Extracció localitzada

  • Emilio Castejón Vilella

    Enginyer industrial, enginyer químic a l’IGC i llicenciat en Farmàcia. Va treballar com a higienista industrial des del 1972 fins al 1984 al Centre Nacional de Condicions de Treball (INSHT), on va ocupar el càrrec de director des del 1984 fins al 2002; des del gener del 2008 és coordinador d’Ediciones y Publicaciones del INSHT. És autor de 85 publicacions sobre prevenció de riscos laborals.

PID_00186757
Els textos i imatges publicats en aquesta obra estan subjectes –llevat que s'indiqui el contrari– a una llicència de Reconeixement-NoComercial-SenseObraDerivada (BY-NC-ND) v.3.0 Espanya de Creative Commons. Podeu copiar-los, distribuir-los i transmetre'ls públicament sempre que en citeu l'autor i la font (FUOC. Fundació per a la Universitat Oberta de Catalunya), no en feu un ús comercial i no en feu obra derivada. La llicència completa es pot consultar a http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/legalcode.ca

Introducció

En moltes situacions laborals s’utilitzen substàncies químiques de tal manera que és possible que contaminin el medi ambient de treball i donin lloc a danys a la salut de les persones que hi treballen. Encara que tradicionalment aquest tipus de problemes s’han considerat propis de les indústries o les mines, avui dia és possible trobar-los en un ampli ventall de sectors, des de la construcció fins als hospitals, passant òbviament per la majoria d’activitats industrials.
Quan es donen aquestes circumstàncies, el Reial decret 374/2001 sobre la protecció de la salut i seguretat dels treballadors contra els riscos relacionats amb els agents químics durant la feina fa obligatori que, en casos determinats, es facin servir mesures específiques de prevenció i protecció, la primera de les quals ha de ser la substitució de l’agent químic perillós per un altre que no sigui perillós o que ho sigui en un grau inferior.

Quan això no és possible, una de les mesures previstes en l’article 5 d’aquest Reial decret és l’aplicació de:

“Mesures de ventilació o altres mesures de protecció col·lectiva, aplicades preferentment en l’origen del risc.”

Article 5 del Reial decret 374/2001

La manera més eficient d’eliminar un contaminant de l’ambient mitjançant ventilació és captar-lo en la proximitat immediata del focus contaminant que l’allibera recorrent a l’anomenada extracció localitzada, com es fa, per exemple, mitjançant les campanes utilitzades a les cuines domèstiques o professionals; d’aquesta manera, s’aconsegueix no sols eliminar gairebé íntegrament la dispersió del contaminant a l’ambient (eficàcia elevada), sinó també aconseguir-ho amb un consum d’aire (i per tant d’energia) relativament petit (eficiència elevada).
Quan no és possible impedir que el contaminant quedi confinat a la proximitat immediata del focus i s’arriba a distribuir per tot o gran part del local, no queda un altre remei que recórrer a la ventilació general, que consisteix a renovar la totalitat de l’aire del local substituint-lo per aire net; la ventilació general és menys eficaç i eficient que l’extracció localitzada, per la qual cosa sempre que sigui possible s’haurà de recórrer preferentment a aquesta última.
La ventilació general, molt sovint, es revela insuficient per a controlar per si sola la contaminació a nivells prou baixos, per la qual cosa la forma més corrent de ventilació quan es volen controlar les exposicions a agents químics perillosos és l’extracció localitzada, a la qual dedicarem aquest mòdul. Això sense perjudici que la ventilació general ha d’existir en qualsevol local de treball, tant si hi ha agents químics perillosos com si no.
Un aspecte important que cal considerar és que la normativa de protecció del medi ambient exigeix en molts casos que l’aire contaminat extret sigui depurat abans de ser abocat a l’atmosfera. Aquest aspecte, no obstant això, no està directament relacionat amb la funció de protecció de la salut dels treballadors, sinó que és bàsicament un problema mediambiental. Per això, per tal de ser breus, tampoc no ho estudiarem en aquest mòdul.
Assenyalarem finalment que, com que els locals de treball no són gairebé mai estancs, l’aire extret serà immediatament substituït per un altre aire procedent de l’exterior o d’altres locals confrontants. Tota extracció d’aire d’un local comporta, doncs, una introducció d’aire cap al mateix local; si en dissenyar el sistema d’extracció no es dissenya també un sistema d’impulsió, aquesta es farà de manera descontrolada, la qual cosa pot generar múltiples problemes: des de corrents d’aire indesitjats i un rendiment baix dels ventiladors, fins a un mal funcionament del sistema d’extracció. Per això, la implantació d’un sistema d’extracció ha de comportar sempre prendre en consideració les necessitats d’impulsió que es generen per a substituir l’aire extret.

Objectius

Amb l’estudi d’aquest mòdul assolireu els objectius següents:

  1. Conèixer els principis físics dels sistemes d’extracció localitzada i ser capaços d’aplicar-los.

  2. Ser capaços de dissenyar sistemes d’extracció localitzada de complexitat mitjana.

  3. Ser capaços de verificar si un sistema d’extracció localitzada funciona dins de les seves especificacions mitjançant la presa de les mesures adequades.

  4. Saber gestionar el manteniment d’un sistema d’extracció localitzada.

1.Principis generals de ventilació

1.1.Principis bàsics

L’aire és un gas que, en les condicions usuals en les aplicacions de ventilació, compleix la llei dels gasos perfectes i per tant és:
d   =   k P T 3.1
en què k és una constant, d és la densitat, P la pressió i T la temperatura absoluta (kelvin = °C + 273). A pressió i temperatura constants, la densitat de l’aire és, doncs, constant.
Quan l’aire circula per una conducció, el flux per aquesta és governat per dos principis: el de conservació de la massa i el de conservació de l’energia.
El principi de conservació de la massa entre dues seccions 1 i 2 d’un conducte pel qual circula aire d’1 cap a 2 (sense aportacions ni sortides d'aire) implica que es compleix:
d 1 · S 1 · v 1 = d 2 · S 2 · v 2 3.2
en què d és la densitat (kg/m3), S la secció del conducte (m2) i v la velocitat mitjana (m/s) en els punts 1 i 2, respectivament. Observeu que l’expressió 3.2 significa que la massa per unitat de temps que passa per la secció 1 és la mateixa que passa per la secció 2, com és fàcil de veure si s’observa que el producte de kg/m3, m2 i m/s té unes dimensions de kg/s, és a dir, massa per unitat de temps.
En els sistemes de ventilació habituals les variacions de pressió i temperatura entre dos punts qualssevol són petites, per la qual cosa és acceptable admetre que la densitat de l’aire és invariable.
Segons l’expressió 3.2 això implica que:
S 1 · v 1 = S 2 · v 2 = Q 3.3
El producte S · v (m2 · m/s = m3/s) representa el cabal volumètric (que se sol representar per Q) i l’expressió 3.3 ens indica que és constant: el cabal que passa per qualsevol secció d’un conducte és constant (sempre que no hi hagi aportació o sortida d’aire).
El principi de conservació de l’energia s’expressa mitjançant la coneguda com a equació o principi de Bernouilli, que en la seva forma més simple s’expressa:
P 1 + d 1 ⋅ v 1 2 2 + d 1 ⋅ g ⋅ h 1 = P 2 + d 2 ⋅ v 2 2 2 + d 2 ⋅ g ⋅ h 2
en què P és la pressió, d la densitat de l’aire, v la seva velocitat, h l’altura de la secció respecte a una referència arbitrària i g l’acceleració de la gravetat (9,81 m/s2). Els tres termes de cada membre de l’expressió 3.3 tenen dimensions de pressió, i atès que la pressió en un gas és una mesura del seu contingut energètic, cadascun d’aquests termes representa un component de l’energia de l’aire.
L’expressió 3.3 significa que l’aire que circula per una canonada té energia per tres conceptes:
1) en primer lloc (terme P), perquè està comprimit a una certa pressió que normalment és diferent de l’atmosfèrica;
2) en segon lloc (terme d · v2/2, que se sol denominar pressió dinàmica, ja que dimensionalment és una pressió), perquè es mou, i
3) en tercer lloc (terme d · g · h), perquè es troba a una certa altura i, com qualsevol altre objecte, si el deixéssim caure alliberaria l’energia gravitatòria que té acumulada.
L’equació de Bernouilli indica que el contingut total d’energia de l’aire no varia entre dos punts qualssevol d’un conducte, la qual cosa no implica que no variïn alguns dels tres sumands, però mantenint-ne constant la suma.
En aplicacions de ventilació, en lloc del valor de la pressió absoluta (P) se sol fer servir el de la pressió relativa a l’exterior, és a dir, la diferència entre la pressió absoluta en un punt del conducte i la que hi ha a l’exterior del conducte. Aquesta diferència sol rebre el nom de pressió estàtica (PE); per tant, en un punt qualsevol A és:
P E A = P A – P E x t e r i o r   e n   A 3.4
Observeu que si bé la pressió no pot ser negativa, la pressió estàtica sí que ho pot ser, ja que és possible, i de fet ocorre amb freqüència, que la pressió dins d’un conducte sigui inferior a l’atmosfèrica. D’això es dedueix que a l’exterior del conducte la pressió estàtica és nul·la per definició. Si l’aire exterior gairebé no es mou, com és habitual, la seva pressió dinàmica també serà nul·la.
Es pot demostrar fàcilment que representant per PD la pressió dinàmica i fent servir el concepte de pressió estàtica, l’equació de Bernouilli 3.3 es pot escriure:
P E 1 + P D 1 = P E 2 + P D 2 3.5
La suma de la pressió dinàmica i l’estàtica se sol anomenar pressió total i es representa per PT:
P T = P E + P D 3.6
Atès que la pressió dinàmica no pot ser negativa però l’estàtica sí que ho pot ser, es dedueix que la pressió total dins del conducte pot ser negativa. A l’exterior, en canvi, la pressió total sempre serà nul·la, ja que ho són la pressió estàtica i, normalment, la dinàmica.
La pressió total representa el contingut energètic total de l’aire que circula per la conducció amb relació al de l’aire exterior. Com que en certs punts de la conducció l’aire pot tenir menys energia que l’aire exterior, s’explica que la seva pressió total pugui ser negativa.
En condicions reals, l’equació de Bernouilli no es compleix perquè el fregament de l’aire amb les parets de la canonada fa que part de l’energia es dissipi en forma de calor. L’energia dissipada d’aquesta manera es denomina pèrdua de càrrega (PC); en condicions reals tindrem, doncs:
P E 1 + P D 1 = P E 2 + P D 2 + P C 3.7
que indica que l’energia que tenia l’aire en el punt 1 s’ha repartit entre la que té en el punt 2 i la pèrdua de càrrega.
L’expressió 3.7 es pot escriure:
PT1 = PT2 + PC
que indica que la pressió total, que com hem dit és una mesura de l’energia que té l’aire, es va “consumint” al llarg del recorregut de l’aire en forma de pèrdua de càrrega. Per això, la pressió total va descendint al llarg de la canonada per la qual circula l’aire, tret que en algun punt s’hagi intercalat un ventilador. En aquest cas, si l’energia aportada pel ventilador fos W, tindríem:
P E 1 + P D 1 + W = P E 2 + P D 2 + P C 3.8
o bé:
P T 1 + W = P T 2 + P C 3.9
que és la forma del principi de Bernouilli que s’utilitza habitualment en els càlculs de ventilació.
Les pressions estàtica, dinàmica i total es poden mesurar directament mitjançant un simple manòmetre en U fent dues perforacions en el conducte, tal com es mostra en la figura 1, en la qual es duen a terme mesures immediatament abans i després d’un ventilador intercalat en una canonada.
Figura 1. Resultats de la mesura de les pressions estàtica, dinàmica i total en un conducte, abans i després d’un ventilador intercalat en el mateix conducte
Figura 1
Observeu que, com que la velocitat de l’aire en el conducte és de 4,47 m/s, la seva pressió dinàmica, calculada amb la fórmula que hem vist, val 12 Pa (1,2 · 4,472 / 2 = 11,99). D’altra banda, atès que la pressió total ha passat de –15 Pa abans del ventilador a +17 Pa després, això indica (expressió 3.9) que l’aportació energètica del ventilador ha estat de 15 + 17 = 32 Pa, ja que en un tram tan curt la pèrdua de càrrega és insignificant.
A més, com que la pressió dinàmica no s’ha modificat entre ambdós punts de mesura (ja que la velocitat és la mateixa), l’expressió 3.8 ens indica que la pressió estàtica s’ha d’incrementar en la mateixa mesura que ho fa la pressió total, és a dir, 32 Pa, tal com ens mostren els resultats de les mesures efectuades, ja que passa de –27 a +5 Pa.
De l’expressió 3.9 es dedueix que a mesura que l’aire avança al llarg d’un conducte, la pressió total PT2 ha d’anar disminuint, ja que PC va augmentant progressivament. Si el conducte és de secció constant, com que el cabal és constant també ho serà la velocitat, com ens indica l’expressió 3.3 i, per tant, també la pressió dinàmica. D’això es dedueix que la pressió estàtica també ha de disminuir progressivament. En la figura 2 es mostra l’evolució de la pressió estàtica, dinàmica i total al llarg d’un conducte de secció constant que té intercalat un ventilador. La seva observació pot contribuir a una comprensió millor dels conceptes de pressió estàtica, dinàmica i total i les relacions entre si.
Figura 2. Evolució de les pressions total, dinàmica i estàtica al llarg d’un conducte

