TESIS PUCP Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/pe/ Tesis para optar el Título de Ingeniero Mecánico , que presenta el bachiller: CON EXTRACCION DE GASES PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA INSTALACION DE VENTILACION DE LABORATORIOS Lima, julio del 2009 ASESOR: Enrique Jose Barrantes Peña Allan Walter Flores Morales RESUMEN INTALACION DE VENTILACION DE LABORATORIOS CON EXTRACCION DE GASES La industria minera actual hace uso de diversos procesos químicos y mecánicos para la extracción y refinamiento del mineral explotado, por lo que es fundamental la investigación de este tipo de procesos en un laboratorio. La gran mayoría de estos procesos originan desechos, tales como gases, humos, y vapores, etc., los cuales pueden ser peligrosos si son manejados de manera irresponsable, por lo que se hace necesario su tratamiento. La Especialidad de Ingeniería de Minas se encuentra implementando dos nuevos laboratorios para uso tanto académico como de servicio; estos nuevos ambientes son: el Laboratorio de Hidrometalurgia y el Laboratorio de Pirometalurgia. Estos nuevos laboratorios harán uso de diversos procedimientos metalúrgicos por lo que será necesario implementar un sistema de extracción de sustancias y desechos peligrosos, de tal manera que no se ponga en riesgo la salud de los operarios encargados de hacer los ensayos. Además será necesario tratar estas sustancias luego de ser extraídas de tal manera que puedan ser eliminadas al ambiente con el mínimo de contaminantes. Para este propósito fue necesario investigar acerca de los procesos desarrollados en los laboratorios, los contaminantes emitidos, las posibles soluciones de diseño y los costos del equipo e instalación a utilizar para los fines antes mencionados. Basándose en estas premisas se procedió a diseñar un sistema de extracción compuesto de ductos y accesorios de extracción, asi como de 12 campanas de diversos tamaños (dependiendo de la fuente de contaminación), dos ventiladores de 1.37m3/s con 439,7Pa y 1.16m3/s con 416.87Pa y dos lavadores de gases tipo torre empacada de Ø1.6 y Ø 1.7 de 5 metros de altura con empaque super italox de 1” de plastico, con los cuales se lograría garantizar una eficiencia de 95% de absorción para la concentración de SO2 presente en los gases extraídos. El Costo de la instalación asciende a $42,199 dolares americanos mas IGV, el cual incluye el diseño, los materiales y equipos, la instalación del sistema y la obra civil adicional propia del montaje Agradecimientos A mi familia y amigos. INDICE Nomenclatura Introducción Capitulo 1: Características y Requerimientos del proyecto 1 1.1 Descripción general 1 1.2 Laboratorio de Metalurgia: procesos y equipamiento 4 1.3 Laboratorio de análisis químico, biometalurgia, hidrometalurgia y electrometalurgia 7 1.3.1 Descripción 7 1.3.2 Ensayos y procedimientos 8 1.3.3 Equipos de laboratorio 18 1.3.4 Distribución arquitectónica 21 1.4 Laboratorio de Pirometalurgia 23 1.4.1 Descripción 23 1.4.2 Ensayos y procedimientos 24 1.4.3 Equipos de laboratorio 26 1.4.4 Distribución arquitectónica 28 1.5 Fuentes y emisiones generadas 30 Referencias del capítulo 1 37 Capitulo 2: Diseño del sistema 39 2.1 Generalidades 39 2.1.1 Fuentes de contaminación 40 2.1.2 Determinación de la velocidad de captura 40 2.1.3 Determinación de la velocidad de transporte 42 2.2 Secciones de extracción 43 2.3 Cálculos del sistema 68 2.3.1 Perdidas primarias en ductos 68 2.3.2 Perdidas secundarias en accesorios 72 2.3.3 Método de diseño del sistema 74 2.3.4 Memoria de Calculo 77 Referencias del capítulo 2 86 Capitulo 3: Presupuesto del Proyecto 88 3.1. Componentes y equipos considerados 88 3.2. Evaluación del proyecto 90 Conclusiones 92 Plano Bibliografía Anexos NOMENCLATURA a = Ancho de salida del horno m fA = Área de entrada 2m )( 2ft Ar = Numero de Arquimedes i ie T TT V dgAr −= **2 b = Ancho de la campana ft ρx= Densidad del liquido lb/ft3 ρy= Densidad del gas lb/ft3 ed = Diámetro hidraulico m D = Diámetro de tubería m (ft) ε = Rugosidad de la tubería m f = Coeficiente de fricción hF = Coeficiente de pérdida de campana Fp=Factor de relleno ft g = Gravedad 2/ sm (32.174 pies-lb/lb f –s2) Gx= Velocidad masica del liquido lb/ft2-s Gy= Velocidad masica del gas lb/ft2-s lh = Caida de presión tuberias m.c.a leh = Caida de presión long. equivalente m.c.a kh = Caida de presión accesorios m.c.a eh = Factor de pérdida de campana K = Coeficiente de caída de presión en accesorios L = Longitud de tubería m eL = Longitud equivalente de tubería m l = Longitud de salida del horno m hL = Largo de campana ft eR = Numero de Reynolds or = Radio de la boquilla m )( ft oS = Longitud de tramo inicial m )( ft SP= Presión estática o Static Pressure Pa ( )wg" S = Distancia al polo m )( ft tΔ = Diferencia de temperatura fuente y ambiente F° T = Temperatura de la fuente C° iT = Temperatura ambiental C° TP= Presión Total o Total Pressure Pa ( )wg" X = Distancia a la boca de la campana ft . V = Caudal sm /3 )(cfm V = Velocidad sm / )( fpm fV = Velocidad de cara sm / )( fpm µx = Viscosidad del liquido cP VP= Presión dinámica o Velocity Pressure Pa ( )wg" tV . = Caudal total a extraer cfm x = Trayectoria en eje x )al( )a*l(*de += 2 m y = Trayectoria en eje y m INTRODUCCION La industria minera moderna utiliza en la actualidad procesos muy complejos, los cuales implican el manejo de un gran número de procedimientos, sustancias y productos químicos peligrosos, tanto para el operario como para el medio ambiente, por lo que el monitoreo y tratamiento de los desechos producidos por estos es de gran importancia. El presente trabajo consiste en el diseño e implementación de un sistema de extracción para tres laboratorios de la Especialidad de Ingeniería de Minas (Hidrometalurgia, Biomateriales y Pirometalurgia), los cuales realizan ensayos utilizando distintos tipos de procesos que involucran la emanación de sustancias químicas en forma de humos, gases y vapores, los cuales deberán ser extraídos y tratados posteriormente de tal manera que se garantice el cumplimiento de las normas de salud e higiene ocupacional (D.S. N°258-75-SAI y R.M.510-2005/MINSAII), las normas de control de contaminación medio ambientales y de calidad de aire (Ley 28611III y D.S. N°015-2005-SAIV) Por ultimo es importante resaltar que los laboratorio de la Sección Minas al igual que muchos de los laboratorios de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), se encuentran reuniendo un conjunto de requisitos que les permita realizar ensayos y calibraciones acreditadas (NTP–ISO/IEC–17025V), por lo que les es necesario añadir e implementar este tipo de sistemas a sus instalaciones para cumplir con los requisitos de acreditación. I D.S. N°258-75-SA Valores Limites Permisibles Para Agentes Químicos en el Ambiente De Trabajo II R.M. 510-2005/MINSA Manual de Salud Ocupacional III Ley 28611 Ley General del Ambiente IVD.S. N°015-2005-SA Reglamento sobre Valores Limite Permisibles en Ambientes de Trabajo V NTP-ISO/IEC 17025 Requisitos Generales Para La Competencia de Laboratorios de Ensayo y Calibración 1 CAPITULO 1 CARACTERÍSTICAS DE LA INSTALACION 1.1 Descripción General La Sección Ingeniería de Minas fue creada en 1970 siendo Rector el Rev. Padre Felipe Mac Gregor S.J. y Decano de la Facultad de Ciencias e Ingeniería el Ing. Fernando Giuffra Fontanés, quienes contaron con el invalorable apoyo del Ing. Alberto Benavides de la Quintana (Fundador de la Compañía Minera Buenaventura) y numerosas empresas mineras interesadas en desarrollar profesionales en la Ingeniería de Minas. La construcción del pabellón que alberga a la Sección se concluyó en Septiembre de 1974 siendo inaugurado junto con los laboratorios que la integran gracias a la donación del equipamiento por parte del gobierno Británico. La especialidad contó en sus inicios con el apoyo de la Misión Minera Británica a cargo del Profesor John Philpott quienes dictaron los primeros cursos. Desde sus inicios, a través de la infraestructura de sus laboratorios y con el apoyo de su plana docente altamente calificada, la Sección Ingeniería de Minas ha venido desarrollando diversas actividades en el campo de formación de la Ingeniería de Minas mediante trabajos de investigación aplicados a las necesidades de la industria nacional y en la prestación de servicios al sector minero, metalúrgico y de construcción civil, colocando a esta especialidad a la vanguardia de la ingeniería minera en nuestro país (1)cuyo edificio de muestra en la figura 1.1 2 Figura 1.1 Sección Ingeniería de Minas Es justamente esta iniciativa y dedicación de la Sección Ing. Minas la que la ha conducido a seguir organizando convenios con distintos países europeos. Tal es el caso del Proyecto Metalurgia (1998 – 2007), el cual es un Convenio de Cooperación entre la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP)y el Consejo Interuniversitario de la Comunidad Francófona de Bélgica dirigido a apoyar el área de Ingeniería Metalúrgica mediante la formación de profesionales peruanos en universidades francófonas belgas, la organización de cursos internacionales de especialización y la implementación de laboratorios de metalurgia (2) Siendo este último punto el que incluyó la construcción y el equipamiento casi total de los laboratorios de Hidrometalurgia y Electrometalurgia en el año 1999, de Pirometalurgia en el año 2004, de Biomateriales en el año 2005 y de Análisis Químico en el año 2006 (3), quedando pendiente la implementación justamente de los sistemas de extracción de gases y polvos para todos los laboratorios mencionados. La figura 1.2. muestra la secuencia de las obras civiles realizadas en los laboratorios Figura 1.2 Construcción de laboratorios de Hidrometalurgia y Pirometalurgia 3 La Sección Ingeniería de Minas consta de tres líneas de desarrollo con sus respectivos laboratorios, luego de la ampliación realizada en el área de metalurgia la sección quedó organizada tal como se muestra en la Tabla 1.1. Siendo la distribución arquitectónica la mostrada en el Plano 1 Tabla 1.1 Áreas de la Sección Ingeniería de Minas • Área de Geología ƒ Laboratorio de Mineralogía y Petrográfica • Área de Minas ƒ Laboratorio de Ingeniería Minera ƒ Laboratorio de Mecánica de Rocas ƒ Laboratorio de Informática Minera • Área de Metalurgia ƒ Laboratorio de Análisis Químico de Minerales ƒ Laboratorio de Biometalurgia ƒ Laboratorio de Hidrometalurgia ƒ Laboratorio de Electrometalurgia ƒ Laboratorio de Pirometalugia ƒ Laboratorio de Mineralurgia El presente trabajo de tesis analizará cinco (05) de los laboratorios del Área de Metalurgia: Laboratorio de Análisis Químico de Minerales, Laboratorio de Biometalurgia, Laboratorio de Hidrometalurgia, Laboratorio de Electrometalurgia y el Laboratorio de Pirometalugia. Si se observa la Figura 1.3 se notara que los laboratorios de Hidrometalurgia, Electrometalurgia, Biometalurgia y Análisis Químico ocupan el mismo recinto. Por lo que se puede simplificar el análisis a solo dos espacios confinados en lugar de cinco siendo la distribución de los espacios la mostrada en la Tabla 1.2.i Tabla 1.2 Laboratorios metalurgia: ambientes nuevos Laboratorio de Biometalurgia, Análisis Químico de Minerales, Hidrometalurgia y Electrometalurgia Laboratorio de Pirometalugia i El laboratorio de Mineralurgía fue implementado con un sistema de extracción localizada en la época de su construcción en 1974. 4 Figura 1.3 Laboratorios de Metalurgia 1.2 Laboratorios de Metalurgia – Procesos y Equipamiento Los laboratorios del área de metalurgia cuentan con personal docente y técnico calificado encargado de proporcionar formación con calidad académica a los alumnos de la especialidad de Ing. de Minas y además, dada la capacidad instalada de los laboratorios, mostrada en la Tabla 1.3, es posible brindar servicios técnicos especializados a la Industria. Entre los servicios y ensayos realizados por los laboratorios de metalurgia se puede mencionar los mostrados en la Tabla 1.4. Muchos de estos procesos y ensayos producen desechos en tres estados (sólidos, líquidos y gaseosos)(4). Entre los sólidos se puede tener: sulfuros de arsénico (AsxSx), restos de plomo (Pb), sulfuros de hierro (FexSx) y sílice (Si). Los efluentes líquidos pueden contener restos de metales tóxicos y cierta concentración de ácidos tales como: ácido sulfúrico (H2SO4) o acido clorhídrico (HCl). Entre las emisiones gaseosas se puede mencionar: dióxido de azufre (SO2), dióxido de carbono (CO2) y dióxido de nitrógeno (NO2), los mismos que pueden llegar a ser corrosivos e irritantes. El análisis realizado por el presente trabajo de tesis se ocupará del control y tratamiento adecuado de los desechos gaseosos, vapores y humos provenientes de los procesos efectuados dentro de los laboratorios de metalurgia indicados. 5 Tabla 1.3 Equipos de los laboratorios del Área de Metalurgia # Laboratorio Equipos e Instrumentos 1 Laboratorio de Análisis Químico, Biometalurgia, Electrometalurgia e Hidrometalurgia • Bomba Calorimétrica PARR 1241EF • Espectrofotómetros de absorción atómica o Perkin Elmer 403 o Varian AA240 • Microscopio de luz Axiostar Plus • Incubadora de 80ºC. Banstead/Lab. Line Max 4000 • Destilador GFL 2004 • Balanzas o Sartorius CP225D o Mettler Toledo AB204-S • Galvanostato-Potenciostato VoltaLab PG201 • Medidores de PH o Mettler Toledo CG 842 o Schoot MP125 • Oximetros o Mettler Toledo InPro6800 o Schoot OX1 • Conductimetros Mettler Toledo 126 Thornton 770MAX • Bombas Peristálticas Sercal -1 • Bomba de Vacio GFL - 200 • Estufas de Secado Heraeus UT6 • Estufas de esterilización de cultivos UT6 • Agitador Orbital GFL 3017 • Equipo desionizador de agua Sercal • Equipo para generación de agua destilada Sercal • Planchas de calentamiento y de agitación electromagnética o Thermolyne Nuova II o Gallenkamp HP77STR (2 Unidades) o Sercal • Agitadores eléctricos digitales Schoot SLR • Erlenmeyer Schoot • Fiolas Schoot • Probetas Schoot • Vasos de Preciptados Schoot 2 Laboratorio de Pirometalurgia • Horno Rotatorio Carbolite HTR 11/75 • Horno Tubular Carbolite GHA 12 /300 • Muflas de diversos tamaños o Gallenkamp FR – 614 4115 SP (2 Unidades) o Gallenkamp Brit Pat 882942 o Carbolite LMF3 (3 Unidades) o Carbolite CWF 13/23 • Plancha de calentamiento Gallenkamp HP77STR 6 Tabla 1.4 Ensayos de los laboratorios del Área de Metalurgia # Laboratorio Ensayos e Investigaciones 1 Laboratorio de Análisis Químico, Biometalurgia, Electrometalurgia e Hidrometalurgia • Análisis de combustibles sólidos: o Determinación de análisis inmediato o Determinación de poder calorífico. • Análisis Químico Cuantitativo por espectrofotometría de absorción atómica. • Monitoreo de conductividad, pH y oxido disuelto. • Lixiviación o Agitación en sulfuros o Percolación en columnas con acido sulfúrico o Cianuración agitada • Recuperación por carbón activado • Ensayos de Cristalización y Cementación • Electrometalurgia: electrodeposición y electrorefinación • Análisis de muestras en el área de la bio-metalurgia. 2 Laboratorio de Pirometalurgia • Secado • Tostación • Calcinación Es importante señalar que la metalurgia extractiva se define como el estudio científico de la producción de metales y sus aleaciones a partir de minerales con propiedades diversas. Las rocas minerales son generalmente mezclas de estos, pudiendo en muchas ocasiones contener suficiente de alguno, de tal manera que este pueda ser aprovechado; a esta concentración se le suele llamar mena (metal valioso), al mineral restante, cuya extracción no es rentable económicamente, se le suele llamar ganga. Es por ello que el análisis químico es tan importante. Para poder extraer el metal valioso de la mena se suelen seguir tres etapas: - Tratamiento preliminar, generalmente los minerales son reducidos de tamaño mediante un proceso mecánico de triturado y molienda, luego son concentrados mediante procesos gravimétricos de flotación, para que finalmente se logre extraer el metal valioso mediante procesos pirometalurgicos o hidrometalurgicos, como los de tostación oxidante o electrodeposición simple respectivamente. - Reducción: si el metal precioso no se encuentra libre luego del tratamiento preliminar, se deberá continuar con procesos de separación más severos 7 tales como los de pirometalurgia (tostación reductora y fusión reductora) o hidrometalurgicos (electrodeposición completa o cementación) - Refinación: Por ultimo, tal como su nombre lo indica, una vez extraído el metal este deberá ser afinado mediante procesos priometalúrgicos o hidrometalúrgicos de afino de metal. (5) Tal como se ha podido observar, los procesos que dominan la extracción y afino del mineral son dos: la pirometalurgia y la hidrometalurgia pasando previamente por un análisis químico. La pirometalurgia utiliza calor para separar los metales deseados de otros materiales; aprovechando los potenciales de oxidación, puntos de fusión, presiones de vapor, densidad y miscibilidad de los componentes. En cambio las tecnologías hidrometalurgicas son procesos que aprovecharán la diferencia de solubilidad y las propiedades electroquímicas de los componentes en solución acuosa. (6) 1.3 Laboratorio de Análisis Químico, Biometalurgia, Hidrometalurgia y Electrometalurgia 1.3.1 Descripción: Los laboratorios de Análisis Químico, Biometalurgia, Hidrometalurgia y Electrometalurgia ocupan el mismo espacio físico y en algunas ocasiones hacen uso de los mismos equipos y elementos siendo los procesos de análisis químico e hidrometalurgia los predominantes y más utilizados en dicho laboratorio. a. El análisis químico de muestras en la minería actual forma parte del primer paso en los proceso de explotación y refinamiento de mineral debido a que es imprescindible el análisis previo de las concentraciones de metales preciosos dentro de las muestras de mineral a explotar. b. Hidrometalurgia: La hidrometalurgia desarrollada en la sección ingeniería de minas tiene como objetivo realizar innovaciones y solucionar problemas en el refinamiento y extracción del mineral, haciendo uso de diferentes métodos y medios químicos y electroquímicos de separación del mismo. 8 c. Biometalurgia: Esta área se dedica por el momento íntegramente a la investigación, uno de los proyectos concluidos por este laboratorio es el que lleva por título “Comportamiento de bacterias de tipo acidothiobacillus en la adaptación a iones Fe+2 y concentrados de ZnS” elaborado por el Ing. Melina Estada Choque, el cual estudia la influencia de este tipo de bacterias en el refinamiento de mineral. d. Electrometalurgia: Se podría considerar como la parte final de los procesos hidrometalurgicos y se encuentra basada en los procesos electroquímicos de oxidación y reducción (intercambio de electrones) 1.3.2 Ensayos y procedimientos: a. Análisis de combustibles sólidosii: El laboratorio de análisis químico se encuentra en capacidad de analizar por completo las propiedades de cualquier combustible en estado sólido, como carbón o bosta; para ello muchas veces se recurre a los ensayos de análisis inmediato y al de poder caloríficoiii. El análisis inmediato consiste en determinar los porcentajes de humedad, cenizas y materia volátil de una sustancia para determinar sus propiedades sin recurrir a análisis químicos más exhaustivos, es un método rápido y fácil. Los equipos utilizados en este análisis son: una balanza marca Sartorius (0 – 100g x 0.1g) y un horno de temperatura regulable (Carbolite o Gallenkamp dependiendo de la disponibilidad). Una sustancia analizada continuamente mediante este método es el carbón; el procedimiento consiste en calentar la muestra hasta 105ºC aprox. para deshumidificarla, para luego llevarla nuevamente hasta 950°C aprox. para obtener los elementos volátilesiv, por último luego de haber eliminado la humedad y los volátiles de la muestra solo quedan las cenizas; por ii Los ensayos de análisis inmediato son realizados en el ambiente del laboratorio de pirometalurgia debido a que se encuentra mejor acondicionado. iii La determinación del poder calorífico es el ensayo principal en el análisis de cualquier combustible sólido, en este ensayo se suele utilizar la bomba calorimétrica marca Parr (Adiabatic Calorimeter), la cual quema la muestra en un recinto enchaquetado “completamente” cerrado y adiabático dando como resultado el calor producido por unidad de masa (Poder Calorífico). iv Los laboratorios de minas no cuentan con un equipo analizador de volátiles, este análisis llamado elemental determina el contenido de carbono (C), hidrogeno (H), nitrógeno (N) y azufre (S) contenido en estos gases. Los procesos suelen tener una duración de 30 minutos cada uno. 9 lo que al restar todos estos obtenemos el valor de carbono fijo: CenizasVolatilesHumedadoCarbonoFij −−−= 100 . Los ensayos dentro del laboratorio se suelen hacer con muestras de carbón que no superan los 200 gramos; la USEPA (Unites States Environmental Protection Agency) indica que las emisiones de carbón dependerán de la composición de la muestra (7), debido a que no todas son similares, pudiendo ser las siguientes: Óxidos de Azufrev (SOx), Óxidos de nitrógeno (NOx), Monóxido de Carbono (CO), Compuestos orgánicos diversosvi, Vapores metálicosvii, Ácidos gaseososviii, Gases de efecto invernaderoix y Material Particulado (PM)x La USEPA indica diversos factores de emisiónxi para las emisiones provenientes de la quema de carbón y realiza una distinción entre el carbón bituminoso y el carbón antracitico. Las tablas 1.5 y 1.6 presentan el grupo de emisiones producidas al quemar 200 gramos de una muestra de carbón bituminoso y otra de carbón antracitico. Durante los sesenta minutos que duran los ensayos, las emisiones producidas predominantes son los Óxidos de azufre (SOx): 3.9 gramos, los Óxidos de nitrógeno (NOx): 1.1 gramos, el material particulado (PM): 6.6 gramos, el dióxido de carbono (CO2): 625 gramos y los compuestos orgánicos que no superan 0.1 gramos. El tamaño de estas emisiones varia en un rango de 0.625 a 15 µm (8). v El oxido de azufre predominante en este tipo de proceso es el dióxido de azufre el cual es un gas incoloro no inflamable producido por múltiples procesos industriales y por la naturaleza (emitido por volcanes), es fácilmente distinguido por su típico olor a huevo podrido. vi Alcoholes, alcanos, bencenos siendo muchos de ellos aromáticos. vii Manganeso berilio, cobalto, cromo viii Acido clorhídrico (HCl), Acido fluorhídrico (HF) ixix Dióxido de Carbono (CO2) y Metano (CH4) x PM: Material particulado, en ingles Particulate Matter, la USEPA lista un conjunto de posibles contaminates: arsenic, antimonio, bismuto, cadmio, plomo, selenio, magnesio, aluminio, cobalto, níquel oro, paladio y estaño. Todos ellos pueden esta presentes en la “nube” de material particulado xi Los factores de emisión son coeficientes que indican los kilogramos de contaminante producido por cada megagramo de materia procesada. 