Diseño de Plantas Industriales 1 UNIVERSIDAD MARIANO GALVEZ DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO: DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES DOCENTE: ING. M.A. JORGE ESTUARDO MORALES 3 DISEÑO DE PLANTAS Y PROCESOS INDUSTRIALES EDIFICIOS INDUSTRIALES Los edificios industriales son todas las estructuras diseñadas para satisfacer funcionalmente las necesidades de la industria, tomando en consideración las áreas productivas y no productivas necesarias para su funcionamiento óptimo. La ejecución de la construcción debe ser diseñada de una manera integral constituida por las diferentes necesidades de la empresa, la cual establece una estrecha relación entre el ingeniero civil, el propietario y el ingeniero industrial, siendo de gran importancia ya que el aporte técnico de cada uno, redundará en el ahorro de recurso económico. El manejo de materiales es un factor sumamente importante en el diseño de edificios industriales, puede decirse cuando se ha analizado este factor, que los edificios forman parte del proceso productivo a semejanza de la distribución de energía y disposición de maquinaria. Los proyectos industriales se inician generalmente con una distribución tentativa de maquinaria alrededor de la cual se dejan espacios para su operación, inspección y mantenimiento; la disposición de las máquinas es de fundamental importancia pues en ello se basa el flujo adecuado de materiales. Ventilación, iluminación, techos, pisos y pinturas usadas en plantas industriales son aspectos a considerar en la planeación de un edificio, los cuales influyen en la eficiencia del proceso. CLASES DE EDIFICIOS: Al planificar la construcción de un edificio industrial, ya sea de una planta industrial nueva o la ampliación de una existente, requiere tomar en cuenta los siguientes aspectos: a) necesidades presentes y futuras de la empresa; b) situación financiera; c) condiciones económicas en general; d) cambios en el mercado; e) normas y reglamentos que afecten en sí el edificio. Los edificios industriales deben diseñarse bajo la proyección de un programa integral, el cual está constituido por las diferentes necesidades de la empresa. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 2 1) EDIFICIOS DE UNA PLANTA: Las ventajas de este tipo de construcción son: mayor claridad, amplitud, menor cantidad de columnas, mayor flexibilidad de distribución de las instalaciones en el piso de la fábrica. Otros factores que influyen en su elección, son: bajo costo del terreno, tiempo limitado para construir, menos terreno perdido en columnas y escaleras, cargas altas debido al producto fabricado o a las máquinas usadas, mayor flexibilidad para futuros cambios en la instalación, rutas de trabajo más eficientes, inspección fácil y eficaz, aprovechamiento de la iluminación y ventilación natural, aislamiento de trabajos peligrosos, bajo costo global de funcionamiento. 2) EDIFICIOS DE VARIAS PLANTAS: Estos edificios son ventajosos donde se desee la circulación por gravedad en los procesos, donde el terreno sea de área limitada, o donde el costo del terreno sea muy elevado. Para los tipos usuales de construcción y para cargas vivas en los entrepisos de hasta aproximadamente 200 lbs/pie2, se considera económica una separación entre columnas de 12 a 14 metros en ambas direcciones. Los principales factores que influyen en su selección, son: alto costo del terreno, área limitada del terreno para construir, cargas bajas correspondientes al producto y al equipo, utilización de la circulación por gravedad, menos calor transmitido a través del techo. TIPOS DE EDIFICIOS: 1) EDIFICIOS DE PRIMERA CATEGORÍA: Su estructura está formada por marcos rígidos de concreto armado y relleno de hormigón, transmitiendo sus fuerzas hacia las zapatas individuales del mismo material. Sus techos y entrepisos pueden ser de losas de hormigón armado o nervadas, siendo estas últimas del tipo de concreto pretensado, las cuales se apoyan sobre vigas y columnas del mismo material. Los muros exteriores o interiores son de ladrillo de barro de superficie lisa o de bloque de piedra pómez y cemento, las cuales generalmente no reciben cargas externas, constituyéndose en muros de relleno lo que hace al edificio totalmente asísmico. El acabado en estos muros es mediante el cernido de sus superficies, dándole un aspecto muy fino y de gran calidad, ya que en la actualidad este acabado se puede aplicar por medio de la forma tradicional, haciendo uso de los materiales tradicionales (cal, cemento y arena blanca), o contratando a una compañía que se dedique al acabado de superficies de tabiques, el cual le da un aspecto arquitectónico de mucha más calidad. Finalmente se aplica una capa de pintura la cual debe ajustarse a las solicitudes del local. Las ventanas generalmente son de aluminio nodizado natural, con sus operadores individuales. Los pisos para el área de producción generalmente Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 3 son de concreto armado y superficies alisadas. Para el área de oficinas, sus pisos pueden ser forrados con capas de cemento líquido, granito o alfombrados. Estos edificios pueden ser de uno o dos niveles. En el primer caso, habrá que dejar el área de adelante para uso exclusivo de las oficinas y el área de atrás para la planta de producción. En el caso de dos niveles, habrá que dejar un nivel exclusivamente para el área de producción y el otro nivel para el área de oficinas. Además, debe tener un área destinada a jardinización y parqueo, tanto para los visitantes como para el personal de la empresa. También deberá poseer áreas de servicios y deportivas para los empleados. Estos edificios se diseñan con el criterio de ser iluminados y ventilados artificialmente, ya que estrictamente adoptan formas rectangulares o cuadradas, las cuales son inadecuadas para el aprovechamiento de la iluminación y ventilación natural. Ventajas: Alta vida de operación Incombustibles por naturaleza Proporcionan bienestar y comodidad al personal Soportan grandes cargas Se pueden diseñar para soportar otro nivel, en caso de ser necesaria la expansión de la empresa. Permiten amplitud en su interior en virtud de que es posible darle gran separación y altura a las columnas. 2) EDIFICIOS DE SEGUNDA CATEGORÍA: En las construcciones de segunda categoría predomina el acero estructural con una combinación del concreto armado en cantidades menores, ya que este último servirá de apoyo a las columnas de acero y a los tabiques de relleno. Las estructuras principales en las cuales intervienen las columnas, las uniones y las vigas pueden ser del tipo conocido como alma llena o vacía. La cimentación de las columnas principales es individual y de concreto armado. Los muros exteriores y los interiores generalmente transmiten su peso al suelo mediante cimentaciones corridas. La cubierta superior del edificio puede ser lámina de zinc, de aluzinc, de asbesto cemento, o en algunas secciones de losa de concreto armado. Estos edificios generalmente llevan un entrepiso el cual puede ser de concreto armado o de madera apoyado sobre vigas de acero descansadas en las columnas del edificio. Los muros exteriores no reciben ninguna carga superior por lo que se puede constituir en edificios asísmicos y son totalmente de mampostería, o puede hacerse una combinación de lámina de zinc, a1uzinc o asbesto cemento; su Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 4 acabado generalmente es de superficie rústica pintada. Los muros interiores pueden ser de tabique de ladrillo, block de cemento o del tipo prefabricado, los cuales están construidos por planchas de plywood decorativo, tablex, cartón piedra, con alma de duroport y estructura de aluminio, los cuales le dan una presentación muy buena a los ambientes. Las ventanas son metálicas, ya sea de aluminio o de hierro. Las puertas pueden ser de metal o madera. Los pisos para el área de producción son de concreto armado sin pulir, su resistencia y tipo 'están en función del proceso de producción, mientras que para el área de oficinas, generalmente son de pisos de cemento liquido o granito. Estos edificios generalmente se conforman de dos partes: el área de oficinas y el área de producción. Siendo en su mayoría de veces el área de oficinas una construcción de concreto armada y el área de producción de acero estructural, lámina, madera y mampostería. Debe tener un área de jardinización y parqueo tanto para visitantes como para empleados, áreas de carga y descarga de mercadería, así como también poseer áreas de servicios y deportivas para los empleados. La ventilación y la iluminación se suministrarán aprovechando las fuentes naturales, utilizándose medios artificiales únicamente para operaciones aisladas que así lo requieran. Esto determina que los edificios de este tipo tengan formas rectangulares alargadas. Ventajas: Las cargas que soportan pueden ser altas. Son amplios en su interior y esto los hace que se adapten perfectamente a procesos industriales pesados. Son de montaje fácil y rápido ya que sus elementos estructurales principales son prefabricados. Los costos de demolición son bajos permitiendo que los cambios en la instalación resulten económicos. Por ser de tal tipo prefabricado sus elementos principales, puedan ser vendidos en un momento determinado. Desventajas: Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo, disminuye resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos, este riesgo es posible disminuirlo mediante la instalación de rociadores suspendidos, los cuales se accionan a una temperatura determinada. Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como consecuencia una instalación ruidosa. Su costo de mantenimiento es alto. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 5 Debido a que aprovechan la ventilación natural, el interior del edificio está prácticamente a merced de la intemperie, aumentando por lo tanto los costos de mantenimiento. 3) EDIFICIOS DE TERCERA CATEGORÍA: La madera es el material que interviene fundamentalmente en la construcción de estos edificios. La cimentación de estos edificios como la de los anteriores, es de hormigón armado. La estructura principal está formada por columnas y armaduras de madera cuando los claros son grandes. Cuando los claros son pequeños se usan vigas de madera en lugar de armaduras, las cuales soportan la cubierta superior. La cubierta superior puede ser de lámina de zinc o asbesto y en algunos casos de lámina ondulada de cartón impermeable. Sus pisos son de hormigón rústico. Los muros y tabiques interiores pueden ser de mampostería o de madera, las puertas y ventanas son de madera. Estos edificios generalmente se conforman de una sola planta, la cual está destinada al área de producción y dentro de la misma se destina un lugar para una pequeña oficina, debe poseer un área de servicio para los empleados. Ventajas: Su costo de construcción es el más bajo de los tres. Son fáciles de montar y desmontar, ya que las uniones son con clavos o tornillos y los elementos son ligeros. Las cimentaciones son ligeras y no requieren de precisión, ni de cálculo en su relación. Son estructuras que se pueden modificar con facilidad a bajo costo. Generalmente el área que ocupan es pequeña. Desventajas: Las cargas que soportan son pequeñas debido a la resistencia estructural de la madera. La madera es un material altamente combustible. El costo de mantenimiento es muy elevado debido a la durabilidad de la madera, ya que constantemente se producen desajustes en las uniones, debido a la constante vibración. Debido a la baja resistencia estructural y a la 1imitacián de sus tamaños en el mercado, estos edificios se construyen de un solo piso y excepcionalmente llegan a los dos niveles, por la misma razón las cargas que pueden soportar son pequeñas. