CICLONES Los ciclones son equipos mecánicos estacionarios, ampliamente utilizados en la industria, que permiten la separación de partículas de un sólido o de un líquido que se encuentran suspendidos en un gas portador, mediante la fuerza centrífuga. Además destaca el hecho de que, al hacer uso de fuerzas centrífugas en vez de gravitatorias, la velocidad de sedimentación de las partículas se incrementa en gran medida haciéndose más efectiva la separación Estos equipos son más eficientes y ocupan menos espacio. La corriente gas-polvo entra tangencialmente a una sección cónica. La fuerza centrífuga causa que las partículas viajen hacia la periferia, en donde colisionan con las paredes y caen, mientras que el gas escapa ascendiendo hacia el tubo de derrame. El gas ingresa por el conducto de entrada del ciclón a una velocidad. Este conducto se halla ubicado en forma tangencial al barril o cuerpo del ciclón. • Entra al barril y comienza el movimiento en espiral descendente. • El cambio de dirección genera un campo centrífugo equivalente a cientos de veces el campo gravitacional terrestre. Las partículas transportadas por el gas debido a su inercia, se mueven alejándose del centro de rotación o “eje del ciclón”, alcanzando las paredes internas del barril, donde pierden cantidad de movimiento y se deslizan por la pared del barril hacia el cono y desde allí a la pierna del ciclón. El gas en su movimiento descendente va despojándose de las partículas sólidas y al llegar a la base del cono, invierte el flujo, siguiendo una espiral ascendente ya libre prácticamente de partículas (“gas limpio”). Los ciclones convencionales se pueden encontrar en una gran variedad de tamaños y la entrada al equipo puede ser rectangular o circular. Una forma de clasificar los distintos tipos se puede efectuar en la carga y la descarga del equipo y otro modo sería en función de su eficiencia. De acuerdo a su disposición geométrica se distinguen los siguientes tipos de separadores ciclónicos : Entrada tangencial y descarga axial Entrada tangencial y descarga periférica Entrada y descarga axiales Entrada axial y descarga periférica Los ciclones se pueden emplear como equipos de limpieza y cuentan con la ventaja de que pueden ser diseñados para tratar con un rango de condiciones químicas y físicas más amplio que cualquier otro equipo de captación de partículas. • Los ciclones se pueden disponer en serie, buscando una mejor separación de los sólidos, o bien en paralelo si se ha de hacer frente a grandes caudales. • Se suelen emplear para el control de la contaminación del aire de determinadas fuentes, tales como: -Plantas generadoras de electricidad a partir de combustibles fósiles -En hornos de tostación -Refinerías petrolíferas -Molinos de pasta de papel e incineradores. Entre las aplicaciones de los ciclones hay que destacar también las de los hidrociclones, muy utilizados por ejemplo para la depuración de aguas residuales y en otros sistemas de lavado. Aplicaciones Los ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores a 5 micrómetros aunque partículas mucho as pequeñas en ciertos casos puedes ser atrapadas. FILTRACIÓN Es un método físico-mecánico para la separación de mezclas de sustancias compuestas de diferentes fases (fase = componente homogéneo en un determinado estado de agregación). Un medio filtrante poroso es atravesado por un líquido o gas (fase 1) y las partículas sólidas o gotículas de un líquido (fase 2) quedan retenidas en la superficie o en el interior del medio filtrante. Puede existir un pretratamiento con el fin de aumentarla velocidad de filtración, como calentamiento, recristalización o adición de coadyuvante de filtración. • Coadyuvante: disminuyen o aumentan la tensión superficial cohesión o adhesión. Filtros de mangas Los filtros de mangas son considerados como los equipos más representativos de la separación sólido-gas mediante un medio poroso. Su función consiste en recoger las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa, esto se consigue haciendo pasar dicha corriente a través de un tejido. El tamaño de las partículas a separar por los filtros de mangas será entre 2 y 30 µm. Sin embargo, no es usual disponer de medios filtrantes con poros tan pequeños como para retener las partículas que transporta el gas, debido a que los diámetros de éstas son extraordinariamente pequeños. Por tanto la filtración no comienza a efectuarse de manera efectiva hasta que no se han acumulado una cierta cantidad de partículas sobre la superficie de la bolsa en forma de torta filtrante. La elección del tipo de filtro más adecuado depende de muchos factores diferentes: de la especie, cantidad y tamaño de partículas a separar, de la especie, volumen y temperatura del medio a filtrar, así como del método de filtración y de la precisión requerida. • Las exigencias para el filtro son tan diferentes como lo son cada uno de los campos de aplicación. Se tienen que tener en cuenta las características químicas y físicas de la muestra a filtrar, así como el consiguiente análisis o manipulación del precipitado o del filtrado MEDIOS FILTRANTES DEBEN CUMPLIR LOS SIQUIENTES REQUERIMIENTOS: • Ha de retener los solidos a filtrar dando lugar a un filtrado razonablemente claro. • No debe obstruirse o cegarse. • Ha de ser química y físicamente resistente para soportar todas las condiciones del proceso. • Ha de permitir que la torta formada se desprenda de una forma limpia y completa. • No debe ser excesivamente caro. Criterios de selección Los factores a considerar relativos del proceso que suelen citarse son: • características fluido mecánicas y fisicoquímicas de la corriente de fluido a tratar o lechada • capacidad de producción • condiciones del proceso • parámetros de