Sistemas Industriales para la Separación de Partículas Sólidas en Gases

Ciclones

La capacidad de separación del ciclón aumenta con la velocidad tangencial de la alimentación. El factor de separación (S) depende de la velocidad tangencial (v_T) y del diámetro del cilindro (d) de acuerdo a la relación específica del diseño.

Los parámetros típicos para ciclones convencionales son d = 30 cm y v_T = 15 m/s. En la práctica, el valor de S varía en el rango de 10 a 2.500, siendo menor en aquellos sistemas de mayor diámetro y menor pérdida de carga. Los sistemas de ciclones de alta eficiencia, generalmente contienen varios cilindros de diámetro pequeño, normalmente de entre 10 y 25 cm, instalados en paralelo.

Ventajas y Desventajas de los Ciclones

• Ventajas:
  • Permiten recuperar los sólidos secos.
  • Gran sencillez de construcción.
  • Bajos costos de instalación, operación y mantenimiento.
• Desventajas:
  • Pueden sufrir deterioro debido a la circulación de sólidos abrasivos a alta velocidad.
  • Baja eficiencia de remoción para granulometrías pequeñas (menores de 10 µm).

Filtros (Filtros de Mangas)

Son ampliamente utilizados a escala industrial. El gas se hace circular a través de la unidad filtrante, donde los sólidos quedan retenidos. A medida que la operación transcurre, se forma una película de sólidos (torta de filtración) que incrementa la capacidad de filtración, pero que aumenta progresivamente la pérdida de carga. Por lo tanto, los filtros deben ser limpiados periódicamente, ya que una vez que se colmatan, la pérdida de carga puede ser 10 veces mayor que la del filtro limpio.

Sistemas de Limpieza y Diseño

Los sistemas de limpieza incluyen:

• Sistemas mecánicos por vibración.
• Uso de aire en contracorriente (reverse air).
• Choques de aire comprimido (pulse jet).

Generalmente, los filtros se diseñan en módulos separados, de modo que algunos mantienen su operación, mientras otros se someten a limpieza.

Medios Filtrantes

Como medio filtrante, se utilizan filtros de:

• Fibras naturales (lana, algodón).
• Fibras sintéticas (poliéster, polipropileno, poliamida, PVC, fibra de vidrio).

Los factores que determinan su selección son:

• Costos.
• Permeabilidad al aire.
• Resistencia mecánica.
• Resistencia contra ácidos y álcalis.
• Hidrofobicidad.
• Resistencia a alta temperatura.

Eficiencia y Limitaciones

Se pueden lograr altas eficiencias de depuración, llegando a remover casi el 100% de las partículas mayores de 1 µm. Además, se recupera el producto seco y no se generan efluentes líquidos.

Sin embargo, su uso está restringido por:

• Las altas temperaturas (generalmente, hasta un máximo de 250°C para la fibra de vidrio).
• Los peligros de explosiones e incendios en el caso de polvos de alta combustibilidad.
• Son mucho más caros que los ciclones.

Precipitadores Electrostáticos (ESP)

Se basan en la acción de un campo eléctrico sobre las partículas sólidas cargadas eléctricamente. Las partículas son cargadas mediante una corriente de electrones que circula entre los electrodos por efecto corona, gracias al alto voltaje existente entre ellos (del orden de 60 kV DC). Las partículas cargadas son atraídas hacia electrodos colectores, donde se depositan y separan del resto de la corriente gaseosa. El gas fluye en dirección paralela a los electrodos.

Eficiencia y Aplicaciones

Son altamente eficientes para remover partículas de tamaño pequeño, incluso menores de 1 µm, y presentan mínimas pérdidas de carga. Pueden recolectar más del 99% de las cenizas de los gases de combustión.

Si la cantidad de finos es muy grande, es conveniente instalar primero un ciclón antes del precipitador electrostático, para reducir la acumulación de material particulado al interior del equipo.

Desventajas

• Son muy caros.
• Tienen costos de operación elevados, debido a los altos requerimientos de energía eléctrica.
• Este tipo de equipos no es recomendable cuando se tiene presencia de compuestos combustibles o explosivos.

Lavadores Húmedos (Scrubbers)

Varían de acuerdo a la forma como se efectúa el contacto entre la corriente gaseosa que contiene el material particulado y el líquido lavador. Entre estos se destacan:

Lavadores Ciclónicos

El gas se alimenta en forma tangencial, de forma similar a los ciclones secos. El agua de lavado se alimenta en forma de pequeñas gotas desde la parte superior del equipo (o desde los lados hacia el centro). De este modo, se combina el efecto de la fuerza centrífuga y el impacto entre el sólido y el líquido.

Lavadores Inerciales (Venturi)

El gas se hace pasar a través de una contracción (garganta Venturi) donde aumenta su velocidad. En el punto donde la velocidad alcanza un valor máximo, se inyecta agua de lavado, la que se dispersa en múltiples gotas de pequeño tamaño, generando una gran área de contacto para la transferencia de masa y la captura de partículas.