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Ensayos de ma e iales
en a mós e as simuladas
III.
E aluación de un sis ema de simulación
J. VALE y A. MARTIN - Depa amen o de Química de la E. S. de Ingenie os Indus iales de Se illa
RESUMEN
El paso inal de la c eación de odo sis ema
de simulación de a mós e as con aminadas
es la e aluación de su espues a cuando se in en an
p oduci con él unas de e minadas condiciones. En es é
a ículo se ecogen los di e sos aspec os a ene
en cuen a en dicha e aluación: e icacia del secado
y depu ación del ai e, endimien o en la gene ación
de los di e sos con aminan es, au onomía de las
secciones, ep oducción, es abilidad, homogeneidad
y e olución de las condiciones simuladas, e c.
Se abo da un es udio más p o undo sob e la écnica
de gene ación de uno de los con aminan es
in oducidos, el FH, que plan ea unos p oblemas
especí icos. También se dedica especial a ención
a los esul ados ob enidos en una se ie de expe iencias
de aplicación, que cons i uyen la p ueba
de ini i a pa a un sis ema de simulación. Se e ec úan,
po úl imo, una se ie de conside aciones sob e es os
sis emas y sob e las expe iencias de al e ación.
SUMMARY
The inal s ep in he c ea ion o a sys em o simula ion
o he d ying and pu i ica ion o he ai , yield
answe when we a emp o p oduce de e mined condi ions
wi h i . In his a icle a e ga he ed he dij e en aspec s
o be bo ne in mind in such an e alua ion: e iciency
o he d ying and pu i ica ion o he ai , yield
in he gene a ion o he di e en pollu an s,
au onomy o he sec ions, ep oduc ion, s abili y,
homogeneousnness and e olu ion o he simula ed
condi ions, e c.
I comp ises a deepe s udy oh he echnique
o gene a ion o one o he pollu an s in oduced,
he FH, which p esen s some speci ic p oblems.
Special a en ion is also de o ed o he esul s
ob ained in a se ies o expe imen s o applica ion,
which cons i u e he de ini i e p oo o a sys em
o simula ion. Finally, he e a e ca ied ou a se ies
o conside a ions on hese sys ems and
on he al e a ion expe imen s.
1.
INTRODUCCIÓN
En publicaciones an e io es los au o es e isan los c i e ios que deben guia el diseño de un
sis ema de simulación (1) y desa ollan uno conc e o (2) cuya e aluación se conside a aquí. El
desa ollo de una ins alación de simulación ambien al equie e en odo caso una se ie de es u-
dios p e ios, con el in de e alua el compo amien o de las dis in as secciones que lo an a
in eg a , has a alcanza la con igu ación de ini i a. Ca ac e ís icas ales como endimien o en la
gene ación de con aminan es, au onomía, es abilidad, ep oducibilidad, e c., deben se conside a-
das pa a i mejo ando la espues a del sis ema has a alcanza la solución más sa is ac o ia.
Llegados a es e pun o, la ins alación es a á dispues a pa a comenza su pe íodo de unciona-
mien o no mal con las expe iencias que se ayan p og amando. En el sis ema de simulación
p opues o (2), an es de acome e las expe iencias de aplicación, ha sido p eciso ealiza
nume osas p uebas e I in oduciendo modi icaciones has a llega a la con igu ación desc i a.
No p ocede hace una elación de odos los cambios y p uebas, pe o sí puede esul a de in e és
la desc ipción de los mé odos u ilizados pa a e alua la espues a del sis ema de ini i o, ya que,
po su ca ác e gene al, o man pa e de un p oceso con el que debe conclui el desa ollo de
oda nue a ins alación de simulación de a mós e as.
La e aluación de la ins alación se a ha hace , en la mayo ía de los casos, conside ando po
sepa ado cada una de las secciones en las que se di ide la misma. Es p eciso eco da que odos
los esul ados se e ie en, a menos que se indique lo con a io, a la con igu ación de ini i a del
sis ema, ya que algunos se ob ienen con el uncionamien o conjun o de a ias secciones. Así, el
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endimien o de la dosi icación de los con aminan es es á e e ido a las concen aciones medidas
en el in e io del ecin o de exposición, que son las que ealmen e in e esan, e incluyen an o el
endimien o de la gene ación, en su caso, como el endimien o de la cáma a.
2.
ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE
Como se ha indicado, el ai e se in oduce en el sis ema po medio de un comp eso que
man iene en el anque-pulmón de alimen ación una p esión a iable en e 3,5 y 5 ba s
absolu os. Aunque se ha dispues o un educ o a la en ada de la ins alación con la misión de
man ene una p esión cons an e en cabeza, en ealidad las oscilaciones del anque-pulmón
a ec an en alguna medida al sis ema, si bien no llegan a supone una a iación del caudal del
± 2 % en o no al alo medio.
La p opia comp esión del ai e supone un e icaz secado, pe o se alcanza un g ado de humedad
que es muy a iable en unción de la empe a u a ambien e. La igu a 1 ep esen a la humedad
especí ica del ai e después de la comp esión en unción de la empe a u a, suponiendo que se
alcanzan 3,5 ba s absolu os. Una a iación de la empe a u a ambien e de 10 a 35" C supone
que la humedad especí ica pasa á de 2 a 10 g de agua/kg de ai e seco, o del 4 al 20 % de
humedad ela i a cuando ese ai e se lle e a 40° C, que es la empe a u a p og amada en las
expe iencias de al e ación. Con el in de aumen a la e sa ilidad del sis ema y la cons ancia de
las condiciones a la en ada del mismo, se ha ins alado la sección de secado con ácido sul ú ico.