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 6 ASPECTOS DE LA OBRA CIVIL: 1) TECHOS INDUSTRIALES: El techo es el elemento que corona toda construcción. Un techo con pendiente mayor del 2% no estará sujeto al tránsito frecuente de personas y su carácter principal será el de proteger el interior de la nave industrial de los factores climatológicos o intemperie. Los factores determinantes de un techo son: IMPERMEABILIDAD DURACION SEGURIDAD PENDIENTES AISLACION TERMICA AI SLACION ACÚSTICA El techo necesita de 2 elementos básicos: A) CUBIERTA B) ESTRUCTURA En las losas de concreto, la cubierta y la estructura se encuentran internamente vinculadas al extremo de constituir una cubierta estructural, cada una de ellas forman una unidad y que cada una de ellas requiere materiales, formas, normas y en general, tratamientos diferentes. 1.1 TIPOS DE CUBIERTAS: Atendiendo la forma en que la cubierta de un edificio se emplea, se puede clasificar de la manera siguiente: CUBIERTAS PLANAS O LOSAS DE CONCRETO Este tipo de cubierta no es muy usado en la edificación de naves industriales, ya que su costo es muy oneroso. CUBIERTAS CON PENDIENTES Son todas aquellas cubiertas con pendientes mayores del 2%. CUBIERTAS CURVAS Son todas aquellas cubiertas con pendientes variables. 1.2 MATERIALES UTILIZADOS: LÁMINA GALVANIZADA Esta es una lámina acanalada que constituye uno de los productos más usados en nuestro medio, por su fácil instalación, su peso ligero y su precio. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 7 La lámina galvanizada es de color blanco azulado, peso ligero impermeable y no es aislante del sonido y del calor, mecánicamente, por ser acanalada es muy resistente a la flexión. LÁMNA DE ZINC Es muy resistente al agua y al desgaste por la acción del aire, ya que se recubre de una película compacta y adherente de carbonato de zinc, lo que constituye un buen protector del acero contra la oxidación. Sin embargo, todos los ácidos enérgicos lo atacan o además, al entrar en contacto con otros metales manifiesta actividad galvánica. Los tamaños que se encuentran en el mercado varían de 5 pies hasta 14 pies de largo por 32 pulgadas de ancho. Los espesores de calibre que se producen son de: 20, 24, 26, 28, 30 y 32, estas medidas son en milímetros. LÁMINA DE ALUZINC Es una lámina de acero con un revestimiento de aluminio, azufre y silicio, es una lámina muy resistente a la corrosión y a condiciones severas climatológicas. Esta lámina puede ser pintada con grandes acabados, existe en el mercado como lámina acanalada de 1.00 mts. de ancho y largos desde 5 pies hasta 14 pies. Existen también láminas en forma semicircular, el inconveniente de este tipo de lámina es su instalación, ya que requiere conocimientos específicos para este tipo de lámina, sin embargo se usan para condiciones climatológicos muy severas. LÁMINA DE ASBESTO CEMENTO Una lámina de asbesto- cemento está formada por una mezcla de cemento tipo Portland normal o cemento Puzzola Portland, fibra de asbesto, fibra inorgánica (no mayor del 1%), con o sin adición de pigmento mineral inerte, llenadores minerales, revestimientos o agente para el curado formado bajo presión y perfectamente curado. Estas láminas son de color gris, pesadas y de superficie un poco rugosa, constituyen un buen aislante térmico, aunque no acústico y no son atacadas por vapores, humos, gases o soluciones salinas. Son muy frágiles, su costo es más elevado en relación a la lámina galvanizada y su instalación requiere de una mano de obra más calificada, así como el uso de accesorios específicos. 1.3 ASPECTOS TÉCNICOS: Las pendientes de las cubiertas están en función del material usado. También son factores importantes la ubicación del edificio, el clima y aspectos arquitectónicos de diseño. Como criterio general se aconseja observar, antes de determinar la pendiente, el número de juntas, el acabado de la superficie y la permeabilidad del material a usar. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 8 Los daños son mayores cuando se deja poca pendiente que en aquellos con una pendiente adecuada. Un ejemplo de esta situación es el acumulamiento de agua durante los inviernos y si se trata de losas o láminas de asbesto, el agua no corre adecuadamente por ella y se acumula, filtrándose a través de la superficie. Tipo de Cubierta Azoteas Lámina galvanizada Lámina asbesto Grados 3 15 20 Pendiente 0.052 0.268 0.364 Para efectos de cálculo de la superficie de la cubierta se debe considerar todos los alerones de la misma, es importante considerar el área de estos alerones, ya que pueden constituir un porcentaje apreciable del material a usar. La superficie desarrollada es función de la superficie de la cubierta en planta y de la pendiente de la misma: Superficie = Superficie/Cosθ Tipo Producción Instalación No Elevada Instalación Elevada Montaje sobre bancos de productos pequeños 2.75 – 4.25 Mts. 3 -5.5 Mts. Montaje sobre productos grandes sobre el suelo Altura máxima del producto + 75% Altura máxima del producto + 125% Fabricación de productos pequeños Altura de maquinaria + 125% Altura de maquinaria + 150% Fabricación de productos grandes Altura de maquinaria + 125% Altura de maquinaria + 150% El peso sobre las cubiertas es otro factor a considerar, como ejemplo el propio peso de la cubierta, la carga viva que como especificación se recomienda considerar 20 libras por pie cuadrado (100 kg/mt2). La presión del viento sobre una superficie está condicionada por su forma, tamaño, orientación y localización y la fórmula para calcular la carga del viento sobre la superficie es: Q = (W/2G) * V2 Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 9 Q= presión por unidad de superficie. W= Densidad del aire. V= Velocidad por unidad de tiempo. G= Valor de gravedad 1.4 TIPOS DE TECHOS: Los techos usados en naves industriales existen en diferentes formas y materiales, siendo los más populares: TECHOS DE DOS AGUAS TECHOS DIENTE DE SIERRA TECHOS CON NAVES DIFERENTES TECHOS CURVOS Las ventajas del techo de dos aguas son las siguientes: Este se puede usar para naves altas dando la oportunidad de formar entrepisos dentro del área de la nave. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 10 Por su forma se pueden agregar luminarias, lo que favorece la iluminación, así como también se pueden colocar ventiladores, lo que favorece la ventilación Su instalación es rápida y es desmontable, pudiéndose usar en otros lugares. Las desventajas del techo de dos aguas son las siguientes: Es necesario implantar un programa de mantenimiento preventivo a las estructuras. La lámina de zinc o asbesto no favorece el aislamiento térmico y ambas deben ser pernadas para su fijación, por lo tanto puede haber corrosión galvánica. La lámina necesita ser pintada periódicamente y para el apoyo de la misma necesita ser exacta, ya que si no, no quedarán alineadas las vigas. Las ventajas del techo diente de sierra son las siguientes: Por su forma se puede usar en naves de gran altura, aprovechando grandemente la posibilidad de la iluminación natural. Es desmontable pudiéndose usar en otras lugares. Su forma permite aprovechar la ventilación natural. Las desventajas de los techos dientes de sierra son: No se puede usar en lugares con demasiada luz entre columnas, por lo que las columnas obstaculizan el paso y la distribución de la planta. Necesita mucho mantenimiento preventivo y la lámina de asbesto o zinc no favorecen el aislamiento térmico. El material a usar para su instalación es mayor que en otros tipos de techos. Las ventajas de los techos curvos son: Su instalación es sumamente rápida y su mantenimiento es muy poco ya que el material a usar para la cubierta es lámina de aluzinc. Es muy estético y tiene forma aerodinámica. No existe corrosión galvánica por ser una lámina ensamblada y no perneada, además por su forma actúa como aislante. Las desventajas de los techos curvos son: Por su forma curva existe una pérdida de espacio en sus lados longitudinales. Es de mayor costo y no se pueden desmontar fácilmente, además sus muros de apoyo deben ser sumamente resistentes, ya que deben contrarrestar las fuerzas horizontales que actúan en el techo. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 11 VENTILACIÓN En todo tipo de industria se requiere una buena ventilación. El aire que se respira ha de poseer la calidad necesaria para no afectar la salud humana. La calidad del aire está determinada simplemente por la concentración de agentes contaminantes, tales como polvo, humos, detergentes, gases, vapores, disipadores de calor de motores, hornos, secadores, calderas etc. Cuando pensamos en ventilación de edificios industriales estamos analizando el proceso mediante el cual el aire viciado del interior es reemplazado por aire fresco del exterior. Entonces en este proceso estamos extrayendo el calor generado por las fuentes mencionadas anteriormente; es decir, estamos efectuando un balance térmico ya que la cantidad de calor desplazado por el aire fresco es igual al calor ganado en el edificio menos el calor irradiado en el mismo y así mantener la temperatura interior constante. La renovación del aire dentro de una nave industrial se puede llevar a cabo por dos medios: a) Renovación natural; b) Renovación forzada. De manera estática o dinámica. Ventilación Natural: Ésta es la ventilación mediante la cual se aprovechan los medios naturales disponibles para introducir aire al interior del edificio, pasarlo por él y expulsarlo. Estos medios son los siguientes: - La energía cinética del viento. - El tiro natural provocado por la diferencia de temperaturas, entre el aire interior y el aire exterior. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 12 El movimiento del aire puede ocurrir por una de estas fuerzas actuando individualmente o a la combinación de ambas, esto depende de las condiciones atmosféricas, del diseño del edifico y de la localización y orientación del mismo. Los resultados esperados pueden variar con el tiempo debido a los cambios de velocidad y dirección del viento y las diferencias de temperaturas considerando también, la orientación de las ventanas y su diseño para que éstas actúen a favor de las fuerzas naturales y no se produzcan efectos antagónicos. La temperatura del aire en el interior de los edificios industriales es generalmente mayor a la temperatura del aire exterior, por lo tanto el peso de una columna de aire en el interior del edificio es menor que el peso de la misma columna del aire exterior, esta diferencia de pesos referida a un área determinada nos da diferencia de presiones que recibe el nombre de Tiro Natural y que establece una corriente de aire del exterior al interior del edificio a través de las aberturas localizadas en los niveles inferiores. El aire frío que entra por la parte inferior del edificio toma calor del interior del mismo formándose corrientes convectivas ascendentes que buscan salida por las aberturas del nivel superior. Este efecto de chimenea dentro de los edificios es el que se aprovecha para ventilarlos naturalmente, reforzando así, la acción dinámica del viento cuando éste sopla contra el edificio. El tiro natural es más eficiente para la ventilación cuando aumenta la diferencia de temperatura, cuando las áreas de salida y entrada son sensiblemente iguales aunque teóricamente las áreas de salida deben ser mayores, pues el volumen de aire que sale es mayor que el que entre debido a la expansión correspondiente al incremento de la temperatura. * Colocación de Ventanales: Los ventanales de un edificio deben ser colocados tanto longitudinal como frontalmente si se desea una buena ventilación, ya que el viento algunas veces soplará paralelo al lado longitudinal y otras soplará al lado frontal. Prácticamente siempre se estará aprovechando la dirección del viento ya que cuando su acción sea paralela al lado longitudinal entonces se aprovechará el lado frontal y viceversa. En la distribución de ventanas se deben aprovechar las zonas de presión y de vacío, colocando ventanas de entrada y salida respectivamente, de tal manera que la acción combinada de ambos efectos produzcan ventilación cruzada dentro del edificio, evitando así los bolsones de aire dentro del mismo. Las zonas de baja presión se encuentran próximas a las aristas de la pared perpendicular a la dirección del viento (pared anterior y posterior) y las zonas de vacío serán las paredes, que en este momento se encuentran longitudinal a la dirección del viento, conociéndose este efecto con Líneas de Flujo. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 13 De tal manera que la acción combinada de estos efectos produzca una ventilación cruzada al abrir las ventanas. Disminuye tanto la presión como el vacío originales, pero el paso del aire puede ser controlado en cantidad y dirección variando las áreas de paso en las ventanas. * Reglas Generales de Ventilación Natural: El área de ventanas para una buena iluminación natural es suficiente para una buena ventilación, el área aceptable es del 25% al 30% de la superficie del suelo. Es conveniente considerar las siguientes reglas para completar el funcionalismo de la ventilación: 1. Las áreas de paso del aire deben estar bien distribuídas en el edificio, debiendo ser localizadas las entradas lo más bajo posible y las salidas lo más alto que se pueda. 2. No debe haber obstáculo cerca de las entradas ni tabiques interiores que impidan la circulación interior del aire. 3. Cuando las áreas de entrada son sensiblemente iguales a las áreas de salida, se obtiene el mayor rendimiento por metro cuadrado de ventana. 4. Cuando la dirección del viento es prácticamente constante, debe aprovecharse esta circunstancia orientando el edificio de tal manera que su eje mayor quede perpendicular a la dirección del viento dominante. Si la dirección del viento es muy variable, entonces el diseño del edificio debe hacerse en tal forma que éste tenga las áreas de sus ventanas balanceadas en los cuatro costados, para que, independientemente de la dirección del viento, siempre se tenga ventilación en el interior. 5. Para que exista tiro natural debe haber desnivel entre las ventanas (ventanas a diferente altura). 6. Cuando se usan tragaluces, las ventanas del lado del viento deben cerrarse, pues si se abren habrá la tendencia del tiro descendente que se opondrá al tiro natural. Las ventanas del lado opuesto deben abrirse para que el efecto del viento y del tiro natural se unan en el mismo sentido. 7. Cuando se usan chimeneas de ventilación se deben colocar en forma simétrica con respecto al techo del edificio. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 14 DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACION La ventilación natural de edificios industriales se mide por el número de veces que cambia el volumen del aire por hora dentro del edificio, siendo éste aire exclusivamente el destinado a ventilación. Este número de renovaciones de aire por hora está en función del número de personas que se encuentran en él, del tipo de maquinaria y de las operaciones del proceso, presentándose la situación más crítica en la época del verano que es cuando se da la máxima temperatura. Se sabe que el viento es el medio de ventilación, por lo tanto, se debe tener en cuenta, los siguientes factores: Velocidad promedio del aire. Dirección dominante. Variaciones diarias y estacionarias de la velocidad y dirección. Obstáculos cercanos tales como edificios, árboles, accidentes topográficos, vallas publicitarias etc. La cantidad de aire que entra el edificio depende de: La velocidad del viento Del tamaño de las ventanas y su posición con respecto a la dirección del viento. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 15 La cantidad de aire que entra a un edificio se puede medir a través de la siguiente fórmula: Q1 = C * A * V Q1 C = = A V = = Flujo del aire en mt3/seg. Coeficiente de entrada de la ventana (C = 0.25 – 0.35 cuando actúa longitudinalmente C = 0.5 – 0.5 cuando el viento sopla perpendicularmente a la ventana). Área de paso de las ventanas en mts2. Velocidad del viento en Mt/seg. Conocido el volumen de aire a renovar, debemos calcular el caudal de aire necesario para que se de una buena ventilación. Q2 = V * No. R/hora Q2 = Caudal de aire necesario (mt3 /hora). V = Volumen de aire que se desea renovar. No.R/hora = Número de renovaciones de aire por hora. Volumen de Aire Necesario por persona/hora/mt3 Hospitales, salas generales 60 Hospitales, salas de heridos 100 Hospitales, salas de enfermedades 150 Talleres 60 Industrias insalubres 100 Teatros y salas de reunión 50 Escuela de niños 15 Escuela de adultos 30 Estancias ordinarias 10 Renovación del aire en número de veces/hora Habitaciones ordinarias 1 Dormitorios 2 Hospitales, enfermedades comunes 3a4 Hospitales, enfermedades epidémicas 5a6 Talleres 3a4 Teatros 3a4 Conociendo el caudal de aire (Q2) y el flujo de aire que entra al edificio (Q1), podemos entonces verificar el balance entre ambas mediciones para saber si está entrando la cantidad adecuada para que se considere una buena ventilación natural. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 16 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AIRE A RENOVAR V = M” / (O.3116 (t - e) ) V M” t e = = = = Volumen de aire en mt3 que se desea renovar por hora. Calor a eliminar. Temperatura interior que se desea. Temperatura mínima exterior. De donde: M” = C’ + C” – M’ C’ = 864 calorías/KWH. (Cantidad de calor aportado por el alumbrado eléctrico). C” = Calor que libera el cuerpo humano a una temperatura exterior de 27o C. El cuerpo humano cede un calor entre 80 y 100 calorías/hora dependiendo de la actividad del operario (pasiva o activa) M’ = Pérdida de calor a través de paredes, ventanas y techos. Coeficiente de transmisión a través de muros, puertas, techos, etc. Valores de K, calorías por mt2, por hora, por grado de diferencia de temperatura Descripción Pared de Mampostería………………………… Espesor (cms.) 80 50 M’ 1.3 1.8 Pared de ladrillo…………………………………. 45 30 15 1.2 1.5 2.2 Pared de ladrillo con capas de aire interpuesta …………………………………....... 45 30 1.1 1.3 Tabique…………………………………………….. 7 2.4 Suelo de tierra apisonada……………………… Pavimento s/ el suelo……………………………. Pavimento con bovedillas……………………… 4.0 1.5 a 3.0 0.4 a 1.0 Techos con vigas de hierro: Techo con cielo raso……………………. Techo sin cielo raso……………………… 1.0 a 1.5 1.5 a 2.0 Puertas y paredes de madera al: Exterior……………………………………… Interior……………………………………… 5.0 2.0 Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 17 Ventanas de hoja sencilla……………………… Ventana de hoja doble………………………… 5.0 2.3 Techos o cubiertas de: Zinc con cielo……………………………... Asbesto cemento s/cielo………………. Hormigón …………………………………. 2.2 10.4 2.6 8 VENTILACIÓN MECÁNICA: Debido a lo contaminante que resulte un proceso, muchas veces no se podrá ventilar usando únicamente los efectos de la ventilación natural. Existen diversos proceso industriales donde la presencia de partículas en suspensión en el aire pueden deteriorar el producto a conseguir (pinturas, laboratorios, gases, etc.). Se sabe que la necesidad de ventilación de un recinto, no es otra que la de renovación del aire que se encuentra en él, ya que puede encontrarse deteriorado por: - consumo de oxígeno - mezclado con otros gases - malos olores - humos - polucionado con partículas de suspensión - radio-activado. El saneamiento del aire viciado se deberá realizar con diferentes técnicas, las cuales se irán especializando cada vez más, según sea el grado de peligrosidad ya sea tóxico o técnico, llegando a la protección individual. En este tipo de ventilación, el intercambio de aire viciado por aire nuevo, se realiza sin cambios térmicos. Clasificación de ventilación mecánica: En ventilación mecánica se clasifica en: a) ventilación general; b) extracción local o directa. La elección de cada una depende del grado de concentración. Ventilación general: Con este tipo de ventilación se hará entrar aire fresco para que la concentración descienda a límites aceptables. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 18 Extracción local o directa: Consiste en atajar el aire contaminado antes de que se expanda por la habitación. Obviamente este tipo de extracción es la solución más lógica desde el punto de vista de seguridad higiénica y por supuesto del consumo de energía y mantenimiento. Técnicas de ventilación forzada general: - Ascendente - Descendente - Cruzado. La elección de una u otra dependerá básicamente de las características del elemento a evacuar. Técnicas de extracción local o directa: La extracción del aire viciado se hace por medio de mangueras o ductos, los cuales se instalan directamente en el origen de la contaminación. Es decir, eliminar el humo y el polvo antes de que se extienda. Por ejemplo, en un taller de motores donde se producen gases nocivos, éste se conectará directamente al escape, evitando así que los gases se desparramen en el aire ambiente. En los casos de gases de pequeño volumen pero gravemente tóxicos (laboratorios, soldaduras eléctricas, gases de mezclas químicas, etc.), por ser emitidos cerca de las personas, es imprescindible la extracción directa, intercalada antes que llegue a las vías respiratorias del operario. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 19 En algunos casos, la extracción directa no puede reemplazar totalmente a la ventilación general, sin embargo es posible casi siempre resolver los problemas de contaminación mediante la extracción directa, sin aumentar la ventilación natural y sin necesidad de inversiones importantes ni altos costos de mantenimiento. Ventilación por diferencias de temperaturas (por medio de calor): Es sabido que el aire se renueva por efectos de la diferencia de densidades entre el aire fresco del exterior (más pesado), el aire interior más caliente (más ligero). Tal renovación no es regular y fluctúa según oscilen las citadas temperaturas. Este tipo de ventilación es idóneo para hospitales, escuelas y centros de pública concurrencia; vitrinas de laboratorios, cámaras de disecación y casos análogos. De este sistema de ventilación existen los siguientes métodos: a) Precalentamiento local b) Precalentamiento central. En ambos casos se calienta el aire, el cual se hace pasar por ductos de superficie calculada, los cuales tienen rejillas donde se atrapará el aire viciado y luego transportado hasta las rejillas de evacuación. El diseño eficiente de un sistema de ventilación es importante ya que la concentración de oxígeno tiene varios efectos en la persona humana expuesta en un ambiente cerrado: Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 20 De todos los accidentes de trabajo, el 2.5% ocurren en espacios confinados. Algunos ejemplos de espacios confinados son: trabajos en tanques cerrados, drenajes de agua, túneles, etc. Existen tres riesgos básicos: * Deficiencia de oxigeno. * Combustión. * Toxicidad. Los combustibles presentan un problema de explosión, algunos son más pesados que el aire y se asientan en puntos bajos; otros son más ligeros que el aire y se acumulan en puntos de concentración altos. El límite explosivo inferior da el punto de concentración más bajo al cual un gas dado explotará en el aire. El límite explosivo superior define el punto alto, estos espacios deben ventilarse de modo que los espacios tengan menos del 10% del límite inferior de explosión. Combustible Butano Hidrógeno Metano Vapor/petróleo Propano Límite Inferior 11.6 4 5.3 1 2.1 Límite Superior 8.0 75.0 14 7.5 9.5 PISOS INDUSTRIALES Las funciones de un piso a nivel del terreno (sobre el suelo) son transmitir las cargas hacia el suelo y proporcionar una superficie de uso lisa, fácil de limpiar y mantener. La práctica común del diseño consiste en diseñar en función de una carga viva de 75 lb/pie2, para fabricación liviana y de 125 lb/pie2 para fabricación pesada y almacenaje. El piso debe estar uniformemente apoyado sobre el suelo, por lo tanto el suelo debe estar uniformemente compactado o bien usar una sub-base granular de 4 pulgadas de espeso. Incluso con una sub-base granular uniforme, es probable que el piso se asiente de manera distinta que el muro colindante y de los cimientos de columna; por tanto, el piso se debe aislar de éstos. Estas juntas de aislamiento, llamadas a veces “juntas de expansión”, deben permitir tanto el movimiento vertical como el movimiento horizontal. La razón para el refuerzo de acero en el concreto es que reduce al mínimo el ancho de las grietas aleatorias; por tanto, el acero debe estar cerca de la parte superior de la losa y no en la parte inferior, las juntas de las losas deben ser tan angostas como sea posible, para reducir el volumen de material de relleno necesario y reducir el área de superficie expuesta al daño de las ruedas de los vehículos que transitan por la planta. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 21 Los pisos de los niveles superiores de edificios de muchos pisos están apoyados en columnas y vigas, entre más lejana esté una carga de una columna, más alto será el esfuerzo y mayor la vibración; en la práctica, esto significa que la peor ubicación para una carga pesada es en el centro del claro entre las columnas, por lo tanto este espacio es ideal para diseñar los pasillos del edificio. El concreto es el material que se utiliza en las fundiciones de pisos industriales y es un término similar al hormigón siendo una mezcla de cemento, arena, piedrín y agua, la diferencia que existe entre el mortero, es que el mortero es una mezcla de cemento, arena y agua, sin contener piedrín. La uniformidad en la compactación del suelo, es el secreto para una buena fundición, esta compactación es necesaria para lograr la sub-base. Las condiciones que debe tener el suelo para hacer una sub-base, son: -suelos que sean arcillosos - que exista agua - que exista tráfico pesado. Estas condiciones del suelo donde se va a fundir una losa, son las que ameritan la formación de una buena sub-base. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 22 Para lograr una buena fundición en el concreto se debe utilizar piedrín de 1.5”, este tamaño da buenos resultados o resistencia a la deflexión y compresión. La resistencia al desgaste en un piso se debe al uso de concreto con un módulo bajo de rotura: MR = 9.6 * √ FC De donde, FC = resistencia a la deflexión. Un ejemplo de resistencia a la deflexión, es la capacidad o resistencia de un concreto a la compresión: 2000 lbs/ plg2; 4000 lbs/plg2; 6000 lbs/plg2. Para mejorar las técnicas de fundición de pisos, en la actualidad, se utiliza el concepto de transferencia de cargas, permitiendo con esto fundir losas más delgadas que las tradicionales de cuadro de ajedrez, ya que se debe fundir una losa a la par de la otra, cosa contraria a la fundición de tablero de ajedrez, que se debe fundir una losa alterna a la otra. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 23 El sistema de fundición de tablero de ajedrez, es muy usado ya que para la persona que está fundiendo, es muy práctico y económico; sin embargo para el usuario es un sistema de poca duración y de alto costo, ya que para un piso industrial, el grosor de la plancha debe ser de 20 a 30 centímetros para soportar alto tráfico y paso de montacargas. Con el sistema de transferencia de cargas, el grosor de la fundición no pasa de los 20 cms., ya que la carga la comparte con la losa vecina, haciéndola muy eficaz con el simple apoyo sobre la otra losa, efecto que se logra al diseñar las formaletas cuando se funden las losas. El tamaño de las losas, con su sisa se debe calcular, con el doble del espesor de la losa (pulgadas), trasladada a pies. El tamaño de la losa no debe exceder de 4.5 metros de largo. También se deben evitar los ángulos agudos en el trazado de las sisas, ya que se agrietarán cuando fragüe el cemento, ejemplo de esto son las terminaciones de sisa en una reposadera. FORMALETA Cuando se necesita mayor resistencia en las losas, específicamente en las juntas, se puede fundir con el sistema de DOVELAS, que consiste en poner varillas de hierro de ¼” de 40 a 50 cms., entre junta y junta, cada 30 cms. a lo largo de la losa, siendo esta varilla de tipo liso y no corrugada, para que tenga movimiento a lo largo, pero no verticalmente, además se debe engrasar una punta de la varilla cuando se funde, para que no quede rígida en uno de los extremos. Las losas se deben reforzar en los pisos industriales, cuando la carga va a ser muy grande. Se acostumbra a poner varillas de hierro a 2” de distancia de la superficie, haciendo una parrilla cuadriculada. Cuando se coloca el cemento se debe primero humedecer el terreno, para evitar agrietaduras posteriores, luego el cemento no debe contener mucha agua ya que cuando fragüe, tendrá mayor probabilidad de agrietaduras, siendo las dos primeras horas las más delicadas en el fragüado, luego se debe alisar y compactarlo con vibradores eléctricos, ya que está vibrado, se debe planchar con utensilios de madera. Cuando el cemento todavía está fresco se le hace la sisa ya sea con máquina o cortador mecánico, haciendo con esto las juntas de expansión entre plancha y plancha. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 24 Posteriormente a los 28 días de secado del cemento se deben tapar las juntas con el material adecuado según el uso que tendrá el cemento, por ejemplo, si un piso estará en contacto con ácidos, azúcar, etc., se le debe poner materiales para juntas del tipo “antiácidos”, que protegen que dichos líquidos penetren por las sisas y deterioren el cemento con el tiempo. Una forma de bajar los costos es rellenando la mayor cantidad del espacio con duroport o esponja y echar el sellador de juntas sólo en la superficie. Los pisos industriales más conocidos en nuestro medio, son: - Pisos de cemento - Pisos de hormigón - Pisos de arcilla - Pisos de granito - Pisos sobrepuestos. Los pisos de cemento son comúnmente los que se utilizan para los ambientes industriales de proceso, donde hay personas, máquinas, materiales, etc. Los pisos de hormigón son aquellos pisos de cemento que llevan un refuerzo con hierro armado y soportes en las juntas con DOVELAS, se ponen regularmente en áreas de tránsito pesado o paso de montacargas, corredores expuestos a altas cargas, etc. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 25 Los pisos de arcilla son aquellos que se utilizan en áreas de proceso donde hay mucha presencia de agua, son altamente resistentes a la humedad pero muy frágiles a la compresión, no resisten mucha carga. Los pisos de granito se utilizan en áreas de oficinas. Los pisos sobrepuestos son imitación de piso que se ponen encima de los pisos de cemento para decorar oficinas, son de resina plástica y muy fáciles de colocar, su resistencia al desgaste es poca, pero son muy decorativos. PINTURA INDUSTRIAL El color de la pintura que se elija para proteger una superficie, es muy importante dependiendo del servicio que se pretenda obtener del pintar esa superficie. Por ejemplo, las paredes de un edificio se pueden pintar ya sea por decoración o por protección. Cuando se habla de pintura industrial, se hace referencia básicamente a la protección que se necesita tanto para las superficies, como para las personas que laboran en dicho lugar. La pintura industrial, se divide en cuatro categorías: - Pintura de pisos - Pintura de techos - Pintura de paredes - Pintura de maquinaria La pintura de pisos es necesaria cuando los mismos necesitan obtener protección sobre la superficie o se necesita obtener mejores parámetros de reflexión de la luz tanto natural o artificial sobre el ambiente al cual incide. Un piso se debe proteger cuando el piso es nuevo y se quiere conservar por mucho tiempo en buen estado. Esto dependerá de las condiciones de trabajo al que estará sometido. Por ejemplo, cuando se trata de pintar un piso de laboratorio, el cual no estará sometido a un esfuerzo grande de tráfico pesado, se puede utilizar una “pintura de poliuretano” de tráfico, la cual se obtiene en una diversa gama de colores. Ahora bien, si en dicho laboratorio se manejan soluciones ácidas o alcalinas que frecuentemente se derraman sobre la superficie del piso, la pintura del piso es necesaria para conservar el piso en buen estado, en este caso se puede usar una “pintura epóxica”, la cual está compuesta de un componente catalizador y otro que es la que contiene los sólidos. Para preparar