REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA AMBIENTAL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA PRODUCIDA POR LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING MEDIANTE EL MODELO DE CAJA FIJA Tesis de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para optar el Grado Académico de MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA AMBIENTAL Autor: Ing. Rosa Albina Paz Cepeda Tutor: Dr. Cesar García Maracaibo, julio de 2009
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA AMBIENTAL
CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA PRODUCIDA POR LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING MEDIANTE
EL MODELO DE CAJA FIJA
Tesis de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar el Grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Autor: Ing. Rosa Albina Paz Cepeda
Tutor: Dr. Cesar García
Maracaibo, julio de 2009
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Paz Cepeda, Rosa Albina. Control de la contaminación atmosférica producida por la actividad de sandblasting, mediante el modelo de caja fija. (2009) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Universidad del Zulia Maracaibo, Venezuela. 99 p. Tutor: Dr. César García.
RESUMEN El objetivo de la investigación consiste en evaluar la factibilidad de generar un mecanismo de control que permita recolectar la arena utilizada en la actividad de Sandblasting y evitar la contaminación atmosférica. El Sandblasting es un método de mantenimiento industrial para la limpieza y recubrimiento de superficies metálicas y de concreto, aplicando arena a presión, ocasionando contaminación atmosférica. Actualmente, los mecanismos de control de contaminación que se han utilizado para la actividad de Sandblasting cuando se aplica al aire libre, no han sido diseñados con base a criterios científicos, lo que no garantiza la eficiencia del método o mecanismo de control de la contaminación atmosférica. La investigación se desarrolló en función a la aplicación de Modelos Matemáticos de Calidad de Aire; los cuales son una herramienta de gran utilidad en la planeación y gestión de la política ambiental ya que ofrecen la posibilidad de evaluar la efectividad de diferentes medidas de control de emisiones antes de su aplicación. El Modelo Matemático utilizado fue el de Caja Fija asociando las variables de operación relacionadas con el flujo de carga, densidad de la arena, tamaño de la partícula y velocidad de sedimentación, con la densidad del aire y las condiciones meteorológicas de velocidad y dirección del viento con las cuales se calcularon las dimensiones de altura, ancho y largo del dispositivo de manera que permita retener y colectar las partículas de arena para evitar la contaminación atmosférica. Los datos fueron aportados por la empresa MARINA DEL ZULIA S.A, ubicada en el Sector La Rosa Vieja del Municipio Cabimas del Estado Zulia, ámbito sobre el cual se realizó el estudio y se instaló el dispositivo; se determinaron los costos de inversión y se elaboró el cronograma de ejecución de la obra. Se recomienda utilizar esta información por cualquier industria que realiza Sandblasting.
Palabras clave: Sandblasting, Contaminación Atmosférica, Modelo de Caja Fija, Colector de Partículas Sedimentables. E-mail: [email protected]
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Paz Cepeda, Rosa Albina. Control of the pollution atmospheric produced by the activity of sandblasting by the model of case fixed. (2009) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Universidad del Zulia Maracaibo, Venezuela. 99 p. Tutor: Dr. César Garcia.
ABSTRACT The research aims to assess the feasibility of building a mechanism of control that allows you to collect the sand used in the activity of Sandblasting and prevent pollution air. The Sandblasting is a method of industrial maintenance for the cleaning and coating of metal surfaces and concrete, applying sand pressure, causing air pollution. Currently, the pollution that have been used for activity control mechanisms of Sandblasting when applied to the open air, have not been designed with base to scientific criteria not ensuring the efficiency of the method or air pollution control mechanism. The research is developed depending on the implementation of models mathematical quality of air, which are a useful planning tool and environment as they offer the possibility to assess policy management the effectiveness of different emission control measures before his application. The mathematical model used was that of fixed box by associating the operation variables related to the load, flow density of the sand, particle size and speed of sedimentation, density the air and weather conditions of speed and wind direction with which were calculated dimensions height, width and length of the device in such a way as to retain and collecting particles of sand to prevent air pollution. The data were provided by the located in Sector La Rosa old of the municipality Cabimas of the Zulia State, on which the study area MARINA DE EL ZULIA, S.A. company and installed the device; identified investment costs and is developed the work schedule. We recommend using this information by any industry making Sandblasting. Key words: Sandblasting, atmospheric pollution, model of case fixed, sedimentables particles collector. E-mail: [email protected]
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DEDICATORIA
A mi hijo Jorvan Samoel, fuente de luz e inspiración que me
impulsó a lograr esta meta.
A mis hermanas Gladis y Eneida, siempre solidarias.
A la memoria de mis padres Francisco e Hilda, mi hermana
Esmilda y mi hermano Manuel, quienes desde el cielo me
bendicen.
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AGRADECIMIENTO
Al profesor tutor Cesar García, por su asesoramiento.
A los profesores Altamira Díaz, Arelis Arrieta y Edison
Gutiérrez, por su apoyo y colaboración.
A la Dra. Mayra Rincón por permitir realizar esta
investigación en la empresa MARINA DEL ZULIA S.A.
Al Ing. Nelson Quijada, por su apoyo y asesoramiento
industrial.
A todas las personas que de alguna manera me apoyaron
durante el curso de este Grado de Ingeniería Ambiental.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
Página
FRONTISPICIO ...................................................................................................... 2
APROBACIÓN ....................................................................................................... 3
RESUMEN ............................................................................................................. 4
ABSTRACT ............................................................................................................ 5
DEDICATORIA ....................................................................................................... 6
AGRADECIMIENTO ............................................................................................... 7
ÍNDICE DE CONTENIDO ....................................................................................... 8
LISTA DE TABLAS ................................................................................................. 11
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................. 12
CAPÍTULO
I INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS, ANTECEDENTES Y METODOLOGIA
APLICADA EN LA INVESTIGACIÓN ................................................... 13
1.1. Introducción .................................................................................... 13
1.2. Objetivos de la Investigación .......................................................... 14
1.2.1. Objetivo General .................................................................. 14
1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................... 14
1.3. Antecedentes de la Investigación ................................................... 16
1.4. Metodología aplicada a la Investigación ......................................... 17
II FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN .......................................... 18
2.1. Investigación de Campo ................................................................. 18
2.1.1. Ubicación .............................................................................. 18
2.1.2. Actividad de la Empresa Marina del Zulia S.A. ..................... 18
2.1.3. Características del Varadero ................................................. 19
2.1.4. Datos Operacionales ............................................................. 19
2.2. Bases Teóricas ............................................................................... 22
2.2.1. Descripción de la Actividad de Sandblasting ......................... 22
2.2.1.1. Sandblasting ............................................................ 23
2.2.1.2. Arenas ..................................................................... 29
2.2.1.3. Partículas ................................................................. 29
7
2.2.2. Contaminación Atmosférica producida por la actividad de
Sandblasting ......................................................................... 34
2.2.3. Mecánica del Movimiento de Partículas ............................... 38
2.2.4. Velocidad de Sedimentación y Fuerzas de Retardo ............. 39
2.2.5. Ecuaciones para el Movimiento Unidimensional de
partículas a través de un Fluido ............................................ 40
2.2.5.1. Sedimentación de Partículas ................................... 40
2.2.5.2. Movimiento debido al Campo Gravitatorio ............... 41
2.2.5.3. Velocidad Terminal para Partículas de cualquier
Esfericidad ............................................................... 43
2.2.5.4. Ley de Stokes .......................................................... 44
2.2.5.5. Número de Reynolds ............................................... 45
2.2.5.6. Partículas demasiado grandes para la Ley de
Stokes ...................................................................... 46
2.2.5.7. Partículas demasiado pequeñas para la Ley de
Stokes ....................................................................... 47
2.2.6. Métodos de Tratamiento y/o Control de los Contaminantes
Atmosféricos .......................................................................... 49
2.2.7. Elección de un Colector de Partículas .................................. 50
2.2.8. Descripción de los Modelos para la Calidad del Aire ............ 51
2.2.8.1. Modelos Físicos ....................................................... 52
2.2.8.2. Modelos Matemáticos .............................................. 52
2.2.8.3. Modelos Fotoquímicos ............................................ 54
III MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................. 62
3.1. Determinar el Dispositivo de Control para la Actividad de
Sandblasting ................................................................................... 62
3.2. Determinación de la Velocidad de Sedimentación de Partículas
Esféricas mediante la Tabla de Lapple ........................................... 62
3.3. Interpretación de la Base Teórica para Dimensionar el Dispositivo
de Control........................................................................................ 63
3.3.1. Diseño del Dispositivo Colector de Partículas de
Sandblasting ......................................................................... 64
8
3.3.2. Aplicación del Modelo Matemático de Caja Fija para
determinar la altura del Dispositivo Colector de Partículas
de Arena ............................................................................... 65
3.3.3. Altura del Dispositivo de Control de Partículas de
Sandblasting ......................................................................... 68
3.3.4. Altura del Sedimento contenida por el Dispositivo ................ 69
3.3.5. Dispositivo diseñado para el Control de la Contaminación
Atmosférica por Sandblasting ............................................... 70
3.3.6. Consideraciones para la Instalación del Dispositivo ............. 70
3.3.7. Descripción y Costo de los Materiales de Construcción del
Dispositivo de Control de Contaminación Atmosférica por
Sandblasting ......................................................................... 71
3.3.8. Inversión ............................................................................... 71
3.3.9. Propuesta del Cronograma de Ejecución de la Obra ........... 72
IV RESULTADOS ...................................................................................... 73
4.1. Resultados de la Investigación ....................................................... 73
CONCLUSIONES………………. ............................................................................ 74
RECOMENDACIONES .......................................................................................... 76
BIBLIOGRAFÍA………. ........................................................................................... 77
ANEXOS………………………………….. ................................................................ 80
1 Fotos de la actividad de Sandblasting donde se muestra la contamina
ción atmosférica .................................................................................... 81
2 Tabla de Lapple ..................................................................................... 83
3 Fotos del Varal de la empresa Marina del Zulia S.A. ............................. 85
4 Fotos del Dispositivo de Control de contaminación atmosférica ........... 87
5 Medidas de Operación para Prevenir la contaminación atmosférica ..... 95
6 Plan de Seguimiento y Control Ambiental ............................................. 98
9
LISTA DE TABLAS
Tabla Páginas
1 Datos sobre el terreno y del área de operación del Sandblasting .................. 20
2 Datos sobre la mecánica de operación del Sandblasting .............................. 20
3 Datos sobre las condiciones meteorológicas ................................................. 20
4 Localización Geográfica en Coordenadas UTM del Área del Astillero-
Varadero MARZUSA ...................................................................................... 22
5 Composición del aire, seco y limpio, al nivel del mar ..................................... 36
6 Límites de calidad del aire para contaminantes de la atmósfera ................... 37
7 Clasificación de zonas de acuerdo a los rangos de concentraciones de
partículas totales suspendidas (PTS) ............................................................ 38
8 Descripción y Costo de los Materiales ........................................................... 71
9 Descripción de Actividades y Tiempo de Ejecución ....................................... 72
10
LISTA DE FIGURAS
Figura Páginas
1 Origen del Proceso de Sand-Blast. ................................................................ 22
2 Distribución de Partículas en Sistemas Ambientales ..................................... 33
3 Contaminación por la aplicación de Sandblasting.......................................... 34
4 Partícula Cayendo en un Medio. .................................................................... 41
5 Clasificación de los modelos de la calidad del aire ........................................ 51
6 Estructura de un Modelo de Trayectoria. ....................................................... 57
7 Representación de un Modelo de Caja Fija. .................................................. 59
8 Sedimentadores por Gravedad. ..................................................................... 64
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CAPITULO I
INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS, ANTECEDENTES Y METODOLOGIA
APLICADA EN LA INVESTIGACIÓN
1.1. Introducción
La gran cantidad de instalaciones industriales petroleras, petroquímicas, alimentos
y la industria en general, tales como las embarcaciones navales, tanques de
almacenamiento de crudo, gasoductos, oleoductos, gabarras, remolcadores; silos para
granos, tableros eléctricos y otras estructuras; están sometidas a deterioro y desgaste
debido al uso y a las condiciones de intemperización a las cuales se encuentran
expuestas, por lo que requieren de mantenimiento preventivo y correctivo para
garantizar su buen funcionamiento.
Las actividades de mantenimiento industrial están formadas, entre otras,
por operaciones metal mecánicas dentro de las cuales se encuentran la
soldadura, esmerilado, limpieza y recubrimiento de superficies con la aplicación de las
técnicas de Sandblasting para la limpieza de superficies y de pintura para
recubrimiento.
El Sandblasting es una de las actividades de mantenimiento de mayor importancia
y aplicación por su alta efectividad en la limpieza de superficies metálicas y de concreto,
el cual consiste en aplicar a altas presiones arena, lo que se conoce como “chorro de
arena” sobre la superficie para limpiarla de residuos de corrosión, grasas, pinturas,
salitres, petróleo adherido a la pared o al piso metálico y luego aplicar el recubrimiento
con pintura.
La actividad de Sandblasting genera problemas ambientales debido a que la arena
al ser aplicada con presión como chorro de arena produce una turbulencia que
transporta a las partículas a través de la atmosfera a cierta distancia del sitio de
aplicación, causando daños a los bienes materiales, al ambiente y como consecuencia
a la salud de las personas. Por la alta calidad de este método de limpieza a nivel
industrial su utilización se hace necesaria.
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El objetivo del presente estudio consiste generar un mecanismo para el control de
la contaminación atmosférica de mediante la aplicación del modelo matemático
conocido como CAJA FIJA para evaluar la factibilidad de diseñar un dispositivo para
recolectar la arena y que funcione como un mecanismo de control de contaminación
atmosférica ocasionada por partículas generadas en la actividad de Sandblasting.
El Modelo Matemático de Caja Fija permite relacionar las variables operacionales
asociadas a la actividad del Sandblasting, tales como tamaño y densidad del grano de
arena (μ,ρ), caudal de entrada (Q) representada por la capacidad del equipo de
aplicación; las variables meteorológicas de velocidad (U) y dirección del viento (X); la
concentración del contaminante, las características de las partículas sedimentables
tales como esfericidad (Ψ) y la velocidad de sedimentación (Vs), que mediante la
aplicación de ecuaciones matemáticas se pueden calcular las dimensiones del
dispositivo colector de partículas, determinando su altura (H), ancho (W) y largo (L); de
manera de presentar una opción a la empresa MARINA DEL ZULIA S.A para controlar
las emisiones a la atmosfera y dar cumplimiento a lo establecido en el Decreto No. 638
referido a las Normas Sobre la Calidad del Aire y el Control de la Contaminación
Atmosférica, publicado en la Gaceta Oficial Nº 4.899 de fecha 19-05-95; el cual
establece que se deben ejecutar las medidas de prevención y control de la
contaminación atmosférica por las actividades capaces de generar gases y partículas a
los fines de mantener la calidad del aire.
1.2. Objetivos de la Investigación
1.2.1. Objetivo General
Generar un mecanismo para el control de la contaminación atmosférica mediante
la aplicación del Modelo de Caja Fija para el dimensionamiento de un dispositivo
colector de partículas producidas por la actividad de Sandblasting.
1.2.2. Objetivos Específicos
Evaluar las condiciones operacionales y ambientales en el Varadero MARINA
DEL ZULIA S.A. para la aplicación del Sandblasting.
