Ventilarea Naturala Organizata a Halelor Industrialdocx

=== Ventilarea naturala organizata a halelor industrial ===

Microclimatul Instalatiilor industrial

Generalitati

Instalațiile de ventilare și climatizare industriale au ca scop asigurarea condițiilor de puritate a aerului și a microclimei corespunzătoare activității depuse de om și a naturii procesului tehnologic.

Realizarea acestor cerințe contribuie la menținerea capacității de muncă, la înlăturarea îmbolnăvirilor profesionale, la ridicarea productivității muncii, a calității produselor, etc.

Clădirile industriale cuprind în general spații mari cu surse variate de nocivități.

Felul surselor și amplasarea lor depind de procesul tehnologic din fiecare secție. Pentru

diluarea nocivităților, asigurarea condițiilor de mediu necesare protecției muncii și realizării microclimatului cerut de procesul de producție, prin instalațiile de ventilare industrială se vehiculează debite mari de aer.

Alcătuirea sistemelor de ventilații în secțiile industriale necesită cunoașterea amănunțită a procesului tehnologic, a utilajelor și amplasarea lor, natura și cantitatea nocivităților, condițiile de mediu cerute din punct de vedere tehnologic și al protecției muncii.

Bazele de calcul și considerațiile din domeniul clădirilor de locuit, administrative și social culturale își păstrează valabilitatea și în cazul instalațiilor de ventilare industrială, cu o serie de particularități:

– în adaptarea unui sistem de ventilare, în afara restricțiilor de ordin constructivarhitectural,

apar restricții și de ordin tehnologic, funcțional, legate de posibilitatea amplasării utilajelor;

– în spațiile ventilate apar și alte degajări nocive în afară de căldură, umiditate și CO2.

1.2 Sisteme de ventilare aplicabile

Ventilarea naturală organizată – în cazul atelierelor calde, fără degajări de vapori nocivi, gaze sau praf, cu degajări mari de căldură și în mai mică măsură degajări de umiditate; se aplică mai ales sub forma de ventilare mixtă sau alături de alte sisteme;

Ventilarea mecanică de schimb general – când există degajări de substanțe nocive și ventilarea naturală organizată ar fi insuficientă;

Ventilarea prin refularea locală a aerului – pentru îmbunătățirea condițiilor de muncă în anumite zone aflate lângă surse calde, puternic radiante sau pentru împiedicarea pătrunderii aerului rece prin uși exterioare;

Ventilarea prin aspirația locală a aerului – când există surse concentrate de degajări nocive și ventilarea generală este insuficientă chiar la debite mari de aer; ventilare locală de aspirație și refulare – de exemplu la băi industriale;

Ventilarea de avarie – care intră automat în funcție în cazul în care se produc mari degajări accidentale de substanțe nocive, ca urmare a unor defecțiuni ale instalațiilor tehnologice;

Climatizarea industrială – este impusă de procesele de fabricație, de necesitatea unor condiții precise, în cazul prelucrării de mare precizie, încercărilor, etalonării.

Sistemul de ventilare adoptat trebuie să țină seama de procesul tehnologic, de densitatea surselor și modul de propagare a nocivităților, de intensitatea degajărilor nocive.

La alegerea soluțiilor de ventilare în secțiile industriale se respectă unele reguli generale:

Schema de ventilare adoptată trebuie să asigure deplasarea aerului în sensul de propagare a nocivităților;

Captarea și evacuarea noxelor chiar la locul unde se produc (folosirea instalațiilor de absorbție locală în cazul noxelor concentrate sau prevederea de instalații de avarie în cazul pericolului de scăpări accidentale de substanțe toxice), pentru a evita răspândirea lor;

Introducerea aerului proaspăt cât mai aproape de zona de lucru a oamenilor;

Sistemul de ventilare să asigure uniformitatea parametrilor aerului în întregul spațiu al încăperii, pentru a evita aglomerarea de substanțe nocive;

Folosirea sistemului în suprapresiune sau depresiune care să limiteze împrăștierea noxelor în sau din alte încăperi sau pentru evitarea curenților de aer rece.

Prescriptii ale normelor de protectia muncii

Normele republicane și de protecția muncii reglementează condițiile de microclimă ale incintelor industriale, caracteristicile sistemelor de ventilare și climatizare, măsurile de protecția muncii și măsurile speciale. Principalele prevederi din normele de protecția muncii care se referă la ventilarea încăperilor industriale sunt cu privire la:

– normele de igiena muncii

– tehnica securității muncii legate de microclimatul încăperilor

– prevenirea îmbolnăvirilor profesionale și a accidentelor provocate de gaze, vapori sau pulberi.

Procesele tehnologice sunt însoțite de degajări importante de gaze, vapori, pulberi cu acțiune toxică asupra organismului uman, zgomote, vibrații, radiații (ultrascurte, nucleare, de tip laser etc.). Normele Generale de Protecția Muncii indică concentrațiile admise, temperaturile de aprindere și inflamabilitate, limitele concentrațiilor din punct de vedere al exploziei pentru nocivitățile degajate. Dacă se are în vedere natura procesului tehnologic și totalitatea factorilor care influențează microclimatul industrial, măsurile de protecția muncii se pot grupa pe trei nivele:

Norme Generale de Protecția Muncii, valabile la nivelul tuturor unităților productive;

Norme Unice de Protecția Muncii, specifice ramurilor industriale;

Norme Specifice de Protecția Muncii, caracteristice unor domenii în care sunt necesare completări funcție de particularitățile locului de muncă.

Condițiile de microclimă în cazul diverselor procese de producție sunt întabelate pentru

perioada caldă și rece a anului.

Categoria de muncă sau tipul de încăpere de producție se determină pa baza degajării totale

de căldură. Viteza de mișcare a aerului în încăperi productive v ³ 0,3 m/s pentru ti > 25

Radiația calorică la nivelul lucrătorilor să fie sub 10 kcal/m2min. Temperatura exterioară

superficială a utilajelor să fie sub 55 , în caz contrar se prevăd dușuri de aer, perdele de

aer, pulverizarea apei, etc. În cazul radiațiilor calorice mari se prevăd măsuri: izolarea

spațiului de lucru, organizarea întreruperii periodice în timpul lucrului sau reducerea

timpului de lucru, amenajarea de spații speciale de repaus, mijloace de protecție

individuale, etc.

