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Torres Lavadoras - Venturi Scrubbers Más información? Envíenos un email o consulte via nuestro buscador PocketArchie - La Mejor Manera de Usar Nuestra Colección!
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A grandes rasgos podemos decir que el tratamiento de gases, i.e. fase gas, puede procurar atender tres objetivos:
remoción de particulado, i.e. captura de partículas
remoción de constitutivos ácidos
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.
Los separadores ciclónicos o ciclones, pueden clasificarse a grosso modo en tres tipos:
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.
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:
cálculo de factor de corrección de Cunningham
cálculo de diámetro aerodinámico
cálculo de diámetro de gota idealizad
cálculo de parámetro inercial Kpg
cálculo del número de Reynolds
cálculo del coeficiente de resistencia Cd
cálculo del parámetro B
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.