1.2.Càlcul de la pèrdua de càrrega

En qualsevol instal·lació de ventilació el càlcul de la pèrdua de càrrega és un aspecte important, ja que el seu valor influeix directament en la selecció del ventilador necessari. Si la pèrdua de càrrega no està ben calculada, no se seleccionarà el ventilador adequat i la instal·lació no funcionarà correctament, no eliminarà la quantitat de contaminant que s’havia previst i la seva concentració ambiental serà excessiva, cosa que posarà en perill la salut de les persones que treballen.
En una conducció recta i de secció circular constant, la pèrdua de càrrega és determinada per l’expressió següent:
P C = 27,8 Q 0,079 ·   D 1,066 ⋅ P D ⋅ L 3.10
en què PC és la pèrdua de càrrega expressada en les mateixes unitats que la pressió dinàmica, PD, Q és el cabal en m3/s, D és el diàmetre de la conducció en mil·límetres i L la longitud de la conducció expressada en metres. L’expressió 3.3 és vàlida per a conductes ordinaris de xapa d’acer; per a materials diferents s’han de fer servir els coeficients de correcció adequats que usualment proporciona el fabricant del conducte.
En certs casos interessa calcular la pèrdua de càrrega unitària per unitat de longitud i de pressió dinàmica, amb la qual cosa la fórmula 3.10 es converteix en:
P C = 27,8 Q 0,079 ·   D 1,066 3.11
Exemple 1
Calcularem la pèrdua de càrrega en una conducció de secció circular de 0,2 metres de diàmetre i 40 metres de longitud per la qual circulen 0,2 m3/s d’aire.
El primer pas és calcular la velocitat de l’aire en el conducte, que segons l’expressió 3.3 val:
v = Q S 3.12
en què v és la velocitat en m/s, Q el cabal en m3/s i S la secció del conducte en m2.
Com que el conducte és circular, la seva secció val:
S = π 4   D 2 = 3 ,1416 4 0 ,2 2 = 0 ,0314 m 2 3.13
i la velocitat valdrà:
v = 0 ,2 0 ,0314 = 6 ,369 m/s 3.14
A continuació, calcularem la pressió dinàmica; tenint en compte que la densitat de l’aire és 20 °C i una atmosfera és 1,2 kg/m3, tindrem:
P D = d ⋅ v 2 2 = 1 ,2 ⋅ 6 ,369 2 2 = 23 ,34 Pa 3.15
Finalment, calculem la pèrdua de càrrega:
P C = 27 ,8 0 ,2 0 ,079 ⋅   200 1 ,066   ⋅ 24 ,34 ⋅ 40   = 27 ,8 0 ,881 ⋅ 283 ,7 ⋅ 23 ,34 ⋅ 40 = 108,3 Pa 3.16
Quan els conductes no són de secció circular, sinó rectangular, s’utilitza la mateixa fórmula 3.8 però en lloc del diàmetre D s’utilitza el valor del diàmetre equivalent, De, que és el diàmetre d’un conducte circular que, si hi circulés el mateix cabal que realment circula pel conducte rectangular, presentaria la mateixa pèrdua de càrrega. El diàmetre equivalent es calcula amb la fórmula de Huebscher:
D e = 1 ,3   ( a b ) 0 ,625 ( a + b ) 0 ,25 3.17
en què a i b són les longituds dels costats de la secció rectangular del conducte. Les unitats de De són les mateixes de a i b.
Les conduccions reals no es componen només de trams rectes, sinó que hi ha colzes, eixamplaments, estrenyiments, unions, etc. Aquests punts singulars de les conduccions també produeixen una pèrdua de càrrega, el càlcul de la qual és imprescindible per a conèixer la pèrdua de càrrega total. El valor de la pèrdua de càrrega dels punts singulars depèn de la seva geometria, i es calcula multiplicant el valor de la pressió dinàmica de l’aire en el punt singular per un coeficient obtingut experimentalment.
Exemple 3
Es tracta de calcular la pèrdua de càrrega a la instal·lació de la figura 4. Veiem que consta de tres campanes, cadascuna de les quals aspira 1.500 m3/h i està connectada a una conducció de diàmetre progressivament creixent. Les campanes són de boca quadrangular i els laterals tenen una inclinació de 60°. La pèrdua de càrrega es calcula element per element i després se sumen les pèrdues de càrrega corresponents a cadascun.
Figura 4. Instal·lació d’extracció localitzada
Campana A
Segons la figura 3.g el coeficient de pèrdua de càrrega n (també anomenat factor de fricció) per a una campana de boca quadrangular i de 60° d’inclinació val n = 0,18.
D’altra banda, la velocitat en el conducte, tenint en compte que la campana aspira 1.500 m3/h equivalents a 0,417 m3/s i que el seu diàmetre és de 0,3 m és:
v = 0 ,417 π ⋅ 0 ,3 2 4 = 5 ,9 m/s 3.19
Per tant, la pressió dinàmica en el conducte valdrà (recordem que la densitat de l’aire és 1,2 kg/m3):
P D = 1 ,2 ⋅ 5 ,9 2 2 = 20 ,9 Pa 3.20
I la pèrdua de càrrega a l’entrada de la campana valdrà:
PC = n · PD = 0,18 · 20,9 = 3,8 Pa
Tram recte BC
Utilitzant la fórmula 3.10:
P C = 27 ,8 Q 0 ,079 ⋅ D 1 ,066 ⋅ P D ⋅ L 3.21
tenint en compte que Q = 0,417 m3/s, D = 300 mm, PD = 20,9 Pa i que en la figura 4 s’indica que L = 2 m, la fórmula anterior dóna PC = 2,85 Pa. Per a facilitar els càlculs és convenient programar la fórmula (12) en un full de càlcul o en una calculadora programable.
Colze CD
Es tracta d’un colze circular continu el radi interior del qual és igual al diàmetre. La figura 3.a ens dóna per a aquest colze un coeficient n = 0,2.
La pèrdua de càrrega serà, per tant:
PC = 0,2 · PD = 0,2 · 20,9 = 4,18 Pa
Tram recte DE
És igual que el BC però de 5 metres de longitud. La fórmula 3.10 dóna PC = 7,11 Pa.
Eixamplament EF
Passem d’un diàmetre de 0,3 m a 0,4 m i suposant que l’angle de conicitat α és de 20°, la figura 3.d (amb D / D1 = 0,3 / 0,4 = 0,75) dóna n aproximadament igual a 0,25.
La pèrdua de càrrega valdrà, doncs:
PC = 0,25 · 20,9 = 5,23 Pa.
Observeu que la figura 3.d indica que la pressió dinàmica que cal prendre per al càlcul és la que correspon a la velocitat en el diàmetre inferior (D) de l’eixamplament.
Tram recte FG
És un tram de 5 m de longitud, diàmetre 0,4 m, pel qual passen 0,417 m3/s. La velocitat de l’aire, per a aquest cabal i diàmetre, serà de 3,31 m/s i la pressió dinàmica, 6,61 Pa. I la fórmula 3.10 dóna per a la pèrdua de càrrega 1,66 Pa.
Eixamplament GH
Aquí la relació de diàmetres és 0,4 / 0,5 = 0,8 i la figura 3.d, amb el mateix angle que abans, dóna n = 0,18, amb la qual cosa PC = 0,18 · 6,61 = 1,19 Pa.
Tram recte HJ
Aquí el diàmetre és de 0,5 m, la longitud de 10 m i el cabal de 0,417 m3/s, amb la qual cosa la velocitat és de 2,12 m/s, la pressió dinàmica de 2,71 Pa i la pèrdua de càrrega d’1,07 Pa.
Tram recte KL
És un tram amb els mateixos diàmetre i cabal que l’anterior, però de 3 m de longitud, per la qual cosa la pèrdua de càrrega serà la tercera part (3/10), és a dir, valdrà 0,32 Pa.
Pèrdua de càrrega total
Valdrà la suma de:
PCT = 3,8 + 2,85 + 4,18 + 7,11 + 5,23 + 1,66 + 1,19 + 1,07 + 0,32 = 27,41 Pa

1.3.Corba característica del sistema

Atès que, com hem vist, la pèrdua de càrrega és proporcional a la pressió dinàmica tant en trams rectes de canonada com en punts singulars, i la pressió dinàmica és proporcional al quadrat del cabal, es pot demostrar fàcilment que per a qualsevol sistema de ventilació constructivament definit, la pèrdua de càrrega total serà proporcional al quadrat del cabal que el travessa.
Ara bé, com que per a un cabal nul la pèrdua de càrrega és evidentment nul·la, la relació que lliga la pèrdua de càrrega global d’un sistema de ventilació i el cabal que el travessa serà del tipus:
P C = k   · Q 2 3.22
en què PC és la pèrdua de càrrega, Q el cabal i k una constant característica del sistema de què es tracti i que depèn de la seva geometria (longituds, diàmetres, nombre i tipus de colzes i unions, etc.).
La representació gràfica de l’expressió 3.22 és una paràbola que passa per l’origen i que es diu corba característica del sistema, ja que representa el seu comportament en termes de pèrdua de càrrega (és a dir, energia consumida) segons el cabal que el travessa.
Un sistema de ventilació només pot funcionar en algun dels punts de la seva corba característica.
Atesa la forma de l’expressió 3.22, per a calcular k i per tant poder dibuixar la corba característica del sistema n’hi ha prou de calcular el valor de PC per a un valor qualsevol (diferent de zero) del cabal.
Exemple 3 (continuació)
Així, si tornem a l’exemple anterior, hem obtingut que per a un cabal de 0,417 m3/s la pèrdua de càrrega era de 27,41 Pa. D’això es dedueix que per a aquest sistema, tal com està configurat, el valor de k valdrà:
k = 21 ,47 0 ,417 2 = 21 ,47 0 ,174 = 175 ,63 3.23
La corba característica del sistema té, doncs, l’equació següent:
PC = 157,63 · Q2
amb PC expressat en Pa i Q en m3/s. La seva representació gràfica es mostra en la figura 5.
Figura 5. Corba característica del sistema de l’exemple 3