una buena superficie en pinturas epóxicas se debe preparar la superficie con una buena limpieza de grasas y suciedad, dosificando posteriormente una solución de ácido muriático al 20% con agua (1 parte de ácido y 4 partes de agua), esto hace que se abran los granos de la superficie y se logre una mejor atraque de la pintura. El grosor de la película podrá ser variable, según el gusto del cliente y de la capacidad económica, ya que este tipo de pintura es sumamente cara. Para Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 26 usos estándares se recomienda un grosor de 3 a 5 milímetros de espesor de pintura y para verificar dicho espesor, existen medidores mecánicos que pueden medir exactamente dichos espesores (Medidores de superficies). La pintura epóxica sella por completo el grano del piso, se recomienda usarla en pisos de cemento o similares, nunca en pisos cerámicos, la protección que da esta pintura es del 100% por varios años, dependiendo del trabajo al cual está sometida y del cuidado del mismo. Otro ejemplo de protección de pisos a través de la pintura, es en aquellos pisos de planta que están sometidos a derrames de azúcar o productos que contienen ácidos u otros químicos en su composición, ya que ellos se mezclan con los ingredientes activos del cemento y lo destruyen lentamente, estos pisos si no se protegen prontamente se tendrán que cambiar por completo. En este caso el costo será mucho mayor al costo de la pintura y su mantenimiento. Un factor que se debe tener en cuenta cuando se pinta un piso es en la “junta de expansión” del piso, ya que dicha junta tiene que estar protegida, para que el nivel de la junta sea a ras del piso, rellenándola con asfalto o esponja y posteriormente un tratamiento de juntas, antes de pintar la superficie, ya que de no hacerlo, habrá una concentración de esfuerzos en la ranura que levantará fácilmente la película de pintura con la presencia de agua o con una simple fuerza aplicada en dicha área. La pintura de techos se aplica cuando la superficie es metálica, básicamente cuando los techos están conformados por láminas galvanizadas o similares, pues el tiempo de vida de dichas láminas estará sujeto a la región del país donde se instalen. Una lámina instalada en la costa tendrá menor vida que una lámina instalada en tierra fría. De todas maneras el proteger la lámina no sólo dará mayor vida a la superficie del techo sino que podría dar, dependiendo del color elegido, mayor reflexión de los rayos solares y consecuentemente, mayor frescura del ambiente interior de la planta. El pintar un techo de este tipo tiene varias técnicas, una de las más usadas es la de sellar primeramente las juntas de las láminas con un sellador de juntas (ejemplo: sista 100), que regularmente son tiras de plástico autoaderente, esto se hace con el propósito de proteger las filtraciones de agua en el invierno en las uniones de las láminas, posteriormente a este sellado de uniones, una mano de pintura de aceite color fuerte (amarillo, rojo óxido, etc), y, posteriormente, una mano de pintura de aluminio, cuyo color es plateado, el cual contrasta con el color natural de la lámina galvanizada. La idea de pintar de esta manera los techos, consiste en que cuando la acción abrasiva del viento, lluvia y otros elementos naturales y artificiales que atacan la pintura, arrancan pequeñas porciones de la pintura de aluminio, entonces el color fuerte de la base resalta por encima del color aluminio y se puede llevar un control detallado de la vida útil del tratamiento (viruela del techo), de tal Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 27 forma que cuando se determine que las áreas levantadas de pintura ya ameritan un retoque, es mucho más económico rellenar los agujeros de pintura de aluminio, que esperar que la pintura de aceite se deteriore, ya que al servir esta pintura de base, los elementos naturales y artificiales (lluvia, viento, lluvia ácida, etc) no atacarán directamente a la lámina. No hay que olvidar que el ataque químico a la lámina se realiza primero por pequeñas porciones, casi imposibles de detectar, los cuales generan el cáncer del metal (corrosión). Las paredes de pintan básicamente por decoración y por protección a los agentes físicos a los cuales están sometidas. Sin embargo, cuando se habla de pintura de paredes industriales, no sólo se hace referencia a estos dos aspectos, sino también a efectos secundarios como la reflexión de la luz natural o artificial sobre las paredes y que contribuyen con una mejor iluminación del ambiente. Color Plata Aluminio Encalado/yeso Arce Hormigón Nogal Ladrillo Esmalte blanco Cromo satinado Reflexión Regular Regular Difusa Difusa Difusa Difusa Difusa Mixta Mixta % 80 – 90 75 – 85 60 – 70 60 15 – 40 15 – 20 5 – 25 70 – 90 55 - 58 La tabla anterior, indica que según el color con que se pintan las paredes, así serán los índices de reflexión de la luz sobre la superficie de la pared. Existen ocasiones en que se necesita que en el ambiente exista una iluminación adecuada para desarrollar actividades propias del ambiente, por ejemplo un laboratorio de control de calidad necesita una iluminación fuerte, pues en este ambiente es necesaria una pintura clara. Sin embargo, si fuera un laboratorio de montaje de fotomecánica, la luz tenue es necesaria, aquí se pintará con un color obscuro, pues los índices de reflexión que se necesitan son bajos. Esta regulación ayuda a diseñar el sistema de iluminación ya sea natural o artificial para no exceder el número de lámparas a colocar en el ambiente pues esto significa un ahorro de electricidad. La pintura de maquinaria, se hace con el propósito de identificar y organizar mejor los programas de mantenimiento de la planta, pues además de proteger la carcasa del motor de los agentes externos y dar una solución de estética, la pintura puede ayudar a identificar los motores o maquinara fácilmente. Por ejemplo, se pueden pintar todos los motores y maquinaria de un área específica con colores determinados, probablemente los motores se pintarían de color azul Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 28 imperial y la maquinaria de la misma área de color blanco hueso. Otra área puede utilizar color rojo óxido para los motores y color blanco marfil para la maquinara; etc. Lo más importantes de esta medida es no abundar de colores en las diferentes áreas pues en lugar de ayudar en la estética de la planta, ocasionará confusión. En la práctica se pueden separar los colores en no más de 4 áreas, para no tener más de 4 parjeas de colores, por ejemplo: - Área 1: Departamento de producción - Área 2: Departamento de empaque - Área 3: Cuarto de máquinas - Área 4: Servicios. Esto ayudará a que cuando se envíe un motor a reparar fuera de la fábrica, no se instale en otro lugar más que en su destino ya que con frecuencia la reparación de motores eléctricos en las plantes se hace periódicamente, juntándose con más de dos motores a la vez y de la misma capacidad. Otro aspecto importante de la pintura industrial, es la pintura industrial, la cual es la pintura de seguridad que se debe hacer en las tuberías de conducción de líquidos, bases o vapor de las instalaciones de la planta, pues cuando las fábricas son nuevas, es más fácil realizar esta tarea. Sin embargo, cuando las plantas ya existen y se debe realizar esta tarea se puede hacer pintando pequeños círculos como anillos a distancias prudenciales entre uno y otro. Esto minimiza el alto costo de este tipo de pintura cuando las tuberías ya están instaladas, pues ya no se pueden mover de su lugar, por tener dentro de ellas los elementos que conducen. Otra buena técnica es colocar, con pequeñas cadenas, rótulos cuadrados de 2” x 2”, colgados de las diferentes tuberías a una distancia prudencial entre ellas, colocando también abajo a una distancia de 1.5 metros del suelo, una pequeña tabla donde se identifica el color y el elemento que conduce, para que cualquier persona que necesite saber el contenido de una tubería, sepa identificar fácilmente el mismo. Colores básicos Colores Significado Verde Agua caliente Verde/rallas azul Agua fría Verde/rallas celeste Agua destilada Verde/rallas rojas Agua para incendios Celeste Aire comprimido Gris/rallas rojas Vapor/incendios Violeta/rallas amarillo Ácidos y álcalis Verde/rallas violeta Aguas desecho de laboratorio Negro Aguas negras Naranja Servicios eléctricos Amarillo ocre Gases excepto el aire Café Aceites minerales Gris plata Vapor Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 29 En general, se puede decir que: Rojo: Amarillo: Verde: significa actividad peligrosa significa atención, peligro significa seguridad. ILUMINACIÓN INDUSTRIAL Al referirse a la iluminación de una planta industria, no solo se hace referencia a que el edificio como tal proporcione la comodidad de contar con una buena iluminación, sino también que esta iluminación sea al menor costo posible, pues cuando se diseña un sistema de iluminación, el número de LUX que debe existir en cada área de trabajo, pasillos, almacenes, etc., debe ser el necesario sin que se exceda en iluminación y que tampoco por ahorrar energía, la iluminación sea deficiente. La iluminación en edificios industriales puede ser “natural, artificial o combinada”. Estos sistemas deben ser planeados y diseñados para que se aproveche al máximo la iluminación natural pues ésta es la más económica. La unidad que sirve para medir la iluminación es el pie-candela o LUX, en ambos casos es la intensidad con la cual incide la luz sobre una superficie localizada a un pie de la fuente de luz que en este caso es una candela prendida. Las unidades y definiciones de iluminación, son las siguientes: Intensidad luminosa: intensidad de la luz dentro de un pequeño ángulo, en una dirección especificada, la unidad es “CANDELA”. Flujo luminoso: flujo de luz, independiente de la dirección, por lo general, se usa para expresar la producción total de luz de una fuente y para expresar la cantidad incidente sobre una superficie, su unidad es el “LUMEN”. Iluminancia: Cantidad de luz a una distancia dada, su unidad es el “LUX”. Iluminancias Recomendadas Espacios públicos Cuartos para visitas cortas Lugar de trabajo con tareas visuales ocasionales Tareas visuales de alto contraste Tareas visuales de contraste medio Tareas visuales de bajo contraste Tareas visuales con objetos pequeños Tareas visuales muy prolongadas Tareas especiales de extremado bajo contraste y tamaño pequeño LUX 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 30 Brillantez: Es la cantidad de luz independiente de la distancia de observación dado que las candelas desde el objeto y área del objeto percibido por el ojo humano disminuyen a la misma tasa con la distancia, su unidad el “NIT”. 