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 torres lavadoras de tipo venturi

Las torres lavadoras de tipo venturi permiten un alto grado de remoción de particulado, aún en diámetros de partículas menores, e.g. 2-3 µ, si bien con un consiguiente aumento de requerimientos energéticos.  A los efectos conceptuales podemos momentáneamente proponer la estimación de energía requerida para digamos el 90% de captura, la siguiente simplifcación:

   DeltaP (pulgadas c.a.) = 15” / diámetro en µ

Así por ejemplo, retener particulado de diámetro 0.5 µ involucraría ca. 30” c.a.   Obviamente en muchos casos una remoción del 90% es insuficiente.  A los efectos de alcanzar una remoción de 95% debería operarse en torno a 60” c.a.

En los lavadores de gases de tipo venturi, la corriente gaseosa conteniendo las partículas es acelerada hacia una sección central, de paso variable o fijo, punto en el cual el gas toma contacto con el líquido limpiante (simultáneamente absorbente en el caso de lavado de gas aunque con poco tiempo de contacto para condigurar una real alternativa de lavado).  De dicho contacto, el líquido lavador es atomizado finamente en gotas, e.g. 80-100µ, que atrapan el particulado con una gran eficiencia.  Al desacelerarse estas gotas a su vez coalescen dando lugar a formaciones mayores que pueden dirigidas a la zona de captura sea una sección de sedimentación o,  típicamente, un separador ciclónico.

La caída de presión a través del paso del venturi es una medida de la energía necesaria para llevar a cabo la operación de limpieza o captura.  Cuanto mayor sea la caída de presión, mayor será la eficiencia de captura pero también mayor serán los BHP necesaros para operar el sistema..

Para acomodar caudales de gas extremadamente variables puede emplearse orificios de apertura o paso variable aunque en general se considera preferentemente el empleo de unidades de apertura fija, esto es, asociadas con un caudal primariamente uniforme.

Dentro de las ventajas de las torres lavadoras de tipo venturi podemos mencionar relativa compacidad del equipamiento, posibilidad de depurar flujos gaseoso de particulado adhesivo, ausencia de problemas de particulado secundario en el manejo, y relativamente bajo costo.

Dentro de los inconvenientes de las torres lavadoras de tipo venturi pueden mencionarse la transferencia de un problema de fase gas a un problema de fase líquida, i.e. necesidad de lidiar con el efluente de la torre lavadora; aumento en las instancias de corrosión; costos de mantenimiento relativamente altos; acumulación de sólidos; generación de plumas de vapor; problemas de opacidad; recuperación de producto en condiciones húmedas, i.e. admisible o no por los operadores de planta.

Debido al poco tiempo de contacto ofrecido por las torres lavadoras de tipo venturi, su aplicación es mayoritariamente para remoción de particulado.  Si bien es posible el lavado de gases ácidos, en general las eficiencias son demasiado bajas por lo que frecuentemente se especifica instalar a posteriori una torre lavadora de tipo contra-corriente, esto es, resolviendo el problema dual, i.e. alta remoción de gases ácidos y baja remoción de particulado.  En algunos casos, contados, puede especificarse un tandem de torres lavadoras de tipo venturi, i.e. dos unidades en serie, probablemente con el auxilio de inyección adicional, e.g. vapor.

El dimensionamiento de una torre lavadora de tipo venturi puede llevarse a cabo aceptablemente mediante un siguiente procedimiento paso a paso, desarrollado por el esfuerzo conjunto de Yung, Calvert et al, e idealmente asisitido por algún tipo de planilla electrónica:

1.  cálculo de factor de corrección de Cunningham

2. cálculo de diámetro aerodinámico

3. cálculo de diámetro de gota idealizad

4.  cálculo de parámetro inercial Kpg

5. cálculo del número de Reynolds

6. cálculo del coeficiente de resistencia Cd

7. cálculo del parámetro B

8. cálculo de eficiencia = 1 – Pt

Siendo

Pt = 1/ e^(B*(4*Kpg+4.2-5.02*Kpg^0.5*(1+0.7/Kpg)* ArcTan((Kpg/0.7)^0.5))/(Kpg+0.7))

El empleo reiterado de la secuencia anterior para los distintos diámetros de particulado permite el graficado de curvas de remoción/eficiencia, como a continuación.

    .                                            

Se ha visto que este modelo, denominado de paso infinito, tiene muy buena correlación con datos de operación de unidades lavadoras de tipo venturi a escala real.

Afortunadamente es también posible obtener una buena aproximación de la pérdida de carga asociada.  Si bien incluímos a continuación diversas fórmulas para la estimación de la caída de presión , desarrollaremos ilustraciones paso a paso para el caso de una agroindustria en la sección de Aplicaciones:

     DeltaP = 8.24 * Vg^2 * L/G / 10^4                                         (SI)

     DeltaP = 4.0 * Vg^2 * L/G / 10^5                                           (IP)

     DeltaP =  Vg^2 * RoL * QL / Qg

A los efectos de verificación de los cálculos podremos comparar cualquier resultado con una base conocida, e.g. estimación de energía requerida para digamos el 90% de captura, la siguiente simplifcación:

            DeltaP (pulgadas c.a.) = 15” / diámetro en µ

Así por ejemplo, retener particulado de diámetro 0.5 µ involucraría ca. 30” c.a.   Obviamente en muchos casos una remoción del 90% es insuficiente.  A los efectos de alcanzar una remoción de 95% debería operarse en torno a 60” c.a.

Ciclón

Ciclones

Filtros de Mangas

Precipitador Electrostático