¿Porqué se apagan las bombas?Las bombas de monitoreo personal han experimentado una evolución continua desde que las primeras bombas comerciales aparecieron en el mercado hace cinco décadas. Las primeras bombas eran muy simples. Tenían un pequeño rango de flujo dinámico, no compensaron los cambios en las cargas de muestra y no tenían ninguno de los "silbidos y campanas" disponibles en la actualidad. También eran bastante grandes, pesaban dos o tres veces más que las bombas comparables disponibles en la actualidad. Esencialmente, fueron diseñados para muestrear polvo de carbón en minas subterráneas de carbón, y no se consideraron otras aplicaciones industriales hasta la llegada de OSHA en 1970.
Un problema con las primeras bombas de monitoreo personal fue la falta de un sistema de control de flujo. Si se tomara una muestra de polvo (por ejemplo) en esos días, el caudal de la bomba a menudo se reduciría a medida que el filtro de la muestra se llenara de polvo recolectado y la resistencia del flujo a través del filtro aumentara posteriormente. NIOSH ofreció una regla de oro con respecto a las tasas de flujo; si el caudal cambiaba en más de un 25%, la prueba debía repetirse. Esto hizo que los primeros higienistas industriales tuvieran que verificar el flujo a mediodía y, a menudo, restablecerlo, lo que hacía que las matemáticas al final del día fueran bastante complejas. También causó que los muestreadores de tamaño de partículas, como los ciclones, cambien las características de separación durante la prueba, a medida que el caudal fluctuaba. La respuesta fue la llegada de las bombas de muestreo de control de flujo constante que aparecieron a fines de los años 70.
El control de flujo instantáneo en una bomba de monitoreo personal funciona como el control de crucero en un automóvil. A medida que el filtro de muestra (en nuestro ejemplo de polvo) se carga, y la tasa de flujo intenta caer, la bomba detecta el cambio de la tasa de flujo y acelera el motor de la bomba para compensar. Esta acción es similar a un automóvil que comienza a subir una pendiente, y el control de crucero que ajusta el acelerador mantiene la velocidad del automóvil. La mayoría de los modelos de bombas de monitoreo personal que se venden hoy tienen esta característica. Evita que el IH tenga que hacer un ajuste al mediodía. Hace que el muestreo de ciclones (y otros muestreos de tamaño de partículas) sea mucho más confiable, y aumenta la precisión general de las muestras de bombas personales al optimizar la precisión del volumen de aire recolectado.
Entonces, ¿por qué una bomba se apaga sola? La bomba de control de flujo constante típica mantendrá la velocidad de flujo dentro de +/- 5% del flujo establecido, sobre el rango de flujo de la bomba. (Algunos modelos hacen un reclamo más estricto de +/- 3% en el punto de calibración). Si la bomba no puede mantener el caudal, mostrará una condición de falla. Es decir, algo está causando que la tasa de flujo falle, y está más allá de la capacidad de la bomba para superarla. La mayoría de las bombas actuales mostrarán la condición de falla por un corto tiempo (por ejemplo, 60 segundos) y luego entrarán en un modo de retención de fallas donde la bomba se apaga. Esto hace dos cosas. En primer lugar, evita que una bomba funcione de forma descontrolada, intentando mantenerse al día con una trayectoria de flujo bloqueada, como una manguera de medios de muestra apretada y completamente cerrada. En segundo lugar, evita que el IH recopile datos incorrectos, donde el caudal no es correcto. El retraso (60 segundos en nuestro ejemplo) permite que una situación temporal se corrija (por ejemplo, el usuario se sienta en una silla y aprieta momentáneamente la manguera del medio de muestra). Hoy en día, algunos modelos de bomba intentarán un reinicio automático después de apagarse, como un medio secundario para continuar con una muestra donde el flujo de aire se ha interrumpido temporalmente.
Encontrar una bomba apagada por su sistema de falla puede ser desalentador si se pierde el tiempo de muestra, y la prueba debe ejecutarse nuevamente. Muchos modelos de bomba incluyen una lectura del tiempo de muestreo que se congelará cuando la bomba se detenga, y un tiempo de muestreo se puede recuperar en una bomba defectuosa. Esa característica puede evitar que una muestra sea desechada. Además, es mucho menos probable que las bombas que tienen una alta capacidad de contrapresión entren en una retención de fallas que las bombas que tienen una clasificación más baja. La especificación de contrapresión para un modelo de bomba es una indicación de su potencia para operar, muy similar a la potencia en caballos de potencia de un automóvil.
Entonces, ¿por qué mi bomba se apaga? Se apaga para evitar que un usuario recopile datos incorrectos. Si su bomba tiene otras características, como un reloj de tiempo de muestra, una alta capacidad de contrapresión y un reinicio automático, las muestras acortadas pueden minimizarse e incluso prevenirse.
Autor: Ron Roberson
https://www.sensidyne.com/Support%20Library/air%20sampling/Tech%20Corner/Tech%20Corner-Gilian/Why_Does_My_Pump_Shut_Off.pdf ... See MoreSee Less
¿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.
