Empuje (vacío)
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 1 de mayo de 2020; las comprobaciones requieren 6 ediciones .El empuje es una reducción de la presión del aire o de los productos de combustión en los canales de estructuras y sistemas técnicos, que contribuye al flujo del medio hacia el área de baja presión. Puede ser natural (bajo la acción de la fuerza de Arquímedes ) o forzado (bajo la acción de dispositivos técnicos que aseguran la salida de gases o aire, por ejemplo, ventiladores ).
Atracción natural
Mecanismo
La densidad del aire caliente y cualquier otro gas es menor que la densidad del aire más frío, por lo tanto, la presión de una columna de altura h ( p = ρ g h ) es menor. Este hecho provoca la aparición de una diferencia de presión dentro y fuera de la chimenea o edificio calentado; la mayor rarefacción se alcanza desde abajo, donde la altura de las columnas suprayacentes con diferentes densidades es máxima: .
En el sistema de ventilación de los edificios
Si el edificio no es hermético, entonces, debido a esta diferencia de presión, un flujo de aire frío se dirige hacia adentro y el aire caliente se desplaza (flota) y sale al exterior (se pueden proporcionar conductos de ventilación de escape especiales). La fuerza impulsora de empuje está determinada por la diferencia en las alturas promedio de entrada y salida de aire. Esto asegura el funcionamiento de la ventilación por extracción con un impulso natural.
Si los acondicionadores de aire funcionan en el edificio en verano , entonces ocurre el efecto contrario: el aire caliente nos ingresa desde la calle y el aire frío ya penetra en el interior.
En edificios modernos de gran altura con contornos externos cerrados, el efecto de tracción puede alcanzar una gran escala. Por lo tanto, al diseñar dichos edificios, se presta atención a combatir este efecto. Esto se logra en parte a través de la ventilación forzada, en parte a través de la integración de particiones internas. En caso de incendio, el efecto de corriente juega un papel importante en la propagación del humo.
En chimeneas
Un proceso similar tiene lugar en hornos y calderas . El aire ingresa al horno debajo de la parrilla o se suministra a los quemadores . Allí tiene lugar la combustión , durante la cual se forman gases de combustión calientes . Las superficies calefactoras de la caldera o las paredes del horno toman energía térmica de ellas, a veces el aire ambiente también penetra en ellas, pero a la salida suelen estar mucho más calientes que el aire ambiente (aunque técnicamente es posible enfriarlas más). , esto generalmente se abandona para evitar la precipitación en el sistema de condensados cáusticos y tóxicos ). La chimenea , de acuerdo con su propósito original, debe crear la mayor columna posible de gases calentados, lo que crea un tiro bastante significativo (sin embargo, muchas chimeneas altas se crearon principalmente por razones ambientales , para dispersar los productos de la combustión). Los gases son evacuados por la boca de la tubería, donde la presión negativa (ajustada por la resistencia hidráulica de la salida) es cero. Sin embargo, en el tramo de una tubería cónica (generalmente si hay dispositivos de tiro forzado) también puede ocurrir una zona de sobrepresión [1] .
En calderas y hornos pequeños, el tiro natural es suficiente para vencer la resistencia aerodinámica de todo el trayecto gas-aire, e incluso requiere limitación. En los sistemas de calefacción de horno mal regulados en los edificios, a veces se aspira tanto aire frío del exterior que el calor generado por la chimenea ni siquiera es suficiente para calentarlo. Para ajustar el tiro , se utilizan amortiguadores , amortiguadores , así como dispositivos automáticos simples que suministran aire al conducto de gas cuando el vacío es demasiado alto - limitadores de tiro .
El tiro también puede volverse insuficiente, lo que conduce a una mala combustión en el horno y la liberación de productos de combustión en la habitación ( el monóxido de carbono es el más peligroso ). Con tiro natural no se puede hacer nada al respecto, salvo limpiar la chimenea y facilitar la entrada de aire a la estancia de donde se toma.
Desventajas
El tiro natural depende de las condiciones atmosféricas : cuanto mayor sea la temperatura del aire exterior, menor será la diferencia de densidad entre éste y los gases, por regla general. Es posible aumentar significativamente su presión solo aumentando significativamente la altura de la tubería, que es estructuralmente compleja y costosa, y para las locomotoras de vapor es imposible en términos de dimensiones de transporte; para evitar la resistencia aerodinámica, se requiere hacer conductos de gas anchos con una velocidad de gas baja. A estas velocidades, las chimeneas pueden ensuciarse fácilmente con cenizas , lo que nuevamente reduce el tiro.
