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Aire de Escape del Colector de Polvo: 3 Razones para Prestar Atención

Por Robert Walters, Ingeniero de Ventas Regionales de Donaldson Torit

La atención en el diseño del sistema de colección de polvo a menudo se centra en el dispositivo de filtración (colector). Como resultado, los diseñadores de sistemas pueden pasar por alto factores como las opciones que se deben considerar en relación con el aire que sale del colector. Este artículo explica algunas de las oportunidades y desafíos relacionados con el aire que expulsan los dispositivos de filtración. Los sistemas de colección de polvo más antiguos empleaban un método muy simple para manejar el aire expulsado por los colectores de polvo; simplemente arrojarlo a la atmósfera. Este método se empleaba independiente de si los colectores se encontraban bajo techo o en el exterior. Si bien este método puede seguir siendo válido en algunos usos, las preocupaciones actuales sobre el ahorro de energía, el polvo combustible y el cumplimiento de normas ambientales sugieren que es prudente darle una consideración adicional.

1. Ahorro de Energía: Es Necesario Reemplazar El Aire Emitido

Cuando funciona un sistema de colección de polvo, el aire que se usa para extraer el polvo deja detrás de sí un vacío que tiene que llenarse con aire de reemplazo. Esto puede ser simple si está en una zona con clima templado, pero muchas plantas tienen que invertir energía y dinero para hacer más cómodas sus instalaciones. Esto significa que botar afuera el aire acondicionado y reemplazarlo aumenta la carga en los dispositivos a cargo de gestionar el aire de reposición, aumentando los costos operativos.

Para evitar la pérdida de su inversión en calefacción o refrigeración, se puede tomar la decisión de devolver el aire acondicionado al edificio después de procesarlo a través del colector. Esta opción se aplica normalmente con medios filtrantes de alto rendimiento para asegurar la eliminación eficiente de las partículas con el fin de facilitar la recirculación. Este método tiene el potencial de ser una excelente forma de ahorrar dinero si su planta está sometida condiciones atmosféricas extremas, pero tendrá que evaluar algunos gastos de capital adicionales antes de empezar a devolver el aire a la instalación.

Muchas de las prácticas de diseño recomiendan que el sistema de recirculación de aire cuente con sistemas de monitoreo para asegurar la calidad del aire que retorna al espacio ocupado. Un método relativamente común es agregar filtros HEPA o ASHRAE como filtros de monitoreo entre el colector y el aire de escape que se devuelve al edificio. Los filtros HEPA y ASHRAE tienden a mostrar aumentos relativamente rápidos en la caída de presión cuando capturan cantidades pequeñas de polvo. Al colocarlos más abajo de un colector primario, pueden monitorear la carga de polvo en el aire de retorno y mostrar un aumento en la caída de presión para avisar al operador que hay una aparente fuga en el filtro principal. El polvo que pasa por el filtro principal se captura (mediante el HEPA) y, de esta forma, evita que retorne al espacio ocupado. En condiciones normales, pasa tan poco polvo por el filtro HEPA o ASHRAE que la caída de presión permanecerá baja y estable, y la vida útil del filtro seguirá siendo razonable. Esto minimiza los gastos de mantenimiento para los filtros de monitoreo.

¿Se compensa la inversión de capital adicional con el ahorro obtenido por la recirculación de aire? La siguiente es una estimación del ahorro de energía en un sistema de colección de polvo de 10,000 cfm (pies cúbicos por minuto) que funciona 168 horas a la semana en Madison, Wisconsin:

Mediante la siguiente fórmula se pueden estimar los costos de calefacción para el aire de reposición:

Ahorro de costos = (0.154 x Q x T x D x C) ÷ q

Por lo que para nuestro ejemplo, el costo anual de calefacción sería:

 = (0.154 x 10,000 x 168 x 7673 x 6.11) ÷ 824.000 = $14,720 costo de calefacción al año

Donde...
0.154 es un factor de conversión 
Q es el flujo de aire del diseño en pies cúbicos por minuto (cfm)10,000 cfm
T corresponde a las horas de funcionamiento por semana168 horas a la semana
D es el número de grados-días anuales7,673 días de calefacción
C es el costo de calentar el combustible en dólares por unidad (noviembre del 2013)$6.11 unidades de combustible
q son las BTU de calor disponibles por unidad824 k BTU por unidad

