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1. DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN MEDIANTE
EXTRACCIÓN DE PARTÍCULAS DEL AIRE EN EL ÁREA DE
TRITURACIÓN DE PIEDRA CALIZA
Anderson Guerrero Romero, Jhonatan De La Cruz Ochoa
Asignatura: Diseño de Instalaciones Industriales de Higiene y Seguridad
Facultad de Ingeniería Ambiental
Universidad Nacional de Ingeniería
Resumen
El presente proyecto trata sobre la implementación de un sistema de ventilación y extracción de polvo
de caliza, producido por la chancadora al estar en funcionamiento, este polvo generado se encuentra
disperso en el aire, en el área de molino de una planta Chancadora de Cal, esta implementación tiene
por objetivo reducir o eliminar los incidentes de riesgos en la salud de los operarios. Primeramente, se
verifica el cumplimiento de la normativa DS 015-2005, mediante un monitoreo de polvo u partículas
respirables según la NIOSH 0600, el tamaño de las partículas; en función de estos parámetros se
selecciona el sistema colector de polvo más adecuado y se calcula la potencia del ventilador que
permita succionar el polvo sin capturar el producto granulado. En base de los resultados del diseño
fluido dinámico, se espera que las partículas capturadas puedan ser transportadas dentro del sistema
de tuberías a una velocidad constante y la concentración de polvo en el ambiente se reduzca a niveles
permisibles.
Abstract
This project deals with the implementation of a ventilation and extraction system for limestone dust,
produced by the crusher when it is in operation, this generated dust is dispersed in the air, in the mill
area of a Lime Crushing plant, This implementation aims to reduce or eliminate incidents of risks to the
health of operators. Firstly, compliance with the DS 015-2005 regulation is verified, by monitoring dust
or respirable particles according to NIOSH 0600, the size of the particles; Based on these parameters,
the most appropriate dust collection system is selected and the power of the fan is calculated that allows
dust to be sucked without capturing the granulated product. Based on the results of the fluid dynamic
design, it is expected that the captured particles can be transported within the pipeline system at a
constant speed and the dust concentration in the environment will be reduced to allowable levels.
INTRODUCCIÓN
Toda planta industrial que desarrolla el proceso de
trituración de materiales se encuentra con la
problemática de la generación de material particulado
(polvo) en todo su proceso productivo.
El polvo generado, que se encuentra disperso en el aire,
llega a producir riesgos en la salud de las personas que
trabajan en ese lugar [1]. La inhalación de material
particulado de tamaño menor a 10 µm (PM10), afecta
negativamente al cuerpo humano, particularmente a los
pulmones, la piel y los ojos, además, disminuye el ritmo
de trabajo por falta de visión y aumenta el riesgo de
accidentes[1].Una de las enfermedades más
recurrentes por la exposición a material particulado es
el asma ocupacional que se presenta por
susceptibilidad a ciertos agentes contaminantes y
pueden ser absorbidos por el organismo por ingestión o
inhalación (mayoritariamente)[2].

2. Sabemos que un sistema de ventilación es el método
que se emplea para ventilar un recinto, en este caso se
buscará implementar un sistema de ventilación en un
molino chancadora de piedras para la producción de
cal, en cual al momento de ser abastecido con piedras
generará polvo en el ambiente siendo esto perjudicial
para la salud del trabajador pasando los limites
permisibles descritos en el DS 015-2005.
El sistema de ventilación de un solo flujo nos permitirá
extraer el polvo que será generado en el proceso de
chancado, que por medio de redes de conductos se
expulsará al exterior, considerándolo, así como un
barrido constante en el proceso que se genera en la
chancadora o molino.
METODOLOGÍA
DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN
POLVO EXPUESTO AL TRABAJADOR
Para determinar la concentración de polvo respirable
que afecta a los operarios, se desarrolló una medición
de partículas respirables aplicando la metodología
NIOSH 0600, el cual aplica el uso una bomba
gravimétrica a un flujo de 1.7 L/min con un volumen
mínimo de 20 L, junto a un filtro de PVC de 10 mm y 5u,
de porosidad, un cassette de dos cuerpos, y un porta
filtro de dos cuerpos, mediante este monitoreo que se
impuso a 6 operarios del área de molino, se demostró
que incumple la normativa DS 015-2005, el cual
sobrepasa el límite permisible a la exposición del
carburo de silicio, sobrepasando los 3 mg/m3 con un
valor máximo de 4 mg/m3 y un mínimo de 3.2 mg/m3,
por lo que se justifica y se requiere la implementación
de un sistema de ventilación y extracción de polvo.
Tabla 1. Concentración de polvo al que está expuesto
cada operario (Fuente propia)
Código
Área Puesto
Concentr
ación
(mg/m3)
Nivel
de
Acción
TLVc-
TWAc
(mg/m3)
D.S. N°
015-2005-
S.A.
NIVEL
DE
RIESG
O
PR
01 PLANTA Operario 3.8 1.5 3 ALTO
PR
02 PLANTA Operario 3.9 1.5 3 ALTO
PR
03 PLANTA Operario 4 1.5 3 ALTO
PR
04 PLANTA Operario 4 1.5 3 ALTO
PR
05 PLANTA Operario 3.3 1.5 3 ALTO
PR
06 PLANTA Operario 3.2 1.5 3 ALTO
Se realizó la recolección de polvo en diferentes días de
toda el área del molino, el cual es totalmente abierto,
por medio de la limpieza mecánica en piso y los
soportes del molino, en la cual se mostrará los registros
encontrados.
Tabla 2. Polvo de caliza recogido en el barrido al
finalizar el primer turno de trabajo (Fuente propia)
Fecha
Total,
recogido/dí
a
(Kg)
Fecha
Total,
recogido/dí
a
(Kg)
15/05/2023 30 22/05/2023 37
16/05/2023 40 23/05/2023 49
17/05/2023 45 24/05/2023 51
18/05/2023 35 25/05/2023 46
19/05/2023 44 26/05/2023 39
Promedio recogido / día = 41.6
Flujo másico / 10 horas (kg/h) = 4.16
DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE POLVO DE
CALIZA.
Con las muestras de polvo que fueron recolectadas se
realiza el tamizado en una máquina granulométrica que
tenga diferentes tipos de mallas y se mide su masa en
cada muestra, encontrándose lo siguiente:
Para ciertos tipos de material particulado, la distribución
de su tamaño se acerca a una distribución normal o
gaussiana.
Figura 1: Proceso de tamizado en maquina vibratoria
granulométrica para determinar rangos de partículas
[3]Maquina vibratoria
Se conoce que muchas partículas como polvos
muestran una distribución logarítmica normal, cuando el
logaritmo del porcentaje acumulado de las masas
muestreadas de las partículas se traza contra el
logaritmo del diámetro de la partícula [4] y, por lo tanto,
los diámetros medios y medios aritméticos son iguales;
la cual está caracterizada por dos parámetros: el medio
geométrico (diámetro medio) y su desviación estándar
geométrica que están relacionados entre sí a través de:
log(𝑑84.13) = log(𝑑50) + log(𝜎𝗀) (1)
log(𝑑15.9) = log(𝑑50) + log(𝜎𝗀) (2)