Para aumentar la tracción sin el uso de dispositivos mecánicos, se puede instalar un deflector en la boca de una tubería o conducto de ventilación, que convierte la energía del viento que fluye a su alrededor en una rarefacción . Puede proporcionar ventilación natural incluso sin diferencia de temperatura. Pero cuando no hay viento, el deflector no funciona, además, la instalación de deflectores y sombrillas en las tuberías de los equipos de calefacción estuvo prohibida en Rusia hasta 2003 [ 2 ] . También puede utilizar un difusor en la salida . Sin embargo, para los dispositivos con combustión muy forzada, se justifica económicamente crear un tiro forzado con la ayuda de extractores de humo .
Tiro forzado
El tiro forzado en las instalaciones de calderas es inducido por máquinas de palas: extractores de humo (hubo ejemplos separados del uso de dispositivos de escape de chorro ). En los edificios, la ventilación de extracción forzada es proporcionada de manera similar por ventiladores . En la succión de tales máquinas, se crea un vacío, que puede regularse de una forma u otra (girando las paletas de guía, la velocidad de rotación, las compuertas (ineficientemente) etc.). El vacío, por regla general, cae a medida que te alejas del automóvil. Parte del recorrido de las instalaciones de calderas, cerca (desde el lado de la succión) de los extractores de humo, puede funcionar al vacío, y parte desde el lado de los quemadores y otros dispositivos de soplado , bajo exceso de presión (bajo presurización); Las calderas de calor residual CCGT siempre están presurizadas.
Para tramos de la ruta del gas con una presión superior a la presión del aire circundante (incluso en una chimenea exterior, de modo que los gases no penetren en el espesor de una estructura de ladrillo u hormigón y no la destruyan), la estanqueidad al gas (estanqueidad ) es requerido. Técnicamente es difícil de conseguir, sobre todo en grandes instalaciones, por lo que se suele intentar alimentar extractores con potencia suficiente para crear vacío en todo el recorrido, empezando por el horno; el funcionamiento de los dispositivos de tracción y soplado sincronizados de esta manera se denomina empuje equilibrado .
Hay calderas pequeñas con ventilador, pero sin extractor de humos, si hay suficiente tiro natural. Los extractores de humo requieren un consumo de energía significativo para el accionamiento, generan mucho ruido y sus aspas se vuelven rápidamente inutilizables en un entorno agresivo. La reducción del ruido es especialmente importante para los dispositivos de ventilación por extracción instalados en interiores.
La presión de tiro forzado en todos los casos se suma a la presión de tiro natural (si sólo son codireccionales).
Cálculo del tiro natural
El empuje es generado por la diferencia de presión ( ΔP ) y se puede calcular de la siguiente manera. La ecuación dará un valor exacto para el caso de aire tanto en la tubería como fuera de la tubería con altura h . Si no hay aire en la tubería, sino productos de combustión, la fórmula solo dará una estimación aproximada.
,
| donde ( en unidades SI ): | |
| ∆P | = diferencia de presión, Pa |
|---|---|
| C | = 0.0342 |
| a | = presión atmosférica , Pa |
| h | = altura de la tubería, m |
| a _ | = temperatura exterior absoluta, K |
| Yo _ | = temperatura interna absoluta, K |
Flujo de aire causado por corrientes de aire
El flujo de aire debido al tiro se puede calcular de la siguiente manera. La fórmula funciona con las mismas restricciones.
,
| donde ( en unidades SI ): | |
| q | = flujo de aire, m³ / s |
|---|---|
| A | = área de la sección transversal de la tubería, m² |
| C | = coeficiente introducido por el rozamiento (normalmente se toman valores de 0,65 a 0,70) |
| gramo | = aceleración de caída libre , 9,807 m/s² |
| h | = altura de la tubería, m |
| Yo _ | = temperatura interna promedio, K |
| a _ | = temperatura exterior absoluta, K |
Véase también
Notas
- ↑ Richter L. A., Elizarov D. P., Lavygin V. M. Capítulo once. Conductos de gas y chimeneas exteriores // Equipos auxiliares de centrales térmicas . - M. : Energoatomizdat, 1987. - S. 190-211. Archivado el 10 de julio de 2020 en Wayback Machine .
- ↑ SNiP 2.04.05-91*. Calefacción, ventilación y aire acondicionado . — “3.75*. <...> No está permitido el dispositivo de sombrillas, deflectores y otras boquillas en chimeneas.». Consultado el 18 de diciembre de 2011. Archivado desde el original el 11 de junio de 2012. - en realidad reemplazado por SNiP 41-01-2003. Calefacción, ventilación y aire acondicionado . - "6.6.14 <...> Los parasoles, deflectores y demás boquillas de las chimeneas no deberán impedir la libre salida de los humos". Fecha de acceso: 18 de diciembre de 2011. Archivado desde el original el 23 de enero de 2012.