1.4.Ventiladors

Moure aire a partir d’un sistema de ventilació exigeix aportar energia per a compensar l’energia consumida en forma de pèrdua de càrrega. Aquesta energia, en la majoria dels casos, s’aporta mitjançant ventiladors, màquines constituïdes essencialment per un rodet que impulsa l’aire i que, al seu torn, és mogut per un motor elèctric.
Un ventilador és una màquina dissenyada per a transferir energia a l’aire augmentant-ne la pressió i incrementant-ne el moviment. Es parla de ventiladors quan l’augment de pressió no supera aproximadament els 7.000 Pa; augments de pressió superiors s’aconsegueixen mitjançant els anomenats bufadors o mitjançant compressors.
Encara que els ventiladors es poden classificar atenent criteris molt diferents, el més habitual és classificar-los en tres grans grups segons les característiques essencials del flux de l’aire en el seu interior: axials, centrífugs i especials. Com a regla general, els ventiladors axials s’utilitzen quan es requereixen grans cabals amb poca pèrdua de càrrega, i els centrífugs per a cabals inferiors i pèrdues de càrrega elevades.
En els ventiladors axials l’aire entra al ventilador i en surt movent-se paral·lelament a l’eix de gir del rodet (figura 6); normalment aquest tipus de ventiladors no és capaç d’augmentar la pressió més de 250 Pa.
Sovint se’n millora la capacitat d’augmentar la pressió recorrent als anomenats ventiladors axials tubulars (figura 7), que poden arribar fins als 500 Pa. Si, a més, es col·loquen a l’interior aletes directrius (figura 8) l’augment de pressió assolit pot arribar als 2.000 Pa. L’aplicació bàsica dels ventiladors axials és la ventilació general, ja que s’hi requereixen cabals elevats amb augments de pressió petits o moderats.
Figura 7. Ventilador axial tubular
Figura 8. Ventilador axial amb aletes directrius
En els ventiladors centrífugs les trajectòries de l’aire a l’entrada i a la sortida formen un angle de 90°, la qual cosa permet rodets que donen lloc a augments de pressió molt més grans que en els ventiladors axials (figura 9).
Figura 9. Ventilador centrífug
Els ventiladors centrífugs es construeixen amb tres tipus bàsics de rodets. Els rodets dels ventiladors de pales corbades cap endavant tenen les pales corbades en el mateix sentit que la direcció de gir. S’utilitzen per a pressions entre baixes i mitjanes i són silenciosos, però no són apropiats quan l’aire que han de vehicular és polsegós, ja que la pols tendeix a adherir-se a les pales i provoca el desequilibri del rodet.
Els ventiladors centrífugs radials tenen el rodet disposat amb les pales en forma radial. Aquesta disposició de les pales impedeix que s’hi acumulin materials a sobre. És el disseny més apropiat per a les instal·lacions d’extracció localitzada.
Els ventiladors centrífugs de pales corbades cap enrere són els de més rendiment energètic, però en general el seu ús s’ha de limitar a aplicacions en les quals l’aire és net, com ocorre amb els de pales corbades cap endavant.
1.4.1.Corba característica d’un ventilador
Contràriament al que sovint s’imagina, un ventilador no és un artefacte que, una vegada en marxa, aspiri un cert cabal fix d’aire. A aquesta creença errònia contribueix, sens dubte, el fet que els fabricants de ventiladors hi col·loquin a sobre una placa de característiques en la qual normalment s’indica el cabal. Aquesta xifra representa el cabal màxim, que és el que el ventilador és capaç de donar quan s’engega sense tenir connectada cap canonada.
Quan un ventilador concret gira a una velocitat de rotació determinada, el cabal d’aire que vehicula i l’augment de pressió total que proporciona a aquest aire (que se sol denominar pressió total del ventilador, PTV) estan relacionats per una corba que es denomina corba característica del ventilador (figura 10).
Figura 10. Corba característica d’un ventilador, amb indicació del seu rendiment, h, i la potència consumida, W (CV), segons el cabal
Un ventilador solament pot funcionar en les condicions corresponents a algun dels punts de la seva corba característica.
La corba característica del ventilador és la informació bàsica que proporcionen els fabricants perquè els usuaris puguin seleccionar el ventilador més apropiat per a una aplicació determinada. Usualment, la informació bàsica sobre la relació pressió-cabal d’un ventilador es complementa amb dades sobre el seu rendiment i la potència consumida (figura 11).
Figura 11. Ventilador situat en l’extrem del conducte
Sovint els fabricants no donen la corba característica d’un ventilador referida a la seva pressió total, sinó a la pressió estàtica del ventilador (PEV), que es defineix com a:
P E V = P T V − P D s 3.24
en què PEV és la pressió estàtica del ventilador, PTV la seva pressió total i PDs la pressió dinàmica a la sortida del ventilador.
Si el ventilador és al final del sistema, com és habitual en els sistemes d’extracció localitzada (figura 12), la pressió dinàmica a la sortida del ventilador és una energia que es perd, en barrejar-se l’aire amb el de l’entorn: és una energia que ha estat efectivament aportada pel ventilador mitjançant la seva PTV, però que no és útil.
Figura 12. Punt de funcionament d’un ventilador
Per això, la pressió estàtica del ventilador representa l’energia útil aportada pel ventilador.
La potència aportada a l’aire per un ventilador, expressada en watts, val el producte del cabal d’aire expressat en m3/s per la pressió total del ventilador en pascals. En realitat, la potència consumida és bastant més gran, ja que el valor obtingut així s’ha de dividir pel rendiment del ventilador, que pot oscil·lar entre el 80% i el 40% segons el tipus i les condicions de funcionament, i pel rendiment del motor elèctric d’accionament. El rendiment d’un ventilador per a les diferents condicions de funcionament és una dada que subministra el fabricant.
Quan es modifiquen certes condicions de funcionament d’un ventilador, la seva corba característica es modifica. Així, si se n’altera la velocitat de rotació i es passa de rpm () 1 a rpm2, el seu cabal, Q, la pressió, P, i la potència consumida, W, es modifiquen de la manera següent:
Q 2 = Q 1 R P M 2 R P M 1 3.25
P 2 = P 1 R P M 2 2 R P M 1 2 3.26
W 2 = W 1 R P M 2 3 R P M 1 3 3.27
Les expressions 3.25, 3.26 i 3.27 permeten calcular la corba característica d’un ventilador a una velocitat determinada a partir de la seva corba a una altra velocitat.
Quan es modifica la densitat de l’aire (per exemple, per un canvi de temperatura), el cabal no s’altera (els ventiladors són màquines volumètriques), però sí que canvien la pressió i la potència consumida; si d2 i d1 són les densitats de l’aire abans i després del canvi, tindrem:
Q 2 = Q 1 3.28
P 2 = P 1 d 2 d 1 3.29
W 2 = W 1 d 2 d 1 3.30
1.4.2.Punt de funcionament d’un ventilador
Imaginem un sistema com el que es mostra en la figura 11, constituït per un sol conducte i un ventilador situat en un extrem. Quan engeguem el ventilador començarà a passar-hi un cert cabal d’aire i el ventilador aportarà una certa pressió total.
Apliquem-hi el teorema de Bernouilli entre un punt 1, situat a l’esquerra de la boca d’entrada de l’aire i allunyat de la boca, i el punt 2, situat justament a la sortida del ventilador.
Com que el punt 1 és a l’aire obert, la pressió serà igual a l’atmosfèrica i per tant la pressió estàtica (vegeu l’equació 3.4) serà nul·la: PE1 = 0.
D’altra banda, en el punt 1, allunyat de la boca d’entrada, la velocitat de l’aire serà inapreciable; llavors PD1 = 0.
Com que l’experiència ens ensenya que quan l’aire abandona un sistema de ventilació la seva pressió s’iguala de manera pràcticament instantània a l’atmosfèrica, en el punt 2 tindrem PE2 = 0 i PD2 = PD s .
Aplicant el teorema de Bernouilli en la forma de l’equació 3.8 tindrem:
PE1 + PD1 + W = PE2 + PD2 + PC
en què si substituïm els valors que hem vist tenim:
0 + 0 + W = 0 + PD s + PC
Atès que l’energia aportada pel ventilador, W, és justament la pressió total d’aquest, queda:
0 + 0 + PTV = 0 + PD s + PC
de la qual cosa es dedueix que:
PTV – PD s = PC
Ara bé, per definició la diferència (PTV – PD s ) és la pressió estàtica del ventilador (equació 3.24) i queda finalment:
PEV = PC
que ens indica que el conjunt ventilador-conducte funcionarà en les condicions en les quals es compleixi que la pressió estàtica del ventilador coincideix amb la pèrdua de càrrega del sistema.
Gràficament, això representa que el punt de funcionament del ventilador es troba en la intersecció de la corba característica del sistema i de la corba característica del ventilador (figura 12).
Quan es modifica la velocitat d’un ventilador connectat a un sistema determinat, s’ha de tenir en compte que el nou punt de funcionament ha de ser sobre la corba característica del sistema. Les lleis dels ventiladors es compleixen entre punts homòlegs de les corbes d’un ventilador, però no entre punts de funcionament a diferents velocitats.
Exemple 4
En la figura 13 es mostra el punt de funcionament d’un sistema de ventilació a partir de la corba característica del sistema i de la corba característica del ventilador a 1.000 rpm. Calcularem quin serà el nou punt de funcionament si la velocitat del ventilador s’augmenta fins a 1.500 rpm.
En la figura 13 observem que el punt de funcionament es troba a un cabal de 3 m3/s i una pèrdua de càrrega de 450 Pa.
Figura 13. Punt de funcionament del ventilador a 1.000 rpm en l’exemple 4
Per a calcular quina serà la nova corba característica del ventilador a 1.500 rpm hem de prendre cada punt de la seva corba a 1.000 rpm i convertir-lo en un punt de la corba a 1.500 rpm fent servir les fórmules 3.25 i 3.26.
Prenent com a exemple el punt Q = 2,5 m3/s i PC = 500 Pa, el punt corresponent a 1.500 rpm serà:
Q = 1 .500 1 .000 2 ,5 = 3 ,75 m 3 /s           P C = 1 .500 2 1 .000 2 500 = 1 .125 Pa 3.31
I així anirem construint la resta de la corba. El resultat es mostra en la figura 14, en la qual es veu que el nou punt de funcionament serà Q = 4,6 m3/s i PC = 1.000 Pa.
Figura 14. Punt de funcionament del ventilador de l’exemple 4 a 1.500 rpm

2.Sistemes d’extracció localitzada

Com hem dit més amunt, la manera més eficient d’eliminar un contaminant de l’ambient és captar-lo en la proximitat immediata del focus contaminant que l’allibera recorrent a l’anomenada extracció localitzada, com es fa, per exemple, mitjançant les campanes utilitzades a les cuines domèstiques o professionals. Perquè una instal·lació d’extracció localitzada sigui eficaç és necessari que sigui capaç de reduir la concentració ambiental del contaminant que vol captar fins a nivells considerats segurs. D’altra banda, la instal·lació ha de ser eficient, és a dir, ha d’aconseguir ser eficaç usant cabals d’aire raonables, ja que els cabals excessius generen costos innecessaris a causa del sobredimensionament del sistema i d’un alt cost de funcionament.
Essencialment, un sistema d’extracció localitzada elemental es compon de tres parts:
1) un element de captació (habitualment anomenat campana (1) ) que, situat prop del focus contaminant, és el responsable d’atrapar el contaminant;
2) un ventilador, que és el responsable de posar l’aire en moviment, i
3) un conducte que uneix el ventilador i la campana.
Figura 15. Esquema d’un sistema d’extracció localitzada amb diverses campanes
1. Campanes. 2. Conductes. 3. Depurador. 4. Ventilador
Com hem dit, en alguns casos és necessari que l’aire sigui prèviament depurat abans de ser expulsat a l’exterior. Quan en un mateix local hi ha diversos focus de producció de contaminant (figura 15) les campanes de cadascun es connecten mitjançant conductes que s’uneixen a un sol ventilador, a fi d’aconseguir menys costos de construcció i un funcionament més econòmic.
La primera condició perquè un sistema d’extracció localitzada sigui eficaç i eficient és que s’hagin dissenyat bé les campanes.

