Por Nathan Hildebrand, Ingeniero en Aplicaciones de Donaldson Torit
En numerosas circunstancias, "lo barato cuesta caro". Este dicho es particularmente válido para los diseños de extractor de colectores de polvo. Los cambios pequeños en los diseños del extractor a menudo generan muy buenos resultados, especialmente en cuanto a rendimiento y costo total de operación.
Los gerentes con experiencia saben que su mayor activo es el personal, de manera que no debe sorprender que la comodidad de los trabajadores sea una prioridad primordial para las empresas exitosas. El documento ACGIH - Industrial Ventilation, A Manual of Recommended Practice for Design (ACGIH: ventilación industrial, un manual de prácticas de diseño recomendadas) ya está en su vigésima octava edición y muchas personas lo consideran el estándar que debe regir el diseño de soluciones de colección de polvo. Este incluye mejores prácticas de higiene industrial y medidas de mejoramiento del área de respiración de operadores y otro personal en las instalaciones. Este manual ofrece orientación en las opciones de extracción y presenta una estrategia de opciones buenas, mejores y óptimas para numerosas configuraciones de extractor.
Cuando comenzamos a diseñar un extractor, es conveniente considerar también la importancia de las inquietudes que transcienden al mejoramiento de la calidad del aire en el espacio de trabajo. La naturaleza combustible probable de los polvos o su posible toxicidad pueden influir en el diseño del extractor y del sistema. Su instalación puede estar en un grave riesgo si no cumple ciertos estándares de limpieza. Más allá del impacto en las condiciones laborales de los trabajadores, puede recibir multas cuantiosas si se descubre que su instalación incumple algún requisito.
Además de la calidad del aire en el lugar de trabajo, los gerentes a menudo deben equilibrar dos consideraciones importantes para cualquier empresa: la calidad del producto o del trabajo y el costo operativo. En ocasiones, los ahorros no son evidentes, como el potencial de un diseño mejorado del extractor, para reducir los costos de capital en equipos como los ventiladores. Como el diseño de extractor puede ser una consideración crítica, analicemos algunas opciones distintas.
Diseños comunes de extractor
Si no puede contener su proceso, es probable que necesite un extractor externo ubicado cerca de la operación para controlar los polvos que genera la misma. Los cinco tipos básicos de extractor externo se muestran por orden de eficacia creciente, pero también por su costo creciente de fabricación. Sin embargo, los costos iniciales de fabricación de extractores se pueden ver rápidamente compensados si compara condiciones relacionadas, como por ejemplo:
- Mejoras en la limpieza de la planta y reducción de tiempos muertos durante la fabricación de su producto,
- Ahorros potenciales en ductos, colectores y ventiladores más pequeños y,
- Como sus requisitos de energía y volumen de aire son menores, puede observar una potencia menor del ventilador, lo que se traduce en reducciones de los costos de electricidad relacionados.
1. El extractor de bordes sin rematar constituye la más común y menos costosa de todas las configuraciones de extractor. Consiste solamente en un ducto abierto que termina cerca del punto de generación de polvo. El diseño de extractor no puede ser más sencillo que este enfoque.
Aunque son muy fáciles de producir, los extractores de bordes sin rematar ofrecen el rendimiento más deficiente en recolección de contaminantes en el punto de generación. Esta configuración de extractor extrae el aire no solo del frente de la abertura del ducto sino que, lamentablemente, también de la parte de atrás de la abertura del extractor, lo que incide en su ineficiencia. Además, esta configuración genera un alto nivel de turbulencia que puede contribuir a pérdidas mayores de energía y a la posible necesidad de un ventilador más grande. Esta opción de configuración de extractor es menos que óptima, desde una perspectiva de costo total de operación.
2. El extractor con brida es relativamente simple, su costo de fabricación es bajo y mejora el diseño de bordes sin rematar con la adición de una brida. El extractor con brida ofrece un mejor rendimiento porque el aire/energía utilizados para colectar el polvo se limitan a la zona frente al ducto abierto.
La adición de una brida a un diseño de extractor concentra el rendimiento del extractor y reduce el volumen de aire necesario para mantener la limpieza de la instalación. Además, mejora la calidad del aire en el entorno de trabajo de sus empleados. Las bridas no necesitan ser redondas si las cuadradas o, incluso, las triangulares, funcionan mejor en un caso dado, siempre y cuando la forma concentre la entrada de aire al extractor desde el frente. Cuando hablamos de bridas, siempre es mejor algo que nada. Los extractores con brida igual pueden generar turbulencia excesiva, de manera que analicemos las mejoras de diseño para averiguar si podemos reducir esa incidencia.
3. Un extractor ahusado ofrece nuestra siguiente mejora en el rendimiento de extractores. Piense en un ducto redondo con brida rectangular. Si plegamos los bordes de la brida hacia delante y los conectamos a sus costados, podemos crear un embudo ahusado que igual dirige aire al ducto. Este embudo ahusado facilita el transporte de aire hacia el extractor de manera más gradual que una entrada en bruto o con brida, lo que reduce la turbulencia creada mientras el aire ingresa al ducto en la parte trasera del extractor. Esta transición más gradual permite ahorrar energía y reduce el costo operativo del ventilador, ofreciendo así ahorros de largo plazo a cambio de un leve aumento en los costos de fabricación del extractor. La reintroducción de una brida en la parte frontal del extractor una vez más concentra la eficacia del extractor y reduce el volumen total de aire. Además, genera las mismas oportunidades de ahorro de capital para equipos gracias a la necesidad de ductos y colectores más pequeños, así como potencia reducida del ventilador.