3. Donde:
𝑑84.13: Diámetro de las partículas que constituyen el
84.1% en masa.
𝑑15.9: Diámetro de las partículas que constituyen el
15.9% en masa.
𝑑50: Diámetro medio geométrico.
𝜎𝗀: Desviación estándar.
Las ecuaciones pueden escribirse juntas como:
𝗀
𝑑50 𝑑15.9
𝑑84.13 𝑑50
𝜎 = = (3)
De los datos, las tres muestras que se presentan en la
siguiente tabla, de tamaño de particulas y de
porcentaje de fracción de masa acumulada, se
obtenido de estas un diámetro promedio de 65.7 um y
una desviación estándar de 1.23 um.
DETERMINACIÓN DE VELOCIDAD DE CAPTURA Y
TRANSPORTE
Las partículas contaminantes para que puedan ingresar
a la tubería y ser aspiradas, necesitan una determinada
velocidad de captura; la velocidad mínima es de 0.15
m/s para una partícula de balanceado con densidad
relativa cercana a 1.
La velocidad de transporte se obtiene por medio un
valor de 10.2 m/s para que las partículas sean
conducidas y no se sedimenten dentro de las tuberías.
Tabla 3. Diámetro y pesos obtenido (Fuente propia)
Tami
z
(µm)
Diámetro
(µm)
Diám
etro
medi
o
(µm)
Muestra (g) Pro
medi
o de
mas
a (g)
1 2 3
60 -
100
140 - 210 175 300 295 325 306
200 75 - 140 108 215 204 212 210
400 35 - 75 55 143 130 121 131
<
400
0 - 35 18 25 45 33 34
DISEÑO DE LA FORMA DEL SISTEMA DE
EXTRACCIÓN.
DISEÑO DE LA CAMPANA
Para el diseño de la campana se tuvo en cuenta lo
siguiente:
1. La forma y el tamaño de la campana.
2. El caudal de aspiración
3. La ubicación de la campana en el lugar donde
se ejecuta la trituración de la piedra caliza.
4. Dimensiones de la mesa de trabajo (1.4m x
0.6m y 0.89 m de altura).
5. Altura “H” (H=1m) de la campana hasta la mesa
de trabajo.
Figura 2: Campana Extractora (Fuente propia)
Figura 3: Mesa de Trabajo (Fuente propia)
Figura 4: Ubicación de la campana. (Fuente:
American Conference of Governmental Industrial
Hygienists).
CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE AL EXTRAER
El caudal del aire necesario para poder extraer el
contaminante está en función de las dimensiones de la
campana y de la velocidad captura.
La velocidad de captura es la velocidad mínima del aire,
inducida en las proximidades de la campana, que es
necesaria para capturar y dirigir hacia ella el aire
contaminado. Esta velocidad de captura está en función
de la actividad y de la forma de la campana. La Tabla
04 muestra los valores para las velocidades de control.

