CAP. 9 VENTILAREA INDUSTRIAL ................................................................... 175

9.1. Generaliti .................................................................................................................. 175 9.2. Riscurile datorate polurii ........................................................................................... 177

9.2.1. Riscuri de intoxicare i de asfixiere ..................................................................... 177 9.2.1.1. Particulele (pulberi, aerosoli lichizi sau solizi, etc.) ..................................... 177 9.2.1.2. Poluanii gazoi ............................................................................................. 178 9.2.1.3. Riscul de explozie ......................................................................................... 179 9.2.1.4. Riscuri de expunere la cald i la frig ............................................................. 179

9.3. Tehnici de ventilare industrial ................................................................................... 180 9.3.1. Ventilaia local.................................................................................................... 181

9.3.1.1. Principii de realizare a ventilaiei locale ....................................................... 181 9.3.1.2. Dispozitive de captare ................................................................................... 184

9.3.2. Ventilaia general................................................................................................ 193 9.3.2.1. Principiile generale de realizare .................................................................... 193 9.3.2.2. Soluii de realizare......................................................................................... 194

9.3.3. Aerul nou de compensare..................................................................................... 196 9.4. Evacuarea poluanilor din incintele industriale........................................................... 198

9.4.1. Reele de conducte de evacuare a poluanilor ...................................................... 198 9.4.1.1. Viteza aerului n tubulatura de evacuare ....................................................... 198 9.4.1.2. Extragerea aerului din ambianele explozive ................................................ 199 9.4.1.3. Zgomotul ....................................................................................................... 199

9.4.2. Procedee de curare i mprosptare a aerului .................................................... 200 9.4.3. Guri de insuflare a aerului .................................................................................... 202

9.4.3.1. Calculul gurilor de insuflare a aerului........................................................... 202 9.4.3.2. Calculul fantelor de insuflare a aerului ......................................................... 205

9.5. Perdele de aer .............................................................................................................. 206 9.5.1. Structura unei perdele de aer................................................................................ 207 9.5.2. Clasificarea perdelelor de aer ............................................................................... 208 9.5.3. Calculul perdelelor de aer .................................................................................... 210 9.5.4. Calculul canalului de distribuie cu fanta............................................................. 211 9.5.5. Calculul debitului de aer al perdelei..................................................................... 213 9.5.6. Calculul vitezei de refulare i a temperaturii aerului din perdea.......................... 215

173

174

CAP. 9 VENTILAREA INDUSTRIAL Problema ventilaiei industriale a aprut ca urmare a gravelor probleme

de poluare att a mediului din zonele industriale (i din zonele limitrofe acestora), ct i a incintelor industriale. Este evident c nainte de a aborda un studiu de ventilare industrial trebuie pus problema dac nu exist un mijloc mai simplu de a suprima cauzele polurii sau de a reduce poluarea prin modificarea procesului de producie sau a modului de concepere a instalaiei industriale. Este de preferat tratarea cauzelor ce conduc la poluare i deci eliminarea acesteia chiar din proiectare, i doar atunci cnd acest lucru nu este perfect posibil se trece la limitarea efectelor polurii.

9.1. Generaliti

Punerea n funciune a unui sistem de ventilare apare ori de cte ori la un loc de munc se emit mai multe noxe dect cele acceptate normal de condiiile de igien a muncii, de sntate, de securitate, etc.

Pentru a putea alege corect instalaia de ventilaie necesar, trebuie fcut o analiz complet a locului de munc ce urmeaz a fi ventilat, astfel nct soluia aleas s rezolve problema de evacuare a noxelor, dar i s fie bine primit de utilizator, respectnd confortul termic al acestuia.

n fig. 9.1 se prezint schema tip a unei incinte industriale, cu diverse posturi de lucru i n care sunt precizate diversele elemente ale procesului tehnologic ca i ale instalaiei de ventilaie.

Astfel, ntr-o incint industrial, confortul locului de munc este influenat de urmtorii factori:

prezena unui curent de aer; un gradient de temperatur acceptabil pe vertical; temperatura solului (prea mic sau prea mare); existena unui cmp termic radiativ asimetric, dat de:

- prezena unor ferestre reci;

175

- surse de cldur doar de o parte a corpului operatorului; - nivel de umiditate relativ a aerului.

3

1

2 3

4

5

6

7

8

9

Fig. 9.1. Schema de principiu a unei incinte industriale cu posturile de lucru aferente 1 posturi de lucru; 2 surs de poluare; 3 captare poluani; 4 reea transport aer poluat; 5 ventilator; 6 epurare aer viciat; 7 priz de aer; 8 ventilaie general (aport de aer proaspt, eventual i cu nclzire); 9 ventilaie general (extragere aer viciat);

Alegerea unei soluii de ventilaie industrial se poate face parcurgnd

urmtoarea succesiune de pai: a. definirea clar a cldirii i a posturilor de lucru din ea, a tipului de proces

industrial ce are loc, a personalului folosit, a restriciilor legate de mediu, de temperatur precum i a condiiilor de pstrare n bune condiii a cldirii;

b. determinarea i clasificarea surselor de poluare, a caracteristicilor lor fizice i chimice;

c. alegerea soluiei tehnice de captare i de ventilare innd cont de: - evoluiile posibile ale procesului industrial i de modificrile pe care aceste

evoluii le pot antrena n ceea ce privete sistemul de ventilaie; - eventualele incompatibiliti ntre diveri poluani (de exemplu praf i

umiditate, acizi i baze etc.) care necesit separarea lor; d. determinarea parametrilor (viteza aerului, debitul, nclzirea) i calculul

176

instalaiei (determinarea pierderilor, de sarcin, a diametrului, a puterii instalate etc.);

e. alegerea elementelor de circuit (guri de insuflare a aerului, tubulatura necesar, ventilatoare, automatica necesar, etc.);

f. amplasarea fizic a elementelor componente g. punerea n funciune, valori de referin, asigurarea mentenanelor.

Proiectarea i realizarea unei instalaii de ventilaie individuale trebuie s armonizeze cerinele de confort cu cele de gestionare a sistemului de ventilaie de ctre utilizator, fr a afecta, involuntar, celelalte funcii ale sistemului.

9.2. Riscurile datorate polurii

n industrie se lucreaz cu materii prime, materiale i produse chimice de baz dintre cele mai diverse; prelucrarea acestora conduce n general la dispersia unei pri din elementele de mai sus n atmosfera din zona postului de lucru.

Situaia astfel creat poate conduce fie la boli profesionale, fie la intoxicaii ale persoanelor expuse, dac este vorba de produse toxice sau nocive, sau poate fi la originea unor incendii, explozii etc., dac produsele respective sunt inflamabile.

n aceeai msur, prezena surselor de cldur (cuptoare, etuve, etc.)sau a surselor de frig (camere frigorifice) poate crea, dac nu se iau msuri preventive, situaii inconfortabile sau chiar periculoase.

9.2.1. Riscuri de intoxicare i de asfixiere

Substanele utilizate sau fabricate n industrie pot avea efecte nefaste asupra organismului uman. Pentru studiu, se pot clasifica separat particulele solide de gaze, dar trebuie precizat c, de obicei, exist simultan mai muli poluani ntr-o incint, chiar sub form fizic diferit (de exemplu gaze de sudur i particule pulverizate de vopsea, etc.).

9.2.1.1. Particulele (pulberi, aerosoli lichizi sau solizi, etc.) Acestea au ntotdeauna efect nefast asupra organismului uman, att prin

natura lor, fiind iritante, corozive, toxice, alergice sau chiar patogene, prin efectul de suprancrcare a plmnilor ct i prin efecte nocive particulare.

177

Particulele fine (cu un diametru mai mic de 50 m) aflate n aer stagnant, ating rapid viteza limit de cdere, datorit frecrii cu aerul, i au tendina de sedimentare. n tab.9.1 se dau vitezele limit de sedimentare n aer linitit pentru particule sferice de densitate = 1 kg/m3; viteza particulelor este neglijabil n raport cu vitezele uzuale ale curenilor de aer, care chiar n medii foarte linitite au o vitez de 0,1 ... 0,2 m/s.

Tab. 9.1. Valori limit ale vitezei de sedimentaie a particulelor sferice

Diametru [m] 100 50 20 10 1 0,1 Viteza limit [m/s] 0,3 0,07 0,01 310 -3 310 -5 310 -7

n anumite procese tehnologice, particulele emise sunt proiectate n aer la

distane mari, care pot varia (tab. 9.2) ntre 1 mm i 50 m (n aer linitit).

