EQUIPO DE CONTROL DE PARTÍCULAS

Es necesario determinar cierto número de factores antes de poder hacer una apropiada selección del equipo

de colección:

las propiedades físicas y químicas de las partículas

el intervalo de las concentraciones de partículas que se podrían esperar (cargas de polvo)

el intervalo de la tasa de flujo volumétrico de la corriente del gas

la temperatura y presión de la corriente de flujo

la humedad

la naturaleza de la fase gaseosa como por ejemplo las características de solubilidad y corrosividad.

A. Cámara de sedimentación por gravedad

Emplean la fuerza gravitacional para remover las partículas. Para ello, la velocidad de sedimentación debe

ser mayor de aproximadamente 13 cm/s. en general, esto se aplica a partículas mayores de 50 mm, si la

partícula tiene baja densidad, y tan bajas como 10 mm si el material es razonablemente denso. Partículas

todavía más pequeñas rquerirían excesivas distancias de flujo, lo que llevarí8a a volúmenes excesivos de las

cámaras.

Para que una cámara impida el rearrastre de las partículas asentadas, la velocidad del gas deberá ser

uniforme y relativamente baja (< a 300 cm/s, y de preferencia, < a 30 cm/s)

El tamaño mínimo de la partícula que se puede eliminar con un 100 por ciento de eficiencia se puede

determinar considerando el tiempo requerido para que una partícula de tamaño dp caiga una distancia H, y

escape en consecuencia de la corriente de gas, que deberá ser igual o menor que el tiempo requerido para

moverse horizontalmente una distancia L. para el tamaño mínimo de la partícula que se pueda remover en un

100%, estos dos tiempos serán iguales.

Se supone que todas las partículas pasan por la cámara a la velocidad del gas V. para incluir el diámetro de

la partícula, dp, es necesario relacionar dp con la velocidad Vt de sedimentación.

Q: Tasa de flujo volumétrico y W: ancho de la cámara.

Conociendo V, H, L, Q y W se puede calcular Vt. Este valor se utiliza para encontrar el tamaño de la

partícula con esta velocidad Terminal. Este valor de dp deberá ser un cálculo aproximado del tamaño

mínimo de la partícula retenida con una eficiencia de colección del 100 %.

Como una primera aproximación en la estimación del tamaño mínimo de la partícula con una separación del

100%, es aceptable emplear la ley de Stokes.

Se ve que el tamaño mínimo de la partícula removida con una eficiencia mínima del 100%, se hace menor

reduciendo geométricamente el valor de H/L (>L, <H)

Para tamaños de partículas por debajo de las suministradas por esta ecuación, la eficiencia fraccionaria de

colección para un tamaño dado de la partícula se puede estimar para el flujo uniforme del ducto por la

relación:

Las características básicas de las cámaras de sedimentación por gravedad incluyen:

muy bajo costo de energía

bajo costo de mantenimiento

bajo costo de instalación

excelente confiabilidad

muy grandes dimensiones físicas.

eficiencia colectora baja o muy baja para diámetros pequeños. Detienen material particulado de

diámetro relativamente grande.

Por ello, las cámaras de sedimentación se usan principalmente para permitir una limpieza previa económica

de las partículas gruesas presentes en una corriente gaseosa, que resulta provechosa en el caso de cargas de

polvo muy altas.

No se utilizan con mucha frecuencia debido a la necesidad de grandes espacios.

B. Separadores ciclónicos

Utilizan la inercia para remover las partículas de la corriente del gas. Son dispositivos purificadores del gas

que emplean una fuerza centrífuga generada haciendo girar una corriente de gas con el fin de separar las

partículas del gas que las transporta, normalmente en una cámara de forma cónica.

Los ciclones operan creando un vórtice doble dentro del cuerpo del mismo. El gas que entra es forzado a

bajar por el cuerpo del ciclón con movimiento circular cerca de la superficie del tubo del ciclón. En el fondo

del ciclón, la dirección del gas se invierte y sube en espirales por el centro del tubo y sale por la tapa del

ciclón.

En el simple separador ciclónico seco se obtiene el movimiento circular por medio de una entrada tangencial

del gas.

La operación depende de la tendencia (inercia) a moverse en una línea recta cuando se cambia la dirección

de la corriente de gas. La fuerza centrífuga debida a una alta tasa de rotación, lanza las partículas de gas

contra las paredes externas del cilindro y del cono. Las partículas resbalan por las paredes hasta llegar a la

tolva de almacenamiento. El gas gradualmente purificado invierte su espiral descendente y forma un espiral

de dimensiones menores. Un tubo alimentador del vórtice que se extiende hacia abajo dentro del cilindro

ayuda a dirigir el vórtice interno fuera del dispositivo.

