Precipitador electrostático El precipitador electrostático se basa en el principio de ionización, es decir, en el hecho de que en el interior de un campo eléctrico las partículas de ceniza se cargan eléctricamente. Para ello, los gases se hacen pasar por el interior de una cámara donde se crea un camp campo o elec electr tros ostá tátitico co estab estable leci cido do entr entre e los los elec electr trod odos os emis emisor ores es o de descarga (neg (negat ativ ivos os)) los elec electtrod rodos colect ectores res o placas (positivos), conectados a tierra. !os gases al pasar por los electrodos emisores se cargan negativamente gracias al principio de ionización al pasar por los electrodos colectores son atraídos debido a su distinta carga eléctrica. El má"imo campo elec electr trost ostát átic ico o se genera genera en la pro"i pro"imi mida dad d de los los elec electr trod odos os de desca descarg rga a o emisores, ionizando a las partículas de ceniza (ver #ig. $).
#igura $. %onización &e utilizan en el control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a '. m m , contaminantes peligrosos del aire en orma particulada, como son la mao maorí ría a de los los meta metale less a e"ce e"cepc pció ión n del del merc mercur urio io.. *ambié mbién n se empl emplea ean n recuentemente para controlar neblinas de ácido pueden proporcionar un control incidental de compuestos orgánicos volátiles. !os precipitadores electrostáticos capturan partículas sólidas presentes en el lu+o de gas a través de uerzas electrostáticas. !as partículas se cargan de electricidad son atra atraíd ídas as haci hacia a plac placas as metál metálic icas as con con carg cargas as opues opuesta tass ubic ubicad adas as en el precipitador. Estas placas se lavan, a sea de orma continua o intermitentemente, con un líquido, generalmente agua. El eluente líquido se retira puede ser sometido a un tratamiento posterior. En los precipitadores electrostáticos tipo placa, el gas lue horizontalmente paralelo a las placas metálicas verticales.
PARAMETROS PARAMETROS OPERACIONALES OPER ACIONALES Y DE DISEÑO !os precipitadores electrostáticos son diseados utilizando el modelo de -eutsch/nderson, más com0nmente conocido como la ecuación de eiciencia de -eutsch, la cual se deduce de estudios probabilísticos de partículas moviéndose en un campo eléctrico. !a ecuación de eiciencia es1
!a ecuación ($) se emplea para calcular el área colectora ( A) cuando se conocen el volumen de gas a tratar ( V ) la eiciencia requerida en la separación ( n). El diseador del equipo calculará una velocidad de migración ( w ), la cual puede variar de acuerdo a las condiciones de operación, características del material particulado, composición química temperatura del gas. !a velocidad de migración es la velocidad promedio a la cual las partículas son cargadas arrastradas a la supericie colectora, donde pierden su carga eléctrica son removidas. -entro de la velocidad de migración seleccionada por el diseador, se pueden consideran actores empíricos como tamao propiedades ísicas químicas de las partículas, aglomeración de partículas, velocidad, temperatura composición del gas.
Parámetros Operacionales #actores claves que determinan la adecuada operación de los precipitadores electrostáticos comprenden el lu+o, temperatura, composición química contenido de agua del gas, así como actores asociados al sólido suspendido, por e+emplo, concentración, composición , características ísicas distribución de tamaos de partículas. FACTORES !E AFECTAN LA EFICIENCIA !as eicacias típicas de control para equipos nuevos varían entre el 22 el 22.23, mientras que equipos más antiguos pueden alcanzar valores comprendidos entre el 24 el 22.23. El actor que más aecta al grado de eicacia de control alcanzado es el tamao del precipitador, a que de este tamao va a depender el tiempo de duración del proceso. 5uanto más tiempo permanezca una partícula en el precipitador es más probable que sea atrapada. Por otra parte, el aumento de la uerza del campo eléctrico, incrementará la eiciencia de recolección del precipitador. *ambién van a inluir en el grado de eicacia de control otros actores, como la resistividad del polvo, la temperatura del gas, la composición química (del polvo del gas) la distribución del tamao de las partículas.
"ENTA#AS !as venta+as de los precipitadores electrostáticos en h0medo son1 $. !os requisitos energéticos los costos de operación tienden a ser ba+os. '. &on capaces de alcanzar eicacias de control mu altas, incluso con partículas mu pequeas. 6. &on capaces de operar ba+o presiones altas (hasta $,464 7Pa ) o en condiciones de vacío. 8. &e pueden mane+ar razones de lu+o relativamente grandes de manera eectiva. . Pueden operar para un rango amplio de temperaturas de gases, pudiendo alcanzar temperaturas de hasta 944:5. ;. !a recolección eliminación del residuo en seco permite una manipulación ácil. !os costos de operación son relativamente ba+os.
