la granalladora cinco le corresponde una

velocidad de filtración de 3 ft/min, tomada del cuadro 33 para polvo abrasivo a baja

presión, debido a que el sistema de limpieza es vibratorio.

Las características del ventilador se muestran en el cuadro No 50.

Cuadro 50. Especificaciones técnicas de ventilador y motor. Filtro de mangas – granalladora 5.

ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR Tipo de ventilador Centrífugo Caudal (m3/h) 2520 Presión estática (mmcda) 100

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 1.0 Velocidad nominal de rotación (rpm) 3500 Fuente: IMELSIS LTDA

El colector de polvo existente no recibe mantenimiento desde que la granalladora

fue instalada, y las bolsas se encuentran totalmente desgastadas, se requiere:

Limpiar la carcaza del filtro.

Revisar las canastillas, inspeccionando puntos de soldadura y otras

rugosidades que puedan romper una manga.

Adquirir el juego completo de 70 mangas filtrantes.

La granalladora como tal debe recibir mantenimiento correctivo para eliminar

fugas:

La puerta de alimentación no cierra herméticamente, revisar el sistema

hidráulico y los empaques.

El elevador de cangilones presenta fugas en las aristas de la carcaza.

103

3.5.1.2 Granalladora catorce

Se requiere establecer si el sistema de extracción localizada y el equipo de

depuración existente son idóneos para las necesidades de esta maquina.

Sistema de captación: las zonas de succión del sistema de extracción localizada

existente son suficientes y están localizadas estratégicamente, se aclara que no

existen campanas como tal sino sistemas cerrados, los cuales disminuyen los

caudales y requieren menor cantidad de energía:

1. Extracción 1: se encuentra en la parte lateral de la granalladora y recibe el

aire de la zona de separación.

2. Extracción 2: se ubica en la parte trasera de la granalladora y recibe la

polución que se genera en la zona de granallado.

3. Extracción 3: se ubica en el elevador de cangilones.

Las perdidas a la entrada corresponden a 0.5 PV, de acuerdo al cuadro 21.

Sistema de ductos: el diagrama unifilar del sistema actual se presenta en la figura

36.

1,2,3: Captaciones Ventilador centrifugo Ciclón Figura 36. Granalladora 14: Diagrama unifilar actual.

1

2 3

45

A B

CDEF G

104

Geométricamente el trazado de ductos presenta un diseño correcto que respeta

los ángulos de entrada a ramales y codos con R = 2.5D, sin embargo existe un

error, el ducto B-C debería tener una ampliación respecto a A-B por la integración

del flujo del tramo 3-B.

La hoja de cálculo presentada en el cuadro 50 corresponde al sistema de

extracción localizada actual.

La perdida de presión se determinó con la ecuación 10:

P = 7.5 x 0.35 m x 0.13 m/ (0.36m)2 = 2.64 pulgadas de agua = 66.9 mmcda

El valor presentado en la hoja de cálculo corresponde a los 6 ciclones que

generan en total una perdida de 401 mmcda.

105

Cuadro 51. Hoja de cálculo granalladora 14: sistema actual. Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Granalladora 14 Referencia planos: Plano 5

Sistema actual Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

1 Identificación ducto 1 - A 2 - A A - B 3 - B B - C 2 Caudal (m3/s) 0.65 0.78 1.43 0.28 1.71 6 Diámetro real ducto (mm) 0.210 0.210 0.260 0.120 0.300 7 Sección real de ducto (m2) 0.03 0.03 0.05 0.01 0.07 8 Velocidad real (m/s) 18.77 22.52 26.93 24.76 24.19 9 Presión de velocidad (mmcda) 21.55 31.03 44.38 37.50 35.80

10 Factor de perdida entrada del ducto 0.50 0.50 0.00 0.50 0.00 11 Factor de aceleración 1.00 1.00 0.00 1.00 0.00 12 Perdida a la entrada en PV 1.50 1.50 0.00 1.50 0.00 13 Perdida a la entrada (mmcda) 32.32 46.54 0.00 56.25 0.00 14 Otras perdidas (mmcda) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 32.32 46.54 0.00 56.25 0.00 16 Longitud tramo recto (m) 5.08 2.30 1.80 1.83 4.45 17 Factor de perdida tramo recto 0.10 0.09 0.07 0.19 0.06 18 Perdidas por fricción en PV 0.49 0.22 0.13 0.34 0.27 19 No codos de 90° o su equivalente 3.00 0.50 0.00 0.33 2.00 20 Factor de perdida por codos 0.22 0.22 0.00 0.22 0.22 21 Perdida por codos en PV 0.66 0.11 0.00 0.07 0.44 22 Ramales 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 23 Factor de perdida por ramales 0.00 0.00 0.18 0.00 0.00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0.00 0.00 0.18 0.00 0.00 25 Accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 26 Factor perdida accesorios especiales 0.00 0.00 0.00 0.00 0.55 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0.00 0.00 0.00 0.00 0.55 28 Perdida en el ducto en PV 1.15 0.33 0.31 0.41 1.26 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 24.76 10.19 13.74 15.54 45.16 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 57.08 56.72 13.74 71.79 45.16 31 Presión estática acumulada 57.08 56.72 70.82 71.79 116.95 32 Presión estática controlante 57.08 71.79 Continua...

106

Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Noviembre del 2003 Área: Granalladora 14 Referencia planos: Plano 5

Sistema actual Elaboro: DIANA ROCIO GÓMEZ

4 1 Identificación ducto Equipo Pleno

D – E 5 F - G

2 Caudal (m3/s) 1.71 1.71 1.71 1.71 1.71 6 Diámetro real ducto (mm) - 0.152 0.250 - 0.250 7 Sección real de ducto (m2) - 0.30 0.05 - 0.05 8 Velocidad real (m/s) - 5.70 34.84 - 34.84 9 Presión de velocidad (mmcda) - 1.99 74.24 - 74.24

10 Factor de perdida entrada del ducto - 0.00 0.00 - 0.00 11 Factor de aceleración - 0.00 0.00 - 0.00 12 Perdida a la entrada en PV - 0.00 0.00 - 0.00 13 Perdida a la entrada (mmcda) - 0.00 0.00 - 0.00 14 Otras perdidas (mmcda) 401.40 0.00 0.00 - 0.00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) - 0.00 0.00 - 0.00 16 Longitud tramo recto (m) - 5.50 4.68 - 4.70 17 Factor de perdida tramo recto - 0.03 0.07 - 0.07 18 Perdidas por fricción en PV - 0.16 0.35 - 0.35 19 No codos de 90° o su equivalente - 0.00 2.00 - 2.00 20 Factor de perdida por codos - 0.00 0.22 - 0.22 21 Perdida por codos en PV - 0.00 0.44 - 0.44 22 Ramales - 0.00 0.00 - 0.00 23 Factor de perdida por ramales - 0.00 0.00 - 0.00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV - 0.00 0.00 - 0.00 25 Accesorios especiales - 0.00 0.00 - 0.00 26 Factor perdida accesorios especiales - 0.00 0.00 - 0.00 27 Perdidas accesorios especiales en PV - 0.00 0.00 - 0.00 28 Perdida en el ducto en PV - 0.16 0.79 - 0.79 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) - 0.31 58.40 - 58.51 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 401.40 0.31 58.40 - 58.51 31 Presión estática acumulada 518.35 518.66 577.06 - 32 Presión estática controlante Fuente: El autor

Los resultados permiten analizar que las relaciones de presión acumulada son

correctas y las presiones controlantes permiten que los flujos se presenten sin

dificultad.

107

La perdida de presión estática y el caudal demandan un ventilador de 30 HP y

1800 rpm, requerimientos que no se cumplen con el ventilador actual de 17 HP y

1768 rpm.

Se concluye que el sistema de extracción localizada existente para la granalladora

14 tiene un diseño correcto en cuanto a ductos se refiere y técnicamente cumple

con los requerimientos básicos, pero el suministro de energía es insuficiente.

Depurador: Aunque en el cuadro 51 se introduce la perdida de presión generada

por el sistema de multiciclones, en esta parte se hace referencia exclusiva al

diseño del equipo de control.

La construcción física de los ciclones cumple con requisitos básicos como:

Entrada tangencial del aire contaminado al cuerpo de cada ciclón, por

medio de un ducto central que dirige el flujo.

Ducto central para transporte de aire cargado con reducción de flujo por

cada par de ciclones.

Canal de trasporte de aire “limpio” con ampliación de flujo por cada par de

ciclones

Soldaduras en ausencia de fugas

108

Cuadro 52. Granalladora 14: relaciones geométricas de los ciclones actuales. ALTA EFICIENCIA DIMENSION VALOR REAL (cm)

RELACION REAL RELACION TEORICA D 72 1.0 1 H 35 0.5 0.5 W 13 0.2 0.2 De 36 0.2 0.5 Lb 103 1.4 1.5 Lc 158 2.2 2.5 Dd 28 0.389 0.375

Fuente: El autor

Los ciclones evaluados tienen una relación geométrica dimensional que cumple

los parámetros de la clasificación de ciclones de alta eficiencia, como se muestra

en el cuadro 52, por lo tanto su diseño esta establecido y avalado teóricamente,

asegurando así que sus dimensiones son correctas.

Los ciclones de alta eficiencia presentan las mejores retenciones en cuanto a

tamaño de partícula se refiere y son sugeridos para controlar partículas de bajo

tamaño. <<Los ciclones individuales de alta eficiencia están diseñados para

alcanzar mayor control de las partículas pequeñas que los ciclones

convencionales >>(Cooper, 1994).

Los ciclones de alta eficiencia y alta capacidad presentan la misma eficiencia para

tamaños de partícula mayores a 10 micras, y aunque lo más apropiado en el caso

del área de granalladoras hubiera sido un ciclón de alta capacidad (alta carga), la

existencia de ciclones en paralelo de alta eficiencia garantizan la recolección de

diversos tamaños de partícula y suponen reemplazar la capacidad de recolección.

La granulometría presentada en el cuadro 47 muestra que los ciclones están

capturando en su mayoría partículas de mas de 45 micras, y visualmente se

aprecia que dejan pasar un alto porcentaje de partículas; se analiza que los

ciclones si están cumpliendo con su función, pero las partículas de mayor tamaño

109

tienen prelación en la sedimentación saturando el equipo con rapidez, dando

lugar a que las partículas de menor tamaño sean arrastradas por el vórtice

ascendente y liberadas al aire ambiente.

La saturación se debe a que la operación de drenaje de los ciclones se realiza

cada 8 días, pasados 5 días el sistema esta lleno: el volumen máximo de

almacenamiento para cada ciclón es de 0.214 m3; los 270 Kg/día de residuo con

una densidad de 1.06 gr/ cm3 ocupan un volumen de 0.255 m3.

Otro punto a tener en cuenta es la hermeticidad que debe existir en la sección

inferior del cono, <<la causa individual para un funcionamiento deficiente de un

ciclón es la fuga de aire hacia la salida del polvo del ciclón>> (Perry, 1996). Los

multiciclones evaluados poseen a la salida del polvo un cierre que garantizaría la

hermeticidad del sistema si se utilizara correctamente y se realizara un

mantenimiento preventivo.

El cierre que sugiere el diseño actual es por medio de una tapa o disco de lámina

recubierto por un empaque, el cual se ajusta a la boca de salida por medio de seis

tornillos, sin embargo actualmente se utilizan solo dos tornillos (y en algunos

casos alambre) y el empaque esta totalmente deteriorado causando pliegues que

dificultan el ajuste de la tapa.

Figura 37. Salida de partículas recolectadas multicilones actual

110

Finalmente se concluye que los ciclones tienen un diseño apropiado, pero son

insuficientes para controlar la emisión total, además requieren que el sistema de

cierre sea hermético y se use una frecuencia de drenaje menor.

Para solucionar tanto el problema de saturación como de hermeticidad se sugiere

instalar válvulas rotativas conectadas a un rotor con mando eléctrico, de tal

manera que el sistema de drene con una frecuencia determinada.

Figura 38. Granalladora 14: Drenaje propuesto para los multiclones.

Consideraciones adicionales: la granalladora 14 presenta fugas de material

particulado que deben ser eliminadas para optimizar el control de las emisiones:

La puerta de alimentación no cierra herméticamente, se recomienda revisar el

sistema hidráulico y los empaques.