Se utiliza para eliminar partículas con tamaño de 10 mm o mayor, con una eficiencia del 90%.

Se puede utilizar como un limpiador preliminar para remover las partículas grandes antes de que el gas pase

a través de otra pieza del equipo colector.

Medidas típicas:

Los ciclones se usan por lo general cuando:

a) el polvo es grueso;

b) las concentraciones sean bastante altas

c) se desea la clasificación de las partículas

d) no se requiera una eficiencia alta

C. Colectores húmedos

Se utiliza un líquido, por lo general agua, para capturar las partículas o para aumentar el tamaño de los

aerosoles. En cualesquiera de los dos casos, el tamaño aumentado resultante facilita la remoción del

contaminante de la corriente de gas. Partículas finas que varían entre 0,1 y 20 micrones, se pueden remover

de un modo efectivo de una corriente de gas, por medio de colectores húmedos. El fin primordial del

dispositivo deberá ser la adecuada dispersión de la fase líquida a fin de obtener un buen contacto entre la

fase de las partículas y la fase líquida.

Desventajas:

disponer de los lodos húmedos que son un producto inherente del proceso. En algunas aplicaciones,

podrá ser más fácil manejar los lodos que el polvo seco.

La presencia del agua tiende a aumentar la corrosividad de los materiales.

Se requiere una buena dispersión de la fase líquida y esto requiere a su vez un consumo de energía

relativamente alto.

Lavadores de cámara de aspersión

Es uno de los dispositivos más simples para la colección húmeda de partículas. El gas contaminado fluye

hacia arriba y las partículas chocan con las gotas del líquido producidas por boquillas apropiadas situadas a

través del paso del flujo. Si la tasa de flujo del gas es relativamente baja, las gotas del líquido contaminado

se sedimentarán por gravedad hacia el fondo de la torre. En general, coloca un eliminar de neblina en la

superior de la torre para eliminar tanto el exceso de gotas de agua limpia como de gotas de agua sucia, las

que son muy pequeñas y son arrastradas por el flujo ascendente del gas.

Otro de los dispositivos es el lavador con deflectores húmedos de choque. También dispone de un lavador,

en forma de torre aspersora de flujo vertical, del tipo de placa de choque.

En la mayoría de los casos será necesario recircular el agua utilizada. Por tanto, se requieren estanques de

sedimentación en el área de la planta y, debido a que el agua recirculada no está completamente limpia, se

deberán utilizar boquillas especiales o gruesas, para impedir el bloqueo y la erosión de las boquillas de

aspersión.

La eficiencia colectora para una torre de aspersión convencional va desde 94 % para partículas de 5

micrones hasta 99% para partículas de 25 micrones.

Lavadores ciclónicos húmedos

El gas va a tender a girar a la vez que impacta con las gotas.

El tipo más simple se obtiene insertando bancos de boquillas en forma de anillo dentro de un ciclón seco

convencional. El aspersor actúa sobre las partículas en el vórtice exterior, y las partículas del líquido,

cargadas de polvo son lanzadas hacia fuera contra la pared interna húmeda del ciclón. La solución cargada

de polvo fluye por las paredes hasta el fondo, donde es retirada. Se requiere usualmente de un eliminador de

neblina a la salida.

Eficiencia de colección que va desde 90 a 98 % para partículas de entre 5 y 50 micrones.

Lavadores venturi

Un venturi es un canal de flujo rectangular o circular que converge a una garganta de sección estrecha y

luego diverge nuevamente a su área original en la sección transversal. En la sección convergente, se produce

un aumento en la velocidad del flujo. La relación de áreas entre la entrada y la garganta es típicamente de

4:1.

Acelera la corriente del gas para atomizar el líquido depurador y para mejorar el contacto entre el gas y el

líquido. El líquido depurador es atomizado en pequeñas gotas por la turbulencia en la garganta y la

interacción entre las gotas y las partículas se aumenta. Después de la sección de la garganta, la mezcla se

desacelera, e impactos posteriores ocurren causando la aglomeración de las gotas.

La acción de lavado ocurre durante la introducción de agua en la sección de la garganta (recomendado), o al

comienzo de la sección convergente. Un banco de boquillas a cada lado de la garganta inyecta agua a la

corriente gaseosa de alta velocidad.

Una vez que las partículas han sido capturadas por el líquido, la MP humedecida y las gotas de líquido en

exceso son separadas de la corriente de gas por una sección de arrastre que suele consistir de un separador

ciclónico y/o eliminador de neblina.

Los lavadores húmedos se usan por lo general cuando:

es necesario eliminar partículas finas a una eficiencia relativamente alta;

sea deseables el enfriamiento de la corriente de gas;

sea necesario eliminar los contaminantes tanto gaseosos como partículas.