Has a concen aciones del ácido del o den del 80 % las p esiones del apo de agua en
equilib io con la solución se man ienen in e io es a 0,2 mm de Hg y, pos e io men e, an
aumen ando de o ma cada ez más acen uada, al i se diluyendo el ácido, como consecuencia
del agua que e iene del ai e que bo bo ea a su a és. Dependiendo de la aplicación, la ca ga
del ácido se epond á cuando la dilución haya alcanzado un de e minado alo . El cambio de
colo del gel de sílice, u ilizado como ala ma pa a indica la dilución del ácido, se p oduce
cuando la concen ación de és e es del o den del 65 %, lo que supone que, eó icamen e, el ai e
no sald á nunca de la sección de secado con una humedad especí ica supe io a 3,6 g de
agua/kg de ai e seco o que a 40" C la humedad ela i a se á siemp e in e io al 8 %. Si se pa e
de un ácido del 96 %, las condiciones medias a la salida du an e la ida de la ca ga son las
co espondien es a una solución del 70 % ap oximadamen e, que a 25° C iene un ai e en
equilib io con 1 g de agua/kg de ai e seco, cuya humedad ela i a a 40° C es del 2 %.
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58
Fig.
1
.-Humedad especi ica eó ica del ai e en la sección de secado.
MATHRIAI.FS
Í)Í'.
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Cada uno de los bo bo eado es dispues os en la sección de secado con iene inicialmen e 0,9 li-
os de SO4H2 del 96 %; cuando su concen ación se haya educido has a el 65 % se hab án
inco po ado 790 g de agua. Si se supone que en la ins alación en a ai e sa u ado a la em-
pe a u a ambien e y a 3,5 ba s se ob iene la igu a 2 que ep esen a la au onomía de es a
sección pa a empe a u as comp endidas en e 10 y 35° C. Con una empe a u a media de
25° C y ope ando en la ins alación con 25 //min de ai e, las ca gas de ácido pe mi en un-
ciona inin e umpidamen e du an e unos 9 días. Es os alo es eó icos son conse ado es y los
eales,
ob enidos expe imen almen e, son, ap oximadamen e, supe io es en un 50 % debido a una
se ie de azones:
a) Po la sección de secado el caudal olumé ico de gases es meno que el que a a iesa la
cáma a, a causa de que en e ambas se p oduce un calen amien o y se e ec úan apo es de
agua.
b) Los cálculos es án e ec uados suponiendo sa u ación a la p esión mínima del anque de
alimen ación que ope a en e 3,5 y 5 ba s, co espondiéndole a es e úl imo alo , lógica-
men e, un meno con enido de agua del ai e sa u ado.
c) La can idad de agua e enida en el bo bo eo es in e io a la eó ica, ya que la e icacia de la
abso ción es meno del 100%.
0(1/11,0)
25
20
)5
]0
Fig. 2.-Tiempo de uncionamien o inin e umpido de
empe a u a ambien e media.
20
3C Díos
la sección de secado en unción de la
Los alo es expe imen ales ob enidos a la salida de la sección an desde un mínimo de 0,7 g de
agua/kg de ai e seco (1,5% de humedad ela i a a 40° C) has a un máximo de 3,6, que
co esponde al ago amien o de la ca ga de ácido y supone a 40° C una humedad ela i a
ap oximada del 8 %. En esumen, la sección de secado con ácido sul ú ico pe mi e ob ene en el
ecin o de exposición humedades ela i as in e io es al 10% sin necesidad de cambia los
bo bo eado es en un pe íodo cuya du ación es á en o no a las 2 semanas, dependiendo de la
empe a u a ambien e.
MATHRIALÍ-S
DI.-:
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La sección de depu ación es á p oyec ada pa a e ene , undamen almen e, pa ículas sólidas o
líquidas, compues os o gánicos y gases con aminan es ácidos. Es os componen es no se han
de ec ado con los mé odos de análisis u ihzados en el seguimien o de las expe iencias de
al e ación acele ada de ma e iales en las que se ope a con pa áme os cuya in ensidad es muy
supe io a la no mal en el ambien e. Hay que hace no a , sin emba go, que aunque no se ha
es imado necesa ia una depu ación más comple a del ai e pa a el sis ema de simulación que se
p opone, es p eciso se conscien es de las limi aciones de la mencionada sección pa a expe ien-
cias de imi ación de las condiciones ambien ales, en las que hab á que e ec ua un con ol más
igu oso de la co ien e de salida.
3.
GENERACIÓN DE LA ATMOSFERA SIMULADA
3.1.
Medida de caudales
Con la lec u a de las a iables que apa ecen en la pa e on al del panel de la unidad de
medida y egulación de caudales y la empe a u a de la cáma a de ensayos, se pueden
de e mina odas las condiciones einan es en el in e io de dicha cáma a, es deci , caudal de
gases a a és de la misma, humedad ela i a y concen aciones de con aminan es, a excepción
del NO2, cuya dosi icación iene indicada po la posición del mic óme o inco po ado a la ál-
ula de aguja dispues a pa a egula el caudal de es e compues o. Las condiciones así de e -
minadas son las eó icas y es p eciso co egi las en unción de los co espondien es endimien os
pa a ob ene las eales en el ecin o de exposición. En los es udios p e ios de e aluación del
sis ema, las condiciones eó icas pe mi en de e mina , p ecisamen e, dichos endimien os al
elaciona las con los alo es medios expe imen ales.
El p ime paso, una ez elegidos los elemen os medido es de caudal, o i icios o capila es en
nues o caso, es p ocede a la calib ación de dichos medido es; de la p ecisión que se alcance en
es a calib ación depende á la capacidad de la unidad pa a ija unas condiciones p ede e minadas.
La calib ación se ha e ec uado con medido es de bu buja, elemen os p ima ios de medida de
caudales, y a pa i de los da os ob enidos se ha encon ado que los o i icios medido es de las
dis in as co ien es del componen e mayo i a io sa is acen ecuaciones del ipo
Q
=S/L{A^B
p)
donde Q es el caudal de ai e (//min), L, caída de p esión en el o i icio (cm de agua),/?, p esión
manomé ica a la salida del o i icio (mm de Hg) y ^4 y ^, cons an es que se de e minan con
alo es expe imen ales.
Una ez de e minadas las cons an es A y B, se ha encon ado que las des iaciones obse adas
en e los da os expe imen ales de calib ación y los alo es esul an es de la ecuación son en odo
caso in e io es al 1 %.