El costo de refrigeración también se puede calcular con una fórmula:

Costos de refrigeración = (0.0000258 x Q x T x H x C)

Por lo que para nuestro ejemplo, los costos anuales de refrigeración serían:

= (0.0000258 x 10,000 x 168 x 293 x 0.0804) = $1,021 costos de refrigeración al año

Donde...
0.0000258 es un factor de conversión 
Q es el flujo de aire en pies cúbicos por minuto (cfm)10,000 cfm
T corresponde a las horas de funcionamiento por semana168 horas a la semana
H corresponde a las horas de refrigeración nominales a plena carga293 horas de refrigeración
C es el costo de la electricidad en dólares por kilowatt-hora (agosto de 2013)$0.0804 dólares por kilowatt
q son las BTU de calor disponibles por unidad824 k BTU por unidad

Devolver el aire filtrado y evitar la necesidad de reemplazar el aire acondicionado desechado del equipo de filtración, ofrece un ahorro anual total en calefacción y refrigeración del aire de recirculación necesario de casi $16,000 dólares. Este ahorro se obtiene cada año en que el equipo de filtración está funcionando.

Con la instalación de un sistema de control automático del flujo de aire con un controlador de velocidad variable se mantendría el flujo de aire diseñado y la uniformidad de la carga en el sistema de aire de recirculación. Con este sistema, se generan más ahorros mediante la utilización de un medio de carga de superficie con una menor caída de presión. Si el sistema funciona con una presión más baja en dos pulgadas de columna de agua con un medio de carga de superficie mejorado en comparación con un medio básico en este mismo sistema de 10,000 cfm, el ahorro de energía anual estimado producto de la menor caída de presión es de $2,262.

Estos ahorros no toman en cuenta el menor capital necesario para el sistema de aire de recirculación. Si se hace el análisis para un proyecto nuevo, consulte con las empresas de servicios públicos locales acerca de los programas de reembolsos y de incentivos disponibles que fomenten la inversión de capital adicional en un sistema de eficiencia energética. 

2. Consideraciones con Respecto al Polvo Combustible

Los sistemas de control de polvo que manejan polvo combustible pueden requerir inversiones adicionales de capital para evitar devolver al edificio la energía o el humo de un incendio. Una de las diversas estrategias de mitigación es una compuerta de interrupción que ayudan a reducir los riesgos de eventos de combustión en un colector de polvo que recircula a un espacio ocupado. (Consulte la figura 1)

Una compuerta de interrupción recibe una señal de algún tipo de sensor que se encuentra ubicado en el colector o cerca de este. Cuando el sensor activa la compuerta de la interrupción, la cierra de golpe para quedar en una posición cerrada. En esta posición, se desvía el aire de descarga del colector hacia fuera y no hacia el edificio. Hay una variedad de sensores que se pueden usar para activar la compuerta de interrupción, siendo una opción común los detectores que buscan si hay chispas o humo después del colector.

Figura 1. Compuerta de Interrupción en el conducto de aire de retorno

Si su planta se encuentra en un lugar donde el clima es un tema que se debe tomar en cuenta, es posible que haya períodos durante el año en los que preferirá evitar recircular el aire hacia el edificio. Puede que sus procesos generen aire caliente y en verano sería preferible descargar el aire caliente hacia el exterior. En estas condiciones, a menudo se accionaría manualmente la compuerta de interrupción para que el aire caliente se descargue al exterior en lugar de recircularlo al edificio. Tenga en cuenta que el funcionamiento del colector con descarga de aire en el exterior aumentará la demanda sobre el sistema de recirculación de aire.