10 Tabla 1.5 Productos de la reacción de 200 gramos de carbón bituminoso (9) SOx (gr) NOx (gr) CO (gr) CO2 (gr) PM (gr) PM10xii(gr) PICxiii (gr) POCxiv (gr) 3.8 1.1 0.5 625 6.6 1.32 0.08 0.02 Arsénico (mg) Antimonio (mg) Berilio (mg) Cadmio (mg) 82 0.003 0.004 0.01 Cromo (mg) Manganeso (mg) Magnesio (mg) Plomo (mg) 0.05 0.1 2.2 0.08 Cobalto (mg) Mercurio (mg) Niquel (mg) Selenio (mg) 0.02 0.02 0.06 0.26 Tabla 1.6 Productos de la reacción de 200 gramos de carbón antracitico SOx (gr) NOx (gr) CO (gr) CO2 (gr) PM (gr) TOCxv(gr) 3.9 0.3 0.06 568 1 0.03 Arsénico(mg) Berilio(mg) Cadmio(mg) Cromo(mg) 0.04 0.06 0.01 5.6 Manganeso(mg) Mercurio(mg) Níquel(mg) Selenio(mg) 0.72 0.03 5.2 0.26 b. Análisis de muestra Vía Húmeda: Este análisis consiste en la identificación de la cantidad de elementos que componen un mineral, para ello muchas veces se hace uso de un espectrofotómetro de absorción atómica, el cual identifica a cada una de las longitudes de onda producidas por los diferentes componentes desintegrados al añadirles energía. Existen varios procedimientos de análisis, en el caso de los laboratorios de la sección de ingeniería de minas se suele utilizar la disgregación acida convencional, la cual consiste en atacar una cantidad conocida de la muestra con cierto volumen de acido nítrico (HNO3)xvi y acido clorhídrico (HCl)xvii para luego ser calentada xii Material particulado cuyo tamaño no supera las 10µm xiii Partículas inorgánicas condensables xiv Partículas orgánicas condensables. xv Total organic compound (Compuestos orgánicos totales): Son bencenos, naftalenos, acetonas etc. xvi El acido nítrico es un liquido corrosivo, toxico, se suele usar para elaborar explosivos (nitroglicerina y trinitrolueno), se comercializa en diversas concentraciones, siendo denominado como acido nítrico fumante cuando sus concentraciones superan el 85%. Los vapores emanados suelen ser de color rojo o blanco. xvii El acido clorhídrico, conocido comúnmente como acido muriático, es corrosivo, no inflamable e irritante (fuerte olor). Los vapores emanados suelen ser de color amarillento. 11 sobre una plancha calefactora; una vez solubilizada la mezcla, se suele añadir agua destilada y mezclar todo en una fiola que luego será analizada por uno de los espectrofotómetros de absorción atómica, que finalmente dará la composición de la muestra. Es importante tomar en consideración que la solubilización con acido nítrico (HNO3), acido clorhídrico (HCl)xviii causan desechos en forma de vapores tóxicos, corrosivos y contaminantes tales como oxido nítrico (NO)xix, dióxido de nitrógeno (NO2)xx y diferentes variedades de elementos fumantesxxi. Es importante resaltar que para metales preciosos como la plata, el oro y el platino, es común que la disgregación ácida sea realizada utilizando la mezcla de acido nítrico (HNO3) y acido clorhídrico (HCl) denominada agua regia produciendo los mismos vapores tóxicos mencionados anteriormente. Las reacciones realizadas en las prácticas de laboratorio son hechas con muestras de 10 gramos de mineral pudiendo ser Zinc (Zn), Cobre (Cu), Plata (Ag) u Oro (Au), las cuales no son completamente puras, es decir contienen ciertos elementos desconocidos hasta el final del análisis. Asumiendo que las muestras del laboratorio se encuentran puras las reacciones se pueden presentar de la forma mostrada en las Tablas 1.7, 1.8, 1.9 y 1.10. Tabla 1.7 Productos y reacción química del zinc con acido nítrico Zinc + Acido Nítrico Reacción 22233 22)(4 NOOHNOZnHNOZn ++⎯→⎯+ Productos grZn grNO kgZn kgNOr Zn NO 10 14 37.65 92 37.65 32*214*2 22 2 ⎯→⎯=+= grZn OgrH kgZn OkgH r produce Zn OH 10 5.5 37.65 36 37.65 16*22*2 22 2 ⎯⎯ →⎯=+= xviii La mezcla de acido nítrico, acido clorhídrico y agua forma un reactivo llamado “agua regia” capaz de disolver metales preciosos permitiendo su extracción y refinamiento. xix El oxido nítrico es una molécula inestable en presencia de oxigeno, uniéndose rápidamente con este y convirtiéndose en dióxido de nitrógeno el mismo que a su vez disuelto en agua puede pasar a ser acido nítrico HNO3 xx El dióxido de nitrógeno es un gas toxico e irritante, es de color marrón amarillento, su exposición a corto plazo puede causar graves daños en el tejido pulmonar si es respirado. Es muy soluble en agua por lo que puede generar acido nítrico (HNO3) que al condensarse contribuye al fenómeno llamado “lluvia acida” xxi Fumante: Dícese de una sustancia que a temperatura ambiente emite vapores. 12 Tabla 1.8 Productos y reacción química del cobre con acido nítrico Cobre + Acido Nítrico Reacción 22332 NOOHCuNOHNOCu ++⎯→⎯+ Productos grCu grNO kgCu kgNOr Cu NO 10 2.7 53.63 46 53.63 3214 22 2 ⎯→⎯=+= grCu OgrH kgCu OkgHr Cu OH 10 8.2 53.63 18 53.63 162 22 2 ⎯→⎯=+= Tabla 1.9 Productos y reacción química del plata con acido nítrico Plata + Acido nítrico Reacción 22332 NOOHAgNOHNOAg ++⎯→⎯+ Productos grAg grNO kgAg kgNOr Ag NO 10 3.4 87.107 46 87.107 3214 22 2 ⎯→⎯=+= grAg OgrH kgAg OkgHr Ag OH 10 6.1 87.107 18 87.107 162 22 2 ⎯→⎯=+= Tabla 1.10 Productos y reacción química del oro con acido nítrico y acido clorhídrico Oro + Acido Nítrico + Acido Clorhídrico Reacción 2243 3343 NOOHHAuClHClHNOAu ++⎯→⎯++ Productos grAu grNO kgAu kgNOr Au NO 10 7 9.196 138 9.196 32*314*3 22 2 ⎯→⎯=+= grAu OgrH kgAu OkgHr Au OH 10 7.2 9.196 54 9.196 16*32*3 22 2 ⎯→⎯=+= Considerando que las muestras analizadas son de 10 gramos se puede afirmar que el producto toxico más frecuente producido es el dióxido de nitrógeno (NO2) siendo la cantidad máxima de 14 gramos producido al hacer reaccionar Zinc (Zn) con acido nítrico (HNO3) en un tiempo aproximado de reacción de 13 treinta (30) minutos; en ese mismo tiempo se producen 5.5 gramos de vapor de agua (H2O). La USEPA indica que las emisiones de los fumantes pueden ser despreciables(10,11,12) en este tipo de proceso siendo el contaminante de mayor predominio el dióxido de nitrógeno (NO2)xxii. Una vez solubilizada la mezcla por completo y convertida en una solución acuosa es analizada en alguno de los dos espectrofotómetros disponibles en el laboratorio, añadiéndoseles calor. La USEPA (13,14,15 )indica que las emisiones para la quema de este tipo de soluciones son CO2, SO2, Plomoxxiii, material particulado junto con volátiles metálicos pudiendo llegar a ser 0.22 gramos, 3 gramos, 1.3 miligramos y 3 gramos respectivamente durante los 15 minutos que dura el proceso. c. Monitoreo de conductividad, pH y oxigeno disuelto en procesos hidrometalúrgicos: Estos ensayos forman parte complementaria de los procesos hidrometalúrgicos de lixiviación. i. Conductividad: Es la capacidad de una solución para conducir corriente eléctrica, la importancia de medir conductividad se encuentra relacionada con el grado de concentración de las soluciones. ii. Determinación de pH: El medidor de pH es un equipo utilizado para medir el grado de acidez de las soluciones. iii. Oxigeno disuelto: Su medición resulta importante ya que puede retardar o acelerar las reacciónes de solubilización. xxii La USEPA indica que un balance de masa es suficiente para estimar un factor de emisión especifico La AP42 (Factores de emisión) enlista solo los mas importantes y significativos a nivel industrial. xxiii Las muestras utilizadas en el laboratorio suelen contener un 10% de sulfuro de plomo en promedio, dicho elemento suele volatilizarse muy por debajo de su punto de fusión (820°C) emitiendo de esta manera plomo. 14 d. Proceso Hidrometalúrgico de Lixiviación de productos de la oxidación de sulfuros (lixiviación por agitación): Muchas veces los procesos de extracción involucran procesos tanto pirometalúrgicos como hidrometalúrgicos, en el caso de la lixiviación por agitación, esta es realizada al producto proveniente de la pirometalurgia de oxidación de sulfuros (Tostación), siendo algunos de ellos la blenda (ZnS), la galena (PbS), covellina (CuS), pirita (FeS2). La lixiviación consiste en la disolución de mineral mediante la añadidura de algún compuesto y posterior agitación. Los ensayos en el laboratorio se realizan con una muestra de 10 gramos de calcina (conglomerado de rocas) con gran porcentaje de covelina (CuS), a la cual se le realiza inicialmente una lixiviación con agua destilada para luego realizar una con ácido sulfúrico (H2SO4)xxiv quedando una solución acuosa que luego será filtrada obteniéndose de esta manera cobre (Cu) de baja concentración y emitiendo acido sulfhídrico (H2S)xxv y emisiones diversas desconocidas. En la industria se suele realizar el mismo procedimiento de manera macro denominada “lixiviación in situ”, el problema con ello es la gran cantidad de área ocupada. Las emisiones presentes en este procedimiento vienen dadas principalmente por la volatilización del acido presente en la reacción, en el caso del laboratorio estas son menos significativas que las hechas en campo pero aun asi se logra producir alrededor de 3.5 gramos de acido sulfhídrico (H2S) por cada 10 gramos de covelina (CuS), siguiendo la reacción mostrada en la tabla 1.11. La USEPA indica que existen un conjunto de emisiones adicionales a las del acido sulfhídrico, las que son denominadas material particulado (PMxxvi) que junto al dióxido de azufre (SO2)16 llegan a sumar 1.5 gramos durante las dos (2) horasxxvii de duración del ensayoxxviii. xxiv El acido sulfúrico, llamado antiguamente aceite de vitriolo debido a que se producía en base a ese mineral, es un compuesto altamente corrosivo que posee una reacción violenta cuando se mezcla con agua (exotérmica). xxv El ácido sulfhídrico es un gas inflamable, incoloro con un olor característico a huevos podridos. xxvi La USEPA lista un conjunto de posibles contaminates: arsenic, antimonio, bismuto, cadmio, plomo, selenio, magnesio, aluminio, cobalto, niquel oro, paladio y estaño. Todos ellos pueden esta presentes en la “nube” de material particulado xxvii Dato promedio proporcionado por el personal del laboratorio xxviii La USEPA indica que un balance de masa es suficiente para estimar las emisiones en un caso específico. La AP42 - Factores de emisión indica que las emisiones en el primer tratamiento del cobre se encuentran compuestas en su mayoría de dióxido de azufre (SO2). 15 Tabla 1.11 Productos y reacción química de la covelina con acido sulfúrico Covelina + Acido Sulfúrico Reacción SHCuSOSOHCuS 2442 +⎯→⎯+ Productos grCuS SgrH kgCuS SkgHr CuS SH 10 5.3 53.95 34 3253.63 321*2 22 2 ⎯→⎯=+ += e. Proceso hidrometalúrgico de lixiviación de minerales de óxidos de cobre (Percolación en columna con acido sulfúrico): Este proceso consiste en la solubilización del mineral de cobre mediante el uso de acido sulfúrico (H2SO4) y de unas columnas de percolaciónxxix. Este proceso es muy utilizado en minerales en los cuales el metal precioso se encuentra muy diseminadoxxx. La muestra de mineral de cobre utilizada en las experiencias de laboratorio es de 1.5kg, su contenido es una mezcla de óxidos de cobre tales como la Cuprita (Cu2O), Azurita (Cu(OH)2(CO3)2), Malaquita (Cu3(OH)2CO3), Crisocola (CuSiO3.2H2O) o Tenorita (CuO), el tiempo de reacción dura aproximadamente unas cuarenta y dos (42) horas y los productos resultantes son: sulfato de cobre (CusO4)xxxi, agua (H2O), Cobre (Cu), Oxido de de silicio (SiO2)xxxii y Dióxido de Carbono (CO2), siendo este ultimo el único en estado gaseoso. La producción de monóxido dependerá básicamente de las proporciones de Azurita y Malaquita presentes en la muestra ensayada. La composición mas frecuente de cada una es de 20% en masa, por lo que se puede considerar unos 300 gramos por cada una, siendo la producción de dióxido de carbono (CO2) de unos 84 gramos en las cuarenta y dos (42) horas que dura el proceso, tal como muestra la tabla 1.12. En el proceso seguido existen emisiones a las que la USEPA denomina fugitivas, la cuales son material particulado cuyo tamaño es de 10 micras o xxix Infiltración xxxRecipientes en donde se deja reposar la solución junto al mineral. Es interesante anotar que los minerales de cobre (Cu) están divididos en dos grandes familias: los sulfuros y los óxidos por lo que la lixiviación con ácido sulfúrico en algunas clases de estos yacimientos pueden llegar a durar algunos días o a veces hasta algunos años. xxxi El sulfato de cobre es un compuesto con alto contenido de cobre, posee un color azul característico. xxxii El oxido de silicio o dióxido de silicio es usado para hacer vidrio, cerámicas y cemento, es uno de los componentes principales de la arena. 16 menor (PM10), las mismas que poseen un factor de emisión de 1.1 kg/Mg de materia procesada (17) dando como resultado 1.5 mg de material particulado por cada kilo y medio de materia procesada. Tabla 1.12 Productos y reacción química de muestra de óxidos de cobre Cuprita + Acido Sulfúrico CuOHCuSOSOHOCu ++⎯→⎯+ 24422 Crisocola + Acido Sulfúrico 2244223 32. SiOOHCuSOSOHOHCuSiO ++⎯→⎯+ Tenorita + Acido Sulfúrico OHCuSOSOHCuO 2442 3+⎯→⎯+ Azurita + Acido Sulfúrico 224422323 2433)()( COOHCuSOSOHCOOHCu ++⎯→⎯+ Productos grAzurita grCO kgAzurita kgCOr COOHCu CO 300 38 59.344 44 )6(16)2(122)2(16)3(53.63 3212 22 )()( 2323 2 ⎯→⎯=++++ += Malaquita + Acido Sulfúrico 22442323 322)()( COOHCuSOSOHCOOHCu ++⎯→⎯+ Productos agrMalaquit grCO akgMalaquit kgCOr COOHCu CO 300 46 59.284 44 )3(16122)2(16)3(53.63 3212 22 )()( 323 2 ⎯→⎯=++++ += f. Proceso Hidrometalurgico de Lixiviación de mineral aurífero (Cianuración Agitada): La cianuración es un proceso electroquímico de disolución de oro y plata, el proceso se realiza agregando cianuro de sodio (NaCN)xxxiii a la muestra previamente tostado; e incluye tres fases, la sólida (el metal precioso como tal), el liquido (agua y sales disueltas en cianuro) y gas (oxigeno). La reacción propiamente dicha no produce desechos gaseosos que deban ser tomados en cuenta, tal como se puede apreciar en la reacción mostrada en la tabla 1.13.; el problema surge con la descomposición de las sales de cianuro de sodio que no xxxiii El cianuro de sodio es un sólido fácil de hidrolizar con agua pudiendo reaccionar con algunos sulfuros para producir acido cianhídrico (HCN) altamente toxico. 17 llegan a reaccionar con el oro, las cuales producen cianuro de hidrogenoxxxiv, el mismo que puede ser peligroso si llegara a concentrarse en la zona de trabajo. El laboratorio de minas trabaja con minerales cuya concentración puede llegar a tener hasta diez (10) gramos de oro puro por cada quinientos (500) gramos de mineral de oro, la muestra se distribuye en 28 frascos de plásticoxxxv de 100 ml, con 18 gramos de mineral de oro por cada uno y con 95ml de cianuro de sodio, que se agitan durante 24 horas, para luego filtrar la pulpa y asi recuperar la “torta” de mineral que realmente contiene el metal precioso. La cantidad de cianuro de sodio que llega a reaccionar con los 10 gramos de oro resultantes es de solo 5 gramos, por lo que el resto reacciona con el agua contenida en el mineral, tal como lo muestra la tabla 1.13. Produciéndose 0.7 gramos de acido cianhídrico (HCN) por cada 0.5 gramos de agua H2O contenida en el mineral, durante las veinticuatro (24) horas que dura el procesoxxxvi. Tabla 1.13 Productos y reacción química de muestra de mineral de oro Oro + Cianuro de sodio NaOHCNNaAuOHONaCNAu 4)(4284 222 +⎯→⎯+++ Cianuro de sodio + Agua NaOHHCNOHNaCN +⎯→⎯+ 2 Productos grAu grNaCN kgAu kgNaCNr Au NaCN 10 5 788 392 197*4 )141223(*8 ⎯→⎯=++= OgrH grHCN OkgH kgHCNr OH HCN 22 5.0 7.0 18 28 162 14122 2 ⎯→⎯=+ ++= grAu OgrH kgAu OkgHr Au OH 10 5.0 788 36 197*4 )162(*2 22 2 ⎯→⎯=+= g. Proceso de Recuperación de oro con carbón activado: El proceso de recuperación de oro con carbón activado se basa en la adsorción de este xxxiv El cianuro de hidrógeno o acido cianhídrico es muy venenoso y altamente volátil (hierve a los 26°C) que tiene un ligero olor amargo a almendras. xxxv Capacidad del agitador xxxvi La USEPA indica que un balance de masa es suficiente para estimar las emisiones en un caso específico. Además no indica algún tipo de emisión adicional a la calculada para este tipo de proceso. 18 elemento mediante un elemento soluble llamado adsorbatoxxxvii que logra adherirse a una superficie sólida o adsorbente (carbón activado). Este proceso es puramente físico, es decir depende de la capacidad de adsorción del material. Los desechos de este ensayo son sólidosxxxviii. h. Proceso para recuperación de metales Cristalización y Cementación: La cristalización se define como el proceso físico de separación de una sal en su forma cristalina de una solución acuosa. Los procesos de cristalización son muy utilizados en el ámbito industrial para la obtención de sales puras como cloruro de sodio (NaCl), bórax o borato de sodio (Na2B4O7·10H2O)xxxix, etc. La cementación es un proceso derivado de la reducción electroquímica; para ello un metal se reduce mientras el otro se oxida manteniendo al metal valioso descargando electrones. Por ejemplo el cobre es obtenido mediante la precipitación con chatarra de hierro. Las reacciones y los productos son líquidos y sólidosxl. i. Procesos para recuperación de metales por medio de electrodeposición y electrorefinación: Este proceso consiste en obtener metal en su estado elemental mediante una reacción de oxido-reducción inducida mediante el suministro de electrones externos por un rectificador de corriente. Los productos son básicamente solidasxli. 1.3.3 Equipos de laboratorio Los diversos procesos mostrados emiten diferentes tipos de desechos gaseosos, los mismos que se encuentran asociados a diversos elementos, maquinas y equipos, las figuras 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 y 1.8 muestran los equipos asociados a los procesos y la tabla 1.14 muestra a manera de resumen las emisiones. xxxvii La adsorción es la acumulación de partículas sobre una superficie. El adsorbato es la sustancia que se adsorbe sobre la superficie adsorbente. La absorción en cambio es la separación de dos gases por medio de un solvente liquido xxxviii Las emisiones gaseosas son inexistentes xxxix El borax es un cristal suave utilizado en detergentes, suavizantes, jabones etc. xl Las emisiones gaseosas son inexistentes xli Las emisiones gaseosas son inexistentes 19 Figura 1.4 Incubadora Banstead, Microscopio Axiostar y Bomba Peristálticas Sercal . Figura 1.5 Destilador GFL. Galvanostato-Potenciostato y Agitador GFL. Figura 1.6 Balanza Satorius Desionizador Sercal y Plancha de calentamiento Gallenkamp Figura 1.7 Planchas de calentamiento Sercal. Medidor de pH y de oxigeno Mettler Toledo. 20 Tabla 1.14 Equipos y ensayos de Laboratorio de Análisis Químicos y Biometalurgia Ensayo Realizados (Tiempo) Equipos Involucrados Emisiones Mufla Carbolite CWF 13/23 Calorímetro Adiabático Parr 1241EF Análisis de Combustible Sólidos (60 minutos) Balanza Sartorius CP225D 3.8gr SOx, 1.1gr NOx, 0.5gr CO 625gr CO2 , 6.6gr PM, 1.32gr PM10, 1gr TOC, 0.003mg Antimonio, 0.06mg Berilio, 0.01mg Cádmio, 5.6mg Cromo, 7.2mg Manganeso, 0.03mg Mercúrio, 5.2mg. Níquel, 0.26mg Selenio, 0.08mg. Plomo, 0.02mg Cobalto, 2.2mg. Magnesio. Espectrofotómetro Perkin Elmer 403 Espectrofotómetro Varian AA240 Análisis de muestras por vía húmeda Solubilización: 30min Espectrofotometría: 15min Fiolas, Erlenmeyers y Vasos Schoot 14gr NO2, 5.5gr H2O (solubilización) 0.22gr CO2, 3gr SO2, 1.3 mg Pb, 3gr PM (espectrofotometria) Monitoreo de Conductividad Conductímetro Mettler Toledo126 Medidores de pH Schoot MP125 Monitoreos pH Medidores de pH Mettler Toledo CG842 Monitoreo de Oxigeno Oximetros Schoot OX 1 Nulas o mínimas Agitadores GFL 3017 Erlenmeyer Schoot Planchas Calefactores Gallenkemp HP77STR Bombas de Vacío GFL – 200 Fiolas, Probetas y Vasos Schoot Medidores de pH Schoot MP125 Lixiviación de sulfuros de cobre (2 horas) Oximetros Schoot OX 1 3.5gr H2S, 1.5 gr SO2 (Humos y Vapores Diversos) 21 Tabla 1.14 Equipos y ensayos de Laboratorio de Análisis Químicos y Biometalurgia (continuación) Agitadores GFL 3017 Erlenmeyer Schoot Planchas Calefactores Gallenkemp HP77STR Bombas de Vacío GFL – 200 Fiolas, Probetas y Vasos Schoot Medidores de pH Schoot MP125 Lixiviación de óxidos de cobre (42 horas) Oximetros Schoot OX 1 84gr CO2, 1.5mg PM10 (Humos y Vapores Diversos) Agitadores GFL 3017 Erlenmeyer Schoot Planchas Calefactores Gallenkemp HP77STR Bombas de Vacío GFL – 200 Fiolas, Probetas y Vasos Schoot Medidores de pH Schoot MP125 Lixiviación mineral de oro en soluciones acuosas (24 horas) Oximetros Schoot OX 1 0.7gr HCN (Humos y Vapores Diversos) Erlenmeyers y Vasos Schoot Planchas Calefactores Gallenkemp HP77STR Recuperación de oro con carbón activado Fiolas Schoot Nulas o mínimas Planchas Agitadoras Thermolyne Nuova II Vasos Precipitados Schoot Cristalización y Cementación Balanza Mettler Toledo AB204 - S Nulas o mínimas Electrodeposición y electrorefinación Galvanostato Potenciostato Volta Lab PG201 Agitadores Eléctricos digitales Schoot SRL Nulas o mínimas 1.3.4 Distribución Arquitectónica El Plano 2 muestra que cada proceso tiene una ubicación dentro del laboratorio, los procesos de monitoreo de conductividad, monitoreo de pH, monitoreo de oxigeno, recuperación de oro con carbón activado, cristalización, cementación, electrodeposición y electrorefinación emiten un volumen mínimo de vapores y humos, por lo que se suele realizar en una zona bien ventilada y no necesariamente dentro de una campana; dicha zona es la indicada como A en el Plano 2., cuya vista se muestra en la figura 1.8. La lixiviación de sulfuros, óxidos y minerales en soluciones acuosas y acidas suele realizarse en la zona designada como B de la Plano 2, la cual es una campana cerrada tipo gabinete vista en la figura 1.9 22 El análisis de muestra por vía húmeda requiere de la utilización de la zona B para el paso inicial: ataque con ácidos, y de las zonas C y D, siendo estas últimas campanas abiertas situadas sobre los espectrofotómetros Perkin Elmer 403 y Varian AA240. los cuales son mostrados en la figura 1.9 El análisis de combustible sólidos es el único ensayo de análisis químico realizado fuera del laboratorio debido a que el laboratorio de pirometalurgia se encuentra mejor acondicionado para dicho fin. Figura 1.8 Distribución Zona A: emisiones minimas Figura 1.9 Distribución Zona B: Campana tipo gabinete y Distribución Zona C y D: Espectrofotómetros Varian AA240 y Perkin Elmer 403 Tomando como referencia la Plano 2 y los tiempos mostrados en tabla 1.14 se puede distribuir por minuto las emisiones máximas presentes en el ambiente del Laboratorio de Análisis Químico, Hidrometalurgia, Electrometalurgia y Biomateriales, tal como lo muestra la tabla 1.15. 