Diferencia entre las páginas «Prácticas de Sostenibilidad en el Uso del Edificio» y «Chimeneas Industriales»

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[[Imagen:Chimind.jpg|300px|thumb|right|[http://www.flickr.com/photos/losmininos/1715263905/  Chimenea de Fundición]]][[Imagen:Chimenea ladrillo.jpg|240px|thumb|right|[http://www.panimages.org/showresults.jsp?q=pvc%20OR%20%22%D9%85%D8%A7%D8%AF%D8%A9+%D8%AA%D8%B3%D8%AA%D8%AE%D8%AF%D9%85+%D9%84%D8%B5%D9%86%D8%B9+%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%B3%D9%8A%D8%B1+%D8%A7%D9%84%D9%85%D9%8A%D8%A7%D9%87%D8%8C+%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%B7%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%8C+%D8%A7%D9%84%D8%AE%22%20OR%20%22chlorure+de+polyvinyle%22&previous=index.jsp  Chimenea de Ladrillos]]]
Se definen como '''Chimeneas Industriales''' a los conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión –o de una reacción química ("gases de cola") – para su dispersión en el aire ambiente.


{{Prácticas de Sostenibilidad | Anterior = [[Los Impactos Medioambientales de los Edificios]] | Posterior = [[Cuestionario de Autorreflexión en el Uso del Edificio]] }}
__FORCETOC__
[[Categoría:Prácticas Sostenibles en el Uso de los Edificios]]
<br/>


=Prácticas de sostenibilidad en el uso del edificio=
=Generalidades=


==La compra verde==
En la definición de una [[chimenea]] intervienen, fundamentalmente, los siguientes elementos:


La dinámica de la sociedad actual dirige nuestras tendencias propiciando la estandarización de todo aquello que nos rodea. Compramos lo que se anuncia, aquello que ha sido objeto de una mejor campaña de ventas, o lo que, a primera vista, parece más económico. Estos parámetros no siempre acompañan la mejor elección. Los criterios para adquirir lo que necesitamos con un nivel de calidad aceptable y con un precio razonable parecen, a veces, difíciles de determinar.
*1.-Sección interior, o de paso de gases


En primer lugar deberíamos reflexionar sobre la necesidad real de comprar, ya que muchas veces cambiamos lo que tenemos para modernizarnos, sin que el producto de que disponemos haya llegado a la postre de la vida útil, sin haber hecho un esmerado mantenimiento o sin pensar en repararlo. Es preciso hacer el esfuerzo de analizar las características cualitativas de lo que se compra para no obviar aspectos tan importantes como el respeto al medio ambiente, el comercio justo y el ahorro económico real, a medio y a largo plazo. Puesto que la información que se utiliza como argumento de venta no siempre es clarificadora, es bueno recurrir a productos que tengan certificados reconocidos, como son las ISO 9000 (de calidad) y 14000 y/o EMAS (de medio ambiente), las etiquetas ecológicas, las etiquetas de eficiencia energética, etc.
*2.-Altura
**2.1.-Para dispersión de gases en la atmósfera libre
**2.2.-Para la obtención de una depresión mínima determinada en su base


Estos certificados y distintivos garantizan que los productos han sido fabricados bajo criterios de calidad y respeto medioambiental y que han sido verificados por organismos independientes.  
*3.-Tipo de material estructural (o externo)
**3.1.-Resistencia a las acciones externas
***3.1.1.-Viento
***3.1.2.-Sismos
**3.2.-Cimentación


Las principales etiquetas reglamentadas que actualmente existen son:
*4.-Tipo de material de revestimiento interior
**4.1.-Resistencia a la temperatura y ataque físico-químico de los gases


{|
=Definición de los Gases a Evacuar o Dispersar=
| [[Imagen:Sostenibilidad1.PNG|75px]] || '''Distintivo de Garantía de Calidad Ambiental'''. Departamento de Medio Ambiente de la Generalitat de Catalunya
 
=Composición de los Humos=
 
Para determinar las características de una chimenea es imprescindible conocer el '''tipo de fluido''' que se espera que circule por ella.
 
Normalmente se trata de humos producto de la combustión de combustibles fósiles (carbón, derivados líquidos o gaseosos del petróleo), [[madera]], etc., en aire ambiente.
 
Sin embargo, aun en estos casos, hay que tener en cuenta la posible "contaminación" de estos humos con sustancias desprendidas de los procesos en los que intervienen, como por ejemplo,  los hornos de reverbero.
 
En el caso frecuente de combustibles líquidos (fuel-oil, gasoil, etc.) o gaseosos (hidrocarburos gaseosos o "gas natural"), estos humos se componen de:
 
*N<sub>2</sub>:procedente del aire comburente.
*CO<sub>2</sub> y H<sub>2</sub>O (vapor): procedentes de la combustión de los hidrocarburos, junto con pequeñas cantidades provenientes de la propia composición de aire comburente.
*O<sub>2</sub>: procedente del aire comburente en exceso respecto al necesario para una combustión estequiométrica.
*NO<sub>X</sub>: si la temperatura alcanzada por la llama supera los 1.300ºC en alguna zona, la combinación del nitrógeno del aire (o de los compuestos nitrogenados presentes en el combustible) con el oxígeno se realiza a velocidades apreciables, contaminando los humos con óxidos de nitrógeno en proporciones suficientes como para sobrepasar las normativas de ciertos países.
*SO<sub>X</sub>: algunos combustibles, especialmente los líquidos, contienen azufre en proporciones que pueden variar entre menos de un 1% (combustibles B.T.S.) hasta algo más de un 5% (fueles pesados) que combinado con el oxígeno del aire, da lugar a diferentes compuestos de azufre, todos ellos considerados como contaminantes por las administraciones de diferentes países
*CO: resultado de una combustión incompleta
*Radicales libres, partículas sólidas (fundamentalmente de carbono) y otros productos, procedentes de impurezas en el combustible (metales pesados), aunque todos ellos en muy pequeñas proporciones.
 
A título de ejemplo, en la tabla adjunta puede verse composiciones típicas de humos producidos por la combustión estequiométrica de un combustible líquido y un "gas natural" en aire, comparadas con la del aire ambiente (con una humedad relativa de un 50%).
 
{|border="1" align=center cellpadding
|+'''Composiciones en % en peso'''
|-
|width=130 align=center|'''Componente'''
|width=90 align=center|'''Aire'''
|width=90 align=center|'''Con Fuel oil'''
|width=90 align=center|'''Con Gas Natural'''
|-
|align=center|CO<sub>2</sub>||align=center|0,05||align=center|20,8||align=center|15,4
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad2.PNG|75px]] || '''European Union Eco-label'''. Etiqueta ecológica de la Unión Europea
|align=center|HO<sub>2</sub>||align=center|0,56||align=center|7.6||align=center|12,4
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad3.PNG|75px]] || '''Blauer Engel'''. Etiqueta alemana
|align=center|SO<sub>2</sub>||align=center|0,00||align=center|0,4||align=center|0,0
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad4.PNG|75px]] || '''AENOR Medio Ambiente'''. Asociación Española de Normalización y Certificación
|align=center|N<sub>2</sub>||align=center|75,05||align=center|70,0||align=center|70,9
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad5.PNG|75px]] || '''Environmental Choice Program'''. Etiqueta canadiense
|align=center|O<sub>2</sub>||align=center|23,07||align=center|0,0||align=center|0,0
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad6.PNG|75px]] || '''NF Environnement'''. AFNOR Certification. Asociación Francesa de Normalización y Certificación
|align=center|Ar||align=center|1,27||align=center|1,1||align=center|1,2
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad7.PNG|75px]] || '''FSC (Forest Stewardship Council)'''. Asociación formada por representantes de la industria de la madera, propietarios forestales, grupos indígenas y las ONG
|align=center|Otros||align=center|-||align=center|0,1||align=center|0,1
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad8.PNG|75px]] || '''ANAB Associazione Nazionale por l'Architettura Bioecologica'''. Etiqueta italiana.
|align=center|Calor específico|
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad9.PNG|75px]] || '''Miljömärkt Swan (Cisne Blanco)'''. Certificación común en los países escandinavos (Suecia, Noruega, Finlandia, Islandia y Dinamarca), coordinada por el Nordic Ecolabelling
|align=center|Kcal/Kg/ºC||align=center|0,23||align=center|0,25||align=center|0,26
|-
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad10.PNG|75px]] || '''PEFC''' (Certificación Forestal Paneuropea). Iniciativa del sector privado forestal
|align=center|Densidad, Kg/m3||align=center|1,288||align=center|1,311||align=center|1,254
|-
|align=center|Kg aire/Kg comb.||align=center|-||align=center|14||align=center|17
|}
|}


Estos sellos certificados no se deben confundir con los numerosos distintivos que se marcan en los productos con carácter informativo y que, habitualmente, sólo son argumentos de venta.