DES"ENTA#AS !as desventa+as principales son1 $. !a inversión inicial es generalmente alta. '. !os electrodos de descarga abricados con alambre requieren altos niveles de mantenimiento. 6. Puede presentarse corrosión cerca de la parte superior de los alambres por el eecto de ugas de gas la condensación ácida. 8. !os alambres largos su+etos con pesas tienden a oscilar ocasionando que la parte media del alambre se acerque a las placas, causando chispas desgaste. . En general no son mu apropiados para procesos demasiado variables, debido a su alta sensibilidad a las luctuaciones en las condiciones de la corriente de gas (velocidad de lu+o, temperatura, composición de las partículas del gas, el cargamento de partículas). ;. &on diíciles de instalar en sitios con espacio limitado puesto que deben ser relativamente grandes para obtener las ba+as velocidades de gas que se necesitan para una recolección eiciente de partículas. 9. &e requiere personal de mantenimiento relativamente soisticado, así como precauciones especiales para proteger al personal del alto volta+e. <. El electrodo con carga negativa produce ozono durante la ionización de los gases. 2. !os precipitadores secos no son aconse+ables para recolectar elementos pega+osos o nieblinas.
COLECTORES $!MEDOS PRINCIPIO DE OPERACI%N& &e encarga de la eliminación de partículas sólidas de un lu+o gaseoso por medio de una corriente liquida (gotas), que es inectada dentro de la cámara por donde circula el gas contaminado. !a P= es arrastrada por la corriente liquida hacia la parte inerior del equipo donde será recogida tratada. !a eiciencia del equipo depende del grado de contacto entre las partículas el líquido, es importante la
atomización del líquido el tiempo de contacto. 5aptura partículas de tamao de 4.$ a '4 >m. !os más usados son las torres de aspersión los lavadores tipo ?enturi. =ecanismos de captación de partículas1 !os contaminantes son removidos principalmente a través del impacto, diusión, intercepción absorción del contaminante sobre pequeas gotas de líquido, impactación centríuga, eectos electrostáticos, etc. El impacto la intercepción es el mecanismo de maor importancia para partículas de maor tamao. Para partículas pequeas predominará la diusión, la absorción los eectos electrostáticos.
Tipos de colectores '(medos& @a tres tipos de colectores h0medos dependiendo de la cantidad de energía suministrada o utilizada en el sistema de limpieza. !a eiciencia de remonición de partículas está directamente relacionada con la energía requerida por el separador h0medo1
Colectores de )a*a ener+,a- &on aquellos en los que el lu+o de aire contaminado pasa por una niebla o cortina de agua. &on para atrapar partículas de más de 4 micras o para hacer reacciones químicas o térmicas con los contaminantes. !os más conocidos son las ca+as de aspersión, en los que el lu+o contaminado pasa por una cámara en la que se ponen en contacto el gas el agua mediante la aspersión del líquido. La.adores de media ener+,a- En ellos lu+o de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o +unto a las paredes h0medas de los lavadores, las partículas del contaminante se unen al agua luego ésta es tratada para separarla de los contaminantes. Separadores de alta ener+,a- &on aquellos equipos que utilizan la energía para mezclar con gran eiciencia a las emisiones el agua, los equipos más conocidos son los venturis de alta energía. Estos equipos logran capturar con 223 de eiciencia a partículas de 4. de micra. Para lograr estas eiciencias se llegan a tener caídas de presión hasta de $444 mm de agua, lo que implica el uso de mucha potencia. En el separador de ?enturi el gas contaminado circula por un tubo que tiene un estrechamiento, esta constricción hace que el lu+o de gas se acelere cuando aumenta la presión. Torres de aspersi/n& El gas contaminado lue hacia arriba las partículas chocan con las gotas de líquido producidas por boquillas apropiadas situadas a través del paso del lu+o. &i la taza del lu+o del gas es relativamente ba+a, las gotas de líquido contaminado se sedimentaran por gravedad hacia el ondo de la torre. En general, se coloca un eliminador de neblina en la parte superior de la torre para eliminar tanto el e"ceso de gotas de agua limpia como de gotas de agua sucia, las que son mu pequeas por lo tanto las arrastra el lu+o ascendente del gas.