1 NIT = 1 CANDELA M2 Reflectancia: Porcentaje de luz reflejada desde una superficie. Reflectancia Reflejo de un vidrio Pintura blanca Esmalte de porcelana Pintura de aluminio Papel periódico Concreto Bronce Hierro colado Tinta de impresión Pintura negra Muros Mobiliario y equipo Piso % 80 -90 75 -90 60 -90 60 -70 55 55 35 25 15 3-5 40-60 25-45 20-40 Contraste: es la diferencia entre la luminancia de lo más rillante y la luminancia de lo más obscuro, dividido entre la luminancia de lo más brillante. Longitud de onda: La distancia entre ondas sucesivas determina el color de los objetos. De las 60 octavas de la radiación electromagnética, el ojo detecta radiación en la octava de 380 a 760 nanómetros, la unidad es el NANÒMETRO. ILUMINACIÓN NATURAL Cuando se diseña un edificio industrial, la iluminación natural se debe prever en las estructuras físicas del mismo. Los sistemas más comunes a utilizar son las maquetas; es decir, sobre una maqueta hecha a escala, se realiza una simulación de la cantidad de luz que se aprecia en los diferentes ambientes del edificio, colocando la maqueta en la posible posición en que estará construida la planta en la realidad. La intensidad de la luz se puede simular con un “fotómetro”, para obtener la misma intensidad que en la realidad. El fotómetro es un instrumento muy útil para crear las cartas fotométricas. Estas cartas no son más que mediciones hechas a cada metro de distancia del ambiente que se quiere medir, logrando una superficie final muy parecida a las curvas de nivel en un estudio topográfico, con la diferencia que en las cartas fotométricas las curvas de nivel se refieren a la intensidad de luz que se está obteniendo del ambiente. Estas cartas fotométricas se deben comparar con los niveles mínimos de iluminación que deben tener las diferentes tareas que se realizarán en la planta según la Asociación de Mecánicos Industriales (ASME). Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 31 La luz natural entonces de obtiene de poner ventanales corridos a los extremos de las paredes laterales del edificio, así como láminas de plástico de color claro en los techos en los cuales se puedan montar este tipo de láminas. En los techos de fundición de cemento se pueden colocar blocks de vidrio a lo largo del techo para obtener el mismo efecto. El sillar de los ventanales laterales para propósitos de iluminación se acostumbra poner con valores muy altos con respecto a la altura del piso, es decir, ventanas pequeñas muy cercanas al techo. En la siguiente figura se puede apreciar la contribución de la luz de las ventanas superiores en el techo. Estas proporcionan una iluminación teórica muy fuerte en el centro del edificio e intensidades bajas en los extremos del mismo. Para mejorar este fenómeno el edificio tiene ventanas laterales que según la gráfica tiene intensidades fuertes de luz en los extremos del edificio e intensidades bajas en el centro del mismo; mezcladas ambas mediciones, se obtiene la intensidad total de este diseño. Obviamente, el tamaño de las ventanas tanto laterales como superiores del techo van a variar según la intensidad en lux que se necesite en los ambientes de trabajo del edificio. Este proceso de diseño se puede ir variando en la maqueta e ir observando la disminución o incremento de la intensidad de luz obtenida de ir variando las condiciones iniciales como de tamaño de ventanas, cantidad de láminas transparentes en el techo, etc. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 32 En este proceso, se debe aprovechar al máximo la iluminación natural, ya que la iluminación artificial es demasiado cara para iluminar la planta durante los turnos diurnos, este tipo de iluminación artificial sólo se debe utilizar para complementar la iluminación en lugares muy encerrados o especiales donde no se puede poner luz natural como por ejemplo en bodegas, laboratorios, sótanos, etc. LUZ ARTIFICIAL: El edificio industrial debe estar diseñado para laborar en turnos nocturnos con niveles de iluminación adecuados para realizar las tareas que en los turnos diurnos se realicen. Este objetivo únicamente se logra con la iluminación artificial. El diseño se basa en colocar lámparas a una distancia tal que la cobertura de luz de las lámparas no se crucen unas con respecto a las otras, ara aprovechar al máximo la luz artificial, pues si las coberturas de luz de una lámpara con respecto a la otra se intersectan, quiere decir que el número de lámparas es mayor al que verdaderamente se necesitan y si las coberturas están muy lejos una con respecto a la otra, entonces quiere decir que el número de lámparas es insuficiente. LÁMPARAS LÁMPARAS Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 33 La altura a que se colocan las lámparas con respecto al suelo también influye en la intensidad de la luz sobre la superficie de trabajo, si están muy altas, la intensidad de luz podría ser demasiado tenue y si están muy bajas, la intensidad podría ser demasiado fuerte. Existen equipos auxiliares para poder corregir estos errores de instalación como “difusores de luz en las lámparas”, para atenuar un poco la intensidad sobre las superficies, estos no son más que láminas de plástico con un labrado especial abajo del bombillo o tubo de luz que hace que el haz de luz emitido por la lámpara no recaiga directamente sobre la superficie de trabajo. En el caso contario en el cual la lámpara esté colocada muy alta, se puede colocar un bombillo de más potencia o bien colocar un “husing” para el bombillo con un recubrimiento de mercurio, muy parecido al de las lámparas de los vehículos automotores. Existen muchos métodos para calcular el número de lámparas en un ambiente, entre los cuales: - método de cavidad zonal - método de luz incidente - método de luz directa, entre otros. Método de Cavidad Zonal: La sociedad de ingeniería de iluminación (IES), recomienda el uso del método de cavidad zonal, para los cálculos de iluminación interior uniformemente distribuidos sobre superficies horizontales. Este método asume que cada local está constituido por tres diferentes zonas o cavidades. Cada una de ellas será tratada en conjunto, ya que tiene un efecto en cada una de las otras cavidades para producir iluminación uniforme. Este método calcula niveles horizontales de iluminación promedio a través de un espacio. Cavidad de Techo (HCC): Es el área medida desde el plano de las luminarias al techo. Para luminarias colgantes existirá una cavidad de techo. Para luminarias colocadas directamente en el techo o empotradas en el mismo, no existirá cavidad de techo. Cavidad de local (HRC): Es el espacio entre el plano de trabajo donde se desarrolla la tarea y la parte inferior de la luminaria, el plano de trabajo se encuentra localizado normalmente arriba del nivel del piso. En algunos casos, donde el plano de trabajo es considerado a nivel del piso, el espacio desde la luminaria al piso se considera como cavidad de local. En el lenguaje de iluminación, la distancia desde el plano de trabajo a la parte inferior de la luminaria es llamada “altura de montaje de la luminaria”. Cavidad de piso (HFC): Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 34 Se considera desde el piso a la parte superior del plano de trabajo o bien, el nivel donde se realiza la tarea específica. Para áreas de oficina esta distancia es aproximadamente de 76 cms. Para bancos de trabajo de tareas difíciles en industrias deberán considerarse 92 cms., aproximadamente. Si el trabajo se realizará directamente en el piso, no existe cavidad de piso. La teoría básica en este método de cálculo de iluminación es que la luz producida por una lámpara es reflejada por todas las superficies del área. Las reflexiones múltiples de la luz desde la luminaria y desde las superficies del local, actúan para producir la luz en el plano de trabajo. Debido a este hecho, es muy importante determinar: a) Las dimensiones del local b) Las reflectancias del local de: techos, paredes y piso c) Características de la lámpara: factor de depreciación; coeficiente de utilización. d) Efectos ambientales: polvo y suciedad; temperatura e) Mantenimiento planeado del sistema de iluminación. La metodología básica para la aplicación del método de cavidad zonal, es la siguiente: 1. Determinar el tipo de trabajo que se realizará en el local. Esto servirá para determinar la calidad y cantidad de luz que se necesitará. Esta consulta se puede realizar en los listados que proporciona la IES, donde se establecen niveles de luz sugeridos para tipos diferentes de industrias y actividades específicas. Recomendaciones de iluminación Exteriores de edificio……………………… Áreas de almacenamiento………………. Planchado a mano………………………… Reparaciones……………………………….. Corte en confección……………………… Sala de calderas………………………….. Lavadoras de latas………………………. Empaquetado……………………………… Pintura de carros……………………………. Fotograbado……………………………….. Montaje de artes………………………….. Entintado…………………………………… Inspección de color……………………….. Trabajo en prensas………………………… Lectura de pruebas………………………… Hilado de mano…………………………….. Talleres de forja……………………………… Fundiciones………………………………….. Templado…………………………………….. LUXES 50 200 1500 2000 3000 300 300 500 500 1000 500 1000 2000 700 1500 500 500 500 300 Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 35 Trabajo en banco de trabajo…………… Carga de camiones……………………….. Vestíbulos…………………………………….. Contabilidad………………………………… Corredores……………………………………. Salas de lectura……………………………. Trabajo regular de oficina……………….. Lectura de documentos…………………. Costura de telas…………………………… Auditorios……………………………………. Laboratorios…………………………………. Salas de música……………………………. Salas de estudio……………………………. Zonas de circulación………………………. Vitrinas………………………………………… Locales de almacenaje…………………… 10000 200 500 1500 200 300 1000 500 2000 150 1000 700 700 300 2000 300 * PARA GUATEMALA se utiliza la mitad de lo recomendado por IES ya que en los Estados Unidos los niveles utilizados son el doble que los niveles utilizados en los demás países industrializados. 2. Determinar qué fuente luminosa deberá usarse. 3. Determinar qué condiciones ambientales prevalecerán el área. Eso ayudará a determinar los efectos del polvo, suciedad y las condiciones ambientales que se deberán tomar en cuenta. 4. Determinar las características físicas y operacionales del área y cómo se usará. Esto incluye dimensiones del local, valores de reflectancia, localización del plano de trabajo y características operaciones tales como: hors diarias y anuales de uso del sistema. Para los valores de reflectancia se acostumbran los siguientes valores: Para el cielo: Blanco o muy claro……… 0.7 Color claro…………………. 0.5 Color medio………………... 0.3 Para las paredes: Color claro………….……… 0.5 Color medio………………. 0.3 Color obscuro……………... 0.1 Para el piso: Color claro………….……… 0.3 Color medio………………. 0.2 Color obscuro……………... 0.1 5. Seleccionar la luminaria que se usará: - Altura de montaje Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 36 - Tipo de lámpara seleccionada - Características de depreciación de la luminaria - Restricciones físicas del montaje -> Colgante -> Empotrada -> Abierto -> Cerrada, etc. - Mantenimiento requerido - Costo, tamaño y peso - Aspecto estético. 