Pa a pode ob ene di ec amen e una lec u a del caudal en la unidad de medida y egulación, se
ha do ado a los indicado es de las caídas de p esión en los o i icios de una escala esul an e de
la aplicación de las ecuaciones co espondien es supues a una p esión /? de 120 mm de Hg.
Cuando dicha p esión sea dis in a el caudal debe á co egi se po un ac o que se ha abulado,
si bien es o no malmen e no es necesa io ya que la p esión elegida es la no mal de ope ación o
muy p óxima a ella.
En elación con los capila es pa a la dosi icación de con aminan es, el p oceso seguido ha sido
simila , encon ándose que sa is acen ecuaciones análogas a la desc i a an e io men e o del ipo
Q=A+Bp
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según el ango de caudales pa a el que es u ilizable.
La calib ación de los medido es de caudales de mues eo, ambién o i icios, se ha lle ado a
cabo de o ma análoga, si bien en es e caso, con el in de simpli ica los cálculos necesa ios,
los mués eos se e ec úan siemp e a la misma p esión, con lo que es a a iable queda incluida
en las cons an es de las ecuaciones que pe mi en de e mina el caudal.
Se ha indicado an e io men e que la p esión de los o i icios medido es del ai e puede se
a iable, aunque siemp e se ope a p ác icamen e con el mismo alo . Es a p esión es á
condicionada undamen almen e po la exis en e en cabeza de la ins alación de simulación y po
las pé didas de p esión a a és de los dis in os elemen os de la misma, que son unción,
esencialmen e, del caudal de ai e. De cualquie modo, se puede eje ce un con ol sob e es a
p esión con las co espondien es ál ulas de egulación es ablecidas en la p opia unidad de
medida. También, con el in de es ima la p esión necesa ia en cabeza del sis ema en dis in as
condiciones de ope ación se ha e ec uado un es udio de las pé didas de ca ga a a és de las
dis in as líneas, habiéndose ob enido una se ie de ecuaciones empí icas que pe mi en es able-
ce , con bas an e ap oximación, la pé dida de ca ga en cualquie si uación y, po lo an o, la
mínima p esión necesa ia a la en ada de odo el sis ema. En gene al, se ope a con una
p esión de 0,5 ba s manomé icos, su icien e pa a supe a odas las pé didas de ca ga y
ela i amen e baja po azones de segu idad.
El caudal de gases a a és de la cáma a no es, no malmen e, el ob enido en la unidad de
medida po los apo es pos e io es de agua y po el calen amien o de la co ien e gaseosa;
median e un sencillo cálculo se llega a la ecuación
^ 0,622 + w, , ^
0,622 + .
donde Q^ es el caudal de gases po la cáma a (//min), Q^, caudal en los medido es (//min),
T^, empe a u a en la cáma a (°K), T^, empe a u a en los medido es ("K), w^., humedad
especí ica en la cáma a (g de agua/kg de ai e seco) y w^, idem en los medido es.
La humedad de los gases que en an en la cáma a, po o a pa e, es esul an e de la mezcla de
es co ien es. No malmen e an o el ai e que sale de la sección de humidi icación como el de
adición de FH es án sa u ados, de o ma que sus caudales pueden suma se a e ec os del cálculo
de la humedad esul an e, w, que puede ob ene se en onces a pa i de
W = —•
donde w son humedades especí icas, m masas de ai e seco y los subíndices 5* y /z se e ie en,
espec i amen e, a las co ien es de ai e seco y ai e húmedo. Es impo an e ambién la
de e minación del pun o de ocío de la mezcla de co ien es pa a conoce a pa i de qué
empe a u a empiezan a p oduci se condensaciones.
La concen ación eó ica de con aminan es en la cáma a se ob iene po la elación en e el
caudal dosi icado del con aminan e y el caudal o al de gases po el ecin o.
Con el in de simpli ica el con ol, las elaciones que se han desc i o pueden abula se o
ep esen a se g á icamen e, y, así, la ob ención de las dis in as condiciones es p ác icamen e
inmedia a.
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3.2. Homidi ícación
La masa de ai e seco que ci cula po la sección de humidi icación puede ob ene se a pa i de la
ó mula
^a-219,7 o
' (0,622 + w)
donde m^ es el lujo de ai e seco (g/min), i^^, cons an e del ai e (a m •//°K
•
g), T^, empe-
a u a en el medido (°K) y Q^, caudal en el medido (//min); y el consumo dia io de agua (1)
po :
G= 1,44 m,(w,— We)
siendo w^ y w^ las humedades especí icas del ai e a la salida y a la en ada de la sección,
espec i amen e.
Si se conside a que la humidi icación se p oduce a pa i del agua con enida en dos bo bo ea-
do es de dos li os de capacidad cada uno, se puede calcula el iempo de uncionamien o
inin e umpido sin necesidad de eposición de agua. Los esul ados se ep esen an en la igu a 3
pa a es empe a u as en el medido (10, 20 y 30° C), que es la ambien e, caudales de 6 a 18
//min y ai e a la salida con un con enido de agua co espondien e a la sa u ación a 40° C.
• 30 «C
o
20 «C
10
*»C
200
MhoíC'j
Fig. 3.-Au onomía de la sección de humidi icación.
El caudal no mal po la sección de humidi icación puede se del o den de 16 //min, lo que
supone una au onomía de unos es días. Cuando la a mós e a simulada no con iene FH, la
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MAII-RIALI'S
DI-
CONSTRUCCÍON
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sección de adición de es e compues o puede usa se como apoyo a la de humidi icación,
aumen ándose así la au onomía. De odos modos, es os in e alos de au onomía se han
conside ado su icien es eniendo en cuen a que la eposición puede e ec ua se sin necesidad de
de ene el lujo de gases y, en cualquie caso, se ían muy áciles de aumen a ecu iendo a
bo bo eado es de mayo capacidad.
Con los caudales ci ados, el endimien o es, ap oximadamen e, del 80 %, habiéndose comp o-
bado que es necesa io man ene el agua a 44"" C pa a ob ene ai e sa u ado en las condiciones
de la cáma a (40° C).
3.3.