Figura 39. Granalladora 14: puerta alimentación

111

La maquina tiene diseñado un sistema de cierre para la puerta de

alimentación pero no funciona, se realizaron modificaciones que provocan salida

de material particulado y granalla en el ciclo de funcionamiento, se recomienda

ajustar el ancho de la banda de caucho que se acondiciono ó reparar el sistema

original.

El elevador de cangilones presenta fugas en las aristas de la carcaza.

La ventana de verificación ubicada en la tolva de granalla no posee cierre,

dando lugar a fugas, se recomienda acondicionarla con empaques y manija.

Figura 40. Granalladora 14: ventana de verificación de granalla

El área de entrega de la tolva de granalla al interior de la granalladora genera

una leve pero constante emisión que podría controlarse con el acondicionamiento

de un ducto flexible en material respirable.

Figura 41. Granalladora 14: tolva de granalla; entrega de polvo

TOLVA DE GRANALLA

112

La entrega al exterior de polvo por medio del tornillo sin fin en la zona de

separación, genera una ligera emisión, controlable con una manga de recolección

de polvo.

3.5.2 Complemento del diseño actual

La caracterización de las emisiones y la validación del sistema de multiciclones

permite establecer que los ciclones si están cumpliendo con la función para la cual

fueron diseñados, pero son un equipo insuficiente para la necesidad de cantidad y

tamaño de partícula que se requiere en el área de granalladoras, y no existe una

fuerza motriz que garantice el correcto funcionamiento del sistema.

Depurador: la solución que se propone consiste en conectar un colector de polvo a

la salida de los multiciclones, con el fin de capturar las partículas que no logran ser

atrapadas por los ciclones (0.05 – 10 micras), las características del mismo se

describen a continuación:

Método de limpieza: el método que ofrece las mejores ventajas es el de pulso

inverso, se utiliza una válvula celenoide, y su respectiva electro válvula por cada

fila de de 7 mangas, accionando el pulso a 100 psi.

Medio filtrante: por el sistema de limpieza escogido se requiere que el medio

filtrante tenga una buena resistencia a la tensión, y por el tipo de partícula es

necesario que sea resistente a la abrasión; estos dos factores los reúne los tejidos

de poliéster como lo describe el cuadro 34.

Área filtrante: se requiere un área de 34 m2 de material filtrante para tratar un

caudal de 1.71 m3/s de polvo abrasivo proveniente de la granalladora catorce,

cuya velocidad de filtración corresponde a 10 ft/min tomada del cuadro 33.

113

Se escogen las siguientes dimensiones de bolsas:

Diámetro: 13 cm Longitud: 2 m Área filtrante: 0.816 m2

La cantidad de bolsas requeridas para cubrir la necesidad de 34 m2 de área

filtrante es de 42 unidades, lo que determina un arreglo de 6 X 7, con una

separación de 13 cm desde el centro de cada manga.

La construcción del colector es simple de una sola cámara, en chapa de acero

galvanizada calibre 1/8, y de ¼ para el soporte de las mangas, tolva de

almacenamiento a 45º con respecto a la horizontal, válvula de cortina manual para

salida de polvo recolectado y canastillas en varillas de acero galvanizado de 1/8,

con cono tipo venturi.

En la figura 42 se muestra en forma general el colector de polvo de la granalladora

14.

Figura 42. Colector de polvo sistema granalladora 14.

Requerimientos de energía: la hoja de cálculo que se desarrolla en el cuadro 3

corresponde al sistema completo que debe ser instalado para controlar las

emisiones de la granalladora 14, y hace referencia al diagrama unifilar de la figura

43.

114

Figura 43. Granalladora 14: Diagrama unifilar sistema propuesto.

Cuadro 53. Hoja de cálculo granalladora 14: sistema propuesto. Empresa: SICOLSA S.A Fecha: Diciembre 2006 Area: Granalladora 14 Referencia: plano No 6 Sistema propuesto Elaboro: DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

1 Identificación ducto ACTUAL D-E 5 F - G 6 H - I

2 Caudal (m3/s) 1,71 1,71 1,71 1,71 1.71 1,71 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) - 22,00 - 22,00 - 10,004 Sección teórica de ducto (m2) - 0,08 - 0,08 - 0,17 5 Diámetro teórico ducto (mm) - 0,31 - 0,31 - 0,47 6 Diámetro real ducto (mm) - 0,315 - 0,315 - 0,47 7 Sección real de ducto (mm) - 0,08 - 0,08 - 0,17 8 Velocidad real (m/s) - 21,94 - 21,94 - 9,86 9 Presión de velocidad (mmcda) - 29,46 - 29,46 - 5,94

10 Factor de perdida entrada del ducto - 0,00 - 0,00 - 0,00 11 Factor de aceleración - 0,00 - 0,00 - 0,00 12 Perdida a la entrada en PV - 0,00 - 0,00 - 0,00 13 Perdida a la entrada (mmcda) - 0,00 - 0,00 - 0,00 14 Otras perdidas (mmcda) - 0,00 90,00 0,00 - 0,00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) - 0,00 - 0,00 - 0,00 Continua…..

1

2 3

46

A B

CDGHI

VENTILADOR CICLONES FILTRO DE MANGAS

5 EF

115

Empresa: SICOLSA S.A Fecha: Diciembre 2006 Area: Granalladora 14 Referencia: plano No 6 Sistema propuesto Elaboro: DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

1 Identificación ducto ACTUAL D-E 5 F - G 6 H - I

16 Longitud tramo recto (m) - 4,76 - 4,26 - 2,36 17 Factor de perdida tramo recto - 0,06 - 0,06 - 0,04 18 Perdidas por fricción en PV - 0,28 - 0,25 - 0,09 19 No codos de 90° o su equivalente - 2,00 - 2,00 - 0,00 20 Factor de perdida por codos - 0,22 - 0,22 - 0,00 21 Perdida por codos en PV - 0,44 - 0,44 - 0,00 22 Ramales - 0,00 - 0,00 - 0,00 23 Factor de perdida por ramales - 0,00 - 0,00 - 0,00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV - 0,00 - 0,00 - 0,00 25 Accesorios especiales - 0,00 - 0,00 - 0,00 26 Factor perdida accesorios especiales - 0,00 - 0,00 - 0,00 27 Perdidas accesorios especiales en PV - 0,00 - 0,00 - 0,00 28 Perdida en el ducto en PV - 0,72 - 0,69 - 0,09 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) - 21,08 - 20,22 - 0.53 30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) - 21,08 90,00 20,22 - 0.53 31 Presión estática acumulada 518,66 539,74 629,74 649,96 Fuente: El autor

Para el ventilador 5, el caudal requerido es de 1.71 m3/s y las presiones se

observan resumidas en el cuadro 54.

Cuadro 54. Granalladora 14: presiones ventilador 5.

NOMBRE UBICACION PRESION (mmcda) PE salida Tramo H - I 0.53 PE entrada Tramo F - G -649.96 PT ventilador Formula (13) 650.49 PT corregida Factor corrección 840.42

Fuente: El autor

Las especificaciones del ventilador y del motor se presentan en el cuadro 55, en el

anexo C se encuentra el catalogo suministrado por el fabricante.

116

Cuadro 55. Granalladora: especificaciones técnicas de ventilador 5 y motor ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR

Tipo de ventilador Centrifugo alabes curvos Caudal (m3/h) 6156 Presión estática (mmcda) 840

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 40 Velocidad nominal de rotación (rpm) 3600 Fuente: IMELSIS LTDA

117

4. FUNDICION DE HIERRO

El hierro gris y el nodular son materiales altamente utilizados en la industria en

general, SICOLSA fabrica piezas en hierro fundido a empresas de sectores tan

diversos como metalmecánico, de la construcción, de los alimentos, el agrícola, el

automotriz, eléctrico y el de telecomunicaciones entre muchos otros.

El hierro nodular es una aleación de hierro con alto contenido de carbono, se

obtiene por medio de las ferroaleaciones denominadas nodulizantes, en la que el

grafito esta presente en formas compactas y esferoidales, y no en forma de

láminas siendo estas últimas las características de la fundición en gris. La micro

estructura del hierro nodular brinda mejores propiedades de resistencia mecánica,

a la deformación plástica y a la tensión que el hierro gris.

Las piezas de hierro que produce SICOLSA se funden según los requerimientos

técnicos del cliente, es decir que en cada colada las cargas de grafito y

nodulizantes varían para obtener la composición solicitada.

Cuadro 56. Hierros producidos en SICOLSA MATERIAL GRIS NODULAR

Lingote o retorno Grafito Lamina cold rolled Ferro aleaciones -Ferrosilico magnesio -Ferrosilicio -Cobre electrolítico -Ferro cromo -ferroniquel

Fuente: SICOLSA S.A.

118

4.1 Materias primas

4.1.1 Grafito: es la forma más elemental del carbono y aporta este elemento en la

fusión de la chatarra para crear la aleación que da origen al hierro base. Es

adquirido por SICOLSA en forma de granel en cilindros de 5 mm de longitud y 2

mm de diámetro aproximadamente.

4.1.2 Carburo de silicio: material granulado inoculante para el hierro gris y

nodular empleado únicamente dentro del horno de inducción.

4.1.3 Lamina cold rolled: es el metal base que se funde; es adquirida por

SICOLSA en forma de chatarra, es decir, retal de lamina, pedazos de trabajo

metalmecánico, rechazos de calidad de objetos fabricados en lámina etc. Es

compactada en las instalaciones de SICOLSA en pacas de 50 Kg.

4.1.4 Ferroaleaciones: corresponden a insumos modificadores de la composición

química y la estructura del metal en el proceso de la fundición, las más usadas

son: silicio, magnesio, manganeso y cobre; su presentación es granel. El nombre

de liga se usa para denominar la ferro aleación compuesta por ferrosilico y

ferromagnesio.

4.1.5 Retorno: piezas de hierro que por defectos no son admitidas en el control de

calidad, rebaba de hierro que se produce por el ingreso del metal líquido al molde

y/o lingotes que se fabrican con el sobrante de metal liquido del horno luego de

llenar los moldes.

4.1.6 Chapa: recorte de lámina cold rolled.

119

Figura 44. Mosaico general materias primas; grafito

4.2 Maquinaria y equipo 4.2.1 Hornos: SICOLSA cuenta con dos hornos de inducción para fusión de

hierro, los hornos de inducción son hornos eléctricos de corriente alterna donde el

conductor principal es una bobina que genera una corriente secundaria mediante

inducción electromagnética, el metal se funde gracias a la resistencia que pone al

paso de la corriente; las ventajas de estos hornos con respecto a otras clases es

su excelente control metalúrgico y niveles bajos de contaminación, hasta un 75%

menos de polvo y humo21 debido a la ausencia de gases de combustión o de

temperaturas altas en el metal.

Cada uno de los equipos tiene una capacidad de 2.5 toneladas, son inductores sin

núcleo, donde el crisol esta completamente rodeado por una bobina de cobre

refrigerada con agua. Los hornos de SICOLSA son denominados INDUCTO Y

JUNKER (según la marca), y son de tipo basculante.

21 Fundición y tratamiento térmico de metales. Planes de acción para mejoramiento ambiental. ACERCAR.

120

Figura 45. Hornos: izquierda INDUCTOTHERM, derecha JUNKER

4.2.2 Puente grúa: Maquina utilizada para la elevación y transporte de la carga, y

de la cuchara receptora. Se compone de una estructura de rieles y un carro sobre

el cual se apoya el polipasto; se opera por medio de mando a distancia con cable.

Figura 46. Puente grua

4.2.3 Cuchara receptora: Es un recipiente con capacidad de 500 Kg encargado

de recibir el metal base fundido, en ella se cargan las ferroaleaciones según la

composición requerida.

MANDO A DISTANCIA POLIPASTO

CUCHARA RECEPTORA

RIEL PUENTE GRUA

121

4.2.4 Cuchara vaciadora: Este recipiente de 175 Kg de capacidad es el

4ncargado de recibir el metal con la composición final y vaciarlo en los moldes.

Figura 47. Cucharas

4.3 Proceso productivo

La fusión de hierro se realiza de manera continua en SICOLSA, los hornos

solamente se apagan para las labores de mantenimiento.