4. Un extractor cónico refleja la transición desde una abertura de extractor redonda en lugar de rectangular. Además, lleva más allá su diseño de extractor para brindar un mejor rendimiento. Este enfoque optimiza el rendimiento del extractor gracias a que reduce aún más la turbulencia generada mientras el aire ingresa al ducto en la parte de atrás del extractor. Además, reduce la energía necesaria y ahorra potencia del ventilador. Nuevamente, la adición de una brida a la parte frontal del extractor reduce el volumen de aire necesario para controlar el polvo y ofrece los ahorros antes mencionados en términos de costos de capital, como los de ductos, colectores o potencia del ventilador. Como puede darse cuenta, la mayoría de ellas son de fabricación simple de lámina metálica y las puede agregar a cualquier ducto abierto.
5. El extractor de borde ensanchado ofrece lo que tal vez es la máxima expresión de rendimiento de un extractor externo. Este combina los beneficios de los extractores con brida con una transición muy fluida desde la brida hasta la entrada del ducto. Esta transición fluida minimiza la turbulencia mientras el aire ingresa al ducto. Este diseño ofrece el rendimiento de reducción de flujo de aire de una brida y la baja turbulencia del perfil de entrada del recipiente hilado y es el diseño de extractor externo más eficaz del mercado. Evidentemente, este rendimiento mayor no es posible sin un cierto nivel de inversión. Como la entrada de este extractor generalmente implica un cono hilado para producir la fabricación de entrada fluida, los costos son más altos.
Otros factores que debe considerar: Posición del extractor
Hemos analizado las distintas configuraciones y formas de extractor, pero no debemos pasar por alto otra interrogante fundamental: ¿Dónde se debe colocar el extractor en relación con la fuente que genera el polvo? Usted puede haber elegido el extractor más costoso y de mayor rendimiento, pero, si no lo coloca en la posición correcta, recolectará mucho aire y muy poco polvo.
La posición del extractor cerca del punto de generación de polvo forma parte de la descripción para recolección de la fuente. Para que el sistema ofrezca una gestión eficaz del polvo, el extractor debe estar lo más cerca posible del punto de generación de polvo. Esta realidad puede ayudar a explicar por qué la cercanía es tan importante. Piense en las siguientes situaciones:
Ejemplo 1:
Un extractor de bordes sin rematar de 4 pulgadas de diámetro se coloca a 30 centímetros de la fuente de polvo y debe generar una velocidad de captura de 30 mts/min en la posición de generación de polvo para controlar el polvo. Para estimar el volumen de aire necesario para generar esa velocidad, utilizamos la ecuación del Manual de ventilación industrial. Q=(10X² + A) V
- La distancia desde la fuente (x) es de 30 centímetros,
- El área transversal del ducto (A) es de 0,01 metro cuadrado para un ducto de 4 pulgadas, y
- El flujo de aire total necesario es (Q) = [10(1 pie)² + (0.087 pie²]100 pie/min. = 1,009 pies cúbicos por minuto.
Ejemplo 2:
El extractor de bordes sin rematar de 4 pulgadas de diámetro ahora se coloca a 15 centímetros de la fuente de polvo y debe generar una velocidad de captura de 30 mts/min en la posición de generación de polvo para controlar el polvo. Para estimar el volumen de aire necesario, utilizamos nuevamente la ecuación del Manual de ventilación industrial. Q=(10X² + A) V
- La distancia desde la fuente (x) es de 15 centímetros,
- El área transversal del ducto (A) sigue siendo de 0.01 metro cuadrado, y
- El flujo de aire total necesario es (Q) = [10(0.5 pie)² + (0.087 pie²]100 pie/min. = 259 pies cúbicos por minuto.
Como puede observar, un cambio en la distancia (x) tiene un efecto considerable en el flujo de aire total necesario. En este caso, al igual que en muchos otros, el volumen de aire necesario se reduce por un factor de cuatro cuando la distancia disminuye a la mitad. Este es un cambio muy notable. Considere lo que 15 centímetros de ducto adicional pueden costar en comparación con un colector o ventilador que es cuatro veces más grande de lo necesario. Y no olvide que puede extender ductos más pequeños porque se necesita menos aire, lo que da lugar a ahorros de costos adicionales.
Ahora, concentrémonos en un elemento de diseño fundamental: el costo total de propiedad. Esperamos que ahora entienda cómo un mejor diseño de extractor puede ayudar a reducir los costos operativos disminuyendo el volumen de aire total necesario para gestionar el polvo. Esto significa que puede considerar ductos, colectores y ventiladores más pequeños. De esta manera, ha ahorrado dinero en tres elementos de capital importantes.
Ahora, considere los costos de funcionamiento del ventilador y el colector. Con menos turbulencia y volúmenes de aire total más bajos, puede notar reducciones en la potencia necesaria para el funcionamiento del sistema. Además, si el escape de aire de su instalación es menor, existe una demanda más baja de aire de compensación, lo que reduce la carga sobre su sistema de HVAC. Y, ¿qué vida útil tienen esos productos? ¿Diez años? ¿Veinte años? ¿Cómo afectará eso sus costos anuales de electricidad y aire comprimido? De esta manera, puede darse cuenta de cómo algunos cambios pequeños en componentes simples del sistema pueden generar resultados importantes en su costo de propiedad.
Desde un mejoramiento de la instalación y las condiciones del espacio de trabajo de los empleados hasta el costo de propiedad de los equipos, las mejores prácticas en el diseño de extractores deben ser una consideración fundamental en su diseño. Los cambios pequeños pueden generar grandes resultados y, con frecuencia, eso es exactamente lo que necesita.
