CHIMENEAS EJEMPLOS TEMA:

CURSO: ANALISIS YCONTROL DE CONTAMINACION

ATMOSFERICA

SMITH, ROBERT y SMITH, THOMAS.

Ecologa. Pearson Educacin S.A.

Madrid, Espaa. (2001)

ING. SALVADOR ORTEGA SILVA

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL

9. DISEO DE CHIMENEA Y PLUMA

ATMOSFERA, TIEMPO Y CLIMA

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Factores de Diseo de la

Campana

Cuando se disea una campana,

varios factores deben de

considerarse:

Forma de la campana

Razn de flujo volumtrico

Velocidad de captura

Friccin

La forma de la campana est

determinada por la naturaleza de

la fuente siendo controlada.

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Factores de Diseo de la Campana

* Esto incluye factores tales como la temperatura y

la composicin de las emisiones, as como las

dimensiones y la configuracin de la corriente

de la emisin.

* Tambin son importantes tales factores ambientales

como la velocidad y temperatura de las corrientes de

aire en la vecindad.

La forma de la campana determina parcialmente la razn de flujo

Volumtrico necesario para capturar la emisin. El aire es aspirado hacia

ella de todas direcciones.

El volumen de aire aspirado a travs de la esfera sera el producto del

rea superficial de la esfera y la velocidad de captura de la campana, uc:

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Factores de Diseo de la Campana

1. Se aplica a conductos cuyo dimetro es pequeo en relacin al radio

dela esfera. uc = la velocidad de captura de la campana

2. Si el dimetro del conducto es ms grande, el rea de captura tendr

que ser reducida por el rea de la seccin transversal del conducto (Dd),

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Factores de Diseo de la Campana

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

EJEMPLO: Diseo de la Campana

Una campana de toldo circular est siendo utilizada para captura

emisiones de un tanque de electrodeposicin de cromo. La cara de la

campana est 6 pies arriba del tanque, un recipiente circular de 8 pies de

dimetro. La velocidad de salida del gas: para este ejemplo es de 200

ft/min. Suponiendo que los alrededores del tanque estn a condiciones

estndar, calcule:

A. Ecuacion de Diseo en funcion de la tabla 1.1.

B. Flujo volumtrico requerida aspirada hacia dentro de la campana??

C = AREA DE LA CARA DE LA CAMPANA

D. Velocidad de captura del gas a la campana??

E = Estimar el costo de la campana.

Solucin: Obtenga la ecuacin de la

campana de toldo de la Tabla 1.1:

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

EJEMPLO: Diseo de la Campana

Solucin A: Obtenga la ecuacin de la campana de toldo de la Tabla 1.1:

Permetro de la circunferencia= Pi x Dimetro

P = Pi x 8 pies = 25.13 pies.

Q = 1.4 x 25.13 ft x 6 ft x ( 200 ft/min) = 42218.4 ft3/min

Continua en pizarra.

9.3. COSTOS DE LA CAMPANA

El costo de la campana esta dado para los siguientes tipos de campanas:

Toldocircular

Toldorectangular

Tiro lateral

Tiro posterior (ranurada)

9.3. COSTOS DE LA CAMPANA

Los costos de las campanas se correlacionan bien con el rea de

entrada o de cara de la campana (Af, ft2). Adems, la forma funcional

que mejor ajusta la correlacin (ecuacin) costo-rea de cara es la

funcin potencia, o:

Ejemplo: Cual sera el costo de la campana de toldo para el tanque de

electrodeposicin del tamao diseado para el ejemplo anterior. Suponga que la

campana es fabricada de FRP.

Solucin: Recuerde que el rea de cara (Af = calculada para la campana fue de

98.5 ft2. Debido a que sta es una campana de toldo circular, los parmetros de

la ecuacin de la Tabla 1.8 son:

a= 128 y b = 0.577. (Note que esta rea de campana cae dentro del rango de la

ecuacin de 2 a 200 ft2 .) Sustituyendo estos parmetros en la Ecuacin

obtenemos: Ch= 128 x ( 98.5) 0.577 = $ 1809.15

9.3. COSTOS DEL SISTEMA DE CONDUCTOS:

Entre ellos tenemos, los precios cubren las siguientes piezas de equipo:

Circular:

Hoja de acero (carbn, galvanizada, con y sin aislante; inoxidable 304)1-46

Placa de acero (carbn, cubierta; inoxidable 304)