Un carro pequeño está tirando de un remolque pequeño que lleva cuatro bolsas de fertilizante. El trailer y su contenido pesan 500 lbs.
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.
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.
Filtros de polvo de PVC de 5 micras, 37 mm de diámetro.
Filtros de metales (p. Ej., Plomo) de MCEF de 0.8 micrones, 37 mm de diámetro.
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.
Cuanto más alta es la contrapresión, más difícil tiene que trabajar la bomba.
Las altas contrapresiones pueden acortar el tiempo de funcionamiento de la bomba al aumentar el consumo de la batería.
La contrapresión puede aumentar durante el muestreo de polvo a medida que los filtros se cargan de polvo.
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.
La contrapresión se lee con un manómetro como el que se incluye en el panel de diagnóstico de Gilian.
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 ... See MoreSee Less
¿Por qué se utilizan los fotómetros para probar el filtro de aire?La Sociedad Americana de Filtración y Separación (American Filtration & Separations Society) publicó en noviembre de 2018, este documento enviado por Tim Johnson, Ingeniero de Aplicaciones Senior de TSI . Publicado nuevamente con autorización de la AFS.
¿Por qué se utilizan fotómetros para evaluar filtros de aire?
Aunque los fotómetros no realizan conteo de partículas, ni miden la masa, ni dan resultados de tamaño de partículas (fraccional), son ampliamente utilizados como detectores para probar filtros de aire. ¿Por qué? La razón tiene tanto que ver con las limitaciones de otras técnicas como con las ventajas de usar fotómetros.
Todas las técnicas de conteo de partículas están limitadas por problemas asociados con la medición de altas concentraciones. La Concurrencia (detección de múltiples partículas al mismo tiempo) provoca un recuento insuficiente de partículas, y con los contadores ópticos de partículas también se producen errores de tamaño. Cuando se ignora la concurrencia, no es inusual que se reporten eficiencias negativas (penetraciones superiores al 100%). Para tener una concentración corriente abajo medible de un filtro, especialmente de un filtro de alta eficiencia, es deseable una alta concentración corriente arriba de un filtro. Cuando se mide con un contador de partículas, esto a menudo requiere el uso de un diluyente, o un largo tiempo de muestreo corriente abajo del filtro. Es importante recordar que debido a las diferentes técnicas de detección y los diferentes rangos de tamaño efectivo, los valores de eficiencia y penetración serán diferentes para las diferentes técnicas.
Los fotómetros miden la dispersión total de la luz y tienen un rango dinámico muy grande. Si bien, los fotómetros son muy sensibles a las bajas concentraciones, las altas concentraciones también se pueden medir fácilmente. Una alta concentración da como resultado una señal ascendente más grande. Dado que la penetración es una señal en sentido descendente dividida por la señal en sentido ascendente, tener una gran señal en sentido ascendente permite la medición de penetraciones más bajas (y eficiencias más altas). A las concentraciones de partículas que normalmente se utilizan al realizar pruebas con fotómetros, es posible obtener eficiencias de hasta cinco nueves (99,999%) y más. Además, estas pruebas se pueden realizar rápidamente y usarse en pruebas en línea de producción.
La medición de altas concentraciones con fotómetros también es una ventaja para las pruebas de carga. La carga de un filtro es importante cuando se trata de determinar la vida útil de un filtro. La carga a veces mejora la eficiencia del filtro, pero también puede tener el efecto contrario. Como esto puede ser diferente para diferentes tipos de partículas (gotas líquidas o partículas sólidas), material de medios (tejido o no tejido) y efectos de carga (como electrostática), se debe estudiar el comportamiento de carga y generalmente es parte de los criterios de certificación. .
La eficiencia del filtro de aire varía con el tamaño de partícula. De particular interés es la eficiencia en la región del MPPS (tamaño de partícula más penetrante, por sus siglas en inglés). Los probadores de filtro que usan fotómetros cómo detectores usan distribuciones de partículas polidispersas generadas por atomizadores como su fuente de partículas, y están en el rango de tamaño general del MPPS de los filtros de aire típicos. Este rango de tamaño también es similar a las distribuciones de tamaño de partículas ambientales al aire libre, por lo que las pruebas en este rango de tamaño dan una buena indicación de cómo funcionarán los filtros en el mundo real.
Como TSI Senior Applications Engineer Tim Johnson, Tim Johnson es responsable de la capacitación en instrumentos de partículas utilizados en la detección, dimensionamiento y medición de concentraciones de partículas en el aire. Él es un ex miembro de la junta de AFS y es instructor del curso de Fundamentos de Filtración de Aire. Es miembro activo de ASHRAE como miembro del Comité de Equipos de Eliminación de Contaminantes / Partículas Particulares y de la Sociedad de Ingenieros Automotrices, donde ha participado en el desarrollo de estándares de filtración para automóviles y motores de aviones. Es miembro de ISO / TC142, donde es un experto en WG3 (filtros de ventilación general) y es el coordinador de WG11 (limpiadores de aire de habitación portátiles para aplicaciones de confort). ... See MoreSee Less
