Pruebas de campo de los ventiladores de los colectores de polvo: caudal de aire, presión, velocidad y potencia

A ventilador del colector de polvo puede funcionar a una velocidad constante y, aun así, dejar a la planta sin una respuesta convincente a una pregunta básica: ¿qué está aportando realmente el ventilador al sistema instalado en este preciso momento? Curvas de la placa de características Describir un ventilador de forma aislada, no un ventilador acoplado a una red de conductos específica, un conjunto de filtros y un conjunto de sensores activos. Cuando el director de una planta o un contratista EPC necesita confirmar el tiro, la captación o el rendimiento energético en relación con una condición de diseño, esa respuesta debe proceder de una prueba de campo realizada en torno a un punto de funcionamiento estable, y no de un número de catálogo o de una única lectura de un manómetro tomada de forma aislada.

La prueba de campo debe determinar el régimen de funcionamiento del ventilador una vez instalado

Servicio en activo es la combinación del caudal de aire, la presión, la velocidad del ventilador y la potencia eléctrica que este genera frente al sistema de conductos, los filtros y los reguladores de tiro conectados a él en un momento dado. Ninguno de estos cuatro valores describe por sí solo el rendimiento. El caudal de aire sin una lectura de presión no indica si el ventilador está funcionando contra la resistencia para la que se diseñó el sistema. La presión sin caudal de aire no indica si el material se desplaza por los conductos a una velocidad suficiente para su transporte o captura. La velocidad sin potencia no indica si el ventilador está funcionando cerca de su punto nominal o si se ha desviado hacia una zona en la que la eficiencia o la carga mecánica difieren de los supuestos de diseño.

Por eso las cuatro lecturas deben proceder del mismo punto de funcionamiento estable. Si se registra el caudal de aire mientras se ajusta un regulador, o si se registra la potencia durante una situación transitoria de arranque, los cuatro valores ya no describen una única condición de funcionamiento, sino que describen cuatro momentos diferentes en un sistema cambiante, y cualquier comparación basada en ellos está comparando condiciones que nunca coexistieron. Un punto estable significa que la configuración de los conductos, las posiciones de los reguladores de tiro y los sensores de proceso son fijos y no varían durante el tiempo que duran las lecturas, de modo que el caudal de aire, la presión, la velocidad y la potencia son observaciones genuinamente simultáneas de un único estado físico.

La consecuencia práctica para el comprador es que un plan de pruebas de campo debe especificar cómo se evaluará la “estabilidad” antes de que comiencen las pruebas. Si el proceso de producción activa y desactiva los captadores de forma cíclica, o si la carga de la tolva modifica la resistencia del sistema a lo largo de un turno, la ventana de prueba debe elegirse de tal forma que el punto de funcionamiento no varíe durante la recopilación de datos. Cuando el sistema instalado incluye varios puntos de recogida que no están todos activos a la vez, el régimen probado solo se aplica a la configuración de recogida que estaba activa durante la prueba; una combinación diferente de colectores abiertos cargará el ventilador de forma distinta y necesitaría su propia prueba si también es necesario verificar esa configuración.

El requisito de esta sección —un punto de funcionamiento, cuatro lecturas simultáneas— es la base sobre la que se sustenta el resto de la prueba de campo. Cada punto de medición, rango del instrumento y registro de configuración que se indica a continuación tiene como finalidad garantizar que ese único punto de funcionamiento sea justificable y repetible.

Ubicaciones de medición del caudal y la presión, y estado de los instrumentos

Los valores de caudal y presión solo tienen sentido cuando el lector sabe dónde se han medido, con qué instrumento y en qué condiciones de flujo. Una lectura de presión tomada inmediatamente después de un codo o una transición en el conducto refleja tanto la turbulencia local como la evolución real de la presión estática del ventilador, y una lectura del caudal tomada demasiado cerca de una compuerta o de la entrada de una derivación puede dar una imagen errónea del perfil de velocidad a lo largo de la sección transversal del conducto. Acordar los puntos de medición antes de realizar las pruebas —en lugar de elegir cualquier punto que resulte físicamente conveniente durante la prueba— es lo que hace que los datos resultantes sean comparables con un punto de funcionamiento de diseño o con una nueva prueba posterior.

