Equipo Para El Tratamiento De Particulas

Equipos para el tratamiento de partículas y gases

Control de emisiones de partículas

Quienes se ocupan del diseño de equipos para controlar las emisiones deben estudiar las partículas que van del tamaño de 1µm hasta mayores de 100 µm de diámetro. Las partículas más pequeñas son más difíciles de recolectar. Estos recolectores se clasifican de acuerdo a los principios físicos del mecanismo de recolección.

Cámaras de sedimentación por gravedad

Son coladores sencillos y económicos en los cuales la fuerza gravitatoria domina el movimiento vertical de las partículas. Estos coladores son simples expansiones en un conducto, en ellos la velocidad horizontal de las partículas se reduce para dar tiempo a que sedimenten por gravedad.

Las fuerzas que actúan sobre la partícula se muestra en la figura siguiente:

Un bosquejo de una cámara de sedimentación por gravedad muy sencilla sería la siguiente:

Una expresión teórica de la eficiencia de este colector sería la siguiente:

Donde:

Ng=eficiencia de separación

L= longitud del colector (m)

H= profundidad del colector (m)

U= viscosidad horizontal del gas y las partículas en el colector (m/s)

Colectores inerciales

Un recogedor de partículas muy sencillo sería la siguiente:

Un separador de partículas común llamado ciclón sería el siguiente:

Ambos colectores utilizan la fuerza centrifuga para separar las partículas más pesadas de aquellas moléculas de gas que son más ligeras, en el recogedor aumenta la concentración de partículas en una corriente gaseosa separada.

Como se muestra en la figura los gases cargados de partículas entran al ciclón en dirección tangencial respecto a la parte superior y descienden en espiral a lo largo de la carcasa en una rotación de cuerpo solido a la velocidad de entrada. Las partículas emigran hacia el exterior de la espiral y se deslizan hacia abajo por la carcasa hasta la tolva. La única salida del ciclón para los gases es en sentido vertical ascendente por el tubo central y para salir la espiral debe contraerse hasta un diámetro más pequeño. La reducción del radio de trayectoria de las partículas da por resultado una fuerza centrifuga mayor conforme las partículas se mueven hacia la espiral interior.

La magnitud de la fuerza centrifuga es:

Donde:

Ut= velocidad tangencial de la partícula y r es el radio de curvatura de la trayectoria de la partícula.

Las cámaras de sedimentación por gravedad y los separadores inerciales simples no contienen partes móviles. Estos equipos se pueden fabricar con materiales capaces de soportar temperaturas altas y resistir el ataque corrosivo de las partículas o gases y su eficiencia es la misma para partículas solidas o liquidas.

Colectores húmedos

Los colectores húmedos tienen por objetivo a aumentar el tamaño de partícula por medio del agua o de gotitas de suspensión, porque es más fácil recolectar partículas más grandes. Existen varios diseños de lavadores: lavadores convencionales y los venturi.

Convencionales. La parte superior de la torre las gotas de agua que caen chocan con las partículas de los gases que fluyen hacia arriba y las recogen. Debajo de la sección empacada se encuentra un disco perforado que puede sostener varios centímetros de agua y permite el contacto entre las burbujas que contienen las partículas y el líquido. El líquido drena por las perforaciones para crear en el colector otra sección de gotas que caen.

Venturi.- Recolectan las partículas pequeñas de hasta 1µm que se generan en la operaciones de fabricación o fundición de acero. Los costos de operación son relativamente altos para los lavadores de gran pérdida de presión, pero el costo de capital es bajo en comparación con otros colectores de rendimiento equivalente

Colectores de tela y esterilla fibrosa

Son similares a una aspiradora en gran escala, estos equipos se utilizan para extraer partículas secas de corrientes gaseosas secas y a baja temperatura (0°C a 275°C) se suspenden medidas de tela de 15 a 30 cm de diámetro y de hasta 10m de largo en una cámara y el aire que se fuerza a pasar por la media se descarga a través de la tela (que puede ser tejida o hecha de fieltro). La tela se hace de materiales como algodón, fibras sintéticas y fibra de vidrio, cada uno de los cuales se adapta en distinto grado a la temperatura del gas y de las partículas. El uso de las celdas múltiples permite dar mantenimiento a la cámara de sacos que están en bloques individuales de celdas, mientras la unidad se encuentra en operación.

Las partículas pequeñas se recolectan empleando la torta de filtro de la superficie de la tela como medio filtrante. A medida que el espesor de la torta de filtro aumenta, también lo hacen la perdida de presión a través de la cámara de sacos y por consiguiente los costos de energía.