23 Tabla 1.15 Distribución de emisiones por campana Zon a Campana Procesos Emisiones A No requiere Monitoreo de Conductividad, Monitoreos pH, Monitoreo de Oxigeno ----------- Elem. Flujo Masico Duracion Vecesxlii Análisis de muestras por vía húmeda (solubilizacion) NO2 0.47gr/min 30min 20 H2S 0.03gr/min 120min 20 Lixiviación de sulfuros de cobre SO2 0.01gr/min 120min 20 CO2 0.03gr/min 2520min 20 Lixiviacion de óxidos de cobre PM 0.0006mg/min 2520min 20 Lixiviación de mineral de oro en soluciones acuosas HCN 0.48mgr/min 1440min 20 B Tipo Gabinete Recuperación con carbón activado, Cristalización y Cementación, Electrodeposición y electrorefinación CO2 0.01gr/min 15min 20 SO2 0.2 gr/min 15min 20 Pb: 0.09 mg/min 15min 20 C,D Rectangular Abierta Análisis de muestras por vía húmeda (espectrofotometría) PM 0.2 gr/min 15min 20 1.4 Laboratorio de Pirometalurgia 1.4.1 Descripción: El laboratorio de pirómetalurgia tiene como objetivo desarrollar innovaciones y soluciones en el refinado del mineral, para lo cual hace uso de diferentes medios mecánicos y físicos para la separación de este. Los procesos pirometalurgicos involucran el calentamiento de las muestras produciendo en la mayoría de los procesos un sólido mas puro y un gas o vapor como desecho. xlii El numero de laboratorios de metalurgia por semestre es de 10. Haciendo un total de 20 veces al año 24 1.4.2 Ensayos y procedimientos : a. Proceso pirometalúrgico de calcinación: La calcinación se define como el proceso metalúrgico por el cual se somete un material sólido (sulfuro o carbonato) a altas temperaturas (descomposición térmica) obteniéndose el oxido correspondiente y una fase gaseosa. Los carbonatos de importancia metalúrgica son la caliza (CaCO3)xliii, la dolomita (CaMg(CO3)2)xliv y la magnesita (MgCO3)xlv. Uno de los procesos mas frecuentes es la elaboración de cemento en el cual la caliza mezclada y calcinada (1350 – 1380°C) con dióxido de silicio (SiO2)xlvi y oxido de aluminio (Al2O3)xlvii forma la mezcla de silicato de calcio y aluminio conocida como Clinkerxlviii de cemento (CaO). En el caso del laboratorio de minas, se suele calcinar una muestra de diez (10) gramos de piedra caliza (CaCO3) durante cuarenta (40) minutos. La USEPA indica que la emisiones predominantes en este tipo de proceso18 son el CO2, el material particulado (PM) y un conjunto de emisiones compuestas de sustancias orgánicas e inorgánicasxlix llegando a producir 9 gramos, 1.3 gramos y 50 miligramos respectivamente por cada 10 gramos de cemento. La tabla 1.16 muestra la reacción general y los productos resultantes, siendo la emisión predominante la de dióxido de carbono (CO2). Tabla 1.16 Reacción química de una muestra de caliza sometida a calcinación Piedra Caliza + Temperatura iversasEmisionesDCOCaOaTemperaturaDesconocidMateriaCaCO ++⎯→⎯++ 233 . xliii La caliza es una roca porosa principalmente formada por carbonatos de calcio (CaCO3), suele ser deposito de petróleo debido a su porosidad xliv La dolomita (CaMg(CO3)2) es un metal compuesto por carbonato de calcio y magnesio, es muy utilizado en la fabricación de refractarios. La calcinación de la dolomita (CaMg(CO3)2) produce la magnesita (MgCO3) y de esta última, la magnesia (MgO), que es un aislante muy utilizado y un agente de secado usado en deportes, tales como la gimnasia y la halterofilia. xlv El carbonato de magnesio o magnesita, es un mineral blanco suele utilizarse en compuestos a prueba de fuego y extintores, cosméticos y dentífricos. xlvi El dióxido de silicio o silica, encontrado en la naturaleza como arena o en su formas cristalinas tales como cuarzo, tridimita y cristobalita, es uno de los elementos mas abundantes sobre la tierra, suele utilizarse en la industria electrónica, en la fabricación de refractarios y en la de vidrio. xlvii El oxido de aluminio o alúmina (Al2O3) suele formarse sobre las superficies del aluminio, dicha capa es impermeable y detiene el proceso de oxidación. xlviii La mezcla produce un ruido similar a un “click” al ser procesado en los hornos rotatorios, derivando de esta manera el vocablo onomatopéyico de “clinker”. xlix Inorgánicos: plata, aluminio, arsénico, bario, berilio, calcio, cadmio, cloro, cromo, cobre, flúor, hierro, acido clorhídrico, mercurio, potasio, manganeso, amonio, amoniaco, nitratos, sodio, plomo, trióxido de azufre, sulfatos, selenio, talio, zinc. Orgánicos: bencenos, acetonas, naftalenos, metanos, cloro bencenos, etanos, formaldehido, metilenos, fenoles, toluenos. 25 b. Proceso pirometalúrgico de Tostación: La tostación se define como la oxidación de minerales de sulfuros. El proceso consiste en someter el mineral de sulfurol a temperaturas menores a la temperatura de fusión, este proceso es generalmente enriquecido mediante el uso de aire u oxigeno con la finalidad de conseguir diferentes grados de oxidación (parcial y sulfatante o total) obteniéndose como consecuencia un cambio químico que posibilita su tratamiento posterior. La oxidación parcial tiene como objetivo remover cierta cantidad de azufre, teniendo como producto un sulfuro de menor grado y el gas dióxido de azufre (SO2). La oxidación a sulfatos tiene como finalidad convertir los sulfuros a sulfatos. El producto de este proceso es un sulfato y el gas SO2. La remoción total del azufre o tostación a muerte consiste en la eliminación total de azufre, la reacción producida muchas veces suele ser exotérmica debido a los cambios sufridos por la sustanciali. El producto suele ser un oxido y SO2lii. En el laboratorio de minas se suele utilizar una muestra de 5 gramos de mineral de sulfuro cuyo contenido es mayoritariamente pirita (FeS2)liii, en su menor proporción blenda (ZnS)liv, galena(PbS)lv, covelina (CuS)lvi y cuarzo (SiO2) que vendría a ser la ganga (metal no valioso) de la muestra, las reacciones producidas son de la forma: 2.2.1.1. GasSolidoGasSolido +⎯→⎯+ , pudiendo ser de la siguiente manera: 222 SOMeSOMeS +⎯→⎯+ PbFeNiZnCuMeSiendo ,,,,: = . La USEPA(19,20,21) mediante sus factores de emisión indica que las emisiones de este tipo de proceso dependerá de la composición de los metales en la muestras siendo las mayores y predominantes, el CO2, el SO2, el Plomolvii, y el material particulado pudiendo llegar a ser 110 gramos, 1.5 gramos, 0.65 miligramos y 3 gramos respectivamente. l Compuesto asociado con azufre (S) li El ensayo suele tener un rango de duración entre 40 y 60 minutos lii La piedra caliza y la magnesia tienen como propiedad absorber con mucha facilidad el gas dióxido de azufre (SO2) generado en la tostación. liii El sulfuro de hierro es llamado comúnmente el oro de los tontos, debido al aspecto brilloso que le da su alto contenido de azufre (mas de 50%) liv El sulfuro de zinc es la principal mena del zinc, el nombre proviene del alemán Blender que significa engañar, debido a que se le suele confundir con la galena (sulfuro de plomo) lv El sulfuro de plomo es la principal mena del plomo, ha sido utilizado en cosméticos y como parte de los receptores de las radios en los inicios de esta. lvi Es el producto derivado de la hidrometalurgia de los óxidos de cobre con acido sulfúrico. lvii Las muestras utilizadas en el laboratorio suelen contener un 10% de sulfuro de plomo en promedio, dicho elemento suele volatilizarse muy por debajo de su punto de fusión (820°C) emitiendo de esta manera plomo. 26 c. Proceso pirometalúrgico de Secado: El secado tiene como objetivo la eliminación de agua contenida mediante evaporación. El resultado de estos procesos son la eliminación de vapor de agua, gases como el dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2) y material particulado junto con compuestos orgánicos e inorgánicoslviii. Considerando que las muestras trabajadas en el laboratorio de pirometalurgia no supera los 5 gramos y siguiendo los factores de emisión dados por la USEPA(22,23,24) las cantidades pueden llegar a ser 110 gramos de CO2, 1.5gramo de SO2 y 3 gramos entre material particulado y compuesto orgánicos e inorgánicos durante los cuarenta (40) minutoslix que dura el proceso. En la industria, el proceso suele efectuarse mediante la utilización de hornos rotatorios conocidos comercialmente como cilindros de secado, en el laboratorio de pirometalurgia se utilizan las muflas Carbolite o Gallenkamp y un horno rotativo Carbolite.lx. 1.4.3 Equipos de laboratorio de Pirometalurgia Los procesos pirometalúrgicos se encuentran asociados a la utilización de hornos y muflas en los cuales se calienta la muestra transformándola y emitiendo diferentes tipos de desechos gaseosos, las figuras 1.10, 1.11, 1.12 muestran los equipos asociados a los procesos y la tabla 1.16 muestra un resumen de las emisiones. Figura 1.10 Mufla Carbolite LMF3 (3 unid.) y Gallenkamp FR-614 4115 SP (2 unid.) Carbolite Type CWF 13/23 lviii Inorgánicos: plata, aluminio, arsénico, bario, berilio, calcio, cadmio, cloro, cromo, cobre, flúor, hierro, acido clorhídrico, mercurio, potasio, manganeso, amonio, amoniaco, nitratos, sodio, plomo, trióxido de azufre, sulfatos, selenio, talio, zinc. Orgánicos: bencenos, acetonas, naftalenos, metanos, cloro bencenos, etanos, formaldehido, metilenos, fenoles, toluenos. lix Dato de proporcionado por personal del laboratorio. lx El horno rotario Carbolite combina el funcionamiento de un horno de lecho fluidizado (Inyección de gas) y un horno rotatorio, ofreciendo una atmósfera controlada con una agitación simultanea. 27 Figura 1.11 Mufla y Gallenkamp Brit Pat 882942, Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 y Tubular GHA12/300 Figura 1.12 Balanza Mettler Toledo AB204-S y mesas para elementos calientes Tabla 1.16 Equipos y ensayos de Laboratorio de Pirometlurgia Ensayo Realizado Equipos Involucrados Emisiones Mufla Carbolite LMF3 (3 unidades) Mufla Gallenkamp FR-614 4115 SP (2 unidades) Mufla Gallenkamp Brit Pat 882942 Mufla Carbolite Type CWF 13/23 Calcinación Balanza Mettler Toledo AB204-S 9gr. CO2, 1.3gr SO2, 50mg PM (volatiles orgânicos e inorgânicos) Horno Tubular Carbolite GHA12/300 Tostación Balanza Mettler Toledo AB204-S 110 gr CO2, 1.5 gr SO2, 0.65 mg Pb, 3 gr PM, voláteis orgânicos e inorgânicos Mufla Carbolite LMF3 (3 unidades) Mufla Gallenkamp FR-614 4115 SP (2 unidades) Mufla Gallenkamp Brit Pat 882942 Mufla Carbolite Type CWF 13/23 Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 Secado Balanza Mettler Toledo AB204-S 0.65 mg Pb, 3 gr PM (volatiles orgânico e inorgânicos) 28 1.4.4 Distribución arquitectónica interior: El Plano 3 muestra que los hornos y las muflas poseen una ubicación fija en el laboratorio, por lo que podemos dividir al laboratorio en 6 zonas: • Zona E: Tres (3) muflas carbolite LMF3 • Zona F: Una (1) mufla Gallenkamp BritPat 882942 • Zona G: Dos (2) muflas Gallenkamp FR-614 4115 SP • Zona H: Una (1) mufla Carbolite Type CWF 13/23 • Zona I: Un (1) horno rotativo Carbolite Type HTR 11/75 • Zona J: Un (1) horno tubular Carbolite Type GHA 12/300 Todos se encuentran ubicados sobre una platarforma de concreto en forma de ele de 1.2 metros de alto, tal como lo muestra la figura 1.13. Dichos hornos son utilizados en los procesos de calcinación, tostación y secado, emitiendo distintos tipos de gases, vapores y humos. Figura 1.13 Distribución de laboratorio de pirometalurgia Tomando como referencia el Plano 3 y la tabla 1.16 se puede distribuir las emisiones presentes en el ambiente del Laboratorio de Pirometalurgia, tal como lo muestra la tabla 1.17. 29 Tabla 1.17 Distribución de emisiones por campana Zona Campanas Proceso Emisiones Elem. Flujo Masico Duracion Veceslxi SOX 0.06 gr/min 60 min 20 NOX 0.01 gr/min 60 min 20 CO 0.008 gr/min 60 min 20 CO2 10.41 gr/min 60 min 20 PM 0.11 gr/min 60 min 20 PM-10 0.022 gr/min 60 min 20 TOC 0.016 gr/min 60 min 20 Sb 0.0001 mg/min 60 min 20 Be 0.001 mg/min 60 min 20 Cd 0.0002 mg/min 60 min 20 Cr 0.09 mg/min 60 min 20 Mn 0.12 mg/min 60 min 20 Hg 0.0005 mg/min 60 min 20 Ni 0.08 mg/min 60 min 20 Se 0.004 mg/min 60 min 20 Pb 0.001 mg/min 60 min 20 Co 0.0003 mg/min 60 min 20 Quema de Comb. Sólidos Mg 0.03 mg/min 60 min 20 CO2 0.23 gr/min 40 min 20 PM 0.03 gr/min 40 min 20 Calcinación Volátiles Orgánicos inorgánicos 1.25 mg/min 40 min 20 Pb 0.02 mg/min 40 min 20 E, F, G, H Rectangular abierta (7 unidades) Secado PM 0.08 gr/min 40min 20 Pb 0.02 mg/min 40 min 20 I Rectangular abierta (1 unidad) Secado PM 0.08 gr/min 40min 20 lxi El número de laboratorios de metalurgia por semestre es de 10. Haciendo un total de 20 veces al año 30 Tabla 1.17 Distribución de emisiones por campana (continuación) CO2 2.75 gr/min 40 min 20 SO2 0.04 gr/min 40 min 20 Pb 0.02 mg/min 40 min 20 J Rectangular abierta (1 unidad) Tostación PM 0.08 gr/min 40 min 20 1.5 Fuentes y emisiones generadas. Según estimaciones de la Organización Internacional del Trabajo (OIT) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) cada año se producen alrededor de 1.2 millones de enfermedades relacionadas con el trabajo ocupacional o también llamadas “profesionales” en todo el mundo. En el Perú, existe un grupo de enfermedades asociadas al trabajo ocupacional, los sectores económicos de mayor incidencia son el minero, el metalúrgico y el manufacturero, siendo la tendencia (estudio presentado en el Segundo congreso de Salud Ocupacional, Lima 1970) en porcentajes la mostrada en la tabla 1.18(25): Tabla 1.18 Porcentaje de enfermedades “profesionales” según actividad económica.(26) Minera: Trauma Acústicolxii 16.8%, Baritosislxiii 12.2% Silicosislxiv 3.8% Minero Metalúrgico: Mercurialismolxv 44%, Arsenismolxvi 36.7% Saturnismolxvii 16.2% Manufacturera: Saturnismo 37% Trauma Acústico 8.2% Otras: Trauma Acústico 3.8% El Ministerio de Salud define enfermedad profesional como (27): • Todo estado patológico permanente o temporal que sobrevenga como consecuencia obligada y directa de la clase o tipo de trabajo que lxiiTrauma acústico: Lesión grave en el oído interno, disminuyendo de esta manera la capacidad de audición. lxiiiBaritosis: Enfermedad pulmonar benigna causada por la acumulación de polvo de Bario en los pulmones (producto muy usado en la pinturas) lxivSilicosis: Enfermedad pulmonar invalidante causada por la inhalación de compuestos de sílice. lxvMercurialismo o Hidrargirismo: Intoxicación causada por vapores de mercurio, se presenta como alteraciones digestivas como vómitos y diarreas, afecta el sistema nervioso manifestándose en perdidas de memoria y trastornos del sueño y además afecta seriamente el sistema renal. lxviArsenismo: intoxicación por arsénico, se manifiesta por decaimiento, dolores estomacales y caída del cabello. 31 desempeña el trabajador o del medio en que se ha visto obligado a trabajar. • Es la enfermedad contraída como consecuencia directa del ejercicio de una determinada ocupación por la actuación lenta y persistente de un agente de riesgo inherente al trabajo realizado. • Trastornos en la salud ocasionados por las condiciones de trabajo de riesgos derivados del ambiente laboral y de la organización del trabajo. Existen por lo menos tres medios por los cuales pueden penetrar los distintos agentes al organismo de los trabajadores: inhalación, contacto cutáneo e ingestión (28), siendo el primero el que de importancia en el presente trabajo de tesis para lo cual es importante definir lo siguiente: • Agente Químico es todo elemento o compuesto químico, por si solo o mezclado, tal como se presenta en su estado natural o producido que es utilizado o vertido como residuo en una actividad laboral(29) • Puesto de trabajo: comprende tanto al conjunto de actividades que están encomendadas al trabajador, como el aspecto físico donde desarrolla su trabajo (30). • Zona de respiración, es el espacio alrededor de la cara del trabajador del que toma el aire que respira. Con fines técnicos, una definición más precisa es la siguiente: semiesfera de 0.3m (300mm) de radio que se extiende por delante de la cara del trabajador, cuyo centro se localiza en el punto medio del segmento imaginario que une ambos oídos y cuya base está constituida por el plano que contiene dicho segmento, la parte más alta de la cabeza y la laringe(31), tal como lo muestra la figura 1.14 lxviiSaturnismo o Plumbosis: se denomina así al envenenamiento producido por plomo, la enfermedad produce alucinaciones agresivas y cólicos. 32 Figura 1.14 Zona de respiración • Periodo de referencia, es un periodo establecido para el valor límite de un agente químico, el límite de tiempo para una larga duración es de 8 horas y para uno de corta es de 15 minutos (32). • Limite de una sustancia, es la concentración en un ambiente de trabajo por debajo del cual existe una razonable seguridad de que un trabajador podrá desempeñar su labor indefinidamente, cumpliendo una jornada de 8 horas diarias y 40 horas por semana, sin sufrir molestias ni daño a la salud(33) En el caso de los ambientes de laboratorio estudiados, como se muestra en la las tablas 1.16 y 1.17 las emisiones se encuentran identificadas por lo que es posible la extracción de las mismas sobre la fuente emisora, garantizando de esta manera que el ambiente de trabajo no presente en ningún momento algún tipo de concentración nociva, de tal manera que no se alcance algún valor limite permisible(34) (VLP)lxviii o que la zona de respiración se encuentre expuesta a algún agente químico de alta concentración, tal como lo muestra la figura 1.15. Esta ventilación localizada garantizará la salud de los trabajadores y un ambiente de trabajo libre de contaminantes pero crea otro problema, los gases son extraídos hacia el ambiente exterior por lo que resulta necesaria la limpieza de este antes de ser expulsado del laboratorio, por lo que se deben considerar los lineamientos dados por: lxviii Valor limite permisible(VLP), el termino es más conocido en ingles como TLV (Threshold limit Value) 300mm Zona de Respiración 33 • DS.N°074-2001-PCM - Reglamento de Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire • DS 069-2003-PCM - Valor Anual de Concentración de Plomo • RM 315-96-EM/VMM - Niveles Máximos Permisibles de elementos y compuestos presentes en emisiones gaseosas provenientes de las unidades minero-metalúrgicas • USEPA – Factores de emisión AP42, Procesos metalúrgicos, Productos mineros y emisión de sólidos combustibles. • Guía para la evaluación de impactos en la calidad del aire por actividades minero metalúrgicas – Ministerio de energía y Minas – Dirección General de asuntos ambientales mineros. Los cuales establecen los valores de concentración limite y permitidas a ser extraídas y liberadas al ambiente así como los procedimientos de evaluación y calculo. Figura 1.15 Zona de respiración protegida 34 La Resolución Ministerial N° 315-96-EM/VMM establece en los artículos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 los niveles de emisiones máximas permisibles del Anhídrido Sulfuroso, PM, Plomo, Arsénico en la actividad minera, tal como lo muestra en el Anexo A1. La guía para la evaluación de impactos en la calidad de aire por actividades minero metalúrgicas sugiere que el resto de emisiones no reglamentadas por el estado peruano sean tomados de alguna entidad extranjera tal como la OMS (Organización Mundial de la Salud) o la Corporación Financiera Internacional - Grupo del Banco Mundiallxix, las cuales mediante guías técnicas han establecido un listado de emisiones, cuyos limites son mas rigurosos que los impuestos por el Estado Peruano(35) En el caso del laboratorio de minas tomando las tres fuentes como referencia podemos resumir los limites de emisiones a extraer en la tabla 1.19 Tabla 1.19 Límites máximos permisibles en la actividad minera metalúrgica.