4. Tabla 4. Velocidades de control o captura basado en
las condiciones de dispersión del contaminante
Condiciones de dispersión del
contaminante
Velocidad de
captura (m/s)
Liberado prácticamente sin
velocidad en aire tranquilo
0.25 - 0.5
Liberado a baja velocidad en aire
moderadamente tranquilo 0.5 - 1
Generación activa en una zona de
rápido movimiento de aire
1 - 2.5
Liberado con alta velocidad inicial
en una zona de movimiento muy
rápido del aire
2.5 - 10
El caudal de aire a extraer es:
𝑄 = 𝑣 ∗ (𝑙 + 2𝑎) ∗ ℎ (4)
Donde:
l: longitud de la campana paralela a la pared (m).
a: longitud de la campana perpendicular a la pared (m).
v: velocidad de control o de captura (m/s).
h: distancia entre el foco de la contaminación y la
campana (m).
Figura 5: Campana Suspendida. (Fuente: American
Conference of Governmental Industrial Hygienists).
De acuerdo con el diseño del sistema de extracción,
captación de piedra caliza, la condición de dispersión
del contaminante es aquella en la que el mismo es
liberado sin velocidad en aire tranquilo.
ECUACIÓN DE LA ENERGÍA Y DETERMINACIÓN DE
CAÍDAS DE PRESIÓN.
El diseño de ductos comprende determinar el diámetro
de los ductos en función del caudal y de la velocidad de
diseño.
El transporte de aire desde un punto a otro se puede
modelar mediante la ecuación de energía basada en
Bernoulli.
𝑣2
2
𝑣2
2
𝑃1+ 𝜌 1
+ 𝜌𝑔ℎ1 = 𝑃2 + 𝜌 2
+ 𝜌𝑔ℎ2 (5)
Considerando P1, P2 presiones estática, 𝜌 1 , 𝜌 2
𝑣2 𝑣2
2 2
presiones dinámicas 𝜌𝑔ℎ1, 𝜌𝑔ℎ2 son las presiones
hidrostáticas y reduciendo la expresión (β), se tiene que
la ecuación de la energía queda como:
𝑎1
ℎ +
1
∗ 𝑎2
= ℎ +
𝑣2 𝑣2
2
∗
𝜌1 𝜌2
2𝑔 𝜌𝑎 2𝑔 𝜌𝑎
(6)
 ha: es la presión estática con respecto a la
presión atmosférica (m.c.a).
 hE: presión de cabezal estático
 𝑣2 𝜌2
2𝑔 𝜌𝑎
es la presión dinámica con respecto a la
presión atmosférica (m.c.a)
Multiplicamos la ecuación por 1000 para expresar los
cabezales en milímetros de columna de agua y
reemplazando la densidad del agua por 1000 kg/m3 y
reemplazamos la gravedad por 9.8 m/s^2 y la densidad
del aire a condiciones estándares por 1.2 kg/m3 se
tiene:
1
1
19.6
ℎ + = ℎ
𝑎 𝑎2
+
1.2𝑣2 1.2𝑣2
2
19.6
(7)
La ecuación (7) queda expresada en términos de
cabezales y en mmcda.
Generalizando para el cabezal dinámico hD, como
1.2𝑣2
19.6
y dividiendo por 1.2 tanto en el numerador como en el
denominador se tiene:
𝑣2
ℎ𝐷 =
16.33
(8)
Donde la velocidad v se expresa en m/s. Ahora la
ecuación se puede escribir como
ℎ𝐸1 + ℎ𝐷1 = ℎ𝐸2 + ℎ𝐷2 (9)
Es decir, la suma de la presión estática y la presión
dinámica permanece constante a lo largo de una línea
de corriente y por ende es la misma entre dos puntos
cualesquiera.
En el desarrollo para llegar a la ecuación se ha
considerado que el flujo de aire no es viscoso, por lo
tanto, las fuerzas de fricción son despreciables, que el
flujo es estacionario e incompresible.
Se consideran las pérdidas por fricción entre los puntos
que se considerarán para la presión.
ℎ𝐸1 + ℎ𝐷1 = ℎ𝐸2 + ℎ𝐷2 + ℎ𝑓 (10)
Donde hf es el cabezal o caída de presión que se
experimenta el fluido debido a la fricción al
transportarse desde el punto si
guiente la cual se ha considerado.
ℎ𝑇 = ℎ𝐸 + ℎ𝐷 (11)
por lo tanto, se tiene

5. ℎ𝑇1 = ℎ𝑇2 + ℎ𝑓 (12)
A partir de la ecuación de la energía se pueden
determinar las presiones entre cualesquiera dos puntos
de una trayectoria que deben ser tomadas en cuenta en
el diseño de ductos. El término hf representa las
pérdidas debido a la fricción entre el fluido y los ductos,
ya sea con tramos rectos o con accesorios como codos,
derivación es o reducciones.
Las caídas de presión son expresadas en términos de
cabezal estático. Los cabezales son definidos de la
siguiente manera:
● h1 o hE es la caída de presión o cabezal estático
debido a los tramos rectos expresados en
mmcda
● h2 o hD es la caída de presión o cabezal estático
debido a los accesorios expresados en mmcda
● h3 o hent es la caída de presión o cabezal
estático debido a las pérdidas de entrada a la
campana expresados en mmcda
Por lo tanto, se expresará será:
ℎ𝐸𝑡 = ℎ1 + ℎ2 + ℎ3 (13)
Las pérdidas de presión en tramos rectos se pueden
obtener a partir de tablas en función del caudal,
velocidad de aire y diámetro de los ductos, se obtiene
un factor de perdida de presión en milímetros de
columna de agua por cada metro, mmcda/m, que, al
multiplicarlo por la longitud del ducto, se obtiene la
caída de presión en mmcda.
caída de presión debido a los tramos h1 será:
ℎ1 = ℎ𝐹𝐿(𝐿) (14)
Donde hFL, es el factor perdido de presión en mmcda/m.
la caída o perdida de presión en los accesorios viene
dada por:
2 4000
ℎ = 𝑐 ∗ (
𝑣
)2 pulg agua (15)
Figura 6: Dimensiones del Ciclón. (Fuente: American
Conference of Governmental Industrial Hygienists).
Tabla 5: Características de los ciclones
TIPOS DE CICLONES
Dimension
es del
ciclón
Alta
Eficiencia
Convencion
al
Alta Carga
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
Diámetro
del ciclón
D/D
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Altura de
la entrada
H/D
0.5
0.4
4
0.5 0.5 0.75 0.8
Ancho de
la entrada
W/D
0.2
0.2
1
0.25
0.2
5
0.37
5
0.3
5
Diámetro
de salida
𝐷𝑒/𝐷
0.5 0.4 0.5 0.5 0.75
0.7
5
Altura de
la salida
S/D
0.5 0.5
0.62
5
0.6
0.87
5
0.8
5
Longitud
del cuerpo
𝐿𝑏/𝐷
1.5 1.4 2.0
1.7
5
1.5 1.7
Longitud
del cono
𝐿𝑐/𝐷
2.5 2.5 2.0 2.0 2.5 2.0
Diámetro
de salida
de
partículas
𝐷𝑑/𝐷
0.37
5
0.4 0.25 0.4
0.37
5
0.4
Para determinar si se ha seleccionado correctamente el
tipo de ciclón (alta carga) se verifica de acuerdo con la
siguiente relación:
donde v, se expresa en pies/min.
DISEÑO DE CICLÓN Y DE LOS DUCTOS
Los ciclones son los equipos de recolección de polvo
que se usan con mayor frecuencia. Se ha seleccionado
un ciclón que puede separar partículas con diámetros
mayores de 5µm
Figura 7: Eficiencia en función del diámetro de
partículas. (Fuente: Air Pollution, Its Origin and
Control. Wark.Warner. Davis).
El diámetro critico de la partícula se obtiene mediante
la ecuación:

6. 𝑑𝑝𝑐 = √
9𝜇𝑊
2𝜋𝑁𝑒 𝑣𝑖 𝜌𝑝
(16)
𝜇 = 1.849 𝑥 10−5𝑘𝑔/𝑚𝑠 (viscosidad dinámica del aire
en condiciones estándar de presión y temperatura).
W:Ancho de la entrada de ciclón (W = 0.135m)
𝑉 : velocidad de la corriente de aire y material
𝑖
particulado al ciclón (𝑉𝑖 = 30 𝑚/𝑠).
𝜌𝑝: # de vueltas que presenta la corriente en el
interior del ciclón, se calcula:
1 𝐿𝑐
𝑁𝑒 =
𝐻
(𝐿𝑏 +
2
) (17)
Reemplazando en (16) se tiene:
𝐷𝑝𝑐 = 19 𝜇𝑚
La relación entre el tamaño estimado de la partícula y
el diámetro critico es:
𝐷𝑝
(∗)
𝑑𝑝𝑐
Con este valor de relación de tamaño de partícula se
tiene una eficiencia de colección del 90% que
corresponde a un ciclón de alta carga.
Figura 8: Eficiencia de Colección del Ciclón (Fuente:
“Diseño Óptimo de Ciclones, Carlos Alberto Echeverri
Londoño, 2006”).
Calculando la caída de presión en un ciclón se usó la
ecuación de Shepherd y Lapple:
1
2
2
∆𝑃 = ∗ 𝜌 ∗ 𝑣 ∗ 𝐻
𝑖 𝑣 (18)
∆𝑃: Caída de presión en el ciclón (pa)
𝜌:𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝑘𝑔/𝑚3)
𝑚
𝑣
𝑣𝑖: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑐𝑙ó𝑛 (
𝑠
)
𝐻𝑊
𝐷𝑒
2
𝐻 = 𝑘 (19)
Resumiendo, las dimensiones del ciclón:
Tabla 6: Dimensiones del Ciclón (Fuente propia)
Caudal Q(𝑚3/𝑠) 1.25
Velocidad de ingreso 𝑣𝑖 (𝑚/𝑠) 30
Altura de la entrada H (m) 0.31
Ancho de la entrada W (m) 0.135
Diámetro del ciclón D (m) 0.39
Longitud del cuerpo 𝐿𝑏 (𝑚) 0.66
Longitud del cono 𝐿𝑐 (𝑚) 0.78
Longitud total 𝐿𝑡 (𝑚) 1.44
Diámetro de salida de ciclón
𝐷𝑒(𝑚) 0.29
Diámetro de salida de partículas
𝐷𝑑(𝑚) 0.16
Velocidad de salida 𝑣𝑠 (𝑚/𝑠) 18.92
Caída de presión ∆𝑃 (𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎) 326
Figura 9: Dimensiones del Ciclón (Fuente: Air
Pollution Control: A Desing Approach, Cooper and
Alley)
Figura 10: Dimensiones del Ciclón (Fuente propia)
Para hallar la velocidad de diseño se consideró la
siguiente tabla:

7. Tabla 7: Velocidad de transporte o diseño
Naturaleza
del
contaminante
Ejemplo
Velocidad
de diseño
(m/s)
Vapores,
gases, humos
de combustión
Todos los vapores,
gases y humos
Indiferente
(5 – 10)
Humos de
soldadura
Soldadura 10 – 12.5
Polvo muy
fino y ligero
Hilos de algodón,
harina de madera,
polvo de talco
12.5 – 15
Polvos secos
Polvo fino de caucho,
baquelita en polvo
para moldeo, hilos de
yute, polvo de
algodón, virutas
(ligeras), polvo de
detergente,
raspaduras de cuero
15 - 20
Polvo
ordinario
Polvo de desbardado,
hilos de muela de
pulir (secos), polvo de
lana de yute (residuos
de sacudidor, polvo
de granos de café,
polvo de cuero, polvo
de granito, harina de
sílice, manejo de
materiales
pulverulentos en
general, corte de
ladrillos, polvo de
arcilla, fundiciones
(en general), polvo de
caliza
17.5 - 20
Polvos
pesados
Polvo se aseriado
(pesado y húmedo),
viruta metálica, polvo
de desmoldeo en
fundiciones, polvo en
el chorreado con
arena, pedazos de
madera, polvo de
barrer, virutas de
latón, polvo en el
taladrado de
fundición, polvo de
plomo
20 – 22.5
Polvo pesado
húmedo
Polvo de plomo con
pequeños pedazos,
polvo de cemento
húmedo, polvo de
corte de tubos de
cemento, hilos de
muela de pulir
(pegajosos)
>22.5
Considerando al polvo de la caliza como un polvo
ordinario y tomando una velocidad de diseño de 20m/s,
el diámetro del ducto que sale de la campana es:
𝑄 = 𝐴𝑣 𝐴 = =
𝑄 𝜋𝐷2
𝑣 4
4𝑄
𝐷 = √
𝜋𝑣
Las pérdidas de la presión debido a la entrada a la
campana están dadas por la ecuación:
ℎ3 = (𝐾𝑒𝑛𝑡 + 1)ℎ𝐷 (18)
hD: altura dinámica
SELECCIÓN DEL VENTILADOR
La potencia que debe entregar el ventilador al aire para
moverlo y vencer las pérdidas del sistema en función de
altura de columna de agua es:
𝑃𝑜𝑡𝑓 = 𝑄∆𝑃𝑇𝑉 = 𝑄𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎𝑔ℎ𝑇𝑉 (19) 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑖𝑜𝑠(𝑊)
En donde:
𝑃𝑜𝑡𝑓 (𝑊): 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜.
𝑚3
𝑠
𝑄 ( ) : 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒.
𝑇𝑉
∆𝑃 (𝑃𝑎): 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑔𝑎
𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟.
ℎ𝑇𝑉(𝑚𝑐𝑑𝑎): 𝐴𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑔𝑎 𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑎𝑔𝑢
𝑎
𝑚3
𝑘𝑔
𝜌 : 1000 ( )
Reemplazando en (𝜃):
𝑃𝑜𝑡𝑓 = 𝑄𝑔ℎ𝑇𝑉 (20)
Aplicando Bernoulli entre la entrada y salida del
ventilador:
ℎ𝐸𝑒 + ℎ𝐷𝑒 + ℎ𝑇𝑉 = ℎ𝐸𝑠 + ℎ𝐷𝑠 ℎ𝑇
𝑉 = (ℎ𝐸𝑠 + ℎ𝐷𝑠) − (ℎ𝐸𝑒 + ℎ𝐷𝑒
ℎ𝑇𝑉 = ℎ𝑇𝑆 − ℎ𝑇𝐸
ℎ𝐸𝑒: Altura de presión estático en la entrada del
ventilador.
ℎ𝐸𝑠: Altura de presión estático en la salida del
ventilador.
ℎ𝐷𝑒: Altura de presión dinámica en la entrada del
ventilador.
ℎ𝐷𝑠: Altura de presión dinámica en la salida del
ventilador
ℎ𝐸𝑒 = ℎ1𝑇 + ℎ2𝑇 + ℎ3𝑇 + ℎ𝑐𝑖𝑐𝑙ó𝑛 − ℎ13

8. RESULTADOS
Para determinar la concentración de polvo respirable
con el sistema de ventilación implementado en el área
de la chancadora o molino de caliza, se realizó una
nueva medición de partículas respirables, aplicando la
metodología NIOSH 0600, este monitoreo se impuso
nuevamente a los 6 operarios del área de molino, en los
cuales se obtuvo los siguientes resultados:
Tabla 8. Concentración de polvo al que está expuesto
cada operario con el sistema de ventilacion (Fuente
propia)
Código
Área Puesto
Conce
ntració
n
(mg/m3
)
Nivel
de
Acción
TLVc-
TWAc
(mg/m
3)
D.S.
N°
015-
2005-
S.A.
NIVEL DE
RIESGO
PR
01 PLANTA Operario 1.7 1.5 3 Bajo
PR
02 PLANTA Operario 1.8 1.5 3 Bajo
PR
03 PLANTA Operario 1.9 1.5 3 Bajo
PR
04 PLANTA Operario 1.8 1.5 3 Bajo
PR
05 PLANTA Operario 1.8 1.5 3 Bajo
PR
06 PLANTA Operario 1.9 1.5 3 Bajo
De acuerdo con esta nueva medición los valores son
menores a los obtenidos anteriormente, y también son
menores al LMP por la D.S. N° 015-2005-S.A., los
cuales nos indican que el sistema de ventilación es
factible para el área en la cual se a colocado, evitando
así la acumulación de polvo respirable de caliza,
afectando así la salud de los operarios.
También podemos observar que la cantidad de recojo
del polvo acumulado en el piso a disminuido
considerablemente
Tabla 9. Polvo de caliza recogido en el barrido al
finalizar el primer turno de trabajo con el sistema de
ventilación (Fuente propia)
Fecha
Total,
recogido/dí
a
(Kg)
Fecha
Total,
recogido/dí
a
(Kg)
17/07/2023 10 23/07/2023 10
18/07/2023 15 24/07/2023 10
19/07/2023 10 25/07/2023 15
20/07/2023 10 26/07/2023 15
21/07/2023 10 27/07/2023 15
Promedio recogido / día = 12
Flujo másico / 10 horas (kg/h) = 1.2
Según la tabla, del recojo que se realiza una vez
terminado el turno, se evidencia una menor
cantidad de polvo que cae al suelo y es recogido,
lo cual evidencia el buen funcionamiento del
sistema de ventilación aplicado para el área de
chancado de piedra caliza.
CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE AL EXTRAER
Escogemos la velocidad de captura de 0.25 m/s de
acuerdo a la Tabla 4 y h= 1 m, el caudal a extraer es:
𝑄 = 𝑣 ∗ (𝑙 + 2𝑎) ∗ ℎ
𝑄 = 0.25 ∗ (2.2 + 2 ∗ 1.4 ) ∗ 1 = 1.25𝑚3⁄𝑠
Con el caudal de aire a extraer, se determina el tamaño
de los ductos para transportar el polvo de caliza a través
de las corrientes de aire, desde el punto de chancado o
tributado, hasta la entrada del ciclón o equipo de
colector.
DISEÑO DE CICLÓN Y DE LOS DUCTOS
Luego de un procedimiento de prueba y error tomando
como velocidad de entrada 30 m/s y seleccionando un
ciclón de alta carga de acuerdo a la Tabla 5 se tiene:
𝑖
𝑄 = 1.25 𝑚3/𝑠 𝑣 = 30 𝑚/𝑠 𝐴 =
𝑄
𝑣
𝐴 =
𝐻
𝑊
𝐻
= 0.8 𝖠
𝑊
= 0.35 entonces
𝐷 𝐷
𝐻 = 2.29𝑊
𝐴 = 2.29 𝑊2 =
𝑄
𝑣
Entonces:
𝑄 1.25 𝑚3/𝑠
𝑊 = √ = √
= 0.135𝑚 2.29𝑣
(2.29)(30 𝑚/𝑠)
𝑊 = 0.135 𝑚
𝐻 = 2.29𝑊 = (2.29)(0.135𝑚) = 0.31 𝑚
𝐻 = 0.31𝑚
𝐻 𝐻 0.31𝑚
𝐷 0.8 0.8
= 0.8 → 𝐷 = = = 0.39 𝑚 → 𝐷 = 0.39𝑚
𝐷 𝑒
𝐷𝑒
= 0.75 → 𝐷 = 0.75𝐷 = (0.75) ∗ (0.39𝑚) = 0.29 𝑚
𝐷𝑒 = 0.29 𝑚

