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CONTROL DE LA2 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Ingeniería Ambiental
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INTEGRANTES
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A nivel mundial existe una preocupación creciente por las consecuencias del cambio climático originado por la acción del hombre. Uno de los hechos que mejor retrata esta situación es la declaración realizada por el mandatario ruso D´mitri Medvedev, quién siempre fue un escéptico de las consecuencias de los efectos que la emisión de gases efecto invernadero (GEI) pudiese acarrear al planeta, declaró que, refiriéndose a la ola de calor y la sequía que asoló Rusia durante el verano de 2010, "lo que está pasando debe ser un llamado de atención para nosotros, todos los líderes de Estado y organizaciones sociales, para tomar una postura mucho más enérgica para contrarrestar los cambios globales en el clima”. Sin bien es cierto que el aprovisionamiento de energía mejora la calidad de vida de las personas, no es menos cierto que la generación de dicha energía, el procesamiento y la utilización de energéticos ocasionan efectos nocivos para el medio ambiente. Un ejemplo claro de esto es el fenómeno de lluvia ácida, que sin bien comenzó a hacerse notorio desde comienzos de la época industrial cobró fuerza en la década de 1980, pero no fue hasta 1990 que se tomaron acciones concretas contra las fuentes que emitían dicha contaminación. Los contaminantes atmosféricos pueden tener variados efectos. Los principales son la incidencia en la salud de la población, los perjuicios a la vegetación y ecosistemas, los daños a materiales, y la reducción de visibilidad. El calentamiento global que afecta a todo el mundo. A nivel mundial existe una preocupación creciente por las consecuencias del cambio climático originado por la acción del hombre.
El Material Particulado (MP) Es una compleja mezcla de partículas suspendidas en el aire las que varían en tamaño y composición dependiendo de sus fuentes de emisiones (exceptuando el agua pura). Clasificación del material particulado - PM 10 denominadas a pequeñas partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento o polen, dispersas en la atmósfera, y cuyo diámetro es menor que 10 µm (1 micrómetro corresponde la milésima parte de 1 milímetro). -
PM 2.5 es un contaminantes del aire constituido por material sólido o líquido con diámetro menor de 2.5 milésimas de milímetro. Son las provenientes de la combustión de vehículos diésel y de gasolina.
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FUENTES DE MATERIAL PARTICULADO
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Control de Emisiones de Material Particulado (MP) Existen dispositivos para el control de las emisiones de material particulado de distinta efectividad, los cuales varían en el precio de implementación, los costos de operación y la eficiencia de abatimiento de las emisiones. -
Cámara de sedimentación
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Colectores inerciales
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Ciclones
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Lavadores de ciclones
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Filtros de tela
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Entre otros.
Considerando que los dispositivos para captura de MP atrapan los contaminantes pero no los destruyen, es necesario disponer adecuadamente el material recolectado. Las partículas sólidas recolectadas frecuentemente se disponen en un relleno
Fig. 1: Cámara de sedimentación
Las cámaras de sedimentación forman parte del grupo de los llamados equipos de pre tratamiento ya que, de forma general, suelen ser empleados para reducir la carga inicial de partículas de una corriente gaseosa eliminando de la misma las partículas de mayor tamaño así como las abrasivas. La eficiencia de colección de las cámaras de sedimentación varía en función del tamaño de partícula y evidentemente del diseño de las mismas En esencia una cámara de sedimentación es un recipiente con una entrada en un lado y una salida situada al lado contrario frontalmente o en la parte superior de la misma, generalmente de geometría rectangular su parte central, aunque existen también modelos cilíndricos, donde se permite a una corriente gaseosa expandirse de tal forma que la velocidad del gas dentro de la misma disminuye considerablemente permitiendo que la acción de la gravedad sedimente las partículas que esta arrastra. La sección transversal del equipo es mucho mayor que la del ducto que se aproxima a él para que pueda expandirse el gas y consecuentemente se produzca la ralentización del mismo. Se emplean tolvas que recolectan el sólido separado en la parte inferior del mismo, desde donde son extraídas al exterior a través de una válvula rotativa o de doble compuerta. Debe tenerse en cuenta que el sistema de recolección de polvos esté completamente bien sellado para prevenir que entre aire desde los mismos que puedan aumentar la turbulencia en el equipo y consiguientemente reincorporar partículas eliminadas nuevamente a la corriente. Para un buen funcionamiento es conveniente que la velocidad del gas en la cámara sea inferior a 3 m/s o, en cualquier caso, inferior a la velocidad de arrastre de las partículas que queramos separar y que dependerá de su tamaño. Al aumentar la temperatura del gas disminuye el rendimiento del equipo en el sentido de que aumenta el diámetro mínimo de las partículas que son retenidas. Existen dos tipos fundamentales de modelos constructivos: Las cámaras de expansión y las cámaras de placas deflectoras o modelo de Howard
Fig.2: Cámara de expansión
Fig. 3: Cámara de placas deflectoras o Modelo de Howard
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En las cámaras de expansión el principio de funcionamiento sigue un modelo como el descrito hasta ahora. La cámara de placas deflectoras consiste en una cámara de expansión en cuyo interior se sitúan de forma igualmente espaciada finas bandejas que hacen que el gas se mueva horizontalmente entre ellas. Si bien en este tipo constructivo la velocidad del gas es ligeramente mayor, la eficiencia es mayor respecto al modelo convencional debido a que las partículas tienen menores distancias de precipitación. Además los requerimientos de espacio para este modelo son menores que para la cámara de expansión.
