¿Qué es la contrapresión?

Cuando una bomba está trabajando para mover el aire, debe superar las fuerzas que resisten el movimiento del aire. Estas fuerzas incluyen elementos como la gravedad y la densidad del aire, la fricción interna de la bomba/motor, la resistencia causada por la longitud y el diámetro de la manguera utilizada y la resistencia causada por cualquier medio por el que atraviesa el aire, como los filtros o los absorbentes químicos. La suma total de todas estas fuerzas se llama contrapresión, y es una medida de la fuerza con la que tiene que trabajar la bomba. Cada vez que una bomba está funcionando, siempre está funcionando contra algún nivel de contrapresión. En el caso de las bombas de monitoreo personal, algunas de estas resistencias son constantes de una muestra a otra, como el tamaño de la manguera y la fricción interna. Pero el componente que puede cambiar significativamente de una muestra a otra es el medio de muestra, cuya resistencia puede ser bastante diferente de un tipo de medio a otro.

¿Cómo afecta la contrapresión a una bomba de monitoreo personal?

Una bomba de monitoreo personal tiene que trabajar contra cantidades variables de contrapresión, y en algunos casos tiene que trabajar más que otros. Considera los siguientes ejemplos.
  1. Un carro pequeño está tirando de un remolque pequeño que lleva cuatro bolsas de fertilizante. El trailer y su contenido pesan 500 lbs.
  2. El mismo carro pequeño está tirando de un remolque que sostiene un bote de placer de tamaño mediano. El remolque y el barco juntos pesan 2500 libras.
  3. El mismo carro pequeño está tirando de un remolque de viaje grande. El peso del remolque es de 5000 libras.
En los tres ejemplos anteriores, el coche pequeño se encarga de tirar de remolques de tres tamaños diferentes. El auto tiene que trabajar más para tirar del bote que para jalar el pequeño remolque utilitario, y aún más para jalar el remolque de viaje. Conocemos las dificultades relativas, porque conocemos los pesos de los remolques. Una bomba de monitoreo personal está trabajando para mover el aire contra la contrapresión causada por la resistencia de los medios captura de muestra. La bomba es como el coche en los ejemplos anteriores. Los diferentes tipos de medios captura de muestreo con resistencia variable al flujo son como los remolques. Cuanto más pesado es el remolque, más difícil tiene que trabajar el auto. Cuanto mayor sea la contrapresión, más difícil será el trabajo de la bomba.

¿Qué hace que los tipos de medios de muestra tengan diferentes contrapresiones?

El nivel de contrapresión de un tipo de medio de muestra está directamente relacionado con su resistencia al flujo de aire. Considere nuestros tres tipos de filtro más populares enumerados a continuación.

  1. Filtros de polvo de PVC de 5 micras, 37 mm de diámetro.
  2. Filtros de metales (p. Ej., Plomo) de MCEF de 0.8 micrones, 37 mm de diámetro.
  3. Filtros de amianto de 0,8 micras MCEF, 25 mm de diámetro.

Las descripciones de los filtros suelen proporcionar tres datos. Estos son el material de membrana, el tamaño de poro en micras (es decir, micrómetros, abreviados como μ m) y el diámetro en milímetros (mm). El tamaño de los poros representa el tamaño típico de los poros (los orificios) en el material. La membrana de PVC con tamaño de poro de 5 micrones tiene poros mucho más grandes que el material MCEF a 0,8 micrones. Como es de esperar, cuanto menor sea el tamaño de los poros, mayor será la resistencia al flujo y, por lo tanto, mayor será la contrapresión. Además, cuanto menor sea el diámetro, mayor es la resistencia al flujo y la contrapresión. Los tres filtros enumerados anteriormente se enumeran en el orden de aumento de la contrapresión. El filtro de polvo con el tamaño de poro grande y el diámetro grande produce la contrapresión más baja. El filtro de metales tiene el mismo diámetro, pero su tamaño de poro más pequeño lo hace más restrictivo y le da una contrapresión más alta que el filtro de polvo. El filtro de asbesto tiene el mismo tamaño de poro que los metales.

Filtro, pero su menor diámetro produce una contrapresión mayor.

¿El caudal también afecta el nivel de contrapresión?

Cuanto más rápidos sean los flujos de aire, más difícil será superar la resistencia en los medios de muestreo. A medida que aumenta la velocidad de flujo, la contrapresión también aumentará. Considera este ejemplo. Estás caminando por la playa de Clearwater en el borde de las olas en la arena dura. Te metes a correr y empiezas a correr a lo largo de la orilla del agua. En este punto la vida es bastante buena. Ahora vamos a añadir un poco de contrapresión. Entra en el agua hasta llegar a tus residuos y camina en paralelo a la playa en el agua residual. Es mucho más difícil caminar que sobre la arena dura. Ahora trata de romper en un trote. Encontrarás que correr en aguas residuales profundas es prácticamente imposible. La resistencia del agua aumentó a medida que intentaba aumentar su velocidad.

¿Cómo medimos la contrapresión en aplicaciones de bombas de monitoreo personal?