9. 𝑆
= 0.85 → 𝑆 = (0.85) ∗ (0.39 𝑚) = 0.33 𝑚
𝐷
𝑆 = 0.33𝑚
𝐷
𝐿𝑏
= 1.7 𝑏
→ 𝐿 = (1.7) ∗ (0.39 𝑚) = 0.66 𝑚
𝐿𝑏 = 0.66 𝑚
𝐷 𝑐
𝐿𝑐
= 2 → 𝐿 = (2) ∗ (0.39 𝑚) = 0.78 𝑚
𝐿𝑐 = 0.78 𝑚
𝐷 𝑑
𝐷𝑑
= 0.4 → 𝐷 = (0.4) ∗ (0.39 𝑚) = 0.16 𝑚
𝐷𝑑 = 0.16 𝑚
𝐿𝑡 = 𝐿𝑏 + 𝐿𝑐 = 0.66 𝑚 + 0.78 𝑚 = 1.44 𝑚
𝐿𝑡 = 1.44 𝑚
Entonces el ciclón diseñado corresponde a uno de alta
capacidad o eficiencia con las siguientes dimensiones:
𝐿 = 1.44 𝑚
𝑡
𝐷 = 0.39𝑚
𝐷𝑒 = 0.29 𝑚
𝐷𝑑 = 0.16 𝑚
Comprobando si se ha selecionado correctamente
el tipo de ciclón:
𝑒 𝑏
𝐻 2
1 𝐿𝑐
𝑁 = (𝐿 + ) (17)
𝑒 𝑏
𝐻 2 0.31 𝑚
1 𝐿𝑐 1
𝑁 = (𝐿 + ) = (0.66 𝑚 + 0.78 𝑚) = 4.645
Reemplazando en (16) se tiene:
𝐷𝑝𝑐 = 19 𝜇𝑚
La relación entre el tamaño estimado de la partícula y
el diámetro critico es:
𝑑
𝐷𝑝
𝑝𝑐
50 𝜇𝑚
= = 2.63
19 𝜇𝑚
Calculando la caída de presión en un ciclón se usó la
ecuación de Shepherd y Lapple:
𝐻𝑣 = 12
(0.31 𝑚)(0.135 𝑚)
0.29 𝑚2
= 5.97
𝑠
1 𝑘𝑔 30 𝑚 2
∆𝑃 = (1.189 ) ( ) (5.97)
2 𝑚3
∆𝑃 = 3194.25 𝑃𝑎 = 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝑔 ∗ ℎ𝑚 𝑎𝑔𝑢𝑎
ℎ𝑚 𝑎𝑔𝑢𝑎 =
3194.25𝑃𝑎
(1000 𝑘𝑔) (9.8 𝑚)
𝑚3 𝑠2
= 0.326 𝑚 𝑎𝑔𝑢𝑎
ℎ𝑚 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 0.326 𝑚 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 326 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
= 12.83 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎
El ciclón produce una caída de presión de 3194.25 Pa
Así también se consideró las pérdidas de energía
cinética y las perdidas por fricción.
La velocidad con la que el aire limpio sale del ciclón
tomando en cuenta el diámetro de salida del ciclón
resulto ser 0.29 m es:
𝑠
𝑚3
𝑄 1.25 𝑠
𝑣 = =
𝐴 𝜋0.29 2
4
m
𝑣𝑠 = 18.92
s
,
Para hallar la velocidad de diseño se consideró la tabla
7:
Tabla 7: Velocidad de transporte o diseño
Naturaleza
del
contaminante
Ejemplo
Velocidad
de diseño
(m/s)
Vapores,
gases, humos
de combustión
Todos los vapores,
gases y humos
Indiferente
(5 – 10)
Humos de
soldadura
Soldadura 10 – 12.5
Polvo muy
fino y ligero
Hilos de algodón,
harina de madera,
polvo de talco
12.5 – 15
Polvos secos
Polvo fino de caucho,
baquelita en polvo
para moldeo, hilos de
yute, polvo de
algodón, virutas
(ligeras), polvo de
detergente,
raspaduras de cuero
15 - 20
Polvo
ordinario
Polvo de desbardado,
hilos de muela de
pulir (secos), polvo de
lana de yute (residuos
de sacudidor, polvo
de granos de café,
polvo de cuero, polvo
de granito, harina de
sílice, manejo de
materiales
pulverulentos en
general, corte de
ladrillos, polvo de
arcilla, fundiciones
(en general), polvo de
caliza
17.5 - 20
Polvos
pesados
Polvo se aseriado
(pesado y húmedo),
viruta metálica, polvo
de desmoldeo en
fundiciones, polvo en
el chorreado con
arena, pedazos de
20 – 22.5