D. Filtros de tela

Un filtro es cualquier estructura porosa compuesta de material granular o fibroso que tiende a retener las

partículas según pasa el gas que lo arrastra, a través de los espacios vacios del filtro. El filtro se construye

con cualquier material compatible con el gas y las partículas.

Los filtros de tela se forman generalmente dentro de tubos cilíndricos y se cuelgan en hileras múltiples para

proporcionar grandes áreas superficiales para el paso del gas. Los filtros de tela tienen eficiencias de 99%

para MP de 0,5 micrones de diámetro, y pueden remover cantidades considerables de partículas de 0,01

micras.

Una de las desventajas de los filtros de tela es la necesidad de limpiarlos con frecuencia. Un diseño básico de

los filtros industriales, se basa, por lo general, en unas condiciones geométricas que se presten a una relativa

facilidad de limpieza, y a su vez, se estipule una gran área superficial por gasto volumétrico del gas

contaminado. Un método básico de ajustarse a estos criterios es un sistema colector basado en la casa de

bolsas. Los cilindros de telase disponen en hileras verticales. Será necesario utilizar muchas bolsas

individuales en una casa de bolsas, cuando sea necesario limpiar grandes volúmenes de gas.

Por lo general, el gas impuro entra en la bolsa desde abajo y pasa a través de la tela, mientras que las

partículas se depositan en el interior de la bolsa.

El método de limpieza puede consistir en cerrar partes de la casa de bolsas, a intervalos regulares, o dar lugar

a un cierre periódico. La limpieza se efectúa en una diversidad de maneras, que incluyen la vibración

mecánica o sacudidas, choques de impulsos, y flujo invertido del aire.

Los filtros de tela se utilizan por lo general cuando:

se requieren eficiencias muy altas;

se hayan de colectar materiales secos de valor comercial;

el gas esté siempre por arriba del punto de rocío;

los volúmenes sean razonablemente bajos;

las temperaturas sean relativamente bajas.

E. Precipitadotes electrostáticos

Se basan en un principio electrostático simple. La colección de partículas y aerosoles se basa en la mutua

atracción entre las partículas con una carga eléctrica y un electrodo colector de polaridad opuesta.

Ventajas:

capacidad para manipular grandes volúmenes de gas;

altas eficiencias colectoras aún para partículas del tamaño de los submicrones;

bajo consumo de energía

capacidad de operar con gases a temperaturas relativamente altas.

Se utilizan diversos principios geométricos básicos en el diseño de los precipitadotes electrostáticos. Uno de

ellos es del tipo de tubo, donde lo electrodos consisten de alambres suspendidos axialmente dentro del tubo.

Se aplica un voltaje muy alto de corriente directa, entre el alambre y el tubo, y el gas sucio fluye hacia abajo

por el tubo y a través del campo eléctrico establecido entre los electrodos.

La primera etapa física en el mecanismo colector es una ionización del gas. El diferencial de voltaje muy

alto entre los electrodos hace que los electrones pasen a velocidad muy alta del alambre central a la corriente

de gas que pasa. Los electrones se fijan a su vez a las moléculas de gas que pasan a través del dispositivo, y

forman iones negativos.

Bajo la influencia de la gran fuerza electrostática existente, los iones negativos emigran hacia las placas

exteriores conectadas a tierra, mientras que los iones positivos regresan al alambre central.

La segunda etapa es la carga de las partículas de polvo que se encuentran en la corriente de gas. Esta carga es

el resultado de la colisión de las partículas con los iones cargados negativamente.

La etapa siguiente del mecanismo de colección es la migración de las partículas de polvo cargadas a las

placas electrodos, donde, tiene lugar la colección del polvo.

El tercer mecanismo físico para la colección de partículas es la depositación de las partículas cargadas sobre

el electrodo, con el posterior crecimiento de una capa de polvo. Las fuerzas adhesivas, cohesivas y eléctricas

deberán ser suficientes para impedir la resuspensión de las partículas por la corriente de gas.

La precipitación electrostática es más efectiva en la colección del polvo, dentro del intervalo de resistividad

de 104 a 1010 ohm cm. Para resistividades bajas, existe un movimiento rápido de carga desde el polvo

depositado hacia la placa colectora. Por lo mismo, sucede una ineficiente carga electrostática en las

partículas de polvo colectadas que sea capaz de mantenerlas en su lugar. Variar la temperatura o la humedad,

de modo que las resistividades de los polvos caigan dentro de este intervalo.

Los precipitadotes electrostáticos se usan por lo general cuando:

o se requieren eficiencias muy altas para la eliminación de polvos finos;

o se deben manejar grandes volúmenes de gas;

o sea necesario recuperar materiales valiosos sin modificaciones físicas.