(36) Emisión Limite Anhídrido Sulfuroso 13,8kg/min Plomo 25mg/m3 PM 100mg/m3 SO2 1000mg/m3 Nieblas Acidas 50mg/m3 Mercurio 0.05mg/m3 NO2 100 – 300 mg/m3 El conjunto de emisiones mostradas en las tablas 1.15 y 1.17 se manifiestan en forma de humos, vapores, nieblas metálicas y acidas, dichas emisiones poseen un determinado tamaño dependiendo de su origen. La literatura técnica clasifica a las partículas en: • Partículas naturales o bioaerosoles • Partículas industriales o materiales(37) lxix El Grupo del Banco Mundial es un conjunto de organismos especializados de las Naciones Unidas, responsables de proporcionar financiamiento y asesoramiento tecnico a los países para propósitos de desarrollo económico y eliminación de la pobreza. Las organizaciones integrantes son: • El Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento (BIRF). • La Asociación Internacional de Fomento (AIF). • La Corporación Financiera Internacional (CFI). • El Organismo Multilateral de Garantías de Inversiones (OMGI). • El Centro Internacional de Arreglo de Diferencias Relativas a Inversiones (CIADI) 35 Siendo estas últimas consideradas contaminantes. Las partículas pueden clasificarse según el tamaño, procedencia y estado en: partículas naturales, polvos, humos, emanaciones o fumarolas, nieblas, vapores y gases tal como lo muestra la Tabla 1.20 (38) y el Anexo A2 (39) Al analizar la tabla 1.20 y tomando como referencia la literatura dada por la USEPA (40) se puede deducir que las emisiones originadas por los laboratorios de metalurgia analizados caen dentro del rango de los humos, las nieblas y las emanaciones. En el ambiente comercial se suele denominar a todas estos contaminantes bajo el mismo término: fumarolas (Fumes)lxx, siendo su rango de tamaño principalmente entre 0.1μm y 100μm. La figura 1.24 muestra los rangos de distintas sustancias, ubicando a los procesos que involucran manejo de minerales con un rango de tamaño entre 0.01μm y 100μm. Por lo que se puede considerar que la partícula de mayor tamaño será de unas 100μm aproximadamente y la de menor 0.01μm. Teniendo las fuentes de contaminación más significativas identificadas las emisiones estimadas por cada proceso involucrado y el tamaño de partícula asociado dichas fuentes de contaminación es posible dar paso al diseño del sistema de extracción Tabla 1.20 Clasificación de partículas según su estado y tamaño (41) Contaminante Definición Rango de Tamaño Procesos Virus 0.003 – 0.06 μm Bacterias 0.4 – 5 μm Esporas de hongos 2 – 10 μm Polen 10 – 100 μm Naturales o bioaerosoles Partículas cósmicas 0.25 – 147 μm Naturales Polvo Pequeña partícula sólida proveniente del quiebre de una partícula grande 0.25 μm – 100 μm Molienda Esmerilado Taladrado Explosiones lxx La literatura en ingles denomina a las fumarolas como fumes y las define como pequeñas partículas formadas por la condensación de vapores, llegando a ser de 1μm y pudiendo formar aglomeraciones tan grandes como los polvos (Dust) de 100μm. Las campanas en el ambiente comercial suelen denominarse simplemente Fume Hoods incluyendo en su efecto a los gases y vapores. 36 Tabla 1.20 Clasificación de partículas según su estado y tamaño (continuación) Contaminante Definición Rango de Tamaño Procesos Humos Suspensión de particulado. Se aglomeran para formar hollín, manchan Menores a 0.5 μm Combustiones incompletas Aerosoles Emanaciones o fumarolas Condensación de vapores aglomeradas forman polvos 0.1 μm - 1 μm Condensación Reacciones Químicas Nieblas Líquidos en suspensión (estado gaseoso) 0.25 μm – 100 μm Pulverización Electrodeposición Condensación de Líquidos Vapores Sólidos o líquidos en suspensión (estado gaseoso) Se expande, tamaño no definido , son pequeños, menores a 0.1 μm Vapor de Agua Solventes Pegamentos Gases Fluido amorfo que suele estar e este estado Se expande, tamaño no definido, son pequeños, menores a 0.1 μm Gases en general 37 REFERENCIAS DEL CAPITULO 1 1 PUCP1998 Sección Ingeniería de Minas – Introducción [en línea] Lima, Perú [Consultado 2007/03/03] 2 Ibid. Introducción 3 Ibid. Laboratorio 4 ANGELES, Luis et al. Manual de laboratorio de Metalurgia Extractiva 1 En su: Introducción. Lima - Perú Fondo Editorial PUCP, 2007. pp 5-6. 5 Ibid. pp 5-6. 6 ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DEL TRABAJO (OIT). Enciclopedia de Salud y Seguridad en el trabajo. En: Metalurgia y Metalistería Industrias Manufactureras 2001 pp 82.2 – 82.3 [en línea] Disponible en 7 USEPA 2009 Emissions Factors & AP 42 –Bituminous and subbituminous coal combustion [en linea] Washington , United States [consultado 03/07/09] 8 USEPA 2009 Emissions Factors & AP 42 –Bituminous and subbituminous coal combustion [en linea] Washington , United States [consultado 03/07/09] 9 Ibid. Tabla 1.1-3, 1-20 10 USEPA Introduction [en linea] Washington , United States [consultado 30/06/09] < http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/c00s00.pdf> 11 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 – Primary Copper Smelting [en linea] Washington , United States [consultado 01/07/09] 12 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 – Secondary Copper Smelting [en linea] Washington , United States [consultado 01/07/09] 13 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 –Iron and steel production [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] 14 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 –Zinc Smelting [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] 15 USEPA Primary Copper Smelting, op.cit, Tabla 12.3-2 16 USEPA Primary Copper Smelting, op cit,pp 5 17 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 – Secondary Copper Smelting [en linea] Washington , United States [consultado 01/07/09] Tabla 12.9-1 18 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 –Portland Cement Manufacturing [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] Tabla 11.6-1, 6-19 19 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 –Iron and steel production [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] Tabla 12.5-3, Tabla 12.5-1 20 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 –Zinc Smelting [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] Tabla 12.7-1 21 USEPA 2008 Primary Copper Smelting, op.cit, Tabla 12.3-2 38 22 USEPA 2008 Iron and steel production, op.cit, Tabla 12.5-3 23 USEPA 2008 Zinc Smelting, op.cit, Tabla 12.7-1 24 USEPA 2008 Primary Copper Smelting, op.cit, Tabla 12.3-2, 3-18 25 MINISTERIO DE SALUD, Manual de Salud Ocupacional En: Diagnostico Situacional de la salud ocupacional, Lima – Perú Dirección General de Salud ambiental DIGESA, 2005 pp 18 26 Ibid. pp 18 27 Ibid. pp 20 28 Ibid. pp20 29EL PERUANO, Decreto Supremo N° - 015-2005-AS Reglamento sobre valores límite permisibles para agentes químicos en el ambiente de trabajo, Lima – Perú Empresa Peruana de Servicios Editoriales S.A. 2005 pp 296135 30 Ibid pp 296135 31 Ibid pp 296135 32 Ibid pp 296135 33DIRECCION GENERAL DE SALUD AMBIENTAL 1975 Valores Límites permisibles para agentes químicos en el ambiente de trabajo [en línea] Lima, Perú [consultado 21/03/08] 34 Ibid pp 5 35 MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS – DIRECCION GENERAL DE ASUNTOS AMBIENTALES MINEROS 2007 Guía para la evaluación de impactos en la calidad del aire por actividades minero metalúrgicas.[en línea] Lima, Peru [consultado 17/07/09] 36 Ibid Tabla 2.7 37 COZ PANCORBO, Andrés Federico. “Manual de Ventilación Industrial”. Lima, Perú. Pontificia Universidad Católica del Perú. 2000 pp. 17-18 38 Ibid pp. 19 - 20 39 ASHRAE “Fundamentals Handbook 2001 (SI)”. Atlanta, USA. ASHRAE 2001 pp. 12.3 40 USEPA 2008 Emissions Factors & AP 42 – Generalized Particle Size Distributions [en linea] Washington , United States [consultado 11/09/08] 41 ALDEN, John L. “Design of Industrial Ventilation Systems” Fifth Edition. En su: Exhaust Hoods. New York , USA. Industrial Press Inc. 1982 pp 17-18 39 CAPITULO 2 DISEÑO DEL SISTEMA 2.1 Generalidades Tomando como referencia los procedimientos descritos por la American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) y por la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), se puede dividir el diseño de un sistema de ventilación industrial en los pasos presentados a continuación: definición de las fuentes de contaminación, y tamaño de la partícula contaminante para poder establecer una velocidad de captura y transporte a lo largo del sistema. Una vez halladas las velocidades será necesario establecer un caudal para cada fuente de contaminación, que dependerá de la geometría de la misma, para lo cual será necesario realizar un pequeño esquema preliminar del sistema. Dicho esquema estará compuesto de cuatro elementos básicos, presentes siempre en un sistema de extracción, campanas, ductos, equipos de tratamientos de contaminantes y ventiladores. Una vez establecido el sistema podremos realizar los cálculos de los diámetros de las tuberías y caídas de presión correspondientes a cada tramo. Por último, una vez definida la caída de presión y los caudales, será posible seleccionar calcular el ventilador y el sistema de tratamiento de aire correspondiente a cada tramo o tramos del sistema diseñado (1). 40 2.1.1 Fuentes de contaminación Las fuentes de contaminación presentes en los laboratorios de metalurgia analizados se encuentran claramente identificadas, poseen un rango de tamaño de 0.01μm a 100μm y dependen básicamente del proceso efectuado debajo de la campana, tal como se indica en la tabla 2.1. Tabla 2.1 Fuentes de contaminación Laboratório de Análisis Químico, Electrometalurgia, Biomateriales e Hidrometalurgia Contaminación Diámetros Campanas Zonas BCD: # 1, 2, 3 (Análisis Químico y espectrofotómetros) Vapores, gases y humos fumarolas y nieblas 0.01μm a 100μm Laboratorio de Pirometalurgia Contaminación Diámetros Campanas Zonas EFGHIJ # 4,5,6,7,8,9,10,11,12 (Hornos y muflas) Vapores, gases y humos fumarolas y nieblas 0.01μm a 100μm Una vez definida la fuente de contaminación y el rango de tamaño de la misma resulta necesario saber la velocidad necesaria para capturar dicha partícula, para lo cual es necesario definir el concepto de Velocidad de Captura. 2.1.2 Determinación de la velocidad de captura La velocidad de captura se define como la mínima velocidad necesaria para capturar y trasladar al contaminante dentro de una campana o extractor (2) Los rangos de velocidad dependerán del tipo de contaminante, los rangos sugeridos por la literatura técnica se encuentran detallados en la tabla 2.2. 41 Tabla 2.2 Rango de velocidad de captura. (3) Clase de fuente contaminación Aplicaciones Típicas Velocidad de Captura (fpm) Velocidad de Captura (m/s) Corriente de aire quieta Evaporación de vapores, aplicación de solventes desengrasantes 50 a 100 0.254 a 0.508 Corriente de aire moderada Spray, soldadura, enchapados, reacciones químicas 100 a 200 0.508 a 1.016 Corriente de aire en movimiento violento Pintado mecánico, prensado, suministro de productos. 200 a 500 1.016 a 2.54 Corriente de aire con un movimiento inicial alto Lijados, amolados, arenados y limpieza metálica en general. 500 a 2000 2.54 a 10.16 La elección de los límites en el rango de velocidad de captura, dependerá de las condiciones presentes en el recinto en el cual se encuentra la instalación. Los límites inferiores son utilizados si las condiciones son óptimas para la captura, si la concentración de toxicidad es relativamente baja, si la producción de desechos se presenta de manera intermitente o si las campanas de extracción son relativamente grandes en comparación al área de emisión. Por otro lado, los limites máximos de velocidad de captura son utilizados si el recinto se encuentra sometido a corrientes de aire evidentes, si la toxicidad de la sustancia a manipular es alta y continua y por ultimo si el área de emisión es relativamente grande en comparación con el elemento extractor. En el caso particular de los laboratorios de metalurgia analizados, las fuentes de emisión se encuentra ubicados en ambientes lejos de puertas o ventanas que pudieran afectar la captura de las emisiones, los ensayos realizados en los laboratorios no son continuos, son intermitentes, la toxicidad de algunas emisiones son peligrosas para la salud de los operarios siendo básicamente vapores y humos (fumarolas) por lo que se podría considerar de manera conservadora, tomando como referencia la tabla 2.2, a los laboratorios de metalurgia analizados ambientes de corriente quieta o moderada ubicando el rango de velocidad de captura entre 50 y 200 fpm (0.254 a 1.016 m/s) (4), siendo el valor promedio de dicha velocidad 100 fpm (0.508m/s). 42 2.1.3 Determinación de la velocidad de transporte La velocidad de transporte se presenta en los ductos inmediatamente después de la campana de extracción, esta velocidad deberá ser tal que se minimice la fricción y se evite por todos los medios la acumulación de sólidos, si los hubiera, dentro del sistema (5). Asimismo es importante notar que si se esta transportando cualquier tipo de harina, grano, aserrín, metal o cualquier tipo de elemento que tenga efecto electrostático se deberá tomar las precauciones del caso debido a que se podría presentar algún incendio o explosión. También se deberá tomar en cuenta un recubrimiento y una velocidad adecuada si se esta transportando algún fluido de fácil adherencia o que pueda formar condensado, el que puede ser dependiendo del caso corrosivo y toxico en determinadas concentraciones. En el caso particular del sistema de extracción de los laboratorios de metalurgia que se encuentran compuestos por vapores, gases, humos y nieblas y polvo fino, las velocidades de transporte pueden ser ubicadas en el rango de 1000 a 3000 fpm (5.08 a 15.24 m/s) tal como lo muestra la Tabla 2.3; además, tal como se indico en el capítulo 1 (Tabla 1.20), muchos de los procesos realizados en los laboratorios son de carácter tóxico y corrosivo por lo que se sugiere utilizar ductos de PVC o de acero inoxidable o revestido. Tabla 2.3 Rango de velocidad de transporte. (6) Contaminante Ejemplos Velocidad fpm Velocidad m/s Vapores, gases y humos Todos los vapores, gases y humos 1000-2000 5.08-10.16 Fumarolas y Nieblas Soldadura, reacciones químicas 2000- 2500 10.16-12.7 Ceniza Seca y Polvos Hilachas de algodón, aserrín y polvos finos de proceso 2500-3000 12.7-15.24 Polvos Finos Polvo plástico, polvo de bakelita, polvo de yute, polvo de algodón, residuos de corte de telas o cuero., polvo de jabón. 3000-4000 15.24-20.32 Polvo industrial promedio Trabajo con amoladoras, residuos de piel, residuos de lana. Café, polvo de granito, arena, ladrillo, teja. Procesos de fundición en general, piedra caliza y procesos con asbestos. 3500-4000 17.78-20.32 Polvos Pesados Polvos de corte en metal y madera, residuos de fundición, arenado trabajos en madera, trabajos de abrasión en madera y metal, trabajos de forja, trabajos en chapa. 4000-4500 20.32-22.86 Polvos Pesados Húmedos Pequeñas astillas, polvo de cemento húmedo, residuos de asbestos, residuos húmedos en general. 4500 - mas 22.86 - mas 43 2.2 Secciones de extracción Luego de haber definido el tipo y tamaño de las partículas contaminantes, la velocidad de captura y la velocidad de transporte, es posible iniciar el diseño del sistema de extracción propiamente dicho, para lo cual es necesario tomar en consideración la distribución arquitectónica mostrada en los Planos 1, 2 y 3, dicha distribución será la base para el diseño de los ductos y accesorios del sistema de extracción. El primer elemento de cualquier sistema de extracción es una campana, la cual se encuentra asociada a una fuente de contaminación determinada, la cual a su vez se encuentra asociada a una velocidad de captura y transporte tal como lo muestra la tabla 2.4 Tabla 2.4 Rango de velocidad de transporte. Ubicación Campana Sustancia Velocidad de Captura Velocidad de Transporte Laboratorio de Análisis Químico e Hidrometalurgia Campana # 1,2,3 Gases, vapores, fumarolas y nieblas diversas 100 a 200 fpm (0.508 a 1.016 m/s) 1500 a 3000 fpm (7.62 -15.24 m/s) Laboratorio de Pirómetalurgia Campana # 4,5,6,7,8,9,10 ,11,12 Gases, vapores, fumarolas y nieblas diversas 100 a 200 fpm (0.508 a 1.016 m/s) 1500 a 3000 fpm (7.62 -15.24 m/s) La tabla 2.4 muestra que las velocidades de captura y transporte resultan similares para ambos laboratorios por lo que la diferencia radicará en la arquitectura y geometría presente, en el caudal particular de cada extracción, y en los requerimientos particulares en cada campana, los cuales serán tratados mas adelante. Las campanas poseen una nomenclatura particular, misma que puede ser ubicada en ella geométricamente tal como lo muestra la figura 2.3; dicha nomenclatura se encontrará presente en todos los sistemas de extracción. Habiendo definido ya con anterioridad la velocidad de captura (Capture Velocity) y la velocidad de transporte (Duct Velocity), faltaría definir la velocidad de cara o boca (Face Velocity), que es la velocidad 44 promedio de la distribución de velocidades ubicadas en el eje central de la entrada de la campana. Tal como lo muestra la figura 2.4. Figura 2.3 Nomenclatura de Campanas para aspiración localizada (7) Figura 2.4 Velocidad de Cara o Boca (Face Velocity) Campana 1: La campana uno, será utilizada para diversos ensayos de análisis químico, lixiviaciones y electrorefinación, Zona B (Fig. 1.12), siendo muchos de estos ensayos productores de residuos corrosivos y venenosos. Las campanas tipo gabinete o llamadas comúnmente campanas de laboratorio o de humos (Fume Hood) (8) en el entorno comercial son las preferidas por los diseñadores de sistemas de ventilación ya que garantizan que la sustancia contaminante siempre se encuentre contenida dentro de la campana (9). La literatura proporciona ciertas recomendaciones, de las que es importante mencionar las siguientes (10) A. La campana deberá ser capaz de proveer una distribución uniforme de corrientes de aire dentro de la misma, de tal manera que no se produzcan turbulencias dentro de ella que disminuyan su eficiencia. 45 B. Es importante localizar las campanas de este tipo lejos del tráfico de personas, es decir deberá encontrarse lejos de las puertas y pasadizos de tal manera que el tráfico de personas sea controlado de modo que no se perturbe el proceso de extracción. C. Los materiales usados en la construcción de este tipo de campana deberá ser seleccionados acorde al uso es decir deberá resistir a la erosión y la corrosión generada por los elementos extraídos. D. Es importante tomar atención a los acabados de este tipo de campana ya que al encontrase en contacto directo con el operario se deberán evitar esquinas y bordes agudos o filosos. El estudio y el diseño de las campanas tipo gabinete se basan en la velocidad de boca o cara "V" f (Velocity Face), siendo la relación con el caudal la mostrada a continuación: [2.1] Dicho caudal se mantendrá constante en la trayectoria siempre y cuando el sistema no presente fugas. Las campanas tipo gabinete poseen un conjunto de accesorios y formas geométricas que permitirán cumplir con las recomendaciones indicadas anteriormente. El estudio de este tipo de campanas tiene su origen en el análisis de un gabinete simple tal como lo muestra la figura 2.5, en el cual se puede observar que la extracción es producida por la parte superior de la campana, dando como consecuencia que la velocidad de cara (Face Velocity) posea una distribución de velocidades no uniforme (11), llevándola a ser ineficiente. La primera gran innovación en las campanas tipo gabinete fue la adición de una compuerta, con la cual era posible controlar la velocidad de cara (Velocity Face) (12), tal como lo muestra la figura 2.6, aumentando o diminuyendo esta al abrir o cerrar la compuerta (cambio de área). Esta compuerta suele ser transparente de tal manera que se pueda observar el proceso con toda seguridad, ante la posibilidad de alguna explosión o salpicadura proveniente del ensayo. El problema con esta compuerta es que aun con ella no se logra garantizar que el flujo en la entrada de la campana sea uniforme, de tal manera que la eficiencia del equipo aumente, por lo que surgió la idea de colocar una separación dentro del entrada.de.AreaA )Face.Velocity(Cara.de.VelocidadV CaudalV f f . = = = ff . A*VV = 46 gabinete de la campana de tal manera que se uniformice el flujo tanto en la parte superior como inferior, tal como lo muestra la figura 2.7. El problema con esta obstrucción es que algunas veces causa un retorno del flujo (figura 2.8), por lo que se implementó su movilidad para evitar este fenómeno. Por ultimo, algunas veces al cerrar la compuerta casi en su totalidad, la velocidad de cara (Velocity Face) tiende a aumentar excesivamente, debido a la disminución del área, pudiendo perturbar los procesos en los cuales se tiene una llama abierta dentro de la campana, por lo se agregaron unas ranuras en la parte superior de tal modo que se compense la velocidad de cara tal como lo muestra la figura 2.9i. Figura 2.5 Campana Tipo Gabinete simple (13) Figura 2.6 Campana Tipo Gabinete con compuerta (14) i Se puede observar en la figura que la distribución de velocidades en la parte inferior de la campana es mucho menor que en la parte superior, pudiendo llegar a acarrear problemas cuando se trabajan con elementos de mayor densidad que el aire, siendo estos ultimo depositados en la parte inferior del equipos 47 Figura 2.7 Campana tipo gabinete con compuerta y ordenadores de flujo (15) Figura 2.8 Remolinos causados por los separadores posteriores (16) Figura 2.9 Campana Tipo Gabinete con compuerta y con ranuras superiores(17) 48 La ACGIH, brinda ciertas recomendaciones mostradas en el Anexo A3 en el que se enumeran las partes de una campana tipo gabinete, en ella se observa la compuerta corrediza (Movible Sash), la cubierta ajustable (Adjustable Slot and Rear Baffle), las ranuras en la parte superior, las cuales no deberán abrirse a menos que la compuerta se cierre dejando solo entre 25% y 30% de área en la cara libre de la campana, y el borne aerodinámico (Air foil) no filoso en la zona de trabajo. Además la ACGIH recomienda para estas campanas caudales con valores entre 80cfm/ft2 (0.4063 m3/seg-m2) y 100 cfm/ft2 (0.5079 m3/ seg-m2) de área abierta, la elección de este valor dependerá de la distribución y la uniformidad del aire dentro de la campana (Método de ensayo ANSI/ASHRAE-110 para campanas de nieblas y humos), además recomienda considerar un factor de caída de presión o perdida he = 0.5VPd (18), siendo este factor proveniente de la conversión de parte de la presión estática en presión dinámica, ya que el aire pasa por lo que se denomina vena contracta tal como lo muestra la figura 2.1019, el factor de caída de presión o perdida eh para campanas denominadas simples (Velocity face < 1000fpm (5.08m/s))20 se puede calcular aplicando una relación entre las presiones estáticas y dinámicas 2211 VPSPVPSP +=+ , en la cual el subíndice 1 hace referencia al recinto del cual se esta extrayendo el aire en donde la presión absoluta es la presión atmosférica, por lo que la 01 =SP , además la velocidad en el recinto puede considerarse quieta por lo que 01 =VP . Por lo tanto reemplazando los valores en la ecuación anterior, podríamos afirmar que 22 VPSP −= ;esto sería cierto siempre y cuando no existieran perdidas de presión en el ingreso, por lo que al corregir la igualdad anterior tendríamos )hVP(SP e+−= 22 ; este factor de pérdida “ eh ” es expresado comúnmente en función de dos variables: el coeficiente de pérdida hF y la presión dinámica del ducto dVP ( )VPFh he *= de tal manera que resulta sencilla la adición de esta pérdida en el sistema(21). 