{|
Las propiedades de los humos se asemejan a las del aire ambiente (con un 50% de humedad relativa).
| [[Imagen:Sostenibilidad11.PNG|75px]] <br/> [[Imagen:Sostenibilidad12.PNG|75px]] || Estos logotipos indican que los materiales son reciclables, pero no que se trate de materiales reciclados.
 
|-
Normalmente, la combustión se realiza en ambientes con exceso de aire comburente respecto de la proporción estequiométrica, llegándose a duplicar o triplicar esta proporción. En estos casos con más motivo, las propiedades de los humos se acercan a las del aire. Por estas razones, y a efectos de cálculos técnicos –y en una primera aproximación– se pueden tomar como propiedades de los humos de la combustión de derivados del petróleo, las del aire.
| [[Imagen:Sostenibilidad13.PNG|75px]] || Punto verde: este logotipo nos informa que el envase está fabricado según las especificaciones legales y que, si el consumidor lo deposita en el contenedor correspondiente, pasará por un proceso de reciclaje.
 
|}
Para mayor información sobre la combustión, consultar [http://www.areadecalculo.com/vidrio/] Capítulo IV.
 
=La Sección de Paso de Humos por la Chimenea=
 
La velocidad mínima de evacuación de los humos por la coronación de la chimenea suele venir fijada por la normativa correspondiente de la Administración Pública del lugar.
 
A modo de orientación, puede decirse que las velocidades medias deberían oscilar entre un mínimo de 5 m/s y los 17 m/s. Una velocidad media de 10 m/s suele considerarse como adecuada.
 
Dados el volumen de gases (caudal másico ''Q'' Kg/s y su temperatura <math>T_h</math>C) y su velocidad (''V'' = 10 m/s), resulta sencillo determinar la sección de paso (o su diámetro) de los humos por la chimenea:
 
:::::Sección = <math>\frac {Q(273,16 + T_H)} {273,16.V.d_0}</math>
 
<math>d_0</math> = densidad de los humos en ''Condiciones Normales'' (0ºC, 1 atm.) = 1,29 Kg/Nm<sup>3</sup>
 
=Altura de la Chimenea=
 
==Para la Dispersión de los Humos en Atmósfera Libre==
 
La altura mínima de una chimenea emitiendo gases considerados por la legislación U.E. como contaminantes, viene determinada por la normativa correspondiente del lugar en el que se ubique.
 
En el caso del territorio español, esta legislación está basada fundamentalmente en los siguientes '''Decretos y Órdenes Ministeriales''':
 
*Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, del 22 de Diciembre, sobre '''Protección del Medio Ambiente Atmosférico'''.
*ANEXO IV del citado Decreto: '''Niveles de Emisión de Contaminantes a la Atmósfera para las Principales Actividades Industriales Potencialmente Contaminadoras de la Atmósfera'''.
*Orden Ministerial del 18 de Octubre de 1976 (B.O.E. nº 290 del 3 de Diciembre de 1976) sobre '''Prevención y corrección de la contaminación Industrial de la Atmósfera'''.
*ANEXO II de la citada Orden Ministerial: '''Instrucciones para el Cálculo de las Alturas de Chimeneas de Instalaciones Industriales Pequeñas y Medianas'''.
*Real Decreto 1613/1985, del 1 de Agosto, por el que se modifica parcialmente el Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, y se Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a Contaminación por Dióxido de Azufre y Partículas.'''
*ANEXO del Decreto anteriormente citado: '''Valores Límite para el Dióxido de Azufre y las Partículas en Suspensión'''.
*Real Decreto 717/1987, del 27 de Mayo, por el que se modifica parcialmente el Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, y se '''Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a la Contaminación por Dióxido de Nitrógeno y Plomo'''.
*Real Decreto 1321/1992, del 30 de Octubre, por el que se modifica parcialmente el Real Decreto 1613/1985, del 1 de Agosto, y se '''Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a la Contaminación por dióxido de azufre y Partículas '''.
 
Posteriormente, cada una de las Comunidades Autónomas españolas, a medida que se les transferían las competencias de protección medioambiental, han ido legislando en función de otros criterios, tales como el análisis de la dispersión de los humos por simulaciones numéricas de los contaminantes en función de vientos dominantes y orografía del terreno circundante, así como otras consideraciones de orden ecológico.
 
==Para la Obtención de una Depresión Mínima Determinada en su Base==
 
Además de dispersar los humos en la atmósfera, corrientemente las chimeneas tienen por objeto la creación, en su base, de una depresión o aspiración, que permite la circulación de estos humos desde su origen ([[hogar]], [[horno]], [[caldera]], etc.) hasta su salida a la atmósfera libre, a unas velocidades determinadas.
 
Esto exige la creación, dentro del circuito completo, de un '''diferencial de presiones''' que compense tanto las pérdidas de carga de los humos dentro de los aparatos en los que se generan (&Delta;P<sub>1</sub>), como en la propia chimenea (&Delta;P<sub>2</sub>) y proporcionarles la energía cinética para su salida por la coronación de la chimenea a la velocidad V  <math>(\Delta P_c = \frac {d_H.V^2}{2})</math>.
 
El valor de &Delta;P<sub>1</sub> vendrá determinado por el tipo de instalación de que se trate, y no es tema a tratar en este artículo.
 
La pérdida de carga &Delta;P<sub>2</sub> en la chimenea puede expresarse como un factor de la energía cinética de los humos y de su altura relativa ''H/D'':
 
:::::<math>\Delta P_2 = f\frac {d_H.V^2}{2}\frac {H}{D}</math>.
 
siendo <math>f</math> el factor adimensional de "Fanning", que a su vez es una función del "número de Reynolds". A esta presión hay que añadir el valor de la presión dinámica en la coronación de la chimenea:
:::::<math>\Delta P_c = \frac {d_H.V^2}{2}</math>.
 
El valor total de la depresión necesaria es:
:::::<math>\Delta P = \frac {d_H.V^2}{2}.(1 + f\frac{H}{D}) + \Delta P_1</math>.
 
A efectos prácticos, puede decirse que para chimeneas ya en uso (rugosidad media) la expresión anterior puede quedar así:
 
:::::<math>\Delta P = \frac {18}{273 + T_H}.V^2.(1+0,035.\frac{H}{D}) + \Delta P_1</math>.
 
''&Delta;P = presión, mm c.a.
 
''V = velocidad media de los humos, m/s.
 
''H = altura de la chimenea, m.
 
''D = diámetro interior, m.
 
Esta depresión puede obtenerse al pié de la chimenea por '''diferentes procedimientos''', de entre los cuales cabe destacar tres:
 
==Tiro Natural==
 
Para ello se aprovecha el efecto de ''empuje de Arquímedes'' que sufren los gases calientes rodeados por otros, más fríos.  
 