Tab. 9.2. Valori distanei parcurse n aer linitit de particule cu densitatea de 2,5 kg/m3

Diametru [m] 2500 1000 500 100 50 10 5 2 Viteza limit [m/s] 54,9 23,1 9,35 0,892 0,291 19,510 -3 6,110-3 1,210 -3

Aceste tabele conduc la urmtoarea clasificare a particulelor:

particule mari care datorit energiei lor cinetice mari pot parcurge distane apreciabile dac au o vitez iniial. Aceste particule nu vor putea fi captate dect cu dispozitive de captare amplasate pe traiectoria lor.

particule fine care nu se pot mica prin aer datorit propriei lor energii, dar care pot fi antrenate de particulele mai mari ce se deplaseaz cu vitez sporit. Aceste particule mici pot fi deci captate i eliminate mpreun cu aerul evacuat din incint.

9.2.1.2. Poluanii gazoi

Gazele sunt agresive pentru sntate dac sunt toxice, iritante sau corozive. De altfel, chiar dac sunt sau nu agresive, ele conduc n permanen la riscul de asfixiere atunci cnd nlocuiesc parial sau total oxigenul din aerul de respirat.

Poluanii gazoi se gsesc n general n amestecuri de tipul aer-poluani i au o densitate foarte puin diferit de cea a aerului. Viteza lor de cdere ctre sol

178

este foarte mic i neglijabil n raport cu viteza de difuzie turbulent a aerului din incinte. Deci aceti poluani pot fi captai odat cu aerul evacuat din incint. Dac ns apare o cretere de temperatur (de exemplu n apropierea unei suprafee calde), diferenele de greutate specific pot da natere la deplasri importante ale gazelor.

9.2.1.3. Riscul de explozie Riscul de explozie apare atunci cnd proporia ntre gaze, vapori,

umiditate i pulberi ajunge la un astfel de nivel nct o flacr, o scnteie sau o temperatur ridicat produc o explozie. O atmosfer poate deveni exploziv atunci cnd sunt reunite cele trei elemente necesare: - un combustibil (gaze, pulberi, lichide, suspensii gazoase); - un comburant (aerul); - un aport de energie sau de temperatur suficient.

O atmosfer exploziv poate apare n exploatarea normal industrial n incintele incorect ventilate, n apropierea elementelor inflamabile, a recipientelor deschise coninnd substane inflamabile, la gurile de aerisire ale rezervoarelor i cisternelor de carburani etc.

Cea mai mare parte a gazelor sau vaporilor inflamabili sunt susceptibile de explozie n amestec cu aerul; pentru aceasta se pot defini urmtoarele limite de explozie:

limita inferioar de explozie, care reprezint concentraia minim a gazului sau vaporilor ntr-un volum de amestec cu aerul, de la care acesta poate exploda;

limita superioar de explozie, care reprezint concentraia maxim a gazului sau vaporilor ntr-un volum de amestec cu aerul, sub care acesta poate exploda. Riscul de explozie poate apare i n cazul pulberilor (de carbon, de amidon, de zahr etc.) aflate n suspensie n aer i n prezena unei surse de energie.

9.2.1.4. Riscuri de expunere la cald i la frig Exist studii care arat frigul i cldura excesive ca i un nivel excesiv de

umiditate relativ sau mirosurile dezagreabile sunt factori care deterioreaz

179

condiiile de munc, avnd efect negativ asupra sntii. Aceti factori pot conduce la creterea frecvenei accidentelor de munc, iar reducerea valorilor lor excesive este unul din rolurile fundamentale ale unei instalaii de ventilaie industrial.

9.3. Tehnici de ventilare industrial Tehnicile de ventilare industrial pot fi grupate n dou mari categorii

dup cum urmeaz: ventilaie local, numit i ventilaie prin aspiraie localizat ; ventilaie general, numit i ventilaie prin diluare.

Ventilaia local (fig. 9.2) capteaz poluanii ct mai aproape de sursa de emitere a lor fr a-i dilua.

Fig. 9.2. Ventilaie local prin captarea poluanilor la sursa de producere

1 proces tehnologic cu degajare de poluani; 2 dispozitiv de captare; 3 tubulatur; 4 ventilator; 5 intrare aer.

4

3

21

Intrare aer

5

Ventilaia general (fig. 9.3) folosete aer proaspt exterior pentru a dilua

poluanii, diminund doar concentraia substanelor toxice n zona de lucru. Ventilaia local va fi deci reinut ca metod principal de ventilaie

atunci cnd se emit cantiti importante de noxe. Oricare ar fi tehnica aleas, va fi necesar s se compenseze ieirea aerului viciat cu poluani prin introducerea unei cantiti echivalente de aer nou (sau aer de amestec filtrat).

180

3

Fig. 9.3. Ventilaie general prin diluarea poluanilor 1 intrare aer; 2 - proces tehnologic cu degajare de poluani; 3 poluani dispersai n incint;

4 ventilator extractor; 5 ieire aer poluat diluat. 9.3.1. Ventilaia local

Ventilaia local const n a capta poluanii ct mai aproape de sursa lor de emisie, nainte ca ei s ptrund n cile respiratorii ale operatorilor i nainte de a fi dispersai n ntreaga atmosfer nconjurtoare).

Aspiraia localizat menine poluanii ntr-o concentraie ct mai mic posibil i evacueaz poluanii, nedilundu-i. Debitele de aer folosite n acest scop sunt mici, deci i consumul de energie pentru vehicularea lor va fi redus.

9.3.1.1. Principii de realizare a ventilaiei locale Pentru realizarea unei instalaii de ventilaie local prin aspiraie trebuie

urmrit respectarea urmtoarelor principii: cuprinderea maxim posibil a zonelor de producere a poluanilor; captarea acestora ct mai aproape de zona de emitere; amplasarea dispozitivelor de aspiraie de o asemenea manier nct operatorul s nu fie amplasat ntre acesta i sursa de poluare; utilizarea micrii naturale a poluanilor; introducerea aerului cu o vitez suficient de mare; repartiie uniform a vitezelor aerului la nivelul zonei de captare; compensarea ieirii aerului prin intrri echivalente de aer; evitarea curenilor de aer i a senzaiei de inconfort termic;

32

Intrare aer

1

4

5

181

evacuarea aerului poluat n afara zonele de aspiraie a aerului nou. a. Cuprinderea maxim posibil a zonelor de producere a poluanilor Operaiunea poluant trebuie nchis pe ct posibil ntr-o incint, o cabin,

sau cu panouri sau perdele separatoare, astfel nct s cuprind maximul de poluani degajai, s diminueze suprafaa pe care acetia se pot rspndi i s reduc la minim efectele curenilor de aer care pot rspndi poluanii n restul incintei (halei). Astfel de dispozitive (fig. 9.4) cresc eficiena captrii i reduc debitele de aer necesare.

- a - - b - Fig. 9.4. nchiderea zonei de producere a poluanilor

a cu debit de aspiraie mic; b cu debit de aspiraie mare b. Captarea poluanilor ct mai aproape de zona de emitere Eficacitatea dispozitivelor de aspiraie scade rapid cu distana (fig. 9.5).

D

Sursa poluant

Debit = Q

2D

Sursa poluant

Debit 4Q

- a - - b -

Fig. 9.5. Distana fa de sursa de producere a poluanilor a distana de captare D; b distana de captare 2D

Astfel, de exemplu, viteza aerului n axa unui dispozitiv de captare nu este

182

mai mare de 1/10 din viteza medie n deschidere la o distan egal cu diametrul deschiderii. Plasarea mai aproape de sistemul de aspiraie permite pstrarea eficienei utiliznd debite de aspiraie mai mici.

c. Amplasarea dispozitivelor de aspiraie de o asemenea manier nct operatorul s nu fie amplasat ntre acestea i sursa de poluare

Deplasarea aerului curat trebuie s se fac ntotdeauna dinspre operator spre dispozitivul de aspiraie. Operatorul nu trebuie s se afle niciodat ntre sursa de poluani i dispozitivul de captare a acestora.

d. Utilizarea micrii naturale a poluanilor Pentru procesele tehnice ce emit jeturi de particule cu vitez iniial mare

(la perforarea lemnului, a metalelor etc.), dispozitivele de captare trebuie amplasate astfel nct s se afle pe traiectoria particulelor mai mari. n acest fel ele vor capta i pulberea mai fin antrenat n siajul creat de acestea.

n cazul cnd nu este posibil o astfel de amplasare se instaleaz ecrane pentru a rupe micarea particulelor mari i a ntrerupe astfel i micarea dezordonat a pulberii. Atunci cnd aerul poluat este cald, dispozitivele de captare se amplaseaz astfel nct s ia n considerare fora ascensional a aerului cald (plus poluantul), avnd grij s se respecte principiul de la punctul c (poziia lucrtorului).