6. Determinar los factores de depreciación de luz para el área. Los factores de pérdida de luz se pueden dividir en dos categorías: 6.1 6.2 No recuperables: temperatura, voltaje, materiales utilizados en la fabricación de la lámpara, etc. Recuperables: polvo, vida útil, etc. Multiplicando todos lo factores de pérdida se obtiene un “factor de pérdida neta”. 7. cálculo de las relaciones de cavidad: - cavidad del local - cavidad del techo - cavidad del piso 8. Determinar las reflectancias correspondientes a la cavidad del techo y piso. Este procedimiento contempla el efecto de interreflexión de la luz, considerando las diferentes superficies del local. Si todas las superficies son altamente reflectivas o si las luminarias se encuentras localizadas directamente en el techo, no será necesario efectuar este cálculo. En este caso se puede usar el valor actual de las reflectancias de las superficies, para determinar el coeficiente de utilización. 9. Determinar el coeficiente de utilización. Este coeficiente se encuentra dentro de los datos técnicos proporcionados por el fabricante de las lámparas. 10. Cálculo del número de luminarias requeridas. RUIDO Los gases como el aire tienen densidad de masa y elasticidad volumétrica; la elasticidad causa que el gas se resista a ser comprimido, tendiendo a retornar a su estado original al ser retiradas las fuerzas de compresión. La inercia de la densidad de masa causa el movimiento del gas a su posición original, si se retiran esas fuerzas. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 37 Las dos propiedades anteriores son los requisitos para el movimiento de ondas, por lo que es necesario un medio para propagar las ondas sonoras. Para que exista energía en forma de sonido, es necesario disponer de un medio y de una fuente, como por ejemplo un medio vibrante. La propagación del sonido en espacios cerrados es el caso más usual; si consideramos una fuente puntual vibrando en el centro de una habitación rectilínea, cuando empieza a vibrar emitirá energía de la misma magnitud en todas direcciones y ocurrirá la divergencia esférica, pero muy pronto la alcanzará una pared en done se verá interrumpido su progreso, dándose tres posibilidades: 1) Toda la energía se trasmitirá al nuevo medio (pared) 2) Toda la energía se reflejará sobra la misma habitación 3) Una parte de la energía se verá absorbida por la pared y la otra será reflejada. De las tres posibilidades, la última es la más frecuente. Para el ingeniero de planta es muy importante saber el efecto de este fenómeno llamado “ruido” sobre el ser humano ya que la fuente emisora de este fenómeno puede controlarse con medidas o técnicas. La intensidad del sonido, el rango de frecuencia que oscila entre los 125 Hz a 8000 Hz son los que el oído humano percibe, cualquiera que sea su frecuencia, se mide en decibeles. El decibel está definido en términos de la razón de la intensidad de un sonido con respecto a otro tomado como nivel de referencia, en la siguiente forma: DECIBEL: 10 log10 * I / Io De donde: I = Intensidad del sonido en watts / mt2 Io = Intensidad de referencia 10 -12 watts / mt2 Decibeles 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Fuente emisora Umbral del oído humano Campo tranquilo Habitación desocupada Biblioteca Dormitorio, área suburbana Sala de estar Conversación corriente Aspiradora Calle con tránsito Interior de un autobús Interior de un tren Máquina textil Martillo neumático Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 38 130 150 Música rock Avión a reacción Los niveles de ruido que hacen daño a la salud humana son todos aquellos ruidos que sobrepasan los 90 decibeles a exposiciones largas. Los aparatos usados para medir la intensidad del sonido son los “decibelímetros”, los cuales contienen tres escalas diferentes A, B y C que se relacionan con el comportamiento del oído en la siguiente forma: db (A) db (B) db (C) comportamiento del oído para niveles de 0 a 55 decibeles. comportamiento del oído para niveles de 55 a 85 decibeles. comportamiento de oído para niveles mayores a 85 decibeles. En forma general los decibelímetros están formados por un micrófono, un amplificador o analizador y un dial de lectura, además, cuentan con un ajustador o calibrador. Existen diferentes tipos, desde los portátiles hasta estacionarios con sistemas de grabación para las lecturas. Para tomar lecturas con estos aparatos es conveniente colocarlos lejos de barreras físicas y localizarlos a una altura de 1.5 mts. Cuando se trata de decibelímetros portátiles es conveniente que el operador se encuentra a una distancia mínima de 50 cms. del aparato, considerándose conveniente calibrar el aparato cada dos horas de uso. Para anotar las lecturas, se toma el valor promedio del indicador para un intervalo de aproximadamente 5 minutos. En los últimos años, como consecuencia del desarrollo industrial y tecnológico, el ser humano ha causado muchos cambios en el medio ambiente, el cual se ha visto contaminado por una serie de factores, entre ellos el ruido, el cual se considera altamente perjudicial para la salud, la contaminación por ruido, tiende a considerarse como un problema social creciente y es por ello que la ley de los países reconocen al ruido como una molestia y una manera de afectar a otros. Tipos de ruido: Ruido ambiente: En esta categoría se encuentran los niveles mínimos, cuando no hay fuentes de ruido. Ruido estable o continuo: El generado por maquinaria o aparatos con sonido constantes. Ruido intermitente: Es el ruido que varía en niveles, pero se encuentra en niveles altos para tiempos mayores de 200 milisegundos. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 39 Ruido impulsivo: Es el ruido que tiene corta duración para niveles altos. Ruido pertubador: En esta categoría se incluyen todos los ruidos que no forman parte del ruido ambiente. Sistemas para controlar el ruido Como consecuencia de los estudios hechos por gobiernos y entidades privadas, se ha determinado que la exposición a un ruido excesivo conduce a la pérdida permanente de audición. El grado de pérdida depende del nivel y duración del ruido. La exposición al nivel máximo de 90 decibeles es de 8 horas, si el nivel de ruido es más alto, el periodo de exposición diario permitido es menor; por cada incremento de 5 decibeles, el período se hace la mitad. El nivel máximo permitido es de 115 decibeles durante 15 minutos y no se permite la exposición por encima de este nivel. Niveles por debajo de 90 decibeles se admiten para cualquier duración de tiempo. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 40 Los niveles de ruido dados anteriormente son para ruidos continuos, frecuentemente, como el caso de una planta de transformación de plásticos, los obreros están expuestos a niveles de ruido cambiantes. Esto puede deberse a que el operario se mueve alrededor del puesto de trabajo y que la máquina produce distinto nivel de ruido. En tal caso, si los picos del ruido están separados más de un segundo, los reglamentos exigen que se calcule la dosificación del ruido. La dosificación “D” se deduce de la siguiente forma: D = C1/T1 + C2/T2 + … + CN/TN Para usar este método, la jornada laboral se divide en “n” partes durante cada una de las cuales el nivel de ruido es un valor constante en decibeles. Ci, es el tiempo total de exposición a un nivel especificado de ruido y Ti es el tiempo de exposición permitido a este nivel. Ti, se puede calcular mediante la siguiente fórmula: Ti = 21 – (Li / 5) En esta fórmula, Li es el nivel en decibeles en el intervalo i-enésimo. Los niveles de ruido por debajo de 90 decibeles se desechan y los niveles por arriba de 115 decibeles no se deberían tomar en cuenta. Si la dosificación del ruido D se excede de la unidad (1), la exposición al ruido es superior a los límites de seguridad. Por ejemplo, si un obrero está expuesto a niveles de ruido de 85 db, durante 1 hora, 90 db. durante 4 horas, 95 db. durante 2 horas y 100 db durante 1 hora; el cálculo de la dosificación de ruido, es: D = C1/T1 + C2/T2 + … + CN/TN De donde: C1 = 4 horas; C2 = 2 horas; C3 = 1 hora Si por cada 5 db arriba de 90 db, el tiempo de exposición permitido se reduce a la mitad, entonces, se tiene que: T1 = 8 horas; T2 = 4 horas; T3 = 2 horas. Por lo tanto: D = (4/8) + ( 2/4) + (1/2) = 1.5 La dosificación es un 50% mayor que el límite permitido. SISTEMAS DE CONTROL DE RUIDOS: Para controlar los ruidos en una planta industrial se tienen varios métodos, siendo los más importantes: 1) Aislamiento de máquinas Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 41 2) Colocación de paneles aéreos 3) Contraposición de ruidos. Aislamiento de máquinas: Cuando se tienen máquinas que producen mucho ruido, lo que se hace es aislar las máquinas con tabiques dotados de material que sea aislante al ruido, tales como: fibra de vidrio, duroport, etc. Estos se colocan alrededor de la máquina en forma de cubículo lo suficientemente grande para que el operador tenga espacio para operarla. Se debe tomar en cuenta que cuando se aíslan los tabiques que conforman la separación de las máquinas, los roedores atacan directamente la fibra de vidrio (su favorito) y el duroport, por lo que se deben tomar medidas precautorias cuando se apliquen. Colocación de paneles aéreos: La técnica utilizada en la industria para reducir los niveles de ruido en áreas donde aislar no es posible, es colgar paneles aéreos con materiales absorbentes de las ondas sonoras, existen muchos nombres comerciales en la industria de estos productos; sin embargo, la base de estos materiales, sigue siendo la fibra de vidrio y el duroport. Las dimensiones de los panes dependerán de la cantidad de ondas sonoras que se quieran absorber y la altura a la cual colgarán, también dependerá de las condiciones de trabajo imperantes en el área de trabajo donde se colocarán. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 42 Paneles verticales de cielo: Son paneles gruesos, cuadrados y unidades acústicamente eficientes, diseñados para interrumpir directamente el ruido. Este tipo de paneles se usan frecuentemente donde hay restricciones de espacio y no permiten usar paredes acústicas. Frecuentemente tienen una orilla de acero o hierro que sirven de marco. La superficie de ambos lados es de material mineral absorbente y tienen una capa de pintura blanca de vinyl-latex para que puedan lavarse con facilidad. Vienen dotados con colgadores o grapas para que puedan instalarse con facilidad. Las dimensiones comerciales más utilizadas son paneles de 2 pies x 2 pies x ¼ de pulgada de ancho. Bajo pedidos especiales, se pueden elaborar al tamaño requerido. El peso estándar es aproximadamente de 7 libras por unidad. Absorvedores tipo triangular: Estos son construidos con materiales minerales muy eficientes de fibra de vidrio, diseñados para absorber directamente de ambos lados del panel de las fuentes emisoras de ruidos. Estas deben instalarse en áreas restringidas de espacio o en áreas donde están restringidos los demás métodos de absorción de sonidos. Tienen las mismas características de los paneles verticales de cielo sólo que éstos son triangulares con dimensiones estándar de 1 pie de ancho por 11 pies de profundidad por 3 pies de largo, siendo su peso de 7.3 libras por unidad. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 43 Absorvedores triangulares continuos: Este tipo de absorvedor de sonidos es uno de los sistemas más eficientes y más versátiles para el control del rebote de ondas sonoras. Estos son ensamblados en el lugar de trabajo en cordones continuos tan largos como se necesiten. Tienen marcos de acero pintados con pintura negra, los paneles son de material mineral de fibra de vidrio y pintados con pintura blanca de vinyl –latex. Estos paneles interfieren en lo mínimo con las luces del edificio. El tamaño estándar es de 2 pies de ancho por 13 pies de profundidad. El largo lo decide el usuario según sus necesidades. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 44 Contraposición de ruidos: Ventanales protectores de ruido: Estos ventanales son usados como barreras de inserción entre los trabajadores o áreas de trabajo y las fuentes emisoras de ruido, interrumpiendo parcialmente las ondas sonoras al absorber el ruido de la fuente original. Los paneles son resistentes a los golpes y son de material mineral de fibra de vidrio absorbente a las ondas sonoras por ambos lados con una capa de 10 milésimas de pintura de vinyl-latex de color blanco para que se pueda lavar fácilmente. Las orillas o marcos son de aluminio anodizado de color negro. Estos sistemas son sumamente versátiles y su colocación es fácil. Las ventanas son de 4 pies por 6 pies que se pueden complementar con 2 pies por 6 pies de material transparente y resistente a los rayones para una visión clara entre los paneles, esto puede producir de 6 pies a 8 pies de ventana de visión que son muy convenientes entre los ambientes, pudiéndose conectar unos con otros con pines, para hacer paneles continuos, inclusive simular paredes. El peso de cada panel de 4 x 6 pies, es de 75 libras aproximadamente. Espuma acústica: Este es un material flexible de poro abierto muy utilizado como aislante de sonidos, lo aplican al diseñar bocinas de sonido. Esta espuma va colocada en la parte interior de la caja de la bocina, también es utilizada pegada a un respaldo rígido como planchas a la par de maquinaria que hace mucho ruido en su funcionamiento. Reduce el revervedero de las ondas sonoras (rebote de ondas sonoras) provocadas por la máquina sin tener que estar en un cubículo cerrado. Esta espuma acústica utilizada con los otros sistemas de reducción de Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 45 ruido es sumamente efectiva para reducir el ruido. Debe colocarse muy cerca del punto que produce el ruido en la maquinaria fuente emisora, ya sea colocándola en una tabla como respaldo o simplemente pegada con algún adhesivo al punto emisor del ruido. Cuando se maneja este tipo de espumas acústicas se debe tener cuidado con el manejo de la misma ya que causa picazón en la piel debido a su origen mineral. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 46 CARTAS RINGELMANN Esta carta de humo proporciona diferentes tonalidades de gris por medio de las cuales pueden compararse las columnas de humo de las chimeneas. Para reproducir los tonos graduales de gris, constitutivos de la carta de humo ringelmann, se procederá a dibujar con tinta negra, sobre tarjetas blancas, rejillas con las siguientes características: TARJETA No. 0: Corresponde a toda la tarjeta en blanco. TARJETA No. 1: Dibujos con líneas negras de un milímetro de espesor, a los lados de espacios blancos cuadrados de 9 milímetros de lado. TARJETA No. 2: Dibujos con líneas negras de 2.3 milímetros de espesor, a los lados de espacios blancos cuadrados de 7.7 milímetros de lado. TARJETA No. 3: Dibujos con líneas negras de 3.7 milímetros de espesor, a los lados de espacios blancos cuadrados de 6.3 milímetros de lado. TARJETA No. 4: Dibujos con líneas negras de 5.5 milímetros de espesor, a los lados de espacios blancos cuadrados de 4.5 milímetros de lado. TARJETA No. 5: Corresponde a toda la tarjeta en color negro. Los números de la carta de humo Ringelmann corresponden con el tono gris que se obtiene de ver la tarjeta correspondiente a una distancia en que se pierden las líneas del dibujo. Para usar la carta Ringelmann formada por dibujos descritos en las tarjetas 1, 2, 3 y 4, se debe observar el humo cuando sale de la chimenea y comparar con el número de la tarjeta que corresponda con más precisión. Una chimenea sin emisión alguna debe anotarse como número 0 de la carta y aquella chimenea que emita humo negro al 100% debe anotarse como número 5. Aunque la carta de humo Ringelmann normalmente se usa para evaluar emisiones negras o grises, el principio de la opacidad equivalente hace posible su utilización para evaluar otros colores de humo. El reglamento que cita la opacidad equivalente al número Ringelmann se refiere a cualquier emisión visible de tal opacidad que obscurezca la visibilidad del observador en escala comparativa a la de la carta de humo de Ringelmann. La opacidad simplemente significa el grado en que la luz transmitida se obscurece. La relación entre los números de la carta de humo Ringelmann con el % de opacidad, es como sigue: No. 0 No. 1 igual a 0% de opacidad igual a 20% de opacidad Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 47 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 igual a 40% de opacidad igual a 60% de opacidad igual a 80% de opacidad. igual a 100% de opacidad. Para determinar las características de emisión de una chimenea, son recomendables las siguientes reglas generales: 1. Las emisiones grises y negras se miden en densidades y se anotan según el número de Ringelmann a que correspondan. 2. Cualquier otra emisión de color se mide por su opacidad, anotándose este % de opacidad y reportándose al número Ringelmann. 3. De ser posible, las observaciones deben hacerse durante el día y debe tratarse de tener al sol en dirección contraria a la observación. 4. Debe existir una fuente de luz detrás de la columna durante las horas de obscuridad. 5. De ser posible, las lecturas deben hacerse en ángulo recto, en relación a la dirección del viento y distancia conveniente para tener una vista clara de la chimenea y los objetos en el fondo. 6. Las lecturas deben hacerse en la parte más densa de la columna de emisión, donde no es más ancha que el diámetro de la chimenea. 7. El tiempo transcurrido durante la observación deberá ser cuidadosamente anotado, al igual que otros datos como fecha, sitio donde si hizo la observación, distancia aproximada de la chimenea, nombre y cargo de la persona que hizo la observación, empresa responsable de la emisión. Procedimiento de uso: Al efectuar comparaciones diurnas, el observador debe colocarse a una distancia no menor de 30 metros ni mayor de 400 metros del cañón de la chimenea. El sol debe quedar preferiblemente a espaldas del observador. Durante las horas de obscuridad debe utilizarse una fuente de luz situada detrás de la pluma de humo, siendo el frente de éste el que observa el operador. Se coloca la carta lo más próxima posible a la línea de la visual del observador a la pluma perpendicular a dicha línea y a una distancia tal del observador que las retículas en la carta aparezcan como campos grises uniforme (18 metros aproximadamente). Se mira hacia la parte más densa de la pluma, en donde ésta tiene el mismo diámetro que la salida de la chimenea y se compara su color con Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 48 los tonos de la carta. En el caso en que exista vapor de agua en la pluma, la lectura debe hacerse en el punto donde se haya disipado el vapor. Siempre que sea posible, la línea de la visual debe quedar en ángulo recto con relación a la dirección del viento. Cada lectura individual se obtiene determinando el número de la tarjeta cuyo tono sea el más cercano al observado. En los casos que el humo sea más claro que la tarjeta No. 1, se le debe asignar el valor 0; si es más obscuro que la No. 4, se le asigna el valor 5. No se permiten valores en fracciones de unidad de tarjeta. Las lecturas se efectúan, una cada 15 o 30 segundos en forma consecutiva. Los datos deben registrarse en una tabla diseñada para tal caso. El cálculo del % de densidad aparente visual del humo para el periodo total de observación, se efectúa aplicando la siguiente fórmula: DAV = ( Ne * 20 ) / N De donde: DAV Ne N = Densidad aparente visual del humo = Número total equivalentes al número 1. = Número total de lecturas El número 20 es la equivalencia en % de densidad del número 1. El valor Ne, se obtiene multiplicando el número de lecturas individuales de cada tarjeta por el número correspondiente de la misma y sumando lo valores parciales obtenidos. Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 49 Ejemplo: Se efectúan lecturas de una chimenea en períodos de 15 segundos, durante 60 ciclos. Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0 0 0 0 1 1 2 2 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 3 3 4 5 4 3 2 1 15 0 0 0 1 1 2 3 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 3 4 5 5 4 3 2 1 30 0 0 0 1 1 2 3 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 3 4 5 5 3 3 1 1 45 0 0 0 1 1 2 3 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 3 4 5 5 3 3 1 1 Lectura 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 2 3 3 2 2 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 15 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 2 3 3 2 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 30 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 2 3 3 4 2 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 45 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 2 3 3 3 2 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Las lecturas deben ordenarse por número de tarjeta y frecuencia de ocurrencia, de la siguiente forma: Tarjeta No. 0 1 2 3 4 5 DAV = (Ne * 20) / N Frecuencia (cantidad de lecturas de la tarjeta) 113 52 34 27 7 7 N = 240 Equivalentes a la No. 1 0 52 68 81 28 35 Ne = 264 = ( 264 * 20 ) / 240 DAV = 22% Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 50 FORMULARIO Densidad aparente visual del humo: DAV = ( Ne * 20 ) / N De donde: DAV = Densidad aparente visual del humo Ne = Número total equivalentes al número 1. N = Número total de lecturas Ing. M.A. Jorge Estuardo Morales Diseño de Plantas Industriales 51 BIBLIOGRAFÍA: Sule, D. (2001). Instalaciones de manufactura. Ubicación, planeación y diseño. Segunda edición. México. Thomson Learning. Gaither, Norman & Greg Frazier. “Administración de Producción y Operaciones”. 4ª. Edición. Pearson Educación. Collier, David & James Evans. Administración de Operaciones. Bienes, servicios y cadenas de valor. Cengage Learning. 2009. Chase,Richard; Robert Jacobs & Nicholas Aquilano. Administración de Operaciones, Producción y Cadena de Suministros. Mc. Graw Hill. 2009. Heizer, Hay & Barry Render. Principios de Administración de Operaciones. 7ª. Edición. Pearson-Prentice Hall. 2009. Torres, Sergio. “Ingeniería de Plantas”. 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