El rango de medición de un instrumento es importante porque un sensor que funciona cerca del límite inferior o superior de su rango de trabajo no ofrece la misma fiabilidad en la medición que uno que funciona en su rango medio. Un manómetro seleccionado para un rango mucho mayor que el que realmente produce el sistema mostrará una lectura, pero el lector no tendrá ninguna base para juzgar cuánta confianza debe depositar en las pequeñas diferencias que son importantes para la resolución de problemas. La misma lógica se aplica a los caudalímetros: un instrumento cuyo rango no se ajusta bien a la velocidad prevista en el conducto puede seguir arrojando un valor, pero ese valor tiene un peso probatorio diferente al de uno obtenido dentro del rango previsto del instrumento.

El estado de la calibración es una cuestión relacionada, pero distinta. Un instrumento puede estar correctamente ajustado para la aplicación y, aun así, estar descalibrado, y una lectura obtenida con un instrumento sin calibrar carece de fundamento, independientemente del cuidado con el que se haya elegido el lugar de medición. Cuando el resultado de una prueba se vaya a utilizar para tomar una decisión de configuración —ajustar un regulador, solicitar un cambio en la velocidad de un ventilador o dar por bueno que un sistema cumple con su función de diseño—, el registro de calibración de cada instrumento utilizado debe estar disponible junto con la propia lectura.

El perfil de flujo es el factor que determina la relación entre la ubicación y la elección del instrumento. El flujo en los conductos cerca de codos, transiciones o compuertas rara vez es uniforme a lo largo de la sección transversal, y una lectura en un único punto dentro de un perfil no uniforme no representa el mismo caudal volumétrico que mostraría una lectura tomada en un tramo recto y completamente desarrollado. ISO 10780, que aborda la medición de la velocidad y el caudal volumétrico de las emisiones de fuentes fijas, constituye una referencia relevante para comprender por qué la ubicación de la medición y el perfil de flujo se consideran parte del método de ensayo y no meros detalles secundarios; no obstante, el método específico y los valores de aceptación de dicha norma deben consultarse directamente antes de citarlos para un ensayo concreto. Cuando se sabe que el perfil de flujo en el único punto de medición disponible es no uniforme, resulta necesario aplicar un método de corrección acordado, y un valor corregido nunca debe considerarse intercambiable con uno sin corregir, a menos que se haya aplicado el mismo método de corrección a ambos.

Valores de velocidad y potencia en el mismo punto de funcionamiento

La velocidad del ventilador y la potencia eléctrica deben registrarse en el mismo instante que las lecturas de caudal de aire y presión, ni antes ni después de un ajuste del regulador, un cambio en el proceso o una variación de la carga en la línea a la que da servicio el ventilador. La velocidad describe la rapidez con la que gira el ventilador; la potencia describe la cantidad de energía eléctrica que consume el motor para mantener esa velocidad frente a la resistencia del sistema al que está conectado. Si se interpretan por separado, un valor de velocidad por sí solo no puede indicar si el ventilador está funcionando cerca del punto previsto en su curva de rendimiento, y un valor de potencia por sí solo no puede indicar si un cambio en el consumo refleja un cambio en la resistencia, un cambio en el caudal de aire o, simplemente, una posición diferente del regulador de tiro.

La razón por la que la simultaneidad es importante en este caso es de carácter mecánico, no procedimental. La relación entre la velocidad y la potencia de un ventilador depende de la resistencia que presenta el sistema en ese momento. Si la resistencia del sistema de conductos cambia —ya sea porque se ha cambiado la posición de una compuerta, se ha cargado un filtro de forma diferente o se ha abierto o cerrado una toma de aire—, el ventilador se estabilizará en un punto diferente de su curva, con una relación diferente entre velocidad, potencia, caudal de aire y presión. Medir la velocidad en un momento dado y la potencia unos minutos más tarde, después de que cualquiera de estas condiciones haya cambiado, da como resultado dos valores que ya no corresponden al mismo punto de funcionamiento físico, aunque ambos se hayan medido correctamente en su contexto respectivo.