7 Es necesario determinar cierto número de factores antes de poder hacer un diseño eficiente del equipo colector. Entre los datos requeridos más importante se encuentran los siguientes: - Las propiedades físicas y químicas de las partículas. - Condiciones de flujo requeridas por el proceso en el que se incluye el proceso. - Intervalo de concentración de partículas que se podría esperar - Temperatura y presión de la corriente de flujo - Humedad - Naturaleza corrosiva de la fase gaseosa - Los parámetros de calidad de la corriente tratada. Este último parámetro descrito, es quizás el más importante ya que especifica la eficiencia de colección para la que se diseña el equipo. En incontables ocasiones, y más aún para este tipo específico de equipo, procurar una limpieza casi total del gas para cualquier tamaño de partícula contenida en el mismo está completamente fuera de lugar porque los requerimientos de espacio y económicos lo impiden. Así pues, en virtud de unos parámetros de calidad establecidos por el propio proceso al que se puede recircular un gas tratado o si bien se tratase de limpieza de gases atmosféricos se elige por el diseñador un criterio de eficiencia y de tamaño mínimo de partícula que se desea eliminar, y en base a unas condiciones de operación (caudal, presión etc.) se dimensiona el equipo. El diseño de estos equipos es muy sencillo, debemos evaluar la velocidad de las partículas en su caída con respecto a la velocidad del gas, de manera que si las partículas tienen tiempo para sedimentar, es decir, recorrer la altura hasta la tolva de recolección, en la longitud de la cámara, entonces la partícula quedará atrapada. En caso contrario la partícula será arrastrada por la corriente gaseosa.
Las partículas sólidas o líquidas caen por gravedad a velocidad constante (velocidad terminal) que depende del tamaño (dp), densidad ( ρs), forma y viscosidad del gas. La velocidad terminal se estima mediante la ley de Stokes:
8 La velocidad de paso estará determinada por el caudal del gas y el área transversal de la cámara:
El tamaño mínimo de una partícula que puede separarse de la corriente gaseosa se calcula a partir de la siguiente ecuación:
Fig. 4: Cámara de sedimentación
Para hallar el tiempo de residencia de la partícula en el sedimentador, utilizamos la ecuación: Donde: L= Longitud de la cámara (m) Velocidad
=
En caso, se quiera conocer el Tiempo de caída de la partícula, se usará la siguiente ecuación: Donde: H= Altura de la cámara (m) =
Velocidad terminal
9 Por último, si queremos conocer la eficacia de la cámara de sedimentación, se usará la fórmula: Donde:
L= Longitud de la cámara (m) = Velocidad H= Altura de la cámara (m) = Velocidad terminal
De esta manera el dimensionamiento de una cámara de sedimentación dependerá del caudal de gas a tratar (a más caudal mayor sección para que la velocidad se encuentre entre 3 y 0,1 m/s) y de la eficiencia y el tamaño de partícula que queramos separar (una mayor longitud conseguirá las mayores eficiencias). Como normalmente son usados como un pre tratamiento para el enfriamiento del gas y la eliminación de las partículas más gruesas, no se usarán longitudes descomunales para mejorar la eficiencia con partículas pequeñas.