funcionamiento • materiales de construcción Los criterios del equipo de filtración a estudiar suelen ser: tipo de ciclo: continuo o por lotes fuerza de impulsión caudales admisibles calidad de la separación fiabilidad y mantenimiento materiales de construcción y dimensiones coste En otros casos las características del fluido a tratar tales como caudal y presión, contenido de sólidos y naturaleza, en especial granulométrica, propiedades químicas y temperatura son determinantes en la selección de un filtro de torta o un filtro de clarificación, frecuentemente de cartuchos. Aplicaciones En calderas de centrales termoeléctricas (carbón). Procesamiento de metales no ferrosos (industria del cobre, plomo, zinc, aluminio, producción de otros metales). Procesamiento de metales ferrosos (coque, producción de aleaciones de hierro, producción de hierro y acero, fundiciones de hierro gris, fundiciones de acero) Productos minerales (manufactura de cemento, limpieza de carbón, explotación y procesamiento de piedra, manufactura de asfalto). Cámaras de sedimentación PRINCIPIOS DE LA OPERACIÓN Estos equipos consisten en cámaras de grandes dimensiones en las que la velocidad de la corriente gaseosa se reduce, de modo que las partículas que están en suspensión, principalmente las de mayor tamaño, permanecen el tiempo suficiente para caer por acción de la gravedad y depositarse en una tolva Existen dos tipos de cámaras de sedimentación: la cámara de expansión y la cámara de bandejas múltiples. En la cámara de expansión, la velocidad de la corriente de gas se reduce significativamente a medida que el gas se expande, permitiendo que las partículas más grandes sedimenten. La cámara de bandejas múltiples es una cámara con un número de bandejas delgadas que condicionan al gas a fluir horizontalmente entre ellas. Aunque la velocidad del gas es ligeramente mayor en una cámara de bandejas múltiples que en una cámara de expansión, la eficiencia de recolección de la cámara de bandejas es mayor, debido a que la distancia que las partículas deben recorrer en su caída es menor. Rango de trabajo Aunque las cámaras de sedimentación se utilizan para el control de partículas con diámetros aerodinámicos superiores a 10 µ m , la mayoría de los diseños solamente atrapan de manera efectiva partículas con diámetros superiores a 50 µ m, aproximadamente La eficacia de control de las cámaras de sedimentación varía en función del tamaño de partícula y del diseño de la cámara. Se pueden aplicar al control de partículas con diámetros superiores a 50 µ m , y, si la densidad del material es razonablemente alta, a partículas de diámetro superior a 10 µ m . La eficiencia de recolección para partículas de diámetros menores o iguales a 10 µ m (PM10), es normalmente menor al 10%. APLICACIONESINDUSTRIALESTÍPICAS A pesar de las bajas eficiencias de recolección, las cámaras de sedimentación han sido muy utilizadas. En la industria de refinación de metales se han aplicado al control de partículas grandes, como trióxido de arsénico procedente de la fundición de minerales de cobre arsenioso. Las plantas generadoras de calor y de electricidad han utilizado cámaras de sedimentación para recolectar partículas grandes de carbón no quemado, y re-inyectarlas a los generadores de vapor. VENTAJAS • 1. Bajos costos de capital • 2. Costos de energía muy bajos • 3. No hay partes móviles, por lo que presentan pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. • 4. Excelente Funcionamiento • 5. Baja caída de presión a través del equipo • 6. El equipo no está sujeto a la abrasión, debido a la baja velocidad del gas. • 7. Proporciona enfriamiento incidental de la corriente de gas. • 8. Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. • 9. La recolección y disposición tiene lugar en seco. DESVENTAJAS 1. Eficiencias de recolección de partículas relativamente bajas, particularmente para aquellas de tamaño menor a 50 µ m . 2. No puede manejar materiales pegajosos o aglutinantes 3. Gran tamaño físico 4. Las bandejas de las cámaras de bandejas múltiples se pueden deformar durante operaciones a altas temperaturas. Para prevenir el arrastre de partículas separadas, la velocidad de la corriente gaseosa que entra en la cámara de sedimentación no debe exceder de 3 m/s. Precipitadores Electrostáticos La separación de polvo en estos equipos se basa en el hecho de que al proporcionarles una carga a las partículas sólidas, éstas serán atraídas hacia un dispositivo de colección, que posee carga opuesta. Consiste de una serie de electrodos de ionización y electrodos colectores en una cámara, hacia la cual se dirige el gas-polvo. Los electrodos de ionización son rodillos mientras que los colectores son placas. Bajo este campo las moléculas de gas son cargadas y al chocar con los sólidos transfieren ésta carga hacia éstas, que se colectan sobre las placas. Una vez sobre las placas estas partículas pierden su carga y caen hacia un Hopper de colección de donde son extraídas. Diseño Balancear los ahorros en costos logrados con mayores espaciamiento entre electrodos, contra los costos más altos de las fuentes de poder que producen voltajes de operación más altos. • Las condiciones de operación corrosivas u otras adversas pueden sugerir una especificación de secciones de metal más grueso en el precipitador. Aplicaciones Aproximadamente el 80% de todos los Precipitadores en lo E.U. se utilizan en la industria de servicios eléctricos públicos. También se emplean en industrias papeleras y de pulpa de madera (7%), cementera y de otros minerales (3%), y de metales no ferrosos (1%). Mejora de la calidad del aire en el interior de domicilios privados, se trata de dispositivos más pequeños, que funcionan con tensiones de entre 10.000 y 15.000 voltios.