Por encontrarse en operación continua, los hornos no requieren llegar a una

temperatura de trabajo. El horno se carga con grafito, carburo de silicio y lámina

cold rolled, el metal se funde rápidamente formando un caldo y el volumen

ocupado por el metal sólido queda libre, es decir, el nivel en el interior del horno

permite cargar más chatarra y se agrega el retorno, se añaden estas materias

primas de manera sucesiva hasta completar la carga máxima. Las emisiones

durante esta etapa de fusión son constantes, sin embargo son relativamente bajas

y solo son visibles por el material particulado oscuro que se genera

esporádicamente. Las máximas emisiones en la fusión se presentan en el

momento del contacto entre la chatarra y el caldo de metal fundido.

CUCHARA RECEPTORA

CUCHARA VACIADORA

122

Figura 48. Emisión durante la fusión, recientemente cargada una paca de chatarra

Para llevar un control de calidad del metal se toma una muestra del metal base

cuando este alcanza los 1420 ºC y se analiza en el espectómetro.

Cuando la carga del horno esta completa y el metal fundido posee una

temperatura de 1520 ºC se realiza el descoreo, es decir retirar la masa viscosa

que se encuentra en la parte superior del metal líquido, que se produce por la

menor densidad de los residuos con respecto al metal. En este punto del proceso

las emisiones que se liberan son considerables.

Figura 49. Emisión luego de retirar la escoria

Posteriormente y de manera inmediata se realiza el vaciado del metal fundido

sobre la cuchara receptora. En el interior de esta última con antelación se han

agregado las ferro aleaciones de acuerdo a la composición establecida según el

producto a elaborar; sobre estas se coloca chapa cuya función es tapar la liga

123

para evitar que al entrar en contacto el metal fundido con las ferro aleaciones las

queme y estas no se homogenicen en el metal. Las emisiones más altas del

proceso tienen lugar en el momento de la nodulizacion donde los ferros aleaciones

reaccionan, el color característico de esta emisión es blanco.

Figura 50. Izquierda: carga ferroaleaciones, centro: basculacion del horno;

derecha: nodulizacion

De la cuchara receptora se traslada el metal fundido a la cuchara de vaciado aquí

se agregan algunos insumos como magnesio, cobre y más ferro silicio para

obtener composiciones específicas, de las cuales también se toman muestras que

serán analizadas en el espectómetro; aquí se da lugar a una nueva reacción que

genera emisiones blancas de importancia. Finalmente la cuchara de vaciado es

llevada a la mesa de colada donde se encuentran los moldes de arena listos para

ser llenados.

124

Figura 51. Trasvase de cucharas de recepción a vaciadoras

4.4 Características de las emisiones

Las emisiones involucradas en el proceso de fundición de hierro para hornos de

inducción, dependen básicamente del método de carga, las emisiones mas altas

en este tipo de hornos se registran cuando se realiza la carga del horno en frío,

generalmente la primera colada del día22. Como el proceso de operación de

SICOLSA es continuo, el horno solamente se apaga una vez a la semana (Sábado

a las 10 pm y reanuda labor el domingo a las 10 pm) día en el que la planta realiza

mantenimiento general y especifico a la maquinaria; por lo tanto las cargas se

realizan en “caliente” y las emisiones son menores por consiguiente.

Otro factor determinante en los hornos de inducción con respecto a las emisiones,

es el estado de limpieza de la chatarra, cuando se usan cargas contaminadas así

mismo se producen emisiones mas altas que las esperadas con cargas limpias.

Por esta razón en SICOLSA la lámina cold rolled pasa por un control de calidad de

materias primas en donde esta determinado que no puede ser mayor al 5% de la

superficie la presencia de pinturas gruesas, grasas, aceites y óxidos, y no se

aceptan recubrimientos metálicos de Zinc, cromo, níquel o estaño.

22 Factores de emisión: fundiciones de hierro gris. Environmental Protection Agency

125

Los hornos de inducción que usan cargas limpias de chatarra producen emisiones

compuestas en gran parte de óxidos de hierro23. En SICOLSA las emisiones en el

área de fusión de hierro corresponden a material particulado químicamente

compuesto por óxidos de hierro, óxidos de magnesio y silicio debido a que son

estos son los insumos que se cargan en mayor proporción, además de oxido de

manganeso.

Físicamente estas emisiones son una masa de aire caliente cargado de material

particulado muy fino, que corresponde a los óxidos mencionados anteriormente.

La característica más sobresaliente de estas emisiones es que por su origen

poseen una temperatura elevada, se realizo verificación de esta variable por

medio de una termocupla registrando en la escala de grados Celsius un valor de

380.

La cuantificaron de las emisiones se realizó por medio de los factores de emisión

establecidos por la Agencia para la Protección del Medio ambiente de los Estado

Unidos (EPA) para la fundición de hierro gris:

Un factor de emisión es un valor representativo que trata de relacionar la cantidad

de un contaminante liberado a la atmósfera con una actividad asociada a la

emisión de ese contaminante. Estos factores se expresan usualmente como peso

de un contaminante dividido por la unidad de peso, volumen, distancia o duración

de la actividad que lo emite. Cada uno de los factores facilita la estimación de las

emisiones de varias fuentes de contaminación del aire.

La ecuación general para estimar emisiones es:

23 Environmental Protection Agency. Enission factors to gray iron foundries. Fifth edition.

126

E = A * EF * (1-ER/100) (15)

Donde:

E: Emisión A: Tasa de la actividad EF: Factor de emisión ER: Eficiencia del mecanismo de control

Cuadro 57. Factor de emisión

PROCESO MECANISMO DE CONTROL

FACTOR DE EMISION Lb de MP/Ton hierro producido

Horno eléctrico de inducción Ninguno

0.9

Fuente: Compilation of Air Pollutant Emission Factors (AP-42). Gray iron foundries.

SICOLSA tiene una producción de producto terminado de 300 toneladas en 24

días, que corresponden a 12.5 Ton/día; el porcentaje de eficiencia en la fundición

es del 60%, lo que quiere decir que las toneladas de hierro fundido son 17.5

Ton/día.

Tenemos que:

E = 17.5 Ton Fe fundido x 0.9 Lb MP = 7.2 Kg MP/día = 0.3 Kg MP/h dia Ton Fe fundido Las emisiones de material particulado en el área de fusión de hierro en SICOLSA

corresponden a 0.3 Kg MP/h.

El artículo 62 del Decreto 02 de 1982 establece que SICOLSA con una producción

bruta diaria de 17.5 Toneladas de hierro no podrá emitir al aire ambiente partículas

en cantidades superiores a 0.52 Kg MP/h.

127

Por lo tanto SICOLSA esta cumpliendo actualmente con la legislación ambiental

de emisiones para el área de fusión de hierro; sin embargo las emisiones invaden

la planta y perjudican directamente al personal que labora en el área en estudio y

los trabajadores de áreas aledañas como tarima de vaciado y moldeo prensa, por

lo tanto ocupacionalmente si es necesario capturar las emisiones y desalojarlas de

la planta

Resulta conveniente el manejo de las emisiones para disponer adecuadamente los

contaminantes, por esta razón se describe a continuación un diseño con

depurador.

4.5 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES

4.5.1 Fuente de emisión: las bocas de los hornos de inducción son circulares

con un diámetro de 61 cm para el Junker y 70 para el Inducto, y las emisiones

registran una temperatura de 380◦C, sin embargo el diseño presentado maneja un

margen de seguridad y esta calculado en razón de 450◦C.

4.5.2 Sistema de captación: para emisiones generadas por procesos a alta

temperatura resulta conveniente la utilización de campanas elevadas para

aprovechar el fenómeno de conveccion.

4.5.2.1 Estructura física de las campanas: la presencia del puente grúa en el

área de fusión es una dificultad física para ubicar una típica campana elevada,

dado que si se ubica por encima de los rieles las dimensiones de la campana y la

altura de trabajo generan un caudal demasiado grande, que conlleva a un sobre-

dimensionamiento del sistema y por ende de los costos.

El análisis del proceso permitió determinar que existen dos estaciones de emisión

que son necesarias controlar y que están determinadas por ubicaciones y tiempos

128

sucesivos: la fusión y la nodulizacion, esta última cuando el horno es basculado y

el metal líquido entra en contacto con las ferroaleaciones al interior de la cuchara.

Cuando el horno se encuentra en fusión se diría que esta en el momento 1, y las

emisiones se generan en la boca con unas coordenadas de 0,0; cuando el horno

es basculado se produce un desplazamiento en el eje x que denominaremos

momento 2, tal y como se aprecia en la figura.

Figura 52. Estaciones de emisión: fusión y nodulizacion.

Esto supone la utilización de 2 campanas, sin embargo la solución integral

diseñada para capturar las emisiones de la manera más eficiente es utilizar una

sola campana con movimiento vertical en Z y horizontal en X, esto es posible

puesto que las estaciones ocurren en tiempos diferentes y nunca simultaneos.

El movimiento en el eje Z, permite que durante la fusión se tenga la menor altura

de altura de trabajo posible sin obstaculizar las actividades de los operarios del

horno (0,9 m), y que al momento de bascular el horno la campana se eleve unos

centímetros (40 cm) y permita la libre basculacion del horno.

X

Z

1 2

Y

X

ZY

129

Figura 53. Movimiento de la campana.

El movimiento horizontal se logra espacialmente gracias a que en el punto medio

de la ubicación en X de las “dos” campanas hay espacio entre los rieles del puente

grúa: y mecánicamente por medio de dos rodamientos.

Los rodamientos son rígidos radiales de 1 hilera de bolas, se diseña con 2 para

evitar el torque en el que se puede producir por el peso lateral que genera la

campana.

X

Z

1 2

Y X

Z

Y

H

130

Figura 54. Campana movimiento horizontal.

Para sujetar los rodamientos sobre una misma base se requiere de un anillo

elaborado en lamina calibre 5/8, y debe ser asegurado a esta con prisioneros de 1

pulgada.

El movimiento vertical se logra gracias a que el ducto proveniente de la campana

ingresa al interior de otro ducto milimétricamente más grande.

Figura 55. Campana movimiento vertical.

1 2

RODAMIENTOSRODAMIENTOS

131

Las dimensiones de la campana se presentan en el siguiente cuadro, sin embargo

el método de cálculo utilizado para su dimensionamiento se explica en el posterior

numeral de caudal de diseño, la construcción se realiza con un ángulo de 45ο

como lo recomienda la figura 18.

Cuadro 58. Campana área de fundición de hierro CARACTERÍSTICAS CAMPANA 2

Diámetro 1.74 m Altura 0,67 m Altura de trabajo 0.90 m Material Cold roll calibre 16

Fuente: El autor

4.5.2.2 Caudal de diseño: Para determinar las dimensiones de la campana se

tiene en cuenta que corresponde a una emisión proveniente de un proceso a

temperatura elevada, esto conlleva a que el diámetro de la emisión aumente con

respecto a la altura.

El diseño de este tipo de campanas fue estudiado por W.C.L Hemeon24 quien

determino las siguientes expresiones matemáticas para capturar una columna de

aire emitida por un foco caliente:

Z = 2,6 (Ds)1.138 (16)

Vf = 0,0847 (As)0.33 / (Xc)0.25 (17)

Df = Dc + 0,8Y (18)

Q= Vf * Af + Vr(Af – Ac) (19)

Donde: 24 Plant and process ventilation. 2nd edition New York 1963. W.C.L Hemeon.

132

Dc: Diámetro de la columna en la boca de la campana (m) Xc: Y + Z: distancia desde la fuente puntual hipotética hasta la boca de la campana (m) Y: Distancia desde la parte superior del proceso hasta la boca de la campana (m) Z: Distancia desde la parte superior del proceso hasta la boca de la fuente puntual hipotética (m) Ds: diámetro del foco caliente (m) Vf: Velocidad de la columna de aire caliente en la boca de la campana (m/s) As: Área del foco caliente (m2) ∆t: Diferencia de temperatura entre el foco caliente y el aire ambiente (οC) Df: diámetro de la boca de la campana (m) Af: area de la columna de aire caliente en la boca de la campana (m2) Vr: Velocidad del aire requerida en el resto de la boca de la campana (m/s) Q: Caudal total que entra en la campana (m3/s)

De allí se obtiene que cada campana del área de hierro tenga un caudal de 2,5

m3/s; así mismo la pérdida de presión a la entrada de la campana tiene un valor de

0.25 de acuerdo con el cuadro 21.

