Fundamentos

A grandes rasgos podemos decir que el tratamiento de gases, i.e. fase gas, puede procurar atender tres objetivos:

1.  remoción de particulado, i.e. captura de partículas

2. remoción de constitutivos ácidos

3. remoción de material orgánico volátil.

Hemos considerado conveniente restringir el alcance de este librillo  a tecnologías fundamentalmente orientadas a cubrir el primer objetivo, i.e. remoción de particulado, pudiendo mencionar sin un orden de preferencia:

• ciclones

•  filtros de mangas

•  torres lavadoras de tipo venturi

• precipitadores electrostáticos

Con mayor o menor eficiencia, es obvio que cualesquiera de las alternativas mencionadas concurrentemente contribuye a la remoción de digamos, constitutivos ácidos.  Sin embargo, las diferencias de eficiencias al menos a nivel de proceso unitario, recomiendan el tratamiento del tema, especificamente lavado de gases, en forma separada.  Por otro lado, también hemos preferido no incluír en la cobertura de filtros fase gas  las tecnologías de remoción de compuestos orgánicos volátiles.

Más allá de las características individuales, e.g. principio de funcionamiento, materiales de construcción, requerimientos energéticos, es posible cotejar o comentar las distintas alternativas de filtros fase gas básicamente teniendo en cuenta la caracterización o distribución de diámetros del partículado presente en el caudal a tratar. 

Así, si el proceso industrial involucra particulado con diámetros mayormente superiores a 10 µ, probablemente se especifique una etapa de separadores de tipo ciclón.  Este marco puede frecuentemente responder a un interés en recuperación de material/producto, i.e.. cuando el constitutivo tiene alto valor, e.g. plata.  La eficiencia de captura de un ciclón determinado decrece al disminuir el diámetro de partícula lo cual puede descartar la alternativa en otro contexto.

Tanto las ventajas competitivas como las contraindicaciones de los distintos tipos de filtros fase gas, i.e. ciclones, filtros de mangas, lavadores de gases tipo venturi, precipitadores electrosáticos, son hoy en día razonablemente conocidas.

FUNDAMENTOS FILTROS DE MANGAS

El filtrado de fase gas empleando filtros de mangas es en realidad una adaptación de un proceso intermitente o discreto, i.e. secuencias de ciclo de filtrado durante un determinado período de tiempo, usualmente dictado por cotas en la caída de presión admisible, y etapas delimpieza subsiguiente.  

A los efectos de lograr una continuidad en el servicio se ha optado operar o diseñar tradicionalmente en una de dos maneras:

• anexar capacidad/compartimento adicional a la requerida de manera de poder garantizar la continuidad mientras se restauran secciones off-line;

• realizar la limpieza en lapso extremadamente cortos, e.g. entre 0.03 – 0.1 s, aumentando la frecuencia intercalando las operaciones de filtrado y limpieza, e.g.  según un cronograma determinado manométricamente

El método de limpieza empleado de alguna manera ocasiona la clasificación tradicional de los filtros de mangas, a saber:

1. filtros de mangas de limpieza mecánica (sacudido periódico)

2.  filtros de mangas de limpieza invirtiendo el flujo de aire o gas

3. filtros de mangas de limpieza mediante pulsos breves de aire

Si bien la clasificación parece ser aparentemente trivial, los mecanismos de colección de partículas involucrados son fundamentalmente distintos.  Mientras que en los filtros de mangas de limpieza mecánica y los filtros de mangas de inversión del ciclo el filtrado se realiza mediante la formación de una capa del propio material particulado (la malla o teijdo es un mero sustrato o soporte para la formación de dicha capa o si se quiere, “precapa”), en las alternativas de filtros de mangas de limpieza mediante pulsos breves es la propia malla o fieltro la responsable de la retención o captura de polvo/particulado.

En el caso de los filtros de mangas de limpieza mecánica, el desprendimiento del particulado se realiza mediante sacudido relativamente vigoroso lo cual conspira contra la vida útil de las mangas.  En los filtros de mangas de ciclo reverso, se invierte cíclicamente la dirección del flujo dando lugar a una operación más suave.  La limpieza de los filtros de mangas mediante pulsos breves se realiza mediante bruscos golpes o shocks de aire que imprimen una onda sinusoidal a la manga, no solamente ocasionando el desprendimiento de particulado sino dando lugar a una nueva estructura/capa residual.

En general las velocidades de trabajo de los filtros de limpieza mediante pulsos son aproximadamente el doble del empleado en los filtros de mangas de sacudido periódico y los filtros de mangas de ciclo reverso.  Si bien esto naturalmente ocasiona una economía inicial en lo que respecta a la inversión en bienes de capital, el costo operativo/energético derivado del empleo de aire comprimido (e.g. entre 0.03  y 0.1 segundos de aire entre 60 y 100 psig) requerido para limpieza puede igual o superar el monto involucrado en el soplador principal que impulsa o induce la fase gas a filtrar.

Tanto los filtros de mangas de sacudido periódico como los filtros de mangas de ciclo reverso tienden a emplear mayoritariamente telas o tejidos/hilados filtrantes, i.e. se percibe una clara textura ordenada.  En el caso de los filtros de mangas de limpieza mediante pulsos breves usualmente se emplea fieltros, esto es, fibrillas prensadas formando una manta soportada por un tejido de sostén abierto, configurando en general estructuras “sandwich” más robustas, otra propiedad que permite trabajar en los rangos de velocidades característicamente mayores de dicha alternativa.  Existe una enorme variedad de materiales de construcción: polipropileno, polyester, poliamida, ryton, nomex, ptfe, teflon, PET, fibra de vidrio.

En cuanto a ventajas de la tecnología de filtros de mangas, puede decirse que configuran una alternativa de filtros fase gas con excelentes niveles de captura/eficiencia, son relativamente insensibles a fluctuaciones en las condiciones de la alimentación o carga, no presentan usualmente problemas de corrosión (cuidando operar por encima del punto de rocío), la operación es sencilla y no se requieren altos voltajes.

Los filtros de mangas pueden no ser aconsejables en entornos con particulado extremadamente adhesivo (e.g. plantas de galvanizado), aceitoso, o viscoso.  En algunos casos concentraciones de polvo/particulado,e.g. cercanas a 50 g/m3, pueden ocasionar riesgos de explosión o incendio.

Si bien el dimensionamiento de los filtros de mangas está prácticamente automatizado, a los efectos ilustrativos es posible obtener manualmente un estimativo de escala u orden de magnitud. 

Para el caso de un filtro de mangas de pulsos podemos obtener una idea de la velocidad nominal V a emplear mediante la siguiente formula genérica:

   V = 2.878 * A * B * T^-0.2335 * L^-0.06021 * (0.7471+0.0853 Ln D)

 siendo

A  = un factor entre 15 (tabaco, harina, grano, aserrín) hasta 6 (carbón activado, negro humo, detergentes, leche en polvo, jabones)

B = un factor asociado al servicio que deba cumplirse, e.g.: conveying, venteo, proceso entre 1 y 0.8

L = carga de particulado, e.g. 4 gr/cu.ft., (= 9153 mg/m3)

T = temperatura, °F

D = diámetro medio del particulado, e.g. 7 µ

Típicamente la caída de presión oscila entre 4 to 10 pulgadas de columna de agua, aproximadamente entre 4” y 8” c.a. para ciclo reverso y  entre 3” y 6” c.a. para filtros de mangas de limpieza por pulsos.

Ciclón

Ciclones

Filtros de Mangas

Venturi

Torre Lavadora

Precipitador Electrostático