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 análisis, por cierto parcial, 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 SEPARADORES CICLóNICOS

Los separadores ciclónicos o ciclones,  pueden clasificarse a grosso modo en tres tipos:

1. ciclones destinados a atender grandes caudales, donde la prioridad es limitar la pérdida de carga aunque procesando grandes volúmenes de gas y
2. ciclones destinados a obtener grandes o mayores porcentajes de captura o eficencia, comunmente implementados como una multiplicidad de ciclones de pequeño diámetro, de operación en paralelo, denominados multiciclones
3. ciclones de tipo convencional

En general puede decirse que los ciclones son fundamentalmente empleados en la remoción de partículas con diámetros rondando 10 µ.  En muchos casos son empleados para disminuir la carga de procesos posteriores de filtrado, e.g. filtros de mangas.

De todas maneras, y naturalmente relevando los distintos requerimientos energéticos según sea el rango de diámetros de particulado a capturar, e.g. 2.5 µ, 10µ,  10+µ, los ciclones son una alternativa extremadamente popular, sin partes móviles, con muy pocos requerimientos de mantenimiento, bajo costo de capital e interesantemente recolección en seco.

Los separadores ciclónicos pueden no ser recomendados en aplicaciones que involucren material con características adhesivas o aceitosas.

A los efectos constructivos/diseño puede tomarse una velocidad de ingreso de gas de 60 fps  (= 3600 fpm - 18.3 m/s) aunque naturalmente pueden considerarse rangos de admission, e.g. entre 15 y 20 m/s..

Si bien existen desarrollos importantes en cuanto a la teoría de separación ciclónica, fundamentalmente variantes de la ley de Stokes, se ha visto extremadamente conveniente (y razonablemente buen predictor en la práctica) el empleo de una fórmula totalmente empírica:

           eficiencia =  (d/dc)^2/ ( 1 +  (d/dc)^2 )

siendo

                        d = diámetro de partícula

dc= diámetro de corte, definido como aquel diámetro para el cual

            el 50% de partículas es capturado

La introducción del concepto de diámetro de corte, aunque tal vez un poco artificiosa inicialmente, permite sin embargo una excelente especulación de posibles contextos de operación., por lo que incluímos una buena definición de trabajo a continuación:

 dc = diámetro de corte = ((9*Ancho*Viscosidad/(2*3.1415*N*Vc*DensidadP))^0.5/3.28)*10^6

 siendo

                        Ancho =          ancho de la ventana de admisión

                        Viscosidad =             viscosidad del gas

                        N =                  cantidad de vueltas del gas dentro del ciclón, e.g. 5

                        Vc =                velocidad de ingreso/admission

                        DensidadP =             densidad de sólido/partículas

 Determinado el diámetro de  corte,  posteriormente puede graficarse la eficiencia de captura o remoción esperada correspondiente a cada diámetro, obteniéndose curvas como la que se ilustra a continuación.

Finalmente podemos estimar la caída de pérdida asociada mediante la fórmula clásica:

 deltaP = K * ( densidad del gas * velocidad de admisión ^2 / 2)

Desarrollaremos en detalle una ilustración del sector minería en la sección de Aplicaciones.

Ciclón

Ciclones

Filtros de Mangas

Venturi

Torre Lavadora

Precipitador Electrostático