La chimenea contiene una columna de humos calientes, rodeada de aire a una temperatura ambiente, inferior. El empuje, o '''''tiro''''', se calcula por la diferencia del peso de ambas columnas, de altura igual a la de la chimenea.
 
La forma más sencilla de estimar esta diferencia consiste en considerar las dos columnas como de aire a temperaturas distintas pero uniformes: Para la columna caliente, la temperatura será la de entrada de los humos en la chimenea, menos una cantidad por pérdidas, que puede estimarse en unos 0,08 ºC/m. Para el aire ambiente, la de éste a nivel del suelo:
 
:::::<math>\Delta P = d_0.H.273.(\frac{1}{273 + T_a} - \frac{1}{273 + T_H})\frac{P}{P_0}</math> mm.c.a.
 
''d<sub>0</sub> = Densidad de los humos a 0ºC y 1 atm, Kg/Nm<sup>3</sup>
 
''H = Altura de la chimenea, m
 
''Ta = Temperatura ambiente, ºC
 
''T<sub>H</sub> = Temperatura de los humos en la base, menos 0,08•H, ºC
 
''P = Presión atmosférica en la base de la chimenea
 
''Po = Presión atmosférica a la altura del mar (~10.331 mm c.a.)''
que puede quedar así:
 
:::::<math>\Delta P = 352.H(\frac{1}{273 + T_a} - \frac{1}{273 + T_H} + 0,08.H)\frac{P}{P_0}</math> mm.c.a
 
El cálculo exacto puede realizarse mediante la aplicación del conjunto de ecuaciones que se exponen el Anexo I.
 
Las diferencias entre la fórmula aproximada anterior y el cálculo más preciso, no superan en ningún caso el 2%.
 
==Tiro Forzado==
 
En este caso los humos son aspirados por un ventilador especial, resistente a las temperaturas y agresiones de los componentes de los humos, e impulsados a la chimenea, cuya altura ahora depende exclusivamente de los condicionantes de contaminación impuestos por la legislación del lugar.
 
Este sistema presenta la ventaja de no precisar más altura de chimenea que la impuesta por la legislación acerca de la contaminación atmosférica del lugar, pero consume energía motriz (eléctrica) y está sujeto a las paradas del ventilador por mantenimiento o avería. Precisa, por lo tanto, de un doble ventilador.
 
La definición del ventilador es inmediata, conociendo las características de los humos y de la instalación: caudal de humos, su temperatura y la depresión &Delta;P.
 
==Tiro Inducido==
 
En la base o en un punto cualquiera de la chimenea, se instala una boquilla que inyecta aire ambienta, impulsado por un ventilador normal, que induce el tiro (se le suele llamar ''efecto Venturi'').
 
Tiene las mismas ventajas e inconvenientes del caso anterior, aunque suele consumir más energía que aquel, si bien la inversión en ventiladores es inferior, puesto que no se trata de ventalidores especialmente resistentes a temperatura y agresiones químicas.
 
La definición del ventilador, es algo más complicada. Será objeto, en su momento, de un artículo especialmente dedicado a ella.
 
=Tipo de Material Estructural=
 
Hasta mediados del siglo XX, la mayor parte de las chimeneas se construían de [[Ladrillo|ladrillo]], conservándose hoy en día, verdaderas obras maestras de este tipo de arquitectura industrial de ladrillo. Posteriormente, se utilizaron [[Bloque de Hormigón|bloques prefabricados de hormigón]], huecos, que se iban rellenando de [[hormigón]] y con las varillas correspondientes de [[acero]], para armar el conjunto a medida que se iba subiendo en altura.
 
Por último, las técnicas actuales utilizan los [[Encofrado|encofrados deslizantes]] para la construcción de chimeneas (y silos) de hormigón armado.
 
También se han utilizado y siguen usando, las chimeneas metálicas de chapa de acero, que resultan ser en muchas ocasiones, más económicas y fáciles de instalar.
 
En algunos casos, y en función de la calidad de los humos, se recubren interiormente con materiales refractarios resistentes al ataque químico de ciertos productos que acompañan a los humos. Ampliaremos este punto más adelante.
 
=Resistencia a las Acciones Externas=
 
==Cargas de Uso==
 
Las chimeneas deben estar provistas de un conjunto de [[Pasarela|pasarelas]] para mantenimiento y acceso a los elementos de control de contaminantes, [[Baliza|balizado de la coronación]] y mantenimiento general, con sus accesos reglamentarios.
 
Salvo indicaciones particulares, unas cargas sobre estas pasarelas se deberán considerar excéntricas y con valores puntuales de 1.000 N, que se sumarán a una carga uniforme y simétrica de 2.000 N/m<sup>2</sup> en cada pasarela.
 
'''NOTA: En la definición de las cargas propias (masa de la estructura) no debe olvidarse la masa correspondiente al revestimiento interior de la chimenea.'''
 
==Viento==
 
Una chimenea debe ser considerada, a los efectos del cálculo de la resistencia mecánica a las acciones externas, '''como una viga empotrada en una de sus extremos'''.
 
La primera acción mecánica a tener en cuenta es la del viento.
 
Para ello deberá aplicarse la NORMA [[NBE-AE-88]] para Construcciones cilíndricas de baja rugosidad, sin olvidar el ''Factor eólico de esbeltez'', importante en estos casos.
Puesto que las chimeneas deben llevar un conjunto de pasarelas para mantenimiento y acceso a los elementos de control de contaminantes, también debe ser considerada la influencia del empuje del viento sobre estos elementos, de acuerdo con la NORMA ya citada.
 
* '''Fórmula de Blenk, Fuchs y Liebers'''
 
Un viento, aun siendo uniforme, puede dar lugar a empujes periódicos que pueden establecer vibraciones que '''entren en resonancia con la frecuencia propia de la estructura'''.
 
Este fenómeno debido a los llamados ''vórtices de Kármán'', produce frecuencias de vibración que se deducen de la fórmula de ''Blenk, Fuchs y Liebers'':
 
:::::<math>\eta = 0,207\frac {V_V}{D_e}</math>, en la que:
 
::::''&eta; : es la frecuencia de la vibración producida por el viento, seg<sup>–1</sup>
 
::::''V<sub>V</sub>: la velocidad del viento, m/s
 
::::''D<sub>e</sub>: diámetro exterior de la chimenea, m
 
Para paliar este peligroso fenómeno, deberán adoptarse medidas, tales como envolver la parte superior de la chimenea con unas [[Brida|bridas]] en forma de hélice rodeando la superficie externa (que pretenden romper la formación de estos vórtices), o masas de agua, etc., que alejen la frecuencia propia de la estructura de los valores debidos al ''efecto Kármán''.
 
==Sismos==
 
De acuerdo con la NORMA [[R. D. 2543/1994 | NCSE-02]], se tomarán las precauciones adecuadas en su construcción.


En suma, el objetivo fundamental de la compra verde es el consumo responsable, o sea, la adquisición sólo de aquellos productos que sean estrictamente necesarios y que favorezcan la sostenibilidad.
=Cimentación=


==Recomendaciones para hacer una compra verde==
Atendiendo a las acciones citadas anteriormente, se definirá la cimentación de la chimenea en función de estas y muy particularmente de las [[Estudio Geotécnico|condiciones geológicas del terreno]]. Para su cálculo es aconsejable utilizar el sistema ofrecido por '''Área de Cálculo''' (ver Enlaces Externos).


===Aparatos domésticos===
Un punto importante en el diseño de la cimentación es la unión de esta con el conducto de humos y la parte cilíndrica de la chimenea. Esta unión debe realizarse mediante una zona de transición en la que se practiquen '''aberturas''' especialmente diseñadas para el entronque de la chimenea con la llegada de los humos, así como para su inspección y limpieza por la parte inferior.