49 Figura 2.10 Flujo en la vena contracta (22) Las dimensiones de la campana número 1 serán de 1000mm x 2000mm x 750mm (Altura, Ancho, Profundidad) de tal manera que se pueda introducir hasta tres planchas calefactoras tal como lo muestra la figura 2.11. Siendo el área abierta (Face) de 1800 x 800 (Ancho x Altura)ii originando un área de 1.44m2 (15.5ft2), por lo tanto si se considera la zona de trabajo como un lugar con transito de moderado a alto, debido a la aglomeración de alumnos cerca de la campana al instante de hacer las experiencias (de 4 a 5 por grupo), para un caudal de 100cfm/ft2 (0.5079 m3/ seg-m2)iii se puede obtener un valor de caudal de 1550cfm (0.73 m3/s) que representa una velocidad en la entrada de la campana de 100fpm (0.508m/s), siendo similar a la velocidad de captura necesaria presentada en la Tabla 2.2, con lo cual se garantiza la extracción de los contaminantes(23). ii El rango de la altura de abertura suele ser de 26 – 36 inch (0.66-0.91m), siendo la altura estándar mas usada la de 30in (0.76m), algunos laboratorio, preocupados por el ahorro de energía, encontraron que una altura de 20in(0.51m) era aceptable. iii En un recinto, las puertas de 30in (0.76m) x 80in (2.03m) abiertas 90° en unos 2 segundos pueden producir una velocidad de 200fpm (1.02m/s) y llegan a desplazar 1200cfm (0.57m3/s). El viento originado en una ventana puede llegar a ser de 3 – 5 mph [300 – 450 fpm (1.52 – 2.29 m/s)] se recomiendo tenerlas cerradas. Los peatones que caminan en frente de una campana pueden llegar a inducir entre 260-450fpm (1.34 – 2.29 m/s) con lo que pude haber una perdida de contaminante por esa causa. 50 Figura 2.11 Campana 1 tipo gabinete Campana 2 y 3: Las campanas dos y tres, serán utilizadas exclusivamente para los dos espectrofotómetros de gases mostrados en la Fig. 1.9: Perkin Elmer 403 y Varian AA240. Las dimensiones de ambos equipos son las indicadas en las figuras 2.12 y 2.13 siendo las medidas generales de equipo Perkin Elmer de 590 x 1050 x 530 (Altura, Ancho y Profundidad) y teniendo una zona de emisión en forma de media luna de 340 x 170 (Ancho y radio) la cual deberá ser proyectada por la campana extractora de 304 x 404 (Ancho y Largo). Las dimensiones del equipo Varian son de 720 x 780 x 530 (Altura, Ancho y Profundidad) tendiendo una zona de emisión cuadrada de 220 x 220, tal como lo muestra la figura 2.14 Figura 2.12 Dimensiones espectrofotómetro de Gases Perkin Elmer 403 51 Figura 2.13 Dimensiones espectrofotómetro de Gases Varian AA240 Figura 2.14 Proyección sobre espectrofotómetro Perkin Elmer 403 y Varian AA240 Los espectrofotómetros de gases analizan los elementos básicos de distintos componentes desintegrando estos mediante la adición de calor, pudiendo llegar a producir unos 3000°C (5432°F), por lo que el diseño de la campana deberá tener un criterio distinto a los planteados en procesos fríos. Los procesos calientes son analizados tomando en consideración la velocidad producida por las corrientes convectivas, las cuales pueden llegar a ser hasta de 400fpm (2m/s) (24); las experiencias de laboratorio dividen a las campanas en dos tipos, las altas y las bajas25. Las primeras son aquellas en las cuales la distancia entre la fuente de calor y la campana superan los 3 pies (0.914m) (26), pudiendo llegar a producirse un cierto ángulo de abertura hacia la campana tal como lo muestra la figura 2.15. 52 Figura 2.15 Efecto de cono invertido en la Campanas consideradas “Altas” En cambio las campanas bajas son aquellas en la cuales la distancia entre la fuente y la campana no supera los 3 pies (0.9144m), por lo que el traslado de la fuente contaminante a la campana no llega a desarrollarse completamente en ángulo por lo que muchas veces se suele afirmar que sigue una trayectoria “casi vertical” tal como lo muestra la figura 2.16 (27) Figura 2.16 Efecto de cilindro en la Campanas consideradas “Bajas” 53 En los dos casos, los espectrofotómetros serán considerados fuentes calientes de campana baja, debido a que situaremos la campana a una distancia de la fuente que no supere los 3pies (0.9144m), por lo que el caudal necesario se podría calcular con la siguiente ecuación dada por Hemeon(28) 42.033.1 . **2.6 tb L V h t Δ= [2.2] Siendo: cfmextraeraTotalCaudalV t ,... . = ftcampanaladeoLLh ,...arg= ftcampanaladeAnchob ,...= F,ambiente.el.y.calor.de.fuente.la.entre.aTemperatur.de.Diferenciat °=Δ La distribución del chorro de contaminante emitido por los espectrofotómetros obedece ciertos principios básicos tales, como: -El chorro se ensancha al salir del orificio. Su anchura aumenta proporcionalmente a la distancia de la abertura excepto en las cercanías del origen. -La velocidad del chorro decrece gradualmente a medida que avanza, esto se debe a que la presión estática permanece casi constante a lo largo de la trayectoria, por lo que las pérdidas de energía se producen a expensas de la velocidad(29). -El caudal de un chorro es variable y creciente debido a que va arrastrando cierta masa de fluido circundante a medida que este avanza (30). En 1936 el profesor Abraimovic(31) realizó un conjunto de modelos matemáticos que analizaron con mayor detenimiento la naturaleza de los “chorros” dividiendo su accionar en dos zonas, la inicial o núcleo y la principal, tal como lo indica la figura 2.20, la primera zona posee ciertas características importantes detectadas por mediciones realizadas por Abraimovic, siendo la mas importante que la velocidad en esta zona permanecía casi constante e igual a la velocidad de salida del chorro; asimismo Abraimovic descubrió que el perfil de velocidades variaba muy poco y gradualmente hasta llegar a la zona del tramo principal(32). En esta zona el profesor Abraimovic se dio cuenta que la velocidad disminuía al alejarse del origen y que además los perfiles de velocidad resultaban semejantes para una determinada distancia pero ya era visible cierta deformación angular tal como la muestra la figura 2.17 54 Figura 2.17 Chorro libre plano (33) La figura 2.17, muestra de manera grafica como se extiende un chorro libre, inicialmente se muestra el tramo núcleo en el que se aprecia el avance ordenado y constante de la masa del chorro a medida que avanza el chorro va comunicando su cantidad de movimiento a las capas de aire estacionario de los alrededores que se empiezan a mover en el sentido del chorro, dando como resultado un aumento de la masa y de la amplitud del chorro mientras disminuye la velocidad del mismo (tramo principal). El núcleo o el tramo inicial esta representado por las letras ABDE y el tramo principal viene dado por las letras BECF a una distancia “ x “, el tamaño del tramo inicial esta dado por la distancia “ oS ” la cual depende del radio “ or ” del difusor del chorro, siendo su relación considerando que el chorro es uniforme la siguiente(34): 412.r S o o = [2.3] Donde: inicial.tramo.del.LongitudSo = ; boquilla.la.de.Radioro = Además podemos afirmar que para un chorro uniforme el ángulo de apertura o de amplitud del chorro definido a partir del polo del chorro (Punto M), es de unos 12º 25` (35), adicionalmente podemos definir la ubicación de dicho polo mediante la formula siguiente: 6.0= or S [2.4] Donde: polo.al.ciatanDisS = ; boquilla.la.de.Radioro = Dicho polo “M ” puede definirse como el punto imaginario en el cual se abre el abanico del chorro; habiendo definido estas distancias podemos dimensionar nuestras campanas y establecer nuestros caudales. Los espectrofotómetros tienen un difusor cuya abertura rectangular es de 100mm x 0.8mm, tal como lo muestra la figura 2.18 55 Figura 2.18 Difusor de Espectrofotómetro Perkin Elmer 403 y Varian AA240 Dichas aberturas, al ser del mismo tamaño y forma; y siguiendo el modelo dado por Abraimovic desarrollaran un chorro similar al que muestra la figura 2.19. Siendo la proyección máxima luego del tramo inicial de 286.2mm y teniendo una longitud del mismo de 620mm. Figura 2.19 Proyección del chorro de los espectrofotómetros Las campanas de los espectrofotómetros serán ubicadas a 150mm del tope superior, tal como lo indica la figura 2.14, considerando que las distancias de la fuente de calor son distintas para cada espectrofotómetro, la proyección sobre las misma será diferente en cada caso: 188mm y 208mm para las campanas 2 y 3 respectivamente, tal como lo muestran las figuras 2.20 y 2.21. 56 Figura 2.20 Proyección Perkin Elmer 403 Figura 2.21 Proyección Varian AA240 Dichas proyecciones son menores que el tamaño de las campanas por lo que se estaría garantizando que las emisiones se encuentran contenidas dentro del área de succión considerada; la ACGIH afirma que para campanas consideradas bajas, se puede simplemente dimensionar la campana añadiéndole 1pie (304.8mm) (36) a la dimensión de la fuente calórica, siendo los valores mínimos de 404.8mm x 304.8mm (largo x ancho)iv. Además afirma que es necesario considerar las relaciones entre el área de la campana, el caudal y la velocidad de captura para cada campana, expresadas en la ecuación 2.2 y en el modelo dado por Dalla Valle, mostrado en la ecuación 2.5(37) iv Largo: mm.mm.mm 84048304100 =+ ; Ancho: mm.mm.mm. 6305830480 =+ , siendo la fuente calórica de 100mm x 0.8mm (largo x ancho) 57 )10(* 2 . AXVV += [2.5] Donde: cfmSucciondeCaudalV ,.. . = fpm,campana.la.de.cetro.el.en.VelocidadV = ft,campana.la.de.laboca.a.ciatanDisX = )D..a.solo.Valido( 51 2ft,campana.la.de.boca..AreaA = ft,ticacaracteris.long.o.campana.la.de.DiametroD = Quedando los valores característicos de las campanas 2 y 3 tal como se muestran la tabla 2.5: Tabla 2.5 Dimensiones y Caudal para las campanas 2 y 3 Campanas Espectrofotómetros Campanas Largo Ancho Distancia a la boca Área boca Campana Velocidad de Captura Caudal de aspiración 1.47ft 1.14ft 0.49ft 1.69ft2 98.45fpmv 405.3cfmvi 2 y 3 450mm 350mm 150mm 0.157m2 0.5m/s 0.19m3/s Es importante notar que: “Un foco de impurezas caliente produce una corriente ascendente que arrastra una determinada cantidad de aire de sus alrededores; por lo que es necesario para que el sistema trabaje eficazmente, que la cantidad de aire extraída no sea inferior al caudal del aire ascendente.” Baturin (38). En el caso de los espectrofotómetros los gases son generados mediante la combustión de una muestra determinada con algunos gases tales como el Aire, Acetileno y Oxido Nitroso siendo las combinaciones más usadas las de Aire – Acetileno y Oxido Nitroso – Acetileno, los caudales suministrados por lo cilindros son los indicados en la tabla 2.6. siendo el caudal mayor y mas común la mezcla Aire – Acetileno cuya presión de mezcla es de unos 350mbar aproximadamente, dando como resultado un caudal de la mezcla de 6.1m3/min (211.88cfm)vii, siendo menor al extraído v Rango de la velocidad de captura entre 50 y 200 fpm (Tabla 2.2) fpm. )..*( .Captura.Velocidad 4598 69149010 3405 2 =+= vi cfm..*)(*.*.Caudal .. 340547168543214126 420331 =−= )C(FFuente.Temp )C(F.Amb.Temp °°= °°= 30005432 2068 vii Para la mezcla Aire – Acetileno tenemos los siguientes flujos masicos, considerando gases ideales a los elementos: 58 por nuestra campana (405.3cfm), con lo cual estaríamos cumpliendo con la condición dada por Baturin. Tabla 2.6 Caudales de gases utilizados en el análisis con los espectrofotómetros (39) (40) Gases de Suministro Espectrofotómetros Elemento Caudal (l/m) Presión de cilindro Rango de Presión Aire 20 350 kPa (50psi) 245 – 455 kPa (35 – 65 psi) Oxido Nitroso 16 350 kPa (50psi) 245 – 455 kPa (35 – 65 psi) Acetileno 10 75 kPa (11psi) 65 – 100 kPa (9.5 14.5 psi) Campana 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y 12: Las campanas numeradas de la cuatro a la doce serán utilizadas en la extracción de gases humos y nieblas provenientes de nueve hornos eléctricos, mostradas en las figuras 1.10, 1.11 y 1.12, los cuales poseen las siguientes características: Tabla 2.7 Dimensiones características de los hornos de Hidrometalurgia Horno Dimensiones Generales (Altura x Ancho x Profundidad) Dimensiones Puerta y Boca (Alto x ancho) Dimensiones chimenea (Altura x Ancho x Profundidad) Temp. (°C) Unid. # 530mm x 410mm x 430mm 130mm x 410mm Carbolite LMF3 27mm x27mm x 30mm 1200°C 3 730mm x 480mm x 580mm 240mm x 270mm Gallenkamp FR- 614 4115 SP Ø50mm x 50mm 1000°C 2 Aire: Presión 450kPa, Temperatura: 293K, R:0.287kJ/kg K, Caudal: 0.02m3/min, M=28.965kg/kmol Utilizando la ley de los gases ideales: mRTpV = obtenemos que la masa de aire es 0.083kg/min Para esa masa a T=3273K y P=100kPa se tiene: Caudal 1m3/min = 35.31cfm Acetileno: Presión 175kPa, Temperatura: 293K, R:0.3193kJ/kgK, Caudal: 0.01m3/min, M=26.04kg/kmol Utilizando la ley de los gases ideales: mRTpV = obtenemos que la masa de aire es 0.0187kg/min Para esa masa a T=3273K y P=100kPa se tiene: Caudal 5.1m3/min = 176.57cfm Obteniendose una mezcla de 6.1 m3/min = 211.88 cfm 59 Tabla 2.7 Dimensiones características de los hornos de Hidrometalurgia (continuación) Horno Dimensiones Generales (Altura x Ancho x Profundidad) Dimensiones Puerta y Boca (Alto x ancho) Dimensiones chimenea (Altura x Ancho x Profundidad) Temp. (°C) Unid. # 700mm x 500mm x 670mm 430mm x 500mm Mufla Carbolite Type CWF 13/23 Ø32mm x 30mm 1300°C 1 510mm x 495mm x 400mm 370mm x 495mm Gallenkamp Brit Pat 882942 Ø42mm x 30mm 350°C 1 480mm x 550mm x 1140mm 550mm x 500mm Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 -------- 1100°C 1 670mm x 625mm x 360mm Ø165mm Horno Tubular Carbolite GHA12/300 -------- 1200°C 1 Los hornos utilizados en el proceso de calcinación y secado de las muestras poseen una pequeña chimenea en la parte superior de la carcaza tal como lo muestran la figura 2.22, por lo que será necesaria la instalación de una campana sobre cada una de ellas; además cada horno posee una puerta que es deberá ser cubierta por la campana a emplear de tal manera que se tenga una extracción en ambos puntos del equipo equipos tal como lo muestra la figura 2.22. La conferencia ACGIH, recomienda que la extracción de hornos y estufas sea realizada con una sola campana tal como lo muestran las figuras 2.22 que cubra por completo tanto la puerta de salida como la chimenea. El Anexo A4 muestra los detalles de las recomendaciones dadas por la ACGIH. Figura 2.22 Configuración estándar de extracción para hornos y muflas. 60 Los hornos de pirometalurguia presentan tres tipos de configuraciones; las figuras 2.23, 2.24, 2.25, 2.26 muestran que los hornos de secado tienen una configuración similar, presentan una puerta y una chimenea por la que pueden emitir contaminación. Figura 2.23 Horno Carbolite Modelo LMF (530 x 410 x 430) Figura 2.24 Horno Gallenkamp Modelo FR (730 x 480 x 580) 61 Figura 2.25 Horno Carbolite Modelo CWF (700 x 500 x 670) Figura 2.26 Horno Gallenkamp Modelo Brit (510 x 495 x 400) 62 Se tomara la configuración sugerida por la ACGHI, la cual indica que el caudal recomendado tiene un rango entre 200 – 400 cfm (0.094 – 0.188 m3/s), una velocidad de transporte con rango entre 1000 – 3000 fpm (5.08 – 15.24 m/s), un coeficiente de caída de presión, he = 0.25VP, una distancia máxima entre la parte superior del horno y la campana de 2” (50.8mm), una distancia entre la boca de la campana y el ducto de extracción de 12” (304.8mm) y un ancho y largo tal que garantice la captura de los contaminantes(41) tal como se indica en el Anexo A4. Baturin en este punto sugiere analizar la abertura de los hornos, la misma que posee un efecto de contaminación parabólico tal como lo muestra la figura 2.27 en la que se muestra que la trayectoria y,x de las partículas contaminantes depende de las dimensiones de la abertura, de la velocidad de la misma y de la temperatura de la fuente. Abraimovic(42) presenta un modelo matemático basado en el numero de Arquímedesviii, tal como se muestra en las ecuaciones 2.6, 2.7, 2.8 y 2.9; con este modelo se puede calcular la longitud mínima necesaria de la campana de tal manera que el contaminante quede dentro de la misma, tal como lo indica la tabla 2.8. Figura 2.27 Extracción en cavidad de hornos con salida horizontal viii El numero de Arquímedes se define como un numero adimensional que relaciona el movimiento de los fluidos en base a su densidad. 63 ⎟⎟ ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 2 2 5 0810 Ar*. d y d x e e [2.6] i ie T TT V dgAr −= **2 [2.7] )al( )a*l(*de += 2 [2.8] ax*.campana.min.oargL +> 480 [2.9] Donde: x.eje.en.iaTrayectiorx = y.en.oTrayectoriy = hidraulico.Diametrode = ArquimedesdeNumeroAr ..= Gravedadg = fuente.la.de.aTemperaturT = ambiental.aTemperaturTi = horno.del.salida.de.Longitudl = horno.del.salida.de.Anchoa = VelocidadV = Tabla 2.8 Caudal y distancia de contaminantes desde compuertas de hornos. Horno horno V m/six Largo “l” M Ancho “a” m Diámetro “de” m Temp. Horno °K (°C) Temp. Amb. °K (°C) Ar y m (mm.) x m (mm.) Long. Min. m (mm.) horno . V m3/s (cfm) Carbolite LMF3 1 0.13 0.08 0.099 1473°K (1200°C) 293°K (20°C) 3.91 0.04 (40) 0.066 (66) 0.112 (111.2) 0.0104 (22.03) Gallenkamp FR-614 4115 SP 1 0.15 0.13 0.139 1273°K (1000°C) 293°K (20°C) 4.57 0.065 (65) 0.092 (92) 0.174 (174.4) 0.0195 (41.31) Carbolite Type CWF 13/23 1 0.245 0.235 0.239 1573°K (1300°C) 293°K (20°C) 10.28 0.1175 (117.5) 0.1173 (117.3) 0.291 (291.3) 0.057 (121.9) Gallenkamp Brit Pat 882942 1 0.245 0.235 0.239 623°K (350°C) 293°K (20°C) 2.65 0.1175 (117.5) 0.2018 (201.8) 0.332 (331.9) 0.057 (121.9) La tabla 2.8 muestra los flujos de contaminantes originados por las compuertas de los hornos pero será necesario sumar los flujos originados por las chimeneas también, la tabla 2.9 muestra los valores para cada chimenea basados en el área y en la velocidad de los contaminantes al salir. ix La velocidad de salida de los hornos fluctua entre 0.2m/s y 1m/s según datos medidos por un anemómetro de veleta EXTECH Data Logger Modelo 451126 rango 0.3 – 45 m/s 64 Tabla 2.9 Caudal de las chimeneas para hornos. Horno Dimensiones Chimenea m (mm) hornoV m/sx Caudal m3/s (cfm) Carbolite LMF3 0.027 x 0.027 (27 x 27) 1 0.000729 (1.54) Gallenkamp FR-614 4115 SP Ø 0.05 (ø50) 1 0.0019635 (4.16) Carbolite Type CWF 13/23 Ø 0.032 (ø32) 1 0.00080425 (1.7) Gallenkamp Brit Pat 882942 Ø 0.042 (ø42) 1 0.001385 (2.93) Sumando entonces los caudales de los contaminantes originadas tanto por las chimeneas y por las compuertas de los hornos podemos estimar un caudal adecuado para la extracción de los contaminantes sin olvidar el requerimiento de la velocidad de captura dado por Dalla Valle, tal como lo muestra la tabla 2.10. Tabla 2.10 Caudales de extracción para hornos de secado. Horno Caudal total emitido m3/s (cfm) Fuente Largo Campana m (ft) Ancho Campana m (ft) Área m2 (ft2) Distancia fuente - campanaxi m (ft)(43) Velocidad de captura m/s (fpm) Caudal extracción m3/s (cfm) Chimenea 0.658 (2.159) 0.6 (1.968) 0.394 (4.249) 0.0028 (0.0091) 0.2988 (58.82) Carbolite LMF3 (3 Unid.) 0.01112 (23.58) Compuerta 0.658 (2.159) 0.6 (1.968) 0.394 (4.249) 0.0508 (0.166) 0.2805 (55.22) 0.1179 (250) Chimenea 0.952 (3.123) 0.610 (2.001) 0.58 (6.24) 0.0008 (0.0026) 0.2763 (54.40) Gallenkamp FR-614 4115 SP (2 Unid.) 0.02146 (45.47) Compuerta 0.952 (3.123) 0.610 (2.001) 0.58 (6.24) 0.0508 (0.166) 0.2646 (52.08) 0.1604 (340) Chimenea 0.970 (3.183) 0.6 (1.968) 0.582 (6.264) 0.0208 (0.068) 0.2897 (57.03) Carbolite Type CWF 13/23 (1 Unid.) 0.05837 (123.69) Compuerta 0.970 (3.183) 0.6 (1.968) 0.582 (6.264) 0.0508 (0.166) 0.2795 (55.02) 0.1699 (360) Chimenea 0.747 (2.450) 0.70 (2.297) 0.522 (5.62) 0.0088 (0.0288) 0.306 (60.33) Gallenkamp Brit Pat 882942 (1 Unid.) 0.05896 (124.93) Compuerta 0.747 (2.450) 0.70 (2.297) 0.522 (5.62) 0.0508 (0.166) 0.292 (57.57) 0.160 (340) x La velocidad de salida de los hornos fluctua entre 0.2m/s y 1m/s según datos medidos por un anemómetro de veleta EXTECH Data Logger Modelo 451126 rango 0.3 – 45 m/s xi La distancia máxima es de 2” (50.8mm) según la sugerencia de la conferencia gubernamental de higiene industrial. 