Plstico (FRP; PVC)

Cuadrado Acero (carbn, aluminizado; con y sin aislante) - Codos (90o):

Acero (carbn, galvanizado, con y sin aislante; inoxidable 304)

Plstico (FRP; PVC)

Compuertas: Mariposa

Acero (carbn, galvanizado, con y sin aislante)

Plstico (FRP; PVC, con y sin actuadores)

Persianas

Acero (carbn, aluminizado, con y sin actuadores)

De guillotina

Acero (carbn)

PVC

9.3. COSTOS DEL SISTEMA DE CONDUCTOS:

La Ecuacin representa la funcin potencia, mientras que las otras formas son:

Los parmetros de

regresin se enlistan

en las Tablas de la

1.9 a la 1.11, junto

con la aplicabilidad

de los rangos de

tamao para las

correlaciones

respectivas Los

siguientes prrafos

contienen informacin

adicional acerca de

datos de precio y

correlaciones:

9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas

El diseo de chimeneas implica un nmero de parmetros de la

corriente, estructural, especficos y Estos incluyen:

Variables del gas residual: razn de flujo volumtrico de entrada,

temperatura y composicin;

Datos especficos del sitio: altura sobre el nivel del mar, fluctuaciones

de temperatura ambiente, datos topogrficos y ssmicos, registros

meteorolgicos y elevaciones y distribucin del edificio;

Parmetros estructurales: espesor de la pared de la chimenea y del

forro, localizacin de la breaching opening (abertura de penetracin),

tipo de soportes, capacidad de carga de los cimientos, mdulos de

resistencia y frecuencia de la vibracin natural.

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Procedimiento de Diseo del Sistema de Conductos.

El diseo del sistema de conductos puede ser una tarea extremadamente

compleja.

Determinar el nmero, colocacin y dimensiones de los componentes del

sistema de conductos conductos rectos, codos, Tes, compuertas, etc.

puede ser tediosa y consumir tiempo. Sin embargo, para propsitos de

realizar estimaciones de costo a nivel estudio del sistema de control,

tales procedimientos de diseo involucrados no son necesarios.

En su lugar, se puede concebir un mtodo ms simple de diseo del

tamao del sistema de conductos.

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Procedimiento de Diseo del Sistema de Conductos.

Hay dos mtodos comnmente utilizados para disear el tamao y

establecer el precio del sistema de conductos.

En el primero, el peso total del conducto es computado del nmero y

dimensiones de los componentes varios. Este peso es multiplicado por un

solo precio (en $/lb) para obtener el costo del equipo del sistema de

conductos. Para determinar el peso del sistema de conductos, uno

necesita conocer el dimetro, longitud y espesor de pared de cada

componente en el sistema.

El segundo se disea el tamao y se establece precio de los

componentes del sistema de conductos individualmente. El precio del

conducto recto se obtiene tpicamente como una funcin de la longitud,

dimetro y espesor de pared, as como, por supuesto, del material de

construccin. El precio de los codos, tes y otros accesorios se establece

de acuerdo a todos estos factores, excepto la longitud. Debido a que

proporciona ms detalles y precisin, el segundo mtodo ser utilizado

en esta seccin.

9.2. DISEO DE CAMPANAS EXTRACTORAS

Parmetros de Diseo del Sistema de Conductos.

Longitud: depende de factores como la distancia de la fuente al

dispositivo de control. Puede variar desde 20 a 2,000 pies o ms. Es

mejor dar el costo del conducto recto en base a $/ft .

Dimetro: se prefiere la forma circular a la rectangular, ovalada u otras

formas de conducto. Por lo tanto:

donde

Ad = rea de seccin transversal del conducto (ft2)

Dd = dimetro del conducto (ft)

El rea de seccin transversal del conducto es el

cociente de la razn de flujo volumtrico (Q) y de la

velocidad de transporte en el conducto (ut):

9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas

Dimetro: de Ec. 1 y 2:

Como Q es usualmente conocida, la variable clave es la velocidad de

transporte en el conducto.

Esta variable debe escogerse cuidadosamente. Si la ut (velocidad de la

partcula o gas) seleccionada es muy baja, el conducto estar sobre

dimensionado y, ms importante, la velocidad no ser suficientemente

alta para conducir la materia particulada en la corriente de gas residual

al dispositivo de control.

