Subido por Leyden Cárdenas

Tarea 21_Contaminación Del Aire Precipitadores electrostáticos

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31-5-2019
Campus Guanajuato
División de Ingenierías
Departamento de Ingeniería Civil
Ingeniería
Ambiental
Contaminación del aire
Leyden Osorio
Cárdenas
Tarea 21
Precipitadores Electrostáticos
Campus Guanajuato
División de
Ingenierías
Departamento de Ingeniería Civil
PROF. DR. ADRIÁN ZAMORATEGUI
MOLINA
Precipitadores electrostáticos
El precipitador electrostático (ESP) es como un sedimentador por gravedad o un separador
centrífugo, pero la fuerza electrostática impulsa las partículas hacia la pared.
En los ESP, la fuerza resistente todavía es la fuerza viscosa de retardo de Stokes, pero la fuerza que
mueve la partícula .hacia la pared es electrostática. Esta fuerza es prácticamente ·proporcional al
cuadrado del diámetro de la partícula y, por consiguiente, la relación de la fuerza impulsora a la
resistente es proporcional a (diámetro al cuadrado/diámetro), o sea, al diámetro. De este modo, para
un ESP, resulta más difícil capturar partículas pequeñas que las grandes, pero la dificultad es
proporcional a (1 /D), más bien que a (1 /D2); como lo es en los aparatos gravitacionales o
centrífugos.
Imparte a las partículas una carga electrostática y, a continuación, ponerlas en un campo
electrostático que las impulsa hacia una pared colectora. Éste, en forma inherente, es un proceso en
dos pasos. En un tipo de ESP, conocido como precipitado de dos etapas·, la carga y la captura se
llevan a cabo en partes separadas del mismo.
El gas pasa entre las placas,
que se encuentran conectadas
eléctricamente a tierra (es
decir, voltaje = O). Entre las
placas se encuentran filas de
alambres, los que, por lo
general, se mantienen a un
voltaje de -40 000 volts. La
energía se obtiene al
transformar la corriente
alterna común hasta llevarla
a un alto voltaje y, en
seguida, rectificándola a
través de algún tipo de
rectificador de estado sólido.
Esta
combinación
de
alambres cargados y placas
conectadas a tierra tienen
como efecto el que los
electrones libres carguen las
partículas y que el campo las
impulse contra las placas.
Sobre
las
placas,
las
partículas pierden su carga y se adhieren entre sí y a la placa, formando una "torta". Entonces el gas
limpiado sale por el lado lejano del precipitador. Las tortas sólidas se extraen al golpear las placas a
intervalos regulares de tiempo con un golpeador mecánico o electromagnético que da un golpe
vertical u horizontal en el borde de la placa.
Para partículas de tamaño mayor que alrededor de O .15µm, el mecanismo dominante de carga es la
carga por el campo. Esto es prácticamente equivalente a la captura de cualquier electrón por
cualquier partícula que se encuentre en su camino. Sin embargo, conforme las partículas se cargan
con mayor intensidad, desvían las trayectorias de los electrones, alejándolas de ellas. Por tanto, la
carga crece con el tiempo, alcanzando un valor de estado estacionario de:
En esta expresión, q es la carga en la partícula, E es la constante dieléctrica de la partícula. La
constante dieléctrica es un número adimensional que es igual a 1.0 en un vacío, a 1.0006 para el aire
y de 4 a 8 para las partículas sólidas tipicas. La permitividad del espacio libre, 0, es una constante
dimensional cuyo valor, en el sistema SI de unidades, es de 8.85 x 10 -12 C/(V · m). D, es el diámetro
de la partícula y E0 es la intensidad local del campo.
Si el tamaño de la partícula fuera menor que más o menos 0.15 µm, entonces se cometería un error
grave al calcular su carga por medio de la ecuación anterior; se debe considerar la carga adicional
que se adquiere por carga por difusión. Esta última es el resultado de los choques de partícula contra
electrones causados no por el movimiento neto de estos últimos debido al campo eléctrico, sino por el
movimiento aleatorio sobrepuesto a aquél por los choques de los electrones contra las moléculas de
gas, lo que hace que el electrón se comporte como una molécula de gas con una distribución de
Boltzmann de velocidades.
La fuerza electrostática sobre una partícula es:
Si la resistencia de la partícula que está siendo impulsada hacia la pared por las fuerzas
electrostáticas se expresa por la fuerza de retardo de Stokes, se puede igualar la fuerza de resistencia
a la electrostática de la y despejar la velocidad resultante, para encontrar:
Esta velocidad se conoce como velocidad de deriva y se denota mediante el símbolo w.
Si ahora se considera la sección entre la fila de alambres y una de placas, se ve que su área colectora
es:
Y el flujo volúmetrico es:
Si se realizan las sustituciones, se encuentra el flujo en bloque:
Y el flujo en mexclado:
Si todas las partículas que alcanzaran la pared permanecieran allí, entonces el rendimiento calculado
de esa manera sería el observado al hacer funcionar los precipitadores. Por desgracia, el golpeteo
que desprende las partículas de la pared también hace que algunas sean arrastradas de nuevo en el
gas, y las diversas partículas tienen diversas propiedades respecto a volver a ser arrastradas.
Bibliografía
De Nevers, Noel (1972). Ingeniería de control de la Contaminación del Aire.
Precipitadores Electrostáticos. PP. 232
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