1.4. Particularitățile factorilor de mediu în domeniul industrial

Asigurarea condițiilor de microclimat corespunzător activității desfășurate de oameni sau a particularităților procesului tehnologic, constă în menținerea sau limitarea la anumite valori a factorilor care garantează calitatea mediului dintr-o incintă industrială.

Microclima unei incinte presupune menținerea la anumite valori a mărimii:

Factorilor de confort termic: temperatura aerului, umiditatea relativă, viteza aerului, temperatura medie de radiație, rezistența termică a îmbrăcămintei;

Factori secundari: puritatea aerului, grad de ionizare, nivel de zgomot, factori biologici, nivel de iluminat, radiații.

Temperatura aerului interior – conform N.G.P.M. are valorile limitate în funcție de umiditatea relativă și viteza aerului, diferențiat în funcție de categoria de muncă și de clasa

de degajări de căldură în procesul de muncă. Prin categorie de muncă înțelegând starea de

efort fizic depusă de om, determinată de activitatea profesională, măsurabilă prin cantitatea

de căldură cedată de om mediul ambiant, conform tabelului 1:

Tabelul 1.1 Degajarea de căldură în funcție de intensitatea efortului fizic determinată de activitățile profesionale.

Limitele termice admise la locurile de muncă, respectiv corelația dintre temperature minimă și viteza maximă a aerului interior în funcție de categoria de muncă se prezintă în tabelul 1.2 și tabelul 1.3.

Tabel 1.2 Limite termice minime admise la locul de munca

Tabel 1.3 Limitele termice maxime admise la locurile de munca

Umiditatea relativă a aerului interior – se corelează cu temperatura aerului interior și categoria de muncă în perioada caldă a anului și se limitează la valoarea de 65% în perioada rece a anului pentru evitarea fenomenului de condensare a vaporilor de apă pe suprafețele interioare ale elementelor de construcție. Cazul în care condițiile tehnologice și de asigurarea calității produselor (din industria textilă, alimentară, etc.) impun o umiditate relativă de 65 – 70 % mai ales vara, conduce la zăpușeală.

Viteza de mișcare a aerului interior – se impune în funcție de temperatura minima a aerului interior sau se corelează cu temperatura de refulare. În secții de prelucrări fine sau in cazul în care condițiile tehnologice o impun este necesară reducerea vitezei aerului pentru a limita apariția gradienților de temperatură pe orizontală.

Temperatura medie de radiație – determină schimbul de căldură radiant al omului cu mediul ambiant și se corelează cu temperatura interioară, existând și restricții cu privire la temperature superficială a elementelor interioare (utilaje, elemente de construcție, etc.) la maxim 55

În incintele cu degajări mari de umiditate, iarna este necesară limitarea temperaturii superficiale a elementelor delimitatoare reci (pereți exteriori, acoperiș, etc.) cu cel puțin 1

deasupra punctului de rouă a aerului interior.

Nivelul radiațiilor calorice se determină prin măsurarea sau se apreciază pe baza tabelului 1.4.

Tabel 1.4 Aprecierea nivelului radiațiilor calorice la locul de muncă pe baza senzației termice în zona cutanată expusă

Puritatea aerului – procesele tehnologice din industria electrotehnică, mecanică fină, farmaceutică, etc. impun restricții privitoare la concentrația de praf și a diametrului particulelor. Pe lângă operațiile de filtrare a aerului exterior se prevede pe circuitul aerului proaspăt o instalație specială de reținere și neutralizare a diferitelor noxe. În tabelul 1.5 se prezintă câteva concentrații admise de noxe în zona de lucru.

Ventilarea industrială este impusă prin lege, încât pe lângă asigurarea condițiilor necesare proceselor tehnologice să se asigure și să se realizeze condițiile de tehnica securități și protecției muncii. Conform Legii Mediului, aerul evacuat din instalațiile de ventilare industrială trebuie epurat înainte de a fi evacuat în atmosferă pentru limitarea poluării mediului.

Tabel 1.5 Concentrații maxime admise de pulberi în zona de lucru

Ventilarea naturala organizată a halelor industrial

2.1 Generalitati

Ventilarea naturală organizată se realizează în vederea combaterii degajărilor de căldură și umiditate. Ea reprezintă schimbul de aer realizat între interior și exterior sub acțiunea factorilor climatici: presiunea vântului și presiunea termică.

Este sistemul de ventilare cel mai economic, necesită investiții minime și este fără consum de energie. Dezavantajele constau în faptul că:

– schimbul de aer realizat este variabil în timp, cu tendințe de scădere când necesitățile de ventilare sunt mai mari;

– nu asigură o ventilare uniformă la hale cu raportul b/h > 20, devenind ineficientă pentru zonele centrale;

– nu realizează decât maxim 1 schimb/oră, de aceea iarna se recurge la ventilarea mixtă.

În lipsa practicării de amenajări speciale, orice încăpere normală este ventilată natural, datorită infiltrației aerului prin rosturile ferestrelor și ușilor exterioare și în mai mica măsură datorită permeabilității la aer a elementelor de construcție.

Pentru o încăpere obișnuită de volum V, cu elemente delimitatoare exterioare, la o diferență de temperatură dintre interior și exterior Dt = 1, debitul de aer infiltrat Linf = (0,01 … 0,05)V [m3/h ], prin creșterea diferenței de temperatură ventilarea naturală poate asigura între 0,3 … 1,5 schimburi/oră.

2.2. Calculul ventilării naturale prin metoda presiunilor convenționale

2.2.1. Acțiunea diferenței de temperatură (presiunea termică)

Diferența de presiune rezultă în urma diferenței de densitate dintre aerul exterior și interior.

