¿Por qué son importantes los sellos herméticos e impermeables al gas?
En este artículo se explica la importancia de sellar los ductos o conductos para detener el flujo de aire y gas potencialmente peligrosos. También explica algunos de los métodos para probar la impermeabilidad al aire o al gas de un sello.
La seguridad debería ser el objetivo principal de una estrategia de sellado efectiva. Por este motivo, una estrategia de sellado debe exigir que los conductos eléctricos y de comunicación se sellen en todos los ingresos del edificio para limitar la entrada de gases peligrosos como el monóxido de carbono, el metano y los hidrocarburos volátiles. A veces, el sellado es incluso obligatorio en zonas donde hay metano en el entorno subterráneo.
El monóxido de carbono es un gas tóxico y combustible que se genera durante la descomposición anaeróbica del aislamiento de los cables, así como también de otras fuentes. Ha habido casos en los que las altas concentraciones obligaron a evacuar edificios enteros. El monóxido de carbono es mortal, tiene un gran rango de inflamabilidad y favorece los eventos de combustión.
Un buen protocolo de sellado de conductos mejora la calidad del aire interior. Los sellos de los ductos evitan que los alérgenos y otras sustancias químicas y contaminantes del exterior entren en los edificios. Estos irritantes invisibles, pero persistentes, pueden hacer la vida imposible y, con el tiempo, causar problemas de salud a largo plazo.
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¿Qué es lo que estipula el código?
La sección 322.B.4 del National Electrical Safety Code [NESC, Código Nacional de Seguridad Eléctrica] establece que:
La sección de un conducto instalado a través de la pared, piso o techo exterior de un edificio, tendrá sellos dentro del conducto y sellos externos en la superficie exterior del conducto, en el punto de entrada a la edificación, para limitar la probabilidad de que ingrese gas a la edificación. El uso de sellos puede ser complementado con dispositivos de ventilación de gas para minimizar la acumulación de presiones de gas positivas en el conducto.
Mientras que son varios los códigos eléctricos que describen el sellado de conductos o canaletas contra la humedad, el NESC es específico sobre el sellado de gases por razones de seguridad. La idea es evitar que el aire y los gases pasen del exterior al interior del edificio y de una habitación a otra.
¿Cuánta presión de gas debe soportar un sello?
Los gases están formados por moléculas pequeñas en constante movimiento. Estas moléculas se siguen moviendo y chocan entre sí. Al aumentar la presión, hay cada vez más y más moléculas que se mueven en el mismo espacio. Estas moléculas ejercen una fuerza de repulsión y se empujan unas a otras. El gas se expande constantemente para llenar un volumen. Si puede, el gas se expandirá para fluir a través de un conducto y entrar en un edificio. Es por eso que, incluso un pequeño diferencial de presión puede tener mucha fuerza. El aire es solo una mezcla de gases, pero es el ejemplo más práctico de este fenómeno. Una cúpula inflada es un buen ejemplo de esta fuerza. La presión de aire interior solo tiene que ser ligeramente superior a la exterior, una diferencia de 0.00025 bar (0.0036 psi), para mantener la cúpula en su sitio.
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La diferencia de presión entre la atmósfera exterior y el interior del edificio es mínima. Para ser eficaz, el sello del edificio no tiene que mantener un alto diferencial
de presión. Para ser impermeable al gas, el sello simplemente debe retener el gas (aire) por completo, sin puntos de fuga.
¿Cómo saber cuándo un sello es hermético e impermeable al gas?
La prueba de presión neumática es similar a la prueba hidrostática y es una buena manera de poner a prueba un sello de gas robusto. Las pruebas hidrostáticas se realizan para comprobar los altos niveles de presión estática (ejercida) que pueden producirse en los sistemas subterráneos. La configuración para las pruebas neumáticas es la misma, salvo que se elimina el agua. La presión del aire (u otro gas) se ejerce directo contra el sello.
