APARATOS DE MEDIDA – VENTILACIÓN INDUSTRIAL

1. - INTRODUCCION

Las mediciones de los distintos parámetros de las corrientes de aire que circulan por los conductos de un sistema de extracción localizada tienen gran importancia en la industria ya que resultan ser imprescindibles:

a) Para determinar si un sistema recién instalado está funcionando según las previsiones del diseño.

b) Para obtener los datos necesarios para la colocación de registros en los sistemas de extracción calculados según este método.

c) Para determinar mediante comprobaciones periódicas si es necesario efectuar un mejor mantenimiento del sistema o reparaciones en el mismo para garantizar su buen rendimiento.

d) Para obtener los datos necesarios para determinar si el sistema tiene suficiente potencia para admitir la instalación de campanas de extracción adicionales.

c) Para obtener los datos de funcionamiento de un sistema que está rindiendo a satisfacci6n para poderlos aplicar en el diseño de un nuevo sistema de características similares.

f) Para obtener los datos necesarios para determinar si el sistema cumple las especificaciones establecidas por las correspondientes normativas legales.

Para la verificación de un sistema de extracción el dato más importante es el caudal circulante.

En la mayor parte de los casos, la medida más importante a obtener es el valor del caudal que está circulando por una determinada tubería o boca de extracción.

Sin embargo, la mayoría de los aparatos disponibles miden únicamente la velocidad del aire en un punto determinado de una sección, por lo cual, para conocer el caudal deberemos saber además cuál es el valor del área de la misma.

El caudal correspondiente vendrá entonces dado por la expresión: Q = S . vEn donde:Q = caudal (m3/seg.)S = área de la sección (m2)V = velocidad media en S (m/seg.)

2.- APARATOS DE MEDIDA

Medida de presión estáticaEl aparato más comúnmente utilizado para este fin es el manómetro en “U”. Consiste simplemente, en un tubo transparente, parcialmente lleno de agua y doblado en esta formaUno de los brazos de la “U” puede inclinarse, incrementándose de este modo la sensibilidad hasta 10 veces, permitiendo efectuar lecturas del orden de m/m, de columna de agua, aunque precisamente por su gran sensibilidad no puede sostenerse a mano, debiéndose – por tanto – prever una fijación sobre una superficie rígida.O sea, que cuando se requiere una gran sensibilidad de medida se utilizan los manómetros inclinados.La toma de medida se efectúa a través de un taladro practicado en el conducto, eliminando previamente los rebordes, en previsión de posibles turbulencias, y colocando una de las ramas de la “U” perpendicularmente a las líneas de flujo.

Manómetro de tubo en U: Si cada rama del manómetro se conecta a distintas fuentes de presión, el nivel del líquido aumentara en la rama a menor presión y disminuirá en la otra. La diferencia entre los niveles es función de las presiones aplicadas y del peso específico del líquido del instrumento. El área de la sección de los tubos no influyen el la diferencia de niveles. Normalmente se fija entre las dos ramas una escala graduada para facilitar las medidas.Los tubos en U del micro manómetros se hacen con tubos en U de vidrio calibrado de precisión, un flotador metálico en una de las ramas y un carrete de inducción para señalar la posición del flotador. Un indicador electrónico potenciometrico puede señalar cambios de presión hasta de 0.01 mm de columna de agua. Estos aparatos se usan solo como patrones de laboratorio.Un manoscopio o manómetro es un instrumento de medición que sirve para

medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los metálicos.Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U. El tubo puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando el tubo al recipiente que contiene el fluido por su rama inferior abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica p0 en la ecuación:p = p0 ± ρ.g.hSi es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = ρ.g.h. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presiones elevadas.En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión sobre una escala graduada.

Medida de la presión totalPara este fin se usan los llamados “tubos de impactación” (ver Figura 1), que conectados con un manómetro indican la presión total. Consiste en un tubo hueco doblado en ángulo recto, con una de sus ramas orientada paralelamente a las líneas de flujo, y en sentido contrario a las mismas.La otra rama puede conectarse directamente aun manómetro en “U”.La presión dinámica se obtiene restando de la presión total la presión estática, medida en el mismo punto.Se trata de un aparato muy simple, de gran exactitud, que no necesita de ningún tipo de calibración, ya que su funcionamiento concuerda plenamente con la teoría.Sin embargo, no se recomienda su uso para velocidades de aire inferiores a 10 m/seg., a menos que se conecte a algún tipo de “amplificador” de medida, tal como el manómetro inclinado, anteriormente descrito.En cuanto a sus dimensiones, la longitud desde el extremo del tubo de entrada hasta el inicio de su curvatura debe ser, como mínimo, de 19 diámetros.No existen limitaciones respecto a los diámetros, dando resultados satisfactorios los de 4, 6, 8 mm, etc. Solamente es imprescindible que el tubo sea lo suficientemente rígido para que el extremo introducido en el interior del conducto no vibre durante la circulación de flujo.

Medida de la presión dinámicaSe realiza normalmente con un Tubo de Pitot, que se basa en la combinación de un tubo de impacto con algún otro medio que permita la medida simultánea de la presión estática.Consiste (ver Figura 2 y 3) en un par de tubos concéntricos: el interior actúa de tubo de impacto, mientras que el exterior determina una cámara anular en la que se practica una serie de orificios para permitir la medida de la presión estática. Si se conectan directamente las bocas de salida de ambos tubos alas correspondientes ramas de un manómetro en “U”, se obtiene en éste una lectura inmediata de la presión dinámica (ver Figura 4).La presión dinámica está relacionada con la velocidad del fluido a través de la siguiente ecuación: P = ½ φ v2

Siendo:P = presión dinámica (Nm/m2)φ = densidad del fluido (Kg. /m3)v = velocidad del fluido (m/seg.)