Legea de repartiție a acestor presiuni se poate determina prin studiul unei incinte (fig. 2.1)

în care ti > te și viteza vântului v = 0. Experimental s-a constatat că prin practicarea unor

orificii mici în pereți, la jumătatea înălțimii dintre axele deschiderilor amenajate, pe0 = pi0 =

pa. Se definește acest plan ca zonă neutră și se folosește ca plan de referință pentru

determinarea repartiției presiunii termice pe înălțimea incintei.

pe1 = pa + h1. re. g pe2 = pa – h2. re. g

pi1 = pa + h1. ri. g pi2 = pa – h2. ri. g

te < ti ; ρi < ρe ρi < ρe

D p1 = pe1 – pi1 = h1(ρe – ρi) g D p2 = pi2 – pe2 = h2(ρe – ρi) g (2.1)

Rezultă că Δp1, Δp2 au o variație lineară de forma: Δp = h. g. Δr (2.2)

2.2.2 Actionarea presiuni vantului

Presiunea vântului este proporțională cu coeficientul aerodinamic kv, care reprezintă

practic raportul dintre presiunea efectivă pe o anumită față a clădirii și presiunea din

impact a vântului.

pv = kv re v2/2 (N/m2; Pa) (2.3)

Coeficientul aerodinamic depinde de profilul halei și de direcția de bătaie a vântului.

Această mărime se determină prin încercări pe modele de hale, în tunel aerodinamic. Pe

fețele expuse vântului valorile sunt pozitive, iar pe zone de siaj sunt negative. În principal sub acțiunea vântului orificiile de pe fața bătută de vânt lucrează la introducere, iar cele amplasate pe partea opusă lucrează la evacuarea aerului.

Clădirile reprezintă un obstacol în calea vântului, la colțurile lor se produc desprinderi ale stratului limită atmosferic, ceea ce duce la formarea unor zone de circulație (umbre aerodinamice), dependente de dimensiunile și profilul clădirilor. Pentru clădirile

„late” (b > 2,5 hcl) (fig. 2.2a) se formează o zonă de circulație pe acoperiș și una adăpostită.

Pentru clădirile „înguste” ( b £ 2,5 hcl) (fig. 2.2b), zonele de circulație ale aerului sunt comasate.

În interiorul zonelor de circulație se formează vârtejuri care depind de: viteza de curgere în curentul neperturbat, de direcția mișcării aerului în raport cu clădirea.

Viteza aerului în aceste zone este mai redusă, însă crește gradul de turbulență în raport cu cel din amonte de clădire.

Suprapresiunea și depresiunea în jurul clădirii se formează prin transformarea energiei cinetice a vântului în energie potențială.

2.2.3. Acțiunea combinată a vântului și a diferenței de temperature

Cei doi factori naturali acționează combinat influențând dimensiunile deschiderilor pentru ventilare naturală, datorită influențării diferenței de presiune la nivelul acestora.

Se consideră o incintă cu două deschideri, amplasate la înălțimile h1 și h2 de pardoseală

(fig. 2.3).

Nivelul zonei neutre nu se cunoaște în acest caz, se alege un plan de referință, nivelul pardoselii finite sau axa orificiilor de la nivelul inferior, unde se consideră o presiune necunoscută px.

Temperatura pe înălțimea incintei fiind variabilă, se consideră în mod convențional că presiunea interioară este constantă iar presiunea la fața exterioară se modifică, astfel încât diferența de presiune dintre fețele orificiilor, în cazul real și convențional să rămână aceeași.

Se admite acest lucru pentru că debitul de aer care curge printr-o deschidere, nu depinde de

presiunea de pe cele două fețe ci de diferența dintre cele două presiuni.

Presiunile interioare, considerate pentru simplificare ca suprapresiuni în raport cu

presiunea atmosferică, vor fi:

pi1 = px – h1 . ri . g

pe1 = pv1 – h1 . re . g

pi2 = px – h2 . ri . g

pe2 = pv2 – h2 . re . g

rezultă:

Dp1 = pe1 – pi1 = pv1 – px – h1(re – ri)g = [pv1 – h1(re – ri)g] – px (2.4)

Dp2 = pi2 – pe2 = px – pv2 + h2(re – ri)g = px – [pv2 – h2(re – ri)g] (2.5)

Ceea ce înseamnă că în mod convențional se consideră presiunea la fața interioară a tuturor

orificiilor egală cu px, modificând însă presiunea la fața exterioară, astfel încât diferența de

presiune reală să nu se schimbe. În aceste condiții valoarea aleasă pentru px trebuie să

satisfacă următoarele condiții:

px < pv1 – h1(re – ri)g (2.6)

px > pv2 – h2(re – ri)g (2.7)

Dacă nu se pot găsi valori pentru px care să satisfacă aceste condiții, înseamnă că ipoteza

făcută inițial privind modul de funcționare al orificiilor nu este reală și trebuie schimbată.

2.2.4. Determinarea secțiunii orificiilor prin metoda presiunilor convenționale

Succesiunea operațiilor necesare se urmărește pe o incintă cu mai multe orificii, aflată sub acțiunea vânturilor dominante și a ti > te.

Se face o ipoteză logică de funcționare a orificiilor, de exemplu, orificiile 1, 2, 3 vor funcționa la introducerea aerului iar orificiile 4, 5 la evacuarea aerului.

În principiu dacă ti > te deschiderile de la partea inferioară vor lucra în mod normal la introducerea aerului iar cele de la partea superioară, la evacuarea aerului. Din punct de vedere al acțiunii vântului, orificiile amplasate în zona de suprapresiune (pe fața bătută de vânt) lucrează la introducerea aerului, iar cele de pe fața opusă vântului vor lucra la evacuarea aerului.

Se face bilanțul de aer al încăperii, se repartizează debitul de aer de ventilare (L) pe cele 5 orificii.

L = L1 + L2 + L3 = L4 + L5 (m3/s) (2.8)

Se determină diferența de presiune care se realizează în dreptul fiecărui orificiu, datorită acțiunii vântului și a presiunii termice, luând ca plan de referință axul orificiilor 1 – 3, considerând că suprapresiunea în raport cu presiunea atmosferică este px (aceeași la fața interioară a tuturor orificiilor).

O dimensionare economică a dispozitivelor de ventilare naturală organizată, ia în considerare factorii vânt și presiune termică, necesită cunoașterea coeficienților aerodinamici ai clădirii pentru diverse unghiuri ale vântului precum și viteza de calcul a acestuia.

Știind că debitul de aer ce trece printr-un orificiu este proporțional cu viteza și secțiunea,

se poate scrie:

L = m . S .V = m . S . (2.9)

în care:

m – coeficientul de debit (de trecere), produsul dintre coeficientul de viteză și de contracție

a vânei de aer, pentru deschideri dreptunghiulare este egal cu 0,64;

S – secțiunea de trecere, în m2;

v – viteza, în m/s.

