Selección de ventilador centrífugo de extracción de humos: presión, materiales y diseño del sistema

En una planta de chapa se instaló un ventilador axial para aspirar los humos de soldadura desde tres bancos de trabajo a través de doce metros de conducto y un filtro de cartucho. En las campanas de banco, la velocidad de captura cayó por debajo de 0,3 metros por segundo, el humo se elevó hacia los soldadores y el filtro se cargó más rápido de lo que el mantenimiento podía mantener. El ventilador axial movía mucho aire en el espacio abierto, pero la fricción del conducto y la caída de presión del filtro juntas excedían todo lo que el impulsor podía generar.

La conclusión es directa: cualquier sistema de extracción de humos con conductos, filtros, campanas o equipos de fregado debe construirse alrededor de un ventilador centrífugo. Un ventilador centrífugo genera la presión estática que consume un sistema de humos real y su flujo de aire se mantiene estable a medida que los filtros se cargan y los conductos acumulan residuos.

Por qué un ventilador centrífugo es el caballo de batalla de la extracción de humos

Un ventilador centrífugo aspira aire axialmente hacia el impulsor y lo descarga radialmente hacia una carcasa en espiral. Ese cambio de dirección permite que el impulsor agregue presión estática a la corriente, no solo velocidad. Un ventilador axial agrega velocidad en línea con el flujo, lo que es eficiente solo cuando la resistencia del sistema es baja. En la extracción de humos, la resistencia nunca es baja: las entradas de la campana, los codos, las compuertas, los medios filtrantes y el empaque del depurador consumen presión estática.

Tres ventajas prácticas son importantes para un ingeniero de planta:

• Estabilidad de la presión. Un ventilador centrífugo mantiene mejor su flujo de aire a medida que se carga el medio filtrante, porque su curva de presión disminuye más lentamente que la curva de un ventilador axial.
• Separación de motores. El motor se puede montar fuera de la corriente contaminada, lo cual es esencial cuando el humo es corrosivo, inflamable o caliente.
• Transiciones compactas. La salida radial permite un giro de 90 grados directamente en el ventilador, lo que ahorra espacio en el piso y simplifica la disposición de los conductos.

El diseño del impulsor añade otra capa de elección. Los impulsores curvados hacia adelante brindan un alto flujo de aire a una presión moderada y se adaptan a la ventilación general. Los impulsores curvados hacia atrás son más eficientes y manejan cargas moderadas de partículas, por lo que son un punto de partida común para el servicio de humos. Los impulsores de palas radiales resisten la erosión y la acumulación, lo que se adapta al polvo abrasivo y a los gases de combustión a alta temperatura. La elección correcta depende del contaminante, no sólo de la cifra del flujo de aire.

Dónde aparecen los ventiladores centrífugos de extracción de humos

Las fuentes de humos industriales difieren tanto en temperatura, humedad y carga química que rara vez se puede seleccionar el ventilador únicamente a partir del flujo de aire. Vale la pena mapear los principales grupos de aplicaciones antes de escribir cualquier especificación.

La tabla es una simplificación, pero captura la primera decisión que debe tomar un diseñador: ¿el ventilador mueve aire a temperatura ambiente, aire caliente o aire químicamente agresivo? Cada respuesta conduce a una serie de ventiladores diferente y a una especificación de componente diferente.

Humos de soldadura y humos finos de proceso.

Los humos de soldadura son partículas finas. El ventilador no lo filtra; la campana de captura, el conducto y la unidad de filtro lo hacen. El ventilador mantiene la velocidad frontal en la campana por encima de aproximadamente 0,5 metros por segundo en un diseño de escape local, lo que requiere suficiente presión estática para superar la resistencia del filtro a medida que se carga el medio. Los talleres que comienzan con un ventilador axial descubren que la presión colapsa una vez que el filtro alcanza su capacidad de polvo de diseño.