[[Imagen:Sostenibilidad14.PNG|right|150px]]Los aparatos domésticos son los grandes consumidores de energía de nuestros edificios. Por este motivo, es muy importante que a la hora de comprarlos nos aseguremos de la eficiencia energética de lo que compramos, ya que, a pesar de que en un primer momento decidirse por un electrodoméstico más eficiente suponga un incremento en el coste de compra, con el ahorro energético que obtendremos recuperaremos la inversión inicial muy pronto.  
En el caso de chimeneas de [[Hormigón Armado|hormigón armado]], el entronque se realizará "según las reglas del arte".  


Para conocer la eficiencia nos hemos de fijar en la Etiqueta Energética que han de llevar según la
Se si trata de chimeneas metálicas, el entronque con la parte metálica –que deberá realizarse en hormigón armado, como la cimentación– se efectuará mediante la introducción en el hormigón del entronque de los [[Perno|pernos adecuados]], en los que atornillará la primera [[brida]] de la chimenea, reforzada con las [[Cartela|cartelas]] que los cálculos aconsejen.
normativa europea.  


Los aparatos de bajo consumo además de ser más eficientes energéticamente tienen un menor consumo de agua.
=Tipos de Material de Revestimiento Interior=


===Sistemas de calefacción y aire acondicionado===
De acuerdo con la composición y temperaturas de los humos, el interior de la chimenea deberá revestirse con materiales adecuados, y sujetos convenientemente al material estructural que lo sostendrá.


A la hora de elegir el tipo y sistema de calefacción o de aire acondicionado, es muy importante contar con el asesoramiento de un técnico que, primero, recomiende el sistema y después dimensione la instalación.  
Estos materiales suelen ser de naturaleza refractaria, '''silicoaluminosos''' o similares.  


Es fundamental la elección del combustible que se utilizará; en este sentido, es necesario conocer qué afectación produce cada combustible sobre el medio ambiente.
Comúnmente los humos, por debajo de cierta temperatura, en el ambiente oxidante y húmedo propio del exceso de comburente, toman un carácter ácido (formación de ácidos sulfurosos, nitrosos, etc.) que pueden atacar el interior de la chimenea. En el caso de humos muy ácidos, se recomiendan materiales '''borosilicatados'''. Si se trata de humos producidos por la combustión en aire de gas natural, pueden utilizarse aceros especiales, no muy caros, que se usan como material estructural y resisten bien la agresión de estos humos, con lo que se abarata considerablemente la construcción del conjunto.


La eficiencia energética del aparato escogido tendrá también una repercusión directa en el consumo.
=Anexo=


Para zonas de climas suaves, una buena solución es la bomba de calor que combina la producción de frío al verano y calor al invierno. Escogido el sistema, es preciso encargar los trabajos para su instalación a una empresa especializada, registrada y homologada, que garantizará la instalación y aportará soluciones a las dudas que puedan surgir.
==Variación de la Presión Atmosférica con la Altura==


Es muy importante no olvidarse de colocar un termostato que permita controlar las temperaturas de servicio recomendadas: 20 °C en invierno y 25 °C en verano; para dormir, 17 °C en invierno y 27 °C en verano.
La presión atmosférica disminuye con la altura sobre el nivel del mar. Suponemos que esta presión es igual a 760 mm Hg. En otras unidades, esta presión vale: <math>P_0</math>=


[[Imagen:Sostenibilidad15.PNG|500px]]
:::::1 atmósfera


===Los muebles===
:::::101.330 Pascales = 101.330  N/m<sup>2</sup>


Para realizar una compra verde en el ámbito del mobiliario es preciso tener presente dos conceptos:
:::::1,033 Kp/cm<sup>2</sup> = 1,033 bares
*Si es de madera, hay que saber como ha sido gestionada la producción de los bosques.
*Si es de madera aglomerada u otros materiales, es preciso conocer qué productos tóxicos pueden contener.


La única manera de saber si la madera viene de bosques de explotación forestal controlada y, por tanto, asegura la salud del ecosistema, es mediante la compra de madera certificada. El sello FSC (Forest Stewardship Council) pertenece a una asociación formada por representantes de la industria de la madera, propietarios forestales, grupos indígenas y las ONG, que certifica la producción sostenible de la madera.
:::::10.333 mm c.a.


Los aglomerados de madera pueden contener productos tóxicos como compuestos orgánicos volátiles (COVs), que se desprenden del material y pueden causar irritaciones en las vías respiratorias y alergias.
El valor de la presión nominal a una altura h valdrá:


Otros materiales, como los organoclorados (PVC, CFCs…), pueden representar riesgos para la salud y el medio ambiente al utilizarlos, pero no podemos dejar de lado la toxicidad en el momento de la fabricación y como residuo.
:::::<math>P(h) = P_0.e^{\frac{-M_a.g.h}{R.T}}</math>


Cuando elegimos los muebles, es preciso escoger los fabricantes que tengan certificaciones medioambientales (ISO y EMAS). También es preciso pedir qué tipo de protección llevan y elegir pinturas naturales, bases acuosas y aceites y
''Ma: peso molecular equivalente del aire, función de su humedad relativa (≈ 28,9 g/mol)
ceras para proteger la madera.


===La compra diaria===
''g: 980,65 cm/s<sup>2</sup>


Puesto que son muchos y muy variados los productos que diariamente llegan a los edificios y a las viviendas es muy importante que la compra verde sea practicada de forma constante.
''h: altura, cm


Los conceptos generales que tenemos que tener en cuenta son:
''R: constante de los gases perfectos = 0,082054 atm•l/ºK/mol
*Elegir los productos que estén certificados con ecoetiquetas (¡ojo con los logotipos!).
= 8,31434•10<sup>7</sup>erg/ºK/mol
*Comprar productos locales, medida con la que se evitan los consumos que el transporte comporta.
*Elegir productos sin envases superfluos, a granel, o recargables, porque así se reduce el volumen de residuos y priorizar los envases de vidrio o el papel en vez del plástico o el metal.


Evitar productos agresivos para el medio ambiente, como cloros (lejías), fosfatos, salfumanes, limpiahornos, que impiden los procesos biológicos de depuración del agua, además de ser peligrosos para la salud, ya que son nocivos, irritantes y muchas veces altamente inflamables.
''T: temperatura absoluta del aire = ºC + 273,16


Debemos rechazar el consumo excesivo de bolsas de plástico e ir de compras con un cesto o un carro. Es preciso que hagamos de nuestra compra diaria un ejemplo de consumo responsable.
==Peso de la Columna de Aire Rodeando a la Chimenea==


==El uso del edificio==
''Cota geográfica del pié de la chimenea : h<sub>0</sub>


===Uso responsable: optimizar los recursos===
''Cota geográfica del la coronación: h<sub>H</sub>


Prácticamente el 80% del gasto de agua y energía que se consume durante todo el ciclo de vida de un edificio, desde el momento de la construcción hasta el derribo, tiene lugar como consecuencia del uso de que es objeto. El suministro de agua, gas y electricidad nos es indispensable para desarrollar nuestra actividad diaria. Ahora bien, las necesidades de estos recursos se incrementan cada vez más debido a la incorporación de innumerables aparatos que nos hacen la vida más cómoda y confortable, pero que disparan los consumos. Es tan fácil apretar botones o abrir grifos para tener lo que nos es preciso que nos olvidamos de la verdadera importancia de disponer en casa de estos suministros y, desgraciadamente, ¡los malgastamos!.
''Altura de la chimenea: H = h<sub>H</sub> – h<sub>0</sub>


Por otra parte, el hecho de mantener nuestro edificio en forma, efectuando un mantenimiento periódico de las instalaciones y revisando los elementos constructivos con tal de prevenir desperfectos, completará el uso sostenible y lo hará más eficiente.
''Temperatura absoluta del aire: T