El gas entra por la base de la torre, pasando por una placa de distribución que suele consistir en una placa perorada. El gas choca al ascender con las gotas de líquido, creadas por una serie de aspersores. !a velocidad terminal de las gotas deber ser maor que la velocidad del gas (de ' a pies por segundo) a in de evitar arrastre de líquido. Estos equipos son 0tiles para separar partículas de más de $4 micras de diámetro
La.ador "ent0ri& Estos equipos han adquirido importancia en los 0ltimos treinta aos, debido a su capacidad para separar partículas de tamaos ineriores al micrón con gran eiciencia a su simplicidad de instalación mantenimiento (#ig. $4). El gas sucio entra al lavador sure una aceleración al pasar por una sección convergente que conduce hacia la garganta del ?enturi. !a velocidad del gas es má"ima en la garganta. El gas a alta velocidad hace impacto contra la corriente de líquido en la garganta, atomizándola en una gran cantidad de gotas mu pequeas. !a gran dierencia de velocidades entre el gas las gotas provoca choques entre las gotas las partículas de polvo. /l disminuir la velocidad del gas, ocurren nuevos impactos aglomeraciones. Ana vez que las partículas han quedado atrapadas dentro de las gotas, los aglomerados resultantes se separan ácilmente de la corriente gaseosa en el separador. PARAMETROS DE DISEÑO Los parámetros 10e a2ectan el 20ncionamiento +lo)al de 0na torre de limpie3a '(medas& Bo ha un método general para el diseo de un separador h0medo, habrá que ver los requerimientos del eluente , mediante prueba error, determinar el óptimo entre los costos, debidos sobre todo a la energía requerida, la eiciencia de uncionamiento. !os cálculos de pérdida de presión velocidad en la garganta están reeridos e"clusivamente a un separador de venturi. =as adelante se valorará la eiciencia de una ca+a de aspersión, en la que el término de pérdida de presión es menos importante)
Distri)0ci/n de tama4o 5 car+a de part,c0las- !a eiciencia de un separador h0medo va a depender de orma directa de la distribución del tamao de partícula. !os colectores h0medos van a tener una buena eiciencia para partículas grandes, de a $4 >m con pérdidas de presión no mu elevadas. Para conseguir eiciencias elevadas en distribuciones de partícula menores, se requerirán de equipos de venturi con separador ciclónico, altas pérdidas de presión. El aumento de la carga contaminante (maor masa de partículas en el mismo volumen de aire) se compensará con una maor relación líquidoCgas para mantener la eiciencia de recolección. El instrumento que usualmente se usa para calcular la distribución del tamao de partículas es el impactador en cascada, que
separa las partículas po r tamaos, pudiendo medirse posteriormente la masa de cada placa de impacto.
-onde1
6d D eiciencia de recolección total 6 * D eiciencia raccional para el rango de diámetro de partícula + m * D racción masa para el rango de diámetro de partícula + * D el n0mero de rangos de diámetros de partícula
Ptd D penetración total del dispositivo de colección 6d D eiciencia de recolección total Ra3/n del 2l0*o7 temperat0ra 5 '0medad del +as resid0al- !as características del eluente gaseoso contaminado inluirán en el diseo del separador. / maor lu+o volumétrico de gas se necesitará un equipo más grande un maor volumen de líquido, el problema radica en que los separadores h0medos no operan a lu+os volumétricos mu elevados, a dierencia de los iltros de mangas o los precipitadores electrostáticos que tienen maor capacidad. !a temperatura humedad del gas residual de entrada van a determinar la evaporación de líquido, tendiendo a aumentar la relación líquidoCgas con gases con poca humedad alta temperatura, en ciertas ocasiones se deberá disponer de un equipo de acondicionamiento del gas de entrada, para disminuir la temperatura. Para calcular la necesidad de líquido en e"ceso para contrarrestar los eectos de la evaporación, debemos conocer calcular algunos parámetros del gas residual a la entrada la salida1 El gas que pasa a través del separador sure un proceso de enriamiento adiabático, a la salida se encuentra en el punto de saturación. &ubíndices1
m D mezcla de aire seco vapor de agua a D aire seco 8. D vapor de agua
5audal másico de agua evaporada 5audal másico de agua a la salida 5audal másico de agua a la entrada
5audal volumétrico de agua evaporada. ste deberá ser el volumen e"cedente de líquido que se suministre al equipo a causa de la evaporación producida por las condiciones de entrada del gas residual.
