Les invito a leer este documento preparado desde INDISA, la empresa en la cual trabajo, para ISAGEN sobre temas de energía y control ambiental en ambientes de trabajo

1. Agosto de 2015
EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE VENTILACIÓN
Enrique Posada Restrepo - INDISA S.A.
1. INTRODUCCIÓN
2. IMPORTANCIA DE LA
EFICIENCIA ENERGÉTICA
La industria, dada la complejidad de sus procesos y
operaciones, utiliza una amplia variedad de compuestos y
sustancias que deben manejarse con cuidado para evitar
impactos negativos sobre los trabajadores y sobre los
equipos. Es muy importante que el aire de los ambientes de
trabajo se encuentre limpio. Hay que evitar que los
materiales que se manejan en los diversos procesos sean
arrastrados por el aire hacia el ambiente, ya que ello daría
lugar a contaminación en las salas de trabajo; a pérdidas de
materiales y a generar suciedad; depósitos y corrosión en los
equipos y en las zonas de trabajo. Para evitar estas
emisiones y estas pérdidas al ambiente interno, se debe
contar con sistemas de ventilación exhaustiva. Estos
sistemas ventilan y succionan las emisiones y las llevan
mediante corrientes de aire a un equipo de limpieza y de
control, en el cual se separan del aire los materiales
contaminantes. Del sistema de separación se recuperan los
materiales, los cuales deben ser preferiblemente
recirculados a los procesos o alternativamente, dispuestos
en formacorrecta.
Como se aprecia en la Figura 1, la captación del material se
hace a través de algún dispositivo que permite la entrada de
aire de ventilación y el arrastre del material; este dispositivo
genéricamente recibe el nombre de campana. La corriente
de aire de la ventilación exhaustiva se llena por medio de
ductos a un dispositivo que separa o filtra los materiales
arrastrados. El aire limpio es succionado hacia un ventilador
ydescargadohaciaelambienteexterioralaplanta.
En este artículo se definen algunos aspectos esenciales
sobre el tema de la ventilación, todo muy enfocado hacia los
conceptos desde el punto de vista energético. Se consideran
los componentes y los principios de eficiencia energética
para un buen diseño, para una adecuada operación y
selección. Todo ello con el propósito de generar ahorros,
evitar desperdicios y preservar el medio ambiente.
Hacerunadecuadoplanenergéticoylograrbuenasprácticas
con frecuencia va a significar mejoras de proceso, mejor
control, modernización, racionalización de consumos,
menos gastos de materias primas, menos contaminación
ymejores condiciones de trabajo para las personas.El uso
1
Figura 1: Esquema sistema deventilación

2. 3. ELEMENTOS RELACIONADOS
CON LA VENTILACIÓN Y SUS
ASPECTOS ENERGÉTICOS
Los procesos son los focos contaminantes. En estos
se producen emisiones de sustancias o de energía
calorífica, que pueden ser perjudiciales e incómodas
para las personas o el medio. Una buena práctica es
conocer en detalle todos los posibles focos y contar
con medidas para evitar que emitan al ambiente sin
ningún control. Igualmente, operar los procesos
debidamente para minimizar las emisiones que
generan. Es importante conocer en detalle las
recomendacionesdelosfabricantesdelosequiposde
proceso en todo lo relacionado con su operación y
con su ventilación. Es vital hacer un mantenimiento
continuo de los elementos, ya que sus desajustes y
desgastes tienden a generar mayores emisiones y
pérdidas. Hay que evitar que se presenten
infiltraciones y escapes de aire y de gases a los
equipos.
Uno de los componentes más importantes en el
sistema de ventilación, es el sistema de captación,
que varía dependiendo de su aplicación, buscando
siempre que se garantice la succión adecuada de la
emisión contaminante. Hay que tratar de aislar el foco
del ambiente y para ello se utilizan diversos sistemas
de captación: encerramientos, cabinas, campanas
externas. Existen manuales (ref.1) que recomiendan
formas de captar las emisiones para la mayor parte de
los procesos. Es una buena práctica seleccionar
correctamente el caudal de succión. Una mala
selección del sistema va a generar mayor consumo
energético, ya sea porque no capta todo el material
emitido (dando lugar a pérdidas, a problemas
operativos y riesgos) o por una sobre dimension, la
cual da lugar a arrastres excesivos y a mayores
consumos de energía. Es importante mantener las
captaciones en buen estado, evitando desajustes y
entradas o infiltraciones mayores que las requeridas
por el diseño.