Debemos ser conscientes de que es más eficaz hacer un uso responsable en un edificio convencional, que un mal uso en un edificio construido con muchas medidas de ahorro energético y agua.
:::::<math>\Delta P_a = P_0.(e^{\frac{-M_a.g.h_0}{R.T}} - e^{\frac{-M_a.g.h_H}{R.T}})</math>


===El agua===
==Peso de la Columna de Humos en la Chimenea==  
Siendo:


El bien más preciado de que disponemos es, desgraciadamente, malgastado. Necesitamos el agua para cocinar, para lavarnos, para beberla... Hacer un uso consciente es la mejor y única herramienta para reducir el despilfarro. Si cada vez que vemos como mana el agua nos paramos a pensar la cantidad que se va por las cloacas sin haber sido aprovechada, con toda seguridad que cerraremos el grifo.
''Ta: temperatura absoluta de los humos en el pie de la chimenea


Igualmente, muchos de los electrodomésticos requieren agua para funcionar de manera que un uso correcto de estos aparatos (programas de lavar ahorradores, cargas completas, etc.) también nos ayudará a aprovechar al máximo el agua.
''Tb: temperatura absoluta de los humos en la coronación


Algunas medidas muy eficaces son la colocación de reductores de caudal y aireadores en los grifos y cisternas de los váteres, la reutilización de las aguas grises para llenar las cisternas del váter y el uso de aguas pluviales para regar
''Mh: peso molecular equivalente del humo, función de su composición. Consultar [http://www.areadecalculo.com/vidrio/] Capítulo IV.
con sistemas de goteo.  


===Consumo energético===
:::::<math>\Delta P_H = P_0.(1 - (\frac{T_b}{T_a})^{\frac{M_h.g.H_h}{R(T_a - T_b)}})</math>


La energía nos es indispensable para el uso del edificio, para el funcionamiento de aparatos eléctricos, para el alumbrado, para la calefacción y el aire acondicionado...


Casi toda esta energía proviene de fuentes no renovables, por lo que es fundamental hacer también un uso controlado. Evitar las luces y aparatos encendidos innecesariamente, controlar las temperaturas de servicio del agua, la calefacción y el aire acondicionado con programadores y termostatos, cambiar las bombillas de incandescencia por las de bajo consumo instalando, además, sistemas de regulación y control de luz y aislar las cañerías de agua caliente son algunas de las medidas que tenemos al alcance para reducir el consumo energético y conseguir un ahorro  económico. Otras prácticas habituales como la ventilación diaria nos proporcionarán aire saludable y un
* '''Temperatura de los Humos en la Coronación'''
mejor confort.
<math>Tc = (T - Ta).e^{\frac{-\pi.U.Dc.H}{q.Cp}} + Ta</math>


Temperaturas recomendadas
en la que:


[[Imagen:Sostenibilidad16.PNG|500px]]
''Tc: temperatura de los humos en la coronación de la chimenea, ºC


===Uso de los aparatos domésticos===
''T : temperatura de los humos en la base de la chimenea, ºC


En lo que concierne a los numerosos aparatos que hemos incorporado a nuestra cotidianidad, podemos hacer mucho para que funcionen más eficientemente. Hay un aspecto fundamental que tenemos que considerar: el uso que hacemos, ya que si los utilizamos de manera correcta, podemos ahorrar energía, agua y dinero. Utilizar a pleno rendimiento la lavadora, la secadora y el lavavajillas, acumular ropa para planchar, aprovechar el horno para cocinar más de un plato a la vez y evitar las puertas abiertas de neveras y hornos son hábitos diarios para optimizar los  recursos.
''Ta: temperatura del aire ambiente, ºC


===El mantenimiento===
''Dc: diámetro exterior máximo de la chimenea, m


Todos los días tenemos más cuidado de nuestro cuerpo y pensamos a menudo en hacer una dieta sana o practicar el ejercicio. En cambio, con el tiempo hemos ido perdiendo la costumbre de mantener y reparar todo aquello que nos rodea. Frigoríficos, televisores, lavadoras, etc., son sustituidos habitualmente por otros de más modernos antes de que sea necesario o, a veces, por razón de no haber llevado a cabo un mantenimiento cuidadoso. En lo que concierne al edificio, canjearlo no es tan fácil, y por ello es muy importante recuperar el concepto del mantenimiento. La revisión de los diferentes elementos constructivos, de las instalaciones y de los aparatos domésticos para que estén en buen estado nos permitirá no sólo obtener las prestaciones que les pidamos, sino también alargar su vida útil. Finalmente, en el momento de hacer reformas, es muy importante reforzar el aislamiento de aquellos puntos que lo necesiten y no olvidar de eliminar los puentes térmicos a fin de evitar humedades por condensación.
''H : altura de la chimenea, m


==Los residuos y el reciclaje==
''q : caudal de los gases, Kg/h


La tercera parte de este capítulo está dedicada a todo aquello que tiramos. Los datos objetivos son terribles en este sentido, ya que, a modo de ejemplo, la producción de desperdicios domésticos en Catalunya es de un promedio de 1,5 kg por persona y día. Eso supone más de ½ tonelada al año por cada uno de nosotros (si somos cuatro en la familia, dos toneladas de residuos al año). Si se acumulasen todos los residuos que se producen en un solo día en Catalunya, podríamos llenar una isla del Ensanche (Barcelona), de 5 plantas de altura. Con un año, podríamos hacer crecer la ciudad de Barcelona con 36 islas de una altura igual al del Hotel Arts.
''Cp: calor específico de los humos, Kcal/Kg/ºC


La primera medida que podemos aplicar para parar el crecimiento desmesurado de todos estos residuos seria reducir la producción que hacemos, evitando comprar alimentos sobreenvasados; rechazando las bandejas de corcho; eligiendo envases rellenables; cuando necesitemos productos que inevitablemente van envasados, escogiendo los de dimensiones más grandes; comprando a granel; adquiriendo productos locales sin envase; yendo a comprar con la cesta...Se trata de utilizar todo tipo de estrategias para reducir el volumen desmesurado de envases, que llega al 70% de los residuos domésticos.
'''U''' : coeficiente global de transmisión calorífica humos / aire ambiente,  
Kcal/h/m<sup>2</sup>/ºC
*El valor de '''U''' a su vez se determina a partir del conocimiento de:
**''h<sub>h</sub>: coeficiente de transmisión calorífica humos / pared interior de chimenea
**''h<sub>a</sub>: coeficiente de transmisión calorífica aire ambiente / pared exterior de la chimenea
**<math>\frac{\lambda}{e}</math>: (conductividad térmica / espesor), de la pared de la chimenea
***<math>U = \frac{1}{1/h_h + 1/h_a + e/\lambda}</math>


En segundo lugar, y fundamental, es preciso reciclar. La mejor manera de lograrlo es no comprar productos tóxicos o que estén fabricados con materiales peligrosos y participar activamente en la recogida selectiva de basura que hacen los municipios. Separar los diferentes residuos hace posible, por una parte, que no contaminemos las aguas y, de la otra, que los podamos incorporar a los procesos de reciclado y transformación para volver a darles servicio.
Para el cálculo de los coeficientes de transmisión calorífica entre pared y fluidos, se proponen las fórmulas aproximadas siguientes:


La última medida y no menos importante, es reutilizar todo aquello que aún tenga un uso posible, lo podemos volver a usar nosotros mismos o cederlo al uso de otras personas: ropa, juguetes, muebles, o aparatos domésticos que se
'''h<sub>h</sub>''' (Kcal/h/m<sup>2</sup>/ºC) = '''10,9.Cp''' (Kcal/Kg•ºC)· ['''V''' (m/s)•'''d'''(Kg/m<sup>'''3'''</sup>)]<sup>'''0,8'''</sup>/['''Di'''(m)]<sup>'''0,2'''</sup>
puedan reparar... Antes de tirar nada, debemos pensar si aún se puede utilizar.