Dosi icación de FH
En un sis ema de simulación de a mós e as con aminadas con FH, p oceden e del que nos ocupa
y desa ollado ambién en el Depa amen o (3), se ob u ie on endimien os en la dosi icación de
FH del o den del 10%. Aunque los endimien os ci ados po o os au o es que han simulado
es e ipo de a mós e as suele se del mismo o den (4), hecho que se achaca a la g an eac i idad
del luo híd ico, los da os disponibles no nos pe mi ían escla ece si el p oblema e a consecuen-
cia de la écnica de gene ación empleada o de e ec os supe iciales con los ma e iales de las
conducciones, cáma a, mues as, e c. Po ello se ha lle ado a cabo un es udio que pe mi ie a
es ablece las cualidades de la écnica de gene ación. Al mismo iempo, se ha in es igado
ambién la con o e sia exis en e (5) ace ca de la alidez del agua como sus ancia abso bedo a
del FH con is as a su mues eo y pos e io análisis.
Pa a eaHza dicho es udio se ha diseñado y cons uido una ins alación que elimina, en lo
posible, las pé didas de con aminan e po adso ción, condensaciones, di usión, eacción, e c.,
e ec uando el mues eo de la co ien e gene ada p ác icamen e a la salida del bo bo eado .
En la mencionada ins alación, odo el sis ema de gene ación y mues eo es á in oducido en una
cáma a de ace o inoxidable e mos a izada, con obje o de e i a condensaciones. Una bomba
aspi a ai e a mos é ico que pasa a a és de odo el sis ema.
El ai e pasa, en p ime luga , po un se pen ín donde alcanza la empe a u a de la cáma a, luye,
pos e io men e, po un bo bo eado con agua des ilada pa a se humidi icado y, a con inuación,
bo bo ea en la solución de ácido luo híd ico, con enida en un ecipien e do ado de una sonda
pa a la ex acción de mues as y de un elemen o medido de p esión, que pe mi en conoce en
odo momen o la concen ación de FH en el ai e en equihb io con la solución.
La sección de mues eo a p ecedida de un ecipien e en el que se expande el gas y que asegu a
que no lleguen posibles a as es de solución a los ecipien es cap ado es, consis en es en sendos
bo bo eado es con agua, dispues os en se ie, necesa ios ambos pa a e alua la e icacia de la
abso ción.
Comple an la ins alación un ecipien e pa a ecogida de condensados, un se pen ín que man iene
empe a u a cons an e a la en ada del medido de caudal y elimina el exceso de agua,
medido es de p esión y empe a u a pa a co egi las lec u as del o i icio calib ado si uado a
con inuación de un con ado seco de gases y una ál ula de egulación de caudal.
Con es e sis ema se han ealizado, con caudales de ai e de 0,75, 3, 6 y 9 //min, sendas
expe iencias abso biendo de o ma con inua el FH con enido en la mezcla gene ada. En odos
los casos la empe a u a del sis ema se ha man enido a 40° C. El cambio de los bo bo eado es
de agua se ha e ec uado pe iódicamen e y su con enido se ha analizado po sepa ado. También
pe iódicamen e se ha de e minado la concen ación de la solución.
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Las concen aciones eó icas se calculan a pa i de unas ecuaciones empí icas, de e minadas po
B oshee e al (6) pa a cua o empe a u as dis in as (25, 40, 60 y
IS^'C).
Son exp esiones del
ipo
donde p^^^ es la p esión de FH sob e la solución (mm de Hg), w, concen ación de la solución
(% en peso) y A, B y C son cons an es. Dichas ecuaciones son álidas pa a concen aciones
comp endidas en e el 2 y el 30 % en peso.
Pa a amplia el ámbi o de aplicación de las ó mulas an e io es a empe a u as in e medias, con
is as a su u ilización pos e io en el sis ema de simulación, se ha calculado la a iación de las
cons an es en unción de la empe a u a, habiéndose e i icado que, pa a empe a u as comp en-
didas en e 25 y 75° C y el ango de concen aciones ya ci ado, la des iación media en elación
con los da os expe imen ales es del o den del 2 %.
La e olución de las concen aciones de FH gene adas en las cua o expe iencias ci adas se
puede obse a en la igu a 4. A pesa de p oduci se una lige a disminución de la concen a-
ción de la solución de FH con o me a anza la p ueba, las luc uaciones que se obse an en la
concen ación de es e compues o en la co ien e gaseosa no supe an en ningún caso una
a iación del 5 % en o no al alo medio. De es e esul ado se deduce la g an es abilidad del
sis ema de gene ación, y más si se compa a con los alo es encon ados en la bibliog a ía, en
ocasiones de has a el 20 % (7).
El sis ema no sólo es es able, sino ambién e icaz. En la igu a 5 se ep esen a el endimien o
(concen ación de e minada expe imen almen e en la co ien e gene ada/concen ación eó ica)
en e a los dis in os caudales de ai e. Como e a de espe a el endimien o disminuye con o me
aumen a el caudal, pe o pa a alo es de unos 6 //min, u ilizados en la ins alación de expe ien-
cias de al e ación, se man iene po encima del 90 %.
La e icacia del agua, K (%), como elemen o abso bedo del ácido luo hiíd ico puede comp o-
ba se en la igu a 6, en la que se ep esen a en e a la concen ación en el líquido del p ime
bo bo eado (L', , ppm). La e icacia se ha de inido como
K=
IOOL;/(L;+L2)
donde L2 ^s la concen ación en el líquido del segundo bo bo eado u ilizado pa a la abso ción.
Es a e icacia indica el po cen aje de los luo u os que han quedado e enidos en el p ime o de
los bo bo eado es y es, po an o, una medida de la capacidad abso ben e del agua pa a es e
compues o. Los esul ados expe imen ales ob enidos indican que la e icacia de e ención es
supe io al 99 %, incluso con caudales de 6 //min, siemp e que el pe íodo de cap ación no sea
demasiado la go o que la concen ación de ácido luo híd ico en el p ime bo bo eado no
alcance alo es ele ados; en caso con a io, la p opia solución de mues eo puede ac ua como
sis ema de gene ación de FH, e apo ándose una pa e del que se ha e enido. Es e aspec o se
e ela en la mencionada igu a 6.