65 Es importante notar que el caudal de extracción calculado en la tabla 2.10 es mayor al caudal producido por los hornos, por lo que se estarían cumpliendo las condiciones dadas por Baturin: “el caudal de extracción debe ser mayor que el caudal producido por la fuente de contaminación” (44) y la dada por Dalla Valle:”velocidad de captura mayor a 50fpm (0.254m/s)” El laboratorio de pirometalurguia posee dos tipos más de hornos, la figura 2.28 muestra la geometría del horno rotatorio en la que la fuente de contaminación se encuentra en la parte superior, el caudal de extracción es de 251.73cfm (0.1188 m3/s), calculado con la ecuación 2.2xii, las dimensiones de la campana puede ser estimada según la recomendación para campanas bajas, dada por la ACGIH, la cual menciona que solo es necesario agregar 1pie (0.3048m) a las dimensiones de la fuente de emisión, con lo que se tendría una campana de 420mm x 355mm (1.37 ft x 1.16 ft) separada de la fuente unos 17cm (6.67”), además la proyección de los contaminantes sobre la campana pueden ser estimados con el modelo dado por Abraimovich siguiendo las ecuaciones 2.3 y 2.4, quedando con las dimensiones mostradas en las figuras 2.29 y 2.30. Con lo cual se estaría cumpliendo con las condiciones de caudal y velocidad de captura mencionadas anteriormente, tal como lo muestra la tabla 2.11. Figura 2.28 Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 (480mm x 550mm x 1140mm) xii cfmCaudal 73.25138.1*)682012(*16.1*2.6 42.033.1 =−= ftoL ftAncho CFFuenteTemp CFAmbTemp 38.1arg 16.1 )1100(2012. )20(68.. = = °°= °°= 66 Figura 2.29 Proyeccion de chorro para Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 Figura 2.30 Proyeccion de chorro para Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 Tabla 2.11 Caudales de extracción para horno rotatorio. Horno Caudal emitidoxiii m3/s (cfm) Largo Campana m (ft) Ancho Campana m (ft) Área m2 (ft2) Distancia fuente - campana m (ft) Velocidad de captura m/s (fpm) Caudal extracción m3/s (cfm) Horno Rotativo Carbolite Type HTR 11/75 0.0075 (15.89) 0.42 (1.37) 0.355 (1.16) 0.149 (1.6) 0.17 (0.557) 0.271 (53.38) 0.1188 (251.7) xiii El caudal fue calculado considerando que la velocidad de salida fluctúa entre 0.2m/s y 1m/s con un area de 75mm x 100mm 67 La figura 2.31 muestra un horno tubular, el cual emite contaminantes por una abertura circular de Ø165mm ubicada a un costado del equipo. Los contaminantes siguen una trayectoria parabólica ascendente, por lo que se puede utilizar los modelos dados por Abraimovich y por la ACGIH desarrollados por las ecuaciones 2.2, 2.6, 2.7, 2.8 y 2.9 y mostrados en la tabla 2.12; obteniendo un caudal de extracción de 324.6 cfm (0.153m3/s) xiv, para un caudal de emisión de 45.3cfm (0.021m3/s) una dimensión de campana de 393mmx 393mm (1.28ft x 1.28ft), ubicada sobre la abertura circular tal como lo muestra la figura 2.32. Figura 2.31 Horno Tubular Carbolite Modelo GHA 12/300CWF (670mm x 625mm x 360mm) Tabla 2.12 Caudales de extracción para horno tubular. Horno Caudal emitidoxv m3/s (cfm) Largo Campana m (ft) Ancho Campana m (ft) Área m2 (ft2) Distancia fuente - campana m (ft) Velocidad de captura m/s (fpm) Caudal extracción m3/s (cfm) Horno Tubular Carbolite Modelo GHA 12/300CWF 0.153 (45.3) 0.39 (1.28) 0.39 (1.28) 0.1544 (1.66) 0.167 (0.55) 0.352 (69.3) 0.153 (324.6) xiv cfmCaudal 73.25128.1*)683092(*28.1*2.6 42.033.1 =−= ftoL ftAncho CFFuenteTemp CFAmbTemp 28.1arg 28.1 )1700(3092. )20(68.. = = °°= °°= xv El caudal fue calculado considerando que la velocidad de salida fluctúa entre 0.2m/s y 1m/s con un área de 0.021m2 68 Figura 2.32 Proyeccion de 228mm sobre campana de horno tubular 2.3 Cálculos del sistema Una instalación de ventilación se encuentra compuesta de ductos, conexiones y accesorios por las cuales fluye la sustancia de trabajo extraída. Esta sustancia sufre ciertas restricciones y cambios de dirección al trasladarse a lo largo del sistema, manifestándose en una diferencia de presión entre la entrada y la salida del mismo, esta diferencia es denominada por la literatura técnica como caída de presión o perdida de cargaxvi la cual debe ser analizada y estimada para establecer un buen diseño Las caídas de presión suele dividirse en dos tipos para facilitar el análisis (45). • Pérdidas primarias en ductos por fricción • Pérdidas secundarias en accesorios. 2.3.1 Pérdidas primarias en ductos. Son las caídas o pérdidas de presión debido al contacto del fluido con la superficie del conducto que lo transporta. Esta disminución de presión depende de la velocidad del xvi La literatura en habla inglesa denomina este tipo de caída de presión como “Head loss” “Perdida de carga” debido a que al realizar mediciones con manómetros de columna, los instrumentos muestran una semejanza con una línea de personas ubicadas en orden de altura, del más alto al más bajo, de mayor presión a menor presión. 69 fluido, del diámetro del conducto, de la densidad, de la viscosidad y de la rugosidad del conductoxvii. Las resistencia ejercida por un fluido dentro de tubería ha sido estudiado desde finales de 1700, Antoine Chezy (1718 – 1798) y Gaspard Riche de Prony (1755 - 1839) desarrollaron una ecuación no homogénea para describir la resistencia ejercida por un fluido dentro de una tubería. En 1845 Julius Weisbachxviii (1806 – 1871) desarrollo la ecuación homogénea 2.10, siendo  un coeficiente de fricción que dependía del material y del diámetro de la tubería. g V D Lfhl 2 2 = [2.10] En 1857 Henry Darcy (1803 – 1858) estableció una nueva versión del trabajo dejado por Prony dejando confirmado que las variables principales de la caída de presión eran el diámetro y la rugosidad de la tubería. En 1877 John Fanning (1837 – 1911) fue el que aparentemente logro combinar el trabajo de Darcy y Weisbach en lo que fue denominado como el Coeficiente ƒ de Fanning, el cual es solo ¼ del Factor dado por Darcy, una de las innovaciones de Fanning fue utilizar el denominado radio hidráulico, con el cual se pudieron trabajar áreas de diferentes formas. A inicios de 1900 y teniendo las herramientas dadas por Osborne Reynolds (1842 – 1912) el siglo anterior (1883) un grupo de trabajo liderado por Ludwig Prandtl (1875-1953) y sus estudiantes Theodor Von Kármán (1881-1963), Paul Richard Heinrich Blasius (1883-1970) y Johann Nikuradse (1894-1979) desarrollaron expresiones matemáticas en los tres regímenes, laminar, transitorio y turbulento. Los trabajos experimentales y los modelos matemáticos dados por este grupo de intelectuales son la base de cualquier desarrollo en la mecánica de fluidos moderna. En 1937 C.F. Colebrook y C.M. White, tomando como referencia los datos experimentales obtenidos por Nikuradse desarrollaron una expresión matemática implícita, la cual relaciona el coeficiente de fricción, el diámetro, la rugosidad y el numero de Reynolds (ecuación 2.11) xvii La velocidad, el diámetro del conducto, la densidad y la viscosidad se encuentran relacionadas en el numero de Reynolds (Re) μ ρνd=Re donde: velocidadv = , diametrod = , idadviscos=μ , densidad=ρ xviii Julius Weisbach baso su propuesta en los trabajos de Claude Couplet (1642 – 1722), Charles Bossut (1755 – 1839), Pierre Du Buat (1734 – 1809), Gaspard Riche de Prony (1755 – 1839) y Johan Eytelwein (1764 – 1848) ).(...: )...(..: ..: . mtuberialadeLongitudL acmpresiondeCaidah fricciondeeCoeficientf Donde l )/.(: )/.(..: ).(...: 2smGravedadg smfluidodelVelocidaV mtuberialadeDiametroD 70 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +−= fDf h Re 51.2 7.3 log21 ε [2.11] En 1942 Hunter Rouse (1906 - 1996) compila los modelos matemáticos realizados hasta ese momento y los grafica en un diagrama logrando hacer que el ingreso al diagrama y los cálculos en este se hagan de manera directa, es decir sin necesidad de iteraciones. En 1944 Lewis Moody(1880 - 1953), propone un diagrama diferente, y al parecer mas practico desarrollando de esta manera su famoso diagrama de Moody; en él se logra hallar el factor de fricción, conociendo el numero de Reynolds, la rugosidad y el diámetro de la tubería. El uso de diagramas facilita la realización de los cálculos debido a que son una herramienta útil debido a la gran cantidad de variables involucradas, pero el uso inadecuado de estos podría ocasionar errores de hasta un 15% según afirma Frank M. Whitexix (46). En la actualidad existen muchos grupos de trabajo involucrados en el tema, entre los representantes modernos del estudio de perdidas en tuberías podemos mencionar a A.D. Altshul (1975), P.K. Swamee y A.K Jain (1976), S.W. Churchill (1977), J.J. Loeffer (1980) y por ultimo R.J. Tsal (1987) los cuales basándose en las correlaciones existentes han logrado desarrollar nuevas o algunas veces han creado ecuaciones para fluidos específicos, como es el caso de S.W. Churchill y J.J. Loeffer, los cuales basándose en la idea de D.K. Wright xx(1945) han desarrollado ecuaciones para el aire exclusivamente. Tal como se ha mencionado existen muchas maneras de hallar la caída de presión, se pueden usar diagramas como el de Moody mostrado en el Anexo 5 (47), o diagramas como el mostrado en la Anexo 6 dibujado en base a las ecuaciones de Wright(48), o ecuaciones exclusivas para un fluido especifico como las mostradas en la tabla 2.12 o xix Frank M.White ha sido editor de ASME journal of fluids engineering y autor de múltiples títulos y artículos xx Las formulas de D.K Wright (1945), han sido utilizadas durante años para el diseño de sistemas de ventilación, muchos de los ábacos encontrados en los libros de texto de fluidos utilizan sus formulas en la elaboración de estos. Donde: ε: Rugosidad de la tubería Dh: Diámetro de la tubería Re: Numero de Reynolds ƒ: Coeficiente de Fricción 71 simplificadas de tal manera que sea fácil hallar los valores de los coeficientes de rugosidad y por consiguiente la caída de presión, como las mostradas en la tabla 2.13. Todas estas ecuaciones poseen un margen de error respecto a los valores experimentales siendo el aceptado en el diseño en ingeniería de hasta un 7%. Los modelos matemáticos mas certeros son los de Blasius, Von Karman – Prandtl y Colebrook-White (Tabla 2.14), que pueden llegar a tener una aproximación de 5% respecto a las valores experimentales (49).La tabla 2.14 muestra las ecuaciones. Tabla 2.12Ecuaciones exclusivamente para aire Condiciones Formula Autor Donde: hl: Caida de presion V: Velocidad en fpm D: diámetro en pulgadas 22.1 9.1 100074.2 D V hl ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = (2.17)xxi Wright (1945)(50) 169.0 7.3Re 7457.2 ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= d A ε , 16 Re 37530 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=B Donde: Re: Numero de Reynolds ε: rugosidad del material en pulgadas D: diámetro en pulgadas ( ) 12/1 2/3 12 Re 88 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= −BAf (2.18) Churchill(1977)xxii Material ε, ft a b C Aluminio, Acero negro, acero inox 0.00015 0.0425 0.465 0.602 Acero Galvanizado 0.0005 0.0307 0.533 0.612 Ductos flexibles 0.003 0.0311 0.604 0.639 Donde: V: Velocidad en fpm ε: rugosidad del material en pulgadas V: Caudal en cfm c b l Q aVh = (2.19) Loeffler (1980)xxiii (51) xxiLa ecuación se encuentra basada en aire estándar, es decir que el aire posee una densidad de 0.075 lb/ft3, una temperatura de 70°F (21.11°C) y se encuentra a una presión de 14.7psi (1atm) y además circula de manera limpia a través de una tubería circular de acero galvanizado con una rugosidad k de 0,0005ft (0.1524mm) xxii La ecuación de Churchill muestra resultados en todos los regímenes (laminar, transitorio y turbulento), todo en una sola ecuación, por lo que la aproximación es aceptable solo en casos prácticos y no muy rigurosos. Una vez hallado el factor de fricción, la caída de presión puede ser hallada con la ecuación 2.10 xxiii Posee un error menor al 5% respecto al diagrama de Moody 72 Tabla 2.13 Ecuaciones modernas Régimen Formula Autor Si: ´´ 018.0 fff =→≥ 0028.085.0018.0 ´´ +=→< fff 25.0 ´ Re 6811.0` ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += D f ε (2.20) Altshul – Tsal (1975)xxiv (52) 26 1010 −− << D k 83Re3000 Ε<< 29.0 . 2. 62.4 7.3 ln07.1 − ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= V VD dgd LVhl ε (2.21) Swamee y Jain (1976)xxv (53) 2000Re > ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−= 5.0 3 25.05. 17.3 7.3 ln965.0 l l hgd LV D k L hgd V (2.22) Swamee y Jain (1976) 260 1010 −− << D k 83Re5000 Ε<< 04.0 2.54.9. 75.42. 25.166.0 ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+ ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ll gh LVV gh VLD ε (2.23) Swamee y Jain (1976) Tabla 2.14 Coeficiente  para regímenes laminares y turbulentos (54) Tuberías Régimen Formula Autor Lisas y rugosas Laminar Re<2000 Re 64=f (2.12) Poiseuille Lisas Transitorio 2000 corrección Si 3VPVPr < no corrección :1Q Caudal de ramal 1 :2Q Caudal de ramal 2 :3Q Caudal de ramal principal 3 76 Figura 2.33 Unión entre ramal principal y secundário (63) El método de la compuerta no requiere ninguna corrección durante el cálculo, el diseño se realiza aplicando la ecuación 2.1, seleccionando los ductos en base a los diámetros hallados, tomando en consideración que los cálculos parten de la tubería mas alejada del ventilador (la de mayor longitud). Dicha corrección puede originar un incremento en los valores de la presión estática del ventilador trayendo como consecuencia un aumento de la potencia de este y por consiguiente un aumento económico. La ACGIH sugiere seguir el siguiente procedimiento para la realización de un diseño de un sistema de extracción (64): • Elaborar un esquema de la instalación a diseñar, no será necesario realizarlo minuciosamente, bastara con un unifilar que muestre las longitudes, las elevaciones y la ubicación de las fuentes de contaminación, del ventilador y accesorios del sistema de extracción (Planos 4 y 5) • Definir la fuente de extracción: o Tipo de fuente y ubicación.(Tablas 1.14 y 1.16) o Tipo de contaminación, tamaño de partícula, toxicidad, características químicas y detalles de la operación (Tablas 1.15 y 1.17) o Caudal de diseño (Tablas 2.5, 2.10, 2.11 y 2.12) • Definir parámetros de extracción o Establecimiento de velocidad de captura (Tabla 2.4) o Establecimiento de velocidad de transporte (Tabla 2.4) • Definir tamaño del ducto dividiendo el caudal de diseño entre la velocidad de transporte mínima. Las dimensiones de los ductos deberán ser seleccionados de los tamaños ofrecidos comercialmente (65). Una vez seleccionada el diámetro comercial, se deberá recalcular la velocidad de transporte. Es importante notar que a menor diámetro, menor área por lo tanto la velocidad de transporte siempre será mayor a la requerida por el diseño. 77 • Utilizando el unifilar elaborado, se deberá proceder a definir las dimensiones de las tuberías y el número de accesorios necesarios para un buen desempeño del sistema de extracción. Las dimensiones deberán ser tomadas desde el eje central de las tuberías y accesorios. • Una vez identificadas las dimensiones, los accesorios y los requerimientos de caudal y velocidad, se deberá proceder a calcular la caída de presión en cada ramal, tomando en consideración que en cada intersección o unión se deberá balancear el sistema, utilizando la ecuación 2.27. Es importante notar que el caudal corregido será mayor que el de diseño (en el ramal con menor presión estática) de tal manera que las caídas de presión sean iguales en ambos ramales. • Una vez calculadas todas las presiones estáticas del sistema se procederá a seleccionar un equipo de tratamiento de aire y un ventilador, tomando como consideraciones, el flujo, la temperatura, la humedad, la toxicidad y las propiedades químicas de las sustancias a extraer. • Por último una vez seleccionados todos los elementos se procederá a verificar el espacio disponible para la instalación de los equipos, para proceder finalmente a la instalación del sistema. 2.3.4 Memoria de Calculo : La tabla 2.15 muestra los requerimientos necesarios para el cálculo del sistema de extracción. Tabla 2.15: Condiciones de operación del sistema de extracción Laboratório de Hidrometalurgia y análisis químico # Campana Caudal Velocidad de Transporte Coeficiente de perdida de la campana (hc) 1 Campana tipo gabinete 1550 cfm (0.73 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.5VP 2 Campana Varian 406 cfm (0.19 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP xxxv 3 Campana Elmer Perkins 406 cfm (0.19 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP xxxv Las campanas son rectangulares y con un angulo θ de 60° 78 Tabla 2.15: Condiciones de operación del sistema de extracción (continuación) Laboratorio de Pirometalurgia 4 Campana LMF3 250 cfm (0.1179 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 5 Campana LMF3 250 cfm (0.1179m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 6 Campana LMF3 250 cfm (0.1179 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 7 Campana Carbolite CWF 360 cfm (0.1699 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 8 Campana Gallenkamp FR 340 cfm (0.1604 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 9 Campana Gallenkamp FR 340 cfm (0.1604 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 10 Campana Gellenkamp Brit 340 cfm (0.1604 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 11 Horno Rotatorio 252 cfm (0.1188 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP 12 Horno Tubular 325 cfm (0.153 m3/s) 1500 – 3000 fpm (7.62 – 15.24 m/s) 0.17VP El dimensionamiento del sistema mostrado en el plano 4, será calculado por los métodos del balance, debido a que es el más económico. Para el cálculo será necesario hallar las caídas de presión en las tuberías mediante las formulas de Coolebrok (ecuación 2.11); la disminución de presión derivada de los accesorios será calculado utilizando los valores de coeficientes de perdidas en accesorios dados por ASHRAE(66) y por la ACGIH(67), el sistema de tratamiento de aire será seleccionado tomando las sugerencias dadas por la ACGIH(68) en base al tamaño de partícula extraída mostrada en el Anexo A5 (Wet scrubber). El detalle de los cálculos de caída de presión es mostrada en la tabla anexa del plano 4. La Tabla 2.16 muestra las diferencias de presión alcanzadas por el sistema de extracción mostrado en el plano 4. Tabla 2.16: Resumen de cálculo del sistema Ramales de extracción Hidrometalurgia - Punto 1 al punto E Ramal Diámetro (mm) Caudal (m3/s) Presión (Pa) 1-A 300 1589 -105.72 2-A 150 406 -105.72 A-B 315 2072 -143.06 3-B 140 406 -143.91 B-C 355 2470 -229.73 Ventilador C-D 355 2470 26.08 Lavador 1560 2470 144.86 D-E 300 2470 269.34 79 Tabla 2.16: Resumen de cálculo del sistema (continuación) Ramales de extracción Pirometalurgia Sección – Punto 4 al punto M Ramal Diámetro (mm) Caudal (m3/s) Presión de Succión (Pa) 4-F 125 260 -93.62 5-F 125 760 -93.62 F-G 180 500 -97.93 6-G 125 260 -97.93 G-H 200 760 -129.63 7-H 140 387 -129.63 H-I 250 1254 -159.05 8-I 125 340 -159.05 I-J 315 1594 -161.9 9-J 125 343 -161.9 J-K 315 1938 -185.07 10-K 125 355 -185.07 K-M 315 2292 -226.36 Ramales de extracción Pirometalurgia Sección – Punto 11 al punto M Ramal Diámetro (mm) Caudal (m3/s) Presión de Succión (Pa) 11-L 125 252 -104.05 12-L 140 341 -104.95 L-M 160 608 -226.35 Ramales de extracción Pirometalurgia Sección – Punto M al punto P Ramal Diámetro (mm) Caudal (m3/s) Presión de Succión (Pa) M-N 355 2900 -319.25 Ventilador N-O 355 2900 35.62 Lavador 1690 2900 154.40 O-P 355 2900 233.49 Las tablas 1.15, 1.17 muestran los flujos másicos de las emisiones producidas por los procesos llevados a cabo en cada laboratorio. Dadas las condiciones de velocidad de captura y transporte (Tabla 2.16), el cociente entre los flujos masicos emitidos (tablas 1.15 y 1.17) y el caudal extraído (Tabla 2.15) en cada campana se puede hallar la concentración de contaminante por metro cubico de aire, tal como se muestran las tablas 2.17 y 2.18 Comparando los resultados de las tablas 2.17 y 2.18 obtenidos, con la normativa existente, mostrada en la tabla 1.19, se puede apreciar que los valores emitidos se encuentran por debajo de los valores máximos restringíos por la ley, por lo que se 80 podría prescindir de la instalación de un equipo de tratamiento de aire, descargando los gases directamente al ambiente. Ya que la sección ingeniería de minas es una entidad educativa que requiere dar el ejemplo a los futuros profesionales en minera, se decidió considerar el equipo de tratamiento de aire en el diseño del sistema de extracción, siendo diseñado con una eficiencia del 95% tomando como patrón y referencia al gas: dióxido de azufre, debido a que es emitido con mayor frecuencia en los procesos mineros. Tabla 2.17: Emisión de contaminantes por metro cubico de aire extraído # Campana Emisiones NO2 10.73mgr/m3 H2S 0.68mgr/m3 SO2 0.22mgr/m3 CO2 0.68mgr/m3 PM 1.36e-5mgr/m3 1 Tipo Gabinete HCN 1.1e-5mgr/m3 CO2 0.87mgr/m3 SO2 17.54mgr/m3 Pb 0.0079mgr/m3 2-3 Rectangular Abierta PM 17.54mgr/m3 Tabla 2.18: Emisión de contaminantes por metro cubico # Campana Emisiones SO2 8.47mgr/m3 NO2 1.41mgr/m3 CO 1.12mgr/m3 CO2 1.47gr/m3 PM 15.53mgr/m3 PM-10 3mgr/m3 4 5 6 7 8 9 10 Tipo Gabinete TOC 2.25mgr/m3 81 Tabla 2.18: Emisión de contaminantes por metro cubico (continuación) # Campana Emisiones Sb 1.41e-5mgr/m3 Be 1.41e-4mgr/m3 Cd 2.82e-5mgr/m3 Cr 1.27e-2mgr/m3 Mn 1.69e-2mgr/m3 Hg 7.06e-5mgr/m3 Ni 1.12e-2mg/m3 Se 5.64e-4mg/m3 Pb 1.41e-4mgr/m3 Co 4.23e-5mgr/m3 Mg 4.23e-3mgr/m3 CO2 32.48mgr/m3 PM 4.23mgr/m3 Volátiles orgánicos inorgánicos 0.17mgr/m3 Pb 2.82e-3mgr/m3 4 5 6 7 8 9 10 Tipo Gabinete PM 11.29mgr/m3 Pb 2.8e-3mgr/m3 11 Rectangular Abierta PM 11.22mgr/m3 CO2 0.29gr/m3 SO2 4.35mgr/m3 Pb 2.17e-3mgr/m3 12 Rectangular Abierta PM 8.71mgr/m3 La ACGIH recomienda utilizar un lavador de gases tipo torre empacada para el tipo de contaminante producido por los laboratorios de minas, el diseño de la torre se basa en dos parámetros: La caída de presión, relacionada directamente con el diámetro y con el tipo de empaque; y la eficiencia de absorción, relacionada con la altura del empaque y con los coeficientes de transferencia de masa (K G a), tanto de gas como de liquido. 