2.1.Campanes d’extracció

2.1.1.Propietats dels contaminants
La primera dificultat que ha de vèncer qui dissenya una campana és comprendre que el seu objectiu és aspirar partícules de grandària extremament petita, ja que es tracta de molècules (en el cas de vapors), o bé de partícules de grandària inferior a 10 micres (en el cas d’aerosols), ja que les de grandària superior no són respirables i no tenen, per tant, rellevància higiènica.
Encara que sembli poc intuïtiu, les partícules de grandària inferior a 10 micres es comporten com si no tinguessin pes ni inèrcia, és a dir, no cauen (ho fan a una velocitat inapreciable) i quan es projecten, fins i tot a gran velocitat, són frenades immediatament per l’aire que les envolta.
La raó d’aquest comportament és simple. Quan deixem anar un objecte a l’aire i comença a caure, hi actuen a sobre dues forces contraposades (figura 16): el pes, F g , que tendeix a fer caure el cos, i el fregament amb l’aire, F d , que tendeix a frenar la caiguda. La primera és constant; la segona és proporcional a la velocitat de l’objecte.
Al principi de la caiguda el fregament (que és aproximadament proporcional a la velocitat) és molt petit i l’objecte es va accelerant progressivament fins que, al cap d’un cert temps, el fregament es fa igual que el pes i l’objecte continua caient a una velocitat constant que es denomina velocitat límit de caiguda. La velocitat límit de caiguda és aproximadament proporcional al pes de la partícula, per la qual cosa les partícules molt petites tenen velocitats límit de caiguda extremament petites i, a més, les assoleixen en fraccions de segon. La velocitat límit de caiguda d’una partícula petita a l’aire és determinada per l’expressió:
V l í m = g   D 2 18   μ ( d s − d ) 3.32
en què D és el diàmetre de la partícula, g és l’acceleració de la gravetat, m és la viscositat de l’aire, d la seva densitat i ds la densitat de la partícula.
Els resultats de la fórmula 3.32 per a una partícula de densitat 2.700 kg/m3 (aproximadament igual que la de la sílice) es mostren en la figura 17 i indiquen que, per a una partícula de 10 micres de diàmetre, la velocitat límit de caiguda és inferior a 1 cm/s. A més, aquesta velocitat s’assoleix en fraccions de segon des que es “deixa anar” la partícula.
Un fenomen similar es produeix quan una partícula és projectada fins i tot a velocitats de molts quilòmetres per hora. El fregament amb l’aire la frena completament en un espai de pocs centímetres.
El fet que les partícules petites (el diàmetre de les quals és de prop de les micres) es comportin a la pràctica com si no tinguessin pes ni inèrcia implica que, una vegada alliberades a l’aire, no tenen moviment independent del que pugui tenir l’aire. En altres paraules, les partícules d’aquesta grandària es mouen a l’aire si i solament si aquest es mou.
Figura 17. Velocitat límit de caiguda a l’aire d’una partícula de densitat 2.700 kg/m3 segons el seu diàmetre
2.1.2.Captació de contaminants: principis bàsics
Pel que acabem de veure, captar una partícula exigeix crear en el punt on aquesta es troba una velocitat d’aire que l’arrossegui cap a la campana. Ara bé, com que en tot local hi ha corrents d’aire originats per diferents causes, aconseguir una captació efectiva exigirà que el corrent d’aire generat per la campana sigui prou potent per a superar el moviment que indueixen en la partícula la resta de corrents d’aire del local. La velocitat d’aire generada per la campana que és necessària per a fer que la partícula s’hi dirigeixi (és a dir, per a captar-la) es denomina velocitat de captura.
Figura 18. Trajectòria d’una partícula sol·licitada simultàniament per una campana i per un corrent d’aire v
La figura 18 mostra esquemàticament que la trajectòria d’una partícula (1-2-3-4-5-6-7) es decideix en cada punt com el resultat de l’acció simultània de la velocitat generada per la campana (que com és lògic és més gran com més a prop siguem de la campana) i la velocitat d’aire existent al local, v. En el cas que es mostra en la figura, la velocitat generada per la campana venç, i la partícula acaba la trajectòria a l’interior de la campana, és a dir, és captada. Però si la velocitat v fos molt més gran, la trajectòria no conduiria la partícula a l’interior de la campana i no seria captada.
Molt sovint la que acabem d’anomenar velocitat d’aire existent al local no consisteix en un corrent d’aire aleatori com els que hi ha en qualsevol local a causa del moviment de persones i equips, obertura de portes, etc., sinó que es tracta de velocitats d’aire importants a la zona propera al focus que són generades pel mateix procés que dóna lloc a l’alliberament del contaminant.
Els mecanismes mitjançant els quals els processos que generen contaminants donen lloc al mateix temps a corrents d’aire que contribueixen a dispersar el contaminant són bàsicament de dos tipus: tèrmics i mecànics.
Mecanismes tèrmics
Un exemple de mecanisme tèrmic el trobem en la soldadura (figura 19a): el fum que veiem desprendre’s d’una soldadura no és més que aire calent carregat de partícules que ascendeix a causa de la calor que desprèn la mateixa soldadura i, amb aquest moviment, arrossega les petites partícules d’òxids metàl·lics que es produeixen en oxidar-se els vapors metàl·lics despresos del metall en reaccionar amb l’oxigen de l’aire.
Figura 19. Fums de soldadura produïts per l’aire escalfat per la mateixa acció de soldar (a); corrents ascendents d’aire creades per un bany electrolític (b)
Un altre exemple (figura 19b) succeeix en els banys electrolítics (per exemple, de cromatge): com que es troben a temperatura superior a la de l’aire que els envolta, l’escalfen i tendeix a ascendir. Aquest moviment arrossega les petites partícules d’aerosols líquids que es desprenen de la superfície del bany i tendeix a distribuir-les per la resta del local.
Processos mecànics
Un exemple de procés mecànic de dispersió el tenim en les moles abrasives (figures 20 i 21). En girar a alta velocitat una mola arrossega l’aire que hi està en contacte immediat, i crea una capa d’aire d’alguns mil·límetres de gruix que gira també amb la mola. Les partícules que es desprenen durant l’esmolada són atrapades per aquesta capa d’aire, es mantenen girant i finalment es dispersen a la resta del local.
Figura 20. Forma dels corrents d’aire creats al seu voltant per una mola que gira
Un altre exemple de procés mecànic de dispersió el tenim en els processos en els quals un material sòlid granulat (carbó, ciment...) es mou verticalment, per exemple, entre dues cintes transportadores (figura 22). En aquest cas, les partícules sòlides que cauen arrosseguen l’aire que hi està immediatament en contacte i generen un corrent d’aire de cabal considerable (d’aproximadament 3 m3 d’aire per tona de material). En l’esquema de la figura 22 es mostra un sistema per a controlar aquest aire mitjançant un canal de recirculació; la seva instal·lació permet reduir el cabal d’aire d’extracció necessari per a calcular la pols.
Figura 21. Distribució de les velocitats d’aire creades per una mola de 425 mm de diàmetre que gira a 740 rpm. Velocitat perifèrica: 30 m/s
Figura 22. Canal de recirculació que minimitza els efectes de l’aire arrossegat pel vessament de material sòlid
L’observació dels corrents d’aire associats al procés hauria de permetre, amb l’ajuda de la taula 1, concloure quina és la velocitat de captura que s’ha d’usar en un procés determinat, tenint en compte que aquesta és la velocitat d’aire que hi ha d’haver en el punt més allunyat de la campana en el qual es pugui generar contaminant.
Taula 1. Velocitats de captura recomanades
Condicions de generació del contaminant
Velocitat de captura (m/s)
Alliberat pràcticament sense velocitat en aire tranquil.
Exemples: evaporació des de dipòsits, desgreixatge, etc.
0,25-0,5
Alliberat a baixa velocitat en aire amb moviment moderat.
Exemples: cabines de pintura, ompliment intermitent de recipients, transferència entre cintes transportadores a baixa velocitat, soldadura, pasivazo, recobriments superficials.
0,5-1
Alliberat amb velocitat en aire amb moviment.
Exemples: cabines de pintura poc profundes, ompliment de barrils, càrrega de cintes transportadores, matxucadores.
1-2,5
Alliberat amb alta velocitat inicial en una zona de moviment molt ràpid d’aire.
Exemples: desbarbatge, regalim abrasiu, desemmotllament de foses.
2,5-10
(requereix un estudi específic)
2.1.3.Disseny de campanes
Dissenyar una campana és un procés els resultats del qual han d’aportar tres informacions fonamentals:
1) La geometria i ubicació de la campana.
2) El cabal que cal aspirar per a aconseguir una eficàcia determinada.
3) La pèrdua de càrrega que produirà quan s’aspiri aquest cabal.
La primera condició que ha de complir una campana és no interferir en el procés de producció; si la presència de la campana (com la de qualsevol altre element preventiu) genera dificultats de producció, serà ràpidament modificada (o fins i tot eliminada) perquè no “molesti”. Indefectiblement aquests canvis implicaran una disminució de l’eficàcia de la campana, la causa última de la qual no és altra que un error de disseny.
Per a molts processos comuns hi ha un consens generalitzat sobre quin és el disseny de campana més adequat, i en els manuals sobre el tema s’especifiquen per a cadascun d’aquests processos les característiques de les campanes més apropiades, dels quals veurem alguns exemples més endavant.
Quan per al procés al qual s’ha de dotar d’extracció localitzada no hi ha un disseny estandarditzat, el projectista ha de dissenyar per si mateix una campana, la qual cosa requereix una certa experiència i per a això s’han de respectar alguns principis que recollim succintament a continuació.
Molts dissenyadors, quan s’enfronten amb una operació nova que cal dotar d’extracció localitzada, comencen col·locant mentalment la font de contaminant completament tancada i a continuació obren en aquest embolcall els mínims orificis que permetin el desenvolupament del procés; aquesta manera de procedir es deu al fet que el cabal d’aire que cal extreure és més petit com més “tancat” queda el focus de contaminant a l’interior de la campana (figura 23).
Figura 23. Exemples de bon i mal tancament del focus
En conseqüència, doncs, el disseny geomètric d’una campana ha de perseguir sempre l’objectiu de tancar al màxim el procés contaminant al seu interior, i minimitzar la grandària de les obertures per les quals es pugui escapar el contaminant i difondre-les a l’ambient.
De vegades, no obstant això, no és possible mantenir el focus de contaminant dins de la campana, sinó que ha de ser exterior (aquest tipus de campanes es denomina de vegades campanes exteriors). En aquest cas, la forma i dimensions de la campana han de tenir una disposició ajustada a la del focus i envoltar-lo tant com sigui possible.
Com menys es respecti aquest principi, més gran serà el cabal d’aspiració necessari per a una eficàcia determinada.
Quan la campana no tanca el focus, la distància entre ambdós ha de ser la més petita que sigui possible, ja que el cabal necessari per a una eficàcia determinada creix ràpidament amb la distància al focus, com mostren les fórmules de la taula 2, mitjançant les quals, per a diversos dissenys simples, es pot calcular el cabal d’aspiració necessari a partir de la velocitat de captura volguda (obtinguda de la taula 1) i de la distància entre la boca de la campana i el focus de contaminant. Observeu que la utilització de pantalles deflectores (2) a la boca de la campana redueix un 25% el cabal necessari. Això és a causa que d’aquesta manera es minimitza la quantitat d’aire aspirat de la part posterior de la campana, que no és útil per a captar contaminant. Per això, les campanes amb pantalles deflectores requereixen menys cabal per a una velocitat de captura determinada.
(1)Amplària de les pantalles deflectores: 10-12 cm.
Q: cabal en m3/s
X: distància de la boca al focus en metres
A: superfície de la boca de la campana en metres quadrats
Taula 2. Fórmules per a calcular el cabal en diversos tipus de campanes simples
Tipus de campana
Descripció
Raó W/L
Cabal
Escletxa
0,2 o menys
Q = 3,7LVX
Escletxa vorellada(1)
0,2 o menys
Q = 2,8LVX
Obertura plana
0,2 o més i rodona
Q = V(10X2 + A)
A = Superfície de la cara
Obertura plana(1)
0,2 o més i rodona
Q = 0,75V(10X2 + A)
Cabina
Segons treball
Q = VA = VWH
Campana de sostre
Segons treball
Q = 1,4 PDV
P = Perímetre
D = Altura
Exemple 5
Calcularem el cabal necessari per a captar els fums d’una operació de soldadura mitjançant una campana d’obertura plana amb pantalles deflectores (taula 2) de 0,09 m2 de boca, per a una distància entre la boca de la campana i el punt de soldadura de 20, 30 i 40 cm. Dibuixarem els resultats obtinguts en un gràfic i n’extraurem conclusions.
Per al tipus de campana definit la figura 24 dóna la fórmula:
Q = 0,75V(10X2 + A)
en què Q és el cabal en m3/s, X la distància entre la boca de la campana i el punt de soldadura i A és la superfície de la boca en metres quadrats.
La taula 1 ens indica que la velocitat de captura apropiada per a una operació de soldadura oscil·la entre 0,5 i 1 m/s. Per exemple, adoptarem 0,75 m/s.
Per a 20 cm tindrem:
Q = 0,75 · 0,75 · (10 · 0,22 + 0,09) = 0,28 m3/s
Per a 30 cm s’obté 0,56 i per a 40 cm, 0,95 m3/s.
Figura 24. Resultats de l’exemple 5
S’observa que el cabal necessari augmenta molt ràpidament amb la distància, per la qual cosa és desitjable minimitzar-la.
Quan el focus de generació dóna lloc a un corrent d’aire important és convenient disposar la campana de manera que aquest corrent contribueixi a la captació del contaminant. Així, per a focus calents que generen forts corrents d’aire ascendents, serà convenient col·locar-hi la campana a sobre. En el cas de moles abrasives, la disposició de la pantalla ha d’aprofitar els corrents d’aire generats (figura 25).
Figura 25. Bona i mala disposició d’una campana per a una mola d’esmerilar
2.1.4.Dissenys específics
Els dissenys estandarditzats que es troben en els manuals de ventilació consisteixen en campanes l’aplicabilitat de les quals es limita a una operació concreta o a un conjunt d’operacions similars, i s’obté, en general, el cabal que cal fer servir en cada cas segons alguna dimensió característica del procés mitjançant l’aplicació de fórmules molt simples.
Moltes de les campanes dissenyades per a captar la contaminació generada per un focus extens (un bany electrolític, per exemple, la boca superior del qual pot tenir diversos metres quadrats de superfície o una taula de soldadura) utilitzen campanes la boca de les quals és llarga i estreta, en forma d’escletxa. Ara bé, perquè una campana en forma d’escletxa aspiri eficaçment és obvi que és una condició imprescindible que la velocitat de l’aire aspirat en qualsevol punt de l’escletxa sigui raonablement uniforme. Si no fos així, en les proximitats dels punts on la velocitat d’aspiració fos petita, la captació seria molt deficient.
Per a aconseguir que la velocitat d’aspiració al llarg de l’escletxa sigui uniforme és una condició imprescindible que immediatament darrere de l’escletxa hi hagi un eixamplament que rep el nom de plènum (figura 26).
Figura 26. Disposició d’escletxa i plènum
La uniformitat en la distribució de la velocitat de l’aire al llarg de l’escletxa depèn de dos factors:
1) La relació entre les seccions de l’escletxa i el plènum: la distribució del flux en l’escletxa serà més uniforme com més gran sigui la secció del plènum respecte a la de l’escletxa; les necessitats d’espai limiten a la pràctica la grandària del plènum, la secció del qual ha de ser, com a mínim, el doble que la de l’escletxa. En altres paraules, la velocitat de l’aire en el plènum ha de ser inferior, almenys, al 50% de la velocitat a l’escletxa.
2) El valor absolut de la velocitat mitjana de l’aire a l’escletxa: com més gran sigui aquesta velocitat (una vegada complerta la condició anterior), més uniforme serà la distribució del flux al llarg de l’escletxa; no obstant això, com en tot punt singular la pèrdua de càrrega a l’escletxa és proporcional a la seva pressió dinàmica, i per tant proporcional al quadrat de la velocitat. Això significa que velocitats elevades condueixen a pèrdues de càrrega (i per tant consums d’energia) molt altes, la qual cosa exigeix que la velocitat d’aire a l’escletxa no sigui desmesuradament elevada. A la pràctica, se solen adoptar velocitats d’escletxa entre 5 i 10 m/s, la qual cosa condueix a distribucions de velocitat prou uniformes.
En les figures 27 a 33 es donen alguns exemples de dissenys de campanes per a operacions corrents, i s’indica en cada cas el cabal necessari i la pèrdua de càrrega que produiran.
Figura 27. Extracció perimetral en boca de barril
Figura 28. Captació de contaminants en operacions de pintura i encolatge
Figura 28

  • W ha de ser com a mínim el 75% de la més gran de les dimensions S o H.