Las omas de mues a que se han lle ado a cabo en la ins alación de simulación de a mós e as
no suele ene una du ación supe io a 30 minu os y el caudal es de 1,2 //min., de o ma que las
e icacias de cap ación se án muy buenas.
Las expe iencias desc i as ponen de mani ies o an o la e icacia del agua como sus ancia
abso bedo a como la alidez del sis ema de e apo ación pa a se u ilizado como écnica de
gene ación de a mós e as con FH en la ins alación de simulación. Los endimien os son ele ados
y la es abilidad es buena ya que, con caudales no males de ope ación, la concen ación de la
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solución
de FH
apenas a ía
un 10 % a lo
la go
de una
semana. Conc e amen e,
el
endimien o
de
la
adición
de FH en la
ins alación
de
simulación
es del
o den
del 95 % en las
expe iencias
de aplicación
que se han
e ec uado,
con
caudales
de 3-4
//min, ci culando
po
cada
uno de los
bo bo eado es. Es e endimien o
se
e ie e
a la
gene ación, mien as
que el
endimien o global,
de inido como
la
elación en e
la
concen ación
de FH en el
in e io
de la
cáma a
y la
eó ica
de equilib io
con la
solución u ilizada,
no es an
ácil
de
p ecisa .
En las
expe iencias
de
aplicación
se han
de e minado endimien os globales a iables, dependiendo
de las
condiciones
de ope ación
y,
undamen almen e,
de la
humedad
en el
in e io
del
ecin o
de
exposición.
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Fig. 4.-E olución
de
concen aciones
de FH en
di e sas expe iencias.
Si
se
ope a
con una
a mós e a p ác icamen e sa u ada, e i ando condensados
en la
ins alación,
se alcanza
un
endimien o global p óximo
al 30 %,
siemp e
que no se
in oduzcan mues as
en
la cáma a. Es e alo puede llega
al 50 % si las
humedades ela i as
son
in e io es
al 60 %.
Las ci as ci adas co esponden
a
caudales
de
eno ación
de 25
//min,
y una
empe a u a
de
40°
C.
MATERIALES
DF
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obje i o de e i a condensaciones en los elemen os de con ol y medida de caudal de es e
compues o. No obs an e, hay que ene en cuen a que se mide una mezcla de dióxido y e óxido
de ni ógeno que, pos e io men e, al disminui su p esión pa cial, se con e i á o almen e en el
p ime o. Man eniendo cons an es las condiciones de ope ación, 1,2 ba s y 50° C, ap oximada-
men e el 48% en olumen del gas medido es á compues o po N2O4; es o signi ica que 100
moles medidos se ans o man en 148. Como consecuencia de es os enómenos, la a iación de
concen aciones es ap oximadamen e del ± 20 % en o no al alo p og amado, alo acep able
omando en conside ación las di icul ades mencionadas y di ícilmen e mejo able sin ecu i a
sis emas más complejos y cos osos, si se excep úan los ubos de pe meación, ese ados pa a
simula concen aciones más bajas que las u ilizadas en es os es udios. Los alo es medios, a
la en ada de la cáma a, ob enidos en la segunda y e ce a ases de la expe iencia de
simulación de smog, con concen aciones p og amadas de NO2 de 300 y 50 ppm, han sido de
315 y 53,5 ppm, espec i amen e.
Du an e la p ime a ase, sólo con anhíd ido sul u oso y p opileno, la p opo ción ans o mada
del p ime o es pequeña, aunque ap eciable. En la segunda, la p oducción de smog es muy
impo an e, como se demues a a pa i de la disminución de SO2 en la cáma a (concen ación
media de 282 ppm) y de la ela i amen e más pequeña de NO2 (media de 253 ppm). Las
can idades de sul a os y ni a os o madas que se han de ec ado, an o en el in e io de la
cáma a como en los condensados de la co ien e de salida son ambién no ables. A lo la go de
la e ce a ase, po úl imo, se de ec a ambién una ans o mación de los con aminan es
in oducidos, si bien en una p opo ción meno . Es a a i mación, que al ez no pudie a hace se
en unción de la disminución de la concen ación de los con aminan es p ima ios SO2 y
NO2,
ya que las di e encias pod ían se explicables a pa i de los alo es de endimien os, sí
pa ece cla a en base a la exis encia de can idades ap eciables de sul a os y ni a os.
Es necesa io señala que du an e es a expe iencia se han p oducido abundan es condensaciones
de los ácidos ní ico y sul ú ico en el in e io de la cáma a, y que la o mación de un ae osol
hquido a lo la go de un ensayo acele ado equie e cuidadosos es udios que pe mi an asegu a
la ep oducibilidad del mismo.
Como esumen, puede es ablece se que los esul ados ob enidos e lejan un impo an e desa o-
llo de p ocesos que conducen a la o mación de con aminan es secunda ios. Aunque se án
necesa ios es udios pos e io es, pa ece cla o que con un sis ema ela i amen e sencillo como el
p opues o, en el que sólo se in oducen es componen es gaseosos que se some en a adiación,
es posible la simulación de smog, ab iéndose así un in e esan e campo pa a una u u a
e olución de los ensayos acele ados de ma e iales hacia el uso de a mós e as eac i as, más
simila es a las na u ales.
Como las uen es de odos los con aminan es gaseosos conside ados en es e apa ado son
bo ellas que los con ienen licuados en es ado pu o, la au onomía de las ins alaciones es muy
ele ada, del o den de a ios meses de uncionamien o inin e umpido con concen aciones gene adas
del o den de las u ilizadas en las expe iencias que se han desc i o. Los endimien os son en odos los
casos del o den del 90 % o supe io es.
4.