Los residuos se agrupan en las familias siguientes:
'''h<sub>a</sub>''' (Kcal/h/m<sup>2</sup>/ºC) = '''3,53'''·['''V<sub>aire</sub>''' (m/s)]<sup>'''0,6'''</sup>)]/['''De'''(m)]<sup>'''0,4'''</sup>)]
*Orgánicos: Son los restos de comida, plantas, los tapones de corcho, las servilletas de papel usadas, serrín de madera natural (sin tratar con pinturas, aceites o varnices). No lo son los restos del tabaco, compresas y pañales, lápiz y bolígrafos, suciedad de barrer. ¿Qué hacemos? Podemos hacer compostaje, o llevarlos a los contenedores de recogida selectiva orgánica (naranjas) con bolsas biodegradables homologadas.
*Plásticos, brics, latas: Son todos los envases ligeros y las bolsas fabricadas con estos materiales. No se pueden mezclar con los envases que hayan contenido productos tóxicos, como por ejemplo pinturas, o productos químicos con el fin de no contaminarlos; tampoco no se pueden mezclar con los restos informáticos que contengan tinta, ni con los aparatos domésticos. ¿Qué hacemos? Llevarlos a los contenedores de recogida selectiva de plásticos, brics y latas (amarillos).
*Vidrio: Todos los envases de vidrio. No debemos incluir los tapones, ni los espejos, las lunetas armadas, las bombillas o fluorescentes, los botes de medicinas o la cerámica. ¿Qué hacemos? Llevarlos a los contenedores de recogida selectiva de vidrio (verdes).
*Papel y cartón: Todo menos las servilletas de papel usadas. ¿Qué hacemos? Llevarlos a los contenedores de recogida selectiva de papel y cartón (azules).
*Peligrosos o especiales: Las pilas, los cartuchos de tinta, los restos de aceites, los fluorescentes, las pinturas y los disolventes, los aerosoles, los medicamentos.


¿Qué hacemos? Llevarlos a los establecimientos donde los hemos comprado, o al punto verde que tengamos más cerca.
=Bibliografía=


'''Distintivos de toxicidad'''
* '''Marks Mechanical Engineers Handbook''', by Baumeister & Marks.
* '''Elements of Chemical Engineering'''  by W. L. Badger & W. L. McCabe,  (McGraw-Gill N.Y).
* '''Chemical Engineers Handbook''' by John H. Perry.


{|
=Enlaces Externos=
| [[Imagen:Sostenibilidad17.PNG|75px]] || Tóxico
*[http://www.areadecalculo.com Area de Cálculo]
|-
*[http://www4.inti.gov.ar/GD/4jornadas2002/pdf/cemcor-202.pdf  Verificación de Diseño de Chimenea Industrial]
| [[Imagen:Sostenibilidad18.PNG|75px]] || Peligroso para el medio ambiente
*[http://www.construmatica.com/buscador/?q=chimenea+more%3Acatalogo&b=7  Productos para Chimeneas] en [http://www.construmatica.com/catalogo/ Catálogo multi-fabricante de Productos y Materiales de la Construcción]
|-
*[http://www.construmatica.com/buscador/?q=chimenea+more%3Abedec&b=6  Precios de Chimeneas en Bedec/ITeC]
| [[Imagen:Sostenibilidad19.PNG|75px]] || Nocivo e irritante
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad20.PNG|75px]] || Inflamable
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad21.PNG|75px]] || Explosivo
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad22.PNG|75px]] || Corrosivo
|-
| [[Imagen:Sostenibilidad23.PNG|75px]] || Comburente
|}


*Diversos: Los muebles, la ropa, los zapatos, los juguetes, los aparatos domésticos. ¿Qué hacemos? Dirigirnos a ONG reconocidas que los entregarán a gente que los necesite.
=Normativa=
* [[R. D. 997/2002 | Real Decreto 997/2002, de 27 septiembre, por el que se aprueba la Norma de Construcción Sismorresistente: Parte General y Edificación (NCSR-02) ]]


La conclusión de todo cuanto hemos expuesto es clara: debemos ser responsables con los desperdicios, porque es preciso dejar de ensuciar el planeta.
*[[DB-HE: Documento Básico de Ahorro de Energía | Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación.]]

Revisión actual del 21:03 27 abr 2009

Se definen como Chimeneas Industriales a los conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión –o de una reacción química ("gases de cola") – para su dispersión en el aire ambiente.


Generalidades

En la definición de una chimenea intervienen, fundamentalmente, los siguientes elementos:

  • 1.-Sección interior, o de paso de gases
  • 2.-Altura
    • 2.1.-Para dispersión de gases en la atmósfera libre
    • 2.2.-Para la obtención de una depresión mínima determinada en su base
  • 3.-Tipo de material estructural (o externo)
    • 3.1.-Resistencia a las acciones externas
      • 3.1.1.-Viento
      • 3.1.2.-Sismos
    • 3.2.-Cimentación
  • 4.-Tipo de material de revestimiento interior
    • 4.1.-Resistencia a la temperatura y ataque físico-químico de los gases

Definición de los Gases a Evacuar o Dispersar

Composición de los Humos

Para determinar las características de una chimenea es imprescindible conocer el tipo de fluido que se espera que circule por ella.

Normalmente se trata de humos producto de la combustión de combustibles fósiles (carbón, derivados líquidos o gaseosos del petróleo), madera, etc., en aire ambiente.

Sin embargo, aun en estos casos, hay que tener en cuenta la posible "contaminación" de estos humos con sustancias desprendidas de los procesos en los que intervienen, como por ejemplo, los hornos de reverbero.

En el caso frecuente de combustibles líquidos (fuel-oil, gasoil, etc.) o gaseosos (hidrocarburos gaseosos o "gas natural"), estos humos se componen de:

  • N2:procedente del aire comburente.
  • CO2 y H2O (vapor): procedentes de la combustión de los hidrocarburos, junto con pequeñas cantidades provenientes de la propia composición de aire comburente.
  • O2: procedente del aire comburente en exceso respecto al necesario para una combustión estequiométrica.
  • NOX: si la temperatura alcanzada por la llama supera los 1.300ºC en alguna zona, la combinación del nitrógeno del aire (o de los compuestos nitrogenados presentes en el combustible) con el oxígeno se realiza a velocidades apreciables, contaminando los humos con óxidos de nitrógeno en proporciones suficientes como para sobrepasar las normativas de ciertos países.
  • SOX: algunos combustibles, especialmente los líquidos, contienen azufre en proporciones que pueden variar entre menos de un 1% (combustibles B.T.S.) hasta algo más de un 5% (fueles pesados) que combinado con el oxígeno del aire, da lugar a diferentes compuestos de azufre, todos ellos considerados como contaminantes por las administraciones de diferentes países
  • CO: resultado de una combustión incompleta
  • Radicales libres, partículas sólidas (fundamentalmente de carbono) y otros productos, procedentes de impurezas en el combustible (metales pesados), aunque todos ellos en muy pequeñas proporciones.

A título de ejemplo, en la tabla adjunta puede verse composiciones típicas de humos producidos por la combustión estequiométrica de un combustible líquido y un "gas natural" en aire, comparadas con la del aire ambiente (con una humedad relativa de un 50%).

Composiciones en % en peso
Componente Aire Con Fuel oil Con Gas Natural
CO2 0,05 20,8 15,4
HO2 0,56 7.6 12,4
SO2 0,00 0,4 0,0
N2 75,05 70,0 70,9
O2 23,07 0,0 0,0
Ar 1,27 1,1 1,2
Otros - 0,1 0,1
Calor específico|
Kcal/Kg/ºC 0,23 0,25 0,26
Densidad, Kg/m3 1,288 1,311 1,254
Kg aire/Kg comb. - 14 17


Las propiedades de los humos se asemejan a las del aire ambiente (con un 50% de humedad relativa).