82 Debido al espacio disponible fuera de las instalaciones de la sección ingeniería de minas será necesario el cálculo de dos lavadores de gases tipo torre empacada. Las torres de relleno a diseñar tendrá dos flujos a contra corriente, el gas ingresara por la parte inferior y el liquido será rociado por la parte superior, bañando al empaque. Existen varios tipos de empaque, tal como se muestra en los Anexos A6 y A7, cada uno posee un tipo de geometría que restringirá más o menos el flujo de gas para una determinada cantidad de agua. Dicha restricción ha sido denominada “Estado de inundación”, el cual es el instante en el que el espacio entre los intersticios del empaque ha quedado tan restringido que ya no es posible aumentar el flujo de gas circulante. Cada empaque posee un coeficiente de caída de presión distinto por lo que deberá ser evaluado para ver su conveniencia, tal como lo muestran los Anexos A6 y A7. McCabe recomienda utilizar valores menores al estado de inundación (69). Los pasos para el diseño del lavador son los siguientes: • Calculo del diámetro del lavador: Siguiendo las recomendaciones dadas por ASHRAE70 se deberá elegir una de las tres velocidades recomendadas: 120 fpm (0.6m/s) o 240fpm(1.2m/s) o 360fpm(1.8m/s), luego utilizando la ecuación 2.1 en unidades inglesas se deberá hallar la sección transversal y el diámetro del lavador. • Calculo de caída de presión en pulgadas de agua por pies de empaque: Sera hallado mediante el grafico generalizado desarrollado por Eckert (71) para unidades inglesas, mostrado en la figura 2.34. McCabe, recomienda para lavadores tipo torre empacada que la relación entre el flujo masico de gas por pie cuadrado(Gx) y el flujo de liquido por pie cuadrado (Gy) sea uno (Gx/Gy=1), en este tipo de lavador. Debido a que existen diferentes tipos de empaque será necesario evaluar la relación de caída de presión hallada utilizando la grafica dada por Eckert para los diferentes tipos de empaque. • Calculo de la altura del empaque del lavador: Siguiendo las recomendaciones dadas por ASHRAE, se deberá utilizar los gráficos de control de contaminación para la velocidad que cumpla con la eficiencia requerida en función al cociente de transferencia de masa KGa. En el caso del lavador a diseñar, el gas a absorber será el dióxido de azufre (SO2), que posee un coeficiente de transferencia de masa de liquido KGa = 2.96 lb.mol/h ft3atm, y para la cual se desea tener una eficiencia de absorción del 90%, tal como lo muestra la figura 83 2.35. La altura del lavador será la intersección entre estos tres parámetros. Una vez hallada la altura se podrá multiplicar el valor por la caída de presión en pulgadas de agua por pies de empaque. Figura 2.34 Unión entre ramal principal y secundário (72) Los Anexos A6 y A7 muestran la evaluación de los distintos tipos de empaque para los dos sistemas de extracción diseñados, entre ellos se ha elegido el tipo Super Italox de plástico cuyo diámetro nominal es una pulgada, debido a que combina bien la relación altura caída de presión, 2.91metros y 118.78Pa. La línea roja sobre el grafico de la figura 2.39 indica el desarrollo para el calculo de la caída de presión para este tipo de empaque. Las líneas rojas sobre la figura 2.40 indica el desarrollo para el calculo de la altura del mismo. Los diámetros de las torres serán 1.56m (5.13pies) y 1.69m (5.54pies) para los 1.16m3/s (2478cfm) y 1.36m3/s (2895cfm) respectivamente. Donde: Gx= Velocidad masica del liquido, lb/pie2-s Gy= Velocidad masica del gas, lb/pie2-s Fp=Factor de relleno, pie ρx= Densidad del liquido, lb/pie3 ρy= Densidad del gas, lb/pie3 µx = Viscosidad del liquido ,cP g c = gravedad, 32.174 pies-lb/lb f –s2 84 Figura 2.35 Eficiencia de absorcion versus Altura de empaque para 120fpm(0.6m/s) (73) Una vez extraídos y lavados los contaminantes del laboratorio, es necesario expulsar el aire puro hacia el ambiente exterior, La USEPA (74) recomienda para el cálculo de chimeneas tomar en consideración los siguientes parámetros: • Velocidad de salida de los gases de la chimenea: se recomienda como mínimo 13.5m/s (2600fpm), las velocidades de salida de los sistemas diseñados es 13.8m/s y 16.5m/s • Velocidad y dirección de viento: para el caso de los laboratorios de metalurgia, la velocidad del viento se encuentra entre 20 y 30 km/h (5.55 y 8.33m/s) y la dirección predominante es SO (Sur-Oeste) y SSO (Sur-Sur-Oeste), tal como lo indica y esquematizan los Anexos A9 y A10. Los gases extraídos son expulsados hacia la parte posterior del edificio de minas. • La altura de la chimenea será calculada en base a la formula 2.30 (75). Hs=Hb+1.5HSB [2.30] Donde Hs= Altura de la chimenea Hb= Altura del edificio aledaño Hsb=Altura del edificio más pequeño ubicado cerca de la instalación 85 En el caso del laboratorio de minas, los edificios mas cercanos tienen una altura de 4.5 metros, por lo que el tamaño de la chimenea deberá ser de 11.25metros como mínimo. La misma que será ubicada sobre el lavador de gases, el cual ya posee una altura de 5 metros por lo que el tubo final tendrá una longitud de 6.25 metros. Los gases expulsados por la chimenea se abrirán en un ángulo de 11.3 grados (tangente θ=1/5) en la dirección de viento. Un segundo después de ser expulsados, los gases de las chimeneas habrán alcanzado una altura aproximada de 13.8 metros y 16.5 metros a partir de esta, es decir 25metros y 27.75metros desde el suelo, es importante resaltar que el edificio de la facultad de minas posee una altura de 13.5 metros (3 pisos de 4.5m), por lo que no se vería afectada si el viento cambiara de dirección hacia ella. Además, en este tiempo los gases recorren una distancia horizontal de 5.5metros y poseen una apertura en forma de abanico de 2 metros. Con los valores de presión de succión y caudal es posible estimar la potencia de los ventiladores requeridos para las instalaciones. Asumiendo una eficiencia minima del 70%, se puede estimar que los ventiladores deberán ser de 0.8HP y 0.64HP para los con caudales y presiones de 1.37m3/s (2900cfm), 439.74Pa (1.76”wg) y 1.16 m3/s (2470cfm), 416.87Pa (0.64”wg) respectivamente. El Anexo A10 muestra las graficas de selección de un modelo de ventilador marca GreenHeck SWB 213 SERIE 200 con recubrimiento epoxico movido por faja. Por utlimo, los lavadores de gases requieren de agua para llevar a cabo su trabajo, por lo que será necesario seleccionar dos bombas que cumplan con los requerimientos de caudal hallados en los anexos A6 y A7, por lo que se deberá seleccionar dos bombas capaces de suministrar 5 y 5.9m3/h. El Anexo A11 muestra las graficas de selección de una bomba Lowara modelo Lowara HMS 4HM46 de 0.6HP de acero inoxidable 316. 86 REFERENCIAS DEL CAPITULO 2 1 ACGIH 21st edition “Industrial Ventilation” En su: Exhaust System Design Procedure. Cincinnati USA 1992 pp 5.1-5.2 2 Ibid pp 3.2 - 3.6 3 Ibid pp 3.6, Table 3-1 4 Ibid pp 3.6 5 ALDEN, John L. “Design of Industrial Ventilation Systems” Fifth Edition. En su: Pipe Resistance. New York, USA. Industrial Press Inc. 1982 pp 89 6 ACGIH op.cit, pp 3.18 7 ACGIH op cit, pp 3.3 8 ACGIH op cit, pp 10.39 9 BURGESS, William ELLENBECKER, Michael, TREITMAN, Robert 2nd edition “Ventilation for Control of The Work Environment” En su: Hood Design. New Yersey, USA Jhon Wiley & Sons, Inc. 2004 pp 109 10 ACGIH op cit, pp 10.39 11 BURGESS, William op cit, pp 205 12 BURGESS, William op cit, pp 205 13 BURGESS, William op cit, pp 205 14 BURGESS, William op cit, pp 206 15 BURGESS, William op cit, pp 206 16 BURGESS, William op cit, pp 207 17 BURGESS, William op cit, pp 208 18 ACGIH op cit, pp 10.39 19 ACGIH op cit, pp 3.16 20 ACGIH op cit, pp 3.15 21 ACGIH op cit, pp 1.6 22 ACGIH op cit, pp 3.15 23 BURGESS, William op cit, pp 214 -222 24 ACGIH op cit, pp 3.19 25 ACGIH op cit, pp 3.20 26 ACGIH op cit, pp 3.20 27 ACGIH op cit, pp 3.20 28 ACGIH op cit, pp 3.20 29 BATURIN V.V. 1era edición “Fundamentos de Ventilación Industrial” En su: Chorros de Aire Barcelona 1976 pp 113 30 Ibid pp 114 31 Ibid pp 119 32 Ibid pp 114 33 Ibid pp 123 fig 4.11 34 Ibid pp 124 35 Ibid pp 124 36 ACGIH op cit, pp 3.20 37 ACGIH op cit, pp 3.16 38 BATURIN V.V. op cit, pp 124 39 PERKIN ELMER, “Service Data Bulletin” [en linea] Disponible en: [Consulta 10 de abril de 2008] 87 40VARIAN, “Varian AA systems” [en linea] Disponible en: [Consulta 10 de abril de 2008] 41 ACGIH op cit, pp 10.38 42 BATURIN V.V. “Fundamentos de Ventilacion Industrial” op cit, pp 543 43 ACGIH op cit, pp 10.49 44 BATURIN V.V.op cit, pp 124 45 MATAIX CLAUDIO, 2da edición. “Mecanica de Fluidos y Maquinas Hidraulicas” En su: Perdida primarias en conductos cerrados o tuberías. Mexico D.F. Mexico. 1982 pp. 203 46 WHITE, FRANK M., Third edition “Fluids Mechanics” En su: Flow in a cicular pipe, United States of America 1994 pp 317 47 MOODY, Lewis F. “Friction Factors for Pipe Flow” Transactions of the ASME November 1944, Vol 66 pp 671-678 48 ASHRAE SI edition “Fundamentals 2001”, En su: Duct Design. Atlanta USA 2001 pp 34.9 49 POTTER C., Merle, WIGGERT C., David 1th edition “Mechanics of Fluids” En su: Internal Flows, New Jersey USA pp. 281 50 ACGIH op cit, pp 1.7 51 ACGIH op cit, pp 1.8 52 ASHRAE op cit, pp 34.1 53 POTTER C., op cit, pp. 281 54 MATAIX CLAUDIO, op cit, pp. 217 55 IDELCHIK, I. E. 3-e издание “Справочник пo гидравлического сопротивления” En su: Cопротивление при течении с изменением направленjiя потока (коэффициенты сопротивления изоrнутых участков колен, отводов поворотов), Mackba Rusia 1992 pp6-1 56 CRANE Co. “Technical Paper No 410M” En su: Flow of fluids through valves and fittings New York USA 1982 pp 2.8 57 ASHRAE op cit, pp 34.11 58 ASHRAE op cit, pp 34.29 59 ASHRAE, “RP-551- Laboratory study to determine flow resistance of HVAC duct fittings” [en linea] Disponible en: 60 ACGIH op cit, pp 5.6 61 ACGIH op cit, pp 5.9 62 ACGIH op cit, pp 5.11 63 ACGIH op cit, pp 5.11 64 ACGIH op cit, pp 5.2 65 ACGIH op cit, pp 21.20 66 ACGIH op cit, pp 21.26 67 ACGIH op cit, pp 5.6 68 ASHRAE “HVAC Systems and Equipment 2008”. En su: Industrial Gas Cleaning and Air Pollution Control Atlanta USA 2008 pp 29.21 69 McCABE Warren SMITH, Julian HARRIOTT Peter 4ta Edición. “Operaciones unitarias en ingeniería química” En su: Absorción de gases, Madrid ESPAÑA pp 717 70 ASHRAE “HVAC Systems and Equipment 2008”. op cit, pp 29.21 71 McCABE Warren op cit, pp 722 72 McCABE Warren op cit, pp 722 73 ASHRAE “HVAC Systems and Equipment 2008”. op cit, pp 29.30 74 USEPA 2008 Section 2 Generic Equipment an Devices [en linea] Washington , United States [consultado 01/08/09] < http://www.epa.gov/ttn/catc/dir1/cs2ch1.pdf> 75 USEPA 2008 Section 2 Generic Equipment an Devices op cit, Chimeneas 88 CAPITULO 3 PRESUPUESTO DEL PROYECTO A continuación se presenta el presupuesto del Proyecto, inicialmente el listado de equipos, campanas, ductos y accesorios; posteriormente se hace una evaluación de las propuestas de implementación del proyecto encargado en su ejecución a JKM S.A.C y Certilab S.A, ambas de procedencia local y con experiencia en la implementación de sistemas de extracción de gases. 3.1 Componentes y equipos considerados Las Tablas 3.1 y 3.2 presentan las listas de componentes a presupuestar, detallando características de material, marcas y modelos. Tabla 3.1 Lista de equipos y campanas Equipo Cant. Características Obs. Recomendación Ventilador Centrifugo 1 1.37m3/s (2900cfm) - 439,7Pa (1.76"wg) Recubrimiento epóxico GreenHeck SWB 213 serie 200 (2680cfm, 2"wg, epoxico sobre acero) Ventilador Centrifugo 1 1.16m3/s (2470cfm) - 416.87Pa (1.67"wg) Recubrimiento epoxico GreenHeck SWB 213 serie 200 (2960cfm, 2"wg, epoxico sobre acero) Bomba Centrifuga 1 5.0m3/h, Delta sistema 0.6mH2O Acero inoxidable 316 Lowara HMS 4HM36, 0.6HP Bomba Centrifuga 1 5.9m3/h, Delta sistema 0.6mH2O Acero inoxidable 316 Lowara HMS 4HM36, 0.6HP Lavador Tipo torre empacada 1 Ø 1.6, 3m de empaque SUPER ITALOX PLASTIC 1" 2900cfm Acero con recubrimiento epoxico Teblick, Hygrade, Bete, son hechos a medida. Lavador Tipo torre empacada 1 Ø 1.7, 3m de empaque SUPER ITALOX PLASTIC 1" 2470cfm Acero con recubrimiento epoxico Teblick, Hygrade, Bete, son hechos a medida. 89 Tabla 3.1 Lista de equipos y campanas (continuación) Equipo Cant. Características Obs. Recomendación Campana tipo Gabinete 1 1550cfm, 1800mmx800mm, 750mm profundidad Acero al carbono cubierto con epoxico Campana abierta 2 405cfm, 450mmx350mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 3 250cfm, 700mmx600mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 2 340cfm, 1000mmx610mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 1 360cfm, 1000mmx600mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 1 340cfm, 750mmx700mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 1 250cfm, 420mmx355mm Acero inoxidable 316 Campana abierta 1 325cfm, 390mmx390mm Acero inoxidable 316 Resistente a ácidos y a agentes corrosivos Tabla 3.2 Lista de Ductos y accesorios Ductos y Accesorios Cant. Características Obs. Recomendación Tuberia 25.7m Ø 125mm Tuberia 10.4m Ø 140mm Tuberia 3.4m Ø 150mm Tuberia 1.3m Ø 160mm Tuberia 0.8m Ø 180mm Tuberia 1.2m Ø 200mm Tuberia 0.7m Ø 250mm Tuberia 11.6m Ø 300mm Tuberia 6.77m Ø 315mm Tuberia 23.2m Ø 355mm Damper 7 Ø 125mm Damper 3 Ø 140mm Damper 1 Ø 150mm Damper 1 Ø 300mm Codo 90° 7 Ø 125mm Codo 90° 3 Ø 140mm Codo 90° 1 Ø 150mm Codo 90° 1 Ø 160mm Codo 90° 1 Ø 300mm Codo 90° 4 Ø 355mm Codo 45° 2 Ø 125mm Codo 45° 1 Ø 300mm Yee 1 Ø 125 - 180 Yee Ø 125-200 1 Ø 125-200 Yee Ø 140-250 1 Ø 140-250 Yee Ø 125-315 1 Ø 125-315 Yee Ø 125-315 2 Ø 125-315 Yee Ø 140-160 1 Ø 140-160 Yee Ø 160-355 1 Ø 160-355 Yee Ø 150 - 315 1 Ø 150 - 315 Yee Ø 140-355 1 Ø 140-355 Tuberia PVC - U Transición 2 Ø 355mm a 14"x14" Ductos Entrada ventilador 2 Ø 355mm Ductos Salida ventilador 2 14"x14" Acero con recubrimiento epoxico Resistente a ácidos y a agentes corrosivos Las características de los equipo como ventiladores y bombas son mostradas en los Anexos A10 y A11. 90 3.2 Evaluación del proyecto Dada la importancia en la implementación del diseño propuesto para la Sección Ingeniería de Minas, se evaluaron empresas contratistas que tuvieran experiencia y capacidad técnica para la implementación del proyecto, quedando pre-seleccionadas las empresas JKM S.A.C y Certilab S.A Los presupuestos fueron elaborados para ambos ambientes, tanto para el laboratorio de Biometalurgia - Análisis Químico de Minerales - Hidrometalurgia - Electrometalurgia como para el de Pirometalurgia. Tal como se muestra en los Anexos A12, A13 y 14. La tabla 3.2 muestra la evaluación de las propuestas mediante un ponderado del uno al cinco, siendo 1 malo, 2 regular, 3 aceptable, 4 bueno y 5 muy bueno. Tabla 3.2 Evaluación de propuestas Certilab Puntaje JKM Puntaje Campanas Material Inoxidable 304 5 Galvanizado con recubrimiento epoxico 3 Accesorios Incluidos 4 No especifica 1 Ventiladores Material Fierro 3 Fibra de vidrio reforzada 4 Recubrimiento Epoxico 4 Fibra de vidrio 4 Lavador Material PVC 3 Fibra de vidrio 5 Informacion Tecnica No Incluida 1 No incluida 1 Accesorios propios del sistema Incluidos 4 Incluidos 4 Instalación Mano de obra Incluida 5 Incluida 5 Obra civil Incluida 5 No Incluida 1 Sistema Electrico Incluido 4 No incluido 1 Sistema de control No especifica 3 Incluida 4 Precio Forma de Pago Factura a 30 dias 4 60% de adelanto, saldo contraentrega 2 Tiempo de entrega 6 semanas 3 4 semanas 4 Costo $42199 + IGV 3 $41759.1 + IGV 3 Total $50216.81 3 $49693.21 3 Puntaje Total 54 45 91 Los resultados mostrados en la tabla 3.2 dan como ganador a la empresa Certilab, debido a que incluye elementos como el sistema eléctrico y la obra civil que JKM no ofrece, el resto de elementos evaluados son muy similares. En conclusión, el costo del proyecto de implementación de un sistema de extracción con lavado de gases para los laboratorios de hidrometalurgia y pirometalurgia es de $50216.81 dólares americanos incluido IGV. 92 CONCLUSIONES 1. El sistema diseñado garantizara una adecuada extracción de los contaminantes emitidos por los procesos realizados en ambos laboratorios, resolviendo el problema de acumulación de estos dentro de los ambientes. 2. La cantidad de contaminantes emitidos al exterior por los laboratorio analizados resultaron menores a los impuestos por las normativas nacionales e internacionales. Esto no significa que los valores de las normativas sean altos, sino mas bien que el tipo de emisión producida por los laboratorios es relativamente baja. Lo cual no implica que no sea necesaria su extracción y tratamiento, tal como se indica en el presente trabajo. 3. La implementación del sistema de ventilación completo, tanto la extracción como el tratamiento posterior garantizaran un puntaje significativo dentro de la evaluación realizada para la futura acreditación de la sección minas, en el área de infraestructura educativa. 4. La implementación del sistema de extracción con lavado de gases asciende a 42199 dólares mas IGV, el cual es un monto elevado, por lo cual también el diseño ha considerado la ejecución del proyecto en tres etapas: en la etapa inicial se debe hacer la implementación de las campanas de Hidrometalurgia, en la segunda etapa la implementación en Pirometalurgia y la última etapa la instalación de los lavadores de gases. 93 BIBLIOGRAFIA ALDEN, John L. “Design of Industrial Ventilation Systems” Fifth Edition. En su: Exhaust Hoods. New York , USA. Industrial Press Inc. 1982 AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS 21st edition “Industrial Ventilation” Cincinnati USA 1992 AMERICAN SOCIETY HEATING REFRIGERATION AIR CONDITION ENGINEERS “Fundamentals Handbook 2001 (SI)”. Atlanta, USA. ASHRAE 2001 AMERICAN SOCIETY HEATING REFRIGERATION AIR CONDITION ENGINEERS “HVAC Systems and Equipment 2008”. Atlanta USA ASHRAE 2008 AMERICAN SOCIETY HEATING REFRIGERATION AIR CONDITION ENGINEERS “HVAC Aplications2007”. Atlanta USA ASHRAE 2007 ANGELES, Luis et al. “Manual de laboratorio de Metalurgia Extractiva 1” Lima - Perú Fondo Editorial PUCP, 2007. ASHRAE, “RP-551- Laboratory study to determine flow resistance of HVAC duct fittings” [en linea] Disponible en: BATURIN V.V. 1era edición “Fundamentos de Ventilación Industrial” Barcelona 1976 BURGESS, William ELLENBECKER, Michael, TREITMAN, Robert 2nd edition “Ventilation for Control of The Work Environment”. New Yersey, USA Jhon Wiley & Sons, Inc. 2004 COZ PANCORBO, Andres Federico.. “Manual de Ventilación Industrial”. Lima, Perú. Pontificia Universidad Católica del Perú. 2000 CRANE Co. “Technical Paper No 410M”, New York USA 1982 DIRECCION GENERAL DE SALUD AMBIENTAL DIGESA 1975 “Valores Limites permisibles para agentes químicos en el ambiente de trabajo” [en linea] Lima, Peru [consultado 21/03/08] EL PERUANO, “Decreto Supremo N° - 015-2005-AS Reglamento sobre valores limite permisibles para agentes químicos en el ambiente de trabajo”, Lima – Peru Empresa Peruana de Servicios Editoriales S.A. 2005 IDELCHIK, I. E. 3-e издание “Справочник пo гидравлического сопротивления”, Mackba Rusia 1992 McCABE Warren SMITH, Julian HARRIOTT Peter 4ta Edición. “Operaciones unitarias en ingeniería química” Madrid ESPAÑA 1994 94 MATAIX CLAUDIO, 2da edición. “Mecanica de Fluidos y Maquinas Hidraulicas” En su: Perdida primarias en conductos cerrados o tuberías. Mexico D.F. Mexico. 1982 MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS – DIRECCION GENERAL DE ASUNTOS AMBIENTALES MINEROS 2007 “Guia para la evalucion de impactos en la calidad del aire por actividades minero metalúrgicas”.[en línea] Lima, Peru [consultado 17/07/09] MINISTERIO DE SALUD, “Manual de Salud Ocupacional”, Lima – Perú Dirección General de Salud ambiental DIGESA, 2005 MOODY, Lewis F. “Friction Factors for Pipe Flow” Transactions of the ASME November 1944, Vol 66 ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DEL TRABAJO - OIT. 2Enciclopedia de Salud y Seguridad en el trabajo 20012[en línea] [Consultado 2009/04/04] Disponible en: PERKIN ELMER, “Service Data Bulletin” [en linea] Disponible en: [Consulta 10 de abril de 2008] POTTER C., Merle, WIGGERT C., David 1th edition “Mechanics of Fluids”, New Jersey USA REVISTA DEL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES DE LA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERIA, METALURGICA Y GEOGRAFIA. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS, “La importancia del carbón mineral en el desarrollo – Vol. 9 N°18 91-97” (2006) [en línea] Lima, Peru [Consultado 2009/04/04] TREYBAL, Robert E, “Operaciones de Transferencia de Masa” Cuauhtémoc MEXICO 1993 UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2009 Emissions Factors & AP 42 –“Bituminous and subbituminous coal combustion” [en linea] Washington , United States [consultado 03/07/09] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 – “Generalized Particle Size Distributions” [en linea] Washington , United States [consultado 11/09/08] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 “Section 2 Generic Equipment an Devices” [en linea] Washington , United States [consultado 01/08/09] < http://www.epa.gov/ttn/catc/dir1/cs2ch1.pdf> 95 UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2009 “Emissions Factors & AP 42 –Introduction” [en linea] Washington , United States [consultado 30/06/09] < http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/c00s00.pdf> UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 –“Iron and steel production” [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 –“Portland Cement Manufacturing” [en linea] Washington, United States [consultado 14/07/09] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 – “Primary Copper Smelting” [en linea] Washington , United States [consultado 01/07/09] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 – “Secondary Copper Smelting” [en linea] Washington , United States [consultado 01/07/09] UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY 2008 Emissions Factors & AP 42 – “Zinc Smelting” [en linea] Washington , United States [consultado 14/07/09] Tabla 12.7-1 VARIAN, “Varian AA systems” [en linea] Disponible en: [Consulta 10 de abril de 2008] WHITE, FRANK M., Third edition “Fluids Mechanics”, United States of America 1994 ANEXO A1 Extracto de la Resolución Ministerial N°315-96-EM/VMM Artículo 1º.- Se aprueban los Niveles Máximos Permisibles de elementos y compuestos presentes, Emisiones Gaseosas: Aprobar los Niveles Máximos Permisibles de Anhídrido Sulfuroso, Partículas, Plomo y Arsénico presentes en las emisiones gaseosas provenientes de las Unidades Minero - Metalúrgicas. Artículo 2º.- Niveles Máximos Permisibles de Anhídrido Sulfuroso Los Niveles Máximos Permisibles de Emisión de Anhídrido Sulfuroso a los cuales se sujetarán las Unidades Minero - Metalúrgicas están señalados en el Tabla A1, el cual forma parte de la presente Resolución Ministerial. La cantidad de anhídrido sulfuroso emitido será determinada en el punto o puntos de control y el ingreso de azufre al proceso será el de la carga del día. Artículo 3º.- Nivel Máximo de Emisión de Partículas El Nivel Máximo Permisible de Emisión de Partículas al cual se sujetarán las Unidades Minero - Metalúrgicas será de 100 mg/m3 medido en cualquier momento en el punto o puntos de control. Artículo 4º.