CÁMARA DE ENSAYOS
El diseño de la cáma a, así como la p og amación de las expe iencias, es án o ien ados a
ensayos de a ios días de du ación, buscándose la es abilidad de las a iables, en e a la
apidez en los cambios, sin pe de de is a que la du ación de los pe íodos ansi o ios nunca
deben supone sino una pequeña acción de la du ación o al de las expe iencias. Pa a cambios
más ápidos de la concen ación de los con aminan es o de la humedad se puede acudi a
caudales de eno ación más ele ados sin necesidad de modi ica el diseño de la cáma a. La
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a iación de la empe a u a, po el con a io, iene condicionada en g an medida po las
dimensiones del baño e mos á ico de agua, en es e caso g ande pa a log a buena es abilidad e
ine cia en e a la modi icación de las condiciones ambien ales ex e nas. En consecuencia la
ele ación o descenso de empe a u a se hace len amen e, de modo que los g adien es en el
in e io del ecin o no supe en 1°C ni aún en los pe íodos ansi o ios y sin calen amien o en el
baño de ondos; en égimen es aciona io la homogeneidad de empe a u as en la cáma a es
excelen e, has a el pun o de que el baño e mos á ico de ondos sólo es necesa io cuando en la
pa e in e io del ecin o se quie e ob ene una empe a u a mayo que en la supe io , a in de
p o oca condensaciones. El iempo necesa io pa a ele a la empe a u a de la cáma a has a
unos 40° C es del o den de es ho as, que se puede educi u ilizando elemen os de cale acción
de apoyo pa a es os pe íodos ansi o ios. El en iamien o puede acele a se eno ando el agua
del baño.
La modi icación de la concen ación de cualquie compues o, apo de agua incluido, en el
in e io de la cáma a se lle a a cabo in oducciendo una co ien e que con enga dicho compues o
en el ecin o. La co ien e en a en la pa e supe io , se mezcla con la a mós e a exis en e y se
ex ae po las conducciones del ondo. La e olución eó ica de la concen ación, supues a mezcla
ins an ánea de la co ien e en an e con la a mós e a in e io , se puede ob ene median e un
balance de masas, llegándose a la exp esión (12):
C- C
^ ^í _ 1 --Q /V
Co-Q
-e-
donde es el iempo anscu ido desde que se inicia el cambio (min), Q, caudal de eno ación
(//min), Cj, concen ación en la cáma a en el ins an e = 0, Co, concen ación en la co ien e
de en ada, C, concen ación en la cáma a en el ins an e y V, olumen del ecin o (1).
Con is as a segui la e olución de las dis in as a iables y de e mina la dis ibución opog á ica
de las mismas en el in e io del ecin o, se han e ec uado una se ie de expe iencias modi icando
las condiciones, omando mues as en di e sos pun os del in e io y compa ando los alo es
expe imen ales con los co espondien es a una e olución eó ica de e minada po la ó mula ya
ci ada.
Así, po ejemplo, se ha dedicado una especial a ención al es udio de las condiciones de humedad
en el in e io de la cáma a, po la g an impo ancia que pueden ene pequeñas a iaciones en el
alo de es a a iable en elación con la elocidad de al e ación de los ma e iales ensayados. En
las igu as 14 y 15 se mues an los esul ados ob enidos en dos de una amplia se ie de
expe iencias de humidi icación (se pa e de ai e seco en el in e io de la cáma a y se in oduce
ai e húmedo pa a segui la e olución de la humedad) y de secado (al e és). El caudal de
eno ación es de 25 //min. La línea discon inua co esponde a la e olución eó ica; las líneas
con inuas ep esen an las e oluciones en el cen o del ecin o (S-97) y a la salida (S-92). Se
incluye ambién la humedad de la co ien e in oducida (S-91), línea ho izon al, a la que se
iende en el equilib io.
En la expe iencia de humidi icación ecogida en la igu a 14 se pa e de una humedad ela i a
en la cáma a del o den de 3 % (w = 0,0013), a 40° C, y se in oduce una co ien e con el 94 %
(w = 0,0457); las densidades co espondien es a es as condiciones son 1,12 y 1,05 kg/m^,
espec i amen e. Es a di e encia de densidades se aduce en una cie a es a i icación del ai e en
el in e io del ecin o, de o ma que el ai e húmedo iende a queda se en la pa e supe io , que
es po donde se in oduce, y se es ablece un g adien e e ical de humedades. La igu a 14 pone
de mani ies o la di e encia del con enido de agua en la a mós e a de la pa e cen al e in e io de
la cáma a, si bien al cabo de una ho a después del comienzo de la expe iencia, apenas supone
una des iación del 5 % en o no al alo medio; al cabo de unas doce ho as la homogeneidad es
comple a. O as consecuencias de es e enómeno son que en la zona in e io no epe cu e la
MATHRIALFS
Díi
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in oducción de la co ien e humidi icada p ác icamen e has a pasados unos diez minu os, desde
el comienzo de la expe iencia, y que en la zona media la e olución es más ápida que la eó ica
du an e la p ime a ho a.
Fig. 14.-E olución de humedad en la cáma a. Humi-
di icación. Fig. 15.-E olución de humedad en la cáma a. Secado.
Las pa edes, que han quedado en con ac o du an e cie o iempo con una a mós e a seca,
adso ben en las p ime as ho as pa e del agua in oducida, de o ma que la e olución es más
len a de lo p e is o, pa icula men e a pa i de humedades ela i as del o den del 80 %.
En la igu a 15 se ep esen an los alo es co espondien es a la expe iencia de secado. Se pa e
de una a mós e a en el in e io de la cáma a con un 90 % de humedad ela i a (w = 0,043) y se
in oduce una co ien e con un 3 %
(
= 0,014). En es e caso, los g adien es de humedad son
meno es y se alcanza la homogeneidad en un in e alo de iempo más co o, del o den de una
ho a, g acias a que la co ien e in oducida es aho a más densa y a o ece la mezcla. La
e olución es ambién más len a de lo p e is o, debido, muy posiblemen e, a la deso ción del
agua e enida en las pa edes del ecin o.
Se puede pasa , con un caudal de eno ación de 25 //min de una humedad ela i a del 10% a
o a del 80 % en unas dos ho as. Pa a una a iación del 50 al 80 %, po debajo y po encima,
espec i amen e, de la humedad c í ica en la mayo ía de los casos, se necesi an unos 40 minu os
y 30 pa a el p oceso in e so, lo que supone un iempo acep able. Po o a pa e, dichos
in e alos pueden aco a se ecu iendo a condiciones de uncionamien o ela i amen e especiales.