Normalmente, la combustión se realiza en ambientes con exceso de aire comburente respecto de la proporción estequiométrica, llegándose a duplicar o triplicar esta proporción. En estos casos con más motivo, las propiedades de los humos se acercan a las del aire. Por estas razones, y a efectos de cálculos técnicos –y en una primera aproximación– se pueden tomar como propiedades de los humos de la combustión de derivados del petróleo, las del aire.

Para mayor información sobre la combustión, consultar [1] Capítulo IV.

La Sección de Paso de Humos por la Chimenea

La velocidad mínima de evacuación de los humos por la coronación de la chimenea suele venir fijada por la normativa correspondiente de la Administración Pública del lugar.

A modo de orientación, puede decirse que las velocidades medias deberían oscilar entre un mínimo de 5 m/s y los 17 m/s. Una velocidad media de 10 m/s suele considerarse como adecuada.

Dados el volumen de gases (caudal másico Q Kg/s y su temperatura C) y su velocidad (V = 10 m/s), resulta sencillo determinar la sección de paso (o su diámetro) de los humos por la chimenea:

Sección =

= densidad de los humos en Condiciones Normales (0ºC, 1 atm.) = 1,29 Kg/Nm3

Altura de la Chimenea

Para la Dispersión de los Humos en Atmósfera Libre

La altura mínima de una chimenea emitiendo gases considerados por la legislación U.E. como contaminantes, viene determinada por la normativa correspondiente del lugar en el que se ubique.

En el caso del territorio español, esta legislación está basada fundamentalmente en los siguientes Decretos y Órdenes Ministeriales:

  • Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, del 22 de Diciembre, sobre Protección del Medio Ambiente Atmosférico.
  • ANEXO IV del citado Decreto: Niveles de Emisión de Contaminantes a la Atmósfera para las Principales Actividades Industriales Potencialmente Contaminadoras de la Atmósfera.
  • Orden Ministerial del 18 de Octubre de 1976 (B.O.E. nº 290 del 3 de Diciembre de 1976) sobre Prevención y corrección de la contaminación Industrial de la Atmósfera.
  • ANEXO II de la citada Orden Ministerial: Instrucciones para el Cálculo de las Alturas de Chimeneas de Instalaciones Industriales Pequeñas y Medianas.
  • Real Decreto 1613/1985, del 1 de Agosto, por el que se modifica parcialmente el Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, y se Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a Contaminación por Dióxido de Azufre y Partículas.
  • ANEXO del Decreto anteriormente citado: Valores Límite para el Dióxido de Azufre y las Partículas en Suspensión.
  • Real Decreto 717/1987, del 27 de Mayo, por el que se modifica parcialmente el Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, y se Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a la Contaminación por Dióxido de Nitrógeno y Plomo.
  • Real Decreto 1321/1992, del 30 de Octubre, por el que se modifica parcialmente el Real Decreto 1613/1985, del 1 de Agosto, y se Establecen Nuevas Normas de Calidad del Aire en lo Referente a la Contaminación por dióxido de azufre y Partículas .

Posteriormente, cada una de las Comunidades Autónomas españolas, a medida que se les transferían las competencias de protección medioambiental, han ido legislando en función de otros criterios, tales como el análisis de la dispersión de los humos por simulaciones numéricas de los contaminantes en función de vientos dominantes y orografía del terreno circundante, así como otras consideraciones de orden ecológico.

Para la Obtención de una Depresión Mínima Determinada en su Base

Además de dispersar los humos en la atmósfera, corrientemente las chimeneas tienen por objeto la creación, en su base, de una depresión o aspiración, que permite la circulación de estos humos desde su origen (hogar, horno, caldera, etc.) hasta su salida a la atmósfera libre, a unas velocidades determinadas.

Esto exige la creación, dentro del circuito completo, de un diferencial de presiones que compense tanto las pérdidas de carga de los humos dentro de los aparatos en los que se generan (ΔP1), como en la propia chimenea (ΔP2) y proporcionarles la energía cinética para su salida por la coronación de la chimenea a la velocidad V .

El valor de ΔP1 vendrá determinado por el tipo de instalación de que se trate, y no es tema a tratar en este artículo.

La pérdida de carga ΔP2 en la chimenea puede expresarse como un factor de la energía cinética de los humos y de su altura relativa H/D:

.

siendo el factor adimensional de "Fanning", que a su vez es una función del "número de Reynolds". A esta presión hay que añadir el valor de la presión dinámica en la coronación de la chimenea:

.

El valor total de la depresión necesaria es:

.

A efectos prácticos, puede decirse que para chimeneas ya en uso (rugosidad media) la expresión anterior puede quedar así:

.

ΔP = presión, mm c.a.

V = velocidad media de los humos, m/s.

H = altura de la chimenea, m.

D = diámetro interior, m.

Esta depresión puede obtenerse al pié de la chimenea por diferentes procedimientos, de entre los cuales cabe destacar tres:

Tiro Natural

Para ello se aprovecha el efecto de empuje de Arquímedes que sufren los gases calientes rodeados por otros, más fríos.

La chimenea contiene una columna de humos calientes, rodeada de aire a una temperatura ambiente, inferior. El empuje, o tiro, se calcula por la diferencia del peso de ambas columnas, de altura igual a la de la chimenea.

La forma más sencilla de estimar esta diferencia consiste en considerar las dos columnas como de aire a temperaturas distintas pero uniformes: Para la columna caliente, la temperatura será la de entrada de los humos en la chimenea, menos una cantidad por pérdidas, que puede estimarse en unos 0,08 ºC/m. Para el aire ambiente, la de éste a nivel del suelo:

mm.c.a.

d0 = Densidad de los humos a 0ºC y 1 atm, Kg/Nm3

H = Altura de la chimenea, m

Ta = Temperatura ambiente, ºC

TH = Temperatura de los humos en la base, menos 0,08•H, ºC

P = Presión atmosférica en la base de la chimenea

Po = Presión atmosférica a la altura del mar (~10.331 mm c.a.) que puede quedar así:

mm.c.a

El cálculo exacto puede realizarse mediante la aplicación del conjunto de ecuaciones que se exponen el Anexo I.

Las diferencias entre la fórmula aproximada anterior y el cálculo más preciso, no superan en ningún caso el 2%.

Tiro Forzado

En este caso los humos son aspirados por un ventilador especial, resistente a las temperaturas y agresiones de los componentes de los humos, e impulsados a la chimenea, cuya altura ahora depende exclusivamente de los condicionantes de contaminación impuestos por la legislación del lugar.

Este sistema presenta la ventaja de no precisar más altura de chimenea que la impuesta por la legislación acerca de la contaminación atmosférica del lugar, pero consume energía motriz (eléctrica) y está sujeto a las paradas del ventilador por mantenimiento o avería. Precisa, por lo tanto, de un doble ventilador.

La definición del ventilador es inmediata, conociendo las características de los humos y de la instalación: caudal de humos, su temperatura y la depresión ΔP.

Tiro Inducido

En la base o en un punto cualquiera de la chimenea, se instala una boquilla que inyecta aire ambienta, impulsado por un ventilador normal, que induce el tiro (se le suele llamar efecto Venturi).

Tiene las mismas ventajas e inconvenientes del caso anterior, aunque suele consumir más energía que aquel, si bien la inversión en ventiladores es inferior, puesto que no se trata de ventalidores especialmente resistentes a temperatura y agresiones químicas.

La definición del ventilador, es algo más complicada. Será objeto, en su momento, de un artículo especialmente dedicado a ella.