Esto tiene una consecuencia directa en cómo debe secuenciarse una prueba de campo. Si el plan de prueba requiere ajustar un regulador o la velocidad de un ventilador entre lecturas, las lecturas tomadas antes y después del ajuste representan dos puntos de funcionamiento distintos, y cada uno necesita su propio conjunto completo de valores de caudal de aire, presión, velocidad y potencia; mezclar una lectura de caudal de aire previa al ajuste con una lectura de potencia posterior al ajuste daría lugar a una representación errónea del rendimiento en cualquiera de las dos condiciones. Cuando la potencia eléctrica se mide en el motor, en lugar de deducirse a partir de los datos de la placa de características, dicha medición debe registrarse con la misma marca de tiempo que las lecturas mecánicas, con suficiente solapamiento en el método de registro para que un auditor que revise la prueba posteriormente pueda confirmar que los cuatro valores describen realmente un momento concreto, en lugar de una condición promediada o interpolada.

Resistencia documentada, estado del filtro y posiciones del amortiguador

La configuración instalada en el momento de la prueba es lo que da sentido a las cuatro lecturas. Un mismo ventilador, medido a la misma velocidad, puede mostrar valores diferentes de caudal de aire y presión dependiendo de si los filtros del colector de polvo están limpios o sucios, de qué compuertas están abiertas y de qué puntos de aspiración están extrayendo aire en ese momento. Sin un registro de estas condiciones, el resultado de una prueba de campo es una cifra sin contexto: no se puede comparar con una carga nominal de diseño, con una prueba anterior ni con una futura repetición de la prueba, ya que el lector no tiene forma de saber si una diferencia en los resultados refleja un cambio real en el sistema o simplemente un estado diferente del filtro o una posición distinta de la compuerta.

El estado de los filtros afecta directamente a la resistencia: un colector de polvo que funciona con filtros muy sucios presenta más resistencia al ventilador que el mismo colector con filtros recién limpiados, y las lecturas de caudal, presión y potencia del ventilador reflejarán esa diferencia, aunque no haya cambiado nada más en el sistema. Un resultado de prueba obtenido sin tener en cuenta el estado de los filtros deja sin resolver la cuestión de si una lectura de caudal inferior a la esperada refleja un problema del ventilador o de los conductos, o si simplemente refleja en qué punto del ciclo de acumulación de polvo y limpieza se encontraban los filtros en ese momento.

La posición de los reguladores y la configuración de las tomas activas funcionan de la misma manera. Un sistema de conductos con múltiples ramificaciones y reguladores puede presentar una resistencia total muy diferente dependiendo de qué ramificaciones estén abiertas y en qué medida, y un colector de polvo que dé servicio a múltiples puntos de recogida a lo largo de una línea de producción mostrará una carga de trabajo diferente dependiendo de qué tomas estén activas. Si la prueba de campo pretende representar una condición de diseño específica —todas las tomas activas, o un subconjunto concreto en funcionamiento durante una etapa específica del proceso—, es necesario registrar esa configuración de forma explícita, ya que la misma velocidad del ventilador con una configuración de tomas diferente no reproducirá el mismo caudal de aire ni la misma distribución de presión en todo el sistema.

Este registro cobra mayor importancia cuando es necesario cotejar los resultados de las pruebas con una carga acordada o compararlos con una nueva prueba realizada posteriormente tras haber realizado algún ajuste. Un resultado registrado sin indicar el estado del filtro, las posiciones de los reguladores de caudal y la configuración activa de los sensores no puede reproducirse de forma fiable, y cualquier discrepancia aparente entre dos pruebas realizadas en momentos diferentes no puede atribuirse exclusivamente a un cambio real en el ventilador o en el sistema, sino que también podría deberse a una diferencia en la configuración de la instalación en el momento de cada prueba.

Conciliación de los resultados de campo con el arancel acordado

La conciliación de una prueba de campo con un punto de funcionamiento acordado comienza por confirmar que las cuatro lecturas —caudal de aire, presión, velocidad y potencia— se registraron efectivamente en un único punto de funcionamiento estable, ya que una desviación observada en uno solo de estos valores no puede interpretarse sin los otros tres correspondientes al mismo instante. Cuando las lecturas no corresponden claramente a un único punto estable, la primera tarea no es explicar la desviación, sino determinar si la propia prueba ha arrojado un resultado válido.

Una vez confirmado el punto de funcionamiento, es necesario examinar con el mismo rigor la base de medición antes de extraer cualquier conclusión sobre el ventilador o el sistema. Un caudal de aire medido que se sitúe por debajo del rendimiento acordado podría deberse a un rango de medición insuficiente, a un instrumento sin calibrar, a un perfil de flujo no uniforme en la ubicación elegida o a un método de corrección aplicado de forma inconsistente, en lugar de a un déficit real en el rendimiento del ventilador. Atribuir una desviación al ventilador, al diseño del conducto o al colector de polvo antes de haber comprobado esta base conlleva el riesgo de realizar un ajuste mecánico para lo que, en realidad, es un problema de medición.