9 Procedimientos de Diseo de Chimeneas

Dimetro:

.

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas

Las prdidas de energa en los sistemas de ventilacin debido a la

friccin, son calculados tradicionalmente como fracciones de la presin

de velocidad VP.

Tcnicamente, las ecuaciones se aplican para regiones en el sistema

de ventilacin donde no hay cambios en la presin de velocidad.

Estas regiones incluiran conductos rectos, campanas y accesorios

tales como acoples y codos simples. Pero, con las Tes, yes y otros

accesorios de flujo dividido, la velocidady la presin de velocidadno son constantes entre la entrada y salida del accesorio.

La prdida por friccin correspondiente (Fb) es una funcin de ambas,

las VPs corriente arriba (entrada) y en el ramal, como lo indica la

siguiente ecuacin: Fb

.

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas

Donde:

VPu, VPb = presiones de velocidad corriente arriba y en el ramal,

respectivamente.

kb = coeficiente de prdida en el ramal

Sin embargo, los accesorios de flujo dividido no son generalmente

utilizados con sistemas de ventilacin de control de la contaminacin

simples, excepto en aquellos casos donde una te puede necesitarse,

digamos, para propsito de agregar aire de dilucin

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Por ejemplo, para estimar la prdida por friccin por 100 pies (Fd/

100 ft) a condiciones estndar para sistemas de conductos

galvanizados redondos, en espiral, teniendo 10 uniones por 100 pies,

utilice la siguiente ecuacin:

d = distancia del conducto a la fuente de control en pies.

= Velocidad de la cara de la campana pies/min.

Esta ecuacin proporciona la prdida por friccin total.

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Por ejemplo, para estimar la prdida por friccin por 100 pies (Fd/

100 ft) a condiciones estndar para sistemas de conductos

galvanizados redondos, en espiral, teniendo 10 uniones por 100 pies,

utilice la siguiente ecuacin:

d = distancia del conducto a la fuente de control en pies.

= Velocidad de la cara de la campana pies/min.

Esta ecuacin proporciona la prdida por friccin total.

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos polvos

ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de un

conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres codos

de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura de 1.50.

La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual contiene

polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones estndar.

Calcular la prdida por friccin Total en el sistema del conducto.

Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el

sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de

transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).

Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos de

polvos ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de

un conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres

codos de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura

de 1.50. La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual

contiene polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones

estndar. Calcular la prdida por friccin en el sistema del conducto.

Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el

sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de

transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).

Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):

Continua.pizarra

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Ejemplo: Un dispositivo de control en una fbrica de cosmticos polvos

ligeros y muy finos. Est conectado a una fuente por 250 pies de un

conducto redondo en espiral. El trazo del conducto incluye tres codos

de 90o y dos codos de 45o, cada uno con un radio de curvatura de 1.50.

La razn de flujo volumtrica (Q) del gas residual (el cual contiene

polvo facial atrapado), es de 15,000 ft3/min a condiciones estndar.

Calcular la prdida por friccin en el sistema del conducto.

Solucin: Debido a que el material que est siendo conducido en el

sistema del conducto (polvo facial), es ligero, una velocidad de

transporte (ut) apropiada en este caso es de 2,000 ft/min. ( Tabla 1.3).

Y en Ec. Para determinar el dimetro del conducto (Dd):

Continua.pizarra

9 Cada de Presin en el Sistema de Conductos

Diseo de Chimeneas Ejemplo: El gas residual de un incinerador trmico tiene una razn de

flujo de salida y una temperatura de 21,700 ft3/min reales y 550oF,

respectivamente.

La velocidad mxima del viento en la ciudad es de 42 millas/hr,

mientras que las temperaturas de salida de la chimenea y la

ambiental son 450oF y 70oF, a su vez. La presin baromtrica es 1 atm.

(29.92 in. Hg). El incinerador est cerca de un edificio de ladrillo de 35-

ft de alto, mientras que el ancho proyectadode un edifico adyacente es 40 ft. Para que la chimenea disperse el gas del incinerador, calcule:

(1)la velocidad de salida,

(2) el dimetro,

(3) la altura, y

(4) el tiro, requeridos.

Solucin:

8.3 DISEO DE CHIMENEA Y PLUMA

Dos ejemplos de flujo descendente