La torta de filtro se extrae de los colectores pequeños simplemente sacudiendo el saco para desprender la torta. Los colectores industriales grandes se limpian con más cuidado haciendo pasar un chorro anular de aire a lo largo del saco o invirtiéndolo momentáneamente el flujo a través del mismo.

Colectores de esterilla de fibra

Estos colectores trabajan con caídas de presión muy pequeñas y suelen ser desechables, aunque muchas se pueden lavar y reutilizar varias veces. Los filtros de esterilla de fibra se emplean extensamente en los sistemas domésticos de acondicionamiento de aire y calefacción con aire caliente, y para filtrar el aire que entra en los motores de combustión interna.

Precipitaciones electrostáticas

La diferencia de voltaje entre el electrodo y las placas colectoras se mantiene a un nivel tan alto como es posible, aunque debajo de la intensidad de campo a la cual se produce el salto de chispa.

Se desprenden electrones en el electrodo en una descarga en corona, los cuales se adhieren a las partículas y las dotan de carga. Las partículas o moléculas con carga de la misma polaridad que el electrodo emigra hacia superficies conectadas a tierra en virtud de fuerzas electrostáticas. La corona negativa genera una cantidad un poco mayor de O2 y es algo más eficaz para operaciones industriales. Los iones que migran chocan con las partículas líquidas o sólidas de la corriente gaseosa y les confieren una carga que origina el movimiento de las partículas hacia las placas colectoras.

Cuando las partículas tocan las placas se adhieren a ellas. Con el tiempo se acumula una capa de partículas que actúan como un manto aislante, y la magnitud de la carga superficial del manto puede aproximarse en efecto a la del electrodo. Este manto se deberá retirar de manera continua golpeando las placas verticales para que la capa de partículas se deslice hacia abajo, enjuagando las placas con un líquido. Las partículas que caen de la parte inferior de la placa se recogen en tolvas para eliminarlas.

La ecuación de Deutsch para la eficiencia de un precipitado electrostático de placas es:

Donde: ue= velocidad terminal de migración de la partícula

H= altura de la placa colectora.

Control de la emisión de Gases

Existen cuatro formas fundamentales de reducir la emisión de gases indeseables.

1.-Reducir o eliminar la producción de los gases indeseables.

2.-Inducir a los gases a reaccionar después de su producción en procesos químicos para generar emisiones diferentes menos inconvenientes.

3.-Extraer de manera selectiva el producto indeseable de una corriente gaseosa por absorción, que es la transferencia de moléculas gaseosas a un liquido.

4.-Extraer de manera selectiva el gas indeseable por adsorción, que es el deposito de moléculas gaseosas en una superficie solida.

- Procesos de absorción

Los absorbedores o torres rociadoras se proyectan para extraer de manera selectiva un gas especifico de una mezcla de gases, y son similares a los lavadores de baja presión. Cuando es necesario reducir las emisiones del gas a concentraciones muy bajas, suelen utilizarse torres empacadas.

La transferencia de masa de gas hacia el líquido es proporcional a la solubilidad del gas en el líquido y la diferencia de concentración. La transferencia de masa se consigue mediante equipos donde el soluto (gas o vapor) se pone en contacto intimo con el solvente o el liquido, equipos como torres empacadas, torres de rociado, lavadores tipo venturi y lavadores eyectores tipo orificio.

Torre Empacada.- Las torres empacadas, o torres de relleno, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.

TORRE EMPACADA

Torre Rociadora.-Este tipo de torre lavadora es generalmente vertical y de sección circular. El líquido lavador cae por gravedad, mientras que el gas contaminado fluye de abajo había arriba. El gas libre de partículas contaminantes sale por la parte superior de la torre. Con el fin de aumentar la posibilidad de contacto del líquido lavador con las partículas contaminantes, se acostumbra colocar algunos bafles perpendiculares al flujo

Las partículas más grandes generalmente quedan removidas al hacer contacto con el agua que se encuentra en la base de la torre. Este tipo de torre lavadora es usado casi únicamente como tratamiento primario, para disminuir la temperatura de los gases o remover partículas ente 5 y 10 micras.

TORRE ROCIADORA

Lavador Venturi.- Una torre lavadora de tipo ventura se considera como de alta capacidad de colección de partículas existiendo diversidad de diseños desarrollados últimamente.