Una vez establecida la base de medición, la configuración instalada se convierte en el siguiente punto de comparación. Un resultado de prueba que difiera de una curva de fábrica o de los datos nominales de la placa de características no es automáticamente indicio de un rendimiento inferior: la curva de fábrica describe el ventilador de forma aislada, no el ventilador acoplado al sistema de conductos real, al estado del filtro, a las posiciones de los reguladores de tiro y a la configuración de la toma de aire registrados durante la prueba. La comparación que importa es la que se realiza entre el resultado de campo actual y, bien, un resultado de campo anterior obtenido en una configuración equivalente, bien un punto de funcionamiento acordado que se haya establecido a su vez en condiciones de campo y no en condiciones de fábrica.

Cuando se confirma una desviación real y se está considerando un ajuste de la configuración o de la velocidad, dicho ajuste debe mantenerse dentro de los límites aplicables al motor, al ventilador, al colector de polvo, a los conductos y al proceso al que da servicio el sistema: un aumento de la velocidad que mejore el flujo de aire en un punto de toma puede hacer que un motor supere su carga nominal o aumentar la resistencia en otro lugar de una forma que el diseño original no había previsto. Este es también el momento en el que vuelve a cobrar relevancia la información específica del proyecto facilitada para la revisión de la configuración original del sistema: el trazado de los conductos, los requisitos de toma de aire y la selección de filtros que sirvieron de base para que Porvoo… equipos de captación de polvo y de control de la contaminación atmosférica Las dimensiones originales son los mismos parámetros que determinan qué ajuste es razonable sin tener que volver a revisar el diseño.

Cualquier ajuste realizado sobre esta base requiere una configuración documentada «antes y después», que incluya las posiciones de los amortiguadores, el estado de los filtros y los sensores activos, de modo que la nueva prueba pueda compararse con un punto de partida conocido y no con uno supuesto. Cuando el ajuste modifique más de una de estas condiciones a la vez, la nueva prueba deberá aislar lo que ha cambiado lo suficiente como para que el lector pueda determinar qué parte del ajuste ha influido en qué parte del resultado.

Preguntas frecuentes

Q: ¿Puede una placa de características del ventilador o una curva de fábrica servir como resultado de la aceptación en campo?
A: No. El informe de aceptación debe basarse en el caudal de aire, la presión, la velocidad del ventilador y la potencia eléctrica medidos en el mismo punto de funcionamiento estable del sistema instalado, junto con el estado del filtro, las posiciones de los reguladores de tiro, la configuración de los conductos y los sensores activos.

Q: ¿Por qué no deberían tomarse los valores de caudal, presión, velocidad y potencia en diferentes condiciones de ensayo?
A: Las lecturas de diferentes estados no indican un valor fijo. Estabiliza el sistema y registra los cuatro valores para la misma configuración, de modo que no se confunda una desviación con un cambio en los amortiguadores, los filtros, la resistencia o los sensores activos.

Q: ¿Qué hay que comprobar antes de atribuir una desviación al sistema de conductos o al filtro?
A: En primer lugar, confirme los parámetros de medición: ubicaciones, rangos de los instrumentos, estado de la calibración, perfil de caudal y cualquier método de corrección acordado. A continuación, compruebe la configuración instalada registrada antes de determinar cuál ha sido la causa de la diferencia.

Q: ¿Se pueden comparar los resultados tras un cambio en la posición de la válvula de regulación o en el estado del filtro?
A: Sí, como comparación documentada del «antes» y el «después». Registra cada configuración y recopila un nuevo conjunto completo de lecturas en un punto de funcionamiento estable, en lugar de combinar los valores de los dos estados.

Q: ¿Cuándo debe realizarse una nueva prueba tras un ajuste?
A: Proceda únicamente después de haber comprobado que el cambio propuesto se ajusta a los límites aplicables del motor, el ventilador, el colector, el conducto y el proceso. Conserve las lecturas y la configuración originales, documente el cambio y vuelva a comprobar la configuración revisada en un punto de funcionamiento estable.