  • La velocitat d’aire en conducte ha de ser superior a 15 m/s.

  • a l’escletxa: 1,78PD r

  • a l’entrada del conducte: 0,25PD c

Cabal d’extracció: 3.600 m3/h/m2 de boca de cabina per a materials tòxics i 2.300 per a materials de baixa toxicitat.
Pèrdua de càrrega:
en què PD r = pressió dinàmica a l’escletxa i PD c = pressió dinàmica al conducte.
Figura 29. Captació de contaminants en taules de soldadura
A = 600 mm màxim. B = 120 mm. C = 50 mm. E = 120 mm. F = 120 mm. G = 200 mm. H = 3.000 màxim
Figura 29

  • La longitud H de la taula ha de ser com a màxim de 3 metres. Per a longituds superiors s’han de juxtaposar mòduls de longitud no superior a 3 metres.

  • Profunditat màxima de les taules: 0,6 metres.

  • Les pantalles disposades als extrems de la taula augmenten l’eficàcia de captació. Si no s’utilitzen, s’ha d’augmentar el cabal recomanat un 20%.

  • La velocitat de l’aire a les escletxes serà de 5 m/s, aproximadament, i al conducte de 10 m/s.

  • a l’escletxa: 1,78PD r

  • a l’entrada del conducte: 0,25PD c

Cabal d’extracció: 2.000 m3/h per metre de longitud de taula.
Pèrdua de càrrega:
en què PD r = pressió dinàmica a l’escletxa i PD c = pressió dinàmica al conducte.
Figura 30. Captació de contaminants en operacions de soldadura mòbil
1. Extractor. 2. Suports. 3. Conducte d’extracció. 4. Boca de captació. 5. Conducte d’expulsió. 6. Aspirador amb filtre
Figura 31. Extracció en una mola amb velocitat perifèrica inferior a 33 m/s
Figura 31
Diàmetre mola (cm)
Gruix mola (cm)
Cabal (m3/h)
≤ 12
2,5
375
12-25
3,75
510
25-35
5
850
35-40
5
1.050
40-50
7,5
1.300
50-60
10
1.500
60-75
12,5
2.050
75-90
15
2.700

  • La porta ajustable indicada en l’esquema té com a funció trencar la capa d’aire carregat de pols generada per la mola (vegeu la figura 19) i per això s’ha de mantenir tan a prop de la mola com sigui possible, i ajustar-s’hi progressivament a mesura que es desgasta la mola.

  • La velocitat de l’aire al conducte no ha de ser inferior a 20 m/s.

  • El cabal es calcula amb les dades de la taula.

  • La pèrdua de càrrega val 0,4PD c , en què PD c és la pressió dinàmica al conducte d’extracció.

Figura 32. Extracció en una mola amb velocitat perifèrica superior a 33 m/s
Figura 32
Diàmetre mola (cm)
Gruix mola (cm)
Cabal (m3/h)
≤ 12
2,5
660
12-25
3,75
1.020
25-35
5
1.290
35-40
5
1.480
40-50
7,5
1.800
50-60
10
2.050
60-75
12,5
2.670
75-90
15
3.400

  • La porta ajustable indicada en l’esquema té com a funció trencar la capa d’aire carregat de pols generada per la mola (vegeu la figura 19) i per això s’ha de mantenir tan a prop com sigui possible de la mola, i ajustar-s’hi progressivament a mesura que es desgasta la mola.

  • La velocitat de l’aire al conducte no ha de ser inferior a 20 m/s.

  • El cabal es calcula amb les dades de la taula.

  • La pèrdua de càrrega val 0,4PD c , en què PD c és la pressió dinàmica al conducte d’extracció.

Figura 33. Captació de contaminants en operacions de desbarbatge
Un dels casos més habituals és el dels tancs oberts, un tipus de focus d’emissió molt habitual en la indústria, especialment del metall. En les figures 34 i 35 es mostren diversos dissenys recomanats per a la captació dels contaminants despresos d’aquest tipus de focus. En el disseny s’ha de tenir en compte que la velocitat de l’aire a les escletxes no ha de ser inferior a 10 m/s.
Si la longitud del tanc és inferior o igual a 2 m n’hi ha prou amb l’ús d’un sol conducte d’extracció; per a longituds compreses entre 2 i 3 metres, és recomanable l’ús de dos conductes d’extracció; per a longituds superiors a 3 metres, és necessari usar diverses preses d’aire (figura 36).
L’amplària del tanc és un factor determinant en el disseny de la campana:

  • Si és inferior a 50 cm és adequat fer servir una sola escletxa lateral.

  • Entre 50 i 90 cm d’amplària és aconsellable utilitzar una escletxa a cada costat.

  • Entre 90 i 120 cm cal usar dues escletxes.

  • Per a amplàries superiors a 120 cm la ventilació no sol ser una solució pràctica, i és recomanable el tancament.

És, així mateix, important la relació amplària (W) longitud (L), W/L. Per a valors de W/L superiors a 2 no s’ha de ventilar un tanc al llarg del seu costat més gran, i no és aconsellable fer-ho per a valors de W/L superiors a la unitat.
Figura 34. Campanes per a tancs oberts (I)
Figura 35. Campanes per a tancs oberts (II)
Figura 36. Campana amb dos conductes d’extracció
El càlcul del cabal es fa tenint en compte la toxicitat del producte, la magnitud estimada de la quantitat de contaminant despresa, el disseny de la campana triada i el valor de la relació W/L del tanc. Segons els possibles valors d’aquests paràmetres s’obtenen cabals d’aspiració que oscil·len entre 0,25 i 1,25 m3/s per metre quadrat de superfície de la boca del tanc.
Lectura recomanada

L’obra de referència en aquest tema és la següent:

American Conference of Governmental Industrial Hygienists (2004). Industrial Ventilation. A manual of recommended Practice

(25a. edició). Cincinatti: ACGIH.

Hi ha una traducció espanyola de la vintena edició en anglès:

American Conference of Governmental Industrial Hygienists (1992). Ventilación industrial. Manual de recomendaciones prácticas para la prevención de riesgos profesionales

. València: Generalitat Valenciana.

Per a més detall, es poden consultar les referències donades en la bibliografia.

Un altre cas particular del qual no tractarem aquí és el de les campanes per a focus molt calents (boques de forn, gresols, etc.). En aquests casos, els corrents d’aire ascendents creats pel focus poden ser enormes, i si la campana situada sobre un focus d’aquest tipus no ha estat dimensionada adequadament, una part d’aquests corrents vessarà per la vora de la campana i contaminarà la resta del local. Així, doncs, les campanes per a focus calents s’han de dimensionar amb tècniques especials que es troben en la bibliografia.

2.2.Procediment de disseny

Tots els sistemes d’extracció localitzada, des del més simple fins al més complex, tenen en comú l’ús de campanes de captació i un conjunt de conductes i accessoris fins a arribar al ventilador. De fet, un sistema complex d’extracció localitzada no és més que un conjunt de sistemes simples units per un conducte comú. En dissenyar un sistema d’extracció s’han de recopilar prèviament les dades següents:

  • Distribució en planta d’operacions, locals, etc.

  • Esquema unificat del sistema de conductes, incloses les dimensions en planta i alçat, la situació del ventilador, la del sistema de depuració, etc. És convenient identificar cada tram de conducte amb lletres, nombres o un altre sistema similar.

  • Informació sobre els detalls de cada operació (materials i la seva toxicitat, manera d’operar, etc.) a fi de poder procedir a dissenyar les campanes.

Una vegada recopilada tota aquesta informació, hem de començar per la campana que estigui més allunyada del ventilador i procedir d’acord amb l’ordre següent:
1) Seleccionar o dissenyar totes les campanes de captació ajustant l’operació que cal controlar i calcular el cabal de disseny.
2) Establir la velocitat mínima als conductes, un aspecte de què tractarem més endavant.
3) Calcular la secció del conducte dividint el cabal que hi ha de passar per la velocitat mínima. Per a sistemes que transportin matèria particulada s’ha de triar el conducte comercial disponible amb la secció immediatament inferior a la calculada amb la finalitat d’assegurar que la velocitat real sigui superior a la mínima necessària.
4) Determinar, a partir de l’esquema traçat de la xarxa de conductes, la longitud de cada tram, el nombre i tipus d’unions i els colzes necessaris. Un tram de conducte es defineix com un conducte de diàmetre uniforme que uneix dos punts d’interès, com campanes, punts d’unió, d’entrada al ventilador, etc. La longitud que cal considerar en el disseny és la longitud mesurada sobre l’eix del conducte.
Una qüestió prèvia que s’ha de resoldre són els criteris bàsics per a la determinació del diàmetre dels conductes. Per a sistemes de ventilació que no vehiculen partícules, la determinació del diàmetre de canonada més econòmic és un problema clàssic d’optimització. Diàmetres molt petits fan que els conductes (inclosa la seva instal·lació) tinguin un cost baix, però donen lloc a pèrdues de càrrega altes (i per tant a consums d’energia elevats): el cost d’inversió és baix, però el de funcionament, alt. En canvi, diàmetres grans fan que el cost d’inversió sigui alt però, com que la pèrdua de càrrega serà baixa, el cost de funcionament serà baix.
Per a sistemes de ventilació que vehiculen aire carregat de partícules és necessari establir una velocitat mínima de disseny a fi d’impedir-ne la deposició i que s’obturi el conducte. D’altra banda, velocitats massa elevades impliquen un malbaratament d’energia a causa de les elevades pèrdues de càrrega que generen i poden causar ràpidament l’abrasió dels conductes. Les velocitats de disseny mínimes recomanades són superiors als valors teòrics i experimentals a fi de tenir en compte contingències com les següents:

  • Si una o més branques s’obstrueixen o són posades fora de servei es reduirà el cabal total del sistema i, per tant, disminuirà la velocitat, almenys en algunes parts.

  • La deterioració dels conductes, per exemple, per abonyegaments, augmentarà la resistència i disminuirà el cabal i la velocitat en la part danyada del sistema.

  • Les fuites en els conductes augmentaran el cabal i la velocitat aigua avall de la fuita, però disminuirà el cabal aigua amunt i en altres parts del sistema.

  • La corrosió o l’erosió de les pales del ventilador o el lliscament de la seva corretja de tracció reduiran el cabal i les velocitats.

  • Les velocitats han de ser adequades per a atrapar o arrossegar una altra vegada la pols que s’hagi pogut dipositar a causa d’una utilització inadequada del sistema d’extracció.