Fig. 9.6. Exemplu de dispozitiv de captare amplasat pe traseul particulelor grele

1 dispozitiv de captare ; 2 piatr de polizor; 3 - e. Introducerea aerului cu o vitez suficient de mare

Pentru ca un dispozitiv de captare s fie eficient este necesar ca viteza sau debitul de aer s fie suficient de mari pentru a se opune efectelor de dispersie a curenilor de aer i micrii iniiale a aerului poluat astfel nct s foreze curgerea aerului poluat nspre reeaua de aspiraie. Valorile care se iau n

12

183

consideraie depind de tipul procesului tehnologic, de toxicitatea i debitul poluanilor, de curenii de aer reziduali ca i de fora ascensional a poluanilor gazoi calzi.

Fig. 9.7. Captarea poluanilor prin inducerea unei viteze satisfctoare a aerului - a - - b -

a vitez suficient ; b vitez insuficient

f . Repartiia uniform a vitezelor aerului la nivelul zonei de captare Criteriile de ventilaie sunt exprimate n general sub forma valorilor minime ale vitezelor medii de aspiraie la nivelul zonei de captare . Vitezele de aspiraie trebuie repartizate ct mai uniform posibil pentru a se evita scprile de aer poluat n zonele cu viteze de aspiraie mai reduse.

Fig. 9.8. Repartiia uniform a vitezelor aerului n zonele de captare a poluanilor

Dispozitiv de uniformizare

- a - - b -

a distribuie corect; b distribuie incorect (scpri de poluani la coluri) Principiile de la punctele g, h, se vor analiza n paragrafele urmtoare.

9.3.1.2. Dispozitive de captare Prin dispozitiv de captare se nelege orice intrare a unui sistem de

ventilaie local prin care aerul poluat este antrenat n afara incintei. Dimensionarea corect a acestui dispozitiv poate conduce fie la o incomplet

184

diminuare a noxelor, fie la debite i deci costuri prea mari ale instalaiei. Se folosesc trei principale tipuri de dispozitive de captare: a. dispozitive nchise; b. dispozitive inductoare; c. dispozitive receptoare. Fiecare tip funcioneaz dup principii proprii i trebuie avut grij s nu

se calculeze unul dup criterii aplicabile altuia. a. Dispozitive nchise

Acesta este un element care nconjoar de o asemenea manier punctul de emisie a noxelor nct aciunea dispersiv a poluanilor are loc n interiorul acestui element. Se pot distinge trei tipuri de astfel de captatori:

- incintele; - cabinele deschise; - cabinele nchise. Oricum anvelopa protectoare aleas trebuie s rmn semietan, pentru

c un numr de deschideri sunt necesare fie procesului tehnologic (trecerea obiectelor, band transportoare) fie meninerii unui debit de aer compensator. Cu ct aria total a acestor deschideri va fi mai redus, cu att mai mare va fi depresiunea din anvelop n raport cu ambiana exterioar i cu att mai mare viteza de captare n deschideri pentru un acelai debit.

a. 1. Incintele Acestea nchid sursa poluant aproape complet, cu deschideri foarte mici

doar pentru trecerea pieselor, operatorul aflndu-se n exterior. Incinta este conceput pentru a crea o vitez a aerului prin deschidere astfel nct s mpiedice ca poluanii emii n interior s nu scape ctre mediul exterior. n general, incintele solicit debite de aer reduse i permit un bun control asupra poluanilor emii n interior. Pentru unii poluani foarte toxici, sunt de fapt singurele captatoare acceptabile.

Debitul de aspiraie n lipsa unor surse de cldur sau a unor cantiti importante de gaz degajate se calculeaz cu relaia:

Q = A vi (9.1)

185

unde: A - aria total a deschiderii [m2]; vi - viteza de intrare a aerului prin deschidere spre interior [m/s]. La acest debit se adaug, n caz de nevoie, debitul de gaz emis n interiorul incintei i n cazul unei surse calde n incint, debitul indus prin convecie natural innd cont de riscul scprilor prin fisuri la partea superioar. Valorile vitezei vi depind de procedeul aplicat i de mediu. n general se admite c o vitez cuprins ntre 0,5...1m/s este suficient dac poluantul nu este proiectat direct pe perei. Aceast valoare va fi majorat n cazul unei toxiciti mari sau a unei emisii abundente de poluani. a. 2. Cabine deschise Acestea sunt incinte la care un perete sau o parte a acestuia au fost parial sau total retrase. Cabinele de acest tip trebuie s fie suficient de mari pentru a cuprinde n ntregime zona de poluare. Aspiraia este situat n general n partea din fa a cabinei. Operatorul poate fi amplasat n interiorul sau exteriorul cabinei, dar niciodat ntre sursa de poluani i captor.

Debitul de aspiraie Q n deschidere este dat de relaia:

Q = A vs (9.2)

unde: A suprafaa seciunii deschise; vs viteza medie a aerului n seciunea deschis. Ca i n cazul incintelor acestui debit i se asociaz cnd este cazul debitele

de gaz generate n interior sau cele induse prin convecie natural. Pentru funcionarea corect a cabinelor deschise trebuie s existe o

repartiie ct mai uniform a vitezei aerului. Dac operatorul este n exteriorul cabinei se va avea n vedere o repartiie bun a vitezelor n faada deschis. Dac operatorul este situat n interior, se va ncerca obinerea unei curgeri ct mai uniforme posibil a aerului la nivelul operatorului, evitndu-se crearea zonelor de turbulen prin diverse obstacole etc. Pentru o bun repartiie a debitului de aer se pot utiliza ecrane ctre partea din fa a cabinei.

a. 3. Cabine nchise Operatorul i sursa de poluare sunt amplasate ntr-o incint nchis n care

186

au fost practicate deschideri pentru introducerea i extragerea controlat a aerului (ca exemplu sunt cabinele de vopsit sau cele de decapare cu jeturi abrazive nisip).

Deschiderile de introducere i extragere a aerului trebuie prevzute cu cutie de repartiie, cu fante sau grile largi, astfel ca i curgerea aerului s fie ct mai uniform posibil n toate seciunile transversale. Viteza se determin funcie de aplicaia corespunztoare: se va avea grij s existe o bun omogenitatea vitezei aerului n cabin.

b. Dispozitive inductoare Prin opoziie cu dispozitivele anterior prezentate, aceste dispozitive

amplasate n imediata apropiere a sursei trebuie s genereze viteze ale aerului ntr-o zon de emisie pentru antrenarea aerului poluat ctre interiorul reelei de aspiraie a aerului i de transport.

Pentru dispozitivele inductoare, criteriul de respectat este viteza aerului indus n punctul de emitere a poluanilor. Valoare a vitezelor n deschiderea dispozitivului sau n tubulatur nu poate, n nici un caz, s constituie un criteriu de captare.

Pentru a dimensiona i amplasa un astfel de dispozitiv de captare de tip inductor, ordinea operaiilor este urmtoarea:

amplasarea dispozitivului respectnd principiile enunate anterior; determinarea vitezei de captare n punctul de emitere a noxelor, n funcie

de procedeul i modul de generare a poluanilor; pornind de la aceast vitez i de la distana dintre dispozitivul de captare

i surs se determin prin calcul debitul de aspiraie necesar; n funcie de acest debit i de criteriile de distribuire a vitezelor, de

pierderile de sarcin, de zgomot i de viteza de transport a aerului poluat, se determin dimensiunile deschiderii dispozitivului de captare i a tubulaturilor.

Vitezele induse n direcia dispozitivului de captare trebuie s fie repartizate uniform pe toate zonele de emisie a poluanilor, sau, la defect, s fie superioare valorilor minimale indicate (vezi tab. 9.cc) la punctul de emisie cel mai deprtat de dispozitivul de captare.

187

b. 1. Viteza de captare Viteza indus a aerului n zona de emisie depinde de procedeul tehnologic

i de zona n care acesta se desfoar. Viteza trebuie s fie suficient de mare pentru a antrena poluantul i pentru a se opune efectelor dispersive ale curenilor de aer precum i micrilor iniiale ale aerului poluat. Viteza trebuie mrit n prezena unor cureni de aer perturbatori , a poluanilor foarte toxici sau emii n cantitate mare cu ajutorul unui mic dispozitiv de captare foarte localizat . n tabelul 9.3 se dau cteva exemple de valori minimale de i viteze de captare ce trebuie realizate n punctul de emisie. Plaja de valori d o idee asupra ordinului de mrime, viteza exact urmnd a fi determinat de la caz la caz, n limitele valorilor indicate n tabel.