4.5.3 Sistema de ductos: la velocidad de transporte para el diseño se tomo de

15 m/s, por encima del valor recomendado en el cuadro 23, dado que son humos

cargados de óxidos metálicos que aumentan el peso de la corriente de aire, y que

debe existir una velocidad considerable para que el polvo no se deposite en los

ductos internos del intercambiador de calor de coraza y tubos.

Se incluye una perdida por accesorios especiales en cada tramo de las campanas

al punto de ampliación A, perdida ocasionada por la sección donde los ductos se

traslapan para permitir el movimiento vertical de la campana.

La velocidad a la salida del ventilador se toma con un valor de 10m/s dado que la

corriente pierde su carga tras el paso por el filtro.

133

El diagrama unifilar completo se presenta a continuación en la figura 56 y en el

cuadro 59 la hoja de cálculo correspondiente utilizando el método de presión de

velocidades.

Figura 56. Diagrama unifilar área fundición de hierro

4.5.4 Depurador: Luego de capturar las emisiones estas se dirigen por medio

de un sencillo sistema de ductos a un intercambiador de calor, debido que la

temperatura de la corriente es muy alta para poder trabajar con un filtro de

mangas.

Las condiciones para el intercambiador se describen en el siguiente cuadro:

Cuadro 59. Fundición de hierro: condiciones del intercambiador de calor.

ITEM UNIDAD VALOR Temperatura entrada de aire cargado oC 450 Temperatura salida de aire cargado oC 70 Temperatura entrada de agua oC 35 Temperatura salida de agua oC 20 Tasa de aire cargado M3/s 5 Tasa de agua Gal/min 700 Altura efectiva m 6 Altura total m 7,4 Diámetro m 1,2 Perdida de presión mmcda 200 Fuente: El autor.

CAMPANA INTERCAMBIADOR COLECTOR DE POLVO VENTILADOR

1

3 4 5

2

A

B

C DEFGH

134

Luego de su paso por el intercambiador el aire sufre un proceso isobárico donde la

pérdida de temperatura hace disminuir el volumen de esta corriente; la figura 57

ilustra a manera de caja las condiciones generales para este punto.

Figura 57. Fundición de hierro: diagrama de caja intercambiador de calor.

Por medio de la ley de los gases ideales tenemos que:

n/P = V / RT (20)

Cuando la temperatura de la corriente es de 450 oC, el valor de n/P es 84,3

mol/atm; despejando el volumen de la ecuación 20, y utilizando el valor

encontrado de n/P se obtiene el volumen a 70 oC, el nuevo caudal es de 2,4 m3/s.

Como equipo depurador se selecciono un filtro de mangas dado que el residuo

final se recolecta en vía seca, así la disposición final puede resultar menos

costosa en términos de peso de residuo confinado, dado que los polvos de

fundición no pueden depositarse como residuo convencional en los rellenos

sanitarios por su contenido de metales pesados, estos polvos se diluyen

fácilmente en el agua y por lixiviación pueden contaminar los suelos.

INTE

RC

AM

BIA

DO

R Q: 5 m3/s

T: 450 oC

Q: 2,4 m3/s T: 70 oC Q: 700 gal/min

T: 20 oC

Q: 700 gal/min T: 35 oC

135

Para la utilización de un lavador de gases se haría necesario un sistema de filtro

prensa para disminuir su contenido de humedad, y un tratamiento al agua para

hacer posible su recirculación. Lo cual aumenta los costos de implementación,

operación y mantenimiento.

Para el diseño del colector de polvo se utilizo el caudal de salida del

intercambiador de 2,4 m3/s:

Método de limpieza: pulso inverso, con válvulas celenoides por cada fila de de 10

mangas, accionando el pulso a 100 psi, accionadas por 7 electrovalculas.

Medio filtrante: el medio escogido para los medios filtrantes es tejido de poliéster

para resistir las tensiones ejercidas por el sistema de limpieza.

Área filtrante: la velocidad de filtración para las emisiones de los óxidos de hierro a

alta presión es de 6 ft/min de acuerdo con el cuadro 33, de tal manera que

aplicando la ecuación 11 se determina que el área requerida de filtramiento es de

78,7 m2. Un arreglo de 7 X 10, para las siguientes dimensiones de bolsa cumple

con el objetivo.

Diámetro: 18 cm Longitud: 2 m Área filtrante: 1.13 m2

La construcción del colector es simple de una sola cámara, en chapa de acero

galvanizada calibre 1/8, y de ¼ para el soporte de las mangas, tolva de

almacenamiento a 45º con respecto a la horizontal, válvula de cortina manual para

salida de polvo recolectado y canastillas en varillas de acero galvanizado de 1/8,

con cono tipo venturi.

136

La siguiente figura presenta el colector requerido para controlar las emisiones en

el área de fundición de hierro.

Figura 58. Colector de polvo area de fundicion de hierro. .

4.5.5 Requerimientos de energía del sistema: se determinaron por medio del

procedimiento sistemático de la presión de velocidad, en el cuadro 59 se presenta

la hoja de cálculo.

137

Cuadro 60. Hoja de calculo fundición de hierro. Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Diciembre 2006 Área: Fundición de hierro Referencia: plano No 7 Sistema propuesto Elaboro: DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

1 Identificación ducto 1 - A 2 - A A - B 3 C - D 4 2 Caudal (m3/s) 2,50 2,50 5,00 5,00 2,40 2,40 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 15,00 15,00 15,00 - 15,00 - 4 Sección teórica de ducto (m2) 0,13 0,13 0,26 - 0,13 - 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0,41 0,41 0,58 - 0,40 - 6 Diámetro real ducto (mm) 0,400 0,400 0,560 - 0,390 - 7 Sección real de ducto (mm) 0,13 0,13 0,25 - 0,12 - 8 Velocidad real (m/s) 19,89 19,89 20,30 - 20,09 - 9 Presión de velocidad (mmcda) 24,21 24,21 25,21 - 24,69 -

10 Factor de perdida entrada del ducto 0,25 0,25 0,00 - 0,00 - 11 Factor de aceleración 1,00 1,00 0,00 - 0,00 - 12 Perdida a la entrada en PV 1,25 1,25 0,00 - 0,00 - 13 Perdida a la entrada (mmcda) 30,27 30,27 0,00 - 0,00 - 14 Otras perdidas (mmcda) 0,00 0,00 0,00 200 0,00 100

15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 30,27 30,27 0,00 - 0,00 -

16 Longitud tramo recto (m) 13,48 13,98 19,85 - 4,08 - 17 Factor de perdida tramo recto 0,04 0,04 0,03 - 0,04 - 18 Perdidas por fricción en PV 0,59 0,61 0,57 - 0,18 - 19 No codos de 90° o su equivalente 4,00 4,20 3,00 - 2,00 - 20 Factor de perdida por codos 0,22 0,22 0,22 - 0,22 - 21 Perdida por codos en PV 0,88 0,92 0,66 - 0,44 - 22 Ramales 0,00 0,00 1,00 - 0,00 - 23 Factor de perdida por ramales 0,00 0,00 0,18 - 0,00 - 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0,00 0,00 0,18 - 0,00 - 25 Accesorios especiales 1,00 1,00 0,00 - 0,00 - 26 Factor perdida accesorios especiales 0,05 0,05 0,00 - 0,00 - 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0,05 0,05 0,00 - 0,00 - 28 Perdida en el ducto en PV 1,52 1,58 1,41 - 0,62 - 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 36,73 38,33 35,59 - 15,39 -

30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 67,00 68,59 35,59 200,00 15,39 100,00

31 Presión estática acumulada 67,00 68,59 104,19 304,19 319,57 419,5732 Presión estática controlante 68,59 Continua….

138

Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Diciembre 2006 Área: Fundición de hierro Referencia: plano No 7 Sistema propuesto Elaboro: DIANA ROCIO GOMEZ

1 Identificación ducto E - F 5 G - H 2 Caudal (m3/s) 2,40 2,40 2,40 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 15,00 - 10,00 4 Sección teórica de ducto (m2) 0,13 - 0,24 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0,40 - 0,55 6 Diámetro real ducto (mm) 0,390 - 0,550 7 Sección real de ducto (mm) 0,12 - 0,24 8 Velocidad real (m/s) 20,09 - 10,10 9 Presión de velocidad (mmcda) 24,69 - 6,24

10 Factor de perdida entrada del ducto 0,00 - 0,00 11 Factor de aceleración 0,00 - 0,00 12 Perdida a la entrada en PV 0,00 - 0,00 13 Perdida a la entrada (mmcda) 0,00 - 0,00 14 Otras perdidas (mmcda) 0,00 - 0,00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana (mmcda) 0,00 - 0,00 16 Longitud tramo recto (m) 4,08 - 5,20 17 Factor de perdida tramo recto 0,04 - 0,03 18 Perdidas por fricción en PV 0,18 - 0,16 19 No codos de 90° o su equivalente 2,00 - 0,00 20 Factor de perdida por codos 0,22 - 0,00 21 Perdida por codos en PV 0,44 - 0,00 22 Ramales 0,00 - 0,00 23 Factor de perdida por ramales 0,00 - 0,00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0,00 - 0,00 25 Accesorios especiales 0,00 - 0,00 26 Factor perdida accesorios especiales 0,00 - 0,00 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0,00 - 0,00 28 Perdida en el ducto en PV 0,62 - 0,16 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 15,39 - 1,01

30 Perdida de presión estática en tramo (mmcda) 15,39 - 1,01

31 Presión estática acumulada 434,96 1,01 32 Presión estática controlante Fuente: El autor

139

Para el ventilador, el caudal requerido es de 2.4 m3/s y las presiones se observan

resumidas en el cuadro 61.

Cuadro 61. Área de fundición de hierro: presiones ventilador

NOMBRE UBICACION PRESION (mmcda) PE salida Tramo 1.01 PE entrada Tramo -434.96 PT ventilador Formula (13) 435.97 PT corregida Factor corrección 563.27

Fuente: El autor

La energía requerida para que el sistema opere correctamente la debe suministrar

un ventilador con las características descritas en el cuadro 61.

Cuadro 62. Hierro: especificaciones técnicas de ventilador 5 y motor ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR

Tipo de ventilador Centrifugo alabes curvos Caudal (m3/h) 8640 Presión estática (mmcda) 563

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 40 Velocidad nominal de rotación (rpm) 3600 Fuente: IMELSIS LTDA

Así termina el diseño del sistema de control de emisiones área de hierro.

140

5. FUNDICION DE BRONCE

Las piezas de bronce que actualmente produce SICOLSA poseen dos tipos de

composición dependiendo del servicio que solicita el cliente: bronce 85-5-5-5 o

también denominado bronce rojo y bronce-silicio o bronce amarillo; la diferencia en

composición hace que el bronce silicio posea una resistencia mecánica superior

con respecto al bronce 85-5-5-5, sin dejar de ser un material maleable.

Cuadro 63: Composición de bronces producidos en SICOLSA

ELEMENTO BRONCE-SILICIO (%)

BRONCE 85-5-5-5 (%)

Cobre 64 – 66 85 Plomo 0 5 Estaño 0 5 Zinc 34 – 36 5 Metal silicio 0.8 - 1 0 Fuente: SICOLSA S.A.

5.1 Materias primas 5.1.1 Cobre: Elemento metálico de color rojizo utilizado como base para las

aleaciones de bronce y latón; es adquirido por SICOLSA en pacas

aproximadamente de 25 – 30 Kg.

5.1.2 Plomo: Metal pesado de color gris azulado; se adquiere en forma de

lingotes.

5.1.3 Estaño: Metal de color blanco; presentación en lingote.

5.1.4 Zinc: Metal altamente maleable; su presentación es el lingote.

141

5.1.5 Metal silicio: Es el silicio en estado natural como elemento metálico, su

presentación son piedras de aproximadamente 0,5 Kg.

5.1.6 Retorno: Piezas de bronce que por defectos no son admitidas en el control

de calidad y/o rebaba de bronce que se produce por el ingreso del metal líquido al

molde.

Figura 59. De izquierda a derecha: plomo, estaño, zinc, cobre, retorno, metal,

silicio.

5.2 Maquinaria y equipo 5.2.1 Horno: Es un horno de crisol, de tipo basculante, alimentado con gas

natural, trabaja a una temperatura de 1250 ºC y posee una capacidad de 400 Kg

de metal liquido; en un horno de este tipo al interior se encuentra un crisol

cerámico dentro del cual las materias primas se funden.

Las materas primas son cargadas manualmente, y no se requieren sistemas de

transporte para las cucharas, se realiza por medio de un carro y fuerza humana.