En este sistema, se completa el sello del ducto y se añade la presión del gas, que se mide con un manómetro. La filtración de gas se puede detectar a través de la pérdida de presión en el lado presurizado del sello, o al detectar el flujo de gas mediante un manómetro por medio del otro extremo del sello. Se puede detectar el flujo de gas con un globo o por la presencia de burbujas de gas con el sistema sumergido bajo el agua.
Los sellos de ductos bien diseñados pueden soportar un nivel importante de presión. A continuación se muestran los resultados de varias pruebas.
Sello de polímero de celdas cerradas
Los sellos de ductos bien diseñados pueden soportar un nivel importante de presión. A continuación se muestran los resultados de varias pruebas.
Sello mecánico
Los resultados de las pruebas muestran que estos son sellos resistentes que soportan altas presiones. La presión de los neumáticos de los automóviles suele ser de 32 a 35 psi y estos sellos especiales para ductos pueden soportar una fuerza similar. Esto es mucho más alto de lo que se suele necesitar para crear un sello de ducto hermético de conformidad con el código.
Flujo de aire vs. presión del aire
A veces, el objetivo es minimizar el paso del gas, pero permitir cierta ventilación del mismo. En este caso, lo que desea comprender es el gas que fluye por el sello.
La presión del aire es la medida de la fuerza aplicada a un área. En las pruebas de sellado neumático, el sello se somete a una presión de gas medida en fuerza por área: psi (libras por pulgada cuadrada) o bar (106 dinas por centímetro cuadrado). Si es necesario ventilar el sello, la medición del flujo de gas se vuelve interesante. El flujo es la medida del volumen de gas en el tiempo. El flujo se mide en scfm (pies cúbicos estándar por minuto) o m3/min (metros cúbicos por minuto).
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Restricción y medición del flujo de aire
Si el sello requiere de una función de ventilación de gas, es posible medir los cambios en el índice del flujo de aire. Se ha desarrollado un aparato de prueba que utiliza una fuente de aire comprimido con presión ajustable que conduce a un sello de ducto en un extremo. En el otro lado del ducto se conecta un flujómetro para medir el índice estándar de flujo.
La presión de aire entrante puede variar de .3 a 2 bar (5 a 30 psi) en incrementos de .34 bar (5 psi), y se registra el flujo de aire resultante.
En esta prueba, se utilizó una sección vacía de un conducto de 50 mm (2 pulg.) para registrar un índice de flujo de referencia. Todas las pruebas se realizaron en el mismo tamaño: un conducto de 50 mm (2 pulg.). Se instaló un sello hermético con un tubo de 6.4 mm (¼ pulg.) para restringir el flujo de aire, pero permitir cierta ventilación.
Además, se probaron espumas de celda abierta. La estructura de la celda de este polímero permite el paso de un poco de gas y agua bajo presión. A veces este tipo de espumas se utilizan para restringir o filtrar las partículas de agua o de aire. Se instalaron dos profundidades diferentes de sellos de espuma de celda abierta en el conducto. Se pueden ver los datos en el Gráfico 1.
Gráfico 1: Flujo de aire vs. presión del aire para varios sellos de restricción
A mayor presión, mayor flujo. Es posible restringir aún más el flujo al reducir el diámetro del tubo dentro del sello cerrado. También es posible utilizar tecnologías especiales de polímeros de celda abierta para restringir el flujo de aire. En este caso, el flujo puede restringirse por el diseño del material y por la profundidad del sello.
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La ciencia detrás del sellado
Existen soluciones para sellar los gases y soportar las altas presiones. También es posible diseñar elementos de flujo en el sello. Determine cuáles son sus requisitos. ¿Cuáles son los problemas de seguridad? ¿Qué tipos de gases hay? ¿Cuánta presión se necesita soportar? Una vez que decida colocar un sello, asegúrese de que está utilizando la solución de sellado adecuada. Considere el diseño y revise los resultados de las pruebas.