LAS VENTAJAS DE LAS CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN SON, PRINCIPALMENTE: - Bajos costos de capital - Costos de energía muy bajos - No hay partes móviles, por lo que presentan pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. - Excelente Funcionamiento - Baja caída de presión a través del equipo - El equipo no está sujeto a la abrasión, debido a la baja velocidad del gas. - Provee un enfriamiento adicional a la corriente gaseosa.
- Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente del tipo de material empleado en su fabricación
LAS DESVENTAJAS PRINCIPALES SON: - Eficiencias de recolección de partículas relativamente bajas, particularmente para aquellas de tamaño menor a 50 µm. - No puede manejar materiales pegajosos o aglutinantes, se necesita que el gas llegue seco para evitar problemas de incrustaciones provocadas por las condensaciones, y que el sólido no sea pegajoso. - El principal inconveniente es que precisan grandes espacios para su instalación. - Las bandejas en el modelo Howard pueden deformarse durante condiciones de trabajo que involucren altas temperaturas.
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3.1. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS Aun cuando las cámaras de sedimentación tengan bajas eficiencias de recolección, estas han sido muy utilizadas en: En la industria de refinación de metales: aplicada al control de partículas grandes, como trióxido de arsénico procedente de la fundición de minerales de cobre arsenioso.
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Disminución de carga de polvo y de abrasión en dispositivos posteriores, eliminando las partículas más grandes de la corriente de gas Centrales térmicas y de electricidad han utilizado cámaras de sedimentación para recolectar partículas grandes de carbón no quemado y reinyectarlas a los generadores de vapor. Son particularmente útiles en industrias en las que es necesario enfriar la corriente de gas antes de continuar con otros tratamientos. Cámaras de sedimentación: Su empleo se limita a la extracción de polvo relativamente grueso, del orden de las 200 µm y como paso previo de una depuración más fina. El aire cargado de polvo entra en la cámara de sedimentación disminuyendo así su velocidad, con lo que una parte de las partículas abandonan la corriente de aire debido a la fuerza gravitatoria. El rendimiento de este tipo de separadores es relativamente bajo, menor del 50%.
Fig. 5 Cámaras de sedimentación
El uso de estas cámaras ha disminuido debido a mayores restricciones de espacio en las plantas y por la posibilidad de utilizar otros dispositivos de control más eficientes y con mayores capacidades de carga.
CENTRAL TERMOELÉCTRICA DE COMBUSTIBLES FÓSILES Una Central Termoeléctrica es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y, por tanto, obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que en su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas. Una central termoeléctrica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve el generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.
Fig. 6 Central termoeléctrica
Funcionamiento La energía interna de los combustibles se libera en forma de calor para producir un movimiento de turbinas que genera corriente eléctrica. Cuando son combustibles gaseosos (y en algunos casos también con los líquidos), los gases de combustión accionan directamente las turbinas (turbina de gas). La tendencia hoy es la generación asociada de turbinas de gas y de vapor (producido a partir de los gases calientes de escape), con lo que se alcanzan rendimientos de producción eléctrica más elevados que con los ciclos convencionales. Las centrales térmicas convencionales producen energía eléctrica a partir de combustibles fósiles, como son el carbón, el fuelóleo o el gas. Además, utilizan tecnologías clásicas para la producción de electricidad, es decir, mediante un ciclo termodinámico de agua/vapor.
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El carbón almacenado en el parque (1) cerca de la central es conducido mediante una cinta transportadora hacia una tolva (2) que alimenta al molino (3). Aquí el carbón es pulverizado finamente para aumentar la superficie de combustión y así mejorar la eficiencia de su combustión. Una vez pulverizado, el carbón se inyecta en la caldera (4), mezclado con aire caliente para su combustión.
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La caldera está formada por numerosos tubos por donde circula agua, que es convertida en vapor a alta temperatura. Los residuos sólidos de esta combustión caen al cenicero (5) para ser posteriormente transportados a un vertedero. Las partículas finas y los humos se hacen pasar por los precipitadores (6) y los equipos de desulfuración (7), con el objeto de retener un elevado porcentaje de los contaminantes que en caso contrario llegarían a la atmósfera a través de la chimenea (8). El vapor de agua generado en la caldera acciona los álabes de las turbinas de vapor (9), haciendo girar el eje de estas turbinas que se mueve solidariamente con el rotor del generador eléctrico (12).En el generador, la energía mecánica rotatoria es convertida en electricidad de media tensión y alta intensidad. Con el objetivo de disminuir las pérdidas del transporte a los puntos de consumo, la tensión de la electricidad generada es elevada en un transformador (13), antes de ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte de alta tensión (14). Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el condensador (10). El agua que refrigera el condensador proviene de un río o del mar, y puede operar en circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (11) o, en circuito abierto, descargando dicho calor directamente a su origen.