En la taula 3 es donen els valors recomanats per l’experiència per a la velocitat mínima en conductes segons els materials vehiculats.
Taula 3. Valors de la velocitat d’aire recomanats per al disseny de conductes
Naturalesa del contaminant
Exemples
Velocitat de disseny (m/s)
Vapors, gasos, fums de combustió
Tots els vapors, gasos i fums
Indiferent (la velocitat econòmicament òptima sol trobar-se entre 5 i 10 m/s)
Fums de soldadura, pols molt fina i lleuger, pols seca
Soldadura
10-12,5
Fils de cotó, pols de fusta molt fina, pols de talc
12,5-15
Pols fina de cautxú, baquelita en pols per a emmotllament, fils de jute, pols de cotó, llimadures (lleugeres), pols de detergent, raspadures de cuir
15-20
Pols ordinària
Pols de desbarbatge, fils de mola de polir (secs), pols de llana de jute, pols de grans de cafè, pols de cuir, pols de granit, farina de sílice, maneig de materials polsegosos en general, tall de maons, pols d’argila, foses (en general), pols de calcària
17,5-20
Pols pesant
Pols de serradura (pesant i humida), llimadures metàl·liques, pols de desemmotllament en foses, pols en la rajada amb sorra, trossos de fusta, pols d’escombrar, llimadures de llautó, pols en el foradament de fosa, pols de plom
20-22,5
Pols pesant humida
Pols de plom amb trossos petits, pols de ciment humit, fils de mola de polir (enganxosos)
> 22,5
2.2.1.El cas d’una sola campana
Quan el sistema es compon d’una sola campana, una vegada triat el diàmetre del conducte segons els criteris que acabem de veure, es calcula la pèrdua de càrrega aportada per cadascun dels elements de la conducció, la qual cosa permet calcular la pressió estàtica a l’entrada i a la sortida del ventilador.
Per al càlcul de les característiques del ventilador recordarem que si el ventilador és a l’extrem de la canonada, es compleix:
PEV = PC
La pressió estàtica del ventilador (dada que ens permet seleccionar-lo d’un catàleg) coincideix amb la pèrdua de càrrega. Si el ventilador no és a l’extrem, sinó que després hi ha una altra conducció (figura 37), llavors recorrerem al teorema de Bernouilli: aplicant-lo entre els punts 1 i 2, que són, respectivament, un punt allunyat de la boca d’entrada i la sortida del sistema, tenim:
0 + 0 + PTV = PC + PD2
Però com que per definició és:
PEV = PTV – PD s
resulta, substituint el valor de PTV:
P E V = P C + P D 2 − P D s 3.33
en què PD2 és la pressió dinàmica a la sortida del sistema i PD s a la sortida del ventilador.
Figura 37. Sistema amb un conducte després del ventilador
Exemple 6
Suposem el sistema de la figura 39, que consta d’una campana de boca rectangular i angle α (figura 3.g) de 90°, dos trams de conducte recte, AB d’1 m de longitud i CD de 4 m de longitud, amb un colze el radi del qual és igual que el seu diàmetre. La campana ha d’aspirar 0,42 m3/s. La velocitat mínima al conducte ha de ser de 5 m/s.
Figura 38. Sistema de l’exemple 6
El procés de càlcul fent servir un full de càlcul es mostra en la taula 4:
Taula 4. Procés de càlcul utilitzant un full de càlcul
1
Identificació del tram
Tram únic
Comentaris
2
Cabal, m3/s
0,42
Dada
3
Velocitat mínima, m/s
5,00
Dada
4
Diàmetre del conducte, mm
300,00
Triat per a complir la velocitat mínima
5
Velocitat real al conducte, m/s
5,90
Calculat amb l’expressió (3)
6
Pressió dinàmica, Pa
20,88
Calculat a partir de la definició de PD
7
Campana
8
Àrea de l’escletxa, m2
0,00
No escau
9
Velocitat en l’escletxa, m/s
0,00
No escau
10
Pressió dinàmica en l’escletxa, Pa
0,00
No escau
11
Factor de pèrdues en l’escletxa
0,00
No escau
13
Factor de pèrdues en l’entrada al conducte
0,25
Calculat de la figura 3.g
14
Altres pèrdues
0,00
No escau
15
Pèrdua de càrrega de la campana, Pa
5,22
Producte de la PD pel factor de pèrdues (0,25)
16
Conducte
17
Longitud, m
5,00
Dada
18
Factor de pèrdues n en PD
0,07
Calculat amb la fórmula 12 bis
19
Nre. de colzes de 90°
1,00
Dada
20
Factor de pèrdues n en colzes
0,20
Del gràfic de la figura 3.a
21
Pèrdues en PD en colzes
0,20
Producte del nombre de colzes pel factor de pèrdues (0,2)
25
Altres pèrdues
0,00
No escau
26
Factor de pèrdues global
0,27
Suma del factor de pèrdues en el colze i en el tram recte
27
Pèrdua de càrrega al conducte, Pa
5,60
Producte de la PD pel factor de pèrdues (0,54)
28
Campana + conducte
29
Pèrdua de càrrega total, Pa = pressió estàtica necessària del ventilador
10,82
Suma de la pèrdua de càrrega de campana i conducte
Si en lloc de descarregar directament a l’atmosfera, el ventilador descarregués a un conducte addicional de 10 m de longitud i 250 mm de diàmetre, la pèrdua de càrrega en aquest conducte addicional valdria 35,84 Pa (fórmula 3.11), amb la qual cosa la pèrdua de càrrega total passaria a ser:
35,84 + 10,82 = 46,66 Pa
En el tram nou la velocitat seria de 8,5 m/s i la pressió dinàmica valdria 43,3 Pa. Suposant que triem un ventilador en la sortida del qual la pressió dinàmica valgui 50 Pa, la pressió estàtica necessària del ventilador serà, segons la fórmula 3.33:
PEV = PC + PD2 – PDs = 46,66 + 43,3 – 50 = 39,9 Pa
2.2.2.El cas de diverses campanes
Quan es tracta d’un sistema d’extracció com el de la figura 4, en el qual hi ha diverses campanes unides mitjançant els seus conductes respectius a un col·lector comú, no s’ha de passar per alt en cap moment que, per complicat que sigui, ha de complir en tot moment els principis de conservació de la massa i de conservació d’energia. Si en algun moment del procés de disseny es plantegen dubtes, l’aplicació d’aquests principis sol ser el millor mitjà de resoldre'ls.
D’altra banda, en un sistema d’extracció ja construït, quan s’engegui el ventilador els cabals d’aire que circularan per les conduccions es distribuiran entre les diferents branques de manera que les pèrdues de càrrega que ocorrin en circular l’aire entre dos punts per dos camins diferents siguin iguals. En efecte, suposem un sistema com el de la figura 39 que consta de dues campanes els respectius conductes 1 i 2 de les quals conflueixen en el punt A.
Figura 39. Sistema amb dues campanes unides a un col·lector comú
Aplicant el teorema de Bernouilli entre un punt allunyat de la boca i A per la branca 1, tindrem:
0 + 0 = P E A + P D A + P C 1 3.34
en què PC1 és la pèrdua de càrrega en la branca 1.
Si apliquem el teorema de Bernouilli entre un punt allunyat de la boca i A per la branca 2, tindrem:
0 + 0 = P E A + P D A + P C 2 3.35
Concloem, doncs, que PC1 i PC2 han de ser iguals. Els cabals que passaran per una branca i per l’altra seran els necessaris perquè això succeeixi, i dependran dels diàmetres respectius: passarà més aire per la de diàmetre més gran, com és intuïtiu.
Atès que la pressió dinàmica i la pèrdua de càrrega són sempre positives (o nul·les), de l’expressió 3.35 es dedueix que la pressió estàtica en qualsevol punt d’un sistema d’extracció situat abans del ventilador és negativa, és a dir, inferior a l’atmosfèrica. Per això, en perforar un conducte, l’aire, que es mou sempre dels punts amb pressions altes cap als de pressions baixes, entrarà en el conducte.
Ara bé, en un sistema d’extracció el cabal que ha de circular per cada branca està fixat per endavant, ja que és el necessari perquè la campana corresponent dugui a terme eficaçment la seva funció i el problema consisteix en la manera com s’han de triar els diàmetres perquè el cabal que passa per cadascuna de les branques sigui almenys el que es dedueix del disseny de la campana respectiva.
Un dels millors mètodes per a resoldre-ho és l’anomenat equilibratge dinàmic. Consisteix a calcular la pèrdua de càrrega existent en cada branca lateral de la instal·lació, començant per la més allunyada del ventilador i avançant-hi progressivament. En cada unió de dues branques es comprova que la pèrdua de càrrega si s’arriba al punt d’unió per un costat o per l’altre coincideixen. Si no és així, es modifica el cabal o el diàmetre d’una de les branques laterals per a aconseguir l’equilibri.
Sovint es verifica l’equilibri comprovant la igualtat de les pressions estàtiques calculades en el punt d’unió “arribant” per cadascuna de les branques, la qual cosa és equivalent a la igualtat de les pèrdues de càrrega, com es dedueix de l’expressió 3.35, però presenta l’avantatge que en el moment de fer les mesures per a verificar el bon funcionament del sistema quan ja s’ha construït la pressió estàtica en cada punt és un paràmetre fàcil de mesurar i es pot comparar directament amb els valors de disseny.
Atès que la igualtat exacta entre els valors de la pressió estàtica si s’arriba al punt d’unió per una branca o l’altra és virtualment impossible (principalment perquè els diàmetres de conducte disponibles comercialment no són infinits, la qual cosa impedeix un ajust perfecte), s’han d’establir criteris per a decidir quan un sistema està equilibrat i quan se n’ha de modificar el disseny.
El manual Industrial Ventilation. A Manual of Recommended Practice, editat per l’ACGIH, recomana els criteris següents:

  • Quan la relació entre la pressió estàtica més baixa i la més alta està compresa entre 0,95 i 1, la situació es considera equilibrada.

  • Quan la relació es troba entre el 0,95 i 0,8, s’incrementa el cabal en la branca que presenta menys pèrdua de càrrega fent servir l’expressió següent:

Q C o r r e g i t = Q D i s s e n y P E E n   l a   u n i ó P E C a l c u l a d a   e n   e l   t r a m 3.36

  • Quan la relació entre la pressió estàtica més baixa en valor absolut i la més alta sigui inferior a 0,8 es redissenya el conducte amb la PE més baixa.

De vegades, la velocitat al conducte principal després d’una unió és superior a la més gran de les velocitats als conductes que conflueixen en la unió. Si la diferència és important, l’increment de pressió dinàmica dóna lloc a una disminució de la pressió estàtica. S’hi han d’introduir correccions quan la diferència entre la pressió dinàmica després de la unió i la pressió dinàmica mitjana als dos conductes que s’uneixen és superior a 25 Pa.
La correcció es fa calculant, d'entrada, la pressió dinàmica mitjana abans de la unió (també anomenada pressió dinàmica resultant, PD r ) i la pressió dinàmica real després de la unió, PD3 (figura 40).
Figura 40. Compensació dels canvis de pressió dinàmica en les unions de conductes

  • Si PD3 és inferior a PD r , es produeix una desacceleració i no cal fer-hi correccions.

  • Si PD3 és més gran que PD r , es produeix una acceleració i la diferència entre PD3 i PD r és la pèrdua de pressió estàtica necessària per a compensar l’augment d’energia cinètica per a passar de PD r a PD3.

El valor corregit de PE es calcula amb la fórmula següent:
P E 3 = P E 1 –   ( P D 3 – P D r ) 3.37
en què PE3 = pressió estàtica al conducte principal 3; PE1 = pressió estàtica al conducte 1, igual que la pressió estàtica al conducte 2; PD3 = pressió dinàmica al conducte principal 3.
Si fem tot això ja estem en condicions de seleccionar el ventilador. Per a això, apliquem el teorema de Bernouilli entre l’entrada i la sortida del ventilador. Tindrem:
PE e + PD e + PTV = PE s + PD s
en què els subíndexs e i s designen, respectivament, l’entrada i la sortida del ventilador. Però com que per definició és:
PEV = PTV – PD s
resulta:
P E V = P E s – P E e – P D e 3.38
Una vegada finalitzats els càlculs, com veurem, coneixerem PE e i PD e . Si el ventilador descarrega directament a l’atmosfera, PE s és nul. Si després del ventilador hi ha un conducte, aplicant el teorema de Bernouilli entre la sortida del ventilador i la sortida d’aquest conducte tindrem:
PE s + PD s = PD sc + PC sc
en què PD sc és la pressió dinàmica a la sortida del conducte situat després del ventilador i PC sc és la pèrdua de càrrega en aquest conducte i PE s i PD s tenen el mateix significat anterior.
Tindrem, per tant:
P E s = P C s c + P D s c – P D s 3.39
Si el conducte de descàrrega i la boca del ventilador tenen la mateixa secció, les velocitats d’aire en ambdós seran iguals i les pressions dinàmiques també. En aquest cas, el valor de la pressió estàtica a la sortida del ventilador coincideix amb la pèrdua de càrrega al conducte situat després del ventilador.
Exemple 7
En la unió de la figura 40 el conducte 1 és de 250 mm de diàmetre (àrea 0,04909 m2) i hi circula un cabal de 0,9167 m3/s. El conducte 2 és de 100 mm (àrea 0,00785 m2) de diàmetre i hi circulen 0,1597 m3/s. El conducte principal (3) és de 250 mm de diàmetre. En el punt d’unió la pressió estàtica val –529,74 Pa.
La velocitat mitjana, v m , abans de la unió es calcula considerant un conducte fictici el cabal del qual és la suma dels cabals i l’àrea dels quals és la suma de les àrees:
v m = 0 ,9167   +   0 ,1597 0 ,04909   +   0 ,00785 = 1 ,0764 0 ,057 = 18 ,89 m/s 3.40
i la pressió dinàmica reduïda valdrà:
P D r = 1 ,2   ⋅   18 ,89 2 2 = 214 Pa 3.41
Al conducte principal la velocitat serà:
v 3 = 1 ,0764 0 ,04909 = 21 ,93 m/s 3.42
i la pressió dinàmica:
P D 3 = 1 ,2   ⋅ 21 ,93 2 2 = 288 ,6 Pa 3.43
La pressió estàtica corregida en 3 serà segons l’expressió 3.37:
PE3 = –529,74 – (288,6 – 214) = –604,34 Pa
La pressió estàtica disminueix perquè la dinàmica augmenta, i la suma, en absència de pèrdua de càrrega, s’ha de mantenir constant, com ens ha indicat l’expressió (6).
El procediment de càlcul és senzill però, si el nombre de campanes és elevat, resulta treballós fer-lo manualment. Per a agilitar la tasca hi ha al mercat programes de càlcul. Una alternativa intermèdia és l’ús d’un full de càlcul similar a l’utilitzat en l’exemple 6, l’ús del qual expliquem en l’exemple següent.
Exemple 8
Suposem que tenim el sistema de la figura 41. Les tres campanes són iguals, de boca quadrangular i els laterals tenen una inclinació de 60°. Tots els colzes són de radi igual al diàmetre. El colze CD és de 90° i els de les campanes 2 i 3, de 30°. Per tant, l’angle α de les unions (figura 3c) és de 60°. La velocitat mínima admissible als conductes és de 5 m/s.
Figura 41. Sistema de l’exemple 8
Amb aquestes dades recopilarem primer els coeficients n de pèrdua de càrrega:

  • Campanes: la figura 3.g dóna per a campanes quadrangulars de 60°, n = 0,18.