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Aplicar el Modelo Matemático de Caja Fija mediante la relación de las variables
operacionales asociadas a la actividad del Sandblasting, tales como tamaño y densidad
del grano de arena (μ,ρ), caudal de entrada (Q) representada por la capacidad del
equipo de aplicación; las condiciones meteorológicas velocidad (U) y dirección del
viento (X); la densidad del aire, la velocidad de sedimentación de partículas
sedimentables para dimensionar el dispositivo colector de partículas, determinando su
altura (H), ancho (W) y largo (L); de manera de presentar una opción a la empresa
MARINA DEL ZULIA S.A que le permita controlar las emisiones a la atmosfera
Realizar el análisis Técnico - Económico para evaluar la factibilidad financiera
de la construcción e instalación del dispositivo colector de partículas de la arena del
Sandblasting.
Analizar los resultados y en su función proponer un dispositivo colector de
partículas de arena del Sandblasting que permita utilizar con seguridad ambiental
este método de limpieza de superficies metálicas, evitando la contaminación
atmosférica.
Proponer un cronograma para le ejecución de la obra del dispositivo colector de
partículas de Sandblasting.
1.3. Antecedentes de la Investigación
A niveles de investigación y de aplicación se han realizado numerosos estudios
relacionados con la utilización de los modelos matemáticos de calidad del aire para
estimar la concentración de contaminantes y diseñar mecanismos, equipos o
dispositivos de control de emisiones de de partículas o gases a la atmosfera. De los
modelos matemáticos de mayor aplicación se encuentra el de Caja Fija. Así mismo se
han realizado investigaciones para determinar métodos de control de contaminación
atmosférica ocasionada por la actividad de limpieza de superficies con chorro de arena
o Sandblasting.
En relación a los métodos de control para la actividad de Sandblasting se ubicó vía
electrónica la página web www.islaindustrial.com/productos/sandblast/succion.html de la
empresa ISLA INDUSTRIAL, S.A, DE CV. EQUIPOS DE DANDBLASTING
GRANALLADO Y PAILERIA – INGENIERIA.
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La información está referida a la fabricación de equipos para piezas o
superficies pequeñas, por lo que se adaptan a cabinas en cuyo interior se
realiza el proceso manual o mecánicamente e indica que para mayor tamaño
se consideran el cuarto de “Sand-Blast“, cuyas dimensiones pueden llegar a
ser de 25 m. de largo, 5 ó 6 m. de alto y 5 ó 6 m. de ancho. Existen casos de
mayores dimensiones, dentro de las cuales se les aplica el proceso a cascos
de barco, aeronaves o furgones de ferrocarril; aquí debemos mencionar que
dentro de los cuartos de “Sand-Blast”, el equipo que se debe usar es el de tipo
presión.
El aporte de esta información brinda a la investigación tiene que ver con la
factibilidad de diseñar un dispositivo para la recolección de partículas para aplicar
Sandblasting a unidades de gran tamaño.
En relación a la aplicación de modelos para la clasificación de la calidad de
aire se encontraron muchos documentos donde se han aplicado los mismos
para distintas situaciones de contaminantes en la atmósfera, dentro de los
cuales se encuentran los siguientes estudios en los que se utilizó el Modelo de Caja
Fija:
E. González Galindo, Sistemas Sometidos al Campo Gravitatorio. Estudio
de la Emisión de Monóxido de Carbono a la Atmosfera de la Ciudad de Granada,
debido al Tráfico Rodado. Universidad de Granada. vaentiscorreo.ugg.físisca.unlugar.
com.
Universidad Politécnica de Cartagena, Modelización de calidad del aire.
Detección y cuantificación tridimensional de Ozono atmosférico con el LIDAR UV11,
págs 94 al 99.
Nancy Sanín Cortés, Tesis Doctoral, Construcción de un Modelo Tridimensional
para Ajuste de Campos de Viento y Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera,
Universidad de Las Palmas de Gran Canaima, Departamento de Matemáticas,
Diciembre de 2002.
El aporte de estas investigaciones consiste en demostrar la utilidad del Modelo de
Caja Fija para determinar el comportamiento de los contaminantes en espacios
limitados por las dimensiones ancho (W), largo (L) y altura (H).
15
1.4. Metodología aplicada en la Investigación
Debido a que la propuesta consiste en determinar un método de control de
contaminación atmosférica para colectar partículas de Sandblasting, la investigación es
del tipo Proyectos Factibles con apoyo de investigación de campo y documental. En la
investigación de campo se tomaron los datos en forma directa a mediante entrevistas,
inspecciones, evaluación de costo-beneficio y análisis de la factibilidad de aplicar
modelos estadísticos, econométricos y matemáticos.
En la investigación documental se obtuvo la información para el estudio del
problema y la fundamentación teórica evaluar la propuesta para determinar el
mecanismo de control de contaminación atmosférica producida por la actividad de
Sandblasting, mediante la aplicación del modelo de caja fija. De la investigación
realizada se determina que el proyecto es factible porque permite dimensionar un
dispositivo colector de las partículas de arena y evitar o controlar la contaminación
atmosférica.
El proyecto se desarrolló a través del análisis de las características de los
materiales y equipos que se utilizan en la actividad de Sandblasting y como su
aplicación afecta a la atmosfera, se consideraran las condiciones técnicas de la
operación y la evaluación de los parámetros atmosféricos para investigar, en base a
esta información, la factibilidad de aplicar el Modelo Matemático de Caja Fija, para
lograr determinar las dimensiones espaciales de largo (L), ancho (W) y altura (H) de un
dispositivo que permita colectar la arena y evitar o minimizar su dispersión en la
atmosfera, bajo el cumplimiento del Decreto 638 de fecha 26-04-1995 publicado en la
Gaceta Oficial Nº 4.899 de fecha 19-05-1995 referido a las Normas Sobre Calidad del
Aire y Control de la Contaminación Atmosférica.
16
CAPÍTULO II
FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. Investigación de Campo
Se realiza la investigación de campo para tomar datos de la actividad de la
empresa MARINA DEL ZULIA SA., de la localización del área de estudio, de las
dimensiones del terreno del área de operación, de las características de los equipos
para el Sandblasting y de las condiciones del Varal.
2.1.1. Ubicación
La empresa MARINA DEL ZULIA S.A. está ubicada en el Sector La Rosa Vieja,
Parroquia La Rosa, Municipio Cabimas del Estado Zulia.
2.1.2. Actividad de la empresa MARINA DEL ZULIA S.A.
La empresa MARINA DEL ZULIA ejecuta trabajos relacionados con la
prestación de servicios de pintura, Sandblasting, de protección catódica de
tuberías, construcción de pilotes, bases prefabricadas y de concreto, construcción
de tanques metálicos petroleros; construcciones metálicas de tipo industrial,
servicio de astilleros, y reparación de gabarras y de todo tipo de embarcaciones,
suministro de agua y hielo a las embarcaciones que transitan en el Lago de
Maracaibo, suministro de combustibles y recepción de desechos líquidos, todo tipo de
trabajos auxiliares de construcción petrolera, atraque en el muelle propiedad de la
sociedad.
Está inscrita ante el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente en el
Registro de Actividades Susceptibles de Degradar el Ambiente (RASDA) bajo el
Nº G-21-2005-1247 y tiene la Autorización de Funcionamiento Ambiental mediante
Oficio Nº 3669 de fecha 10-10-2006 para realizar las actividades mencionadas. En el
numeral 7 de la Autorización, establece que se deben ejecutar las medidas de
prevención y control de la contaminación atmosférica por las actividades capaces de
generar gases y partículas a los fines de mantener la calidad del aire de conformidad
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con el Decreto Nº 638 de fecha 26-04-95 referido a las Normas Sobre la Calidad del
Aire y el Control de la Contaminación Atmosférica, publicado en la Gaceta Oficial Nº
4.899 de fecha 19-05-95.
En tal sentido la empresa MARINA DEL ZULIA S.A., para mejorar la prestación de
servicios a la industria petrolera en lo relacionado al mantenimiento preventivo y
correctivo de las embarcaciones navales realiza el acondicionamiento de su Astillero,
con el objetivo de realizar la limpieza y preparación de superficies metálicas a las
lanchas, remolcadores y otras embarcaciones navieras con la utilización del Método de
Sandblasting, el cual consiste en la aplicación del chorro de arena a presión sobre la
superficie metálica y aplicar el recubrimiento con pintura.
Debido a que actualmente no se consigue en el mercado una tecnología para el
control de la contaminación generada por la actividad de Sandblasting aplicada a cielo
abierto en instalaciones de gran tamaño, como es el caso de su Varadero; en este
sentido, se propuso la búsqueda de un método o dispositivo de control que le permita
contener la arena y así evitar la emisión de partículas a la atmosfera.
2.1.3. Características del Varadero
La estructura del Varadero está formada por los rieles y los travesaños de
metal y los soportes constituidos por baldosas de concreto, presenta un estado de
corrosión y algunas roturas en las bases por lo que requiere de mantenimiento y
recuperación.
En el Varal se realiza el Sandblasting a cielo abierto, no existe ningún
dispositivo de control de contaminación ocasionada por la arena.
El varadero, lógicamente se encuentra a orillas del Lago de Maracaibo.
Hacia el este se encuentra la población y se visualiza una iglesia.
2.1.4. Datos Operacionales
Los datos operacionales se presentan en las siguientes tablas:
Tabla 1: Datos sobre el terreno y área de operación del Sandblasting
Tabla 2: Datos sobre la mecánica de operación del Sandblasting
Tabla 3: Datos sobre las condiciones meteorológicas
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Tabla 4: Localización Geográfica en Coordenadas UTM del Área del Astillero-
Varadero MARZUSA.
Tabla 1
Datos sobre el terreno y área de operación del Sandblasting
Localización Geográfica Coordenadas UTM – Cuadro No. 1
Área de la poligonal MARZUSA 84.346,96 m2 - 8,44 Has
Limites Norte: Instalaciones Industriales Sur: Población Este: Población Oeste: Lago de Maracaibo
Área ocupada para el Sandblasting 1440 m2
W: ancho 18 m L: 80 m
Distancia del área de operación de Sandblasting al poblado más cercano
300 m
Tabla 2
Datos sobre la mecánica de operación del Sandblasting
Capacidad de Carga = Caudal Q
350 Ft3/min
Capacidad del Compresor 8 – 10 Kg/cm2
Tipo de arena Gruesa
Tamaño de la partícula de arena la arena tiene diámetros 1000 µ.
Tabla 3
Datos sobre las condiciones meteorológicas
Velocidad del Viento 3 m/s – 6 m/s
Dirección del Viento Noroeste
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Tabla 4
Localización Geográfica en Coordenadas UTM del Área del Astillero-Varadero
MARZUSA
Superficie Total: 84.346,96 m2 = 8,44 Has.
PUNTO NORTE ESTE
V-28 1.146.482,8 233.543,62
V-29 1.146.506,15 233.552,26
V-30 1.146.518,39 233.564,65
V-31 1.146.529,47 233.605,60
V-32 1.146.545,47 233.605,60
V-33 1.146.559,33 233.624,25
V-34 1.146.569,05 233.632,78
V-35 1.146.574,60 233.643,88
V-36 1.146.581,42 233.665,59
V-37 1.146.588,35 233.697,85
V-38 1.146.612,02 233.722,97
V-39 1.146.678,38 233.656,02
V-40 1.146.680,47 233.650,48
V-41 1.146.684,04 233.645,34
V-42 1.146.688,27 233.641,09
V-43 1.146.689,17 233.635,61
V-44 1.146.728,73 233.623,68
V-45 1.146.757,46 233.659,57
V-46 1.146.791,91 233.636,23
V-47 1.146.791,06 233.632,09
V-48 1.146.788,61 233.632,29
V-49 1.146.783,58 233.593,67
V-50 1.146.782,76 233.577,87
V-51 1.146.786,41 233.571,40
V-52 1.146.821,28 233.603,21
V-53 1.146.838,39 233.584,51
V-54 1.146.849,79 233.594,46
PUNTO NORTE ESTE
V-01 1.146.883,07 233.557,84
V-02 1.146.776,84 233.464,84
V-03 1.146.772,26 233.464,84
V-04 1.146.768,13 233.465,28
V-05 1.146.761,27 233.461,19
V-06 1.146.751,87 233.456,61
V-07 1.146.741,85 233.445,08
V-08 1.146.727,64 233.433,50
V-09 1.146.701,60 233.412,89
V-10 1.146.683,45 233.397,04
V-11 1.146.681,14 233.392,93
V-12 1.146.658,09 233.371,14
V-13 1.146.631,39 233.348,06
V-14 10146.667,63 233.307,37
V-15 1.146.647,32 233.268,02
V-16 1.146.579,60 233.327,98
V-17 1.146.601,60 233.348,34
V-18 1.146.587,10 233.360,10
V-19 1.146.572.00 233.365,01
V-20 1.146.550,88 233.364.08
V-21 1.146.541,80 233.365,12
V-22 1.146.536,11 233.388,50
V-23 1.146.439,31 233.470,69
V-24 1.146.455,69 233.510,43
V-25 1.146.459,48 233.509,10
V-26 1.146466,15 233.517,50
V-27 1.146.463,62 233.525,84
20
2.2. Bases Teóricas
Las bases teóricas se fundamentan en la descripción de la actividad del
Sandblasting, la contaminación producida por la arena de Sandblasting, el
comportamiento de las partículas sedimentables en el flujo del aire, los métodos de
control atmosférico de partículas, la clasificación de los modelos de calidad de aire y el
modelo matemático de caja fija. Así mismo se procede a investigar sobre los métodos
de control de contaminación atmosférica para determinar el más adecuado para el
Sandblasting.
2.2.1. Descripción de la Actividad de Sandblasting
Sandblasting – Arenado a Presión
Figura 1: Origen del Proceso de Sand-Blast. Fuente: Abrasive blasting - Wikipedia, la
enciclopedia libre the free encyclopedia en.wikipedia.org/wiki/Abrasive_blasting -
El proceso de Sand-Blast fue patentado en Inglaterra en el año de 1870,
por un Sr. de apellido Tilghman, quien descubrió que, impulsando arena (Sand), con
un chorro de aire comprimido, se podía aprovechar la energía generada y el impacto
(Blast), que se producía, para limpiar las superficies de las piezas salidas de fundición,
a las que se les debía quitar la arena del corazón y la escoria formada en la superficie
de esas piezas, descubriendo así el principio de lo que ahora conocemos como “Sand-
Blast”.
21
2.2.1.1. Sandblasting
Es un proceso de limpieza que consiste en aplicar arena a presión sobre la
superficie de estructuras metálicas y de concreto u hormigón para la eliminación de
escorias, residuos de pinturas, óxidos y asperezas existentes sobre la misma. En la
Figura 1 se muestra una imagen de aplicación de Sandblasting y una nota sobre su
origen.
El arenado o proyección de arena por medio de aire a presión es el mejor de los
tratamientos mecánicos disponibles hasta ahora para dar base cierta a cualquier
esquema de pintura que se adopte.
La superficie luego del proceso de arenado presenta una serie de valles y picos
con profundidades que varían entre 1,5 a 3,5 milésimas de milímetros perfectamente
uniforme; lo cual puede apreciarse en una visión al lente del microscopio. Es en esa
base metálica “áspera” y micro rugosa que la película de pintura encuentra su mejor
cuna para “agarre” y adherencia. Comúnmente las distancias entre picos y valles es
variable según la presión del aire de la tobera, su cono de barrido y la granulometría de
la arena proyectada. Si se respetan las pautas básicas de este proceso el éxito final
está garantizado.
La arena es un silicato de muy bajo costo y fácil obtención, aunque sus granos al
golpear la chapa se parten formando un fino y penetrante polvo. Al cabo de una o dos
proyecciones de la arena en uso debe ser reemplazada porque adopta la característica
del talco o la harina.