Fig. 7. Central Hidroeléctrica
La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce por la emisión de residuos a la atmósfera (procedentes de la combustión del combustible) La combustión del carbón, en efecto, provoca la emisión al medio ambiente de partículas y ácidos de azufre. Para impedir que estas emisiones puedan perjudicar al entorno de la planta, dichas centrales poseen precipitadores que retienen buena parte de las partículas volátiles en el interior de la central. Cabe mencionar, por último, que diversos países entre ellos España están desarrollando proyectos de investigación que permiten aprovechar las partículas retenidas en los precipitadores y los efluentes térmicos de estas centrales de manera positiva. Así, se estudia la posibilidad de emplear cenizas volantes, producidas por la combustión del carbón, como material de construcción o para la recuperación del aluminio en forma de alúmina. -
Las partículas El carbón es el principal causante de la emisión de partículas de cenizas. Los fragmentos de la combustión de mayor tamaño (más de 10 micras) se depositan durante un tiempo breve en el suelo por acción de la gravedad, por lo que se llaman partículas sedimentables. Los de tamaño inferior a 10 micras no sedimentan, por lo que se llaman partículas en suspensión y se comportan como gases. La emisión de partículas se está reduciendo paulatinamente en los últimos años, pues se trata de un tipo de contaminante relativamente fácil de atrapar antes de que salga por la chimenea. Hay que tener en cuenta que los sistemas de retención de partículas cuentan con larga experiencia en las centrales térmicas, con procedimientos que garantizan porcentajes de eliminación próximos al 100%.
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Energía y Emisiones Estas emisiones traen influyen en temas de preocupación actual tales como: "lluvia ácida" y "efecto invernadero". Los problemas ocasionados por las emisiones fueron inicialmente atenuados con la construcción de chimeneas altas para mejorar la dispersión, pero en algunas partes del mundo se hizo obvia la presencia de problemas más serios. Mucha de la culpa se le ha atribuido al carbón y otros combustibles quemados en plantas termoeléctricas, los cuales emiten SOx y óxido de nitrógeno (NOx) durante la combustión. Estos gases reaccionan químicamente con el vapor de agua y otras sustancias de la atmósfera para formar ácidos, los cuales caen con las lluvias. La industria desarrolló la opción de utilizar carbones de bajo azufre y realizó los cambios necesarios para reducir las emisiones de SOx y NOx hasta llegar a niveles tolerables de emisión. La contribución del carbón al incremento del efecto invernadero producido por el CO2 es del orden de 20%; del cual la mitad proviene de la generación de
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electricidad. La contribución es mucho menos con respecto del CH 4 y el N 2O. Todo proceso de combustión tiene efectos muy directamente relacionados con la contaminación atmosférica y, en particular el de los carbones, con la producción de residuos sólidos. La combustión ideal de un compuesto constituido sólo por carbono e hidrógeno, quemado con un adecuado exceso de aire y sin reacciones secundarias, únicamente produciría dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H 2O), a los que se unirían el oxígeno sobrante y el nitrógeno procedentes del aire.
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La situación se complica al quemar carbones y otros combustibles fósiles, que originan nuevos productos normalmente indeseables. Desde el punto de vista ambiental, los productos genéricos pueden ser gaseosos, líquidos, sólidos, calor residual, y otras formas de contaminación (residuos industriales, ruidos). -
Efluentes gaseosos Los contaminantes principales presentes en los gases de combustión son:
Óxidos de azufre (SOx): Proceden del azufre contenido en los combustibles. El principal es el dióxido de azufre (SO 2). Óxidos de Nitrógeno (NOx): Proceden del nitrógeno presente en al aire de combustión, o en el propia composición del combustible. Partículas sólidas contenidas en los gases. Otros productos: Emitidos en bajas concentraciones, pero que cada vez reciben más atención, por ejemplo los compuestos halogenados, hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles (COV), elementos químicos en muy pequeña concentración (trazas), etc.