  • Colze de 90°: amb R = D la figura 3.a dóna n = 0,2.

  • Colzes de 30°: amb R = D la figura 3.a dóna n = 0,5 · 0,2 = 0,1.

  • Unions: amb un angle de 30° la figura 3.c dóna n = 0,18.

El detall dels càlculs es recull en la taula 5.
Taula 5
1
Identificació del tram
1-E
2-EF
F-G
3-GH
3-GH
H-J
K-sortida
2
Cabal, m3/s
0,417
0,417
0,867
0,417
0,417
1,284
1,284
3
Velocitat mínima, m/s
5
5
5
5
5
5
5
4
Diàmetre del conducte, mm
300
300
400
300
275
500
500
5
Velocitat real al conducte, m/s
5,90
5,90
6,90
5,90
7,02
6,54
6,54
6
Pressió dinàmica, Pa
20,88
20,88
28,55
20,88
29,57
25,65
25,65
7
Campana
8
Àrea de l’escletxa, m2
0,00
0,00
 
0,00
0,00
 
 
9
Velocitat a l’escletxa, m/s
0,00
0,00
 
0,00
0,00
 
 
10
Pressió dinàmica a l’escletxa, Pa
0,00
0,00
 
0,00
0,00
 
 
11
Factor de pèrdues a l’escletxa
0,00
0,00
 
0,00
0,00
 
 
12
Factor d’acceleració (0 o 1)
1
1
 
1
1
 
 
13
Factor de pèrdues a l’entrada al conducte
0,18
0,18
 
0,18
0,18
 
 
14
Altres pèrdues
0,00
0,00
 
0,00
0,00
 
 
15
Pressió estàtica després de la campana, Pa
24,64
24,64
 
24,64
34,90
 
 
16
Conducte
17
Longitud, m
7,00
2,00
5
2,00
2,00
10,00
3,00
18
Factor de pèrdues n en PD
0,48
0,14
0,24
0,14
0,15
0,36
0,11
19
Nre. de colzes
1
1
0
1
1
0
0
20
Factor de pèrdues n en colzes
0,20
0,10
 
0,10
0,10
 
 
21
Pèrdues en PD en colzes
0,20
0,10
 
0,10
0,10
 
 
22
Nre. d’unions
0
1
0
1
1
0
0
23
Factor de pèrdues en unions
0,00
0,18
 
0,18
0,18
 
 
24
Pèrdues en PD en unions
0,00
0,18
 
0,18
0,18
 
 
25
Pèrdues en tram en PD (18 + 21 + 24)
0,68
0,42
0,24
0,42
0,43
0,36
0,11
26
Pèrdues en tram (Pa) (6 × 25) Pa
14,14
8,69
6,76
8,69
12,70
9,28
2,78
27
Altres pèrdues
 
 
 
 
 
 
 
28
Pèrdua total (26 + 27)
14,14
8,69
6,76
8,69
12,70
9,28
2,78
29
Campana + conducte
30
Pèrdua de PE en tram (15 + 28) Pa
38,78
33,33
6,76
33,33
47,60
9,28
2,78
31
Pèrdua per correcció de velocitat
 
 
0,60
 
 
 
 
32
Pressió estàtica acumulada, Pa
–38,78
–33,33
–46,13
–33,33
–47,60
–55,41
 
33
Pressió estàtica de control, Pa
 
–38,78
 
–46,13
–46,13
 
 
34
Relació de pressions estàtiques
 
0,86
 
0,72
1,03
 
 
35
Cabal corregit (fórmula 3.36)
 
0,450
 
REDISE.
OK
 
 
36
Pressió estàtica a l’entrada del ventilador, Pa
 
 
 
 
 
–55,41
 
37
Pressió estàtica a la sortida del ventilador, Pa
 
 
 
 
 
 
2,78
38
Pressió dinàmica a l’entrada del ventilador, Pa
 
 
 
 
 
25,65
 
Sobre els càlculs recollits en la taula 5 de l’exemple 8 farem els comentaris següents:
1) Tram 1-EF: es tria un diàmetre que condueixi a una velocitat lleugerament superior a la velocitat mínima admissible: 300 mm. Es calcula la pèrdua de pressió estàtica en el tram, que és de 38,78 Pa. Observeu que en aquesta pèrdua s’inclou no sols la causada per la pèrdua de càrrega, sinó també la corresponent a l’acceleració de l’aire (fila 11). La raó per a això és que aplicant el teorema de Bernouilli a la conducció de la figura 11 entre un punt allunyat de la boca d’entrada i un punt 1 qualsevol situat abans del ventilador, tindrem:
0 + 0 = PE1 + PD1 + PC
I llavors:
PE1 = –PC – PD1
és a dir, l’acceleració de l’aire fins que assoleix la pressió dinàmica PD1 implica una disminució de la pressió estàtica igual que PD1 addicional a la pèrdua de càrrega experimentada fins al punt 1.
2) Tram 2-EF: com que el cabal és el mateix que en el tram 1-EF es tria el mateix diàmetre. Però com que és un tram més curt que l’anterior i tenir la mateixa campana, la pèrdua de càrrega és inferior (malgrat que se li imputa la pèrdua de càrrega en la unió) i, per tant, també ho és la pressió estàtica (en valor absolut): 33,33 Pa enfront de 38,78. Com que el quocient entre ambdós valors val 0,86, superior a 0,8, es corregeix el cabal amb la fórmula 3.36. El cabal nou serà 0,45 m3/s, que és el que atribuirem a aquesta branca en la resta del càlcul.
3) El tram FG és un conducte recte en el qual, si és necessari, s’haurà de tenir en compte la correcció per acceleració. Com que la velocitat en FG és de 6,9 m/s i en 1-E és de 5,9 m/s i en 2-EF (amb el cabal nou de 0,450 m3/s) és de 6,4 m/s, l’aire en conjunt s’accelerarà, la qual cosa en farà disminuir la pressió estàtica. El càlcul (fórmula 3.37, vegeu també l’exemple 7) indica que la correcció és de només 0,6 Pa, per la qual cosa, com que és inferior a 25, no s’hauria de tenir en compte; no obstant això, s’ha fet constar en els càlculs per a deixar constància d’on s’ha de col·locar.
4) Com que el cabal en la tercera campana és idèntic al de les anteriors sembla lògic assignar al conducte el mateix diàmetre que en els casos anteriors (300 mm). No obstant això, el càlcul ens indica (primera columna 3-GH) que la pèrdua de càrrega és insuficient per a aconseguir l’equilibri (línia 34 igual a 0,72 inferior a 0,8), per la qual cosa cal redissenyar la línia triant un diàmetre inferior. En la columna següent, s’ha triat per a aquest tram un diàmetre de 275 mm que condueix a una pressió estàtica (47,6 Pa) pràcticament igual a la necessària per a l’equilibri (–46,13).
5) En el conducte següent H-J s’ha calculat la correcció per velocitat que resulta igual a –0,3 Pa, per la qual cosa, com que és negativa, no es té en compte.
6) L’última columna calcula la pèrdua de càrrega en el conducte situat després del ventilador.
Per a calcular la pressió estàtica del ventilador, usarem les fórmules 3.38 i 3.39:
PEV = PE s – PE e – PD e
PE s = PC sc + PD sc – PD s
Com que el conducte de sortida i el ventilador són del mateix diàmetre, serà PD sc = PD s . I, per tant, PE s = PC sc . La fórmula 3.38 queda de la manera següent:
P E V = P C s c – P E e – P D e 3.44
La taula ens proporciona els valors dels tres valors necessaris per a calcular PEV:

  • PC sc = 2,78 (línia 28 – columna K-sortida)

  • PE e = –55,41 (línia 32 – columna H-J)

  • PD e = 25,65 (línia 6 – columna H-J)