Si está considerando poner un filtro de monitoreo, una compuerta de interrupción o ambos en el conducto de escape, no olvide que además de los gastos de capital del equipo, están los costos de energía necesarios para empujar aire a través de los dispositivos. Cuando calcula los costos de energía (presión estática) para mantener el aire en movimiento a través del sistema original, incluye los costos de energía para acelerar y hacer que el aire alrededor del equipo avance hacia los extractores de modo de llevar el polvo hacia el colector. También agregó los costos de la presión estática para mantener en movimiento el aire a través de las vueltas, juntas y trayectos rectos del conducto hasta alcanzar el colector. Incluyó los costos de energía para la resistencia a través de los conductos del colector hasta el punto de escape. Y, finalmente, se incluyen los costos de la energía estática para mover aire a través del colector y los filtros. Estas pérdidas de energía del colector deben incluir suficiente capacidad de presión estática para permitir el movimiento del aire a través de los filtros, incluso cuando ya están los suficientemente sucios como para reemplazarlos. Todos esos costos de energía sumados lo llevaron al ventilador que necesita.

Ahora, si está considerando un filtro de monitoreo o una compuerta de interrupción, puede requerir capacidad de presión estática adicional para la energía necesaria para mover el aire a través de los dispositivos. Verifique si necesita modificar o reemplazar el ventilador actual para mantener las condiciones del flujo diseñado.

Otra consideración relativa a los polvos combustibles es la exigencia de normas como la NFPA para el aislamiento entre los equipos de proceso o en los conductos que llevan el aire de retorno a espacios ocupados. Estos dispositivos ayudan a reducir el riesgo de un evento de deflagración en un colector que envía energía y llamas de vuelta al espacio ocupado. Los dispositivos de aislamiento usan sensores cerca del colector para detectar el inicio de un evento en el colector. Entonces activan el dispositivo de aislamiento para cerrar el conducto y evitar que la llama y la energía se devuelvan al espacio ocupado. Los dispositivos de aislamiento mecánicos tienden a usar compuertas que se cierran de golpe en fracciones de segundo mediante mecanismos de cierre de alta energía, como gas comprimido. El aislamiento químico es un tipo de aislamiento que usa contenedores o canecos especiales para expandir rápidamente un agente extintor en el conducto mediante gas comprimido. Los dispositivos de aislamiento no solo se utilizan en el conducto de retorno de aire del colector, sino también en el conducto de entrada al colector, para reducir la posibilidad de que la energía y la llama viajen de vuelta hacia el proceso.

Figura 2. Sonda y controles de un detector de bolsa dañada
3. Requisitos de Cumplimiento Normativo para el Monitoreo de Aire:

Si el proceso implica la manipulación o producción de contaminantes peligrosos del aire, puede que los requisitos locales, federales o estatales indiquen que se debe controlar el aire que se descarga a la atmósfera. Puede ser necesario un detector de rotura de la bolsa con una alarma para monitorear la carga de polvo en el aire de escape proveniente del colector y proporcionar un registro de rendimiento del colector (consulte la Figura 2). Estos detectores se encuentran en el conducto o chimenea de descarga de aire limpio y se deben calibrar de acuerdo con el volumen del aire diseñado. Cuando se han instalado y calibrado, estos detectores a menudo se pueden configurar para que además de monitorear, registren las cargas de polvo sobre una base programada con el fin de establecer un registro permanente del rendimiento del colector. Varios diseños de detectores de bolsas rotas también permiten monitorear la secuencia de limpieza de pulsos del colector y correlacionar el aumento en la descarga de polvo con un evento de pulso específico. En estas configuraciones, los dispositivos actúan como herramientas de mantenimiento preventivo que ayudan al operador del colector a limitar su búsqueda de filtros dañados.

Los monitores suelen estar equipados con circuitos para que las alarmas de audio o los indicadores de luces visuales alerten a los operadores de condiciones desfavorables. Estos monitores también se han usado para accionar dispositivos, como las compuertas de interrupción, cuando aumentan los niveles de partículas de forma crítica, como por ejemplo, durante condiciones de mucho humo generadas por un fuego dormido en un filtro.

Resumen:

No caiga en la trampa de ignorar el aire de escape generado en el colector de polvo. Debe ser proactivo para garantizar que el aire de escape del colector cumpla con los requisitos federales, estatales o locales. También debe asegurarse de aprovechar las oportunidades de aumentar el valor de su colector de polvo a través del ahorro de costos de calefacción o refrigeración o mejorando su nivel de confiabilidad aplicando el mejor monitoreo y mantenimiento posibles. Cuando se trata del aire de escape del colector, simplemente no puede permitirse arrojarlo fuera sin pensar.

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