RANKING DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS MÁS CONTAMINANTES:
1.- Central Térmica As Pontes (A Coruña) Media de emisiones: 9.121.027 toneladas de CO 2 (lo mismo que emiten 3.040.000 coches al año). Potencia instalada: 1.400 MW y año de construcción: 1976 2. Central Térmica de Aboño (Asturias) Media de emisiones: 7.602.693 toneladas de CO2 (el equivalente a lo que emiten 2.534.000 coches al año). Potencia instalada: 903 MW y año de construcción: 1974 3. Central Térmica Litoral de Almería (Almería) Media de emisiones: 6.998.752 toneladas de CO2. Potencia instalada: 1.100 MW y año de construcción: 1984
Fig. 8 Central Térmica As Pontes A Coruña
4. Central Térmica de Teruel (Teruel) Media de emisiones: 6.828.042 toneladas de CO2 Potencia instalada: 1.050 MW y año de construcción: 1979 5. Central Térmica de Compostilla (León) Media de emisiones: 5.974.704 toneladas de CO2 Potencia instalada: 1.312 MW y año de construcción: 1961
Las partículas sólidas constituyen, con mucho, el principal contaminante emitido a la atmósfera por la industria del cemento. Aunque no son realmente nocivas por su ausencia de toxicidad, son frecuentemente causa de molestias para la población circundante y puede producir perjuicios en la agricultura al cubrir las hojas de las plantas de una finísima capa de polvo.
En la industria del cemento, tanto el producto final como los intermedios son pulverulentos. La producción de polvo es la inevitable secuela que acompaña al proceso de desmenuzamiento y de la manipulación tecnológica de los componentes materiales, indispensables para la producción del cemento portland. En todas las secciones de la fabricación del cemento se produce polvo. Su desprendimiento constituye una plaga para el personal y para todo cuanto rodea una fábrica de cemento; ese desprendimiento de polvo origina pérdidas de material no despreciables. Por tales razones, todos los focos de producción de polvo tienen que encerrarse en adecuadas cámaras de captación. Aplicando una aspiración al aire o a los gases de las máquinas y aparatos o a los conductos por donde tales gases circulan, se crea en ellos una depresión que impide que el polvo tienda a salir al exterior. Los tubos de la captación son de tales dimensiones que la velocidad del aire en ellos sea de unos 13 m/seg, en los que llevan fuerte inclinación y de unos 20 m/seg en los trayectos horizontales. Las trituradoras de material grueso operan generalmente sobre material que aún lleva la humedad de la cantera y, naturalmente no necesitan ninguna captación de polvo. Sin embargo, en casos especiales, cuando hay que trabajar con materias secas, las trituradoras, sean de mandíbulas, sean de cono, sean de cilindros, etc., tienen que llevar una aspiración que arrastre el aire cargado de polvo desde la tolva colectora situada debajo de la trituradora. En máquinas encerradas en cajas o envolventes como las trituradoras de martillos y los molinos de martillos, etc., el tubo de la captación puede conectarse directamente a dicha caja o envolvente. Los aparatos de transporte requieren igualmente instalaciones de captación de polvo que aspiren el aire y después de despojarlo del polvo lo conduzcan al exterior. Los gases de escape de los secadores y de los hornos arrastran consigo una gran cantidad no despreciable de polvo. La captación del mismo, tratándose de gases que suelen estar bastante calientes, requiere instalaciones especiales. En todas estas instalaciones es preciso cuidar que no haya ninguna entrada de aire, puesto que todo aire infiltrado rebaja el rendimiento.
Clases de polvo En la explotación de una fábrica de cemento se producen las siguientes clases de polvo: 1. 2. 3. 4. 5.
polvo de materias primas, es decir, polvo de caliza, marga calcárea, arcilla, minerales de hierro, escorias, etc. Polvo de crudo y polvo de carbón. Polvo de los gases residuales de la sección de secado de materias primas. Polvo de los gases residuales de los hornos de clinker (polvo de los hornos para cemento) Polvo de clinker, polvo de yeso y polvo de cemento.
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Excepto el polvo de cemento, los otros tipos citados tienen la misma composición que la de los materiales de que proceden.
Fuentes de material particulado Las fuentes de material particulado en plantas de cemento incluye (1) cantera y trituración, (2) almacenamiento de materias primas, (3) molienda y mezclado, (4) producción de clinker, (5) Molienda final y (6) empaque y carga.