10. madera, polvo de
barrer, virutas de
latón, polvo en el
taladrado de
fundición, polvo de
plomo
Polvo de plomo con
pequeños pedazos,
polvo de cemento
Polvo pesado
húmedo
húmedo, polvo de
corte de tubos de
>22.5
cemento, hilos de
muela de pulir
(pegajosos)
Determinando las caídas de presión debido a los ductos
en el sistema.
Las pérdidas de presión son debido a los tramos rectos
h1, debido a los accesorios h2 y las pérdidas de entrada
a la campana h3.
 Para el tramo de la campana – ciclón, h11 se
tiene:
3
𝑄 = 1.25𝑚
𝑣 = 20 𝑚
𝐷 = 0.28 𝑚
𝑠 𝑠
ℎ𝐹𝐿 = 1.6
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
𝑚
𝐿 = 0.1𝑚 + 1.26𝑚 + 0.8𝑚 + 0.2𝑚 = 2.36𝑚
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
𝑚
ℎ11 = (1.6 ) (2.36𝑚) = 3.77𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Para el tramo ciclón – ventilador, h12 se tiene:
𝑄 = 1.25
𝑚3
𝑠
𝑣 = 18.92
𝑚
𝑠
𝐷 = 0.29 𝑚
ℎ𝐹𝐿 = 1.4
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
𝑚
𝐿 = 1.74 𝑚
12
𝑚
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ = (1.4 ) (1.85𝑚) = 2.436 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
 Para el tramo ventilador – descarga, h13 se
tiene:
𝑚3
𝑄 = 1.25
𝑠
𝐷 = 0.29 𝑚
ℎ𝐹𝐿 = 1.4
𝑚
𝑣 = 18.92
𝑠
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
𝑚
𝐿 = 0.87 𝑚
12
𝑚
𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ = (1.4 ) (0.87 𝑚) = 1.218 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Por lo tanto, la caída de presión debida a los tramos
rectos es:
ℎ1𝑇 = ℎ11 + ℎ12 + ℎ13
ℎ1𝑇 = (3.77 + 2.436 + 1.218)𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎 = 7.424 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Las pérdidas de presión debido a los accesorios h2 son:
 Para el tramo campana – ciclón se tiene 4
codos y una transición circular a rectangular, la
caída de presión es:
𝑅 = 0.20𝑚 𝐷 = 0.28 𝑚 → 𝐶 = 0.3847
𝑣2
ℎ21 = 4𝐶 (
40002) 𝖠 v =
20𝑚
𝑠
= 3937 𝑝𝑖𝑒𝑠/𝑚𝑖𝑛
39372
ℎ21 = 4(0.3847)(
40002)
ℎ21 = 1.49𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 37.86 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Para el tramo ciclón – ventilador se encuentra un codo
y con una velocidad de 18.92 m/s se tiene:
𝑅 = 0.20𝑚 𝐷 = 0.29 𝑚 → 𝐶 = 0.42
𝑣2
ℎ22 = 𝐶 (
40002) 𝖠 v =
18.92𝑚
𝑠
= 3724.40 𝑝𝑖𝑒𝑠/𝑚𝑖𝑛
3724.402
ℎ22 = (0.42) (
40002 )
ℎ22 = 0.36 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 9.144 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
La caída de presión debido a los accesorios es:
ℎ2𝑇 = ℎ21 + ℎ22
2𝑇
ℎ = 37.86 + 9.144 = 47 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
𝐷
4.041 4.041
𝑣 20
ℎ = ( )2 = ( )2 = 24.47𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ3 = (0.25 + 1)(24.47𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎)
ℎ3 = 30.587 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ3𝑇 = ℎ3
Sumando las caídas de presión debdo a los tamos
rectos, accesorios y perdidas de entrada de campana,
se obtiene la caída de presión total de los ductos.
ℎ𝑇 = ℎ1𝑇 + ℎ2𝑇 + ℎ3𝑇 = (7.424 + 47 + 30.587)𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ𝑇 = 85𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
SELECCIÓN DEL VENTILADOR
Aplicando Bernoulli entre la entrada y salida del
ventilador:
ℎ𝐸𝑒 = ℎ1𝑇 + ℎ2𝑇 + ℎ3𝑇 + ℎ𝑐𝑖𝑐𝑙ó𝑛 − ℎ13