Bilanțul de debitelor de aer, va fi:

µ1 S1 + µ2S2 + µ2S3 µ4S4 µ5S5 (2.10)

Rezolvarea acestei ecuații înseamnă găsirea valorii px care să satisfacă condițiile:

px < pv1

px < pv2 – h2 ( re – ri )g

px < pv3

px > pv4 – h4 ( re – ri )g

px > pv5 – h5 ( re – ri )g

Cu valoarea px calculată se determină secțiunea de trecere necesară:

Sj= []

2.3. Dispozitive de ventilare naturală

Pentru ventilarea naturală a incintelor industriale se pot utiliza ferestre mobile, deflectoare, luminatoare sau coșuri de ventilare.

Ferestrele mobile – se prevăd atât în fațadele halei industriale cât și în luminatoare, fiind alcătuite ca tip constructiv din ochiuri mobile, simple sau duble, cu axul de rotire la partea superioară, la mijloc sau la partea inferioară. În tabelul 2.2 se indică valorile coeficienților de rezistență locală ζ și coeficienții de debit m pentru ochiurile mobile cu unghiul de deschidere α și raportul laturilor l/b.

Tabelul 2.2

Coeficientul de rezistență locală ζ și coeficientul de debit µ pentru orificii de ventilare naturală

Ochiurile mobile prevăzute la hale industriale sunt avantajoase din punct de vedere economic dar ridică probleme acționarea lor, întrucât trebuie închise sau deschise în funcție de direcția vântului, iar mecanismele de manipulare trebuie amplasate în zona de lucru. Ochiurile mobile amplasate la înălțimi mari se prevăd cu acționare prin servomotoare.

b) Deflectoarele – sunt dispozitive montate la partea superioară a coșurilor de

ventilare sau pe acoperișul halelor industriale, intensificând schimbul natural de

aer prin utilizarea energie cinetice a vântului. Sub acțiunea curenților de aer

atmosferici se creează suprapresiuni și depresiuni a căror rezultantă finală este o

depresiune ce activează tirajul. Deflectoarele montate pe acoperișul halelor

industriale se prevăd cu clapete de reglare a debitului de aer evacuat.

c) Luminatoare – sunt dispozitive utilizate pentru iluminatul natural și evacuarea

aerului viciat din hale industriale, fiind prevăzute cu ferestre mobile sau rame cu

jaluzele prin care se realizează evacuarea aerului datorită presiunii termice și a

presiunii vântului. Efectul vântului este favorabil evacuării aerului când

deschiderile sunt amplasate pe fața adăpostită a luminatorului. Ochiurile mobile se

prevăd simetric pe ambele fețe longitudinale ale luminatoarelor și prin dispozitive

mecanice se manevrează închiderea sau deschiderea lor, în funcție de direcția

vântului. Luminatoare-deflectoare au avantajul că nu sunt influențate de

schimbarea direcției vântului.

INSTALAȚII DE VENTILARE LOCALĂ

3.2. Instalații de ventilare locală prin refulare

3.2.1. Dușuri de aer

a) Domeniu de utilizare

Reprezintă o metodă de ventilare a locului de muncă, aplicat la procese tehnologice cu temperaturi înalte, locuri de muncă cu emisii de substanțe nocive. Dușurile de aer sunt dispozitive formate din guri de aer care realizează un jet asupra locului de muncă.

Fiind instalații de ventilare locală prin refulare, se folosesc mai mult pentru combaterea căldurii radiante asupra muncitorului care lucrează în apropierea surselor calde, asigurând schimbul de căldură om – mediu ambiant fără suprasolicitarea mecanismului termoregulator uman. Conform NGPM (Norme Generale de Protecția Muncii) se prevăd la locurile permanente de lucru când densitatea fluxului termic radiant al surselor, corelat cu durata de expunere a muncitorului depășește următoarele limite, prezentate în tabelul 3.1

În funcție de condițiile de la locul de muncă, pot fi:

– individuale – cu agregat local pentru fiecare loc de muncă

– colective – cu prepararea centralizată a aerului și distribuire prin canale (fig. 3.2b)

– fixe sau mobile

Funcționarea lor poate fi cu aer exterior încălzit iarna, răcit vara sau cu aer recirculat, când

ti< 30. Dacă este necesar, se folosește aer tratat în centrala de climatizare, local sau central.

Dușul individual are prevăzut un ventilator axial în tubulatură, pentru accentuarea efectului de răcire, se picură pe rotorul ventilatorului apă dintr-un recipient atașat.

Prescripții pentru parametrii de calcul al dușurilor de aer

Dușurile de aer folosite pentru combaterea căldurii radiante au limitele minime și maxima ale

perechilor de valori ti și vi indicate în NGPM în funcție de categoria de muncă sau efortul fizic depus, valori care se apreciază pe baza degajării totale de căldură a unei persoane, în W/pers, conform tabelului 3.2 și 3.3.

Degajarea de căldură în funcție de intensitatea efortului fizic depus în activitatea profesională

Tabel 3.2

Limita minimă și maximă a temperaturii și vitezei pentru dușurile de aer

Tabel 3.3

Prin creșterea vitezei și scăderea temperaturii dușurile au rolul de a restabili echilibrul termic al corpului omenesc, compensând plusul de căldură radiantă prin pierderi mari de căldură convectivă. Această tendință se accentuează pe măsura creșterii nivelului de iradiere. Conform tabelului se constată că temperatura aerului, atât cea minimă cât și cea maximă scade pe măsura efortului fizic depus, valorile minime se încadrează între 15 … 25 . Din limitarea maximă a temperaturii la 30 ar rezulta necesitatea răcirii aerului refulat în perioadele din sezonul cald.

Viteza crește odată cu intensificarea efortului fizic depus și se corelează cu temperatura aerului refulat. Comportarea diferită a oamenilor la senzația de curent, cauzată în principal de viteză dar și de temperatura de refulare, impune prevederea dușului de aer cu elemente pentru modificarea direcției jetului și reglarea vitezei aerului între limitele 0,5 – 3,0 m/s, iar umiditatea relativă a aerului refulat nu va depăși 60 %.