Cabina de pintura y escape cargado de COV

Las cabinas de pintura suelen tener diseños de tiro cruzado o de tiro descendente. El ventilador de extracción debe aspirar aire cargado de solvente a través de los filtros de la cabina y el conducto hasta el dispositivo de reducción. Cuando la reducción es un adsorbente de carbón activado o un oxidante catalítico, cada elemento agrega una caída de presión. Un ventilador de tiro inducido colocado aguas abajo de los filtros mantiene la cabina bajo presión negativa para que el vapor del solvente no pueda filtrarse al área de trabajo. Para líneas de recubrimiento, dedicadas sopladores de cabina de pintura están diseñados para manejar exceso de rociado y cargas intermitentes de solvente sin detenerse.

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Cómo dimensionar un ventilador centrífugo de extracción de humos

La selección comienza con la curva del sistema, no con el catálogo. El flujo de aire requerido lo establece la velocidad de captura en cada campana. La presión estática requerida es la suma de todas las pérdidas a lo largo del camino del aire:

1. Pérdidas de entrada a la campana, normalmente de 20 a 80 Pa, según la geometría de la campana.
2. Fricción del conducto, que crece con la longitud del conducto y con el cuadrado de la velocidad del aire.
3. Codos, tees y transiciones, cada uno de los cuales contribuye con un coeficiente de pérdida local.
4. La presión del filtro, del lecho de carbón o del depurador cae, la cual aumenta a medida que se carga el medio.
5. Descargue las pérdidas por chimenea y los tapones climáticos en la salida.

Sólo después de agregar estas pérdidas el punto de diseño significa algo. Un error común es elegir un ventilador basándose únicamente en el flujo de aire y luego descubrir al arrancar que el flujo real está entre un 20 y un 30 por ciento por debajo del objetivo porque se subestimó la presión estática. Los diseñadores suelen añadir un margen del 10 por ciento a la presión y un factor de seguridad al flujo de aire, pero el margen debe declararse honestamente: el sobredimensionamiento aumenta la potencia del motor, los costos operativos y el ruido. El camino práctico es modelar el sistema de conductos, dibujar la curva del sistema y seleccionar el ventilador cuya curva lo cruza en el punto de diseño. un Guía de selección de ventiladores centrífugos que cubre capacidad, presión y materiales. es una referencia útil para este paso.

La presión estática es el número decisivo

La frase "ventilador centrífugo de extracción de humos" les dice a los compradores experimentados una cosa: el ventilador debe estar clasificado para presión estática, no solo para volumen. El eje de presión estática de la curva del ventilador le indica si la instalación realmente extraerá humo a través de un filtro cargado.

Temperatura y funcionamiento del motor.

Para corrientes superiores a 80 °C, el motor suele montarse fuera de la corriente de aire o protegido del calor radiante. El funcionamiento a alta temperatura afecta la lubricación de los rodamientos, la selección del sello del eje y la expansión térmica del impulsor. No se debe suponer que un ventilador estándar funciona a la temperatura del proceso sin verificar estos detalles.

Selección de materiales para humos corrosivos y calientes

Las corrientes de humo rara vez son aire limpio. Los cloruros de los tanques de revestimiento, los fluoruros de los hornos cerámicos, los óxidos de azufre de la incineración de desechos y los alquitranes condensables atacan los componentes de los ventiladores. La selección de materiales es una decisión de confiabilidad, no un ejercicio de costos.

El acero al carbono es aceptable para humos secos y no corrosivos, como el humo de soldadura. Cuando la corriente de aire contiene gases ácidos, humedad o mezclas de solventes, el impulsor, la carcasa y el cono de entrada deben especificarse en un grado resistente a la corrosión. Las opciones van desde acero inoxidable hasta plástico reforzado con fibra y construcción revestida de PTFE. Para escapes químicos, un Ventilador centrífugo anticorrosión FRP Resiste una amplia gama de ácidos y álcalis manteniendo bajo el peso de rotación. Cuando las temperaturas son muy altas o la exposición al cloro descarta los compuestos, la construcción con aleaciones es la respuesta; el Selección personalizada de aleaciones de ventiladores centrífugos para depuradores de semiconductores. explica cómo se combinan los grados de aleaciones con contaminantes específicos.