La arena a usar se le clasifica según la norma ASTM; pasándola por una malla
Tyller de tejido metálico de calibres 16, que permite el paso de granitos de arena de
1,18 mm, hasta un mínimo de calibre 30 que pasan granos de hasta 0,6 mm, según se
desee sea más gruesa o más fina de acuerdo a el esquema de pintura a aplicar
posteriormente. Normalmente estos granitos proyectados con aire a una presión
superior a los 6 kgrs/cm2 producirán unas depresiones de 1,5 micras al golpear contra
la superficie de la chapa y partirse.
Si bien puede utilizarse arena de origen marino será indispensable en tal caso
lavarla y secarla antes de usar y; posteriormente lavar la superficie de la chapa arenada
con soluciones para remover y neutralizar cualquier vestigio de sal antes de pintar. En
22
nuestro caso es más común el uso de arena proveniente de lecho fluvial, la cual se
obtiene del proveedor comercial, con lo que, el cuidado previo se ajusta solamente a
seleccionar cuidadamente la granulometría, de conformidad al protocolo requerido por
el cliente.
Es indispensable que la arena a utilizar esté bien seca para que fluya muy bien en
la tolva de “gravedad” que normalmente se utiliza para expulsarla hacia la tobera, caso
contrario se obstruirán las líneas y se demorará la actividad.
Como la granulometría, la presión del aire suministrado y el pico de la tobera de
salida nos definen la profundidad o tamaño del valle que producirá la arena en su
impacto contra la chapa, y que puede llegar en algunos casos hasta 3,5 milésimas de
milímetro; será importante definir previamente el tamaño de los granitos constitutivos de
la arena a emplear, por la siguiente razón:
Para recubrimiento de pinturas de base epóxica, con mas viscosidad y mayor
cantidad de sólidos en suspensión en su composición, se adecuan mejor a las mayores
diferencias entre picos o crestas y profundidad de los valles como base adecuada de
anclaje; el valor final de espesor de película de pintura seca en este caso es también
mayor.
Para recubrimientos con pinturas de base o vehículo vinílico o poliuretánica
tendrá mejor adherencia y soporte en menor profundidad de arenado de la
superficie.
Genéricamente entonces puede afirmarse que entre 1,5 a 3,5 milésimas de
profundidad de preparación de arenado abarcará a la totalidad de los esquemas
posteriores de las mejores marcas de pintura disponibles en el mercado. Con
instrumentos como micrómetros, elcometers de ultrasonido, comparadores de perfil de
arenado o cintas y placas de réplica se podrá chequear adecuadamente una buena
preparación, inspeccionando la superficie del trabajo realizado e introducir las
correcciones que hiciesen falta durante el proceso.
Convencionalmente al trabajo de arenado se lo define por el grado o standard de
limpieza final obtenido, y que a continuación se describe:
Metal Blanco: Todo el óxido visible, restos de pintura y partículas extrañas
son removidos de la superficie. El acero totalmente limpio quedará de color gris
23
claro similar al aluminio. La norma británica B.S. 2 ½ es el correlato de esta
situación. Nuestras construcciones BWB llevan normalmente este esquema de
preparación.
Próximo al Blanco: En esta condición el área es tratada y uniformemente
distribuida, el 95% quedara limpia y sin vestigios de óxidos e impurezas.
Calidad Comercial: 2/3 De la superficie tratada estará libre de restos de óxidos e
impurezas. Corresponde aclarar que esta condición detalla lo que sería observado “un
tono ligeramente suave de marrón” sobre un fondo gris más claro.
Barrido: El metal base tiene una apariencia donde permanecen adheridos
fuertemente escamas o cascarillas de laminación, óxido, o vestigios de pintura
eventualmente distribuido en zonas o parches como manchas translucidas o de distinta
tonalidad. Es importante acotar y ponderar fundamentalmente que esta labor definirá
para el resto de la vida útil la duración, protección y resistencia a la oxidación de todas
las estructuras y enchapados de la estructura y la simplicidad del mantenimiento de la
pintura.
Un correcto proceso de Sandblasting o arenado y preparación de superficie estará
completo bajo las siguientes consideraciones:
Cuando la superficie ha sido trapeada y barrida de todo vestigio de polvo con
aire seco a gran presión.
Si hiciera falta repasar alguna zona, una limpieza rápida con trapo húmedo
embebido en alcohol.
Hay que evitar el contacto de la superficie arenada con grasa o suciedad de las
propias manos, y evitar cualquier líquido o solvente que contenga grasa.
La superficie así preparada es muy contaminable y una desatención por
pequeña que sea tendrá su correlato en una adherencia deficiente de la primera capa
de pintura base.
En caso de aumento de la humedad ambiente se suspenderá el proceso
inmediatamente.
Normalmente los límites para los parámetros baja temperatura y alta humedad
son iguales a los indicados por el fabricante de la pintura.
24
Dado que el proceso de oxidación de la superficie arenada es relativamente rápido
se deberá controlar siempre la humedad ambiente y aplicar la capa de pintura de
protección en un plazo no mayor de 4 a 6 horas posteriores al arenado.
Por las altas temperaturas reinantes con baja humedad relativa, si no se dispone
de un área cerrada bien confinada para realizar el trabajo, los meses de verano son los
más indicados. Hay que mantener siempre presente que el proceso de arenado definirá
la durabilidad y mantenimiento posterior en casi todo el resto de la vida útil de la
estructura metálica o de hormigón.
Las herramientas que son necesarias para cumplir con eficiencia de la aplicación
del arenado son las siguientes:
Una tolva o columna para la arena, donde por gravedad y arrastre de aspiración
por efecto Venturi, la arena se desplaza hasta la tobera.
Varios tamaños o picos de toberas para proyectar la arena: más concentrada,
para cono de barrido más abierto, más plano tipo espátula para resistir la abrasión que
el paso de la arena le produce, las toberas son de material cerámico o de aleaciones de
muy alta resistencia.
Mangueras para alta presión de adecuada longitud para facilitar la tarea desde
la posición más alejada del motocompresor, que requiere de aire limpio y desde la tolva.
Casco de protección presurizados con suministro de aire filtrado y presión
siempre positiva en su interior para evitar la inhalación por parte del operador del polvo
de arena que puede dañar los pulmones. De apariencia muy similar al casco de los
apicultores con visor frontal muy amplio de policarbonato traslúcido.
Compresor de aire de gran capacidad o volumen de reposición y alta presión
(8-10 Kgs/cm2). Normalmente se utilizan motocompresores que utilizan combustible
diesel, LPG o nafta.
Pantallas y carpas de protección para sectorizar la zona de trabajo y evitar la
disipación en el área del polvo de arena residual. Como el polvo de silicio es conductor
eléctrico y gran abrasivo; si no se protegen o sacan del lugar las máquinas existentes
en el entorno es posible que se dañen los motores, contactores y otros elementos de
accionamiento hidráulico.
Buena iluminación del sitio.
25
Ropa de trabajo con protección adecuada. La arena proyectada a presión
puede provocar heridas en la piel fácilmente.
Normalmente la tarea debe realizarse con tres operarios: Uno arenando, otro
sirviendo la arena a la tolva y un tercero para alternar su turno en el arenado y atención
del compresor.
Sectores de Aplicación:
El mantenimiento por Sandblasting tiene aplicación en los siguientes sectores:
Interior y exterior de tanques de almacenamiento de petróleo y sus derivados,
productos químicos, alimentos, agua.
Estaciones de flujo, taladros, muelles y otras facilidades petroleras.
Sector naval, Embarcaciones Navieras (Lanchas, Remolcadores, Barcazas,
otros)
Industria de alimentos
Sector químico.
Industria metalmecánica
Sector eléctrico
Control de Calidad:
La empresa ASTILLEROS MARINA DEL ZULIA en su responsabilidad en
garantizar la calidad del servicio al cliente, para la aplicación del Sandblasting y
garantizar la calidad del servicio aplica los mecanismos para el Control de Calidad de
conformidad con las Normas Nacionales e Internacionales.
Normas Aplicables:
Toma de muestras: ISO-1512.
Preparación de Superficies: ISO-8501-01.
Espesor de película seca: ISO-2178.
Adherencia: Por corte: ISO-4624. Por tracción: ISO-4624.
Color: RAL -840 GL. - RAL-K5.
26
Corrosión en superficies: SIS-185111.
Escala Europea de Grados de Herrumbre.
Puntos de Control:
Para lograr que el Sandblasting sea de alta eficiencia en la limpieza de superficies
es importante considerar las siguientes medidas de control:
Con respecto a la Limpieza Superficial:
Inspección previa de la superficie.
Comprobación de equipos y medios de limpieza.
Valoración de las condiciones ambientales.
Determinación del grado de limpieza alcanzado, según ISO 8501.
Con respecto a los Trabajos de Pintado:
Comprobación de la identificación de las pinturas.
Comprobación de los Certificados de los productos emitidos por el fabricante de
los mismos.
Determinación del espesor húmedo alcanzado.
Comprobación del grado de adherencia.
Determinación de los espesores secos alcanzados por capas y total.
Preparación de las pinturas.
Tiempos de secado.
Condiciones ambientales.
Comprobación Visual de la Pintura Aplicada:
Comprobación de las pinturas.
Ausencia de picaduras.
Ausencia de ampollas y burbujas.
Uniformidad de color y brillo.
Ausencia de cuarteamientos o grietas.
27
Instrumentos de Control y Verificación:
Termómetro seco y húmedo.
Termómetro de contacto.
Higrómetro.
Medidor de rugosidad y tablas.
Medidor de película seca y húmeda.
Detector de poros.
Instrumentos para medir adherencia.
Lupas de 15 aumentos
2.2.1.2. Arenas
La arena o árido fino es el material que resulta de la desintegración natural de las
rocas o se obtiene de la trituración de las mismas, y cuyo tamaño es inferior a los 5 mm.
Para su uso se clasifican las arenas por su tamaño. A tal fin se les hace pasar por
unos tamices que van reteniendo los granos más gruesos y dejan pasar los más finos,
así se tiene:
Arena fina: es la que sus granos pasan por un tamiz de mallas de 1 mm de
diámetro y son retenidos por otro de 0.25 mm.
Arena media: es aquella cuyos granos pasan por un tamiz de 2.5 mm de
diámetro y son retenidos por otro de 1 mm.
Arena gruesa: es la que sus granos pasan por un tamiz de 5 mm de diámetro y
son retenidos por otro de 2.5mm.
2.2.1.3. Partículas
Una partícula puede ser definida como una porción de materia sólida, líquida o
gaseosa más grande que una pequeña molécula individual (mayor que 1 manómetro en
diámetro). Residuos líquidos, sólidos o gaseosos contienen muchas partículas
que varían considerablemente en tamaño. Para muchas situaciones es importante el
28
encontrar una forma de expresar el tamaño de las partículas, su forma y la distribución
de su tamaño. Para evaluar el comportamiento de las es necesario conocer su fuente
de origen y su clasificación en primarias y secundarias
a) Partículas Primarias y Secundarias
Fuentes: Las partículas se forman de dos maneras: 1) subdivisiones o roturas de
fragmentos mayores de materia y 2) aglomeración o reunión de fragmentos pequeños
incluyendo moléculas.
Las fuentes de partículas pueden clasificarse en fuentes primarias y fuentes
secundarias.
Partículas Primarias: son aquellas emitidas directamente por las fuentes bajo
forma de partícula, tales como el polvo en suspensión causado por el viento o por las
partículas de humo emitidas por una chimenea. En las actividades de Sandblasting por
la aplicación del chorro de arena.
Partículas Secundarias: consisten en partículas producidas en la misma atmósfera
a causa, por ejemplo, de reacciones químicas gaseosas que producen especies
capaces de condensarse bajo forma de partículas. Una distinción de las partículas
consiste en que las primarias son de todos los tamaños, en cambio las secundarias son
principalmente partículas muy pequeñas.
Propiedades:
El diámetro es una propiedad obvia de una partícula esférica, pero no es tanobvia
para una partícula cúbica o semejante a una barra. Algunas partículas relacionadas con
la contaminación del aire se desvían de manera radical de la forma esférica, en éste
caso el diámetro de la partícula se entiende como el “diámetro de una esfera de
volumen igual”; es decir,
Diámetro = Volumen/1/3
Con frecuencia los diámetros de las partículas se dan en micras (micra=10-6 m),
cuyo símbolo es µ.
Por ejemplo, la grava tiene tamaños de 2000 µ y la arena tiene diámetros desde
alrededor de 20 µ hasta 2000 µ.
29
En general, las partículas que causan problemas significativos de contaminación
del aire varían en tamaños de 0,01 a 10 µ, mucho menores que la arena más fina. La
mayor parte de las partículas finas (0,1 a 10 µ) se obtienen por procesos de
combustión, evaporación o condensación.
Un ejemplo, es la formación del humo del tabaco que consta de gotitas de
hidrocarburos condensados (aceites, alquitranes) en el rango de tamaño de 0,01 a 1 µ.
Si la humedad relativa de la atmósfera es alta, es común que partículas con
aspecto de roca tengan una película de agua condensada sobre sus superficies que las
hace comportarse como líquidos.
La masa de las partículas pequeñas es proporcional al diámetro elevado al cubo,
D3, por lo que se debe realizar una gran disminución en la masa para lograr una
disminución moderada en el diámetro.
En el caso de una solución acuosa, el agua debe ser muy pura (sólo 2 ppm de
sólidos disueltos) para obtener la reducción deseada de tamaño en la evaporación.
Se pueden formar partículas finas no sólo por evaporación, sino también por
combustión. La mayor parte de los combustibles contienen algunos materiales
incombustibles, los cuales permanecen después de que aquellos se han quemado,
llamados ceniza. La ceniza que queda de la combustión de madera, carbón mineral o
carbón vegetal contiene en su mayor parte los óxidos de silicio, calcio y aluminio, con
rastros de otros materiales. Si el combustible se muele finamente (o se produce como
un vacío de gotas finas) y, a continuación, se quema, las partículas no quemadas que
quedan pueden ser bastante pequeñas.
Otra propiedad de las partículas finas, que es diferente de la experiencia que se
tiene con partículas tan grandes como los granos de arena, es que, cuando se llevan
dos partículas finas a que entren en contacto físico directo, en general se pegarán entre
sí por la acción de fuerzas de enlace, electrostáticas y de Van der Waals. En general,
las fuerzas electrostáticas y de Van der Waals son proporcionales al área superficial de
la partícula.
La mayor parte de las partículas que se usan, como en el caso de la arena
para Sandblasting, son bastante grandes como para que la gravedad o la inercia
venzan las fuerzas electrostáticas o de Van der Waals, y se sabe que, a menos que
30
estén húmedos, los granos de arena no se pegarán entre sí. Pero las fuerzas de
gravedad y de inercia son proporcionales a la masa de la partícula, la cual es
proporcional a D3, en tanto que el área superficial (y por consiguiente, las fuerzas
electrostáticas y de Van der Waals) son proporcionales a D2. Por tanto, al disminuir el
tamaño de la partícula, D3 decrece mucho más rápido que D2, de modo que la relación
de las fuerzas electrostáticas y de Van der Waals a las de gravedad y de inercia se
hace más grande.
Como resultado, si se tuviera u puñado de partículas de 1 µ, que se hubieran
llevado a un íntimo contacto, y se lanzaran al aire, no se fragmentaría en partículas
separadas de 1 µ, sino más bien se rompería en aglomerados con el tamaño de la
arena común.