Pentru calculul lor se folosesc relațiile de la jeturi cu condiția să se verifice dacă locul de muncă intersectează jetul în zona de bază sau inițială a lui. Lățimea jetului la locul de muncă trebuie să fie de 1,0 – 1,2 m. În general, din cauza distanțelor scurte și a vitezelor relativ mari, deformarea traiectoriei jetului neizoterm poate fi neglijată. Relațiile de calcul a elementelor caracteristice ale jeturilor circulare și plane definesc mărimile:

– vx –viteza în axa curentului de aer, în [m/s];

– vo –viteza medie în deschiderea de refulare, în [m/s];

– Lx, Lo – debitul de aer la distanța x față de deschiderea de refulare, respectiv în deschiderea de refulare, în [m3/s];

– dx, do – diametrul jetului la distanța x față de deschiderea de refulare, respectiv în deschiderea de refulare, în [m];

– a –coeficientul de turbulență a jetului, tabelul 3.4;

– ϴx, ϴo, ϴi – temperatura în axa jetului, în deschiderea de refulare, respective temperatura interioară, în ;

– bo – grosimea (înălțimea) jetului la o anumită distanță de deschiderea de refulare, în [m];

Pentru jetul circular mărimile de calcul în zona principală sunt:

– viteza axială: = (3.1)

– debitul de aer: = 4,36 (3.2)

– diametrul jetului: : 6,8 (3.3)

– scăderea de temperatură în ax: (3.4)

Pentru jeturi plane mărimile de calcul în zona principală sunt:

– viteza axială: = (3.5)

– debitul de aer: = 1,7 (3.6)

– diametrul jetului: : 4,8 (3.7)

– scăderea de temperatură în ax: (3.8)

Valorile coeficientului de turbulență a jetului

Tabel 3.4

3.2.2. Perdele de aer

a) Domeniul de utilizare

Instalațiile de ventilare locală sub formă de perdele de aer asigură refularea unor jeturi plane, sub formă de pânză de aer. Se utilizează în domeniul industrial ca mijloc de protecție pentru a împiedica pătrunderea aerului rece prin:

– ușile halelor destinate accesului auto și cale ferată sau ușile de acces cu deschidere frecventă;

-goluri tehnologice prin care se introduc în mod continuu materiale în secții.

În perioada caldă a anului se pot utiliza pentru delimitarea încăperilor climatizate. Sunt sisteme cu posibilitatea de izolare a unor surse de degajări nocive sau a unor zone din hală pentru a împiedica propagarea nocivităților în întregul volum al halei.

Pentru spații tehnologice cum sunt cabină sau tunel de vopsire, perdelele de aer cu refulare și aspirație realizează izolarea acestor zone.

Perdelele de aer sunt alcătuite din unul sau mai multe dispozitive pentru refularea uniformă a aerului prin intermediul unui ventilator centrifugal sau axial, după caz o rețea de canale și priză de aer, la care se anexează baterie de încălzire și filtru de praf.

b) Tipuri de perdele de aer

După locul de amplasare al dispozitivului de refulare, perdelele de aer pot fi :

– unilaterale, pentru protecția golurilor mai mici de 2 m;

– bilaterale, alcătuite din dispozitive montate pe ambele laturi la goluri mai mari de 2 m, fiind mai eficiente și cu cea mai largă utilizare;

– cu refulare la partea superioară sau inferioară , pentru delimitarea spațiilor cu temperaturi diferite sau/și la deschideri spre exterior;

– cu refulare pe o latură și aspirația aerului pe latura opusă pentru uși spre exterior sau pentru deschideri între zone interioare.

După temperatura aerului refulat, perdelele de aer pot fi:

– perdele de aer cald – la care temperatura aerului refulat este mai mare decât cea a aerului interior, au avantajul că în perioada de iarnă permit pătrunderea unui aer de amestec cu temperaturi apropiate de cea a aerului interior;

– perdele cu aer recirculat – la care aerul refulat este preluat din interior, în condițiile în care acesta nu conține nocivități.

După alcătuirea ventilatoarelor cu care sunt echipate pot fi :

– ventilatoare axiale – cele mai uzuale, deoarece la același caracteristici funcționale ca debit și presiune, necesită mai puțin spațiu pentru montaj datorită alcătuirii lor;

– ventilatoare centrifugale – se regăsesc mai ales în montajele mai vechi, voluminoase, cu priză de aer, baterie de încălzire și filtru de praf.

3.3 Dispozitive deschise

a) Hotele

Reprezintă dispozitive locale de aspirație a nocivităților, amplasate deasupra, lateral sau sub surse. sunt prezentate principalele tipuri de hote.

– Hota clasică în funcție de forma sursei de nocivități, se poate realiza cu secțiune de aspirație pătrată, circulară sau dreptunghiulară. Marginile hotei trebuie să depășească perimetral sursa cu (0,3 … 0,4)y, unde y reprezintă distanța de amplasare față de sursă.Pentru uniformizarea câmpului de viteză în secțiunea de aspirație, unghiul de deschidere al hotei α ≤ iar la partea inferioară se poate monta un o bandă de uniformizare cu lățimea de (0,1 … 0,2)y

– Hota amplasată lângă perete sau deasupra ușii focarului limitează aspirația curenților de aer și nu este influențată de direcția mișcării aerului în incintă.

– Hota compartimentată se utilizează pentru surse de nocivități de lungime mare, fiecare compartiment se prevede cu evacuare individuală.

– Hota cu aspirație centrală și periferică se utilizează pentru bancurile de lucru cu piese de diferite dimensiuni și suprafața sursei de noxe este variabilă.

– Hota rabatabilă permite modificarea distanței de amplasare față de sursă și manevrarea pieselor și a materialelor cu dispozitive de transport (grinzi de rulare) prin rotirea cu a dispozitivului de captare.

– Hota telescopică permite în funcție de operațiile tehnologice necesare, o modificare a distanței față de planul de aspirație.

– Hota cu acumulare utilizată pentru procesele cu scăpări accidentale de debite mari de nocivități, permițând captarea lor momentană și evacuarea.