Para condiciones estándar del aire, o sea, a 20º C y 760 mm de presión atmosférica la densidad del fluido: φ = 1,23 Kg. /m3.Para otras condiciones distintas, es necesario corregir el valor de φ: φ = φ . d

Siendo “d” el factor de corrección, función de la presión atmosférica y de la temperatura del aire, que se obtiene a partir de la siguiente expresión:

d = 293 x P T 760

En donde:T = temperatura del aire en º KelvinP = presión atmosférica en mm Hg

La exactitud de un tubo de Pitot disminuye con la velocidad del fluido a causa de las limitaciones de uso de los manómetros convencionales en “U” para la medida de pequeñas presiones (inferiores a 2 mm H2O). En estos casos, es necesario recurrir a los manómetros inclinados (10:1), los cuales son capaces de efectuar lecturas de hasta ± 0,10 mm H2O.En este caso utilizando el Tubo de Pitot conjuntamente con un manómetro inclinado – pueden esperarse los siguientes errores en función de la velocidad:

Velocidad (m/seg.) Error (±)20 0,2515 0,3010 1,005 4,004 6,003 15,00

Puede observarse, por consiguiente, que el uso del Tubo de Pitot está limitado para velocidades de fluido inferiores a 3 ó 4 m/seg.Los Tubos de Pitot no deben utilizarse para velocidades del fluido inferiores a los 4 m/seg.Dado que las velocidades del fluido en un conducto son variables en los distintos puntos de una misma sección, es necesario calcular la velocidad media en la misma.Para ello, no es suficiente efectuar una medición única con el Tubo de Pitot, sino que se hace necesario seleccionar unos determinados puntos representativos de la sección para obtener la velocidad media.El método más empleado consiste en dividir la sección en anillos imaginarios de la misma área y efectuar la medida de la presión dinámica en cuatro puntos de cada uno de los extremos de dos diámetros perpendiculares. Cada conjunto de 4 puntos de medida definen una circunferencia que divide el área anular correspondiente en otras 2 áreas iguales.En la figura 5 se detalla gráficamente la selección de los puntos de medición para una sección dada de radio R.

Taladros para la medida de la presión estática en paredes de conductosLos tamaños de taladros más adecuados para este fin oscilan entre 0,5 a 6 mm, que pueden ejecutarse mediante una simple herramienta manual.La parte inferior es preferible se halle limpia de rebabas. Sin embargo para el trabajo en la industria, la eliminación de dichas rebabas puede ser dificultosa y, en ese caso, no merece la pena el esfuerzo ya que la mayor parte de las mediciones realizadas son del orden de varios mm H2O en las que ya de por sí se cometen errores superiores a los introducidos por la existencia de tales rebabas.

Estimación del caudalLa forma correcta de determinar el caudal que circula por un cierto sistema consiste en efectuar todas las mediciones anteriormente especificadas con el Tubo de Pitot en una sección adecuada de la tubería de descarga.Sin embargo cuando por escasez de tiempo o por circunstancias adversas ello no es posible, puede recurrirse a uno de los métodos que a continuación se detallan para una estimación aproximada del caudal.

1. Medir la pérdida de la carga entre 2 secciones suficientemente distantes de un conducto y hallar mediante Tablas el caudal correspondiente a la misma.

2. A partir de las presiones dinámicas medidas a la entrada de las campanas de aspiración, de las secciones de los conductos correspondientes y de los coeficientes de pérdida a la entrada calcular el flujo total.

3. Hallar la suma aritmética de las presiones estáticas a la entrada y salida del ventilador, con este dato, y a partir de las Tablas suministradas por el fabricante, estimar el caudal

Hay que admitir que estos métodos son bastante rudos; no obstante puede obtenerse mediante los mismos una precisión bastante aceptable en ciertos casos. Puede decirse que el error cometido oscila entre el 5% y el 10%, en más o en menos.

3.- OTROS METODOS E INSTRUMENTOS

El caudal de aire que circula por un sistema de extracción puede calcularse también en forma aproximada usando otros tipos de instrumentos, ya sea a la entrada o a la salida del mismo. Los resultados correspondientes solo son válidos si se toman como aproximación ya que están sujetos a múltiples errores. Cualquier instrumento usado para este propósito solo debería manejarse siguiendo las especificaciones e indicaciones dadas por el fabricante.El funcionamiento de cualquiera de estos aparatos se basa fundamentalmente en la medida de las velocidades de aire en un determinado número de puntos y en promediar posteriormente los resultados obtenidos, lo cual evidentemente está sometido, de entrada, a errores humanos.

Anemómetros de álabes rotativosFuncionamientoPuede usarse para determinar la velocidad de aire en conductos de gran diámetro. Consiste en una hélice giratoria conectada a través de una serie de engranajes con un contador de longitudes y un cronómetro para poder luego calcular las velocidades lineales correspondientes.Cada aparato requiere frecuentes calibraciones.Los anemómetros sirven únicamente para medir velocidades de aire comprendidas entre 1 y 15 m/seg.