PRECIPITADORES ELECTROESTATICOS

PRECIPITADORES ELECTROESTATICOS

Fecha: 31/10/2006

Luciano Raúl Disante (1)

Sergio Abel Ringler (1)

Juan Carlos Zuccotti (1)

Universidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional San Nicolás

Colón 332 - (2900) San Nicolás - Pcia. Bs. As. - Argentina

1.- RESUMEN.

En el presente trabajo (2) se tratarán diversos tópicos que están referidos a los electrofiltros, teniendo en cuenta, los principios de funcionamiento, sus características principales y diversos factores que se deberán tener en cuenta para la correcta aplicación de los mismos, de manera tal de lograr una clara interpretación del importante papel que desarrollan dentro de los procesos industriales.

Por ejemplo en una central térmica alimentada con carbón, el proceso de combustión se realiza en la caldera, donde la capacidad calorífica del combustible se libera generando calor. La mayor parte de las centrales termoeléctricas utilizan el calor para producir vapor de agua a alta temperatura y presión. Este fluido operante produce el accionamiento de las turbinas que, a su vez mueven los generadores produciendo corriente eléctrica. Todo el proceso de combustión produce un impacto ambiental, y en particular el de los carbones con la producción de residuos sólidos. Estos problemas no solo afectan al ordenamiento del territorio, si no que, provocan riesgo de emisiones fugitivas de partículas hacia la atmósfera y la contaminación del terreno y de las aguas subterráneas por un proceso de lavado que realiza el agua que se infiltra en el suelo llamado lixiviación.

En función de la tecnología de combustión del carbón empleada, podemos distinguir entre los residuos generados en la combustión de lecho fluidizado y los residuos originados a partir del carbón pulverizado. Aunque todas las categorías son importantes, se da particular importancia a las cenizas volantes que por si solas constituyen el mayor porcentaje, aproximadamente el 80%, de los residuos originados a partir del carbón pulverizado y principalmente porque son el material en el cual se basa el sistema de filtrado estudiado en este trabajo.

(1) Estudiantes de Ingeniería Mecánica – Año 2006.

(2) Trabajo realizado para la asignatura: Sistemas de Control en Instalaciones Térmicas.

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2.- INTRODUCCIÓN

El filtrado por precipitación electroestática era un fenómeno conocido ya desde los comienzos del siglo XIX a partir de los trabajos del físico HOHFELD. Alrededor de 1900 el americano COTRELL, e independientemente el alemán MOLLER, consiguieron valorar industrialmente dicho efecto aplicándolo a la purificación de los gases.

El precipitador electrostático, es un equipo eléctrico desarrollado industrialmente a partir de 1906 utilizado para eliminar impurezas como polvo, humo o vapor que se encuentran suspendidas en el aire o en otros gases.

A pesar de ser más caros que otros colectores mecánicos, como los filtros de aire, los precipitadores electroestáticos son más eficientes, sobre todo en la eliminación de partículas muy pequeñas y permiten trabajar a mayores temperaturas que los filtros de manga.

3.- DESCRIPCION DEL FENOMENO FISICO

Un precipitador electrostático es un dispositivo utilizado para el control de partículas basado en fuerzas eléctricas.

Un alto voltaje (45.000 a 70.000 V) es aplicado a un alambre ubicado en el centro del precipitador. La pared externa del precipitador se conecta a tierra a potencial cero.

Al alambre en el centro del precipitador se lo denomina electrodo de descarga y a la pared externa electrodo colector. El electrodo de descarga mantiene un potencial negativo respecto del electrodo colector y así el campo eléctrico está dirigido hacia el alambre. El campo eléctrico cerca del alambre alcanza valores suficientemente altos como para provocar una corona de descarga en torno a él y la formación de electrones e iones negativos como por ejemplo los del O2. A medida que los electrones y los iones negativos son acelerados hacia el electrodo colector por las líneas del campo eléctrico no uniforme las partículas que se encuentran suspendidas en la corriente de gas ingresante, que fluye horizontalmente y paralelo a las placas verticales, se cargan por las colisiones y la captura de iones y llegan a depositarse en la superficie de los electrodos colectores. De este modo el gas sale del precipitador prácticamente libre de impurezas. Puesto que las partículas mayores de 10  de diámetro absorben varias veces más iones que las menores de 1  de diámetro, las fuerzas eléctricas son mucho más fuertes en las partículas mayores.