Hotele se pot confecționa din tablă zincată, tablă neagră tratată, din inox, sticlă, mase

plastice etc. Materialul se alege în funcție de agresivitatea și temperatura degajărilor

nocive. Pentru evitarea transformării hotei în suprafață radiantă, în cazul captării de

degajări foarte calde, se prevăd măsuri de izolare termică, iar pentru evitarea condensului

se urmărește asigurarea unei temperaturi superficiale cu cel puțin un grad deasupra

punctului de rouă a aerului și jgheaburi pentru colectarea și evacuarea condensului.

Evacuarea în exterior a nocivităților captate prin hote se poate face prin:

– tiraj natural

– mărirea tirajului prin montarea de deflectoare (D)

– ventilator de evacuare (VE) în cazul debitelor mari de aer și pentru micșorarea tubulaturii;

– montajul ventilatorului în cot cu motor de antrenare capsulat, antiexploziv;

– folosirea efectului de ejecție

– ventilator și utilizarea dispozitivelor de reținere a impurităților (DRI) și dispozitive de recuperare a căldurii (DRC)

b) Aspirații marginale

Sisteme constructive de tip aspirații marginale se utilizează în special la captarea degajărilor nocive de pe suprafața băilor industriale. Băile industriale conțin diferite soluții reci sau calde, pentru procese industriale de spălare, decapare, degresare, grunduire, vopsire prin scufundare sau tratamente termice de suprafață ca: zincare, nichelare, cromare, etc., care prin evaporarea de pe suprafața lor produc vicierea încăperii. În general piesele ce trebuie tratate se introduc în soluție pe deasupra băii, încât nu pot fi folosite hote sau nise de ventilare.

Pentru captarea locală a gazelor și vaporilor degajate de pe suprafața băii industriale, se folosesc dispozitive de aspirație marginale de tip fante cu înălțimea între 50 … 250 mm, încât să asigure un câmp uniform de viteză în secțiunea de evacuare .

În funcție de lățimea băii, ventilarea se poate face cu dispozitive:

– de aspirație amplasate pe o latură (unilaterală), pentru B ≤ 800 mm;

– de aspirație amplasate pe două laturi (bilaterală) pentru B ≤ 1000 mm

– de refulare pe o latură și aspirație pe latura opusă

– de aspirație pe tot conturul (aspirații inelare), în cazul băilor cilindrice

Protejarea dispozitivelor de captare, împotriva coroziunii se face prin acoperire cu metale în funcție de natura agenților corozivi.

Este importanta realizarea unei aspirații uniforme pe toată lungimea băii. Pentru uniformizare se folosesc fante cu pereți de ghidare sau mai multe dispozitive cu fante având lungimea de

500 – 800 mm; refularea aerului se face prin fante sau conducte circulare. La băile industriale unde există obstacole care împiedică dezvoltarea liberă a jetului, creșterea eficienței captării se realizează cu fante rabatabile.

În cazul refulării pe o latură și aspirație pe latura opusă, din cauza fenomenului de inducție debitul jetului crește și la aspirație trebuie realizată o deschidere mai mare comparativ cu fanta de refulare. Dacă se urmărește ca jetul să se „lipească” de suprafața lichidului, se mărește bătaia jetului și se va reduce debitul de aer indus (jet limitat).

3.4. Dispozitive semiînchise

Nișele de ventilare sunt sub forma de mese de lucru, închise pe trei laturi, având un spațiu de acces și de lucru la partea frontală, deschis / închis în timpul funcționării, utilizate. Nișele pot fi de tip laborator sau industriale.

După modul de direcționare al maselor de aer din interiorul lor, dictat de densitatea nocivităților degajate în raport cu cea a aerului interior, se deosebesc:

– nișe cu orificii de aspirație la partea superioară

– nișe cu orificii de aspirație la partea inferioară

– nișe cu orificii de aspirație la partea inferioară și superioară

Nișele de ventilare se pot confecționa din tablă neagră, tablă zincată, inox, mase plastice, sticlă, polistiren armat cu fibre de sticlă, etc. funcție de agresivitatea chimică a nocivităților captate.

În incintele cu mai multe nișe, regimul de depresiune dintre încăperi, va evita împrăștierea nocivităților degajate, amestecul cu diverse alte nocivități degajate. Măsurile luate au în vedere evitarea amestecurilor explozibile, inflamabile sau cu grad ridicat de coroziune. Soluția optimă ar fi ca fiecare nișă să fie dublată de un ventilator sau grup pentru tratarea aerului de compensație.

Se acceptă varianta economică cu gruparea nișelor pe sisteme de evacuare cu grupuri comune pentru compensarea aerului evacuat local, însă cu asigurarea regimului diferențiat de depresiune între incinte.

3.5. Dispozitive închise

Carcasele sunt dispozitive de ventilare locală care îmbracă complet sursa generatoare de nocivități, reducând la minim scăpările de nocivități în incintă. Soluția constructivă de ventilare se poate aplica atunci când procesul tehnologic permite acest lucru și degajările nocive sunt toxice.

Se prezintă tipul de carcasă pentru linii de tratament termic, aerul pentru antrenarea nocivităților este preluat prin zona de intrare respectiv de ieșire a benzilor

(exemplu, eloxarea benzilor de aluminiu). În cazul cuptoarelor electrice cu arc carcasa montată deasupra este de tip hotă închisă, având șlițurile laterale și rosturile de culisare a electrozilor ca orificii pentru aspirarea aerului.

La proiectarea carcaselor se va avea în vedere stabilirea locului, numărului și suprafeței necesare a orificiilor pentru accesul aerului, încât să se asigure o antrenare eficientă a nocivităților și să se evite cumularea lor în anumite zone ale utilajului sau carcasei. Se va asigura starea de depresiune în interiorul utilajului și după caz o răcire a degajărilor de nocivități încât să nu afecteze rețeaua canalelor de evacuare a aerului.

3.5. Tipuri constructive

În cazul băilor industriale de lățimi mari, tuneluri de vopsire, uscare, cuve de

electroliză a tuturor surselor de nocivități cu tendința propagare în întreaga incintă, se

utilizează sisteme de ventilare locală, care să asigure o mișcare dirijată a aerului.

Fig x1 Refulare pe o latură și aspirație pe latura opusă

Sistemul cu refulare pe o latură și evacuare pe latura opusă (figura x1)folosit pentru băi industriale cu lățimea B > 1000 mm, vor avea înălțimea fantelor de aspirație mai mare decât grosimea jetului la distanța de amplasare a lor.