La ciencia nos ha dado un método práctico para medir la contrapresión. Hacemos uso de una propiedad natural del aire (o cualquier medio gaseoso). A diferencia de un sólido o líquido, el aire puede comprimirse en recipientes de alta presión como botellas SCBA. También se puede descomprimir produciendo un área de baja presión, y esta es la propiedad que nos permite medir el nivel de contrapresión en nuestro sistema de muestreo. Para realizar esta medición, accedemos a la línea de muestra que conecta el medio de muestra a la bomba, y agregamos un dispositivo llamado manómetro (consulte la figura).

A medida que la bomba extrae aire contra la resistencia del medio, produce un área de baja presión dentro de la línea de muestra. Cuanto mayor sea la contrapresión, menor será la presión de aire en la línea de muestra. El manómetro puede informar un nivel de contrapresión midiendo la extensión del área de baja presión dentro de la línea de muestra. Los manómetros más antiguos hicieron esta medición al desplazar el agua en un tubo en forma de “U”, por lo que los manómetros que utilizamos hoy informan el nivel de contrapresión en pulgadas de agua. Cuanto mayor sea el número, mayor será la contrapresión.

¿Qué nos dice esta medida de contrapresión?

La medición de contrapresión nos puede indicar si nuestra bomba funciona correctamente o si la tarea de muestreo está dentro de la capacidad de operación de la bomba. Todas nuestras bombas Gilian tienen especificaciones de caudales en comparación con las contrapresiones que nos indican la carga máxima que la bomba soportará durante ocho horas. Una medición de la contrapresión de un cartucho de filtro específico a un caudal específico junto con las especificaciones de la bomba puede darnos una idea de cuánto tiempo puede funcionar la bomba en esas condiciones. Esto se puede usar para determinar la velocidad de flujo adecuada antes de tiempo y evitar que una bomba se descomponga prematuramente en el campo.

Por ejemplo, supongamos que estamos muestreando asbestos utilizando una bomba GilAir 5. Hemos estado muestreando a 2 litros por minuto (LPM) sin problemas, pero nos gustaría aumentar el caudal para obtener un mayor volumen de muestra. ¿Podemos muestrear a 5 LPM? La tabla de especificaciones de la bomba en el catálogo de Gilian enumera una contrapresión máxima para el GilAir 5 a 5 LPM a 8 pulgadas de agua por ocho horas de funcionamiento. Un gráfico de contrapresión para este tipo de filtro aparece en el catálogo y muestra una contrapresión de 30 pulgadas de agua a 5 LPM. Obviamente, la bomba no puede funcionar a ese nivel de contrapresión. Sin embargo, al usar las dos tablas, podemos ver que la bomba puede manejar hasta 18 pulgadas a 4 LPM y 23 pulgadas a 3 LPM durante ocho horas y que la contrapresión del filtro cae a 25 pulgadas a 4 LPM y 18 pulgadas a 3 LPM. De esto podemos concluir que la bomba manejará el casete a 3LPM, pero probablemente no a 4 LPM. Recuerde también que la contrapresión del filtro aumentará a medida que el filtro acumule polvo en el aire, por lo que la contrapresión aumentará en cierta medida durante la muestra. Concluimos que podemos muestrear a 3 LPM, pero probablemente no más alto. También podemos ver en las tablas de catálogo que la bomba personal Gilian HFS 513 manejará presiones de retroceso más altas y permitirá un flujo un poco más alto, y podemos entender por qué el muestreo de depuración de asbesto a 10 LPM y más requiere las bombas de tipo estacionario Gilian Aircon.

Cuando usamos un tipo de filtro que no está cubierto en la tabla, podemos determinar la contrapresión usando el panel de Diagnóstico de Gilian, que incorpora un manómetro. Con el panel de diagnóstico de Gilian también podemos probar la capacidad de la bomba para compensar los cambios en la contrapresión. Las bombas Gilian utilizan un circuito de control de flujo que compensa los aumentos en la contrapresión, como ocurre en el muestreo de polvo cuando el filtro se carga con polvo. Al simular las contrapresiones altas y bajas, el panel se puede utilizar para demostrar que la bomba mantendrá su caudal dentro de la especificación de control de flujo de +/- 5%.

Conclusión y Revisión

Las bombas de monitoreo personal siempre deben funcionar contra un cierto nivel de resistencia que conocemos como contrapresión. Al medir y comprender la contrapresión, podemos cuantificar la capacidad de funcionamiento de la bomba.

Recuerda los siguientes puntos.

  1. Cuanto más alta es la contrapresión, más difícil tiene que trabajar la bomba.
  2. Las altas contrapresiones pueden acortar el tiempo de funcionamiento de la bomba al aumentar el consumo de la batería.
  3. La contrapresión puede aumentar durante el muestreo de polvo a medida que los filtros se cargan de polvo.
  4. La contrapresión aumenta a medida que aumenta el caudal. Un caudal más lento puede aumentar el tiempo de funcionamiento de la bomba en situaciones de alta contrapresión.
  5. La contrapresión se lee con un manómetro como el que se incluye en el panel de diagnóstico de Gilian.
  6. La contrapresión excesiva puede hacer que una bomba entre en su modo de falla y se apague prematuramente.
Para obtener información sobre las especificaciones de contrapresión para modelos de bomba Gilian individuales, consulte el Catálogo de muestreo de aire Gilian.
Rincón Tecnológico
Ron Roberson, Gerente Técnico e Higienista Industrial Corporativo
 

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