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Las emisiones de polvos se producen en el arranque de la piedra con martillos neumáticos, en la caída del frente de corte muy variable según la humedad de la tierra y en el machaqueo primario (granos de 20 a 30 mm). En este último caso, el desempolvado puede llevarse a cabo por pulverización de agua o por medio de filtros de mangas o ambos sistemas aplicados a la vez. La producción de polvo en el área de molienda depende de la materia prima empleada y de su grado de humedad, así como de las características del molino. Si el grado de humedad es elevado puede ser innecesaria la captación de polvos. La más grande fuente de emisión de material particulado dentro de la planta de cemento es el sistema de piroproceso que incluye el horno y la chimenea de escape del enfriador de clinker. Muchas veces, polvo del horno es recolectado y reciclado en el horno, en relación con el polvo del clinker producido. Sin embargo si el contenido de álcalis de las materias primas es también muy alto, alguno o todo el polvo es descargado lixiviado antes de la entrada al horno. En muchos casos el máximo contenido permisible de álcalis de cemento es de 0.6% (calculado como oxido de sodio) restringiendo la cantidad de polvo que puede ser reciclado. Fuentes adicionales de material particulado, son las pilas de almacenamiento de materias primas, transportadores, silos de almacenamiento.
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Valores de orientación para la desempolvadura. Fig. 9: Fuentes de material particulado en plantas de cemento.
En la fabricación del cemento Portland el factor más importante de emisión son las partículas sólidas, a las que generalmen te se las califica de polvo.
La serie de datos relacionados en la tabla N°1 son valores de aproximación de los contenidos de polvo en Ton de polvo/ Ton de aire y de gases residuales en los dispositivos que utilizan en las fábricas de cemento.
Cifras de partida acerca de la distribución granulométrica de los polvos de la industria del cemento. Se necesita conocer la granulometría del polvo para elegir el tipo más adecuado de desempolvadura. La serie de datos que se relacionan en la tabla N°2 indican los contenidos porcentuales de las fracciones de los polvos que emiten las instalaciones. Las dimensiones de las partículas de polvo se expresan en µm (micras).
Desempolvadores Los desempolvadores se evalúan según su rendimiento. Esta relación expresada en porcentaje, de la cantidad de polvo recogida por el desempolvador, a la recibida por este, por tanto si en un desempolvador se recogen 95g de polvo por cada 100 que entran, el rendimiento es del 95 %. La depresión o pérdida de carga de los desempolvadores se mide en mm de agua.
Para su separación la industria del cemento utiliza los siguientes tipos de desempolvadores de tipo mecánico: ante todo, los ciclones para desempolvadura y, en menor escala, las cámaras de polvo; además de los filtros de tejidos, los desempolvadores por capas de gravilla y, finalmente, los filtros electrostáticos. Para estar en consonancia con las normas relativas a las emisiones, a veces es menester combinar los distintos tipos de desempolvadores, según la concentración y la temperatura de las partículas emitidas. Ya no se usan en la industria del cemento aquellos dispositivos que se emplean agua como elemento activo en la separación del polvo, dado lo complicado que resulta la recogida y reciclado del polvo húmedo ya que su posterior manipulación crea nuevos problemas de polvo. Para la predepuración de gases de elevado contenido de polvo, siempre serán de gran interés las cámaras de sedimentación. El modo de operar de estas cámaras se basa en el principio de la disminución de la velocidad en la vena gaseosa, lo que da lugar a la sedimentación del polvo por acción de la gravedad. Para imponer a la vena cambios de dirección, para que para que el trayecto en que se realice la sedimentación se acorte, las cámaras de sedimentación son los dispositivos más baratos debido a la sencillez de su construcción, pero también los desempolvadores de rendimiento más bajo. Solo quedan depositadas las partículas más gruesas. Para separar polvos más finos, por ejemplo, en el tramo granulométrico de los 20 µm, sería necesario disponer de cámaras de unos 35 m. por consiguiente la mayoría de las veces, las cámaras de sedimentación están instaladas como separador previo para las partículas gruesas, delante de desempolvadores de más alto rendimiento, como los filtros de tejidos o los electrostáticos. El rendimiento de las cámaras de separación medido varía entre el 30 – 70 %. En las cámaras de sedimentación la velocidad de los gases no debe sobrepasar 0.5 m/seg. La pérdida de carga está en el intervalo de 5-25 mm de agua. En la Figura N°2 se muestran esquemáticamente dos cámaras de sedimentación diferentes, establecidas para la desempolvadora previa de gases de horno y de secaderos de tambor. El flujo del gas puede ocurrir tanto horizontal como verticalmente.