Tipo de Material Estructural

Hasta mediados del siglo XX, la mayor parte de las chimeneas se construían de ladrillo, conservándose hoy en día, verdaderas obras maestras de este tipo de arquitectura industrial de ladrillo. Posteriormente, se utilizaron bloques prefabricados de hormigón, huecos, que se iban rellenando de hormigón y con las varillas correspondientes de acero, para armar el conjunto a medida que se iba subiendo en altura.

Por último, las técnicas actuales utilizan los encofrados deslizantes para la construcción de chimeneas (y silos) de hormigón armado.

También se han utilizado y siguen usando, las chimeneas metálicas de chapa de acero, que resultan ser en muchas ocasiones, más económicas y fáciles de instalar.

En algunos casos, y en función de la calidad de los humos, se recubren interiormente con materiales refractarios resistentes al ataque químico de ciertos productos que acompañan a los humos. Ampliaremos este punto más adelante.

Resistencia a las Acciones Externas

Cargas de Uso

Las chimeneas deben estar provistas de un conjunto de pasarelas para mantenimiento y acceso a los elementos de control de contaminantes, balizado de la coronación y mantenimiento general, con sus accesos reglamentarios.

Salvo indicaciones particulares, unas cargas sobre estas pasarelas se deberán considerar excéntricas y con valores puntuales de 1.000 N, que se sumarán a una carga uniforme y simétrica de 2.000 N/m2 en cada pasarela.

NOTA: En la definición de las cargas propias (masa de la estructura) no debe olvidarse la masa correspondiente al revestimiento interior de la chimenea.

Viento

Una chimenea debe ser considerada, a los efectos del cálculo de la resistencia mecánica a las acciones externas, como una viga empotrada en una de sus extremos.

La primera acción mecánica a tener en cuenta es la del viento.

Para ello deberá aplicarse la NORMA NBE-AE-88 para Construcciones cilíndricas de baja rugosidad, sin olvidar el Factor eólico de esbeltez, importante en estos casos.

Puesto que las chimeneas deben llevar un conjunto de pasarelas para mantenimiento y acceso a los elementos de control de contaminantes, también debe ser considerada la influencia del empuje del viento sobre estos elementos, de acuerdo con la NORMA ya citada.

  • Fórmula de Blenk, Fuchs y Liebers

Un viento, aun siendo uniforme, puede dar lugar a empujes periódicos que pueden establecer vibraciones que entren en resonancia con la frecuencia propia de la estructura.

Este fenómeno debido a los llamados vórtices de Kármán, produce frecuencias de vibración que se deducen de la fórmula de Blenk, Fuchs y Liebers:

, en la que:
η : es la frecuencia de la vibración producida por el viento, seg–1
VV: la velocidad del viento, m/s
De: diámetro exterior de la chimenea, m

Para paliar este peligroso fenómeno, deberán adoptarse medidas, tales como envolver la parte superior de la chimenea con unas bridas en forma de hélice rodeando la superficie externa (que pretenden romper la formación de estos vórtices), o masas de agua, etc., que alejen la frecuencia propia de la estructura de los valores debidos al efecto Kármán.

Sismos

De acuerdo con la NORMA NCSE-02, se tomarán las precauciones adecuadas en su construcción.

Cimentación

Atendiendo a las acciones citadas anteriormente, se definirá la cimentación de la chimenea en función de estas y muy particularmente de las condiciones geológicas del terreno. Para su cálculo es aconsejable utilizar el sistema ofrecido por Área de Cálculo (ver Enlaces Externos).

Un punto importante en el diseño de la cimentación es la unión de esta con el conducto de humos y la parte cilíndrica de la chimenea. Esta unión debe realizarse mediante una zona de transición en la que se practiquen aberturas especialmente diseñadas para el entronque de la chimenea con la llegada de los humos, así como para su inspección y limpieza por la parte inferior.

En el caso de chimeneas de hormigón armado, el entronque se realizará "según las reglas del arte".

Se si trata de chimeneas metálicas, el entronque con la parte metálica –que deberá realizarse en hormigón armado, como la cimentación– se efectuará mediante la introducción en el hormigón del entronque de los pernos adecuados, en los que atornillará la primera brida de la chimenea, reforzada con las cartelas que los cálculos aconsejen.

Tipos de Material de Revestimiento Interior

De acuerdo con la composición y temperaturas de los humos, el interior de la chimenea deberá revestirse con materiales adecuados, y sujetos convenientemente al material estructural que lo sostendrá.

Estos materiales suelen ser de naturaleza refractaria, silicoaluminosos o similares.

Comúnmente los humos, por debajo de cierta temperatura, en el ambiente oxidante y húmedo propio del exceso de comburente, toman un carácter ácido (formación de ácidos sulfurosos, nitrosos, etc.) que pueden atacar el interior de la chimenea. En el caso de humos muy ácidos, se recomiendan materiales borosilicatados. Si se trata de humos producidos por la combustión en aire de gas natural, pueden utilizarse aceros especiales, no muy caros, que se usan como material estructural y resisten bien la agresión de estos humos, con lo que se abarata considerablemente la construcción del conjunto.

Anexo

Variación de la Presión Atmosférica con la Altura

La presión atmosférica disminuye con la altura sobre el nivel del mar. Suponemos que esta presión es igual a 760 mm Hg. En otras unidades, esta presión vale: =

1 atmósfera
101.330 Pascales = 101.330 N/m2
1,033 Kp/cm2 = 1,033 bares
10.333 mm c.a.

El valor de la presión nominal a una altura h valdrá:

Ma: peso molecular equivalente del aire, función de su humedad relativa (≈ 28,9 g/mol)

g: 980,65 cm/s2

h: altura, cm

R: constante de los gases perfectos = 0,082054 atm•l/ºK/mol = 8,31434•107erg/ºK/mol

T: temperatura absoluta del aire = ºC + 273,16

Peso de la Columna de Aire Rodeando a la Chimenea

Cota geográfica del pié de la chimenea : h0

Cota geográfica del la coronación: hH

Altura de la chimenea: H = hH – h0

Temperatura absoluta del aire: T

Peso de la Columna de Humos en la Chimenea

Siendo:

Ta: temperatura absoluta de los humos en el pie de la chimenea

Tb: temperatura absoluta de los humos en la coronación

Mh: peso molecular equivalente del humo, función de su composición. Consultar [2] Capítulo IV.


  • Temperatura de los Humos en la Coronación

en la que:

Tc: temperatura de los humos en la coronación de la chimenea, ºC

T : temperatura de los humos en la base de la chimenea, ºC

Ta: temperatura del aire ambiente, ºC

Dc: diámetro exterior máximo de la chimenea, m

H : altura de la chimenea, m

q : caudal de los gases, Kg/h

Cp: calor específico de los humos, Kcal/Kg/ºC

U : coeficiente global de transmisión calorífica humos / aire ambiente, Kcal/h/m2/ºC

  • El valor de U a su vez se determina a partir del conocimiento de:
    • hh: coeficiente de transmisión calorífica humos / pared interior de chimenea
    • ha: coeficiente de transmisión calorífica aire ambiente / pared exterior de la chimenea
    • : (conductividad térmica / espesor), de la pared de la chimenea

Para el cálculo de los coeficientes de transmisión calorífica entre pared y fluidos, se proponen las fórmulas aproximadas siguientes:

hh (Kcal/h/m2/ºC) = 10,9.Cp (Kcal/Kg•ºC)· [V (m/s)•d(Kg/m3)]0,8/[Di(m)]0,2

ha (Kcal/h/m2/ºC) = 3,53·[Vaire (m/s)]0,6)]/[De(m)]0,4)]

Bibliografía

  • Marks Mechanical Engineers Handbook, by Baumeister & Marks.
  • Elements of Chemical Engineering by W. L. Badger & W. L. McCabe, (McGraw-Gill N.Y).
  • Chemical Engineers Handbook by John H. Perry.

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