- Nivel Máximo Permisible de Emisión de Plomo El Nivel Máximo Permisible de Emisión de Plomo al cual se sujetarán las Unidades Minero - Metalúrgicas será de 25 mg/m3 medido en cualquier momento en el punto o puntos de control. Artículo 5º.- Nivel Máximo Permisible de Emisión de Arsénico El Nivel Máximo Permisible de Emisión de Arsénico al cual se sujetarán las Unidades Minero - Metalúrgicas será de 25 mg/m3 medido en cualquier momento en el punto o puntos de control. Artículo 6º.- Concentraciones de gases y partículas en zonas habitadas Las concentraciones de Gases y Partículas presentes en el ambiente de zonas habitadas ubicadas dentro del área de influencia de la Unidad Minero - Metalúrgica, no deberán superar los Niveles de Calidad de Aire vigentes en el país, por efecto de las emisiones de dicha Unidad. Artículo 7º.- Caso de parámetros no regulados Los titulares mineros deberán asegurar que los parámetros no regulados por la presente Resolución Ministerial, no excedan los niveles máximos permisibles establecidos por las disposiciones legales vigentes sobre calidad de aire. Tabla A1 ANEXO A10                                                Hoja de selección para ventiladores del sistema      ANEXO A10    Curva de Ventilador: Roja, máximo caudal y presión del sistema, Azul, minimo caudal y presión del  sistema.                                                ANEXO 11                                                   Curvas de selección para bombas de lavadores de gases    ANEXO 11                                             Jr.San Martín #156 – Urb. Huaquillay * Lima 7 536-1047 / 536-1139 Fax: 536-1386 Cel: 9660-0529 Nextel 415*8633 E-mail: alerta_técnica@yahoo.es FABRICACION Y SERVICIOS DE: - Hornos para Minería - Balanzas Analíticas - Hornos Cerámicos - Bombas de Agua - Hornos industriales - Bombas de Vacío - Muflas para Laboratorio - Aire Acondicionado - Estufas - Baños María - Destiladores - Mantas y Planchas - Campanas Extractoras de Calentamiento - Microscopios - Autoclaves, etc. Lima, 23 de abril del 2007 Señores: UNIVERSIDAD CATOLICA Facultad de Ingeniería y Minas Atn: Dra. Delia Ho Laboratorio de Pirometales Ref. : Fab. Campana extractora Presente.- Cotización Nº 2267-07 Dpto. de logística Estimada doctora: Tenemos el agrado de presentar a su consideración, nuestra siguiente cotización por LA INSTALACION DE UN SISTEMA DE EXTRACCION CON LAVADORES DE ACIDOS con las siguientes características: CAMPANA EXTRACTORA DE FABRICACIÓN NACIONAL ♦ MATERIAL.- En Planchas en Acero Inoxidable C- 304 y Perfiles de Aluminio. ♦ DIMENSIONES.- Dos campanas de las siguientes medidas ♦ Campana Nº 1: Ancho: 0.80mt x Largo 1.80 mt x Prof 0.75 mt ♦ Campana Nº 2,3: Ancho: 0.45mt x Largo 0.35 mt ♦ Campana Nº 4,5,6: Ancho: 0.70mt x Largo 0.60 mt ♦ Campana Nº 7,8: Ancho: 1.00mt x Largo 0.61 mt ♦ Campana Nº 9: Ancho: 1.00mt x Largo 0.60 mt ♦ Campana Nº 10: Ancho: 0.75mt x Largo 0.70 mt ♦ Campana Nº 11: Ancho: 0.42mt x Largo 0.35 mt ♦ Campana Nº 12: Ancho: 0.39mt x Largo 0.39 mt ♦ OTROS.- Visores laterales de Vidrio con Marcos y Perfiles de Aluminio. ♦ ILUMINACION INTERIOR.- Con Pantallas Fluorescentes dobles. ♦ DUCTOS DE EXTRACCION.- En PVC hasta la Salida de Gases ♦ BLOWER EXTRACTOR (2Unid) .- Con Motor extractor de 1.5 Hp 220V, Caracol, Paletas Centrífugas en fierro con acabado en Pintura Epoxi y/o Under Cautin para evitar ataques químicos. ♦ SISTEMA DE COMANDO.- de Encendido y apagado de Motor a través de botoneras ubicado cerca de las campanas. Jr.San Martín #156 – Urb. Huaquillay * Lima 7 536-1047 / 536-1139 Fax: 536-1386 Cel: 9660-0529 Nextel 415*8633 E-mail: alerta_técnica@yahoo.es FABRICACION Y SERVICIOS DE: - Hornos para Minería - Balanzas Analíticas - Hornos Cerámicos - Bombas de Agua - Hornos industriales - Bombas de Vacío - Muflas para Laboratorio - Aire Acondicionado - Estufas - Baños María - Destiladores - Mantas y Planchas - Campanas Extractoras de Calentamiento - Microscopios - Autoclaves, etc. PRECIO POR 12 CAMPANAS, DUCTOS, VENTILADORES SISTEMA DE COMANDO …………………………...............US$= 36959.00 DOLARES MAS IGV OPCIONAL: ♦ SISTEMA LAVADOR DE ACIDOS.- (2 unidades) Fabricado en PVC el cual estará instalado en la parte de afuera del laboratorio, el mismo que será para las campanas de laboratorio de hidrometalurgia y pirometalurgia. PRECIO UNITARIO..........................US$= 2,620.00 DOLARES MAS IGV PRECIO TOTAL POR VENTA DEL SISTEMA DE EXTRACCION CON LAVADORES DE ACIDOS PRECIO A TODO COSTO US$ 42,199.00 DOLARES MAS IGV CONDICIONES DE VENTA Forma de pago : Factura a 30 dias Tiempo de entrega : 6 Semanas Garantía : 12 Meses Esperando vernos favorecidos con sus gratas ordenes, quedamos a su disposición. Muy, atentamente Gina Fernández V. Dpto. Ventas TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 037.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 1 JKM S.A.C. J K M S. A. C. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE GASES PARA EL LABORATORIO DE ANALISIS QUÍMICO CLIENTE: PONTIFICIA UNIVERSIDAD FECHA: 27.02.07 CATOLICA DEL PERU Ing. Juan Carlos Salas TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 037.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 2 JKM S.A.C. De acuerdo al requerimiento del Ing. Juan Carlos Salas, se les plantea el presupuesto por la Fabricación, Instalación y puesta en marcha de un Sistema de Extracción para el Área de Análisis Químico. La presente cotización no incluye ampliaciones de trabajos que pudiesen derivarse de modificaciones al sistema cotizado, cualquier requerimiento de variación al sistema descrito será materia de una nueva cotización. El sistema de extracción contempla la extracción de gases de una cabina. El sistema de extracción será implementado de la siguiente manera: Se instalará un extractor centrífugo, un lavador de gases y una bomba centrífuga para la recirculación del fluido neutralizante. DESCRIPCIÓN TÉCNICA: Se esta considerando que el sistema va a ser instalado sobre una losa al lado del Laboratorio Químico. Para esta área se esta considerando instalar un extractor con la capacidad y presión necesaria para trabajar con el Sistema de Extracción de Gases. El extractor centrífugo a instalar será fabricado en fibra de vidrio reforzado, resistente a los ácidos y álcalis. Los ductos serán igualmente fabricados en fibra de vidrio resistente a los ácidos y álcalis. El circuito de extracción estará implementado con válvulas para controlar el flujo de aire. Se está considerando que para establecer un suministro de aire constante se deberán dejar las ventanas o la puerta del Laboratorio abiertas, en caso de no ser posible se deberá implementar un extractor que suministre aire al ambiente, el cual no forma parte de la presente cotización. Equipo lavador de gases, se plantea ubicarlo a la salida de los gases del equipo extractor, el cual colectará los gases producidos en la cabina con el fin de evitar la contaminación, integrando los gases al sistema de lavado continuo. Con el tanque y la bomba centrífuga se establece un flujo constante recirculando el fluido neutralizante. Se proporcionará un juego de boquillas pulverizadoras para el lavado y en cantidad necesaria de acuerdo al diseño del equipo lavador de gases. Se requerirá un suministro eléctrico en el lugar donde se instalarán los equipos, el mismo que será necesario para el funcionamiento de nuestras herramientas y equipos durante los trabajos de instalación. Además de un punto de alimentación de agua potable para abastecer al tanque de recirculación. TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 037.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 3 JKM S.A.C. Así también para la limpieza del tanque se dispondrá de un ducto de salida y válvula. En caso se cuente con un sistema de colección de efluentes, se deberá dejar un punto o registro al pie del Sistema para que el cliente realice el empalme respectivo. La presente cotización no incluye ningún tipo de Obras civiles para la cimentación, ubicación de equipos, perforación de paredes u otros trabajos necesarios para llevar a cabo la instalación. Este tipo de obras estarán a cargo del Cliente. La presente cotización no incluye material eléctrico (tablero eléctrico, arrancador eléctrico, cables eléctricos, etc.), dichos materiales serán por cuenta del Cliente. La presente cotización no incluye la instalación eléctrica de los equipos, dicha instalación estará a cargo del Cliente. Una vez aprobada nuestra cotización final se entregará el plano teórico con la ubicación de los equipos. Una vez terminado el trabajo de instalación solo se entregarán planos de ubicación de los equipos en vista de planta, en ningún caso se entregarán planos de detalle. TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 037.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 4 JKM S.A.C. PRESUPUESTO DESCRIPCION EQUIPOS Y ACCESORIOS, LABORATORIO DE ANALISIS QUIM ICO (incluye instalación) S/. 46,585.00 Nota: Estos valores no incluyen el impuesto General a las Ventas. Tiempo de entrega: Treinta (30) días calendarios. Forma de Pago: - 60 % con la Orden de Compra. - Saldo Contra Entrega. Validez de la Oferta: Diez (10) días calendario. Agradeciendo la atención a la presente y a la espera de sus noticias nos suscribimos de Ustedes, Atentamente, Raúl Aguilar Gerente de Proyectos TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 038.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 1 JKM S.A.C. J K M S. A. C. SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE GASES PARA EL LABORATORIO DE PIRO METALURGIA CLIENTE: PONTIFICIA UNIVERSIDAD FECHA: 27.02.07 CATOLICA DEL PERU Ing. Juan Carlos Salas TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 038.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 2 JKM S.A.C. De acuerdo al requerimiento del Ing. Juan Carlos Salas, se les plantea el presupuesto por la Fabricación, Instalación y puesta en marcha de un Sistema de Extracción para el Área de Piro metalurgia. La presente cotización no incluye ampliaciones de trabajos que pudiesen derivarse de modificaciones al sistema cotizado, cualquier requerimiento de variación al sistema descrito será materia de una nueva cotización. El sistema de extracción contempla la extracción de gases de los siguientes equipos y puntos de trabajo: ? 02 Hornos de eléctricos. ? 01 Mesa de trabajo para copelación. ? 01 Horno rotativo. ? 01 Horno tubular. El sistema de extracción será implementado de la siguiente manera: Se instalará una campana frontal y un ducto de extracción de gases en la parte posterior de cada uno de los hornos, una cabina para mesa de trabajo, un ducto de extracción para el horno rotativo y un ducto de extracción para el horno tubular. Se instalarán además un extractor centrífugo y un Precipitador Húmedo. DESCRIPCIÓN TÉCNICA: Se esta considerando que el sistema va a ser instalado sobre una losa al lado del Laboratorio Químico. Para esta zona se provee implementar un circuito de extracción para los gases que se producen en los hornos eléctricos, en el horno rotativo, en el horno tubular y en la mesa de trabajo para copelación, para este fin se conectarán todos los puntos de extracción a un ducto principal conectado al extractor centrífugo. Se está considerando que la mesa de trabajo para copelas tiene las siguientes medidas: L=0.6m, P=0.6m, H=0.9m, cualquier requerimiento de variación a las medidas descritas tendrán que ser evaluadas. Las campanas, cabinas y ductos serán fabricados según nuestra experiencia y criterio en plancha de fierro galvanizado de 1/40” de espesor con acabado de pintura epóxica autoimprimante, toda la ductería y accesorios estarán soportados adecuadamente al techo de la edificación o sus paredes laterales. Las campanas, cabinas y ductos, también se pueden fabricar en planchas de fierro de mayor espesor si así lo desean, en tal caso se les hará llegar una nueva cotización. El circuito de extracción estará implementado con válvulas para controlar el flujo en cada uno de los equipos. TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 038.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 3 JKM S.A.C. Para esta área se esta considerando instalar un extractor con la capacidad y presión necesaria para trabajar con el Sistema de Extracción de Gases. Se está considerando que para establecer un suministro de aire constante se deberán dejar las ventanas o la puerta del Laboratorio abiertas, en caso de no ser posible se deberá implementar un extractor que suministre aire al ambiente, el cual no forma parte de la presente cotización. Sistema Precipitador Húmedo, este sistema contará con un (01) ciclón, fabricado en plancha de fierro galvanizado de 1/40” de espesor, un precipitador húmedo fabricado en fibra de vidrio reforzado el cual incluye un tanque de recirculación, un decantador-separador de residuos además una Bomba centrífuga. Los ductos necesarios para la extracción de los gases calientes serán fabricados también en plancha de fierro galvanizado de 1/40” de espesor. Los equipos y ductos, también se pueden fabricar en planchas de fierro de mayor espesor si así lo desean, en tal caso se les hará llegar una nueva cotización. Se requerirá un suministro eléctrico en el lugar donde se instalarán los equipos, el mismo que será necesario para el funcionamiento de nuestras herramientas y equipos durante los trabajos de instalación. Además de un punto de alimentación de agua potable para abastecer al tanque de recirculación. Así también para la limpieza del tanque se dispondrá de un ducto de salida y válvula. En caso se cuente con un sistema de colección de efluentes, se deberá dejar un punto o registro al pie del Sistema para que el cliente realice el empalme respectivo. La presente cotización no incluye ningún tipo de Obras civiles para la cimentación, ubicación de equipos, perforación de paredes u otros trabajos necesarios para llevar a cabo la instalación. Este tipo de obras estarán a cargo del Cliente. La presente cotización no incluye material eléctrico (tablero eléctrico, arrancador eléctrico, cables eléctricos, etc.), dichos materiales serán por cuenta del Cliente. La presente cotización no incluye la instalación eléctrica de los equipos, dicha instalación estará a cargo del Cliente. Una vez aprobada nuestra cotización final se entregará el plano teórico con la ubicación de los equipos. Una vez terminado el trabajo de instalación solo se entregarán planos de ubicación de los equipos en vista de planta, en ningún caso se entregarán planos de detalle. TITULO: CODIGO: COTIZACION N° 038.07 PUCP – 0194 Dpto .de Ingeniería de Proyectos Pag. 4 JKM S.A.C. PRESUPUESTO DESCRIPCION EQUIPOS Y ACCESORIOS, LABORATORIO DE PIRO METALURGIA (incluye instalación) S/. 58,690.00 Nota: Estos valores no incluyen el impuesto General a las Ventas. Tiempo de entrega: Treinta (30) días calendarios. Forma de Pago: - 60 % con la Orden de Compra. - Saldo Contra Entrega. Validez de la Oferta: Diez (10) días calendario. Agradeciendo la atención a la presente y a la espera de sus noticias nos suscribimos de Ustedes, Atentamente, Raúl Aguilar Gerente de Proyectos ANEXO 2 Distribución de procesos por tamaño de partícula. ANEXO 3                                             Campana tipica de laboratorio – Tipo Gabinete i                                                                i AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS 21st edition “Industrial Ventilation” En su: Specific Operations. Cincinnati USA 1992 pp 10.39 Figure VS-35-01 ANEXO A4                                       Extracción en hornos y muflasi                                                                i AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS 21st edition “Industrial Ventilation” En su: Specific Operations.. Cincinnati USA 1992 pp 10.49 Figure VS-35-41 ANEXO A5                                               Sistema de tratamiento según el rango de tamaño de la partícula1                                                                1 AMERICAN CONFERENCE OF GOVERNMENTAL INDUSTRIAL HYGIENISTS 21st edition “Industrial Ventilation” En su: Specific Operations.. Cincinnati USA 1992 pp 10.49 Figure VS-35-41   ANEXO A6    M ASPAC PLASTIC 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 2" Presion kPa 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Temperatura C 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 R kj/kgK 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 Densidad kg/m3 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 Densidad lb/ft3 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 Flujo Volumetrico cfm 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 2470 Flujo M asico lb/s 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 Velocidad fpm 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 Area pie2 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 20.58 Diametro pie 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 5.12 Diametro m 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56 Gy lb/ft2s 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 Densidad lb/ft3 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 Viscosidad cP 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Gravedad pies/lb.fts 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 Flujo M asico lb/s 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 3.05 Caudal ft3/s 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Caudal m3/s 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 Caudal m3/h 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99 Caudal lpm 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 83.17 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 40 21 92 40 155 65 43 18 48 20 52 24 36 18 32 0.0059 0.0031 0.0136 0.0059 0.0229 0.0096 0.0064 0.0027 0.0071 0.0030 0.0077 0.0036 0.0053 0.0027 0.0047 0.05 0.025 0.08 0.05 0.175 0.075 0.06 0.024 0.07 0.025 0.071 0.026 0.05 0.02 0.03 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 2.19 1.44 1.96 1.44 1.73 1.21 2.2 1.69 2.32 1.62 1.98 1.46 2.19 1.98 1.44 Altura corregida con KGA pie 9.53 14.50 10.65 14.50 12.07 17.26 9.49 12.36 9.00 12.89 10.55 14.30 9.53 10.55 14.50 Altura corregida con KGA m 2.91 4.42 3.25 4.42 3.68 5.26 2.89 3.77 2.74 3.93 3.21 4.36 2.91 3.21 4.42 0.48 0.36 0.85 0.73 2.11 1.29 0.57 0.30 0.63 0.32 0.75 0.37 0.48 0.21 0.44 12.11 9.21 21.65 18.42 53.65 32.87 14.46 7.53 16.00 8.18 19.02 9.44 12.11 5.36 11.05 118.78 90.33 212.36 180.65 526.29 322.48 141.89 73.89 156.98 80.29 186.56 92.65 118.78 52.55 108.39 PALL RINGS PLASTIC A ire SUPER ITALOX PLASTIC SUPER ITALOX CERAM ICO RASCHING RINGS CERAM ICO TELLERETTES PLASTIC A gua Por Grafica de Eckert Axisa Por Diagrama , la inundacion HY-PACK M ETAL PALL RINGS M ETAL ΔP en Pulg de H2O ΔP en mm de H2O ΔP en Pa Factor F Pack Gx/Gy Ordenada KGA Empaque Altura para 90% sin corregir ΔP en Pulg de H2O por pie de empaque   Calculo de torre empacada para campanas #1 al #3, 1.16m3/s (2478cfm)  ANEXO A7    M ASPAC PLASTIC 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 1" 2" 2" Presion kPa 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Temperatura C 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 293 R kj/kgK 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 0.287 Densidad kg/m3 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 1.1892 Densidad lb/ft3 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 0.0741 Flujo Volumetrico cfm 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 2900 Flujo M asico lb/s 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 Velocidad fpm 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 Area pie2 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 24.17 Diametro pie 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 5.55 Diametro m 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 Gy lb/ft2s 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 Densidad lb/ft3 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 62.30 Viscosidad cP 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Gravedad pies/lb.fts 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 32.17 Flujo M asico lb/s 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 3.58 Caudal ft3/s 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 Caudal m3/s 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 Caudal m3/h 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 5.86 Caudal lpm 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 97.65 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.0345 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 40 21 92 40 155 65 43 18 48 20 52 24 36 18 32 0.0059 0.0031 0.0136 0.0059 0.0229 0.0096 0.0064 0.0027 0.0071 0.0030 0.0077 0.0036 0.0053 0.0027 0.0047 0.05 0.025 0.08 0.05 0.175 0.075 0.06 0.024 0.07 0.025 0.071 0.026 0.05 0.02 0.03 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 2.19 1.44 1.96 1.44 1.73 1.21 2.2 1.69 2.32 1.62 1.98 1.46 2.19 1.98 1.44 Altura corregida con KGA pie 9.53 14.50 10.65 14.50 12.07 17.26 9.49 12.36 9.00 12.89 10.55 14.30 9.53 10.55 14.50 Altura corregida con KGA m 2.91 4.42 3.25 4.42 3.68 5.26 2.89 3.77 2.74 3.93 3.21 4.36 2.91 3.21 4.42 0.48 0.36 0.85 0.73 2.11 1.29 0.57 0.30 0.63 0.32 0.75 0.37 0.48 0.21 0.44 12.11 9.21 21.65 18.42 53.65 32.87 14.46 7.53 16.00 8.18 19.02 9.44 12.11 5.36 11.05 118.78 90.33 212.36 180.65 526.29 322.48 141.89 73.89 156.98 80.29 186.56 92.65 118.78 52.55 108.39 PLASTIC PLASTIC SUPER ITALOX SUPER ITALOX KGA Empaque ΔP en Pulg de H2O A ire A gua RASCHING RINGS HY-PACK PLASTIC CERAM ICO CERAM ICO M ETAL Axisa Por Diagrama , la inundacion ΔP en mm de H2O ΔP en Pa Factor F Pack Ordenada ΔP en Pulg de H2O por pie de empaque Altura para 90% sin corregir Por Grafica de Eckert Gx/Gy PALL RINGS PALL RINGS TELLERETTES M ETAL   Calculo de torre empacada para campanas #4 al #12, 1.36m3/s (2895cfm)  ANEXO A8        ANEXO A8      ANEXO A8      ANEXO A9    Vista satelital de la sección minas, el viento se dirige hacia el Sur Oeste. Desde 5m/s a 8m/s