Fig. 10. Cámara de deposición de polvo para gases residuales de horno rotatorio y de secaderos.
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El crecimiento poblacional trae consigo una serie problemas ambientales, muchos de ellos ya conocidos como el impacto al medio ambiente, la sobreexplotación de los recursos naturales o la excesiva cantidad de residuos, a todo ello se le suma la Contaminación Atmosférica, que hoy por hoy según estudios, es la responsable de 2,1 millones de muertes en todo el mundo cada año (Investigación publicada en la revista
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Environmental Research Letters).
Esto no es de sorprenderse ya que las actividades tanto industriales como urbanas, crecen al mismo ritmo que la población, esto se evidencia en la cantidad de edificios y casas que van rebalsando las ciudades, las industrias metalúrgicas y cementeras aumentan su producción año a año debido a la demanda creciente; la necesidad energética aumenta, las industrias crecen tratando de satisfacer las demandas, pero todo ello a un costo, la contaminación del planeta. Para mitigar todo esto se han planteado una diversa gama de soluciones en todos los campos, esto es bueno, ya que si nosotros somos los contaminantes entonces también debemos descontaminar; hemos hablado particularmente de la CONTAMINACIÓN CON MATERIAL PARTICULADO, y las formas de REMOVERLO , esto es muy importante ya que estudios científicos afirman que la contaminación por partículas está relacionada con la muerte prematura por enfermedades cardíacas y respiratorias, incluyendo el cáncer de pulmón (según la OMS). Se han creado dispositivos para el control de las emisiones de material particulado de
distinta efectividad, los cuales se instalan en las industrias generadoras de acuerdo al precio de implementación que estos acarrean, también tiene mucho que ver los costos de operación y la eficiencia al momento de capturar el material particulado; no es mucha sorpresa que la mayoría de industrias se fije mucho en la economía, optando por sistemas de remoción de MP deficientes y antiguos puesto que aún tenemos una mentalidad basada en el presente y no pensamos en las consecuencias del futuro. En este trabajo estudiamos todo lo referente a la CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS USADA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIAL PARTICULADO (equipos de pretratamiento), que como se mencionó anteriormente tiene sus ventajas y desventajas. Debemos señalar muy claramente que estos dispositivos atrapan los contaminantes, mas no los destruyen por ello es necesario disponer de forma adecuada el material recolectado, y hoy se ve en muchos casos las posibilidades de utilizar estos materiales como suplementos para fabricar otros, como ejemplo notable de ello tenemos el uso del MP de las siderúrgicas para sustituir al Clinker.
Según investigaciones la contaminación del aire es un problema global que cobra millones de muertes al año, y el material particulado está relacionada con la muerte prematura por enfermedades cardíacas y respiratorias, en su mayoría, en niños y ancianos Podemos concluir que para la remoción de material particulado tenemos una variedad de equipos para lograr la remoción de este y así disminuir su impacto ambiental. Si se opta por elegir una cámara de sedimentación para una industria se debe tener muy en cuenta los parámetros de operación ya que de esto depende la eficiencia de la remoción del MP. Algo muy importante de las cámaras de sedimentación es su bajo costo de capital, y sus costos de energía bajos; pero siempre teniendo en cuenta las propiedades físicas y químicas de las partículas a sedimentar ya que si estas son menores a 50 µm, la eficiencia de recolección de partículas es muy baja. Al usar estos equipos es necesario diseñar un lugar adecuado para disponer del material recolectado, ya que estos equipos solo recolectan los contaminantes y no los destruyen. Una posibilidad a ello es ver la factibilidad de utilizar estos desechos en otros procesos industriales.
La principal recomendación es que debemos pensar en un futuro sostenible, es decir, pensar en las nuevas generaciones y en sus necesidades; de esta forma al momento de mitigar los impactos ambientales originados en las industrias y demás, se debe utilizar la mejor tecnología y la más eficiente y dejar de lado los costos económicos ya que estos se recuperaran en el futuro. Debemos realizar investigación en el tema de material particulado, ya que muchas industrias que utilizan estos equipos como, CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN, arrojan nuevamente estos desechos sin darles ningún valor, lo que a la larga causara nuevamente impactos ambientales, esto se puede evitar si investigamos nuevos usos y aplicaciones de estos desechos.