Refularea se va face sub forma de jet plan continuu, cu grosimea fantelor de 5 … 15 mm. Lateral față de lungimea băii, pentru atenuarea efectelor marginale, se prevăd suprafețe care să delimiteze curgerea și să diminueze acțiunea defavorabilă a curenților de aer orizontali.

4.INSTALAȚII DE DESCEȚARE

4.1. Tipuri de instalații de descețare

Se pot aplica următoarele procedee speciale pentru combaterea efectelor de condensare pe suprafețele reci:

– mărirea debitului de aer pentru ventilare, astfel încât starea aerului evacuat în zona superioară să aibă un conținut de umiditate mai mic;

– refularea suplimentară a unor jeturi de aer cald (30 – 45 aaaaa ) în zona superioară a încăperii, în lungul elementelor de construcție;

– montarea suplimentară de corpuri de încălzire (registre din țevi) la partea superioară halei;

– folosirea dispozitivelor de aspirație locală.

4.2.1. Instalații de descețare prin ventilare generală

Instalația de ventilare generală cu debit de aer mărit, se poate aplica în condițiile în care:

– utilajele cu degajări de căldură și umiditate sunt răspândite în hală, nu pot fi grupate intr-o singură zonă;

– dimensiunile și forma utilajelor nu împiedică distribuirea uniformă a aerului;

– refularea aerului se poate face în apropierea utilajelor și jetul de aer cuprinde cât mai mult din zona de amplasare a surselor de degajare.

Introducerea aerului se va face la partea inferioară a halei, în zona de lucru și evacuarea se va face la partea superioară (dacă este posibil pe cale naturală prin luminatoare, jaluzele de suprapresiune, etc.)

Dacă aerul umed cu vapori de apă din încăperea ventilată poate pătrunde în spațiile vecine, datorită suprapresiunii, se va realiza o instalație mecanică de evacuare.

Dacă introducerea aerului în zona de lucru este împiedicată de forma utilajelor, atunci refularea se va face la partea superioară cu dirijarea jetului de aer către zona de lucru.

Pentru o eficiență ridicată a instalației, utilajele trebuie amplasate în spatele unor paravane

care vor ajuta la dirijarea aerului către zona de lucru.

Calculul acestor instalații necesită următoarele date cunoscute:

– dimensiunile halei industriale, mărimea și poziția surselor de degajare;

– sarcina termică (kW) și sarcina de umiditate (kg/s);

– parametrii aerului exterior E (, ) și al aerului interior I (,);

Etapele de calcul sunt următoarele:

– se poziționează punctele de stare ale aerului interior I și exterior E în diagrama i –x

– sa calculează direcția procesului = / (kJ/kg)

– se trasează în diagrama i – x și o paralelă la aceasta prin punctul de stare al erului

interior I;

– se determină starea aerului refulat R la intersecția lui cu paralela la ;

– se determină coeficientul d preluare al umidității β, în funcție de și / H respectiv de modul de propagare al căldurii și umidității;

– se calculează debitul de aer pentru ventilare:

L = (kg/s) știind că: β = (4.1)

-se determină starea S a aerului evacuat la partea superioară a încăperii, la intersecția lui xs cu paralela dusă prin punctul I la ;

(4.2)

-dacă punctul de stare S se află în zona de ceață, în încăperea ventilată se va produce ceață chiar în cazul introducerii debitului de aer L. Pentru a se evita apariția ceții, se impune o nouă stare a aerului evacuat , la o umiditate de 90% și se recalculează debitul de aer:

= (Kg/s) (4.3)

Deoarece: – < – debitul de aer > L.

Prin mărirea debitului de aer, coeficientul de preluarea a căldurii și umidității nu sa modificat, astfel că se vor determina parametrii aerului interior rezultat în această situație.

β = ; (4.4)

– se determină starea aerului la intersecția lui xs1 cu dreapta RS1 și se verifică dacă parametrii rezultați pentru acest punct sunt în limitele impuse de NGPM;

– se va verifica dacă nu se produce fenomenul de condens la nivelul tavanului:

=-() (4.5)

=+ (4.6)

Dacă condiția nu este îndeplinită, se va mări în continuare debitul de aer sau se vor lua măsuri de izolare suplimentară a tavanului.

4.2.2. Instalații de descețare cu corpuri de încălzire la partea superioară

Corpuri de încălzire montate la partea superioară a secției, în apropierea tavanului, au rolul ca prin radiație să mărească temperatura suprafețelor reci și a aerului din imediata apropiere, eliminând fenomenul de condens.

Sistemele de corpuri de încălzire, serpentine, introduc în încăpere o sarcină termică suplimentară Qci. Ele funcționează numai în perioada de iarnă și se vor dimensiona în așa fel încât radiația termică să nu influențeze negativ aerul din zona de lucru.

Pentru a evita fenomenul de îngheț se indică utilizarea aburului ca agent termic.

Calculul se poate face după cum urmează:

Cazul I – dacă se cunoaște suprafața corpurilor de încălzire și sarcina termică a lor

– se determină starea aerului S evacuat la partea superioară

– se calculează sarcina termică totală a halei și se determină noua direcție a procesului:

(4.7)

– se trasează o paralelă la prin punctul R;

– se determină starea la intersecția acestei paralele cu dreapta xs;

– se determină funcție de și /H și se calculează debitul de aer pentru ventilare;

– se stabilește stare aerului interior la intersecția dreptei R cu;

– se verifică dacă la partea superioară a halei se produce condens

Cazul II -se impune temperatura aerului din zona superioară astfel încât să nu se producă condens și se calculează sarcina termică necesară a corpurilor de încălzire

– se determină starea aerului S evacuat la partea superioară;

– se determină temperatura ts1 astfel ca pe suprafața interioară să nu se producă condens: =+ , la intersecția curbei de saturație ρ = 100% cu

() = k () și înlocuind valoarea lui determinată cu relația anterioară rezultă:

= (4.8)

– se determină starea punctului la intersecția lui cu xs cu ts1;

– se trasează prin punctul R și ;

– se determină grafic valoarea lui ei1 și se stabilește în funcție de și /H

– se calculează debitul de aer pentru ventilare și conținutul de umiditate al aerului interior ;

– se determină sarcina termică necesară atingerii punctului știind că :

= (kw) (4.9)

4.2.3. Instalație de descețare cu refularea aerului la partea superioară și inferioară a halei

În anumite hale industriale cu degajări însemnate de căldură și umiditate pentru mărirea temperaturii în zona superioară a acesteia, se refulează un debit de aer cu o temperature mai mare

Instalația refulează în partea superioară a halei un debit de aer Ls cu o temperature de 30…C care să nu influențeze defavorabil zona de lucru. Temperatura de refulare se realizează cu o baterie de încălzire suplimentară BIs.