142

5.2.2 Sistema de extracción localizada: consta de una campana suspendida de

forma circular, ubicada a 1 metro del foco emisor (horno), y un ventilador

centrífugo del cual no existe ficha técnica, es accionado por un ventilador de 1 HP

y 2600 rpm.

Figura 60. Sistema de extracción actual

5.2.3 Cuchara receptora: Es un recipiente con capacidad de 50 Kg encargado

de recibir el metal fundido, al mismo tiempo hace las veces de cuchara de vaciado

para introducir el metal a los moldes.

Figura 61. Cuchara

CUCHARA

CARRO

143

5.3 Proceso productivo

El proceso inicia con el precalentamiento del horno, el cual se realiza con una hora

de anticipación para lograr que el crisol obtenga un color rojo cereza, momento en

el cual se encuentra listo para recibir la carga. Las emisiones en este punto son

gases de combustión únicamente.

5.3.1 Bronce 85-5-5-5: En primer lugar se adiciona el retorno, el cual se funde

pasados 30 a 60 minutos, cuando la temperatura supera los 1100 ºC; en este paso

no es visible la emisión que se genera, debido a que se produce a una tasa muy

baja. De igual manera sucede en el siguiente suceso al agregar el cobre, cuya

fusión no toma más de 30 minutos.

El plomo y el estaño se agregan en forma separada pero casi simultáneamente,

en ambos casos se generan gases y chispas cuando el lingote hace contacto con

la masa líquida, sin embargo son capturados por el sistema de extracción; de igual

manera son captados los gases que se liberan en la agitación manual que se

realiza para homogenizar la mezcla cada vez que se agrega un componente.

Para poder agregar el zinc es necesario determinar la temperatura de la mezcla,

dado que el plomo y el estaño toman mucha energía para fundirse y disminuyen

considerablemente la temperatura, solamente cuando la mezcla en el horno posee

nuevamente 1200ºC constante se adiciona el zinc. Es aquí donde se genera una

alta descarga de gases de color blanco que invaden todo el recinto e incluso se

desplazan al interior de la planta de hierro. Esta emisión puede permanecer en

descarga por un tiempo de 20 minutos aproximadamente. Es importante añadir

que antes de este paso se agrega fundente (vidrio molido), el cual tiene como

función actuar como blindaje en la capa superior de la mezcla para minimizar la

perdida de zinc cuando este entra al crisol.

144

Figura 62. Emisión luego de la carga de zinc

Posteriormente luego de que la mezcla esta homogénea se realiza la

desgasificación, actividad que se realiza para evitar que el bronce quede poroso

por la presencia de burbujas de hidrógeno. El agente desgasificante se denomina

Niporo, se agrega a relación de 1 pastilla de 0.5 Kg por cada 110 kg de metal

líquido; y se toma una muestra para determinar visualmente si la mezcla a sido

totalmente desgasificada.

Se espera a que la mezcla tenga 1260 ºC (temperatura de vaciado), y se realiza el

descoreo manual, es decir retirar la masa viscosa que se encuentra en la parte

superior del metal líquido, que se produce por la menor densidad de los residuos

con respecto al metal. En esta fase se liberan gases que son atrapados por el

sistema de extracción.

Figura 63. Emisión en el descoreo manual

145

De manera inmediata se realiza el vaciado a una cuchara de recepción, para esto

se bascula el horno de tal manera que el metal líquido se vierte al interior de la

cuchara. En este momento se presenta una gran emisión blanca nuevamente.

Figura 64. Emisión en la descarga de metal liquido del horno.

Finalmente la cuchara se trasporta sobre un carro hacia la zona donde están

dispuestos los moldes para recibir el metal líquido, como se muestra en la figura

65, las emisiones se acumulan en el recinto y dificultan la labor de los operarios al

realizar el vaciado.

Figura 65. Vaciado de metal liquido al interior de los moldes: acumulación de la

emisión.

146

5.3.2 Bronce silicio: El proceso es básicamente el mismo que se sigue para

bronce 85-5-5-5, teniendo en cuenta que no se utiliza estaño ni plomo, y se agrega

metal silicio.

Se agrega inicialmente el metal silicio e inmediatamente el retorno y/o cobre, y el

zinc se añade con la mismas recomendaciones señaladas anteriormente.

Es de resaltar que visualmente las emisiones de gases blancos son mayores en el

bronce silicio debido a que las cantidades de zinc son más altas en relación a las

usadas en bronce 85-5-5-5.

5.4 Características de las emisiones

Las emisiones generadas por el horno de bronce son de dos tipos: las gaseosas

debido a los gases de combustión del gas natural, y el material particulado

producido por los óxidos generados por la reacción de los elementos que se

cargan en él. Por las características toxicas y peligrosas para el medio ambiente,

el material particulado es en este caso el contaminante sobre el cual se debe

enfocar el control de la emisión.

Para determinar las cantidades de contaminantes particulados involucrados en

este proceso de fundición se realizó un balance de materia para cada uno de los

tipos de bronce; es de aclarar que no fue posible medir el volumen de gas natural

utilizado debido a que la línea de gas no es única para este horno, se comparte

con la sección de matachos. En el anexo A se encuentran los resultados de los

análisis realizados por los laboratorios de Química de la Universidad Nacional de

Manizales para escoria, y de la Universidad de Antioquia para el bronce.

147

Figura 66. Diagrama balance de materia

Los cuadros 64 y 65 muestran los valores de entradas y salidas para cada

balance.

Cuadro 64. Balance de materia Bronce 85-5-5-5

ENTRADA (Kg)

MATERIA PRIMA RETORNO TOTALBRONCE

Kg

ESCORIA kg

EMISIONES Kg

% ELEMEN

TO EMITIDO

Cu 219 85 304,0 294,90 0,460 8,640 2,8 Pb 12,6 5 17,6 15,50 0,080 2,020 11,5 Sn 12,6 5 17,6 16,30 0,096 1,204 6,8 Zn 23,4 5 28,4 13,30 3,775 11,325 39,9 Si 0,0 10,0* 10,0 0,01 9,551 0,439 4,4 O2 NE NE NE NE 11,173 I I

CH4 NE NE NE NE I I I N2 NE NE NE NE I I I

NE: no evaluado I: Indeterminado * Incluye el fundente Fuente: el autor Resalta el alto porcentaje de Zinc que se escapa a la atmósfera; aunque en

porcentaje la cantidad de Zinc que se pierde es mayor en el bronce 85-5-5-5, en

cantidad, el bronce silicio produce una mayor emisión de este elemento.

EMISIONES

BRONCE*

ESCORIA MATERIA PRIMA

RETORNO

148

Cuadro 65. Balance de materia Bronce silicio ENTRADA (Kg)

MATERIA PRIMA RETORNO TOTALBRONCE

Kg ESCORIA

kg EMISIONES

Kg %

ELEMENTO EMITIDO

Cu 210 65,2 275,2 269,90 0,550 4,750 1,7 Zn 115 34 149 120,10 4,100 24,800 16,6 Si 2,5 10,8* 13,3 0,00 12,880 0,420 3,2 O2 NE NE NE NE 6,570 I I

CH4 NE NE NE NE I I I N2 NE NE NE NE I I I

NE: no evaluado I: Indeterminado * Incluye el fundente Fuente: el autor

Se aprecia que la perdida de plomo es de 11.5 %, es decir, 2 Kg de óxidos de

plomo por cada colada.

La naturaleza química de las emisiones en área de bronce hace necesaria la

captación del material particulado, de tal manera que el personal no se encuentre

expuesto a estos agentes causantes de serias enfermedades ocupacionales y

para no descargarlos al medio ambiente y perjudicar el entorno.

5.5 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES

En la actualidad el área de bronce cuenta con un sistema de captación de

emisiones ineficiente que consta de campana, sistema de ductos y ventilador, la

fracción de las emisiones que son capturadas son descargadas a la atmósfera a

una altura de 15 metros por encima del nivel del suelo.

Por observación se determino que las principales causas de la ineficiencia del

sistema son las siguientes:

Los muros que rodean el área de bronce permiten el paso de vientos

provenientes del exterior de la planta, los cuales al parecer poseen mayor

velocidad que la que por conveccion y de captura tienen las emisiones, por

lo tanto son desviadas de la campana.

149

Un gran porcentaje de las emisiones que se presentan no son capturadas,

estas se generan en el momento de la vaciada, es decir, cuando el metal

liquido es entregado a la cuchara basculando el horno.

No es posible utilizar los elementos existentes en el sistema propuesto por las

siguientes razones:

La campana actual es más grande que el horno, y el sistema propuesto

requiere de un encerramiento de este.

Como consecuencia del ítem anterior los ductos actuales son más grandes

que los propuestos.

El ventilador actual no posee ficha técnica que permita asegurar que puede

suplir los requerimientos energéticos del sistema propuesto, sin embargo es

de suponer que no, debido a que deberá responder a las perdidas

generadas por un intercambiador de calor y un filtro que actualmente no

maneja.

5.5.1 Fuente de emisión: la boca del horno de bronce es circular de 37 cm de

diámetro, y las emisiones registran una temperatura de 720 ◦C, sin embargo el

diseño presentado maneja un margen de seguridad y esta calculado en razón de

800◦C.

5.5.2 Sistema de captación: por ser una emisión generada por un proceso a alta

temperatura, resulta apropiado el uso de una campana elevada que gracias a las

condiciones físicas del área de bronce puede ser ubicada a baja altura.

150

5.5.2.1 Estructura física de las campanas: el diseño contempla un

encerramiento y una campana suspendida lo que se denominara conjunto de

captación; el encerramiento con el fin de evitar que los vientos que ingresan por

los muros ventilados cambien la dirección del flujo contaminante y direccionar el

100% de la emisión a la campana. Para no interferir con las operaciones de

carga, inspección de temperatura, toma de muestras y descoreo, se diseño una

puerta en el encerramiento como lo muestra la figura 67, permitiendo su apertura

en cualquier momento.

Figura 67. Encerramiento y campana área de bronce.

Este conjunto de captación permite cubrir dos tiempos del proceso, el primero que

corresponde a todo el proceso de fusión, en este caso el horno se encuentra

totalmente cubierto y las emisiones son direccionadas a la campana; el segundo

se refiere a la basculación del horno, para lo cual el encerramiento se desplaza

CAMPANA SUSPENDIDA

ENCERRAMIENTO

PUERTA

PIQUERA BOCA DEL

HORNO

151

verticalmente hacia arriba y la campana se traslada horizontalmente para ubicarse

con respecto a la piquera del horno basculado. Estos dos tiempos se muestran en

la figura 68.

Figura 68. Movimiento del sistema de captura de emisiones de bronce.

El movimiento del encerramiento se logra por medio de dos párales verticales

sujetos a una estructura, sobre los cuales se sujetan los rieles verticales que se

muestran en la figura 69. Se debe aclarar que el encerramiento y la campana no

forman un solo cuerpo, así el primero pasa libremente.

El movimiento de la campana ocurre gracias a que la estructura anteriormente

descrita descansa sobre un carro que se desliza en un sistema de rieles

horizontales, y de que el ducto proveniente de la campana ingresa a un ducto de

diámetro milimétricamente más amplio mostrado en la figura 70.

1 2

152

Figura 69. Sistema de rieles para el movimiento vertical y horizontal del conjunto de captación área de bronce.

La construcción se realiza manteniendo un ángulo de 45 como lo indica la figura

18.

Cuadro 66. Campana área de fundición de bronce. CARACTERÍSTICAS CAMPANA 2

Diámetro 0.88 m Altura 0.31 m Altura de trabajo 1 m Material Cold roll calibre 14

Fuente: El autor.

En el cuadro 66 se presentan las características finales de la campana para el

área de bronce.

PARAL

CARRO

RIEL VERTICAL

RIEL HORIZONTAL

153

Figura 70. Movimiento horizontal campana de bronce: traslapacion de ductos.

5.5.2.2 Caudal de diseño: la capacidad de flujo en campanas elevadas para

procesos a altas temperaturas pero ubicadas a baja altura (menos de 1 m) viene

dada por la expresión25:

Q = 0,04516 (Dc)2,33(∆t)0,42 (21)

Donde:

Q: Caudal total de aire (m3/s) Dc: Diámetro de la campana (m) ∆t: Diferencia de temperatura entre el foco caliente y el aire ambiente (οC)

El diámetro de la campana con un valor de 88 cm corresponde al diámetro del

encerramiento, este a su vez esta dado por la estructura externa a la boca del

horno.