11. ℎ𝐸𝑒 = (7.424 + 47 + 30.857 + 326 − 1.218)𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
ℎ𝐸𝑒 = 409.79 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Se sabe que la velocidad con la que ingresa el aire al
ventilador es la misma con la que sale del ciclón,
entonces:
𝑣𝑠 18.92
4.043 4.043
ℎ𝐷𝑒 = ( )2 = ( )2 = 21.9 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
En el tramo ventilador – descarga se tiene la caída de
presión ℎ𝐸𝑠 debido a los tramos rectos:
ℎ𝐸𝑠 = ℎ13 = 1.218 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Así mismo la velocidad de entrada y salida del
ventilador son iguales, entonces
ℎ𝐷𝑠 = ℎ𝐷𝑒 = 21.9 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Entonces la presión total que entrega el ventilador es:
ℎ𝑇𝑉 = (ℎ𝐸𝑠 + ℎ𝐷𝑠) − (ℎ𝐸𝑒 + ℎ𝐷𝑠)
ℎ𝑇𝑉 = (1.218 + 21.9 + 409.79 − 21.9
ℎ𝑇𝑉 = 411 𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎
Entonces la potencia mecánica que se debe suministrar
al fluido es:
𝑃𝑜𝑡𝑓 = 𝑄𝑔ℎ𝑇𝑉
𝑚3
𝑚
𝑃𝑜𝑡𝑓 = (1.25
𝑠
)(411𝑚𝑚𝑐𝑑𝑎)(9.8
𝑠2)
𝑃𝑜𝑡𝑓 = 5034.75𝑊
CONCLUSIONES
El sistema de extracción de polvo para el
chancado de piedras de caliza puede recolectar
partículas de hasta 4 µm, permitiendo que los
operarios que se encuentran en este lugar
disminuyan los riesgos de contraer enfermedades
ocupacionales del tipo pulmonar y/o respiratorio,
problemas en los ojos y en piel, con lo cual
permitirá cumplir la normativa legal vigente en el
ambiente de trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1A. Muñoz, C. Quiroz, and J. J. Paz, “Efectos de la
contaminación atmosférica sobre la salud en adultos,”
Master’s thesis, Universidad de Antioquia, Colombia,
2006.
2Sánchez, S. T., Moreno, J. E. S., & Salvador, L. G.
(2020). Asma Ocupacional inducida por Agentes
Químicos-Vapores irritantes. Revista San Gregorio,
1(40). https://doi.org/10.36097/rsan.v1i40.1409
[3] ESPOL. (2013) Máquina tamizadora
granulométrica. Ciencias de la Tierra, Ingeniería Civil.
Guayaquil.
[4] Diseño del sistema de ventilación forzada para la
extracción de baños del edificio “La Paz” en el distrito
de Miraflores lima
[5] Martinez E, (2018) “Diseño del sistema de
ventilación forzada para la extracción de baños del
edificio “La Paz” en el distrito de Miraflores lima,
Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur,
Lima

12. ANEX

13. 0.39
0.28
0.6
6
1.4
4
0.6
6
0.28
0.14
0.3
1
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5 4 3 2 1
Anderson G. Guerrero Romero 20162702E
N.ºDE DIBUJO
ESCALA:1:20
2
HOJA 1 DE 1
1
A3
Mesa de Trabajo
TÍTULO:
DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN
MEDIANTE EXTRACCIÓN DE PARTÍCULAS
DEL AIRE EN EL ÁREA DE TRITURACIÓN DE
PIEDRA CALIZA
INTEGRANTES
Ing. Christian Ayala Limaylla
4 3
Jhonatan De La Cruz Ochoa
PROFESOR
20172213G

14. 1.14
0.28
0.5
3
2.2
0
2.20
1.40
1.1
4
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5 4 3 2 1
Anderson G. Guerrero Romero 20162702E
N.ºDE DIBUJO
ESCALA:1:20
2
HOJA 1 DE 1
1
A3
Campana
TÍTULO:
DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN
MEDIANTE EXTRACCIÓN DE PARTÍCULAS
DEL AIRE EN EL ÁREA DE TRITURACIÓN DE
PIEDRA CALIZA
INTEGRANTES
Ing. Christian Ayala Limaylla
4 3
Jhonatan De La Cruz Ochoa
PROFESOR
20172213G

15. 4.5
0
3.50
4.5
0
3.50
A A
B B
C C
D D
E E
F F
8
8
7
7
6
6
5
5 4 3 2 1
Anderson G. Guerrero Romero 20162702E
N.ºDE DIBUJO
ESCALA:1:50
2
HOJA 1 DE 1
1
A3
Mesa de Trabajo
TÍTULO:
DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN
MEDIANTE EXTRACCIÓN DE PARTÍCULAS
DEL AIRE EN EL ÁREA DE TRITURACIÓN DE
PIEDRA CALIZA
INTEGRANTES
Ing. Christian Ayala Limaylla
4 3
Jhonatan De La Cruz Ochoa
PROFESOR
20172213G

16. A A
B B
C C
D D
E E
F F
8 7 6 5 4 3 2 1
Anderson G. Guerrero Romero 20162702E
N.ºDE DIBUJO
ESCALA:1:100 HOJA 1 DE 1
8 7 6 5 4 3 2 1
A3
Mesa de Trabajo
TÍTULO:
DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN
MEDIANTE EXTRACCIÓN DE PARTÍCULAS
DEL AIRE EN EL ÁREA DE TRITURACIÓN DE
PIEDRA CALIZA
INTEGRANTES
Ing. Christian Ayala Limaylla
Jhonatan De La Cruz Ochoa
PROFESOR
20172213G