Por esta razón, la estrategia básica de control para los contaminantes en
partículas es aglomerarlos para formar partículas más grandes que puedan capturarse
con facilidad. Esto se puede lograr al forzar que las partículas separadas entren en
contacto entre sí (como en las cámaras de sedimentación, ciclones, precipitadores
electrostáticos o filtros), o bien, poniéndolas en contacto con gotas de agua. También se
tiene aglomeración espontánea en la atmósfera.
Con base en la teoría de la dispersión de la luz, las partículas que son más
eficientes (por unidad de masa o unidad de volumen) en esa dispersión son aquellas
que tienen diámetros cercanos a la longitud de onda de la luz. Con base en la línea de
“Ondas electromagnéticas”, las longitudes de onda de la luz visible son de más o menos
0,4 a 0,8 µ. Las partículas en este rango de tamaños son las dispersoras más eficientes
de la luz. Los días brumosos y de smog visible que se tienen en las ciudades son
causados en gran parte por las partículas secundarias que tienden a formarse en este
rango de tamaños.
La Figura 2 muestra un diagrama esquemático, en escala logarítmica, que cubre el
rango de partículas de interés en ingeniería ambiental que se mueven en fluidos agua y
aire.
31
Figura 2: Distribución de Partículas en Sistemas Ambientales.
Muy rara vez las partículas en una mezcla o suspensión son de tamaño uniforme
o de forma esférica. En general es muy difícil el clasificar partículas debido a la
diversidad de sus formas.
Existen diversos criterios que son utilizados para clasificar la forma de las
partículas; una de las más utilizadas es el asociar a la partícula un coeficiente de
esfericidad, Ψ, el cual es un parámetro que puede usarse para caracterizar la geometría
de las partículas que permite determinar que tanto las partículas se acercan a la forma
ideal de esferas perfectas o sea que mide su similitud con una esfera o círculo. Si el
valor de este coeficiente es cercano a 1.0 estamos en presencia de una partícula
redondeada, pero a medida que se aleja de la unidad su forma se hace más irregular.
32
2.2.2. Contaminación Atmosférica Producida por la Actividad de Sandblasting
La arena que es aplicada a chorro a presión sobre la superficie produce
contaminación del aire en cantidades bastante grandes como para producir efectos
dañinos en el ambiente y los materiales. (Figura 3)
Figura 3: Contaminación por la aplicación de Sandblasting.
Por las características sedimentables de la arena la contaminación que
ocasiona solo alcanza el sitio donde se localiza la actividad, lo que permite evaluar
la factibilidad de determinar un dispositivo para colectar las partículas y controlar su
dispersión a la atmosfera; por eso se analiza en función a las propiedades de las
partículas la velocidad terminal o velocidad de sedimentación.
En muchas etapas de los procesos de ingeniería, especialmente en separaciones
mecánicas, intervienen el movimiento de partículas sólidas o gotas líquidas a través de
un fluido. El fluido puede ser un gas o un líquido y puede estar en movimiento o en
reposo. Son ejemplo de esto, la eliminación de polvos y humos del aire o gases de
combustión, la eliminación de sólidos contenidos en líquidos residuales para poder
verterlos en los desagües y la recuperación de nieblas ácidas a partir de los gases
residuales procedentes de las plantas industriales.
33
El aire es una mezcla gaseosa de oxígeno, nitrógeno, argón, ácido carbónico y
vapor de agua que forma la atmósfera terrestre. La contaminación del aire es la
presencia de material indeseable en ese aire, en cantidades bastante grandes como
para producir efectos nocivos. Los materiales contaminantes pueden dañar la salud
humana, la vegetación o el medio ambiente global, así como dañar la estética del
ambiente en la forma de aire de color café o brumoso, o bien, olores desagradables.
Las fuentes principales de estos contaminantes son actividades humanas que se
encuentran asociadas con nuestro estándar de vida y de procesos industriales que
generan emisiones de gases o partículas. Para el desarrollo de las actividades
industriales y controlar la contaminación del aire se plantean las mejoras tecnológicas
en los procesos y la instalación de equipos o mecanismos de captadores de los
contaminantes.
Para evaluar la problemática ocasionada por la actividad de Sandblasting es
importante hacer mención a los siguientes conceptos:
Atmósfera: es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra
Contaminación atmosférica: es la presencia en la atmósfera de uno o más
contaminantes del aire.
Contaminante del aire: cualquier sustancia presente en el aire que, por su
naturaleza, es capaz de modificar los constituyentes naturales de la atmósfera,
pudiendo alterar sus propiedades físicas o químicas, y cuya concentración y período
de permanencia en la misma pueda originar efectos nocivos sobre la salud de las
personas y el ambiente en general.
Fuente fija de contaminación atmosférica: edificación o instalación existente en
un sitio dado, temporal o permanentemente, donde se realizan operaciones que dan
origen a la emisión de contaminantes del aire.
Límite de calidad del aire: concentración máxima de un contaminante en el aire
ambiental, aceptable para proteger la salud y el ambiente.
El aire es una mezcla gaseosa de oxígeno, nitrógeno, argón, ácido carbónico y
vapor de agua que forma la atmósfera terrestre, su composición se presenta en la
tabla 5.
34
Tabla 5
Composición del aire, seco y limpio, al nivel del mar
Fórmula % en volumen ppm
N2 78.09 780 900
O2 20.94 209 400
Ar 0.93 9 300
CO2 0.0318 318
Ne 0.0018 18
He 0.00052 5.2
CH4 0.00015 1.5
Kr 0.0001 1
H2 0.00005 0.5
N2O 0.000025 0.25
CO 0.00001 0.1
Xe 0.000008 0.08
O3 0.000002 0.02
NH3 0.000001 0.01
NO2 0.0000001 0.001
SO2 0.00000002 0.0002
Fuente: [PDF] TEMA 17. ANÁLISIS DE AIRE, TABLA 17.1 Composición del aire (seco y limpio) al nivel del mar. Fórmula. % en volumen ...www.montes.upm.es/Dptos/ DptoIngForestal/.../TEMA17.pdf.
Las concentraciones están dadas en partes por millón = ppm
ppm = número de moléculas del gas en un millón de moléculas de aire
El Decreto 638 de fecha 26-04-1995 publicado en la Gaceta Oficial de la
República Bolivariana de Venezuela, Nº 4.899 de fecha 19-05-1995, referido a las
Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica establece en
su artículo 3, los límites permisibles de concentración de contaminantes en el aire, los
35
cuales se presentan en la tabla .6 y en la tabla 7 se presenta el Artículo 5, el cual
establece la clasificación de zonas de calidad de aire de acuerdo con los rangos de
concentraciones de partículas totales suspendidas (PTS), calculadas en base a
promedios anuales.
Tabla 6
Límites de calidad del aire para contaminantes de la atmósfera
Contaminante Límite (ug/m3)
Porcentaje excedencia en
lapso de muestreo
Período de medición (horas)
1. Dióxido de azufre
80 50% 24
200 5% 24
250 2% 24
365 0.5% 24
2. Partículas totales suspendidas
75 50% 24
150 5% 24
200 2% 24
260 0.5% 24
3. Monóxido de carbono 10.000 50% 8
40.000 0.5% 8
4. Dióxido de nitrógeno 100 50% 24
300 5% 24
5. Oxidantes totales expresados como ozono
240 0.02% 1
6. Sulfuro de hidrógeno 20 0.5% 24
7. Plomo en partículas suspendidas
1,5 50% 24
2 5% 24
8. Fluoruro de hidrógeno 10 2% 24
20 0.5% 24
9. Fluoruros 10 2% 24
20 0.5% 24
10. Cloruro de hidrógeno 200 2% 24
11. Cloruros 200 2% 24
Fuente: Decreto 638 de fecha 26-04-1995 publicado en la Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela, Nº 4.899 de fecha 19-05-1995, referido a las Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica. Artículo 3.
ug/m3: microgramos por metro cúbico de aire.
36
Tabla 7
Clasificación de zonas de acuerdo a los rangos de concentraciones de partículas totales
suspendidas (PTS)
Partículas ug /m3 Zona
< 75 Aire limpio
75 - 200 Aire moderadamente contaminado
201 - 300 Aire altamente contaminado
> 300 Aire muy contaminado
Fuente: Decreto 638 de fecha 26-04-1995 publicado en la Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela, Nº 4.899 de fecha 19-05-1995, referido a las Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica. Artículo 5. Las zonas con niveles superiores a 300 µg/m3 serán objeto de la implantación de
medidas extraordinarias de mitigación.
2.2.3. Mecánica del Movimiento de Partículas
Para que una partícula se mueva a través de un fluido, se requiere la existencia de
una diferencia de densidad entre la partícula y el fluido. Por otra parte se necesita una
fuerza externa que comunique a la partícula un movimiento relativo respecto del fluido.
La fuerza externa generalmente es la gravedad, pero cuando la gravedad no es lo
suficientemente intensa, se emplea la fuerza centrífuga, que puede llegar a ser varias
veces superior a la de gravedad. Si las densidades de la partícula y el fluido son
iguales, la fuerza de flotación debida a la inmersión de la partícula en el fluido
contrarrestará a cualquier fuerza externa por grande que sea, y la partícula no se podrá
mover en el seno del fluido. Cuando mayor sea la diferencia de densidad, tanto más
eficaz será el proceso.
Sobre una partícula que se mueve a través de un fluido actúan tres fuerzas:
1. Una fuerza externa, de gravedad o centrífuga
2. La fuerza de empuje, que actúa paralela a la fuerza externa pero en dirección
opuesta.
3. La fuerza de retardo, que aparece siempre que existe movimiento relativo entre
la partícula y el fluido.
37
La fuerza de retardo, actúa oponiéndose al movimiento, paralela a la dirección del
mismo, pero en dirección opuesta.
En un caso general, la dirección del movimiento de la partícula respecto del fluido
puede no ser paralela a la dirección de las fuerzas externa y de empuje, formando
entonces la fuerza de retardo un ángulo con las otras dos. En este caso, donde el
movimiento es bidimensional, el retardo hay que expresarlo en función de sus
componentes, lo cual complica el estudio de la mecánica de partículas. En este informe
se estudiará el movimiento unidimensional, en el que todas las fuerzas que actúan
sobre una partícula esférica son colineales. Asimismo se analiza la naturaleza de las
partículas atmosféricas y la clasificación sobre partículas primarias y secundarias.
2.2.4. Velocidad de Sedimentación y Fuerzas de Retardo
La Sedimentación Gravitacional Terminal para esferas con gravedad específica de
2, la cual es la de arena para el Sandblasting, se entiende como la velocidad con la
cual una partícula se sedimenta a través de la atmósfera o a través del agua. Para un
grano de arena gruesa, con un diámetro de 1000 µ en el aire la velocidad de
sedimentación es de 6 m/s. Ésta es mucho mayor que las velocidades verticales
comunes de la atmósfera, de modo que es raro que el viento sople esas partículas
hacia arriba una vez que se encuentran en el aire. Por esta razón, aun cuando una
industria emite hacia el aire grandes cantidades de partículas de tamaño de arena, no
contribuye en mucho a la contaminación del aire, porque casi todas las partículas llegan
hasta el piso cercano al área de la actividad. (Noel de Nevers, cap 8). Tal es el caso de
la aplicación del Sandblasting.
La Velocidad Terminal de Sedimentación de una Partícula con un diámetro de 1
µ es de 6*10-5 m/s. Los movimientos verticales del aire en el exterior normalmente son
mayores que este valor, de modo que las partículas de este tamaño no sedimentan
con rapidez en la atmósfera, como lo haría la arena gruesa, sino en lugar de ello se
mueven con el gas y permanecen en suspensión durante largos períodos.
De este modo, se establece una distinción entre el polvo, que se asienta con
rapidez en la atmósfera debido a su alta velocidad gravitacional de sedimentación, y las
partículas suspendibles, que se sedimentan con tanta lentitud que puede considerarse
que permanecen en la atmósfera hasta que son eliminados por precipitación. No existe
38
una línea divisoria clara y simple entre las dos categorías, pero si se debe hacer una
distinción arbitraria de ese tipo, se haría en alguna parte cerca de una partícula de
diámetro de 10µ.
Las partículas bastante pequeñas como para permanecer suspendidas en la
atmósfera, o en otros gases, durante largos períodos se llaman aerosoles, lo que
indican que se comportan como si estuvieran disueltas en el gas.
En virtud de que la estrategia básica de la mayor parte de los dispositivos
colectores de partículas es llevar a cada una de ellas a que entren en contacto entre sí,
de modo que puedan aglutinarse y aumentar su tamaño, debe contarse con cierto
conocimiento de las fuerzas de retardo que el aire o gas que las rodea ejercen sobre
esas partículas cuando se intenta moverlas, con el fin de evaluar esos dispositivos.
2.2.5. Ecuaciones para el Movimiento Unidimensional de Partículas a Través de un Fluido.
Para determinar el movimiento unidimensional de las partículas a través de un
fluido se consideran los siguientes aspectos: sedimentación de partículas, el
movimiento debido al campo gravitatorio, la velocidad terminal de las partículas según
su esfericidad, la Ley de Stokes y el Número de Reynolds; los cuales se describen a
continuación:
2.2.5.1. Sedimentación de Partículas
Los principios involucrados en la sedimentación de partículas en un fluido pueden
ser usados para la remoción de sólidos suspendidos en un río o lago, el diseño de
sedimentadores y la sedimentación de material particulado desde el aire.
Consideremos una partícula de arena sedimentando a una velocidad u en un
fluido quieto. Una partícula cayendo debido a la acción de la gravedad experimentará
una aceleración inicial hasta que la fuerza de fricción debida al fluido equilibrará este
efecto y la partícula alcanzará un régimen de caída con una velocidad constante
conocida como la velocidad terminal de sedimentación, Vt. Esta velocidad puede ser
calculada mediante un balance de masas practicado sobre una partícula individual
FR = F E - F B - FD
39
Donde FR es la fuerza resultante, FE son las fuerza externas sobre la partícula (en
este caso sólo la gravitacional), FB es la fuerza de empuje debido al volumen de fluido
desplazado por la partícula y FD es la fuerza de fricción que se opone a la caída de la
partícula. Estas fuerzas se pueden expresar en forma gráfica como se observa en la
Figura 4:
Figura 4: Partícula Cayendo en un Medio.
Consideremos una partícula de masa m, moviéndose a través de un fluido por la
acción de una fuerza externa Fc. Sea V, la velocidad de la partícula con relación al
fluido, Fb la fuerza de empuje sobre la partícula y Fd la fuerza de retardo. La fuerza
resultante que actúa sobre la partícula es F = Fc - Fb - Fd, la aceleración de la partícula
es dv/dt y de acuerdo con la ley de Newton, estas fuerzas se pueden expresar como: F
= Fc - Fb - Fd,
F = (m/gc)*(dv/dt)
(m/gc)*(dv/dt) = Fc- Fb - Fd (1) - (2.2.5.1)
La fuerza externa puede ser expresada como el producto de la masa por la
aceleración de la partícula:
Fc = (m*a)/gc (2) - (2.2.5.1)
La fuerza de empuje, por el principio de Arquímedes, es igual al producto de la
masa del fluido que desplaza la partícula, por la aceleración producida por la fuerza
40
externa. El volumen de la partícula y por consiguiente el de fluido desplazado, es igual a
m/ρP, siendo ρP la densidad de la partícula. La masa de fluido desplazado es igual a
(m/ρP)*ρf, siendo ρf la densidad del fluido. La fuerza de empuje es por lo tanto:
Fb = (m*a)/( ρP *gc ) (3) - (2.2.5.1)
La fuerza de retardo es:
Fd = (Cd*Vo2 * ρf *Ap)/(2gc ) (4) - (2.2.5.1)
Siendo Cd un coeficiente adimensional de retardo y Ap es el área proyectada por
la partícula sobre un plano perpendicular a la dirección del movimiento de la misma. Por
otra parte la velocidad de aproximación del fluido Vo es igual a la velocidad de la
partícula V.