Tindrem, per tant:
PEV = 2,78 – (–55,41) – 25,65 = 32,54 Pa

2.3.Verificació i manteniment dels sistemes d’extracció localitzada

En el moment d’engegar-los, en tots els sistemes de ventilació s’ha de verificar que el seu funcionament real s’ajusta a les especificacions de disseny. Per a això, s’ha de seguir un procediment sistemàtic basat en la realització de mesures dels paràmetres de funcionament més significatius.
2.3.1.Mesures en els sistemes d’extracció
Atès que l’eficàcia d’una campana és essencialment determinada pel seu cabal d’aspiració, la mesura més important de les obtingudes en la comprovació d’un sistema de ventilació és el valor del cabal. Ara bé, com que el cabal és el producte de la velocitat mitjana per la secció (fórmula 3.3) i aquesta es dedueix fàcilment de la secció de pas, la mesura bàsica que cal efectuar és la de la velocitat mitjana.
El mètode més usual per a determinar la velocitat de l’aire consisteix a mesurar les pressions dinàmiques de l’aire existents en els diferents punts d’una secció recta i utilitzar aquests valors, juntament amb la densitat de l’aire, per a determinar la velocitat mitjana.
La mesura de la pressió estàtica és també útil per a verificar el bon funcionament del sistema, com veurem més endavant. Per a fer-lo n’hi ha prou amb fer servir un manòmetre de tub senzill en U graduat, ple d’aigua, oli o un altre líquid apropiat (figura 42).
La localització de l’orifici per a la mesura de la pressió estàtica no té usualment gaire importància en l’exactitud del resultat obtingut, encara que s’ha d’evitar situar-lo en els colzes o altres punts en els quals la lectura obtinguda seria incorrecta perquè la direcció de la velocitat no és paral·lela a la paret del conducte. És aconsellable fer de dos a quatre orificis a la paret del conducte, a fi d’obtenir una mitjana i poder detectar qualsevol valor discrepant.
L’orifici per a mesurar la pressió estàtica s’ha de fer sense modificar la superfície interior del conducte, que no s’ha de bombar; tampoc no hi han de quedar rebaves, per la qual cosa l’orifici s’ha de perforar amb una broca i no amb un punxó. Normalment un diàmetre d’1,5 a 3 mm és suficient.
En el cas de les campanes, la mesura de la pressió estàtica immediatament després de la campana mateixa permet conèixer directament el cabal, ja que l’aplicació del teorema de Bernouilli entre un punt allunyat de la boca i el punt de mesura c dóna:
0 + 0 = PE c + PD c + PC
Com que en general PC és proporcional a PD c (figura 3.g i de 28 a 34):
PC = n · PD c
i n és conegut, a partir del valor mesurat de PE c és possible conèixer PD c i, per tant, el cabal.
Per a mesurar la pressió dinàmica amb la finalitat de determinar la velocitat de l’aire s’ha d’utilitzar un tub de Pitot (figura 43). L’instrument consisteix en dos tubs concèntrics, un dels quals mesura la pressió total del corrent d’aire, mentre que l’altre en mesura solament la pressió estàtica. La diferència entre ambdues és la pressió dinàmica (expressió 3.6), a partir de la qual es calcula la velocitat de l’aire. Els tubs de Pitot presenten exactituds acceptables per a velocitats d’aire superiors a 3-4 m/s, la qual cosa els fa apropiats per a la majoria de les aplicacions de ventilació industrial.
Figura 43. Tub de Pitot
Atès que normalment (figura 44) la distribució de la velocitat de l’aire no és uniforme en la secció d’un conducte, per a calcular-ne la velocitat mitjana (necessària per al càlcul del cabal), serà necessari fer diverses mesures de la pressió dinàmica en cada secció del conducte en què vulguem determinar el cabal d’aire i, a partir dels resultats, se’n determina la velocitat mitjana. Els procediments per a fer aquestes mesures estan normalitzades (figures 45a i 45b).
Figura 45. Punts de lectura d’un tub de Pitot en un conducte circular i un conducte rectangular
a. Conducte circular. 10 o 20 punts (6 o 12 en conductes petits i 20 o 40 en conductes grans) en els centres de corones circulars d’àrea igual. b. Conducte rectangular. Centres de 16 a 64 àrees iguals. Ubicacions separades com a màxim 15 cm.
2.3.2.Procediments de verificació
Una vegada construïda una instal·lació, s’han de recopilar les dades necessàries per a assegurar que els cabals, la seva distribució i l’equilibri del sistema coincideixen amb les dades de disseny i que el control dels contaminants és adequat. Com a primer pas, s’ha de dibuixar un esquema del sistema, no necessàriament a escala, en el qual s’indiquin grandària, longitud i posició relativa de tots els conductes, unions i altres elements integrants del sistema. L’esquema s’ha de fer servir com a guia per a l’elecció dels punts de mesura i molt sovint posarà en evidència petites incorreccions de muntatge i errors de disseny. Les modificacions físiques que puguin ocórrer amb posterioritat (addició de branques, alteracions de campanes o conductes) es detectaran fàcilment si aquest esquema es conserva com a registre permanent.
Les mesures inicials han d’incloure el cabal, la velocitat i la pressió estàtica en cada branca i en el conducte principal; mesures de pressió estàtica en cadascuna de les boques d’aspiració; mesures de la pressió estàtica i total tant a l’entrada com a la sortida del ventilador, i mesures de pressió estàtica a l’entrada i a la sortida dels equips de depuració si n’hi ha (pressió diferencial).
Els resultats de les mesures posaran de manifest qualsevol diferència respecte a les dades de disseny i la necessitat d’equilibrar per a millorar la distribució i permetran verificar que les velocitats en els conductes són suficients per a transportar el material vehiculat. Quan es detecta un desequilibri és aconsellable repetir les mesures de pressió una vegada s’ha reequilibrat el sistema. S’han de registrar tots els resultats, i també els punts de mesura, a fi de poder servir de base en futurs assajos per a detectar possibles variacions del cabal respecte als valors inicials.
S’ha de verificar el disseny de les campanes a fi d’assegurar que els focus de contaminant estan tan tancats com sigui possible sense interferir en el procés. El tipus de control ambiental variarà amb el contaminant. Quan es tracta de materials tòxics s’ha de recórrer a mostres personals. L’observació visual pot ser una alternativa satisfactòria quan es tracta de substàncies visibles i no tòxiques.
Encara que en construir els sistemes de ventilació és freqüent instal·lar-hi comportes de regulació l’ajust de les quals permet equilibrar el sistema, això no és recomanable quan es capten productes molt tòxics, per a prevenir els riscos de manipulacions inadequades en les comportes de regulació i els riscos d’exposició del personal a concentracions que es poden derivar d’aquest fet. Tampoc no s’ha de recórrer a aquest sistema quan es treballa amb materials explosius o radioactius, a fi d’eliminar el risc d’acumulacions a les comportes.
En els sistemes dissenyats per a equilibrar-se sense l’ajuda de comportes de regulació, per a la verificació inicial dels càlculs de disseny i de la qualitat constructiva es pot utilitzar el procediment següent (s’ha de tenir en compte, no obstant això, que no permet detectar una elecció incorrecta dels criteris de disseny, tal com velocitats de captura o transport massa baixes, i que es consideren acceptables desviacions de ±10% respecte als valors de disseny):
1) Determineu el cabal en el conducte. Si és correcte, passeu al pas 4. Si no, continueu amb 1.a.
a) Verifiqueu el dimensionament del ventilador.
b) Verifiqueu la velocitat i direcció de rotació del ventilador.
c) Verifiqueu la configuració de l’entrada i la sortida del ventilador respecte als plànols.
2) Si hi trobeu algun error, una vegada corregit torneu al punt 1. Si no en trobeu cap, mesureu la pressió estàtica a l’entrada i la sortida del ventilador i calculeu la pressió estàtica del ventilador. Mitjançant la seva corba característica verifiqueu el cabal, la pressió estàtica i la velocitat de gir del ventilador. Si el funcionament és satisfactori, encara que el punt de funcionament no sigui el de disseny, el ventilador funciona correctament i el problema és en algun altre lloc. Passeu al pas 3.
3) Si la pressió estàtica a l’entrada del ventilador és més gran (més negativa) que la de disseny, passeu al pas 4. Si la pressió estàtica a la sortida del ventilador és més gran (més positiva) que la de disseny, passeu al pas 8.
4) Mesureu la pressió estàtica en cadascuna de les campanes i compareu el resultat amb el valor de disseny. Si són correctes, passeu al pas 10; si no, continueu amb el pas 4.a.
a) Verifiqueu la grandària i el disseny de les campanes i escletxes respecte als plànols.
b) Verifiqueu la presència d’obstruccions en cadascuna de les campanes.
5) Una vegada s’hagin corregit tots els errors de construcció i les obstruccions, si la pressió estàtica de les campanes és correcta, torneu al pas 1; si és massa baixa, passeu al pas 6.
6) Mesureu la pressió estàtica en les diferents unions dels conductes i compareu amb les dades de disseny. Si en una unió és massa elevada aneu mesurant pressions estàtiques aigua amunt fins que trobeu una massa baixa, i aïllar així el problema. A la zona en la qual la pèrdua de càrrega supera la de disseny:
a) Verifiqueu els angles de les unions de conductes respecte als plànols.
b) Verifiqueu, així mateix, els radis dels colzes.
c) Verifiqueu els diàmetres dels conductes.
d) Verifiqueu la possible presència d’obstruccions.
7) Després de corregir tots els detalls constructius que es desvien de les especificacions, torneu al pas 1.
8) Mesureu la pressió diferencial en el depurador d’aire i compareu-la amb les dades del fabricador. Si la pèrdua de càrrega és excessiva, feu-hi les modificacions necessàries i torneu al pas 1. Si la pèrdua és inferior a la prevista, continueu en el punt 8.a.
a) Verifiqueu els conductes, colzes i entrades, com en els passos 6.a i 6.d.
b) Verifiqueu la descàrrega del sistema (tipus i dimensions) respecte als plànols.
9) Si es detecten errors, corregiu-los i torneu al pas 1. Si no es detecten errors, verifiqueu una altra vegada el disseny respecte als plànols, refeu els càlculs i torneu al pas 1 amb els valors nous de disseny esperats.
10) Mesureu les velocitats de control en totes les campanes en les quals sigui possible. Si el control és inadequat, redissenyeu o modifiqueu la campana.
El procés descrit s’ha de repetir fins que s’hagin corregit tots els defectes i la pressió estàtica de les campanes i les velocitats de control siguin raonablement coincidents amb les de disseny. Llavors s’ha de registrar la pressió estàtica de les campanes per a usar aquests valors en les verificacions periòdiques del sistema.
La verificació periòdica del bon funcionament de tota instal·lació d’extracció localitzada hauria de formar part del programa de manteniment periòdic general de la planta, i se li haurien d’aplicar els mateixos criteris que a les instal·lacions directament productives. En general, aquest principi no es té en compte, i és habitual que l’eficàcia de les instal·lacions d’extracció localitzada no sigui verificada més que de manera excepcional.
La verificació que els cabals de les campanes es mantenen dins de les especificacions de disseny es pot fer fàcilment mesurant-ne simplement la pressió estàtica, una mesura senzilla i sense gairebé cap cost, per la qual cosa no hi hauria d’haver cap raó per a no fer-la, almenys, una vegada l’any. En el cas dels equips de depuració, en els quals hi pot haver acumulacions de material que n’augmentin la pèrdua de càrrega i disminueixin, en conseqüència, el cabal d’extracció del conjunt del sistema, aquestes verificacions haurien de ser més freqüents o, fins i tot, instal·lar-se sistemes continus de mesura que proporcionessin un senyal quan l’acumulació superés un valor fixat prèviament.
Quan el procés sigui modificat, o les campanes tinguin alteracions o es canviïn els mètodes de maneig de materials, cal fer mesures de la concentració ambiental, a fi de verificar que l’extracció continua essent eficaç.

Exercicis d'autoavaluació

Exercicis
1. En un punt d’una canonada de diàmetre 300 mm per la qual circula l’aire a 12 m/s es produeix un eixamplament fins a un diàmetre de 400 mm (α = 30°, figura 3.d). Tenint en compte que abans de l’eixamplament la pressió estàtica valia 150 Pa, quin és el cabal d’aire que passa per la canonada? Quant valdrà després de l’eixamplament? Expliqueu la lògica del resultat.
2. Calculeu la pèrdua de càrrega en una canonada de diàmetre 500 mm i 100 metres de llarg per la qual circulen 2 m3/s d’aire. A la canonada hi ha tres colzes de 90° construïts amb tres peces i radi igual al diàmetre (figura 3.a) i tres colzes idèntics als anteriors però de 45°.
3. Representeu gràficament la corba característica del sistema del problema anterior. Quin serà el cabal d’aire i la pèrdua de càrrega que es produiran quan el sistema es connecti a un ventilador que està situat en la forma indicada en la figura 11 i la corba característica del qual a 1.000 rpm és determinada en la taula 6?
4. Continuant amb l’exercici 3, quin seria el nou punt de funcionament si la velocitat de gir del ventilador passés a ser de 1.500 rpm?
5. Suposant que en deixar anar a l’aire una partícula de deu micres de diàmetre i densitat 2.700 kg/m3 assoleixi instantàniament la velocitat límit de caiguda, quant trigarà a descendir un metre?
6. Calculeu la velocitat a l’escletxa d’una extracció perimetral en boca de barril (figura 27) segons el seu diàmetre.
7. Dissenyeu els conductes i dimensioneu el ventilador del sistema de l’exemple 8 suposant que la velocitat mínima als conductes és de 10 m/s.
8. Quina serà la pressió estàtica a l’entrada del conducte al qual està connectada una campana del tipus de la dibuixada en la figura 28 si la velocitat de l’aire a l’escletxa és de 7 m/s i al conducte és de 15 m/s?
Preguntes obertes
9. Si en una canonada es produeix un estrenyiment, quina serà la relació entre la pressió estàtica i dinàmica de l’aire abans i després de l’estrenyiment? Justifiqueu la resposta.
10. En una conducció a l’extrem de la qual hi ha un ventilador que aspira aire, com serà la pressió estàtica en qualsevol punt: positiva o negativa? Justifiqueu la ssresposta.
11. Com variarà la pèrdua de càrrega en un conducte si doblem el cabal d’aire que hi passa?
12. Quin dels dissenys de campana presentats en la figura 46 requerirà més cabal d’aspiració i quin menys per a una eficàcia de captació determinada?
13. Expliqueu el principi en el qual es basa el disseny de sistemes de ventilació mitjançant l’equilibratge de conductes.
14. Quina és la millor manera de verificar que una campana aspira realment el cabal d’aire per al qual va ser dissenyada?
Elecció múltiple
15. En una conducció ja construïda, la pèrdua de càrrega...
16. La corba característica d’un sistema...
17. La corba característica d’un ventilador...
18. La pressió estàtica del ventilador és una mesura...
19. Per a manejar aire carregat de pols el tipus de rodet recomanat per a un ventilador centrífug és...
20. Per a determinar el punt de funcionament d’un ventilador és necessari conèixer...
21. Les partícules el diàmetre de les quals és de prop de les poques micres es comporten...
22. La dispersió inicial dels contaminants en el medi ambient de treball depèn fonamentalment...
23. En dissenyar un sistema d’extracció, quan en un punt d’unió la diferència de pressió estàtica entre les dues branques que hi conflueixen és d'un 10%, cal...
24. Per a verificar que el cabal aspirat per una campana és el que correspon al seu valor nominal, la variable que cal mesurar serà...

Solucionari

1.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


2.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


3.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


4.
a.Correcte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


5.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


6.
a.Incorrecte

b.Correcte

c.Incorrecte


7.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


8.
a.Correcte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Incorrecte


9.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Incorrecte

d.Correcte


10.
a.Incorrecte

b.Incorrecte

c.Correcte

d.Incorrecte


Bibliografia

Alden, J. L. (1970). Design of industrial exhaust systems. Nova York: Industrial Press.
American Conference of Governmental Industrial Hygienists (2004). Industrial Ventilation. A Manual of Recommended Practice(25a. edició). Cincinatti: ACGIH. Hi ha una traducció espanyola de la 20a. edició en anglès: American Conference of Governmental Industrial Hygienists (1992). Ventilación industrial. Manual de recomendaciones prácticas para la prevención de riesgos profesionalesValència: Generalitat Valenciana.
Baturin, V. V. (1976). Fundamentos de ventilación industrialBarcelona: Labor.
Bernal, F. i altres (2008). Higiene industrial. Barcelona: INSHT.
British Occupational Hygiene Society (1987). Controlling airborne contaminants in the workplace. Londres: BOHS.
Burgess, W. A.; Ellenbecker, M. J.; Treitman, R. D. (1989). Ventilation for control of the work environment. Nova York: Wiley.
Goodfellow, H. D. (1985). Advanced design of ventilation systems for contaminant control. Amsterdam: Elsevier.
Goodfellow, H. D. (1986). Ventilation 85: proceedings of the 1st international symposium on ventilation for contaminant control, October 1-3, 1985, Toronto, Canada. Amsterdam: Elsevier.
Goodfellow, H. D.; Tähti, E. (2001). Industrial ventilation: design guidebook. San Diego: Academic Press.
Heinsohn, R. J. (1991). Industrial ventilation: Engineering Principles. Nova York: Wiley.
Hemeon, W. C. L. (1963). Plant and process ventilation. Nova York: Industrial Press.
Soler & Palau (1972). Prontuario de ventilación. Ripoll: Soler & Palau.