Tab. 9.3 Valori minimale ale vitezelor de captare n punctul de emisie

Condiii de dispersie a poluantului Exemple Viteza de captare (m/s) Emisie fr vitez iniial n aer linitit

- evaporarea din rezervoare - degresare 0,25...0,5

Emisie cu vitez redus n aer cu micare moderat

- sudur - decapare - tratarea suprafeelor

0,5...1,0

Generare activ in zon activ - operaiuni de metalizare - ncrcarea n saci a nisipului pulverizat - gurirea panourilor de beton

1,0...2,5

Emisie cu vitez iniial n zon cu micare foarte rapid a aerului

- decapri cu abraziv - maini de lefuit granitul 2,5...10

b. 2. Relaia debit - vitez Viteza aerului ntr-un punct situat n apropierea unui dispozitiv de captare

inductor depinde de debitul de aspiraie, de distana pn la deschidere, de forma dispozitivului de captare i de prezena ecranelor. Se disting trei tipuri de dispozitive de captare :

guri de aspiraie cu deschidere circular sau rectangular avnd L/b < 5, unde L = lungimea deschiderii, b = limea deschiderii;

fante de aspiraie lungi i nguste avnd L/b > 5; tuburi de aerisire de mici dimensiuni, utilizate pentru sisteme de aspiraie

cu debit redus i vitez mare a aerului n imediata apropiere a sursei. n figura 9.9, sunt trasate suprafeele de vitez constante din faa unei guri

188

circulare de aspiraie, prevzut sau nu cu guler. Vitezele sunt date n procente din viteza medie n seciunea de intrarea, v0 . Fig. 9.9 arat c viteza indus scade foarte repede cu distana pn la dispozitivul de captare, deoarece, de exemplu, la o distana egal cu un diametru al deschiderii gurii de aspiraie, n axul acesteia, ea nu reprezint dect 7% v0 la dispozitivele fr guler, sau 10% v0 dac dispozitivul este cu guler.

% d

in d

iam

etru

%

din

dia

met

ru

- a -

- b -

Fig. 9.9. Suprafee de viteze egale n faa unei guri de aspiraie a fr guler; b cu guler

Tabel 9.4. Relaii debit - viteza aer n faa unui dispozitiv inductor, pentru L/b < 5 Tipul gurii de captare Debitul de aer [m3/s]

Gur izolat fr gulere

Q = (10D2 +A) V

Gur izolat cu guler

Q = 0,75(10D2 +A) V

Gur fr guler aezat pe un plan

Q = (5D2 +A) V

Gur cu guler aezat pe un plan

Q = 0,75(5D2 +A) V Pentru D suficient de

mare, suprafeele de vitez sunt sferturi de sfer

Q = 3,14 D2V

Gur tip hot

4 pri deschise Q = 1,4PHv

2 pri deschise, b i L Q = (b + L) V

Not: * A = bL [m2] seciunea feei deschise a gurii de aspiraie; ** V [m/s] viteza indus aerului la distana D [m]; *** P [m] perimetrul sursei.

D

v

D

v

D

v

D

v

Hv0 4H

189

Dup unii autori, pentru distane D suficient de mari, se poate admite c suprafeele de aceeai vitez (constant) sunt unic determinate din considerente de rotaie sau de simetrie.

Tabel 9.5. Relaii ntre debit i viteza aerului n faa unui dispozitiv de captare inductor,

pentru fantele de aspiraie cu L/b > 5 Debitul de aer [m3/s] Fant izolat fr gulere

Q = 3,7 LDv

Fant izolat cu guler

D

v

Q = 2,8 LDv

Fant fr guler aezat pe un plan

Q = 2,8 LDv

Fant aspirant ntr-un volum limitat de dou planuri

Q = 1,6 LDv

Astfel, n cazul unei guri de absorbie cu umr sprijinit pe un plan (fig.

9.10), la distan suficient de mare, suprafeele de vitez constant sunt de form sferic (un sfert de sfer) iar debitele de aspiraie i viteza indus sunt legate prin relaia:

Q = D2 v [m3/s] (9.3)

Fig. 9.10 Gur de aspiraie cu guler sprijinit pe plan

suprafa sferic

Q

D

v

D

vD

D

L v

190

Se pot realiza reduceri nsemnate de debit dac se folosesc ecrane de separaie i dirijare sau gulere metalice.

n acelai timp, n numeroase sisteme de repartiie a aerului, relaiile ntre viteza aerului indus i debitul de aspiraie nu sunt cunoscute. n aceste cazuri, criteriile de ventilaie sunt exprimate direct n valori ale debitului de aspiraie, n funcie de unii parametri.

b. 3. Sisteme de repartiie a vitezei aerului Repartiia vitezei aerului la intrarea diverselor dispozitive de aspiraie se

face prin diverse dispozitive: ajutaje convergente, fante asociate unui cheson de repartiie, perei directori, fante de lime variabil, grile perforate etc. (fig. 9.11).

Cheson de repartiie

fant

Palete directoare

ecran

100...300 mm 100...200 mm

150...300 mm

100... 200 mm

B

B/5

1 - viteza n fante 5...10 m/s2 - viteza n chesonul de repartiie 1/2 viteza din fante

- b - - a -

- c - Fig. 9.11 Repartiia vitezelor la intrarea unei guri de aspiraie

a fante asociate unui cheson de repartiie; b - palete directoare; c - ecrane Exemplu de calcul Schema de lucru (tehnologic) pentru captarea gazelor de la o operaiune de sudare

este prezentat n fig. 9.10.

191

Fig. 9.12. Masa de sudur cu fant

Ecrane laterale

Plan de sudur Fant de aspiraie

Cheson de repartiie

Tubulatur de evacuare

d

b

l

L

posterioar de aspiraie Etapele dimensionrii sistemului de aspiraie a poluanilor rezultai sunt:

1. aplicnd principiile ventilaiei locale, masa de sudur se doteaz cu perei (posterior i lateral), sudura trebuind s se fac n apropierea fantei de aspiraie; se folosete un cheson pentru repartizarea ct mai uniform a vitezei aerului pe lungimea fantei;

2. se alege viteza de captare n punctul de emisie, n funcie de natura procesului: vc = 0,5 m/s;

3. se calculeaz debitul de aspiraie: viteza de captare trebuie s fie indus pn n punctele cele mai ndeprtate ale fantei de aspiraie, deci pe toat limea mesei de sudur. Suprafeele de viteze egale sunt sferturi de cilindri n acest caz, deci debitul de aer se calculeaz, conform fig. 9.11 cu relaia:

cvlL2Q = , (9.4)

ceea ce pentru o mas de sudur cu dimensiunile (0,6 x 1,2 m2) conduce la un debit Q = 0,61 m3/s sau 2200 m3/h.

4. se calculeaz limea fantei, b: viteza aerului n fant se alege funcie de criteriile de distribuie a vitezelor, de pierderile de sarcin etc., i se alege ve = 6 m/s, deci

evLqB

= (9.5)

deci pentru datele noastre va rezulta b = 0,085 ; 5. se determin limea chesonului: viteza aerului n cheson trebuie s fie cel mult egal

cu jumtate din vitez aerului prin fant, chesonul trebuind s aib o lime minim 2b, deci 2b = 0,17o m;

6. se determin diametrul de intrare al tubulaturii de evacuare; dac viteza de transport a aerului poluat se consider vt = 10 m/s (fig. 9.10), diametrul tubulaturii va fi:

tvQ4d

= , adic d = 0,28 m. (9.6)

c. Dispozitive de captare receptoare Dispozitivele de captare receptoare sunt utilizabile n cazul cnd poluanii

sunt antrenai spontan ctre dispozitivul de captare prin procesul de lucru, rolul ventilatorului limitndu-se la evacuarea aerului poluat n msura posibilului. Din

192

acest punct de vedere, acestea se deosebesc de dispozitive inductoare prin faptul c nu mai au o suprafee de vitez egal sau de viteze de captare.

Atunci aerul poluat poate fi antrenat prin: convecie este cazul proceselor calde, cnd se utilizeaz dispozitive de

tip hot (n msura n care operatorul nu trebuie s intervin deasupra sursei); inducie n siajul diverselor particule ale materialelor ce prin prelucrare

produc pulberi; prin jet de aer este cazul sistemelor nchis deschis instalate pe cuvele

de tratare a suprafeelor; pe baza forei centrifuge pulberi de mcinare etc. n acest caz

dispozitivul de captare de tip receptor poate controla doar particulele mai mari dar nu poate capta particulele respirabile cu distane de oprire foarte mici i care nu ajung pn la dispozitivul de captare.

Dispozitivele de captare receptoare sunt mai dificil de calculat dect cele inductoare; ele sunt mai sensibile la curenii de aer, deoarece poluanii pot fi antrenai i prin convecie natural.

9.3.2. Ventilaia general

Ventilaia general diminueaz concentraia poluanilor, dar nu reduce cantitatea total de poluani eliberat n incinta de lucru (atelier, hal de producie, etc.). Se observ deci c ventilaia general admite un anumit nivel de poluare rezidual. Din acest motiv este de preferat ca ea s fie folosit doar ca o completare la ventilaia localizat, n special pentru a asigura un aport minim de aer nou n incinte i pentru a dilua poluanii necaptai de sistemul de aspiraie local.

