Guía básica de ventilación

1909

Este proceso consiste en la sustitución de una porción de aire, considerada indeseable, por otra que aporta una mejora en pureza, temperatura, humedad, etcétera. En los seres vivos resuelve funciones vitales, controla el calor que producen y proporciona condiciones de confort, aspectos que desde la ingeniería mecánica también se pueden atender

Redacción, con información e imágenes de Soler & Palau

La ventilación de máquinas o de procesos industriales permite controlar el calor, la toxicidad de los ambientes o la explosividad potencial de los mismos, garantizando en muchos casos la salud de los operarios que se encuentran en dichos ambientes de trabajo. Para efectuar una ventilación adecuada, es primordial seguir los siguientes pasos:

Conceptos y magnitudes
En el movimiento del aire a través de un conducto se distinguirá lo siguiente (Figura 1):

Figura 1. Movimiento del aire

Caudal

  • La cantidad o caudal Q (m3/h) de aire que circula
  • La sección S (m2) del conducto
  • La velocidad V (m/s) del aire
  • Los cuales se ligan con la fórmula: Q = 3600 × v × S

Presión

El aire necesita de una determinada fuerza que le empuje para circular. Esta fuerza, por unidad de superficie, es lo que se llama presión. Existen tres clases de presión:

Presión estática (Pe):
Es la que se ejerce en todas las direcciones dentro del conducto, en la misma dirección del aire, en dirección contraria y en dirección perpendicular sobre las paredes del mismo. Si el conducto fuese cerrado, como un recipiente con el aire en reposo, también se manifestaría este tipo de presión. La presión estática puede ser positiva, si es superior a la atmosférica, o bien, negativa, si está por debajo de ella.

Presión dinámica (Pd):
Acelera el aire desde cero a la velocidad de régimen. Se manifiesta sólo en la dirección del aire y viene relacionada con la dirección del mismo, aproximadamente por las fórmulas:

Figura 2

La gráfica de la Figura 2 relaciona ambas magnitudes, la velocidad del aire (v) y su correspondiente presión dinámica (Pd). Ésta última siempre es positiva.

 

Presión total (Pt):
Es la que ejerce el aire sobre un cuerpo que se opone a su movimiento. En la figura 1 sería la presión sobre una lámina (L) opuesta a la dirección del aire. Esta presión es la suma de las dos anteriores.

Pt= Pe + Pd

En hidráulica esta expresión recibe el nombre de ecuación de Bernouilli.

Las unidades
Las unidades de presión utilizadas son:

En la Tabla 1 se establece la correspondencia entre distintas unidades de presión. Obsérvese la diferencia entre la atmósfera y la presión atmosférica. El milibar es la unidad usada por los meteorólogos.

Tabla 1. Conversión entre distintias unidades de presión

Aparatos de medida
Las presiones absolutas se miden a partir de la presión cero con ayuda de barómetros y manómetros de laboratorio. Las presiones efectivas se miden a partir de la presión atmosférica, por medio de manómetros industriales.

Las presiones total, estática y dinámica son de este tipo y se miden con micromanómetros. En los laboratorios de mecánica de fluidos se utilizan los siguientes dispositivos:

Figura 3. Tubo de Pitot

Tubo de Pitot
Mide directamente la presión total Pt por medio de un tubo abierto que recibe la presión del aire contra su dirección y que conecta su otro extremo a un manómetro. Éste se representa en la Figura 3 por medio de un tubo en U, lleno de agua, abierto en su otro extremo a la presión atmosférica, y cuyo desnivel del líquido en las dos ramas, señala la presión total en mm c.d.a.

Figura 4. Sonda de presión estática

Sonda de presión estática
Mide la presión estática Pe por medio de un tubo ciego dirigido contra la corriente de aire y abierto, por unas rendijas, en el sentido de la misma. En la Figura 4 puede verse conectado, por su otro extremo, a un manómetro de columna de agua, que está abierto a la presión atmosférica.

Figura 5. Tubo de Prandtl

Tubo de Prandtl
Es una combinación de un Pitot y una sonda de presión estática. El Pitot constituye el tubo central que está abierto a la corriente de aire y está envuelto por una sonda que capta la presión estática. Como los extremos de ambos acaban en un mismo manómetro, se cumple la fórmula,

Pt = Pe + Pd  con lo que indica la presión dinámica Pd (Figura 5).

Medida del caudal:

Una vez determinada la presión dinámica del aire en un conducto, puede calcularse el caudal que circula, por la fórmula indicada antes:

Q(m3/h) = 3600 x v x S

La velocidad del aire  y la sección S de la conducción son también muy fáciles de determinar (Figura 6).