Sustituyendo las fuerzas de la ecuación (3) - (2.2.51) y (4) - (2.2.5.1) en la
ecuación (1) - (2.2.5.1) se tiene:
dv/dt = a*(1 - ρf / ρP ) - (Cd *V2 * ρf * Ap ) / (2*m) (5) - (2.2.5.1)
2.2.5.2. Movimiento debido al Campo Gravitatorio
Si la fuerza externa es la gravedad, a (aceleración) es igual g, aceleración de la
gravedad y la ecuación (5) - (2.2.5.1) se transforma en:
dv/dt = g*(1 - ρf / ρP ) - (Cd *v2 * ρf * Ap ) / (2*m) (6) - (2.2.5.2)
En la sedimentación por gravedad, g es constante. Por otra parte el retardo o
frotamiento aumenta siempre con la velocidad. La ecuación (6) - (2.2.5.2) indica que la
aceleración disminuye con el tiempo y tiende a cero. La partícula alcanza rápidamente,
por lo tanto, una velocidad constante, que es la máxima alcanzable en otras
condiciones y se denomina velocidad límite. Para la sedimentación por gravedad, se
halla la ecuación de la velocidad límite Vt haciendo dv/dt = 0, de la ecuación (6) -
(2.2.5.2) se tiene:
Vt = (2*g*( ρP - ρf )*m ) / (Ap* ρP *Cd* ρf ) (7) - (2.2.5.2)
41
Con este análisis se puede observar que las partículas de arena tiene un
comportamiento gravitacional por tanto al aplicar estas ecuaciones a las condiciones de
operación de la actividad de Sandblasting se determina que las partículas sedimentaran
en el área donde se realiza, por lo que es factible colocar un dispositivo formado por
una malla para retener y colectar la arena usada, y evitar su emisión a la atmosfera y
por lo tanto se constituye en un mecanismo de control de contaminación atmosférica.
2.2.5.3. Velocidad Terminal para Partículas de Cualquier Esfericidad
La velocidad terminal es un parámetro de interés en el diseño de equipos de
separación de partículas presentes en mezclas de fluido – particulado.
La relación de la longitud (L) y la altura (H) de un sedimentador puede expresarse
como el cociente de velocidad de entrada del fluido (U∞) y la velocidad terminal (Vt),
así: 1/H = U∞ / Vt.
De igual modo, la longitud teórica de recorrido de particulado descargado desde
un altura (H) y con la velocidad de los vientos (U∞) puede calcularse así: X = (H/ Vt)
(U∞). La caída de una partícula de diámetro (Dp) y densidad (ρP) en un campo
gravitacional (g) a través de un fluido de densidad (ρf) y la viscosidad μ, se genera el
siguiente balance de fuerzas:
dy/dt = - 3CD y2 ρf / 4ρP Dp + ( 1 - ρf/ ρs) (1) – (2.2.5.3)
En su trayectoria, la partícula incrementa su velocidad hasta alcanzar un valor
terminal constante, llamado velocidad termina.
Para t > 0, dy/dt = 0, y = Vt`, resulta de la Ec. (1) – (2.2.5.3)
CD = 4gDp(ρs - ρf)) (2) – (2.2.5.3) 3 ρf Vt2
En general, CD es el coeficiente de arrastre en función del Número de Reynolds y
de la esfericidad, se expresa en la siguiente ecuación:
Ret = Vt ρfDp / μ, Ψ = 4.836Vp2/3 /Ap (3) – (2.2.5.3)
42
El factor de esfericidad Ψ toma el valor de 1 para partículas esféricas, 0 < Ψ < 1
para cualquier otra geometría, Vp es el volumen de la partícula y Ap el área de la
partícula. Las arenas utilizadas en la actividad de Sandblasting se consideran de forma
esférica por tanto el factor de esfericidad Ψ es de valor 1.
2.2.5.4. Ley de Stokes
La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos
esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso bajo la influencia de la gravedad
en condiciones de régimen de flujo laminar dadas por números de Reynolds.
A partir de la Ley de Newton para partículas, se obtiene:
ma = ρp(π/6)D3 g - ρf(π/6) D3 g - Fd (1) – (2.2.5.4)
Donde más representa la aceleración de caída de la partícula. Los términos de
derecha representan, respectivamente, las fuerzas de la gravedad, empuje y retardo
que actúan sobre la partícula. Estas fuerzas de retardo o de resistencia del aire, crecen
al aumentar la velocidad y son cero para la velocidad cero. Si la partícula parte del
reposo, su velocidad inicial es cero de modo que, inicialmente, la fuerza de retardo en
esta ecuación es cero. La partícula se acelera con rapidez; conforme se acelera, la
fuerza de retardo crece al aumentar la velocidad, hasta que se hace igual a la fuerza de
gravedad menos la fuerza de empuje. En esta velocidad final de sedimentación, la
suma de las fuerzas que actúan es cero, de manera que la partícula continúa su
movimiento a velocidad constante. Para hallar esa velocidad la ecuación (1) – (2.2.5.4)
se iguala a cero y se encuentra:
Fd = (π/6)D3 g (ρp – ρf) (2) – (2.2.5.4)
Para hallar la velocidad se necesita la relación entre Fd y esa Velocidad, se tiene:
Fd = 3π µ DV (3) – (2.2.5.4)
Donde µ es la viscosidad del fluido; se sustituye la ecuación (3) – (2.2.5.4) en la
ecuación (2) – (2.2.5.4) y se despeja V se tiene
V = gD2 (ρp – ρf/ 18 µ) (4) – (2.2.5.4)
43
Esta ecuación representa la Ley de Stokes
Identificación de las Variables:
V: es la velocidad de caída de las partículas (velocidad límite)
g: es la aceleración de la gravedad,
ρp: es la densidad de las partículas y
ρf: es la densidad del fluido.
2.2.5.5. Número de Reynolds
El Número de Reynolds es un número adimensional utilizado en mecánica de
fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento
de un fluido. Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En
este caso es la relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las
ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.
El Número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos
casos. Así por se tienen los siguientes rangos:
Para valores de Re ≤ 2000 el flujo se mantiene estacionario y se comporta como si
estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan solo en base a esfuerzos
tangenciales, por eso a este flujo se le llama flujo laminar.
Para valores de 2000 ≤ Re ≤ 4000 la línea del colorante pierde estabilidad
formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo
delgada. Este régimen se denomina de transición.
Para valores de Re ≥ 4000, después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones
variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado
turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y
tridimensional.
Este número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien
lo describió en 1883. Viene dado por siguiente fórmula:
Re = ρVsD , Re = VsD ν = μ
μ ν ρ
44
Donde:
ρ: densidad del fluido
vs: velocidad característica del fluido
D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido
μ: viscosidad dinámica del fluido
ν: viscosidad cinemática del fluido.
Para partículas con valores del factor de esfericidad 0 < Ψ < 1 el rango del
Número de Reynolds se encuentra entre 0.1 y 10.000.
2.2.5.6. Partículas demasiado grandes para la Ley de Stokes.
Conforme se consideran partículas cada vez más grandes, llega un momento en el
que el movimiento del fluido en torno a la esfera ya no se ajusta a la aproximación de
que los términos que contienen las velocidades elevadas al cuadrado sean
despreciables. Por consiguiente, la ecuación de retardo de Stokes, que se basa en esa
hipótesis se vuelve inexacta. Con tamaños de partículas todavía más grandes, el
movimiento del fluido en torno a la esfera se vuelve turbulento y, entonces, las hipótesis
principales de la Ley de Stokes ya no son aplicables.
Aún cuando se han realizado diversos esfuerzos para deducir una fórmula
equivalente a la ecuación Fd = 3***vt *Dp / gc. Siendo este el intervalo de la Ley de
Stokes, para partículas más grandes, ninguna fórmula teórica representa los datos
experimentales sobre más de un modesto rango de valores. Sin embargo, los datos
experimentales se pueden correlacionar con facilidad por medio de una relación no
adimensional. Se define un parámetro llamado el coeficiente de retardo Cd, por la
ecuación:
Cd = Fd / [ (/4)*Dp2 *f *(v
2/2) ] 1- (2.2.5.6)
El número de Reynolds es una relación adimensional de las fuerzas inerciales que
actúan sobre una masa de fluido a las fuerzas viscosas que actúan sobre la misma
masa de fluido, en el mismo flujo. Se tienen bases teóricas para creer que, para esferas
lisas en un flujo uniforme y subsónico, en fluidos newtonianos de densidad constante, el
45
coeficiente de retardo debe depender sólo del número de Reynolds, es decir, en una
gráfica de Cd versus Re, todos los datos para los tamaños de esferas y todos los fluidos
newtonianos de densidad constante deben quedar sobre una sola curva.
El término de retardo de Stokes, Fd = 3***vt *Dp / gc se puede sustituir en la
ecuación 1-(2.2.5.6) y volver a escribir el resultado como:
Cd = 24/ Re 2- (2.2.5.6)
En forma experimental, se ha encontrado que la ley de Stokes representa
satisfactoriamente el comportamiento observado de las partículas, para números de
Reynolds menores que alrededor de 0,3. Para valores más grandes del número de
Reynolds, el valor experimental de Cd es mayor que el de la ecuación 2-(2.2.5.6),
predicho por la Ley de Stokes.
Para valores 0,3 Re 1000, los datos experimentales del coeficiente de retardo
se pueden representar con exactitud satisfactoria por la siguiente ecuación empírica:
Cd = (24/Re)*(1 + 0,14*Re0,7) 3- (2.2.5.6)
2.2.5.7. Partículas demasiado pequeñas para la Ley de Stokes
Cuando la partícula se vuelve muy pequeña, otra de las hipótesis que conducen a
la Ley de Stokes ya no es exacta. En la Ley de Stokes, se supone que el fluido en el
que se está moviendo la partícula es un medio continuo. Los gases, líquidos y sólidos
reales en realidad no son continuos, sino que están formados por átomos y moléculas.
Mientras que la partícula que se está considerando es mucho más grande que los
espacios entre las diversas moléculas o átomos del gas, el fluido interactúa con esa
partícula como si fuera un medio continuo. Cuando una partícula se vuelve tan pequeña
como la distancia entre las moléculas, o menor que esta distancia, entonces cambia su
interacción con éstas. Cuando una partícula tiene un número grande de colisiones
moleculares por unidad de tiempo, la mayor parte de las moléculas rebotan esa
partícula con un ángulo de reflexión igual al de incidencia.
Si el número de colisiones es pequeño, entonces alguna fracción significativa de
las moléculas del gas que chocan entre sí, son adsorbidas sobre la superficie de la
partícula y permanecen el tiempo suficiente como para desviar la dirección de la que
46
venían. En este caso, su dirección de salida es difusa, lo que significa aleatoria, sujeta a
algunas reglas estadísticas.
El efecto del cambio de la reflexión especular a la difusa, es disminuir la fuerza
de retardo, lo que hace que la partícula se mueva más rápido. El factor de corrección
que se usa más en la relación con este cambio tiene la forma:
Fd = Fd / [1 + A*(/Dp)] 1- (2.2.5.7)
A = una constante determinada experimentalmente.
= camino libre medio (la distancia promedio recorrida de una molécula de gas
entre colisiones sucesivas).
Fd = fuerza de retardo calculada según la Ley de Stokes.
El término [1 + A*(/Dp)] se llama factor de corrección de Cunningham.
Sólo es aplicable para valores de /Dp con orden de magnitud igual a uno. Para
valores mayores de /Dp, se usan fórmulas más complejas. Aún cuando las fórmulas
para el cálculo preciso de se conocen razonablemente bien, la A de la ecuación 1-
(2.2.5.7) no es una constante universal para todas las partículas, sino que varía de una
clase de partícula a otra.
La mayor parte de los investigadores utilizan el valor hallado por Millikan para
gotitas de aceite que sedimentan en el aire, A=1,728; éste no se dedujo teóricamente,
ni es de necesidad aplicable a otras clases de partículas o a otros gases, pero se usa
mucho porque no se cuenta con mejor información.
Al combinar la ecuación Fd = (/6)*Dp3 g*(p - f ), con la ecuación 1- (2.2.5.7) ,se
tiene:
V = Vt* [1 + A*(/Dp)] 2- (2.2.5.7)
Donde Vt es velocidad terminal de sedimentación calculada a partir de la Ley de
Stokes.
El cambio de aire medio depende de la temperatura, presión y la masa. Para
aire, a una atmósfera y a la temperatura ambiente, = 0,07 , de modo que el término
de corrección es:
47
1 + A*(/Dp) = 1 + 1,728*(0,07/ Dp ) 3- (2.2.5.7)
Se espera que partículas tan pequeñas tengan una fuerza de retardo menor y, por
lo tanto, sedimenten con mayor rapidez, así como deban moverse por una fuerza
centrífuga o electrostática, con mayor rapidez que aquélla con la cual la harían según la
Ley de Stokes.
2.2.6. Métodos de Tratamiento y/o Control de los Contaminantes Atmosféricos
Para controlar la contaminación atmosférica producida por la actividad de
Sandblasting se realiza una evaluación de los métodos de control para determinar un
dispositivo que se adapte a las condiciones de operación en el Varadero de la empresa
MARINA DEL ZULIA C.A.
En forma general, uno de los modos más habituales de reducir la emisión de
contaminantes a la atmósfera es la aplicación de diversas técnicas de tratamiento para
la reducción de partículas y gases. Las características de cada técnica dependerán del
tipo de contaminante, del caudal tratado y de las condiciones específicas de cada
situación.
El material particulado incluye pequeñas partículas líquidas y sólidas en forma de
humo, polvo, vapor o neblinas. Las técnicas de control para este tipo de material se
centran en capturar las partículas emitidas por la fuente contaminante.
Antes de escoger un dispositivo de control se deben considerar muchos factores.
Normalmente, todos los sistemas de captación deberían situarse cerca de los puntos de
emisión.
Las características de la corriente de partículas afectan la elección del dispositivo
de control. Estas características incluyen la variedad del tamaño de las partículas
en la corriente, el caudal de flujo, la temperatura, el contenido de humedad y las
propiedades químicas del flujo, como capacidad explosiva, acidez, alcalinidad e
inflamabilidad.
Los dispositivos de control más usados para controlar la emisión de partículas
son:
Sistemas de separación mecánica, por gravedad, dispersión, inercia, etc.
48
Sistemas de separación hidráulica, como lavadores o condensadores.
Filtros.
Separadores electrostáticos.
Sistemas de separación por ultrasonidos, como las sirenas rotativas o
estáticas.
En muchos casos, se usan varios de estos dispositivos en serie, para obtener la
eficiencia de eliminación deseada. Por ejemplo, se puede usar una cámara de
sedimentación para retirar partículas grandes antes de que el flujo contaminante ingrese
a un precipitador electrostático.
Debido a que los dispositivos para el control de partículas capturan los
contaminantes pero no los destruyen, es necesario disponer adecuadamente el material
recogido. Así, las partículas sólidas se reciclan cuando es posible o se utilizan como
material de relleno.