9.3.2.1. Principiile generale de realizare Pentru realizarea unei astfel de instalaii trebuie respectate urmtoarele:

a. asigurarea apriori ca nu se poate realiza o ventilaie de tip local; b. compensarea ieirilor de aer prin intrri corespunztoare; c. poziionarea convenabil a deschiderilor de intrare i ieire a aerului astfel

nct: - s tindem ctre o curgere general dinspre zonele curate ctre cele poluate;

193

- s facem ca prin zonele poluate s treac cantitatea maxim posibil de aer; - s se evite zonele cu fluide stagnante; - s se evite plasarea muncitorilor ntre sursele de poluani i prizele de

extracie a acestora; - s se utilizeze micrile naturale ale poluanilor i n particular efectul

ascensional al aerului cald. Aplicarea n practic a ultimelor recomandri din enumerarea de mai sus

este dificil. Ventilaia general lucreaz prin diluare i amestec poluantul cu aerul din incint nainte de evacuare, i trebuie studiat exact modul de circulaie al poluantului n incint (vezi fig. 9.13).

Fig. 9.13. Ventilaie general prin diluarea poluanilor:

3

2

Intra

re

aer

1

4

5

3

32

Intra

re

aer

1

4

5

- a - - b -

a - funcionare ideal; b - funcionarea real; 1 - intrare aer; 2 - proces tehnologic cu degajare de poluani; 3 - poluani dispersai n incint;

4 - ventilator extractor; 5 - ieire aer poluat diluat.

d. folosirea de preferin a intrrii i ieirii mecanice a aerului. Avantajele i inconvenientele diferitelor tipuri de ventilaie (natural , mecanic sau mixt) sunt prezentate n tab. 9.6 .

Extracia prin ventilaie natural este de preferat doar n incintele nalte i care au degajri importante de cldur. e. Evitarea curenilor de aer i a senzaiei de discomfort termic. f. Evacuarea aerului poluat n afara zonelor de absorbie a aerului proaspt.

9.3.2.2. Soluii de realizare Teoretic, debitul de aer necesar ntr-o instalaie de ventilaie general se

calculeaz cu relaia :

194

Tab. 9.6. Comparaia ntre diferite sistemele de ventilaie general Sisteme de

ventilaie Caracterisitci principale

Ventilaie natural

Ventilaie mixt: intrare

natural, ieire

mecanic

Ventilaie mixt: intrare

mecanic, ieire natural

Ventilaie mecanic:

intrare i ieire mecanic

Domeniu de aplicaie Utilizarea forelor

convective existente

ateliere nalte i nguste

Utilizare curent pentru cldiri relativ

joase

Utilizarea forelor convective existente

Utilizare general

Posibilitate de control i distribuie spaial a aerului introdus

NU NU DA DA

Posibilitatea controlului calitii (temperatur, umiditate, puritate) a aerului introdus

NU NU DA DA

Posibilitatea controlului presiunii n incint (suprapresiune i depresiune)

NU (depresiune) NU(depresiune)

Efect termic : DA (depresiune sau

suprapresiune) Fr efect termic:

NU (suprapresiune)

DA (suprapresiune sau depresiune)

Posibilitatea de recuperare a cldurii din aerului extras

NU DA NU DA

Independena fa de vnt - intrri de aer - ieiri de aer

NU

NU DA

DA

DA

NU NU DA Soluie

nerecomandat pentru debite de aer importante

Existena curenilor de

aer

Existena curenilor de

aer Probleme particulare

0CCqKQ

= [m3/s] (9.7)

unde Q debitul de ventilaie general; q debitul de poluant presupus constant n timp [kg/s] ; C concentraia admis a poluantului n incint [kg/m3] C0 concentraia n poluani din aerului nou (de regul C0 =0) [kg/m3] K factor de siguran ce ine seama de uniformitatea repartiiei debitului

de aer, de poziia operatorilor fa de surse, de gradul de toxicitate a poluanilor,

195

etc. Se consider k = 3...10. Rata de schimb orar nominal de aer se determin cu relaia :

Vq3600n = (9.8)

unde: V volumul incinte [m3], dar ea nu intervine n calculul ventilaiei generale.

Folosirea acestei rate de schimb poate fi chiar periculoas deoarece ea conduce, pentru o aceeai surs de poluare, la debite de ventilaie diferite funcie de volumul localului i deci la concentraii diferite ale poluanilor. innd cont de evenimentele legate de ventilaia general, folosirea sa se limiteaz la cazurilor urmtoare :

n completarea ventilaiei locale; atunci cnd poluanii sunt puin toxici, cu un debit redus i constant n

timp, lucrtorii fiind suficient de departe de sursele de poluani i cnd folosirea ventilaiei locale este imposibil din punct de vedere tehnic. 9.3.3. Aerul nou de compensare

O incint are un volum constant, deci este obligatorie echilibrarea debitului de aer introdus cu debitul de aer extras. Aceast compensare poate avea loc astfel :

necontrolat prin neetaneitile cldirii (interstiii etc.); organizat fie natural (ventilaie simpl), fie mecanic (ventilator).

Introducerea aerului de compensare trebuie studiat astfel nct : a. s se asigure eficacitatea sistemelor de ventilare; lipsa aerului de

compensare produce n incint o depresiune i creeaz astfel o rezisten suplimentar pentru ventilatoare. Rezult deci o diminuare a debitelor, care conduce n final la o pierdere parial a eficacitii (fig. 9.14).

b. eliminarea uneia din cauzele curenilor de aer de vitez mare provenii din deschideri (ui , ferestre), cauz ce ar conduce la:

- discomfort termic pentru personal - diminuarea eficacitii dispozitivului de captare, dispersarea poluanilor

fcndu-se n ntreg volumul incintei.

196

- a - - b -

Fig. 9.14. Scderea eficacitii unui sistem de ventilaie prin necompensarea aerului extras a - fr flux de aer de compensare - ventilatorul merge, realizeaz depresiunea n incint, dar

nu extrage poluanii; b - cu flux de aer de compensare - ventilatorul realizeaz extragerea poluanilor

c. s se evite ca aerul provenind din zone poluate alturate s fie antrenat n

zonele curate. d. diminuarea eforturilor de deschidere a uilor pentru ventilare; e. asigurarea funcionrii corecte a aparatelor de ardere existente n incint.

Fig. 9.15. Folosirea ecranelor pentru mbuntirea captrii curenilor de aer laterali

curent de aer

curent de aer Modificarea celor 2 debite de aer (introdus i extras), n

orice sens ar avea loc, va modifica echilibrul, conducnd invariabil la

197

modificarea punctului de funcionare al fiecrui ventilator, lucrndu-se fie cu incinta sub depresiune (de preferat n cazul incintelor poluate), fie cu o uoar suprapresiune.

Introducerea aerului de compensare se poate face i mecanic, avnd grij ca sistemul mecanic s introduc pe ct posibil ct mai puin zgomot n incint. Cnd este necesar (iarna), aerul de compensare va fi nclzit i el va fi astfel dirijat nct s traverseze mai nti zona lucrtorilor i apoi zona poluat. Pentru evitarea curenilor de aer este necesar un calcul corect al debitului de compensare, care s fie corect distribuit n incint, protejnd n acelai timp sistemele de captare a poluanilor prin perei speciali, ecrane etc. (fig. 9.15). Ca o concluzie, se prefer introducerea mecanic cu dirijare corect a aerului de compensare i nclzirea acestuia atunci cnd este cazul, cu grija permanent ca viteza aerului n zona lucrtorilor s fie n limitele normale prevzute.

9.4. Evacuarea poluanilor din incintele industriale Aerul captat la locul de munc din incint trebuie evacuat ctre exterior i,

dup caz, epurat conform reglementrilor n vigoare. Evacuarea se face cu ajutorul tubulaturii i a unui ventilator de extracie a aerului.

9.4.1. Reele de conducte de evacuare a poluanilor Metodele de calcul a tubulaturii ca i a ventilatorului sunt bazate pe

determinarea rezistenei la curgere a aerului n conducte i pe definirea condiiilor de funcionare a ventilatorului (debit, presiune etc.). n general, dimensionarea conductelor rezult ca un compromis ntre restriciile economice (investiii, funcionare exploatare), diametrele disponibile standardizate, pierderile de sarcin, vitezele minime de transport, prezena agenilor poluani corozivi etc.

9.4.1.1. Viteza aerului n tubulatura de evacuare Viteza aerului n tubulatur trebuie aleas pentru fiecare instalaie, n

funcie de natura i proprietile poluanilor. Viteza de transport este un factor esenial pentru reelele de evacuare coninnd praf: ea trebuie s fie superioar

198

unei valori minime pentru a se evita aezarea prafului i blocarea n timp a tubulaturii. Ea este cu att mai mare cu ct masa particulelor este mai mare.

n tab. 9.7 se prezint vitezele minime de transport pentru diferite cazuri de aer poluat.