P9rdida de presi/n- !a velocidad relativa entre el gas las gotas de líquido aumenta la eiciencia de recolección, pero a maor velocidad maor es la caída de presión en el sistema. En los separadores de venturi el aumento de la velocidad se consigue con el estrechamiento de la garganta.
:P D caída de presión a través del venturi (mm@ 'F) . D velocidad de garganta (mGs) ;+ D densidad del gas (HgGm 6) L<= D relación líquido a gas (lGm 6) > D actor de correlación para un diseo especíico de torre de limpieza. Ana de las ecuaciones más aceptadas para un separador de venturi es la de 5alvert, con HD,'I$4C;
Pt Penetración de partículas
Ci 5 Co D concentración (masa sólidoGmasa aire) de partículas J Km a la entrada salida del separador de venturi. Esta ecuación relaciona la eiciencia de recolección con la caída de presión (a maor energía suministrada al sistema la eiciencia de recolección es maor). #ue determinada e"perimentalmente por @es7eth, que considera que en un separador de venturi la eiciencia de separación de partículas ineriores a Km es del $443 :P D caída de presión (mm@'F) "elocidad 5 secci/n de la +ar+anta de .ent0ri- !a garganta es el lugar donde se produce el estrechamiento del separador de venturi, aumentando la velocidad del gas la turbulencia, que avorecen el mezclado. !a divergencia vuelve a disminuir la velocidad, se disea de manera que se recupere la maor cantidad de energía posible. Es en este lugar donde se produce la maor pérdida de presión, por lo que aunque la maor velocidad avorece la má"ima eliminación de partículas, e"isten unas limitaciones en su diseo, como son la velocidad del gas requerida en el eliminador de rocío o la pérdida de presión má"ima admisible por los costos de operación. Ana ecuación para la estimación de la velocidad óptima en la garganta sería1
vt D velocidad en la garganta (mGs) /t D área de sección transversal de la garganta (m ') Lm D razón de lu+o volumétrico má"imo real de aire (m 6Gs) Msat D densidad del gas al punto de saturación (HgGm 6) 5 D constante para separadores de venturi con sección convergente de 64N divergente de $4N a $'N una densidad de gas no maor de $ 7gGm 6.
/t área de la sección de la garganta /i área de la sección a la entrada vt velocidad en la garganta
vi velocidad a la entrada
Relaci/n l,10ido?+as @L<=- Es la relación entre el volumen de líquido que se utiliza para tratar un volumen de gas contaminado. Esta relación tenderá a aumentar con el aumento de la carga de partículas en el eluente contaminado con el in de me+orar la eiciencia. Esta relación suele encontrarse entre $ $, litros por cada metro c0bico de aire contaminado. Tama4o de la +ota- En principio a menor tamao de gota, se consigue una maor eiciencia de recolección, pero ocurre que a un determinado tamao de gota límite, ésta es resuspendida con el eluente gaseoso, reduciéndose la velocidad relativa entre líquido partícula por tanto reduciéndose la eiciencia de recolección, además en caso de que el contacto sea a contracorriente, las gotas con las partículas pueden ser arrastradas con el eluente gaseoso. Tiempo de residencia- El maor tiempo de contacto entre el líquido el material particulado del eluente gaseoso contaminado resulta en una maor eiciencia de recolección. En los separadores de venturi se estima que la longitud de la garganta debe ser tres veces el diámetro, la longitud de la divergencia cuatro veces el diámetro, de esta manera se aumenta la eicencia al aumentar el tiempo de contacto PARAMETROS OPERACIONALES $) 5aída de presión en el gas. ') 5audal de líquido en litros por cada mil pies c0bicos de gas. 6) 5apacidad para mane+ar sólidos en suspensión. 8) Protección rente a la corrosión erosión1 materiales de construcción. ) 5ostes globales de equipo operación. ;) -atos de eiciencia para aplicaciones similares. 9) Oequerimientos de mantenimiento. <) 5oniabilidad de operación. 2) Eecto de la variación del caudal gaseoso sobre la eiciencia. $4) 5apacidad para separar simultáneamente contaminantes gaseosos. ?enta+as1 • • • • •
#áciles de manipular de instalar Oequiere poco mantenimiento &e usa como enriador controlador del proceso &e puedes usar luidos viscosos Puede separar líquido, solido, gas, solubles e insolubles
-esventa+as1
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&e debe tener en cuenta la corrosividad impartida por el agua hacia los materiales &e requiere alta energía para que el proceso de dispersión sea eiciente El líquido eluente puede causar problemas de contaminación del agua