El hecho de impartir una polaridad negativa a los electrodos se debe a que una corona negativa tolera un voltaje más alto antes de producir chispa a que una corona positiva.

Debido al espacio libre necesario en la parte superior del precipitador electrostático una fracción del gas se desvía alrededor de las zonas de carga. A este fenómeno se lo llama “fuga furtiva” e impone un límite máximo a la eficiencia de recolección.

A medida que las partículas comienzan a depositarse sobre la superficie colectora, el espesor de la capa de material particulado se incrementa. Como consecuencia de esto el campo eléctrico va disminuyendo por lo que es necesario golpear periódicamente las superficies colectoras, el material cae y se recoge en el fondo, en tolvas de recolección. Sin este golpe periódico y la consecuente disminución en la recolección, la eficiencia del precipitador electrostático se ve disminuida.

Todo lo dicho anteriormente puede visualizarse en la siguiente figura:

Figura 1. Retención de las partículas debido al campo electrostático.

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Los precipitadores electroestáticos se usan mucho para eliminar la contaminación atmosférica de las chimeneas de los equipos industriales como, por ejemplo, las calderas de vapor y los hornos de cemento. Además se utilizan para recoger vapores de ácido sulfúrico y de ácido fosfórico, y para recuperar compuestos de sodio en la sosa y en molinos de pasta de sulfato.

Figura 2. Partes principales de un precipitador electroestático

Se logrará una precipitación exitosa solamente si se conocen sus fundamentos y se perciben todos los factores que afectan las características adecuadas de la corriente eléctrica para ese colector. Las partículas se eliminan en forma eficiente del flujo de gas por medio de las fuerzas eléctricas que actúan en el precipitador. La optimización de estas fuerzas es lo que debe buscar cada planta con el objeto de lograr una baja emisión. En la operación de ESP (se usará la abreviatura ESP para significar Precipitador Electrostático) debe tener claro varios aspectos principales, que son brevemente los siguientes:

1. Los factores de proceso pueden tener tanta influencia sobre el comportamiento del ESP como la condición mecánica del mismo.

2. Por consiguiente, tanto el operador como el personal de mantenimiento deben estar al tanto de los efectos que tienen sus respectivas áreas de responsabilidad sobre el comportamiento exitoso del ESP.

3. La precipitación es un proceso que cambia continuamente y el comportamiento del ESP puede variar apreciablemente en períodos cortos. El personal de operación y el de mantenimiento deben tener un lenguaje común sobre la terminología de precipitación para asegurar una comunicación efectiva. Una comprensión mutua de los fundamentos de los ESP y una comunicación eficiente entre los dos grupos son esenciales para lograr una operación exitosa del ESP.

4. Es importante tener en claro que una buena parte de las dificultades con ESP se han debido a la confusión y los distintos puntos de vista sobre su funcionamiento. Un conocimiento de los siguientes fundamentos minimizará estas dificultades. El estar bien indoctrinado sobre los fundamentos correctos le permitirá identificar los cambios en la operación y el comportamiento del ESP y tomar las medidas apropiadas para contrarrestarlos.

Deben conocerse los aspectos y componentes mecánicos de los ESP, como también la forma en que las distintas partes se relacionan entre si. La sección siguiente describe el sistema básico e incluye algunos comentarios introductores sobre cada uno de los componentes.

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4.- ASPECTOS FÍSICOS DEL PRECIPITADOR

La mayoría de los precipitadores tienen características de diseño similares. Se observarán diferencias en los aspectos físicos debido a que los fabricantes son distintos. Puede considerarse que el ESP consiste de tres partes principales:

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