En el caso de la actividad de Sandblasting, por ser partículas que precipitan por
gravedad y realizarse la aplicación del chorro de arena al aire libre ninguno de
estos métodos es aplicable para el control de la emisión de partículas por lo
que esta propuesta consiste en determinar un mecanismo de control de
contaminación atmosférica por la actividad de Sandblasting utilizando el Modelo
Matemático de Caja Fija, basado en conceptos científicos que han considerado la
combinación de los criterios técnicos de los métodos de separación mecánica, gravedad
e inercia.
2.2.7. Elección de un Colector de Partículas
Al elegir un dispositivo para capturar partículas primarias, basados en criterios
técnicos se consideran los siguientes aspectos:
el tamaño de las partículas que se van a capturar
la eficiencia requerida de captura
el caudal o flujo del chorro de arena
el tiempo permitido entre cargas de aplicación del Sandblasting
49
2.2.8. Descripción de los Modelos para la Calidad del Aire
La modelización es una herramienta fundamental en los estudios ambientales. Los
modelos permiten determinar varias condiciones del comportamiento de los
contaminantes en la atmosfera tales como: dispersión de la contaminación atmosférica,
concentración de los contaminantes en el aire, reacciones secundarias, sedimentación y
otras.
Para definir el Modelo que más se adopte para su aplicación en el
dimensionamiento del dispositivo de control para Sandblasting se realiza una revisión
de los modelos de clasificación del aire, de acuerdo a los representados en la
Figura 5.
Figura 5: Clasificación de los modelos de la calidad del aire.
En general los modelos de calidad del aire pueden dividirse en dos
categorías:
Modelos Físicos
Modelos Matemáticos
50
2.2.8.1. Modelos Físicos
Tratan de simular los procesos atmosféricos que afectan a los contaminantes, por
medio de una representación a escala del problema generado por la contaminación
atmosférica. Los modelos físicos pueden ejemplificarse con los túneles de viento o bien
las cámaras de smog. Estas últimas han sido ampliamente utilizadas como medio para
aislar y estudiar los procesos químicos atmosféricos.
Una cámara de smog consta generalmente de un reactor de laboratorio en el que
se introducen diversos contaminantes primarios en concentraciones típicas de la
atmósfera; y donde se deja que las reacciones químicas se efectúen bajo condiciones
de temperatura, presión y radiación parecidas a las atmosféricas. Sin embargo, en las
cámaras de smog no se pueden incluir las emisiones, ni el transporte, dilución ó difusión
de los contaminantes en la atmósfera.
Es decir, un modelo físico no puede relacionar directamente las emisiones con la
calidad del aire, ni considerar simultáneamente una extensa gama de condiciones
meteorológicas y de fuentes de emisión existentes en la zona urbana.
2.2.8.2. Modelos Matemáticos
Los modelos matemáticos se clasifican a su vez en dos grupos:
a) Modelos Matemáticos Estadísticos
Están basados en el análisis estadístico de datos obtenidos por una red
de monitoreo atmosférico. Un ejemplo de un modelo estadístico esta dado
por el pronóstico de las concentraciones de un contaminante en las horas
siguientes; como una función estadística de las mediciones actuales y la
correlación entre estas mediciones y las tendencias de las concentraciones del
contaminante.
Los modelos estadísticos de regresión lineal múltiple han sido utilizados para
relacionar los parámetros meteorológicos y las concentraciones de ozono (O3), para
prever concentraciones futuras de este contaminante. Aquí la variable dependiente
puede ser la concentración máxima por día y las variables independientes consisten de
variables meteorológicas y químicas, y algunos otros parámetros que pueden afectar la
concentración de O3.
51
b) Modelos Matemáticos Determinísticos
Tienen la capacidad para simular procesos como el transporte, la difusión
atmosférica (advección y convección), las reacciones térmicas y fotoquímicas; así como
la sedimentación de diversas especies químicas o partículas. Los modelos
determinísticos simulan los procesos atmosféricos relacionados con la contaminación
del aire y están basados generalmente en las ecuaciones de conservación de masa de
cada contaminante. La formulación de un modelo determinísticos de calidad del aire
puede hacerse suponiendo un comportamiento estacionario de los contaminantes, o
bien un estado variable con el tiempo, siendo igualmente variable la resolución temporal
y la resolución espacial del modelo.
La concentración de las especies cambia en función del tiempo, ya sea por la
incorporación de nuevas especies, por el transporte de las mismas entre una celda y
otra, por la dilución o por las reacciones químicas. Los modelos determinísticos de
calidad del aire son importantes para fines prácticos, ya que estando calibrados
apropiadamente, proporcionan una perspectiva clara de la relación determinística
fuente-receptor. Es decir, un modelo determinístico puede proporcionar información
para relacionar las emisiones de las fuentes con el impacto de éstas sobre los
receptores, con lo cual apoya el planteamiento e implantación de estrategias de control
de emisiones.
Puede considerarse que los modelos determinísticos de calidad del aire son
herramientas útiles para:
El establecimiento de normatividad sobre control de emisiones.
La evaluación de estrategias y técnicas para el control de emisiones
La ubicación de futuras fuentes contaminantes, con el fin de minimizar el
impacto de las mismas sobre el ambiente.
Planificar el control de episodios de contaminación con el fin de atenuar la
frecuencia y el número de los mismos.
No obstante las bondades que poseen los modelos determinísticos de calidad
del aire, es importante mencionar que, si bien por sí solos éstos no son la solución de
los problemas de contaminación, sí proporcionan información útil para la implantación y
evaluación de estrategias de control y reducción de emisiones.
52
Además de lo anterior, los modelos determinísticos pueden aplicarse en diversos
aspectos relacionados con la contaminación del aire; entre ellos, para describir
procesos o fenómenos que se efectúan en la atmósfera. En particular, los modelos
matemáticos determinísticos tienen la capacidad de simular procesos como el
transporte y la difusión en la atmósfera, las reacciones térmicas y fotoquímicas; así
como la sedimentación de diversas especies o partículas.
Las dos aproximaciones básicas que emplean los modelos determinísticos para
describir la difusión turbulenta son:
1) La Aproximación Euleriana: Un modelo euleriano simula el movimiento de
entrada y salida del aire en una zona de estudio, mediante una interpolación hecha a
partir de datos de entrada, confinado dentro de los límites del espacio en sus
dimensiones de ancho (W), largo (L) y altura (H).
2) La Aproximación Lagrangiana: Un modelo Langrangiano simula el movimiento
de una parcela de aire y los cambios que ésta experimenta debido al movimiento.
La diferencia básica entre estas dos técnicas es que en el caso del primero, el
sistema de referencia está fijo con respecto a la Tierra, mientras que en el segundo, el
sistema de referencia es una parcela de aire, sigue el movimiento del viento dominante.
Cada una de las dos aproximaciones es una descripción válida de la difusión turbulenta,
y la aplicación de cada una de éstas depende de las características de la situación en
cuestión.
Los modelos matemáticos determinísticos incluyen a los modelos descritos a
continuación:
2.2.8.3. Modelos Fotoquímicos
Son utilizados para describir la relación que existe entre las emisiones de los
contaminantes y las concentraciones de contaminantes fotoquímicos producidos por
reacciones químicas en el aire, durante el transporte, la reacción, la difusión, la dilución,
la sedimentación y la acumulación de los contaminantes primarios.
Los modelos fotoquímicos describen el transporte atmosférico, la difusión y las
reacciones químicas de los contaminantes; operan con grupos de datos que
caracterizan las emisiones, la topografía y la meteorología de la región, produciendo
en sus salidas información que describe la calidad del aire de dicha zona.
53
Básicamente, los modelos fotoquímicos difieren primariamente en el número de
procesos atmosféricos considerados, en el nivel de complejidad en el tratamiento de
tales procesos y en los métodos numéricos usados para resolver los sistemas de
ecuaciones. A continuación se describen los tipos de modelos fotoquímicos más
comunes.
1) Modelos Meteorológicos: Los modelos meteorológicos son aquellos que
simulan fenómenos atmosféricos. Muchos tipos son empleados, pero podemos
distinguir entre dos de ellos: los modelos barotrópicos, que asumen que la temperatura
a lo largo de una superficie de presión es constante; y los baroclínicos, en los cuales
existen cambios de temperatura sobre una superficie isobárica. Los modelos
baroclínicos son, por ende, más complejos que los barotrópicos.
2) Modelos de Trayectoria: El modelo de trayectoria pretende describir, en un
sistema que se mueve sobre la superficie y siguiendo la dirección de los vientos
dominantes, procesos físicos que afectan las concentraciones de contaminantes.
Los modelos de trayectoria están basados en la ecuación de difusión atmosférica
para describir el transporte de contaminantes. En estos modelos se define una columna
de aire hipotética, limitada en la base por el piso y en su parte superior por la base de
una inversión térmica, o bien por otro límite establecido.
A partir de un punto inicial, la columna se desplaza bajo la influencia de los vientos
dominantes; pasando sobre las fuentes de emisión, con lo cual son incorporados los
contaminantes primarios a la columna, simulándose las reacciones químicas dentro de
ésta última, mediante un mecanismo de reacción. A su vez, la columna puede dividirse
verticalmente en varias capas de aire. Suponiéndose en este caso, que se presenta un
mezclado de las celdas inferiores hacia las celdas superiores y viceversa. En los
modelos de trayectoria de una sola capa, comúnmente se supone un mezclado
homogéneo e instantáneo.
Otra suposición que se hace en estos modelos, es que la columna de aire retiene
su forma vertical al desplazarse por acción del viento; esta consideración supone una
idealización del flujo de vientos, en la cual la velocidad promedio de éstos no cambia
dimensiones laterales de la columna no varían y tampoco se ven afectadas por la
convergencia y divergencia del campo de vientos.
54
Los modelos de trayectoria que sólo consideran una columna de aire, no
toman en cuenta la difusión horizontal de los contaminantes. Esto no tiene
repercusiones importantes en los resultados si las fuentes de emisión están
idealmente distribuidas de manera uniforme; pero si la columna de aire pasa durante su
recorrido por grandes fuentes emisoras, el no considerar el efecto de difusión
atmosférica puede ocasionar que se atenúe o elimine el efecto de estas fuentes fijas. Es
decir, en caso de existir un gradiente de concentraciones significativo y perpendicular a
la trayectoria, pueden obtenerse resultados pobres al despreciarse la difusión
horizontal.
Para una parcela que pasa por fuentes fijas de línea y área, despreciar la
difusión horizontal puede producir errores en las estimaciones de hasta un 10%.
Por su parte, no considerar adecuadamente la convección puede tener un efecto
significativo en las estimaciones, dependiendo de la convergencia y divergencia
del campo de vientos. Adicionalmente, la suposición de que la parcela de aire
permanece inafectada por la convergencia y divergencia de los campos de vientos,
puede tener mínimas consecuencias; pero en casos en los cuales el terreno es
ligeramente rugoso (no plano), los vientos tienen variaciones espaciales significativas; y
por lo tanto, esta suposición no es válida, ya que puede presentarse una ligera ruptura
de la columna de aire.
En cuanto a las regiones donde puede implantarse el modelo de trayectoria,
éste no debe aplicarse en áreas rugosas o terrenos complejos donde los vientos
tienen una componente vertical significativa y una considerable variación en los
componentes horizontales con la altura. Además, puesto que el modelo sólo
da información de la trayectoria por la que pasa la columna de aire, estos modelos
no permiten hacer estimaciones espacio-temporales de las concentraciones para
una región entera, limitándose éstas estimaciones a la región que cubre la
trayectoria.
El potencial real de este modelo es su utilidad en evaluaciones rápidas del efecto
de cambios en los parámetros de entrada sobre los niveles de contaminantes. En la
Figura 6 se muestra una estructura de los Modelos de Trayectoria.
55
Figura 6: Estructura de un Modelo de Trayectoria.
3) Modelo de Caja Fija: Corresponde a los Modelos Matemáticos Determinísticos
que tienen la capacidad para simular procesos como el transporte, la difusión
atmosférica en forma de advección y convección, las reacciones térmicas y
fotoquímicas; así como la sedimentación de diversas especies químicas o partículas.
Los modelos determinísticos simulan los procesos atmosféricos relacionados con
la contaminación del aire y están basados generalmente en las ecuaciones de
conservación de masa de cada contaminante.
Los modelos determinísticos de calidad del aire son importantes para fines
prácticos, ya que estando calibrados apropiadamente, proporcionan una perspectiva
clara de la relación determinística fuente-receptor. Es decir, un modelo determinístico
puede proporcionar información para relacionar las emisiones de las fuentes con el
impacto de éstas sobre los receptores, con lo cual apoya el planteamiento e
implantación de estrategias de control de emisiones.
Puede considerarse que los modelos determinísticos de calidad del aire son
herramientas útiles para:
El establecimiento de normatividad sobre control de emisiones
La evaluación de estrategias y técnicas para el control de emisiones
56
La ubicación de futuras fuentes contaminantes, con el fin de minimizar el
impacto de las mismas sobre el ambiente.
Planificar el control de episodios de contaminación con el fin de atenuar la
frecuencia y el número de los mismos.
Dentro de la caja, las emisiones son vertidas por diversas fuentes y se supone que
el mezclado de tales emisiones es instantáneo y uniforme.
En este tipo de modelos es fundamental la suposición de que las emisiones son
espacialmente homogéneas e instantáneamente mezcladas. Bajo esta suposición, las
concentraciones de contaminantes se describen mediante un balance que considera la
velocidad con la cual son transportados los contaminantes dentro y hacia fuera del
volumen de aire; la velocidad con la cual se emiten los contaminantes por las fuentes; la
velocidad con la cual el volumen se expande y se contrae (en la vertical); la rapidez con
la que entran y salen contaminantes por las fronteras de la caja; así como la rapidez
con la cual los contaminantes reaccionan en la atmósfera; ó bien, se depositan en
superficies.
El Modelo de Caja Individual (tipo Euleriano) es el más simple de los Modelos
Matemáticos para determinar el comportamiento de un contaminante, lo permite
utilizarlo para el diseño de un dispositivo de control para partículas sedimentables en el
área donde se realiza una actividad generadora de partículas, como es la arena de
Sandblasting; está basado en la conservación de masa dentro de la caja, la cual
generalmente representa el área de interés, como por ejemplo una localidad. Este
modelo es empleado para contaminantes inertes y contaminantes reactivos.
En estos modelos la región a modelar se trabaja como una sola celda (caja)
limitada en la parte baja por el piso y en la parte alta o techo, por la base de una
inversión térmica u otro límite superior de mezclado. Mientras que las fronteras Este-
Oeste y Norte-Sur se delimitan de acuerdo con las dimensiones del área a modelar, ya
que la caja puede incluir una superficie de varios kilómetros.
Dentro de la caja, las emisiones son vertidas por diversas fuentes y se supone que
el mezclado de tales emisiones es instantáneo y uniforme (Figura 7).
57
Figura 7: Representación de un Modelo de Caja Fija.
En este tipo de modelos es fundamental la suposición de que las emisiones son
espacialmente homogéneas e instantáneamente mezcladas.
Bajo esta suposición, para la aplicación del modelo de Caja Fija se consideran las
siguientes condiciones:
El área de aplicación es un rectángulo con dimensiones W y L, con uno de sus
lados paralelos a la dirección del viento.
Las concentraciones de contaminantes se describen mediante un balance que
considera la velocidad con la cual son transportados los contaminantes dentro y hacia
fuera del volumen de aire.
La velocidad con la cual se emiten los contaminantes por las fuentes.
La velocidad con la cual el volumen se expande y se contrae (en la vertical)
La rapidez con la que entran y salen contaminantes por las fronteras de la caja.
Así como la rapidez con la cual los contaminantes reaccionan en la atmósfera; ó
bien, se depositan en superficies.