En las figuras 2, 3 y 4 se ilustra todo lo anterior. Los
encerramientos se utilizan cuando se requiere que la
fuente quede completamente aislada del medio, por
lo cual se encierra en un cuarto, que debe estar a
presión negativa. La ventilación arrastra tanto los
flujos que salen de la fuente como los que entran por
las aberturas que conectan el cuarto con el ambiente
exterior. Hay que garantizar unas velocidades de
entrada en las aberturas, para evitar la salida de
materiales contaminantes por ellas.
2
Figura 2: Encerramientos
racional de la energía es una oportunidad para obtener
beneficios, y en el actual entorno económico, ecológico y
normativoesademásunanecesidaddesupervivencia.
En los sistemas de ventilación la eficiencia energética va de
la mano con varios aspectos como: la selección adecuada
del sistema de captación, el cual está directamente
relacionado con el tipo de proceso; la selección correcta del
ventilador que depende de las caídas de presión a vencer y
de la cantidad de flujo que se debe suministrar; el diseño de
las tuberías que deben ser seleccionadas con un tamaño
adecuado, para garantizar una velocidad de transporte
adecuadayminimizarenloposiblelaspérdidasde presión.
La minimización de consumos y pérdidas energéticas
incide directamente sobre los resultados de la empresa. En
comparación con otras acciones relacionadas con la
economía empresarial, la reducción de consumos y de
pérdidas energéticas se refleja directamente en el balance
final, con resultados que pueden ser muy atractivos y
sorprendentes.
3.1. Foco Contaminante.
3.2. Sistemas de Captación.

3. Las cabinas se utilizan cuando se requiere el acceso
de los operarios, por lo que no es posible encerrar
totalmente la fuente contaminante, sino en forma
parcial. Por ello se tienen flujos altos de aire ambiental
quesemezclanconlasemisionesdesdelafuente.
Las campanas externas se utilizan cuando no es
posible la fuente de ninguna manera. Las campanas
deben garantizar una succión que controle los puntos
más desfavorables de emisión, con el propósito de
evacuartodosloscontaminantesemitidos.
Los ventiladores son los elementos más
importantes de los sistemas de ventilación, ya
que suministran el flujo y la energía necesaria.
Hay que hacer una selección adecuada y hay
que contar con sistemas de regulación para que
funcionen en sus puntos de alta eficiencia. Un
ventilador moderno puede dar eficiencias hasta
del 85 %. Sin embargo, con frecuencia se
encuentran en funcionamiento ventiladores que
trabajan a bajas eficiencias, menores del 50 %.
Figura3:Cabina
Figura4:Campanaexterna
Tabla 1: Velocidaddetransporte
3
3.3. Ventiladores.
3.5. Filtros, sistemas de separación.
3.4. Ductos.
Es una buena práctica conocer los consumos de
electricidad, los flujos, los cambios de presión y
las curvas operativas en los ventiladores, con el
fin de determinar sus eficiencias y vigilar que se
cuente con desempeños adecuados.
Los tamaños de los conductos por donde se
transporta el fluido (es decir el aire de ventilación) se
determinan con base en el caudal que se requiera
succionar y las velocidades de transporte
recomendadas. Trabajar con ductos de tamaño
pequeño, con el fin de ahorrar en las inversiones
iniciales, puede dar lugar a velocidades excesivas de
transporte y a grandes pérdidas de energía, las cuales
se reflejan en grandes costos operativos. Trabajar con
velocidades pequeñas, puede dar lugar a la formación
de depósitos de materiales en los ductos, con lo cual
se van taponando y perdiendo capacidad de
transporte. En la tabla 1 hay algunas
recomendaciones generales para las velocidades de
transporte.
Son los dispositivos que se utilizan con el objetivo de
separar los contaminantes y los materiales
arrastradosdelaireolosgasesquelostransportan.Es
una buena práctica recoger los materiales y
recircularlos a los procesos o hacer su disposición de
una manera adecuada. La selección de los sistemas
de separación implica importantes decisiones
energéticas, ya que la mayor parte del consumo de
energía de la ventilación va a estar asociada con las
caídas de presión que se generan en los sistemas de
separación y limpieza.