Tab. 9.7. Valori minime ale vitezelor de transport n conducte

Exemple de poluani Viteze minime [m/s]

Gaze Gaze de oxid de zinc i de aluminiu 7...10 Pulberi fine i uoare Fibre fine de bumbac 10...13

Pulberi uscate Pulberi de cauciuc, bachelit, bumbac, spun

13...18

Pulberi industriale medii Abrazivi de la perforri mecanice, pulberi de amestec (calcar, argil, piatr) ambalaje

18...20

Pulberi grele 20...23 Pulberi de la sablare, alezare, de turntorie > 23 sau transport

pneumatic umed

Pulberi de ciment umed, var nestins, tierea conductelor de beton armat

Pulberi grele umede

9.4.1.2. Extragerea aerului din ambianele explozive Ambianele explozive sunt un capitol separat, datorit specificului lor. Extragerea gazelor ca i a vaporilor inflamabili se face tot cu un

ventilator, dar de construcie special, astfel nct s fie imposibil apariia accidental a unei scntei n contact cu mediul gazos.

Ventilatorul se amplaseaz, pe ct posibil, n aer curat, n aval de dispozitivele de separare praf aer.

Tubulatura de evacuare i de transport pneumatic al prafului inflamabil trebuie s fie ct mai scurte posibil. Pentru a evita formarea electricitii statice, ele trebuie s fie alctuite din materiale conductoare sau semiconductoare (rezistivitate < 108 /cm).

9.4.1.3. Zgomotul O problem important este i zgomotul, limita maxim de alert fiind de

85 dB. n diverse puncte ale instalaiei se pot introduce i elemente de tip amortizor zgomot n, creterea nivelul de zgomot peste nivelul mediului ambiant nefiind permis cu mai mult de 2 dB, limita maxim de lucru fiind de 50 dB.

Pentru a prelua zgomotul propriu al ventilatorului (fig. 9.16), amortizorul (4) se amplaseaz la o distan, n linie dreapt, de minim 5D (D - diametrul

199

tubulaturii), ventilatorul de extracie (1) fiind separat de restul incintei printr-un perete subire (3).

> 5D 4

D

Fig. 9.16. Amplasarea unui amortizor 1 ventilator; 2 tubulatur; 3 perete subire; 4 amortizor.

9.4.2. Procedee de curare i mprosptare a aerului

Curarea aerului dintr-o incint se face eliminnd poluanii captai prin dou procedee elementare i anume:

- evacuarea simpl a acestora ctre exteriorul incintei; - evacuarea dup epurarea aerului poluat.

Din considerente ce in de protecia mediului, este de preferat cea de a doua variant. n plus, iarna, nlocuirea aerului poluat extras se face cu aer nclzit, ceea ce conduce la costuri energetice; diminuarea acestora se poate realiza prin recuperarea cldurii din aerul poluat evacuat, fie prin intermediul unui recuperator de cldur (de tip schimbtor de cldur de suprafa), fie folosind metoda amestecului de aer (aer nou + aer interior recirculat).

Plecnd de la aceste considerente, n fig. 9.17 sunt prezentate principalele scheme tip de curare i mprosptare a aerului din incintele industriale. a. evacuare simpl n acest caz aerul poluat este evacuat direct n atmosfer, fr tratare; b. evacuare cu epurare i recuperare n acest caz aerul evacuat este mai nti curat n epuratorul (4) i apoi se recupereaz i cldura coninut n acesta prin recuperatorul (3); c. evacuare cu recuperarea energiei aerul evacuat are un nivel redus de poluare i nu este necesar epurarea sa, recuperndu-se ns energia coninut; d. recirculare cu epurare aerul este parial recirculat (n amestec cu aer proaspt exterior, dar cota de aer recirculat este epurat n (4);

1 2 3

200

Fig. 9.17 Procedee de curare a aerului i de recuperare a cldurii 1 - loc de munc 2 - dispozitiv de captare 3 - recuperator de cldur; 4 - epurator; 5 - intrare aer; 6 - ieire aer; 7 - evacuare de siguran; 8 - dispozitiv de ocolire. e - evacuare cu epurare

a evacuare simpl b evacuare cu epurare i recuperare

c - evacuare cu recuperarea energiei

d - evacuare cu recirculare

1

1 1

1 1

1 2 2

2 2

2

3

3

4

4

4

5

5

5

5

5

6

6 6

6 6

7

8

e. evacuare cu epurare aerul extras este puternic poluat i trebuie mai nti epurat n (4) nainte de a fi evacuat.

Schimbtoarele de cldur folosite sunt de tipul cu plci sau rotative, dar se pot folosi i pompe de cldur (vezi cap. 8, 8.4.2.5).

Metodele ce folosesc recircularea aerului necesit un control riguros al calitii aerului din incint, dar metoda este puin folosit datorit riscului mare ce l prezint legat de reintroducerea aerului poluat n incinte.

201

9.4.3. Guri de insuflare a aerului

Introducerea aerului n incinte se poate face, n funcie de metoda aleas, fie cu vitez mic a aerului (prin intermediul diverselor tipuri de guri de refulare, cu sau fr jaluzele sau clapete de reglare a debitului de aer), fie cu viz mare (prin jeturi concentrate de aer).

9.4.3.1. Calculul gurilor de insuflare a aerului Aerul ce iese printr-o gur de insuflare de form rotund sau ptrat cu

seciune liber, fr jaluzele sau lame de ghidare i cu marginile rotunjite, formeaz n spaiu un con cu un unghi de mprtiere de 20...25 0, indiferent de vitez i deci independent de presiunea de refulare a aerului (fig. 9.18).

Aer secundarSmbure

Duz

20 ... 25 0

Fig. 9.18. Gur de insuflare a aerului

n zona central a jetului de aer se formeaz un smbure n care viteza se pstreaz practic constant. Iniial diametrul smburelui este d, fiind egal cu cel al gurii (duzei) de insuflare a aerului. Pe msura creterii distanei, diametrul scade i la o distan L= 4d el dispare, viteza nemaifiind constant i ncepnd s scad. n jurul smburelui se formeaz o zon de amestec n care aerului proaspt antreneaz o parte din aerul nconjurtor, amestecndu-se; diametrul zonei de amestec se mrete cu deprtarea de gura de insuflare i cantitatea de aer antrenat n micare crete. Viteza axial a aerului la o distan L de gura de insuflare se determin pe baza teoremei conservrii impulsului i are expresia:

Zon de amestec

d

L

L = 4d

202

LFkWW 0L = (9.9)

unde: WL viteza axial la distana L (m/s); W0 viteza n planul gurii de insuflare (m/s) L distana de calcul (m) F seciunea gurii de insuflare (m2) K coeficientul de form a gurii de insuflare (tabele) Pentru guri de insuflare cu seciune circular, viteza axial este:

LdkWW 10L = (9.10)

unde: k1 1,13 K d diametrul gurii de insuflare (m) Dac gura de insuflare are form ptrat, atunci, la nceput, jetului de aer capt i el o seciune ptrat, iar dup o anumit distan devine circular, nedeosebindu-se practic de cazul gurii de insuflare cu seciune circular. n cazul gurilor de insuflare cu muchii ascuite, nerotunjite, prevzute cu jaluzele, lame de ghidare, grtare, plci gurite etc. n calcule intervine un coeficient k ce scade n valoare pe msur ce gura de insuflare se deprteaz ca form de un cerc cu margini rotunjite. Relaia de calcul devine :

r

FLkWW 0L = (9.11)

unde: - coeficientul de contracie a jetului de aer proaspt la trecerea prin gura de insuflare ; r raportul dintre suprafaa liber de trecere a aerului i suprafaa total a gurii de insuflare. Valoarea lui k se stabilete experimental, i funcie de forma gurii de insuflare este prezentat n tab. 7.nn.

203

Tab. 9.8. Valori coeficientului de forma a gurii de insuflare a aerului - K Forma gurii de insuflare K Forma gurii de insuflare K

Duze 7 Lame divergente la 400 3,5 Guri dreptunghiulare 6,5 Lame divergente la 400 2,5 Fante nguste cu raportul laturilor 20...25 6,0 Lame divergente la 400 2,0 Guri cu jaluzele 5,5 Grtar tabl gurit: r = 0,5...1 6,5 Fante radiale 5,0 Grtar tabl gurit: r = 0,25...0,5 5,0 Lame paralele 5,5 Grtar tabl gurit: r = 0,1...0,25 4,5

Calculul gurilor de insuflare a aerului are ca scop determinarea distanei la care viteza axial a aerului aruncat i antrenat ajunge la o valoare ce nu are efecte neplcute (de inconfort); de obicei aceast valoare este w0 = 0,5 m/s. Acestei viteze axiale i corespunde o valoare medie n seciunea final a jetului de aproximativ 3 ori mai mic, deci exact valoarea vitezei medii (0,15 m/s) ce poate fi acceptat de oameni, fr a fi dezavantajai de curentul de aer. Aceast distan se mai numete i btaia gurii de insuflare a aerului.