La turbulencia atmosférica produce el mezclado completo y total de los
contaminantes hasta la altura de mezcla H, no hay mezclado por encima de esa altura.
58
La turbulencia es suficientemente fuerte en la dirección contra el viento, de
modo que la concentración del contaminante es uniforme en el volumen completo del
aire sobre el área de estudio y no a más altura, en el lado de la dirección del viento y en
el lado contra el viento. Esta hipótesis es bastante contraria a lo que se observa en la
naturaleza, pero permite una gran simplificación del aspecto matemático.
El viento sopla en la dirección X con la Velocidad U. esta velocidad es
constante e independiente del tiempo, lugar o elevación por encima del suelo.
También esto es contrario a lo que ocurre en la naturaleza, la velocidad del viento
aumenta con la elevación; en el modelo se usa la U promedio entre el nivel del suelo y
la altura H.
La concentración del contaminante en el aire que entra a nivel del suelo en X =
0 es constante e igual a b (b concentración de fondo, g/m3)
El índice de emisiones del contaminante del aire es Q (g/s), es constante y no
cambia por el tiempo. Es considerado como el flujo hacia el interior de la caja a través
de su cara inferior.
Índice de emisión por unidad de área es q kgs/m2
La relación entre el índice de emisiones del contaminante del aire y el índice de
emisión por unidad de área está dada por:
Q = qA (1)
Donde A es el área de estudio, la cual es igual WL
El contaminante no sufre destrucción por lo que la velocidad de acumulación es
igual a cero.
El sistema es estacionario, lo que entra es igual a lo que sale; el volumen es
igual WLH
(velocidad de acumulación) = (todos los gastos de entrada)
- (todos los gastos de salida)
+ (velocidad de creación)
- (velocidad de destrucción)
59
4) Gastos de entrada Ge: Se tienen dos gastos de entrada:
G1 = Gasto de entrada del contaminante hacia dentro de la cara contra el viento
del área.
G1 = UWHb (2)
Donde:
UWH = es el volumen del aire que cruza la frontera de la caja contra el viento
G2 = es el contaminante emitido por la fuente hacia el interior de la frontera o
interior del sistema.
G2 = Q = qWL (3)
Ge = G1 + G2 (4)
5) Gasto de salida Gs: El Gasto de salida es la concentración del contaminante
dentro de la caja completa, es constante e igual a C
Gs = UWHC (5)
En equilibrio el gasto de entrada es igual al gasto de salida
Ge = Gs (6)
60
CAPÍTULO III
MATERIALES Y METODOS
3.1. Determinar el Dispositivo de Control para la Actividad de Sandblasting
Para determinar el dispositivo para colectar las partículas de arena es necesario
conocer las características y el comportamiento de las partículas.
Las arenas utilizadas en la actividad de Sandblasting son de grano grueso las
cuales por la fuerza de choque contra la superficie metálica se fracturan disminuyendo
el tamaño de la esfera a grano medio.
Por estas características de la arena, se utilizaran criterios científicos para diseñar
el dispositivo para la recolección de las partículas, los cuales están basados en la
velocidad de sedimentación de las partículas a través del aire; en tal sentido se analizan
la velocidad terminal para partículas de cualquier esfericidad y Ley de Stokes.
El conocimiento de la velocidad terminal en sistemas fluidos–sólidos es de
importancia en la ingeniería de diseño de equipos de separación – cámaras de
sedimentación, lechos fluidizados, clasificación hidráulica, y otros.
Es por eso que el cálculo de la velocidad terminal se determina de manera directa
conocidas las propiedades físicas del sistema fluido - sólido a las condiciones de
operación utilizando la Tabla de Lapple
El método propuesto resulta válido para el rango del Número de Reynolds entre
0.1 y 10.000 y factores de esfericidad entre 1 y 0.125.
3.2. Determinación de la Velocidad de Sedimentación de Partículas Esféricas Mediante la Tabla de Lapple.
En la Tabla de Lapple se presentan las características y propiedades de las
partículas según su tamaño; en la escala horizontal se encuentra el diámetro de las
partículas. En el segundo renglón inferior se muestra la sedimentación gravitacional
terminal para esferas de gravedad específica 2.0, la cual es la velocidad a la que una
partícula sedimenta a través del aire o del agua, según sea el fluido, como es obvio,
61
nuestro caso el fluido es el aire; en la misma línea se establecen los valores del Numero
de Reynolds entre 0.1 y 10.000; en el renglón sobre los tamaños equivalentes se ubica
la Malla de Tamiz de Taylor con estos datos se determina la velocidad de
sedimentación para un grano de arena de 1000 µ se obtiene que la velocidad de
sedimentación es 6.0 m/s, la cual es mucho mayor a las velocidades comunes de la
atmosfera, por tanto el viento no sopla las partículas hacia arriba y ni las mantiene en el
aire.
Por esta razón, aunque una fábrica emitiera grades cantidades de partículas del
tamaño de arena de 1000 µ, sería una molestia para sus vecinos, más no contribuiría
en mucho a la contaminación local del aire, porque casi todas las partículas llegarían
hasta el piso, cerca de la planta; tal es el caso de la arena utilizada en la actividad de
Sandblasting. (Tabla de Lapple Anexo Nº 2)
3.3. Interpretación de la Base Teórica para Dimensionar el Dispositivo de Control
Por la interpretación de la información teórica se puede determinar que la
actividad de Sandblasting, debido a las condiciones mecánicas de la operación se
produce una turbulencia en el flujo de partículas que va cediendo en la medida que las
partículas alcanzan la mayor altura y para el descenso por gravedad pasa a flujo
laminar.
Tomando en consideración, las características descritas de la mecánica del
movimiento de las partículas sedimentables, se utiliza la tabla de Lapple, para
determinar los valores de las velocidades de sedimentación gravitacional terminal de las
partículas, en función a la gravedad específica de esferas cuyo valor es 2.0, el tamaño
de 1000 µ para partículas enteras y de 800 µ para aquellas que por el choque a
presión contra la superficie se fracturen, para una malla de tamiz Tyler en los rangos de
calibre 16 máximo y mínimo de 30 y valores del Número de Reynolds correspondiente a
esos valores de tamiz comprendidos en el rango 10.000 y 1000 obteniéndose valores
de 6.0 m/s y de 3.0 m/s.
Estos valores de velocidad terminal de las partículas sedimentables se utilizan
para determinar la altura del dispositivo colector de partículas al aplicar el Modelo de
Caja Fija.
62
3.3.1. Diseño del Dispositivo Colector de Partículas de Sandblasting
Con el análisis del comportamiento gravitacional de las partículas debido
al tamaño del grano de la arena, a los rangos de flujo laminar y turbulento
establecidos por el Número de Reynolds, se determinan las dimensiones del
dispositivo referidos a la altura (H), ancho (W) y largo, bajo las características
técnicas de funcionamiento de los Sedimentadores por Gravedad como el representado
en la Figura 8.
Figuro 8: Sedimentadores por Gravedad.
De los sistemas colectores de partículas existentes ninguno es aplicable a la
recolección de partículas generadas por la actividad de Sandblasting cuando se utiliza
para la limpieza de superficies de gran tamaño, por lo que la aplicación del chorro de
arena se realiza al aire libre; en este sentido y dada las características descritas se
determinó colocar unas pantallas de malla tipo invernadero de manera que la cantidad
de arena utilizada pueda ser recolectada en el sitio de aplicación y controlar la
contaminación atmosférica.
63
3.3.2. Aplicación del Modelo Matemático de Caja Fija para Determinar la Altura del Dispositivo Colector de Partículas de Arena.
Realizada la revisión de los modelos para evaluar la calidad del aire y su
aporte para el control de la contaminación atmosférica, se determina que por las
características sedimentables de la arena al tener un tamaño de 1000 µ, una
densidad de 2000 Kg/m3 y la del aire de 1.20 Kg/m3, lo que hace que se depositen
en el área de operación y considerando la gravedad específica para esferas es
2.0, el modelo que aplica es el de Caja Fija para determinar la altura del dispositivo,
el cual estará formado por una malla tipo invernadero que actuará como una
pantalla retenedora de las partículas de arena, evitando que se dispersen a la
atmósfera. Para el diseño del dispositivo con la aplicación del Modelo de Caja Fija se
consideran los siguientes parámetros utilizados para realizar la actividad de
Sandblasting:
En tal sentido se consideran las siguientes variables de diseño:
1. El área de aplicación de Sandblasting es un rectángulo con las dimensiones
W = 18 m
L = 80 m
2. Las partículas esféricas por su densidad mayor que la del fluido sedimentan por
gravedad en el área de la actividad de Sandblasting.
3. El tamaño de las partículas del grano de la arena para el Sandblasting es de
1000 µ
4. La densidad de la partícula ρP es 2000 kg/m3
5. La densidad del aire es ρf es 1,20 kg/m3
6. La gravedad específica para esferas es 2.0
7. La Velocidad Terminal o de Sedimentación es de 6 m/s para malla de Tyller
calibre 16 y 3 m/s para calibre 30.
8. La concentración que entra a nivel del suelo en X = 0
9. El índice de emisiones del contaminante del aire es Q (g/s), igual al caudal de
aplicación del chorro de arena. Q = 350 ft3/min.
64
10. El Gasto de entrada está dado por la concentración del contaminante y es Q
hacia dentro de la cara contra el viento.
11. En equilibrio, el gasto de entrada es igual al gasto de salida.
Se determinan las Ecuaciones de Balance de Masas:
Los modelos de simulación del comportamiento de los contaminantes en el aire se
basan en sencillos balances de materiales. Un balance de materiales es una
contabilidad en la que se aplica la ecuación general del balance de la especie de
interés. Para el Modelo de Caja Fija se basa en la conservación de la masa dentro de la
caja por lo que el balance en el conjunto especificado de la frontera se puede
representar con la siguiente ecuación:
Gastos de entrada = Gastos de salida
En la actividad de Sandblasting no hay creación ni destrucción de materiales por
lo que los gastos de entrada son iguales a los gastos de salida, así se tiene:
Gastos de entrada, Ge: Los gastos de entrada dentro de la caja son dos:
G1 es el gasto de entrada del contaminante hacia dentro de la cara contra el viento
G1 = UWHb b representa la concentración de la arena en X, las cuáles igual a cero
porque en el inicio no hay material particulado.
G2 es el contaminante emitido por la actividad de Sandblasting dentro de la caja o
interior de los límites de la frontera y está dada por:
G2 = Q ρP = qWL
Gastos de salida: Gs
Gs = UWHC
C = Concentración del contaminante en el aire dentro de la caja
UWH = Volumen / tiempo = m3/s
Ecuación de Equilibrio:
Gastos de Entrada = Gastos de Salida
65
Gastos de Entrada Ge = G1 + G2
Ge = Q = masa/tiempo
G1 = UxWHb
G2 = Q ρP = qWL
Donde:
Q = Caudal de Entrada
Ux = Velocidad sedimentación, m/s
H = Altura a la sube el contaminante (altura de la malla); metros
b = Concentración del contaminante en X = 0; b = 0 masa/volumen
W = Lado menor del rectángulo; metros
L = Lado mayor del rectángulo; metros
q = Índice del contaminante expresada en kg.s /m2
ρP = Densidad de la partícula
G1 = UxWHb = 0
G2 = Q ρP = qWL
Ge = Q ρP
Gs = UxWHC
C = ρf
Ge = Gs
Q = UWH Q ρP
H = Q ρP / U*W* ρf
Se consideran los siguientes datos de operación: Los equipos que se utilizan para
la aplicación del chorro de arena operan en forma estándar con un caudal de 350
ft3/min, así mismo se considera que el área que se ocupa para realizar la actividad de
forma tal que permita la maniobrabilidad de la operación se estima en 450 m2 y para
facilitar la entrada de unidades de transporte con los equipos que se someterán al
66
mantenimiento de Sandblasting se requiere un área de aproximadamente 1500 m2, por
lo que se establece el ancho 18 metros y 80 de largo.
Desarrollo Matemático:
Q = 350 ft3/min * 0.0281 m3/ft3 * 1 min/60s = 0,1652 m3/s
Q = 0,1652 m3/s
L = 80 m
W = 18 m
H = ?
Se calcula el área (A) ocupada donde se realizará la actividad de Sandblasting.
A = L*W = 80 m * 18 m = 1440 m2
A = 1440 m2
G1 = VtWHb b = 0 G1 = 0
G2 = Q ρP = qWL
q = _ Q ρP__ = 0,1652 m3/seg * 2000 kg/ m3 = 0,2294 WL 1440 m2
q = 0,2294 kg m2 / s
3.3.3. Altura del Dispositivo de Control de Partículas de Sandblasting
Utilizamos la tabla de Lapple, en base a que el tamaño de un grano de arena es
1000 µ y la densidad de es de 2000 kg/m3 para las velocidades de sedimentación de
6m/seg y 3 m/seg calculamos la altura máxima y mínima que alcanzará la arena en el
aire, aplicamos la fórmula para la sedimentación gravitacional y así tenemos
Para U = 6 m/s
H = Q ρP / U*W* ρf
H = 0,1652 m3/s_* 2000 kg/m3 = 330,4 m = 3,54 m 6 m/s*18m*1,20 kg/m3 129,6
H = 3,54 m
Para U = 3 m/s
67
H = 0,1652 m3/s* 2000 kg/m3 = 330,4 m 5,00 m 3 m/s*18m*1,20 kg/m3 64,8
H = 5,00 m
La altura que deberá tener el dispositivo colector de las partículas de Sandblasting
debe tener como mínimo 3,54 metros y máximo de 5,00 metros.
Se determina la altura que alcanzará la arena en la caja fija, tomando en cuenta
que está formada por el dispositivo para el control de contaminación atmosférica, para
ello se hacen las siguientes consideraciones:
La aplicación del chorro de arena en una jornada de de 8 horas es efectiva
durante 4 horas la cual se realiza por carga de ½ hora o sea de 30 minutos igual al
1.800 seg.
Si asumimos que acumulamos en la caja todas las partículas sedimentables
podemos obtener la altura del material sedimentado.
Se calcula el volumen del material utilizado por carga
Volumen es igual al caudal por el tiempo
V = Q*t = 0,1652 m3 / s* 1800 s
V = 287,36 m3
3.3.4. Altura del Sedimento Contenida por el Dispositivo
Para calcular la altura que alcanza el material sedimentado en la caja fija.
La identificamos como Hs: Altura del Sedimento
V = L*W*H H = V/L*W
Hs = 287,36 m3 / 1.440 m2 = 0.21 m
Hs = 0,21 m
La altura que alcanzará el material sedimentado es de 0.21 metros.
Para el manejo del volumen de la arena residual que se genera por carga, el cual
es de 287,36 m3 se debe disponer de un área para depositarla y darle posterior uso en
la construcción de las carreteras de vías internas o de alguna estructura que se
construya en las instalaciones.
68
3.3.5. Dispositivo diseñado para el Control de la Contaminación Atmosférica por Sandblasting El dispositivo consiste en estructura de 5 metros de alto y 80 de ancho
formada por malla sintética del tipo invernadero, la cual se colocara sobre una
base de concreto y pilares de tubos metálicos, funcionara como una cortina la cual se
levantará cuando se este operando y se bajara cuando no se esté realizando la
actividad.