25 Plant and process ventilation. 2nd edition New York 1963. W.C.L Hemeon.

DUCTO MAYOR

154

Aplicando la ecuación 21, el valor encontrado para el caudal de diseño es de 0,67

m3/s.

La pérdida de presión a la entrada de la campana tiene un valor de 0.25 de

acuerdo con el cuadro 21.

5.5.3 Sistema de ductos: la velocidad de transporte utilizada en el diseño fue de

13 m/s, con un margen de seguridad por encima del recomendado en el cuadro

13, debido al transporte por el intercambiador de calor de coraza y tubos donde se

requiere que el polvo no se aglomere y se requieran mantenimientos demasiado

frecuentes.

Se incluye una perdida por accesorios especiales ocasionada por la sección

donde los ductos se traslapan para permitir el movimiento horizontal de la

campana.

La velocidad a la salida del ventilador se toma con un valor de 10m/s dado que la

corriente pierde su carga tras el paso por el filtro.

El diagrama unifilar correspondiente a la captación, transporte y control de las

emisiones en el área de bronce se presenta a continuación en la figura 71 y en el

cuadro 68 la hoja de cálculo correspondiente utilizando el método de presión de

velocidades.

Figura 71. Diagrama unifilar área fundición de bronce

1 23 4

ABCD

E F G

CAMPANA INTERCAMBIADOR COLECTOR DE POLVO VENTILADOR

155

5.5.4 Depurador: para el área de bronce se requiere que el depurador trabaje en

vía seca, de tal forma que el material recuperado pueda ser reintroducido al

proceso, para esto el equipo escogido es un filtro de mangas, de igual manera que

el caso de hierro observado en el capitulo anterior, se requiere disminuir la

temperatura de las emisiones con un intercambiador de calor.

Las condiciones para el intercambiador se describen en el siguiente cuadro:

Cuadro 67. Fundición de bronce: condiciones del intercambiador de calor.

ITEM UNIDAD VALOR Temperatura entrada de aire cargado oC 800 Temperatura salida de aire cargado oC 80 Temperatura entrada de agua oC 35 Temperatura salida de agua oC 20 Tasa de aire cargado M3/s 0,67 Tasa de agua Gal/min 200 Altura efectiva m 5 Altura total m 6,4 Diámetro m 1,2 Perdida de presión mmcda 200 Fuente: El autor.

Aplicando la ley de los gases ideales tal y como se describió con la ecuación 20

obtenemos que el caudal luego del paso por el intercambiador es de 0,22 m3/s.

El filtro de mangas será descrito a continuación:

Método de limpieza: sacudida mecánica, provisto de un bastidor en la parte

superior donde las mangas filtrantes se sujetan para mantenerlas verticales,

accionado por medio de un moto vibrador eléctrico.

Medio filtrante: el medio escogido para los medios filtrantes es tejido de poliéster

para resistir las tensiones ejercidas por el sistema de limpieza.

156

Área filtrante: la velocidad de filtración para las emisiones de los óxidos de zinc a

baja presión es de 2 ft/min de acuerdo con el cuadro 33, de tal manera que

aplicando la ecuación 11 se determina que el área requerida de filtramiento es de

21,6 m2. Un arreglo de 6 X 5, para las siguientes dimensiones de bolsa cumple

con el objetivo.

Diámetro: 13,5 cm Longitud: 2 m Área filtrante: 0,85 m2

La construcción del colector es simple de una sola cámara, en chapa de acero

galvanizada calibre 1/8, y de ¼ para el soporte de las mangas, tolva de

almacenamiento a 45º con respecto a la horizontal, válvula de cortina manual para

salida de polvo recolectado, bastidor en varilla calibre ¼ para sostén y vehiculo de

vibración para la limpieza de mangas.

El colector especificado se muestra en la siguiente figura:

Figura 72. Colector de polvo área de bronce.

5.5.5 requerimientos de energía: aplicando el método de presión de

velocidades se hallo la pérdida de presión que el ventilador que provee la energía

deberá suplir. La hoja de calculo se presenta en el siguiente cuadro:

157

Cuadro 68. Hoja de calculo fundición de bronce. Empresa: SICOLSA S.A. Fecha: Diciembre 2005 Área: Fundición de bronce Referencia: plano No 8 Sistema propuesto Elaboro: DIANA ROCIO GOMEZ CIFUENTES

1 Identificación ducto 1-A 2 B - C 3 D - E 4 F - G2 Caudal (m3/s) 0,67 0,67 0,22 0,22 0,22 0,22 0,22 3 Velocidad mínima de transporte (m/s) 13,00 - 13,00 - 13,00 - 10,004 Sección teórica de ducto (m2) 0,05 - 0,02 - 0,02 - 0,02 5 Diámetro teórico ducto (mm) 0,256 - 0,147 - 0,147 - 0,1676 Diámetro real ducto (mm) 0,255 - 0,142 - 0,142 - 0,1707 Sección real de ducto (mm) 0,05 - 0,02 - 0,02 - 0,02 8 Velocidad real (m/s) 13,12 - 13,89 - 13,89 - 9,69 9 Presión de velocidad (mmcda) 10,53 - 11,81 - 11,81 - 5,75

10 Factor de perdida entrada del ducto 0,25 - 0,00 - 0,00 - 0,00 11 Factor de aceleración 1,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 12 Perdida a la entrada en PV 1,25 - 0,00 - 0,00 - 0,00 13 Perdida a la entrada (mmcda) 13,16 - 0,00 - 0,00 - 0,00 14 Otras perdidas (mmcda) 0,00 200 0,00 100 0,00 - 0,00 15

CA

MP

AN

A

Presión estática en la campana mmcda 13,16 - 0,00 - 0,00 - 0,00 16 Longitud tramo recto (m) 17,09 - 3,90 - 3,20 - 3,70 17 Factor de perdida tramo recto 0,08 - 0,16 - 0,16 - 0,13 18 Perdidas por fricción en PV 1,33 - 0,62 - 0,51 - 0,49 19 No codos de 90° o su equivalente 5,00 - 2,00 - 2,00 - 0,00 20 Factor de perdida por codos 0,22 - 0,22 - 0,22 - 0,00 21 Perdida por codos en PV 1,10 - 0,44 - 0,44 - 0,00 22 Ramales 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 23 Factor de perdida por ramales 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 24 Perdidas a la entrada de ramales en PV 0,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 25 Accesorios especiales 1,00 - 0,00 - 0,00 - 0,00 26 Factor perdida accesorios especiales 0,05 - 0,00 - 0,00 - 0,00 27 Perdidas accesorios especiales en PV 0,05 - 0,00 - 0,00 - 0,00 28 Perdida en el ducto en PV 2,48 - 1,06 - 0,95 - 0,49 29

DU

CTO

S

Presión estática en el ducto (mmcda) 26,16 - 12,52 - 11,21 - 2,79 30 Perdida de presión estática en tramo mmcda 39,32 200,00 12,52 100,00 11,21 - 2,79 31 Presión estática acumulada (mmcda) 239,32 251,85 351,85 363,05

Fuente: El autor

158

El ventilador requerido debe manejar un caudal de 0,22 m3/s y las presiones se

observan resumidas en el cuadro 69.

Cuadro 69. Área de fundición de bronce: presiones ventilador

NOMBRE UBICACION PRESION (mmcda) PE salida Tramo 2.79 PE entrada Tramo -363.05 PT ventilador Formula (13) 366.76 PT corregida Factor corrección 473.85

Fuente: El autor

La energía requerida para que el sistema opere correctamente la debe suministrar

un ventilador con las características descritas en el cuadro 70.

Cuadro 70. Bronce: especificaciones técnicas de ventilador 4 y motor ESPECIFICACIONES DEL VENTILADOR

Tipo de ventilador Centrifugo alabes curvos Caudal (m3/h) 792 Presión estática (mmcda) 474

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR Tensión (voltios) 220/440 Potencia nominal (HP) 15 Velocidad nominal de rotación (rpm) 3524 Fuente: IMELSIS LTDA

Con el equipo que suministra la energía para operar el sistema concluye el diseño

del sistema de control de emisiones atmosféricas para el área de bronce.

159

6. OPERACION Y MANTENIMIENTO

6.1 Operación

La operación de los sistemas de control de emisiones atmosféricas esta a cargo

de los operarios de cada una de las áreas, debe encontrarse escrito para consulta

inmediata en el área y en archivo.

6.1.1 Arenas y granalladoras: La operación de los sistemas de control para estas

áreas es sencilla, dado que estos no requieren de personal el 100% del tiempo

para su funcionamiento.

Cada uno de los sistemas de manera separada están dotados de un control

eléctrico para dar inicio y fin a su operación, es decir un panel de encendido y

apagado para los motores del los ventiladores, y del sistema de limpieza de

pulsos.

Al iniciar las actividades de arena, se enciende el sistema completo, y solo será

apagado luego de 10 minutos después que las bandas transportadoras, los

sistemas de alimentación, el didion, el separador magnético, el sistema de

transporte neumático, y el molino se encuentren fuera de funcionamiento.

De igual manera el sistema de control para las emisiones en el área de

granalladoras solo puede salir de funcionamiento luego de 10 minutos de cumplido

el momento en el cual las granalladoras sean apagadas.

Estos minutos se requieren para que los sistemas recojan las partículas que se

mantienen suspendidas y que no se sedimentan inmediatamente que la operación

generadora cesa.

160

6.1.2 Área de hierro: para el área de hierro las se deben tener en cuenta las

estaciones de emisión mostradas en la figura 52, y los respectivos movimientos de

las campanas ilustrados en la figura 53

El operario encargado de la carga del horno debe inspeccionar que al iniciar el

proceso de fusión la campana se encuentra ubicada para la estación 1; cuando se

chequea que la temperatura del metal liquido alcanza la temperatura de vaciado,

el operario del horno debe manualmente girar la campana 180 grados para

ubicarla horizontalmente en la estación 2, y posteriormente con un mando a

distancia realizar el movimiento vertical según la basculacion que el horno

requiera, de tal manera que la campana este lo mas baja posible sin interferir con

la colada.

Terminada la nodulizacion, manualmente se gira la campana 90 grados en la

horizontal para dejar paso libre para el traslado de la cuchara receptora, y

posteriormente se ubica nuevamente en la posición 1 para iniciar nuevamente la

secuencia.

Cuando los hornos de hierro entren en mantenimiento, el sistema será apagado

por medio de un panel de control 10 minutos después de finalizadas las

actividades del área.

6.1.3 Área de bronce: de igual manera que para el área de hierro, se deben

tener en cuanta los movimientos de la campana y el encerramiento asociados a

los tiempos de fusión y vaciado del horno.

Al prender el horno, la campana y el encerramiento deben encontrarse en la

posición 1 mostrada en la figura 68 que ilustra los movimientos del sistema de

captura de las emisiones.

161

El operario encargado de la carga del horno debe abrir la puerta del

encerramiento, y proceder a realizar la carga por esta sección libre, al terminar la

carga debe cerrar la puerta de acceso.

Para la toma de temperatura del metal liquido, y de muestras para determinar

composición, siempre debe realizarse a través de la puerta de acceso en el

encerramiento, y nunca ser levantado mientras la actividad de fusión este en

proceso.

El encerramiento debe levantarse manualmente en la mínima distancia posible a

la boca del horno de tal forma que permita realizar un descoreo cómodamente.

Para permitir diferentes alturas los rieles laterales tienen un bloqueo que impide la

caída del mismo.

Cuando se alcance la temperatura de vaciado, el operario del horno debe levantar

el encerramiento a su máxima altura, y desplazar manualmente la campana de tal

manera que quede ubicada horizontalmente sobre el punto medio de la piquera y

la cuchara, es decir la posición 2.

Al finalizar la entrega del metal líquido desde el horno, se retornara la campana a

la posición 1.

El sistema sale de funcionamiento 15 minutos luego de que el horno es apagado.

Para todos los depuradores, se establecerá según la experiencia las rutinas de

drenaje de tolvas.