Astfel, dac n relaia anterioar se consider wL = 0,5 m/s, i dac se consider debitul de aer insuflat V = w0S, va rezulta c aceast distan este:

rSVK2

rSWK2L 0

=

= (9.12)

Pe baza acestei relaii s-au trasat nomograme (fig. 9.20) cu ajutorul crora

se poate determina btaia jetului de aer L, n funcie de debitul de aer V [m3/s]. Dac gura de insuflare se prevede cu lamele divergente, unghiul de

mprtiere se mrete; la o divergen de 900 a lamelelor, unghiul de mprtiere este de 60 0 (fig. 9.19).

Fig. 9.19. Unghiul de mprtiere a jetului de aer funcie de divergena lamelelor

20...25 0

Un alt efect al lamelelor l constituie reducerea btii jetului de aer, acest lucru fiind important n cazul incintelor cu lungime mai mic. La acestea, dac aerul ar ajunge la peretele opus, ar ricoa i astfel ar apare cureni de aer

60 0 90 0

204

suprtori. Lamelele montate divergent la 900 reduc btaia la aproximativ 2/3 din cea rezultat la o gur de insuflare a aerului fr lamele.

Fig. 9.20. Nomogram pentru determinarea vitezei aerului la gurile de insuflare Gurile de insuflare a aerului se pot monta i n tavan, caz n care

coeficientul de form K = 10 i deci:

rSw20

rSWK2L 00

=

= (9.13)

9.4.3.2. Calculul fantelor de insuflare a aerului n cazul n care se folosesc fante de insuflare a aerului nguste i lungi,

btaia este mai mare deoarece vinele de aer nu se mai strng pe lateral. Se va considera n acest caz c viteza axial a aerului este dat de relaia:

rLhw5,2W 0L

= (9.14)

unde: h nlimea fantei, n [m]. Dac fanta este montat imediat sub tavan, jetul de aer nu se poate

205

dezvolta liber, ci numai pe jumtate: se va considera n acest caz c fanta are nlimea dubl. Dac jetul de aer insuflat este la o temperatur diferit de cea a ncperii, se produce o deviere a acestuia i anume:

dac aerul insuflat este mai cald, jetul de aer se ridic; dac aerul insuflat este mai rece, jetul de aer coboar spre pardoseal.

Diferena de nlime ce apare este dat de relaia:

dwLt

10002H 2

0

3

= [m] (9.15)

unde: t diferena de temperatur ntre aerul insuflat i aerul inetrior, n [0C]; d diametrul echivalent al gurii de insuflare, n [m]; w0 viteza aerului prin gura de insuflare, n [m/s]; L distana de la planul gurii de insuflare la punctul considerat, n [m]. Deci punctul cel mai de jos (sau de sus) al jetului la distana considerat se va afla scznd sau adugnd diferena HS din panta de aproximativ 200 a jetului de aer (fig. 9.21):

20 0

10 0 HS

tg 100 = HS/L

Fig. 9.21. Unghiul de mprtiere a jetului de aer funcie de divergena lamelelor

Ht = H + HS = H + L tg 100. [m] (9.16)

9.5. Perdele de aer

n unele hale industriale sau ncperi cu destinaie civil, din cauza transportului sau a deplasrii persoanelor, exista ui sau pori care rmn deschise un timp mai ndelungat. Din acest motiv, n timpul iernii, cresc pierderile de cldur, necesitnd supradimensionarea instalaiei de nclzire. De

206

asemenea, la nivelul pardoselii se formeaz cureni de aer reci, mai ales n seciile calde (forje, turnatorii, etc.). Acest neajuns se poate remedia prin realizarea unui sas de intrare sau prin realizarea unor perdele de aer. Prima varianta prezint dezavantajul unei ngreunri a transportului i uneori a lipsei posibilitilor de amenajare. A doua variant este utilizat frecvent att n domeniul civil (magazine, spaii comerciale etc.), ct i n industrie (la halele tehnologice, depozite etc.).

9.5.1. Structura unei perdele de aer

O instalaie de perdea de aer const n introducerea cu vitez mare (8 15 m/s) a unui debit de aer, sub forma unui jet plan, pe toat limea uii (fig. 9.22).

Planul uii

Fig. 9.22. Structura unei perdele de aer

Aerul necesar este aspirat din exterior cu un ventilator i este refulat sub forma unei perdele prin fanta canalului de distribuie, vertical, n planul uii (porii), spre exteriorul acesteia.

Refularea aerului se face printr-un distribuitor de aer de tip uniform, montat n partea de jos a golului uii sau pe tocul acesteia. Jetul de aer este trimis sub un unghi fa de planul uii. Aerul rece din exterior are tendina de a intra n incint prin deschiderea respectiv, ceea ce conduce la schimbarea direciei jetului, care se ncovoaie, axul acestuia ntlnind din nou planul uii la distana h0 de pardoseal.

Canal de distribuie

h0

Jetul de aew0

r

207

Principalele elemente ce compun un dispozitiv cu perdea de aer (vezi fig. 9.22) sunt: - canalul de distribuie, prevzut cu o fanta de refulare a perdelei de aer, montat pe una din laturile spaiului de deschidere (poart, u etc.) sau pe dou laturi opuse ale acesteia; - conductele de aer, care au rolul de a conduce aerul de la ventilator la canalul de distribuie;

- ventilator centrifugal; - jetul de aer (perdeaua propriu-zis).

Daca aerul ce constituie perdeaua de aer este aspirat direct din exterior, dup ventilator se poate prevede i o baterie de nclzire a aerului, nainte de introducerea acestuia n incinta respectiv.

9.5.2. Clasificarea perdelelor de aer

Dup modul de dispunere a canalelor de distribuie, perdelele de aer sunt: perdele orizontale; perdele verticale; la rndul lor, acestea se mpart n dou grupe: perdele de aer unilaterale; perdele de aer bilaterale.

Perdelele orizontale au un singur canal de distribuie situat la partea inferioara a uii (porii), cu fanta orizontal (fig. 9.23).

Fig. 9.23. Perdea orizontal

Intrare aer

H

Fant de refulare

B

Acestea sunt cele mai economice, deoarece efectul maxim se manifest la

208

partea inferioar a porii, respectiv n zona unde viteza curentului de aer exterior ce tinde s ptrund n ncpere este maxim.

Perdelele orizontale nu se pot utiliza acolo unde sunt vehicule ce se opresc n planul porii, fapt ce ar anula efectul perdelei. De asemenea, fanta de refulare i canalul de distribuie se nfund repede cu praf sau cu alte diverse materiale.

Perdelele verticale sunt la rndul lor de doua tipuri: unilaterale (fig.9.24.a) i bilaterale (fig. 9.24.b).

Intrare aer

Intrare aer

Intrare aer BB

H H

Fant unilateral

Fante bilaterale

- a - - b -Fig. 9.24. Perdele verticale a unilaterale; b - bilaterale

Perdelele verticale unilaterale au un singur canal de distribuie dispus pe

una din laturile verticale ale porii. Perdelele verticale bilaterale se folosesc atunci cnd limea porii este

mare i folosirea unei perdele unilaterale este insuficient sau neeconomic. Ele au dou canale de distribuie dispuse pe cele doua laturi verticale opuse. Dup locul unde se aspir aerul ce se refuleaz, perdelele de aer pot fi: - perdele de aer cu aer interior, aspirat de la partea de jos a ncperii. Aceasta este soluia frecvent utilizat, dar este necesar ca ncperea sa fie suficient de mare pentru ca aspiraia aerului interior s nu provoace o micare intens a aerului din ncpere; - perdele de aer cu aer interior, aspirat din regiunea superioara a halei. Aceast variant se poate adopta n cazul halelor industriale nalte, unde aerul

209

superior este mult mai cald dect aerul din zona de lucru; - perdele de aer cu aer aspirat din exterior. Aceast variant se utilizeaz n cazul ncperilor mici, unde aspirarea aerului interior ar provoca cureni n ncpere. Este necesar n acest caz nclzirea aerului refulat, bateria de nclzire fiind montat dup ventilator.