4. 4. RECOMENDACIONES PARA UN
BUEN DISEÑO, UNA ADECUADA
SELECCIÓN, UNA CORRECTA
OPERACIÓN Y EL USO RACIONAL
DE LA ENERGÍA
Elautordeesteartículosostuvoentrevistascontresexpertos
de la empresa INDISA, quienes han tenido a su cargo
diseños de numerosos sistemas de ventilación. Las
siguientes son las recomendaciones resultantes de estas
experiencias.
Figura 5: Efecto delflujo(velocidadenelducto)ytamañodel ducto
sobrelaspérdidas(caídas)depresión.
Figura 7: Efectodel flujo(velocidaden el ducto) ytamaño delducto
sobrelas costos eléctricos anuales
Figura 6: Efecto del flujo(velocidadenelducto)ytamañodel ducto
sobre laspotenciaseléctricasconsumidas
4
3.6. Pérdidas de transporte.
Eltransportedelaireydelassustanciasatravésdelos
ductos, de las campanas y de los sistemas de
separación, da lugar a pérdidas o caídas de presión,
las cuales son la causa de los consumos de energía
mássignificativosdelossistemasdeventilación.
Las pérdidas tienden a depender en forma cuadrática
de las velocidades de transporte y a la quinta potencia
de los diámetros equivalentes de los ductos y
dispositivos. A su vez, las potencias eléctricas
aumentan en forma cúbica con las velocidades y a la
quinta potencia con los diámetros. En las figuras 5, 6 y
7 se ilustran estas situaciones y dependencias, para
un caso particular con las siguientes condiciones:
ductos de 30 m de longitud, condiciones de presión y
temperatura normales, 7.200 horas de trabajo
anuales y $ 300 el costo del kWh y variando el flujo, de
eficienciaydetamañodelducto.
De acuerdo con lo anterior, es muy importante
trabajar los sistemas de ventilación dentro de los
rangos adecuados de caudal, velocidades y tamaños
de ductos, de lo contrario, se puede dar lugar por un
ladoaconsumosexcesivosdepotencia,atrabajarcon
ventiladores muy grandes y a arrastrar y perder
cantidades excesivas de materiales, y por el otro a
ventilaciones pobres, problemas ambientales y
formación de depósitos y taponamientos en los
ductos.
Muchas emisiones abandonan el foco contaminante
con inercia activa, es decir masa en movimiento,
originada en el proceso de donde provienen, por lo
tanto, se debe utilizar un buen criterio para la selección
de la campana, con el objetivo de llegar hasta los puntos
más difíciles de succionar, es decir, a lospuntosalejados

5. 5
del foco hasta donde pueden llegar los materiales
expulsadosyasíevitarestefenómeno.
Las campanas de succión deben situarse lo más
cercanas posible al foco contaminante, con el propósito
de succionar todo el fluido, evitando posibles escapes al
ambienteexterior.
En los procesos en los que se emiten fluidos a altas
temperaturas, es muy importante considerar la
velocidad de salida de gases y materiales asociadas con
elempujetérmico.
En general hay que diseñar campanas con una succión
de aire mayor a la que pueda resultar de un estimado
teórico, lo cual ayuda a manejar situaciones irregulares
enelfocoemisor.
Los materiales pulverizados en sí mismos, incluyen
zonas porosas y provocan movimiento de aire a su
paso. Esto se debe tener en cuenta al estimar los flujos
deairedeventilación.
La selección adecuada de los ventiladores tiene que ver
con sus curvas de trabajo y con las combinaciones entre
flujo y cabeza (cambios de presión que da el ventilador).
Tales curvas dependen de sus velocidades de giro. Con
frecuencia se seleccionan ventiladores pequeños de
menor costo y se ponen a girar a alta velocidad, ello da
origen a ruido, problemas de vibración, balanceo y en
general, a menores eficiencias y mayores consumos de
energía; es preferible trabajar con ventiladores de mayor
tamañoavelocidadesbajas.
Para los sistemas de ventilación, con frecuencia se
manejan polvos y materiales particulados, esto se debe
tenerencuentaalseleccionarlosventiladores.
Cada equipo debe contar con registros de sus
condiciones de operación, los cambios y las mejoras
que se le realicen. La cuantificación de los consumos
energéticos, los flujos volumétricos y de masa presentes
encadaequiposonaspectosmuyimportantes.