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Palacios, C. “PROTECCIÓN ATMOSFÉRICA”. [Disponible en] http://bit.ly/1642e5m Consultado el 22 de Octubre del 2013. TECNOTECA. “TECNOLOGÍAS DE CONTROL DE CONTAMINANTES PROCEDENTES DE FUENTES ESTACIONARIAS”. [Disponible en] http://bit.ly/1bfeb87 Consultado el 22 de Octubre del 2013. Universidad Nacional Experimental del Táchira. “EQUIPOS DE [Disponible en] COLECCIÓN DE PARTÍCULAS”. http://bit.ly/1aa4BmF Consultado el 22 de Octubre del 2013.
22
TABLA N° 1. Contenido de polvo en el aire y gases residuales de la industria del cemento.
PUNTOS DE PRODUCCIÓN DE POLVO
23
Triturador (según la humedad). Molinos de martillos de gran velocidad.
Ton polvo/Ton aire Y Gases 103 3.875-11.62 11.62-15.5
Tamaño del producto de 2-5 mm. 15.5-31 Para producto en polvo. Vibromatriz Tolvas Apilamientos abiertos, sin cubierta Volcadores de vagones (según humedad del material) Secadero de materias primas :
11.62-15.5 3.875-11.62 hasta 3.875 7.75-15.5 31-69.76
Secadero de tambor rotatorio. 38.75-193.8 Secaderos rápidos con álabes para proyección. Molino de crudo : 15.5-62 Con salida por gravedad 232.5-387.6 Molinos barridos por aire con secado simultáneo Molinos por rodadura, molinos de rodillos y solera rotatoria Molinos de carbón :Con salida por gravedad Con molienda-secado Gases residuales del horno rotatorio :
503.8 15.5-62 77.5-93 Hasta 11.62
Hornos largos para vía húmeda hasta 23.2 Hornos largos para vía seca hasta 46.5 Hornos cortos para vía seca 38.75-58.1 Hornos cortos para vía seca con intercambiador. Enfriadores de parrilla de clinker (enfriadores Fuller) Molinos de cemento
7.75-11.62 15.5-62
Separadores por aire (de plato dispensor) Elevadores de cangilones :
62-93 15.5-23.2
Para crudo hasta 7.75 Para cemento clinker Puestos de transición de transportadores de cinta continua Aerodeslizadores, silos de mezcla de crudo, aireación de silos para fluidificación de crudo y cemento. Instalaciones de transporte neumático (bombas Fuller, recipientes de impulsión). Carga a granel Máquinas de ensacar cemento
11.62-15.5 23.2-38.75 116.2-155 31-46 15.5-23.2
Fabricación características y aplicaciones de diversos tipos de cemento, Michel Papadakis. Editores técnicos asociados.
TABLA N° 2. Contenido porcentual de las fracciones de los polvos que emiten los diferentes equipos en cementos.
EQUIPO Trituradores (la mayor parte de las veces polvo de caliza).
PARTÍCULAS DE POLVO ( µm) 0-20
PARTÍCULAS DE POLVO ( % ) 20-25
20-60
10-15
60-100 0-10
50-60 50-70
10-30
40-50
30-200
10-20
0-10
50-70
10-100
30-50
0-30
50-75
Fracción : Molinos de carbón.
30-100 0-20
25-50 50-95
Fracción : Molinos de crudo. Fracción:
20-100 0-20 20-100
5-50 70-80 20-30
Fracción : Secadero de tambor. Fracción : Secaderos rápidos con álabes proyectores. Fracción : Secaderos de tambor para carbón.
24
Horno rotatorio. Hornos largos para vía húmeda. Fracción : Hornos largos para vía seca. Fracción : Hornos cortos para vía seca. Fracción : Hornos con intercambiador de calor. Fracción :
25 Molinos de cemento Fracción :
Instalaciones de transporte interno. Fracción :
0-20 20-60 60-100 0-10 10-30 30-100 0-20 20-40 40-60 60-100 0-10 10-100 0-10 10-40 40-80 80-100 0-10 10-40 40-80 80-100
35-40 20-40 15-20 40-60 20-30 5-10 15-20 40-45 10-15 15-20 90-95 5-10 10-20 30-40 25-35 2-5 15-20 40-55 10-18 3-7
Fabricación características y aplicaciones de diversos ti pos de cemento, Michel Papadakis. Editores técnicos asociados.