En una torre lavadora de tipo venturi, el gas contaminado entra a una ventura en donde choca con el líquido lavador. En el cuello húmedo, a medida que los gases pasan por un orificio anular, se adquieren velocidades entre 3600 y 6000 m/min

LAVADOR VENTURI

Lavador Eyector.- Un eyector no es más que una combinación de tobera con un difusor, acoplado convenientemente en un mismo equipo y está formado, en general, por cinco partes.

LAVADOR EYECTOR

Siendo C* la concentración en el equilibrio de las moléculas del gas en el liquido absorbente, que corresponde a la presión parcial p de un gas encima de un liquido, y p* es la presión parcial en el equilibrio en el gas total que corresponde a una concentración C de las moléculas gaseosas en el liquido.

Por analogía con la transferencia de calor, una expresión que describe la velocidad de absorción del gas en el líquido es la siguiente:

Donde:

KG = coeficiente empírico cuyo valor depende de la combinación de gases y líquidos de los patrones de flujo y turbulencia en el lavador, de la temperatura y también de otros factores.

KL = coeficiente empírico cuyo valor depende de la combinación de gases y líquidos de los patrones de flujo y turbulencia en el lavador, de la temperatura y también de otros factores.

N = Es el numero de moléculas de gas que se transfieren.

A = Es el área de contacto de concentración en el equilibrio lineal.

La concentración de moléculas de gas en el líquido es mayor a temperaturas más bajas para una presión de gas determinada. Esta es una de las características de absorción típica de los gases en los líquidos.

Esta tabla muestra en peso en el equilibrio de HCL en agua.

Peso de HCL

En el H2O

(%) Presión Parcial de HCL (mmHg) a:

10 ºC 30ºC 50ºC 80ºC 110ºC

78.6 840 ---- ---- ---- ----

47.0 11.8 44.5 141 623 ----

25.0 0.084 0.48 2.21 15.6 83

2.04 1.2 X 10-5 1.5X10- 4 1.4X10-3 2.5X10-2 0.28

No es fácil lograr la absorción en corrientes de gases industriales a temperaturas elevadas y es por eso que los lavadores de gases suelen tener un intercambiador de calor como componente integral de los mismos.

La absorción y el lavado son aplicables en las sgtes situaciones:

-Cuando el contaminante, gas o vapor, es soluble en el liquido (las partículas no necesitan ser solubles).

-Cuando el afluente de gas lleva contaminantes gaseosos o particulados.

-cuando los gases son combustibles.

- Procesos de adsorción

La adsorción selectiva de gases se consigue en lechos de adsorbente solido a través del cual se hacen pasar los gases. El adsorbente se elige en base a su capacidad de recolectar el gas deseado.

La adsorción es un proceso termoquímico my complejo que no se conoce a fondo. Conforme un gas se deposita sobre la superficie adsorbente, se desprende el calor de adsorción y el sólido se calienta. En ciertos casos este calentamiento puede causar la ignición de un lecho de carbón, por lo cual cada fabricante ha desarrollado coeficientes patentados para una determinad configuración.

El proceso de adsorción se realiza mediante equipos metálicos en cuyo interior se dispone de un lecho de carbón activado de 1 a 9m de profundidad.

Equipo Metálico.-Los equipos de adsorción con carbón activo son unidades compactas para controlar olores no deseados y componentes orgánicos volátiles que se desprenden en una gran variedad de orígenes.

L a cantidad de adsorbato que el sólido puede incorporar es función de las propiedades químicas y físicas del sólido, en particular el área de los poros y fisura de las partículas solidas, dentro de las cuales se depositan las moléculas de gas.

En los procesos industriales suele regenerarse el adsorbente haciendo pasar vapor de agua caliente a través del lecho con lo cual las moléculas de agua desplazan a las de gas a temperaturas elevada. El gas concentrado puede recuperar, secar y reprocesar para obtener un subproducto comercializable y el adsorbente se recicla.

El área de superficie de los adsorbentes varía desde 500 a 1500 m2 / g para el carbón activado hasta de 175 m2/g para el gel de sílice. La sgte tabla muestra la capacidad e adsorción del carbón vegetal activado:

Sustancia Capacidad

de adsorción

(% en peso) Retención después

De la extracción

(% en peso)

TetraCloruro de carbono 80-110 27-30ª

Gasolina 10-20 2-3ª

Metanol 50 1.2b

Se realiza con equipos en los cuales los gases o vapores contaminantes son retenidos sobre la superficie de un medio poroso, a través del cual fluye el gas. Los medios más usados son : carbón activado, silica gel y alumina activada.

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