El secado se puede hace más ápido in oduciendo un caudal mayo de ai e seco y pa a la
humidi ícación lo inmedia o es a omiza agua en el in e io del ecin o.
Excep uando el caso de la humedad, los es udios opog á icos de concen aciones p esen an
des iaciones in e io es, no malmen e, al 5 % del alo medio ob enido en di e sos pun os del
in e io , demos ándose así que el sis ema de in oducción y ex acción de la co ien e gaseosa es
adecuado, no siendo, pues, necesa ia la ins alación de elemen os de agi ación. La igu a 16
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mues a la e olución de la concen ación de un con aminan e, NH3 en es e caso, en dos pun os
in e io es, co espondien es a la zona cen al (S-97) e in e io (S-93) y en la salida del ecin o
de exposición (S-92), habiéndose pa ido de ai e lib e de es e compues o; la concen ación de la
co ien e de en ada (S-91) es de 325 ppm y la línea de azos ep esen a la e olución eó ica.
En es e caso, y en los del es o de con aminan es, no exis en p oblemas de di e encia de
densidades y la dis ibución opog á ica de concen aciones es uni o me desde los p ime os
ins an es. También se p oduce una cie a adso ción de con aminan es, más impo an e en un
pe íodo inicial de cua o ho as, que p o oca un e aso de la e olución expe imen al en elación
con la eó ica. T anscu ido es a especie de "cu ado" de las pa edes, la concen ación alcanza el
equilib io en un alo que supone del 90 al 95 % del de en ada, siemp e con caudales de
eno ación de 25 //min. Es e endimien o, pa a odos los con aminan es in oducidos a excepción
del luo u o de hid ógeno po los p oblemas ya comen ados, con i ma la esis encia química del
poliés e empleado pa a la cons ucción de la cáma a. En elación con el luo u o de hid ógeno,
ya se ha señalado que los alo es de endimien o ob enidos, aunque bajos, son del mismo o den
o supe io es que los alcanzados en es udios de o os in es igado es.
3CC!
?aL
100
^Ippm ¡
o
s-9
«
S-9J
a
s-97
E olu ion
eo íca
Expc imen o
100
iCO 300
(min)
Fig. 16.-E olución de la concen ación de NH3 en la cáma a de ensayos.
5. CONSIDERACIONES FINALES
Es un hecho que la simulación de a mós e as no es un p oblema sencillo, aunque las di icul ades
no deben conduci a pos u as nega i as o, en el o o ex emo, excesi amen e simpli icado as.
La u ilidad de las expe iencias de al e ación de ma e iales en a mós e as simuladas ha sido
MATFÍRIAI.FS
DF
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acep ada de o ma p ác icamen e gene al. La alea o iedad de los cambios de las condiciones
ambien ales y la necesidad de dispone de da os abundan es en un pe íodo co o de iempo, con
el in de es ablece el mecanismo de las al e aciones, mues an la con eniencia de desa olla
es e ipo de in es igaciones, que deben supone un complemen o, nunca una sus i ución, de los
es udios e ec uados a la in empe ie. Lx)s que c i ican es as expe iencias acele adas a gumen an
p incipalmen e que no se ep oducen con enien emen e el compo amien o en el ex e io , pe o
aun en el caso de que ue a cie o, la solución es a ía en un mayo es ue zo de in es igación de
los sis emas de simulación. Po o a pa e, es a dispa idad de esul ados en e expe iencias
acele adas y a la in empe ie no siemp e es acusada y se puede a i ma que, en la ac ualidad,
exis en ins alaciones, pa icula men e las dedicadas al es udio de los mecanismos de ans o -
mación de los con aminan es en la a mós e a, que log an una ap oximación muy no able a las
condiciones de la a mós e a na u al.
Desg aciadamen e, la mayo pa e de los sis emas exis en es en la ac ualidad pa a el ensayo de
di e sos ma e iales en a mós e as con oladas simpli ican excesi amen e el p oblema de la
simulación. Es a endencia, opues a a la eseñada an e io men e, conduce a la p oli e ación de
ensayos que di ícilmen e pod án apo a da os iables sob e el compo amien o de los ma e iales.
La única excepción, p ác icamen e, de es a excesi a simpli icación, son los sis emas pa a el
es udio de la ans o mación de los con aminan es p ima ios, que, po o a pa e, son demasiado
so is icados y complejos pa a se u ilizados en expe iencias de al e ación de ma e iales, que en
muchos casos deben acaba adqui iendo un ca ác e epe e i i o y se desa olladas po un
pe sonal no excesi amen e cuali icado. No obs an e, es os sis emas suponen el es ado más
a anzado en el campo de la simulación ambien al y, po ello, se puede ob ene de los mismos
una aliosa in o mación con is as al desa ollo de sis emas más sencillos y, al mismo iempo,
más comple os que los u ilizados has a el momen o. Apo an, además, una nue a concepción de
la simulación ambien al, al conside a el medio simulado como un sis ema dinámico en el que
ienen luga con inuas ans o maciones, con o mación de nue os p oduc os y disminución de la
concen ación de o os.
Un sis ema diseñado pa a abo da el es udio de las al e aciones que la a mós e a p o oca en los
ma e iales, debe se , necesa iamen e, muy e sá il; la in luencia de los dis in os pa áme os no
puede se alo ada a p io i y mucho menos desp eciada y, además, no bas a con la conside a-
ción po sepa ado de las dis in as a iables sino que es p eciso ene en cuen a posibles e ec os
sine gé icos. Los con aminan es secunda ios deben se conside ados asimismo, y no sólo aquellos
que puedan eje ce una acción di ec a sob e el ma e ial, sino ambién los que ac úan como
compues os in e medios en la ans o mación de o os, esencialmen e adicales lib es cuya
dosi icación a la a mós e a simulada supond ía conside ables p oblemas y que, po lo an o, es
p e e ible gene a simulando ambién los mecanismos de as o mación en la cáma a de expo-
sición.