Se puede dar lugar a consumos excesivos de potencia
cuando las velocidades de paso por los ductos son
excesivas,cuandoeldiseñoespobreysepresentan
codos muy cerrados; cuando hay entradas de flujo en
ángulos poco aerodinámicos, escapes deaire,entradas
parásitas o taponamientos de los ductos; cuando las
entradas y salidas de los ventiladores están diseñadas
pobremente, por falta de espacios o de criterios. Un
buen análisis detecta estas fallas de sistema, un buen
diseño las evita desde el inicio.
Se recomienda hacer un diseño detallado que permita
seleccionar un ventilador para las condiciones de flujo y
presión estática, con factores de diseño bajos, del orden
del 5 % y 10 % respectivamente. Si se trabaja con
factores mayores por no contar con un diseño
completo, se pueden generar aumentos considerables
de la potencia consumida.
Conocidas las condiciones de diseño y las condiciones
esperadas de trabajo, se elabora una tabla con los datos
deflujoydepresiones,lacualdebeestardisponiblepara
los operadores y los responsables del mantenimiento;
en el momento de los arranques del sistema, hay que
llevarlo a los puntos de trabajo deseados, igualmente
hay que realizar revisiones frecuentes, para evitar que se
vayan desviando las condiciones operativas.
Es importante verificar en campo las condiciones de
trabajo de los ventiladores y revisarlas con los
fabricantes en caso de ser necesario, igualmente
obtener de forma regular, curvas reales de los
ventiladores cuando se empleen variadores de
velocidad, estas determinaciones deben servir para
ajustar los flujos a las condiciones deseables.
Hay que seleccionar equipos de ventilación dentro de
sus rangos recomendados de operación, demaneraque
no se superen los puntos límites de las curvas de los
fabricantes.
Hay que velar porque los ventiladores, hasta donde sea
posible, no trabajen en el lado sucio, es decir, el lado
situado antes de los filtros y de los equiposdelimpieza.
Altrazarlosductos,evitarenloposiblecambiosbruscos
de dirección, es recomendable trabajar con trayectorias
rectas; cuando son muy extensos los tramos
horizontales, en el lado sucio cargado de polvo se
pueden generar depósitos con el tiempo; hayquecontar

6. 1. American Conference of Governmental Industrial
Hygienists, Industrial Ventilation, A Manual of
RecommendedPractice,23rdEdition,1998.
2. Posada, Enrique. Ventilación Exhaustiva, Universidad
PontificiaBolivariana,UPB-CIDI,1978,60pag.
3. Posada, Enrique. Hacia Una Cultura de la Eficiencia
Energética,ISAGEN,2014,706pags.
4. Entrevistas personales con los ingenieros Alonso Vélez,
Diana Sepúlveda, Marta Álvarez. Junio 2015. Daniel
Cardona,Entrevistador.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
RESEÑA DE LOS AUTORES
Ingeniero mecánico, Universidad Pontificia
Bolivariana, y University of Maine (Orono, Maine,
USA). Master in Mechanical Engineering,
University of Maine. Director de Proyectos y Asesor
de proyectos especiales, INDISA S.A.
enrique.posada@indisa.com. Medellín, Colombia,
www.indisa.com.co
Enrique Posada Restrepo
6
con accesos que faciliten hacer limpieza, en algunos
casos críticos por exceso de polvo, se trabaja con ductos
inclinadosquesubenybajan.
Seleccionar el equipo de filtración con tamaño
adecuado; trabajar con filtros pequeños puede en
apariencia ser menos costoso, pero se pueden generar
problemas de capacidad operativa o de pérdidas
excesivasdepresiónymayorconsumoenergético.
Hay que contar con compuertas y placas-orificio de
regulación cuando sea necesario. Esto a su vez, va a
implicar el prestar atención regular al sistema, vigilando
quesemantengasucalibracióneneltiempo.
Garantizar que los sistemas estén perfectamente
balanceados, hacer mantenimiento constante a los
sistemas de ventilación, y evitar obstrucciones por
material particulado; lo que genera mayor consumo
energético.
El nivel de ruido en los sistemas de ventilación debe
tenerse presente, porque ventiladores que giran a altas
velocidades deben aislarse o recubrirse, con el objetivo
de prevenir contaminación auditiva, con sus
consecuencias asociadas en cuanto a salud y
cumplimientodeaspectosregulatoriosylegales.