9.5.3. Calculul perdelelor de aer

Calculul perdelelor dea aer cuprinde determinarea debitului de aer, viteza acestuia si dimensiunile fantelor de distribuie. n calcul intervin urmtoarele elemente caracteristice:

unghiul perdelei ( ), este unghiul format de planul uii (porii) cu direcia jetului de aer la ieirea din fant. Valorile uzuale pentru unghiul sunt:

la perdele orizontale = 20 40 grade; la perdele laterale sau bilaterale = 30 50 grade.

coeficientul de turbulen a jetului de aer ( a ), ce ia n consideraie construcia fantei de refulare: se consider, de regul a = 0,2.

viteza curentului orizontal ( vo ), n [m/s], care este viteza medie a curentului orizontal de aer rece exterior, ce intr n ncpere cnd ua (poarta) este deschis i perdeaua de aer nu funcioneaz. Valorile uzuale sunt cuprinse ntre 2 - 3 m/s;

debitul de aer exterior ( Vd ), n [m3/s], ce ptrunde prin deschiderea uii (porii), cnd perdeaua de aer nu funcioneaz;

debitul de aer exterior ( Ve ) - n [m3/s], ce ptrunde prin deschiderea uii (porii), cnd perdeaua funcioneaz;

debitul perdelei ( Vp ) - n [m3/s], sau debitul refulat de fanta canalului de distribuie;

viteza de refulare a aerului prin fant ( vf ), n [m/s], (din considerente economice aceasta nu trebuie s depeasc 20 m/s );

randamentul perdelei este raportul dintre debitul de aer exterior mpiedicat s ptrund n ncpere prin funcionarea perdelei de aer (Vd - Ve) i debitul de aer exterior ce ptrunde prin deschiderea uii (porii) cnd perdeaua nu funcioneaz ( Vd );

210

d

edV

VV = (9.17)

Valorile extreme ale randamentului se obin astfel; cnd perdeaua nu permite deloc intrarea aerului exterior (Ve = 0) = 1; cnd perdeaua nu funcioneaz (Ve = Vd) = 0.

Valorile recomandate pentru randamentul sunt: - pentru perdea orizontal - hal nalt: = 0,6 ... 0,8;

- hal joas : = 0,7 ... 1; - pentru perdea unilateral sau bilateral: = 1.

9.5.4. Calculul canalului de distribuie cu fanta

Scopul principal al unui distribuitor de aer este de a realiza o refulare ct mai uniform a aerului; pentru aceasta ieirea aerului din distribuitor trebuie s se fac cu o vitez constant pe toat lungimea distribuitorului. Pentru perdelele cu aer se recomand canal de distribuie cu seciune variabil cu fant, fanta fiind compartimentat n canale mici de seciune ptrat (fig. 9.25). Calculul se face astfel:

se determin diametrul echivalent al seciunii de intrare a distribuitorului:

00

000 ba

ba2d+

= (9.18)

b0 a0 ax b

L

x

Fig. 9.25. Distribuitor de refulare uniform a aerului

unde: a0 - limea seciunii de intrare a distribuitorului, n [m] ; b0 - nlimea seciunii de intrare a distribuitorului, n [m].

211

se determin viteza de intrare a aerului n distribuitor cu relaia:

000 ba3600

Vw

= (9.19)

unde: V - debitul de aer ce trebuie distribuit, n [m3/h].

se calculeaz numrul Reynolds pentru curgerea aerului la intrarea n distribuitor cu relaia:

= 00dwRe (9.20)

unde: vscozitatea cinematic a aerului, n [m2/s]; pentru aer la presiunea atmosferic i la temperatura de 20 0C , = 15,1 10 - 6 m2/s.

se calculeaz coeficientul corespunztor numrului Reynolds obinut, cu una dintre urmtoarele relaii:

Re64

= , dac Re 2320. (9.21)

25,0Re3164,0

= , dac 2320 < Re < 2105. (9.22)

35,0Re596,0007,0 += , dac 2105 < Re < 107. (9.23)

se calculeaz caracteristica C a distribuitorului

0b4LC

= (9.24)

unde: L - lungimea distribuitorului, n [m].

se calculeaz mrimile ax pentru un numr relevant de valori (de ex. 10 valori) cu relaia:

ax = Aa0 + Bb0, (9.25) unde :

A = (1-x)eCx. (9.26)

212

dxx1

eex)-(1C Bx

0

)x1(C)x1(C =

(9.27)

se calculeaz limea fantei de refulare a distribuitorului cu relaia:

refwL3600Vb

= (9.28)

unde: wref este viteza de refulare a aerului, n [m/s].

9.5.5. Calculul debitului de aer al perdelei

Pentru calculul debitului de aer se parcurg urmtoarele etape: - se stabilesc prin msurtori dimensiunile uii (porii):

- limea: B [m]; - nlimea: H [m];

- se msoar sau se alege viteza curentului orizontal de aer wo [m/s]; - se alege tipul de perdea; - se alege tipul de distribuitor; - se alege unghiul al perdelei;

pentru perdele orizontale, = 20 ... 40 grade; pentru perdele verticale, = 30 ... 50 grade.

- se alege limea fantei de refulare, b 0,08 ... 0,15 m. Debitul de aer ce ptrunde prin golul uii, pentru situaia cnd perdeaua de aer nu funcioneaz se determin cu relaia:

Vd = v0BH [m3/s] (9.29) Debitul de aer ce ptrunde n interior, cnd perdeaua de aer funcioneaz va fi dat de relaia:

=H0h1dVeV [m

3/s] (9.30)

Pentru perdele orizontale, debitul de aer necesar se calculeaz cu formula:

213

bH

H1

0w0hB

bH

H1

eVdVPorizV

+

=

+

= [m3/s] (9.31)

Pentru perdele verticale, debitul de aer se calculeaz cu formula:

bB

B1

0w0hB

bB

B1

eVdVPvertV

+

=

+

= [m3/s] (9.32)

n relaiile de mai sus, mrimea reprezint un factor ce caracterizeaz

jetul de aer al perdelei. Mrimea acestui factor depinde de unghiul de refulare (), de coeficientul de turbulen a jetului (a) i de poziia fantei perdelei de aer.

Valoarea coeficientului se poate deduce analitic sau cu ajutorul diagramei din fig. 9.26.

00,10,20,30,40,50,6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

perdea oriz. a=0,2

perdea oriz. a=0,1

perdea lat.a=0,2

perdea lat.a=0,1

Fig. 9.26. Determinarea coeficientului funcie de unghiul i de poziia perdelei de aer

Pentru calculul analitic se folosesc relaiile:

pentru perdele verticale:

acossin

thcos

a23

H

= (9.33)

214

pentru perdele orizontale:

a2

tgth

2cos

2a3

B

= (9.34)

9.5.6. Calculul vitezei de refulare i a temperaturii aerului din perdea

Viteza de refulare a aerului, la ieirea din fanta distribuitorului de aer, aezat n partea de jos a uii, este dat de relaia:

pentru perdele orizontale:

HbHb

0w0h

BborizV

oPv +

=

= [m/s] (9.35)

pentru perdele verticale:

HbVv vertPv

= [m/s] (9.36)

Temperatura medie a aerului ptruns n interiorul ncperii este dat de:

VpVctVptpV

medt +

+= (9.37)

ounde: tp - temperatura aerului refulat, n C;

ote - temperatura aerului exterior, n C. Vp - debitul perdelei de aer, n m3/s; V - debitul de aer ce ptrunde din exterior, n cazul funcionrii perdelei

de aer, n m3/s.

215

216

CAP. 9 VENTILAREA INDUSTRIAL9.1. Generaliti 9.2. Riscurile datorate polurii9.2.1. Riscuri de intoxicare i de asfixiere9.2.1.1. Particulele (pulberi, aerosoli lichizi sau solizi, etc.)9.2.1.2. Poluanii gazoi9.2.1.3. Riscul de explozie9.2.1.4. Riscuri de expunere la cald i la frig

9.3. Tehnici de ventilare industrial9.3.1. Ventilaia local9.3.1.1. Principii de realizare a ventilaiei locale9.3.1.2. Dispozitive de captarea. Dispozitive nchisea. 1. Incintelea. 3. Cabine nchiseb. Dispozitive inductoareb. 1. Viteza de captareExemplu de calculSchema de lucru (tehnologic) pentru captarea gazelor de la o operaiune de sudare

c. Dispozitive de captare receptoare

9.3.2. Ventilaia general 9.3.2.1. Principiile generale de realizare9.3.2.2. Soluii de realizare

9.3.3. Aerul nou de compensare

9.4. Evacuarea poluanilor din incintele industriale9.4.1. Reele de conducte de evacuare a poluanilor9.4.1.1. Viteza aerului n tubulatura de evacuare9.4.1.2. Extragerea aerului din ambianele explozive9.4.1.3. Zgomotul

9.4.2. Procedee de curare i mprosptare a aerului9.4.3. Guri de insuflare a aerului9.4.3.1. Calculul gurilor de insuflare a aerului9.4.3.2. Calculul fantelor de insuflare a aerului

9.5. Perdele de aer9.5.1. Structura unei perdele de aer9.5.2. Clasificarea perdelelor de aer9.5.3. Calculul perdelelor de aer9.5.4. Calculul canalului de distribuie cu fanta9.5.5. Calculul debitului de aer al perdelei9.5.6. Calculul vitezei de refulare i a temperaturii aerului din perdea