Es as di ec ices, que han guiado la cons ucción del sis ema de simulación ambien al p opues o,
son, en gene al, álidas pa a cualquie sis ema con el que se p e enda abo da un es udio
comple o de los mecanismos de al e ación. Sólo después de es e es udio se pod án sup imi o
ija de e minados pa áme os con el in de consegui ensayos epe i i os y al mismo iempo
iables, que pod án e ec ua se en es e mismo sis ema o bien en o o más simpli icado si el
núme o de ensayos a ealiza jus i ica su cons ucción.
E iden emen e, el sis ema desa ollado en nues o Depa amen o, es una solución pa icula a los
di e en es p oblemas que plan ea el diseño de una ins alación de es e ipo; sus log os y
aplicaciones han sido ya comen ados a aiz de una se ie de expe iencias y es udios p e ios que
han pe mi ido es ablece los mismos. Tan impo an e como el p opio sis ema, es la me odología
seguida pa a abo da el diseño de las dis in as secciones que lo in eg an y pa a e alua su
espues a. Como p incipal consecuencia de lo expues o, se puede conside a que el sis ema de
simulación p opues o es una ins alación sencilla y e sá il al mismo iempo, con un amplio
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campo
de
aplicaciones
y que, en
nues a opinión, u u as expe iencias pod án modi ica aspec os
pa icula es
del
diseño
o
supone
una
mayo so is icación,
po
ejemplo in oduciendo
el
análisis
au omá ico
de las
condiciones
de
ope ación, pe o
no
a ec a án
a la
concepción básica
del
mismo.
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El Ins i u o Edua do To oja, miemb o ac i o an o
del
Comi é Eu oin e nacional
del
Ho migón (CEB), como
de la
Fede ación In e nacional
del
P e ensado (FIP),
ha
omado
a su
ca go
la
aducción
y
edición
de
es a impo an e
no ma i a.
" í'íí'^'s^WPV/'^^^^^^^^^^^
••.•••• ^'•.'•'•'. Aunque p esen ado
con el
i ulo
de
«Código Modelo CEB/FIP 1978» es e documen o inco po a
los dos
p ime os
;í;jw^;=^X%:;?;.;^^
•'••••
•
•• •:^•^ • /'-
olúmenes
de
es e «Sis ema Uni icado In e nacional
de
Reglamen ación Técnica
de
Ingenie ía Ci il».
El
p ime
í}0'^S}^^^Í¡''-1¿ ^''
•:i''>¡'''^'''
'.
•••'.':/'•
:^-
olumen
de
es e «Sis ema Uni icado»
es el
denominado «Reglas comunes Uni icadas pa a
los
di e en es ipos
de
^^É^^9Í¿''¡:'^K}:yy^''"'
•
..•', > ••
••..•• ••.••
'•
'>••..•'
•
ob as
y
ma e iales», donde
se
exponen
los
c i e ios
y
o ma os
de
segu idad
a que han de
ajus a se
los
di e en es
eí^l^^^^''''-^^^^^^^
...x-,
•,<
•• •.,.
Códigos (es uc u as
de
ho migón, es uc u as me álicas, es uc u as mix as, es uc u as
de
albañile ia
y
es uc u as
.-><^"í.í .';..
.-j...
,.
..;:-,
jg
made a),
que han de
con igu a
la
o alidad
del
an edicho sis ema.
%X$^ii!¿^iy.^;(.:%Yiy-'''
y'' •
':":
-
••
•••- ••" • El
segundo olumen
es
p opiamen e
el
Código Modelo pa a
las
Es uc u as
de
Ho migón. F u o
de la
colabo ación
'¡^•^^ji^-::K.':H-^^'-'
'
:•'•'•
•"'• de dos
asociaciones
del
p es igio
del CEB y la FIP,
desde mediados
de los 60,
inco po a
los
a ances cien í icos
¡^^^.^y^--^-':yi:í'^--••'•"'•'•
'
•.:'.•.•'
•• y
ecnológicos p oducidos
en los
úl imos años
sin
de imen o alguno
de la
cla idad
y
ope a i idad
que
deben
l^$M^M'^'}.''••••'••/'•
p esidi
un
código
que
p e ende
se ,
an e odo,
un
auxilia p ác ico pa a
los
écnicos
de la
cons ucción.
W'^>i^!i^'^''-^-^^'~''''^
•.•••••••
.-•
'••••'•i':^--''-^:'-^''!''
' ' ' •'• El
Código sigue
en su
es uc u a
las
eglas
más o
menos clásicas:
una
p ime a pa e dedicada
a los
da os
P
'^^lKl:''^^^^^^^^^
.-..•.:,:
'
gene ales pa a
el
cálculo (p opiedades
de los
ma e iales, da os ela i os
al
p e ensado, ole ancias);
en
segundo
í. .
í|''W'-^'íí'•>
^
•.
.'•:'. •'.••" luga
se
p esen an
las
eglas
de
p oyec o es uc u al (acciones, solici aciones, es ados limi es úl imos
y de
|s
?'-;!^'^5
•:. ^^;' "' . '
U ilización, eglas
de
de alle pa a
el
a mado);
y, po
úl imo, ejecución, man enimien o
y
con ol
de
calidad.
i'.í'/í'?.
' . . • .
También incluye eglas pa a es uc u as
con
elemen os p e ab icados
y
es uc u as
de
ho migón
con
á idos lige os.
•''•'•
•', - — •'"- Los
Anejos
del
Código
se
e ie en
a:
e minología, p oyec o median e
la
expe imen ación, esis encia
al
uego,
código-modelo Ceb- ip ecnología
del
ho migón, compo amien o
en el
iempo
del
ho migón
y
a iga.
pa a las es uc u as de ho migón :
Un olumen encuade nado
en
ca ioné,
de 21 x 30 cm,
compues o
de 340
páginas, Mad id, mayo
1982.
P ecios Fspíiña 2.'j(X) p as. Ex anj í o
50
$USA
MAH^RI.XLI-S
I)Í-
CONSTRUCCIÓN
N." 192- 1983 77
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