6.2 Mantenimiento: La efectividad de un equipo parte no solo en la operación

óptima de todos los elementos que lo componen, sino de la suma de un buen

programa de mantenimiento tanto preventivo como correctivo, más la capacitación

del personal para el adecuado uso y correcto funcionamiento de los equipos; es

162

por esto que este capítulo ilustra los aspectos técnicos que se den tener en cuenta

para mantener los equipos de recolección de polvo, el separador inercial y el

intercambiador de calor que se diseñaron para controlar las emisiones en las

áreas de preparación de arenas, las granalladoras y la fundición de hierro y de

bronce.

Un buen programa de mantenimiento debe cumplir los siguientes propósitos:

Mantener la efectividad del sistema a través del tiempo.

Proteger a los trabajadores y cumplir con las normas existentes sobre

contaminación en ambientes de trabajo.

Ayudar a mantener el valor del sistema.

Minimizar los costos de operación.

Los elementos del programa de mantenimiento se describen a continuación.

6.2.1 Programa de Inspección periódica: esta a cargo del departamento de

mantenimiento, debe estar escrito y localizado tanto en la oficina de

mantenimiento como en el archivo general. Debe contener planos,

especificaciones, catálogos de ventiladores, bombas etc., y las instrucciones de

operación. Este programa se debe realizar a través del tiempo como se muestra

en el cuadro 71.

La frecuencia de inspección depende del tiempo de operación de cada equipo, y

se debe realizar de acuerdo a las recomendaciones anteriores. El inspector

puede ser uno de los trabajadores, el supervisor o el personal del área de

mantenimiento.

163

Cuadro 71. Programa de inspección periódica.

INSPECCION

PERIODO Sistemas de colección de polvo y separador inercial

Intercambiadores de calor y torre de

enfriamiento

Diario

Inspección visual de campanas, ductos, puertas de acceso y de limpieza. Verificar la caída de presión en los colectores. Además realizar contacto verbal con los operarios para saber como están operando los equipos.

Tomar Lecturas de la temperaturas y caudales de entrada y salida tanto de la corriente gaseosa como de la liquida.

Semanal

Se debe revisar los colectores, la carcaza de los ventiladores, el estado de la bandas. Se deben lubricar todas las partes que lo necesiten.

Hacer inspección visual del estado exterior del banco de tubos, incluyendo la observación de fugas de líquido. Se deben lubricar todas las partes que lo necesiten.

Mensual

Verificar los componentes del equipo de limpieza, el motor, los alabes del ventilador. Revisar el estado de las mangas colectoras de polvo.

Examinar el estado de las bombas, los ventiladores y motores. Realizar limpieza del banco de tubos para el intercambiador.

Fuente: El autor

6.2.2 Programa de mantenimiento preventivo: Algunos de los elementos de los

sistemas diseñados deberán ser inspeccionados y reemplazados si están

defectuosos, o sustituidos con una periodicidad regular con el fin de evitar paradas

indeseables en los momentos menos esperados.

Debe tenerse especial cuidado con las canastillas de los colectores de polvo, se

deben inspeccionar las uniones de las varillas que las constituyen, las rugosidades

y en general el estado físico de las mismas, dado que su mal estado puede

provocar la ruptura de las mangas.

164

El sistema de hierro y bronce debe ser engrasado periódicamente en las partes

móviles (rieles, carros, rodamientos) para mantener la menor fricción posible y no

desencadenar desajustes del sistema completo.

6.2.3 Entrenamiento: Se debe proporcionar instrucción y entrenamiento constante

a los trabajadores que están involucrados tanto directa como indirectamente en el

buen funcionamiento de los equipos de control de emisiones, mostrándoles como

trabajar en forma segura y como utilizarlos óptimamente.

165

7. EVALUACION ECONOMICA

7.1 COSTOS POR IMPLEMENTACION Se dividen en costos directos y costos indirectos. Los costos directos se refieren a

los elementos tangibles del sistema tales como campanas, ductos, equipos

depuradores y de suministro de energía. Los indirectos comprenden los

elementos intangibles que en este caso corresponden a la formalización de

contratos, seguros y transporte de los equipos para ser instalados en la planta de

SICOLSA, además de los imprevistos.

Los costos directos para las campanas, ductos y armazón de los colectores de

polvo fueron determinados por medio del volumen de la estructuras el cual se

obtiene utilizando las herramientas del diseño asistido por computador (CAD), a

este peso se le multiplica por la densidad del material que en este caso es 7,8 gr

acero/cm3, obteniendo de esta manera el peso del acero que constituye estos

elementos.

Comercialmente se maneja un valor promedio de Kg de acero montado, es decir el

valor del material mas la mano de obra (corte, doblado, rolado, grafado, etc.),

actualmente se encuentra alrededor de $ 6000/Kg.

De tal manera que conociendo el peso en Kg de las estructuras y el precio del

kilogramo de acero montado se tiene un estimado del valor de las mismas.

Los costos derivados de la compra de válvulas, mangas filtrantes, canastillas, torre

de enfriamiento, ventiladores y motores se determinaron con base de cotizaciones

a proveedores nacionales, las cuales se encuentran en el anexo C.

166

El valor de los intercambiadores de calor no pudo ser valorado por medio de una

cotización debido a que las empresas dedicadas a su diseño y construcción son

celosas con la información, es decir que venden el diseño de un intercambiador

por un valor entre 25 y 50 millones de pesos, para luego si cotizar la construcción

según las especificaciones técnicas que ellos determinan en el diseño; las

dimensiones, condiciones generales y costos de los intercambiadores se

determinaron con base en información suministrada por empresas del sector que

poseen estos equipos.

Los cuadros 72 al 75 muestran los costos directos.

Cuadro 72. Costos directos: área de arenas

ELEMENTO CANT UNIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL

Campanas 905,4 Kg $ 6.000 $ 5.432.397Ductos 1032,6 Kg $ 6.000 $ 6.195.793Separador inercial 566,7 Kg $ 6.000 $ 3.400.000Colector 4232,4 Kg $ 6.000 $ 25.394.127Válvulas Selenoides 36 Unidad $ 161.700 $ 5.821.200Electro válvulas 36 Unidad $ 113.245 $ 4.076.820Válvula de cortina manual 2 Unidad $ 33.200 $ 66.400Mangas filtrantes 324 Unidad $ 40.000 $ 12.960.000Canastillas y venturi 324 Unidad $ 28.000 $ 9.072.000Ventilador 12 y motor 1 Unidad $ 15.826.000 $ 15.826.000Ventilador 14 y motor 1 Unidad $ 70.018.000 $ 70.018.000Ciclón EXISTENTE 0TOTAL $ 158.262.737Fuente: El autor

167

Cuadro 73. Costos directos: área de granalladoras

ELEMENTO CANT UNIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL

Ductos 11,3 Kg $ 6.000 $ 68.094Colector 943,9 Kg $ 6.000 $ 5.663.166Válvulas Selenoides 6 Unidad $ 161.700 $ 970.200Electro válvulas 6 Unidad $ 113.245 $ 679.470Válvula de cortina manual 1 Unidad $ 33.200 $ 33.200Válvulas rotativas 6 Unidad $ 98.200 $ 589.200Mangas filtrantes 42 Unidad $ 31.000 $ 1.302.000Canastillas y venturi 42 Unidad $ 35.000 $ 1.470.000Ventilador 6 y motor 1 Unidad $ 21.985.000 $ 21.985.000Ventilador GP* y motor 1 Unidad $ 3.010.000 $ 3.010.000Mangas colector GP* 70 Unidad $ 29.500 $ 2.065.000TOTAL $ 37.835.330

* Granalladora 5 (pequeña) Fuente: El autor

Cuadro 74. Costos directos: área de hierro. ELEMENTO CANT UNIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL

Campanas 188,7 Kg $ 6.000 $ 1.132.085Rodamientos 2,0 Unidad $ 1.630.000 $ 3.260.000Ductos 1799,3 Kg $ 6.000 $ 10.795.556Base intercambiador 203,5 KG $ 6.000 $ 1.220.881Diseno del intercambiador 1,0 Unidad $ 25.000.000 $ 25.000.000Intercambiador 1,0 Unidad $ 200.000.000 $ 200.000.000Colector 860,6 Kg $ 6.000 $ 5.163.508Valvulas Selenoides 7 Unidad $ 161.700 $ 1.131.900Electrovalvulas 7 Unidad $ 113.245 $ 792.715Valvula de cortina manual 1 Unidad $ 33.200 $ 33.200Mangas filtrantes 70 Unidad $ 40.000 $ 2.800.000Canastillas y venturi 70 Unidad $ 35.000 $ 2.450.000Torre de enfriamiento* 0,7 Unidad $ 146.400.000 $ 102.480.000Ventilador 5 y motor 1 Unidad $ 22.675.000 $ 22.675.000TOTAL $ 378.934.846

* Hierro asume el 70% del valor capital. Fuente: El autor

168

Cuadro 75. Costos directos: área de bronce ELEMENTO CANT UNIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL

Campana 31,3 Kg $ 6.000 $ 187.588Encerramiento 39,3 Kg $ 6.001 $ 235.938Estructura de sostenimiento 132,6 Kg $ 6.002 $ 795.586Carro de desplazamiento 44,0 Kg $ 6.003 $ 264.104Ductos 248,5 Kg $ 6.000 $ 1.491.189Colector 488,5 Kg $ 6.000 $ 2.931.204Moto vibrador eléctrico 1 Unidad $ 2.850.000 $ 2.850.000Válvula de cortina manual 1 Unidad $ 33.200 $ 33.200Mangas filtrantes 30 Unidad $ 40.000 $ 1.200.000Base intercambiador 203,5 Kg $ 6.000 $ 1.220.881Diseño de intercambiador 1,0 Unidad $ 25.000.000 $ 25.000.000Intercambiador 1,0 Unidad $ 180.000.000 $ 180.000.000Torre de enfriamiento* 0,3 Unidad $ 146.400.000 $ 43.920.000Ventilador 4 y motor 1 Unidad $ 6.100.000 $ 6.100.000

Bronce asume el 30% del valor capital. Fuente: El autor

Los costos indirectos no son cuantificables de manera precisa, dado que están

sujetos a diversas variables como el lugar de compra de los equipos, tipo de

transporte para su traslado, tasa de aseguramiento si el equipo es nuevo o usado,

políticas económicas etc. Así como los denominados imprevistos que como su

nombre lo indica cubre todas aquellas circunstancias que son difíciles de predecir.

Por formalización de contratos, seguros y transporte se usa un porcentaje del 3%,

y para imprevistos del 20%.

Así el cuadro 76 compila los costos directos e indirectos, dando lugar al total de

costos por implementación.

169

Cuadro 76. Costos por implemetacion

AREA COSTOS DIRECTOS

CONTRATOS, SEGUROS Y

TRANSPORTE IMPREVISTOS COSTOS

INDIRECTOS COSTOS POR

IMPLEMENTACION

Arenas $ 158.262.737 $ 4.747.882 $ 31.652.547 $ 36.400.429 $ 194.663.166

Granalladoras $ 37.835.330 $ 1.135.060 $ 7.567.066 $ 8.702.126 $ 46.537.455

Hierro $ 378.934.846 $ 11.368.045 $ 75.786.969 $ 87.155.015 $ 466.089.861

Bronce $ 266.229.691 $ 7.986.891 $ 53.245.938 $ 61.232.829 $ 327.462.520

TOTALES $ 841.262.604 $ 25.237.878 $ 168.252.521 $ 193.490.399 $ 1.034.753.002

Fuente: El autor

7.2 BENEFICIOS POR IMPLEMENTACION

7.2.1 Manejo de residuos: la protección del medio ambiente debe verse en la

parte práctica como una inversión para la industria de tal manera que los residuos

se conviertan en subproductos o materias primas dentro o fuera de la empresa

que los genera, y aunque los sistemas diseñados hacen parte de los denominados

controles ambientales al final del proceso, de manera mas global hace parte de un

gran círculo de producción mas limpia: generar la mayor producción con el mínimo

de desperdicios, y aquellos que se generen sean aprovechados antes de valorar la

disposición final.

Con esta perspectiva la recomercializacion y reintroducción al proceso de los

polvos recolectados por medio de los mecanismos de control de emisiones

atmosféricas, deben en cierto grado aportar para su auto mantenimiento. Cabe

aclarar que no deben representar un incremento económico para la empresa ya

que no es el objeto comercial de SICOLSA.

170

RECOMERCIALIZACION: es posible buscar la recomercializacion de los

polvos metalúrgicos de los hornos de hierro, que por su contenido de metales y

estructura pueden ser utilizados en otras industrias tales como la ladrillera y de

abrasivos.

