Science & Mathematics">
CHIMENEAS
CHIMENEAS
CHIMENEAS
De Hormigon
De ladrillo
Contenido
1 Generalidades
5 Altura de la Chimenea
o
7.2 Viento
7.3 Sismos
8 Cimentacin
10 Anexo
o
11 Bibliografa
12 Enlaces Externos
13 Normativa
Generalidades
En la definicin de una chimenea intervienen, fundamentalmente, los siguientes
elementos:
2.-Altura
3.1.1.-Viento
3.1.2.-Sismos
3.2.-Cimentacin
O2: procedente del aire comburente en exceso respecto al necesario para una
combustin estequiomtrica.
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
Kcal/Kg/C
0,23
0,25
0,26
Densidad, Kg/m3
1,288
1,311
1,254
Kg aire/Kg comb.
14
17
Calor especfico|
Las propiedades de los humos se asemejan a las del aire ambiente (con un 50% de
humedad relativa).
Normalmente, la combustin se realiza en ambientes con exceso de aire comburente
respecto de la proporcin estequiomtrica, llegndose a duplicar o triplicar esta
proporcin. En estos casos con ms motivo, las propiedades de los humos se acercan a
las del aire. Por estas razones, y a efectos de clculos tcnicos y en una primera
Seccin =
d0 = densidad de los humos en Condiciones Normales (0C, 1 atm.) = 1,29 Kg/Nm3
Altura de la Chimenea
Para la Dispersin de los Humos en Atmsfera Libre
La altura mnima de una chimenea emitiendo gases considerados por la legislacin
U.E. como contaminantes, viene determinada por la normativa correspondiente del
lugar en el que se ubique.
En el caso del territorio espaol, esta legislacin est basada fundamentalmente en
los siguientes Decretos y rdenes Ministeriales:
.
siendo f el factor adimensional de "Fanning", que a su vez es una funcin del
"nmero de Reynolds". A esta presin hay que aadir el valor de la presin
dinmica en la coronacin de la chimenea:
.
El valor total de la depresin necesaria es:
.
A efectos prcticos, puede decirse que para chimeneas ya en uso
(rugosidad media) la expresin anterior puede quedar as:
.
P = presin, mm c.a.
V = velocidad media de los humos, m/s.
H = altura de la chimenea, m.
D = dimetro interior, m.
Esta depresin puede obtenerse al pi de la chimenea por
diferentes procedimientos, de entre los cuales cabe destacar
tres:
Tiro Natural
mm.c.a.
d0 = Densidad de los humos a 0C y 1 atm, Kg/Nm3
H = Altura de la chimenea, m
Ta = Temperatura ambiente, C
TH = Temperatura de los humos en la base, menos
0,08H, C
P = Presin atmosfrica en la base de la chimenea
Po = Presin atmosfrica a la altura del mar (~10.331 mm c.a.) que puede quedar as:
mm.c.a
El clculo exacto puede realizarse mediante la aplicacin del conjunto de
ecuaciones que se exponen el Anexo I.
Las diferencias entre la frmula aproximada anterior y el clculo ms preciso, no
superan en ningn 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
contaminacin impuestos por la legislacin del lugar.
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 ms energa que aquel, si bien la inversin en ventiladores es inferior,
puesto que no se trata de ventalidores especialmente resistentes a temperatura y
agresiones qumicas.
La definicin del ventilador, es algo ms complicada. Ser objeto, en su momento,
de un artculo especialmente dedicado a ella.
Viento
Una chimenea debe ser considerada, a los efectos del clculo de la resistencia
mecnica a las acciones externas, como una viga empotrada en una de sus
extremos.
La primera accin mecnica a tener en cuenta es la del viento.
Para ello deber aplicarse la NORMA NBE-AE-88 para Construcciones cilndricas
de baja rugosidad, sin olvidar el Factor elico 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, tambin debe
ser considerada la influencia del empuje del viento sobre estos elementos, de
acuerdo con la NORMA ya citada.
Un viento, aun siendo uniforme, puede dar lugar a empujes peridicos que pueden
establecer vibraciones que entren en resonancia con la frecuencia propia de la
estructura.
Este fenmeno debido a los llamados vrtices de Krmn, produce frecuencias de
vibracin que se deducen de la frmula de Blenk, Fuchs y Liebers:
, en la que:
: es la frecuencia de la vibracin producida por el viento, seg1
VV: la velocidad del viento, m/s
De: dimetro exterior de la chimenea, m
Para paliar este peligroso fenmeno, debern adoptarse
medidas, tales como envolver la parte superior de la chimenea
Sismos
De acuerdo con la NORMA NCSE-02, se tomarn las
precauciones adecuadas en su construccin.
Cimentacin
Atendiendo a las acciones citadas anteriormente, se definir la
cimentacin de la chimenea en funcin de estas y muy
particularmente de las condiciones geolgicas del terreno. Para
su clculo es aconsejable utilizar el sistema ofrecido por rea
de Clculo (ver Enlaces Externos).
Un punto importante en el diseo de la cimentacin es la unin
de esta con el conducto de humos y la parte cilndrica de la
chimenea. Esta unin debe realizarse mediante una zona de
transicin en la que se practiquen aberturas especialmente
diseadas para el entronque de la chimenea con la llegada de
los humos, as como para su inspeccin y limpieza por la parte
inferior.
En el caso de chimeneas de hormign armado, el entronque se
realizar segn las reglas del arte.
Se si trata de chimeneas metlicas, el entronque con la parte
metlica que deber realizarse en hormign armado, como la
cimentacin se efectuar mediante la introduccin en el
hormign del entronque de los pernos adecuados, en los que
atornillar la primera brida de la chimenea, reforzada con las
cartelas que los clculos aconsejen.
Tipos de Material de
Revestimiento Interior
De acuerdo con la composicin y temperaturas de los humos,
el interior de la chimenea deber revestirse con materiales
Anexo
Variacin de la Presin Atmosfrica con la Altura
La presin atmosfrica disminuye con la altura sobre el nivel del mar. Suponemos que
esta presin es igual a 760 mm Hg. En otras unidades, esta presin vale: P0=
1 atmsfera
101.330 Pascales = 101.330 N/m2
1,033 Kp/cm2 = 1,033 bares
10.333 mm c.a.
El valor de la presin nominal a una altura h valdr:
en la que:
Tc: temperatura de los humos en la coronacin de la
chimenea, C
T : temperatura de los humos en la base de la
chimenea, C
Ta: temperatura del aire ambiente, C
Dc: dimetro exterior mximo de la chimenea, m
H : altura de la chimenea, m
q : caudal de los gases, Kg/h
Cp: calor especfico de los humos, Kcal/Kg/C
de la pared de la chimenea
Bibliografa
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
Area de Clculo
Normativa
Real Decreto 997/2002, de 27 septiembre, por el que se aprueba la Norma de
Construccin Sismorresistente: Parte General y Edificacin (NCSR-02)
Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Cdigo Tcnico de la
Edificacin