3.3.6. Consideraciones para la Instalación del Dispositivo
En función al comportamiento de las partículas en la atmósfera, de acuerdo al
tamaño que presenta la arena de Sandblasting y dada las características sedimentables
de la misma y considerando que aún cuando para determinar la altura del dispositivo se
baso en el modelo matemático de caja fija, la estructura que se construirá será una
pantalla retenedora de manera que el operador no quede encerrado, sino que disponga
de aire libre ya que la aplicación del chorro de arena a presión forma una turbulencia,
en este sentido será ubicada hacia el sur vientos abajo de las instalaciones donde se
realiza la actividad de Sandblasting la cual tiene las siguientes características de
diseño:
Ubicación: Sur, vientos abajo de las instalaciones
Área de Sandblasting: 1440 m2
Altura: 5 metros (se puede levantar hasta 6 metros)
Base de bloques
Soporte de la Estructura: Vigas de concreto armado y tubos metálicos
Malla sintética tipo invernadero
69
3.3.7. Descripción y Costo de los Materiales a utilizar en la Construcción del Dispositivo de Control de Contaminación Atmosférica por Sandblasting.
Tabla 8
Descripción y Costo de los Materiales
ITEM DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNITARIO(Bs)
TOTAL BOLIVARES
1 Mixto M3 28 100.00,00 2.800.000,00
2 Cemento Sacos 160 16.000,00 2.560.000,00
3 Cabilla 1/2” x 6 m Pieza 60 20.000,00 1.200.000,00
4 Cabilla 3/8” x 6 m Pieza 188 16.000,00 3.008.000,00
5 Bloques de 10 Pieza 96 2.000,00 192.000,00
6 Tubo 4” shc 40 M 244 120.000,00 29.280.000,00
7 Tubo 2” shc 40 M 432 22.000,00 9.504.000,00
8 Malla de Ciclón 2,40 x 25 m Pieza 12 358.000,00 4.296.000,00
9 Malla de Polietileno Expandido M2 720 15.000,00 10.800.000,00
10 SUB TOTAL 63.640.000,00
Sub Total = 63.640.000,00 Bs.
IVA 9 % = 5.727.600,00 Bs.
Total = 69.367.600,00 Bs.
Mano de Obra + Equipos = 50.000.000,00 Bs.
Total General = 119.367.600,00 Bs.
Fuente: MARZUSA, Ing. Nelsón Quijada
3.3.8. Inversión
La inversión para la construcción del dispositivo como medida de control de
contaminación atmosférica es de: CIENTO DIECINUEVE MILLONES TRESCIENTOS
SESENTA Y SIETE MIL SEISCIENTOS BOLÍVARES CON CERO CENTIMOS (119.367.600,00
Bs.)
Nota: los costos estimados de inversión corresponden a la fecha durante la cual se
realizó la investigación de campo.
70
3.3.9. Propuesta del Cronograma de Ejecución de la Obra
Para la construcción del dispositivo, el Ingeniero de la empresa realizo un análisis
en base a las actividades requeridas para la ejecución de la obra y estableció el tiempo
duración de cada una.
La descripción de las actividades y el tiempo de ejecución se presentan en la tabla
9
Tabla 9
Descripción de Actividades y Tiempo de Ejecución
ITEM DESCRIPCIÓN TIEMPO
/DIAS
1 Elaboración y Discusión de Proyecto 4
2 Aprobación de Proyecto 1
3 Requisición y Compra de Materiales 5
4 Replanteo de Área 1
5 Excavación en tierra de hoyos para poste principales 3
6 Excavación en tierra de Viga Riostra 3
7 Fabricación e instalación de acero para vigas de fundación de postes 3
8 Fabricación e instalación de acero para vigas riostra 3
9 Instalación de Tubo estructural soporte de Malla Ciclón y vaciado de concreto 2
10 Vaciado de Concreto en viga Riostra 2
11 Fabricación de Portones Laterales (tres(03) de cada lado) 9
12 Instalación de Tubos horizontales soporte Malla 5
13 Instalación de Portones Laterales 3
14 Instalación de Malla de Ciclón 5
15 Fabricación e Instalación de Soportes desmontables entrada y salida 5
16 Fabricación e Instalación de Secciones de Malla Desmontables 4
17 Fabricación de Rodillos para Malla de Polietileno 7
18 Instalación de Rodillos soporte de malla 7
19 Instalación de Malla de Polietileno 5
Nota: La obra se ejecutará en un tiempo de 2 meses
Fuente: MARZUSA, Ing. Nelsón Quijada
71
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1. Resultados de la Investigación
Como resultado de la investigación se obtuvo las dimensiones para el dispositivo
colector de partículas, con sus costos y tiempo de ejecución, lo que permitirá realizar la
actividad de Sandblasting en las instalaciones del Varadero de la empresa MARINA
DEL ZULIA, C.A., controlando la contaminación atmosférica, en tal sentido la Gerencia
tomó la decisión de su construcción, en el Anexo N° 3 se presentan las fotografías del
mismo.
Características y dimensiones del dispositivo colector de partículas:
Material de construcción:
- pantalla de malla textil sintética de invernadero, tipo cortina
- bases de concreto con vigas de tubos metálicos
- cerca de ciclón
Dimensiones:
- Largo, L = 80 m
- Ancho, W = 18 m
- Altura, 5 m
- Volumen de material recolectado por carga V = 287,36 m3
72
CONCLUSIONES
El diagnóstico realizado en el Varadero MARINA DEL ZULIA S.A permitió
determinar que se puede aplicar la actividad de Sandblasting dentro del dispositivo
colector de partículas que se logró dimensionar mediante la aplicación del Modelo de
Caja Fija como una medida de control de contaminación atmosférica.
Se logra demostrar la utilidad de aplicar los modelos matemáticos para el diseño
de dispositivos para el control de la contaminación atmosférica.
La aplicación del Modelo Matemático de Caja Fija permitió relacionar las
variables operacionales asociadas a la actividad del Sandblasting, tales como tamaño y
densidad del grano de arena (μ,ρ), caudal de entrada (Q) representada por la capacidad
del equipo de aplicación; meteorológicas velocidad (U) y dirección del viento (X); la
concentración del contaminante y otras, para dimensionar el dispositivo colector de
partículas, determinando su altura (H), ancho (W) y largo (L); de manera de presentar
una opción a la empresa MARINA SEL ZULIA S.A que le permita controlar las
emisiones a la atmosfera.
El análisis Técnico - Económico permite ofrecer la factibilidad financiera para la
construcción e instalación del dispositivo colector de partículas de la arena del
Sandblasting.
Con los resultados obtenidos se propone un dispositivo colector de partículas de
arena del Sandblasting que permita utilizar con seguridad ambiental este método de
limpieza de superficies metálicas, evitando la contaminación atmosférica.
El cronograma que se elaboró le permite a la empresa establecer un tiempo
definido que puede considerar en la contratación del servicio, así mismo cuando sea
necesario instalarlo en otro sitio o en otra área de operación.
Este método de control de contaminación atmosférica por la aplicación de
Sandblasting es de fácil construcción e instalación por lo que puede ser aplicado por
cualquier empresa que preste servicios de mantenimiento de superficies metálicas y de
concreto.
La colocación del dispositivo colector de partículas evitará que las mismas
salgan del área de la actividad del Sandblasting.
73
Con la instalación del dispositivo colector de partículas para la actividad de
Sandblasting se da cumplimiento a lo establecido en el decreto 638 de fecha 26-04-
1995 publicado en la Gaceta Oficial No. 4.899 de fecha 19-05-1995 referido a las
Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica.
74
RECOMENDACIONES
A la empresa MARINA DEL ZULIA C.A. se le recomienda construir el
dispositivo de control de contaminación atmosférica para realizar la actividad de
Sandblasting obtenido como resultado de esta investigación.
Por la importancia que tiene para la industria aplicar la técnica de
mantenimiento Sandblasting para la limpieza y recubrimiento de superficies metálicas y
de concreto, se recomienda utilizar esta información para construir un dispositivo para la
recolección de las partículas de arena y así controlar la contaminación atmosférica.
La arena recolectada puede ser utilizada en pavimentación o construcción de
vías internas de la industria.
Además de la instalación de un dispositivo para controlar la contaminación
atmosférica es importante aplicar las medidas de operación para la actividad de
Sandblasting presentadas en el Anexo No. 5
Para verificar el funcionamiento del dispositivo de control de contaminación
atmosférica para la actividad de Sandblasting se recomienda aplicar el Plan de
Supervisión Ambiental que se encuentra en el Anexo 6.
Se recomienda a la industria en general, que realizan actividades generadoras
de partículas que se emiten a la atmosfera, utilizar la información generada por esta
investigación.
75
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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ANEXO 1
FOTOS DE LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING, DONDE SE MUESTRA LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y SE PUEDE APRECIAR QUE LA MISMA
OCURRE EN EL ÁREA DONDE SE REALIZA LA OPERACIÓN
80
Fotos de la actividad de Sandblasting donde se muestra la contaminación atmosférica y se puede apreciar que la misma ocurre en el área
donde se realiza la operación.
81
ANEXO 2
TABLA DE LAPPLE, FOTOCOPIA DE LA FIGURA 8.1. PAGINA 184, CAPÍTULO 8, INGENIERÍA DE CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE,
NOEL DE NEVERS.
82
83
ANEXO 3
FOTOS DEL VARAL DE LA EMPRESA MARINA DEL ZULIA C.A. ANTES DE CONSTRUIR EL DISPOSITIVO COLECTOR DE LAS
PARTÍCULAS DE SANDBLASTING
84
Fotos del varal de la empresa MARINA DEL ZULIA S.A. antes de construir el dispositivo colector de las partículas de Sandblasting.
85
ANEXO 4
FOTOS DEL DISPOSITIVO DE CONTROL DE CONTAMINACIÓN ATMOSFERICA OCASIONADA POR LA APLICACIÓN DEL METODO INDUSTRIAL DE
MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO DE SANDBLASTING, CONSTRUIDO EN FUNCION DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
86
Varal del muelle de la empresa MARZUSA, se observa el dispositivo que consta de una estructura con base de concreto y soportes verticales de metal la cual
sostiene la malla tipo invernadero que sirve de pantalla retenedora de la partículas de arena
DSC01707.JPG
87
Se encuentra el personal obrero realizando la operación de Sandblasting en los rieles del varal, la arena cae en el piso dentro del área limitada por el dispositivo
colector de partículas DSC01801.JPG
88
Se muestra la estructura del dispositivo culminada, con cuatro (4) compuertas de
ocho (8) metros de ancho que se abren para permitir la entrada y salida de la unidad que se va a someter a tratamiento con Sandblasting.
DSC01710.JPG
89
Vista interna del dispositivo colector de partículas de Sandblasting DSC01710.JPG
90
Vista externa del dispositivo colector de arena de Sandblasting DSC01674.JPG
91
Vista externa lateral hacia el lago DSC01700.JPG
92
Vista externa lateral hacia el lago DSC01701.JPG
93
ANEXO 5
MEDIDAS DE OPERACIÓN APLICADAS EN LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING PARA PREVENIR LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
94
MEDIDAS DE OPERACIÓN EN LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING PARA PREVENIR LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Para la prevención o la minimización de la contaminación a la atmósfera por la
dispersión de las partículas de arena de Sandblasting, se tomaran las siguientes
medidas de operación:
Localización: La actividad de Sandblasting se realizara únicamente en el área
destinada para la misma en las instalaciones industriales.
Equipo de alta Eficiencia: La eficiencia del equipo para la aplicación del
chorro de arena esta dada por la transferencia de la cantidad de sólidos abrasivo que
chocan contra la superficie objeto de la limpieza en un tiempo determinado. El equipo
ha utilizar debe ser de alta eficiencia, lo que permite la mayor superficie tratada en el
menor tiempo posible con el menor uso de material para lograr el perfil requerido.
Normas de Aplicación: La operación es manual; el operador se introduce en
la instalación y dirige la maquina sobre la superficie a limpiar.
Capacitación de los Operadores: La eficiencia de la aplicación Sandblasting
depende de una variedad de parámetros, tales como la técnica de aplicación, la forma y
el tamaño de la pieza que se limpiara, la distribución de la instalación, las
características de los materiales a remover de la superficie, la velocidad de flujo del
chorro de arena y del aire, la distancia entre la boquilla al objeto, el error del operador.
Algunos de los controles de la operación y otros no. Los equipos de aplicación de arena
a presión están diseñados para funcionar con índices de flujo óptimos, Los operadores
son entrenados y adiestrados para realizar la manipulación de los equipos con un alto
nivel de seguridad industrial.
Protección del Personal: Los operadores de Sandblasting son equipados con
implementos de protección personal constituido por mascaras anti polvos, caretas con
mangueras de aire comprimido, lentes, calzados, bragas, guantes, calzados de
seguridad con punta de acero y protección auditiva.
Reutilización de la Arena: la arena utilizada se recoge con pala se almacena
en container y debe ser utilizada para la construcción interna de vías de acceso en la
preparación de la capa asfáltica, o por terceros que la soliciten. No se dispone en
vertederos, siempre debe ser aprovechada.
95
Reducción de Material Abrasivo por Optimización del Proceso: Mejorando
las técnicas para realizar la aplicación del Sandblasting las cuales consisten en
aprovechar el mínimo de arena en la máxima área de superficie en el menor tiempo
posible.
Responsabilidad de la Gerencia de Seguridad, Higiene y Ambiente, SHA:
El personal del SHA será responsable del cumplimiento del buen funcionamiento de las
operaciones en el área de Sandblasting a fin de mantener el orden y resguardo de las
instalaciones, garantizando que las pantallas retenedoras de partículas se encuentren
en buenas condiciones restituyéndolas a medidas que se vayan deteriorando, de tal
manera que se mantengan las medidas de control de la contaminación atmosférica;
asimismo velara por el cumplimiento de las normas de protección y seguridad de los
operadores.
Manual de Procedimiento: Para que la operación de Sandblasting se realice
con calidad se debe disponer de un manual de operaciones, el cual será
responsabilidad del supervisor de la actividad.
Aplicación de la Pintura: La pintura es aplicada sobre la superficie metálica
después de realizada la limpieza con Sandblasting, se utilizan pinturas anticorrosivas
para proteger el metal de la oxidación. Su aplicación se realiza en forma manual y
utilizando pistolas de baja presión.
96
ANEXO 6
PLAN DE SEGUIMIENTO Y CONTROL AMBIENTAL PARA LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING
97
PLAN DE SEGUIMIENTO Y CONTROL AMBIENTAL PARA LA ACTIVIDAD DE SANDBLASTING
A los fines de verificar la eficiencia de la Medida de Control de Contaminación
Atmosférica en cumplimiento al Decreto 638 de fecha 26-04-1995 publicado en la
Gaceta Oficial No. 4.899 de fecha 19-05-1995 referido a las Normas Sobre Calidad del
Aire y Control de la Contaminación Atmosférica. se ejecutará el siguiente Plan de
Seguimiento y Control:
El Departamento de Seguridad y Ambiente es el responsable de ejecutar el
siguiente Plan de Monitoreo y Control del cumplimiento de las medias ambientales:
1. Se instalará un equipo captador de partículas en el área externa de la pantalla
retenedora, vientos abajo de la aplicación del Sandblasting, con apoyo de la
Universidad del Zulia.
2. Se tomara la muestra por cada jornada de trabajo de 8 horas.
3. La muestra tomada se analizará para determinar el volumen material
particulado captado.
4. El lapso de muestreo será de un mes (1) debido a que la actividad de
Sandblasting se hace en función a un contrato, no es una operación permanente y
cuando se realiza se puede hacer el muestreo y es básicamente el tiempo estimado.
5. Se compara el resultado con los parámetros establecidos con el artículo 5 del
Decreto 638.
6. En función a los resultados se mantendrá la medida de control o se tomaran los
correctivos si fuera el caso.
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