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Algunas reglas prácticas:

• Evite los impulsores de aluminio en atmósferas que contengan cloro u oxidantes fuertes.
• Utilice acero inoxidable cuando el lavado sea frecuente o el humo pueda condensarse en un líquido dentro de la carcasa.
• Agregue revestimientos de desgaste o un impulsor resistente a la erosión cuando la corriente transporte polvo abrasivo por encima de aproximadamente 500 miligramos por metro cúbico.
• Drene el punto bajo de la voluta cuando sea posible la condensación, de modo que el líquido estancado nunca entre en contacto con el sello del eje.

El ventilador dentro del tren de tratamiento de humos

Un sistema de extracción de humos es una secuencia: campana de captura, ducto, prefiltro, adsorbedor u oxidante, ventilador y chimenea. La posición de los fanáticos en esa secuencia es importante.

En una disposición de paso, el ventilador se sitúa delante de la unidad de tratamiento y sopla aire contaminado a través de ella. En una disposición de tiro inducido, el ventilador se ubica aguas abajo y aspira el aire a través de los filtros, manteniendo toda la unidad de tratamiento bajo presión negativa. Se prefiere el diseño de tiro inducido cuando el vapor de solvente o el gas ácido no deben filtrarse de las carcasas de los filtros ni de las juntas de los conductos.

Cuando los humos cargados de COV son manejados por carbón activado, la regeneración y la oxidación catalítica agregan más ventiladores al tren. Los ventiladores de adsorción, los ventiladores de desorción y los ventiladores asistidos por combustión funcionan con diferentes flujos y temperaturas. En tales sistemas, un ventilador de combustión catalítica debe tolerar el aire precalentado y permanecer estable a través del flujo de aire cíclico del oxidante, por lo que su curva de presión y clasificación de calor son cuestiones de seguridad tanto como de rendimiento.

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La presión total del tren no es sólo la suma de las pérdidas de componentes limpios. Los filtros se cargan, los lechos de carbón envejecen y las boquillas del depurador se obstruyen. Un ventilador centrífugo con una curva de presión estable les da a los operadores tiempo para reaccionar antes de que el flujo de aire caiga por debajo de la velocidad mínima de captura.

Cómo combinar la serie de fans con el deber

La extracción de humos abarca un amplio rango de presiones y los fabricantes clasifican los ventiladores centrífugos en consecuencia. La clase de presión determina el tipo de sistema al que puede servir el ventilador:

• Serie de baja presión Se adaptan a conductos cortos con filtración mínima, como escapes generales de laboratorio.
• Serie de media presión cubren la mayoría de las cabinas de pintura y sistemas de carbón activado.
• Serie de alta presión manejar conductos largos, depuradores empaquetados o medios filtrantes densos.

El mismo flujo de aire puede ser entregado por un ventilador de baja presión con un impulsor más grande o un ventilador de alta presión con un impulsor más pequeño y más rápido. La elección depende de dónde se ubica el punto de operación en la curva del ventilador y de cuánto cambia la presión del sistema con el tiempo.

Cuando los límites de ruido son estrictos, vale la pena evaluar una serie de alta eficiencia y bajo ruido. No cambia los fundamentos de la extracción de humos, pero puede reducir el tratamiento acústico necesario alrededor de un ventilador que funciona durante dos o tres turnos.

La conclusión

El ventilador centrífugo de extracción de humos adecuado es aquel cuya curva, materiales y temperatura nominal coinciden con las condiciones reales de funcionamiento del sistema. Comience desde la velocidad de captura de la campana, agregue cada pérdida de presión, declare la temperatura y la composición química honestamente, luego elija la serie y el material que se ajusten. Los ventiladores axiales tienen su lugar en la ventilación abierta, pero para la extracción de humos por conductos, la base de ingeniería es un ventilador centrífugo. Cuando el diseño del conducto, la química de los humos o la temperatura de funcionamiento quedan fuera de los catálogos estándar, ventilador centrífugo personalizado A menudo es más confiable que forzar una unidad estándar a realizar una tarea inadecuada.