Un termostat de exterior va acționa clapetele CR1 și CR2 dirijând spre partea superioară un debit de aer Ls variabil, în funcție de temperatura exterioară. Debitul de aer scade cu creșterea temperaturii exterioare.

Termostatul de canal Tc menține constantă temperatura aerului refulat în partea superioară.

La creșterea peste o anumită valoare a temperaturii exterioare, tot debitul de aer va fi refulat în partea inferioară a halei cu o temperatură stabilită de termostatul de interior Ti, în funcție de sarcina termică de evacuare.

Calculul instalației constă în determinarea punctului de stare al aerului evacuat la partea superioară a halei R1 care se amestecă cu aerul de stare S, rezultând un nou punct de stare S1, situat pe dreapta R1S.

Poziția punctului de stare S1 va fi în funcție de raportul debitului de aer refulat în partea superioară Ls și a celui din partea inferioară Li.

Debitul de aer se va calcula cu relația:

L= +

Noua stare a aerului determină o nouă direcție a procesului și un nou

Coefficient cu care se stabilește noua stare a aerului interior .

= ( (4.10)

Starea aerului se poate determina după cum urmează:

-se impun debitele și și se determină

(4.11)

După determinarea punctului de stare se verifică dacă nu apare condens în partea superioară a încăperii. În eventualitatea apariției condensului, se reia calculul prin mărirea debitului de aer refulat în partea superioară a halei.

-se impune temperatura stării , la intersecția izotermei ts1 cu dreapta S; știind că punctul împarte segmente invers proporționale cu debitele de aer și , se vor determina aceste debite cu relația:

(4.12)

4.2.4. Instalații de descețare utilizând dispozitive de ventilare locală

În multe hale industriale sursele de degajări sunt surse locale care pot fi prevăzute cu dispozitive de aspirație locale (DAL) cum ar fi: nișe, hote, carcase, etc. Captarea degajărilor nocive se va face mai eficient la locul de producere prin aceste dispozitive.

Dacă toate surele de degajări din hală pot fi prevăzute cu DAL pentru descețare, aerul va fi introdus printr-o instalație de ventilare generală și va fi evacuat prin DAL, scăpările de nocivități se consideră neglijabile.

Dacă unele surse de degajări nu pot fi echipate cu DAL, instalația de descețare va fi compusă dintr-o instalație de introducere generală a aerului, una de ventilare locală cu DAL și una de evacuare a scăpărilor din DAL și a degajărilor de la surse fără aspirație locală

Introducerea aerului se va face pe la partea inferioară a halei. Dacă datorită formei sau amplasării utilajelor nu este posibilă refularea la partea inferioară, se recurge la refularea superioară cu dirijarea jeturilor spre zona de lucru.

Pentru evitarea formării condensului în interiorul DAL se recomandă refularea unui

debit de aer cald (C) în interiorul dispozitivului de captare locală.

5.Instalatii de ventilatie la avarie

5.1. Descrierea instalației

Conform denumirii lor sunt instalații speciale, în general numai pentru evacuarea aerului, care intră în funcțiune numai în cazul scăpărilor accidentale de nocivități, la declanșarea unor avarii. În incintele industriale cu degajări însemnate de nocivități (ΣY) în procesul productiv, cu o acțiune dăunătoare asupra muncitorilor, utilajelor sau a construcției se prevăd instalații de ventilare locală alcătuite din dispozitive de aspirație locală (DAL) și ventilator de evacuare (VE), care preiau parte din degajările de nocivități (debit de aer evacuat) și le evacuează în atmosferă (fig. 5a). Aerul de compensație Lc poate pătrunde în incintă din spații vecine, fără impurificări ale aerului, datorită depresiunii create sau se preia din exterior printr-o instalație de introducere cu posibilitatea tratării aerului, alcătuită din priză de aer PA, filtru de praf FP, baterie de încălzire BI și ventilator de introducere a aerului VI.

Dacă se consideră că există riscul deteriorării unor utilaje, conducte, aparate etc. care duc la degajări suplimentare de nocivități (a căror concentrație afectează sănătatea oamenilor,poate produce incendii sau explozii în incintă, atunci se prevede o instalație suplimentară de ventilare, numită instalație de avarie, alcătuită din unul sau mai multe ventilatoare axiale (VA) montate în exterior. Ventilatorul intră în funcție la sesizarea creșterii concentrației de noxe în interior și permite evacuarea unui debit mare de aer generând în același timp pătrunderea de aer suplimentar proaspăt exterior, prin deschideri amenajate (orificii, geamuri) Ls (fig. 5b).

Fig.5.1 Schemă de ventilare a) locală; b) de avarie;

Amplasarea ventilatorului de avarie se face în funcție de poziția de montaj a deschiderilor, de direcția de propagare a nocivităților, încât schema de ventilare să fie eficientă și să asigure o circulație a aerului pe perioada avarie în întregul volum al incintei.

Pornirea ventilatorului de avarie se face la comanda unui traductor de concentrații (TC),

existând și posibilitatea unei porniri manuale din exteriorul incintei.

5.2. Debitul de aer pentru avarie

Determinarea debitului de aer evacuat în caz de avarie se face din condiția limitării concentrației maxime, la valori stabilite din condiții tehnologice, de explozie sau inflamabilitate.

(5.1)

în care: – fluxul de noxe emis în timpul avariei, în mg/h

, – concentrația maximă admisibilă pe timpul avariei, în mg/;

– concentrația în aerul exterior refulat, în mg/.

Acest debit de aer stă la baza alegerii ventilatorului și dimensionării deschiderilor

(orificiilor) pentru preluarea aerului exterior.

5.3. Timpul de revenire la concentrația admisibilă inițială