Los polvos de sílice recolectados en las áreas de arenas y granalladoras pueden

utilizarse como materia prima en fábricas de cemento, el polvo se envía a una

trituradora primaria y se premezcla con otros componentes para luego transferirlo

al horno. Se estima que estos polvos pueden constituir del 5% al 10% de las

materias primas que usaran las fábricas de cemento en un futuro cercano26.

REINTRODUCCION AL PROCESO: los polvos capturados en la fusión de

bronce tal y como lo muestra el balance de materia, representan una alta fracción

de los metales cargados, especialmente el zinc. Este balance muestra que

SICOLSA pierde hasta un 40% del zinc que carga cuando produce bronce rojo y

hasta un 17% con bronce al silicio, con un valor promedio de $6000/kilogramo de

zinc, las perdidas económicamente pueden representar hasta $148.000 por

colada: teniendo en cuenta que los polvos de esta área son tratados en vía seca,

es posible que sean reintroducidos al horno, seria necesario realizar estudios a

fondo para establecer el porcentaje al que corresponderían como materia prima.

7.2.2 Exoneración de multas: cambiando la perspectiva y viendo el problema de

la emisión de contaminantes atmosféricos desde la parte legal, SICOLSA no esta

cumpliendo con las exigencias que sobre este punto hace la legislación

colombiana; debe tener permiso de emisiones atmosféricas y cumplir con las

normas de emisión.

26 Prevención de la contaminación en la pequeña y mediana empresa. Lineamientos para la prevención de la contaminación: industria de fundición y tratamiento térmico de metales. Agencia de protección ambiental de los estados unidos. Cincinnati. 1992.

171

Las sanciones contemplan el cierre temporal o definitivo de la empresa, lo cual

generaría pérdidas diarias en producción de millones de pesos, y se pueden incluir

las multas por incumplimiento a órdenes de compra por parte de los clientes, e

incluso la perdida definitiva de los mismos.

Además del cierre se generan multas pagaderas al estado colombiano que

pueden ser de hasta de 300 salarios mínimos mensuales, que corresponderían

actualmente a $115’000.000, y los cuales no exoneran a la empresa de realizar

todas las acciones pertinentes para realizar los correctivos necesarios que lleven a

cumplir con la legislación; es decir que tarde o temprano la inversión ambiental

debe realizarse.

Por lo tanto de realizar la inversión antes de recibir un llamado por parte de la

autoridad ambiental, se exoneran las multas descritas anteriormente.

7.2.3 Incentivos tributarios: sin embargo la legislación colombiana no es

exclusivamente sancionativa, sino que busca incentivar a las industrias para que

realicen inversiones que lleven al cumplimiento de la política ambiental nacional.

Los incentivos fiscales se definen como exenciones y descuentos de carácter

tributario, así como también los subsidios y subvenciones dirigidas a empresas

privadas por emprender y desarrollar actividades que conduzcan al mejoramiento

ambiental.

En el estatuto tributario se contemplan dos incentivos importantes aplicables al

caso de SICOLSA, los decretos por medio de los cuales se reglamentan se

encuentran en el anexo D.

Impuesto a las ventas: el articulo 424-5 del estatuto tributario en su numeral 4

especifica que quedan excluidos del impuesto sobre las ventas los equipos y

172

elementos nacionales o importados que se destinen a la construcción, instalación,

montaje y operación de sistemas de control y monitoreo, necesarios para

cumplimiento de las disposiciones, regulaciones y estándares ambientales

vigentes, para lo cual deberá acreditarse tal condición ante el ministerio del medio

ambiente. Esta reglamentado por el decreto 2532 de 2001.

Así la inversión ambiental correspondiente a costos directos que se presentan en

el cuadro No 76 estarían exentos de IVA, por esta razón se tendría un ahorro de

$134’602.000 valorado con base a una tarifa del 16%.

Para hacer efectivo este descuento, la propuesta para control de emisiones

atmosféricas debe estar enmarcada dentro de un programa ambiental, es decir

enfocado a las políticas ambientales a nivel local y nacional. Por encontrarse

SICOLSA cerca de un parque nacional, las acciones que a nivel ambiental

procure, estarán bajo un marco de protección regional.

Además debe presentarse ante el Ministerio del Medio Ambiente una calificación

de solicitud, es decir que los elementos, equipos y maquinaria sobre los cuales se

solicite la exención del impuesto serán certificados por este Ministerio; esta

certificación tendrá una vigencia de 1 año a partir de su expedición y la Dirección

de Impuestos y Aduanas Nacionales podrá exigir este documento en cualquier

momento para sus diligencias de vigilancia y control.

Impuesto a la renta: el articulo 158-25 del estatuto tributario establece que las

personas jurídicas que realicen directamente inversiones en control y

mejoramiento del medio ambiente, tendrán derecho a deducir anualmente de su

renta el valor de dichas inversiones que hayan realizado en el respectivo año

gravable.

173

Previamente a la presentación de la declaración, deberá obtenerse una

certificación por parte del la autoridad ambiental competente, en este caso

CORPOCALDAS donde se acredite que la inversión esta de acuerdo a los

términos y requisitos previstos en el decreto 3172 de 2003 del Ministerio de

Hacienda y Crédito Publico (por el cual se reglamenta el articulo del estatuto

tributario), y que la inversión no se realiza por mandato de la autoridad ambiental

para mitigar el impacto ambiental producido por la obra o actividad objeto de una

licencia ambiental.

Este último condicionamiento debe ser consultado con profesionales en el área de

legislación ambiental, dado que SICOLSA actualmente no cuenta con licencia

ambiental para operar.

El valor a deducir en ningún caso podrá ser superior al 20% de la renta liquida del

contribuyente, determinada antes de restar el valor de la inversión. Así para

SICOLSA con una renta liquida promedio de $*******, podría deducir hasta $******.

Renta liquida $*****

Deducción (20%) $*****

Renta gravable $*****

Impuesto 35% $****

Ahorro tributario $*****

El ahorro tributario es igual al valor de la deducción por la tasa impositiva.

En el caso de desarrollar el proyecto de inversión ambiental por etapas, se

deberán describir previamente las etapas, tiempos e inversiones para cada una de

ellas; y se deberá renovar anualmente la certificación expedida por el ente

ambiental.

174

7.2.4 Responsabilidad social: como valor agregado, y que no es medible

económicamente de manera directa, las empresas que invierten en la protección

de los recursos naturales y de sus trabajadores crean una imagen de

responsabilidad social, que de la mano con una alta calidad del producto invita a

los compradores a mantener la confianza depositada, es decir la permanencia en

el mercado con prestigio; SICOLSA que posee certificación de calidad ISO 9001

podría posicionarse aun mas en los mercados nacionales e internacionales,

presentándose como una empresa con una política ambiental definida y

respaldada por sus acciones.

CONCLUSIONES

Las emisiones en el área de arenas están en el orden de 192 kg/h para finos, y

144 Kg/h para partículas sedimentables, químicamente se componen de sílice,

el cual ocupacionalmente es un agente de alto riesgo causante de

enfermedades como la silicosis. Las fuentes de emisión se focalizaron en 9

puntos cuya generación se debe primordialmente al cambio de elevación en la

entrega de arena. La alta densidad de maquinaria en la zona hizo difícil el

diseño de ductos, por lo que se requirió dividir el sistema en 5 redes. Se

propone el uso complementario de tres depuradores diferentes atendiendo la

naturaleza y características de la emisión en cada punto de captación: ciclón,

separador inercial y colector de polvo. El costo por implementación esta

alrededor de $195’000.000.

El área de granalladoras genera emisiones de material particulado inherentes a

la función de pulido que estos equipos realizan, las características químicas

son similares a las emisiones del área de arenas dado que el material retirado

de las piezas son incrustaciones de sílice, sin embargo granulometricamente

comprenden partículas mas pesadas, debido a la presencia de fragmentos de

granalla.

El sistema de multicilones que actualmente opera en el área de granallas es

eficiente para partículas grandes, pero no para partículas finas; además las

tolvas se colmatan mas rápido que la frecuencia de drenaje establecida por el

cronograma de mantenimiento, por lo cual las partículas dejan de ser

recolectadas y son arrojadas a la atmósfera.

El área de granalladoras requiere de dos sistemas separados, uno para la

granalladora pequeña, recuperando el filtro de mangas con el cual se

encuentra dotada; y la granalladora grande con el sistema de multiciclones

actual, complementado con un colector de polvo. La implementación del

sistema completo requiere una inversión de $46’500.000.

El área de hierro arroja material particulado constituido por óxidos metálicos a

una tasa de 0,3 Kg/h, y una temperatura de 450 oC. Las características físicas

y de operación del foco emisor plantean un problema para la construcción de

una campana convencional, se propone el uso de una campana movible que

permita la captación de las emisiones en dos situaciones diferentes. El

depurador escogido es un colector de polvo, se requiere entonces que la

corriente de aire ingrese a una temperatura mucho menor a la que posee

inicialmente, por lo tanto se incluye la necesidad de utilizar un intercambiador

de calor de coraza y tubos. La inversión ambiental para controlar esta área

alcanza los $466’000.000.

En el área de bronce las condiciones físicas de la fuente de emisión hacen

necesario el uso de campana movible, que cubra 2 necesidades en el proceso

en tiempos diferentes. La emisión que puede alcanzar hasta 30Kg de

contaminantes por colada, se compone químicamente de óxidos de zinc, cobre

y plomo, lo cual refuerza la necesidad imperativa de captar estos elementos,

sacarlos del lugar de trabajo y controlarlos para que no perjudiquen zonas

aledañas. El sistema propuesto contempla un intercambiador de calor para

reducir la temperatura de 800 oC a 80 oC, para poder utilizar como depurador

un colector de polvo. Las áreas de fusión comparten una torre de enfriamiento

para recircular el agua utilizada en los intercambiadores de calor. Los costos

por implementación son de $327’500.000.

La implementación de los cuatros sistemas tiene un costo de $1.035’000.000.

La operación de los sistemas propuestos es sencilla, sin embargo requiere

especial cuidado para las áreas de fundición donde los sistemas de captación

son móviles. El programa de mantenimiento debe estar enfocado a disminuir el

agotamiento de las partes y mantener el valor del sistema.

SICOLSA debe tomar medidas con respecto al control de sus emisiones

atmosféricas y aprovechar que no a sido llamada por la autoridad ambiental, de

tal forma que pueda acceder a los incentivos tributarios, y no asumir multas y

sanciones.

El diseño de un sistema de captación debe buscar el mayor encerramiento

posible de la fuente y las menores alturas de trabajo, para reducir el gasto

energético que es proporcional al caudal movilizado.

El método sistemático de presión de velocidad es una forma sencilla de diseñar

los sistemas de transporte, y depende del conocimiento de las características

físicas de la emisión la apropiada selección de la velocidad de transporte, la

cual asegura el éxito de que los contaminantes no se depositen al interior de

los ductos, y que el gasto energético por perdidas de presión sean el menor

posible.

RECOMENDACIONES

Las posibilidades de recomercializacion de los polvos que pueden ser

recuperados por los sistemas de control de emisiones atmosféricas en las

áreas de arenas, granalladoras y hierro, deben ser estudiadas específicamente,

valorando las posibilidades reales desde los puntos de composición química,

cantidad de generada, espacio para el almacenamiento temporal, costos de

transporte etc, dando lugar a un proyecto que complemente la presente

propuesta técnica.

La reintroducción al proceso de los polvos recuperados en el área de bronce

requiere de estudios y ensayos que permitan encontrar las tasas a las cuales

estos óxidos pueden incorporarse como materias primas, de tal manera que la

calidad del producto no se vea afectada.

Este tipo de inversiones ambientales generalmente se realizan por etapas, para

llevar esta propuesta a un sistema tangible debe inicialmente existir un

asesoramiento legal, fiscal y técnico para determinar los tiempos en los cuales

se deben realizar las inversiones, y así obtener los mas altos incentivos

tributarios a que haya lugar, de tal manera que estos tiempos a su vez se

sujeten a condiciones de trabajo e ingeniería reales al desarrollar el proyecto.

Luego de realizar la implementación de sistemas de control de emisiones

atmosféricas se debe realizar un monitoreo, que muestre la eficiencia de los

sistemas y/o el cumplimiento de la normatividad referente a emisiones

atmosféricas.

BIBLIOGRAFIA