Figura 6. Conducto de sobrepresión respecto a la atmósfera

Tipos de ventilación
Se pueden distinguir dos tipos:

Ambiental: también denominada de dilución o renovación ambiental es la que se practica en un recinto, consiste en renovar todo el volumen de aire del mismo con otro de procedencia exterior
Localizada: pretende captar el aire contaminado en el mismo lugar de su producción, evitando que se extienda por el local. Las variables que deben tomarse en cuenta son la cantidad de polución que se genera, la velocidad de captación, la boca o campana de captación y el conducto a través del que se llevará el aire contaminado hasta el elemento limpiador o su descarga.

Ventilación ambiental (de viviendas)
A la hora de ventilar cualquier recinto hay que seguir los criterios normativos que afectan al local que se pretende ventilar, si es que éstos existen.

Cuando se trata de ventilación de viviendas, los edificios dispondrán de medios de ventilación que eliminen los contaminantes habituales, de forma que se aporte un caudal suficiente de aire exterior y se garantice la extracción y expulsión del aire viciado por los contaminantes.

Las viviendas deben disponer de un sistema de ventilación que puede ser híbrida o mecánica:

Híbrida: ventilación en la que, cuando las condiciones de presión y temperatura ambientales son favorables, la renovación del aire se realiza mediante ventilación natural y, cuando son desfavorables, con extracción mecánica.

Mecánica: ventilación en la que la renovación del aire se produce por el funcionamiento de aparatos electro-mecánicos dispuestos para tal efecto. Puede ser mediante admisión mecánica, o bien, con extracción mecánica o equilibrada.

El aire debe circular desde los espacios secos a los húmedos; para ello, los comedores, dormitorios y salas de estar deben disponer de aberturas de admisión (abertura de ventilación que sirve para la admisión, comunicando el local con el exterior, directamente, o a través de un conducto de admisión); los aseos, cocinas y cuartos de baño deben disponer de aberturas de extracción (abertura de ventilación que sirve para la extracción, comunicando el local con el exterior, directamente, o a través de un conducto de extracción); las particiones situadas entre los lugares con admisión y aquellos con extracción deben disponer de aberturas de paso (abertura de ventilación que sirve para permitir el paso de aire de un área a otra contigua)

Los sistemas de ventilación híbridos no serán capaces de garantizar dicha evacuación de aire de forma permanente, aconsejándose el uso de un sistema de ventilación mecánica controlada (VMC) que asegure la correcta renovación de los distintos espacios.

Figura 7. Tipos de ventilación

Ventilación localizada
Cuando en un local se originan gases, olores y polvo, aplicar al mismo los principios de ventilación general ya expuestos puede originar algunas problemáticas concretas como una instalación poco económica y, en algunos casos, nada efectiva, debido a los grandes volúmenes de aire vehicular, la importante repercusión energética en locales con calefacción e, incluso, la extensión a todo el recinto de un problema que inicialmente estaba localizado (Figura 7).

En consecuencia, siempre que sea posible, lo mejor es solucionar el problema de contaminación en el mismo punto donde se produce mediante la captación de los contaminantes cerca de la fuente de emisión, antes de que se disperse el aire por la atmósfera del recinto y sea respirado por los operarios.

Las aspiraciones localizadas pretenden mantener las sustancias molestas o nocivas en el nivel más bajo posible, evacuando directamente los contaminantes antes de que sean diluidos.

Una de las principales ventajas de estos sistemas es el uso de menores caudales que los sistemas de ventilación general, lo que repercute en unos menores costes de inversión, funcionamiento y calefacción.

Por último, la ventilación por captación localizada debe ser prioritaria ante cualquier otra alternativa y en especial cuando se emitan productos tóxicos en cantidades importantes.

Figura 8. Tipos de campana

Elementos de una captación localizada
En una captación localizada serán necesarios los siguientes elementos:

Sistema de captación. El dispositivo de captación, que en muchos casos suele denominarse campana, tiene por objeto evitar que el contaminante se esparza por el resto del local, siendo este elemento la parte más importante de la instalación, ya que una mala concepción de este dispositivo puede impedir al sistema captar correctamente los contaminantes o llevar, para compensar esta mala elección inicial, a la utilización de caudales, coste de funcionamiento y de instalación excesivos. Este dispositivo puede adoptar diversas formas (Figura 8).

Para que el dispositivo sea efectivo, deberán asegurarse velocidades mínimas de captación. Esta velocidad se define como:

Canalización de transporte del contaminante. Una vez efectuada la captación, y para asegurar el transporte del aire contaminado, es necesario que la velocidad de éste, dentro de la canalización, impida la sedimentación de las partículas sólidas que se encuentran en suspensión.

De este modo, el dimensionado del conducto se efectuará según sea el tipo de materiales que se encuentren en suspensión en el aire, como humo, gases y vapores, polvos, etcétera.