http://www.cec.org/Storage/57/4968_Final-BAT-Manual-Feb2005_es.pdf TECNOLOGAS DE CONTROL DE LA CONTAMINACIN DEL AIRE POR EMISIONES ATMOSFRICAS CAUSADAS POR FUENTES FIJA

CONTROL RECHNOLOGIES FOR AIR POLLUTION ATMOSPHERIC EMISSIONS FIXED SOURCES

Erika Fierro Ortiz[footnoteRef:1], Mara Anglica Garca Medelln[footnoteRef:2], Patricia Maldonado[footnoteRef:3] [1: Estudiante Ingeniera Ambiental, Universidad Santo Toms., Bogot, shantal_115@hotmail.com.] [2: Estudiante Ingeniera Ambiental, Universidad Santo Toms, Bogot, mariagarciam@usantotomas.edu.co] [3: Estudiante Ingeniera Ambiental, Universidad Santo Toms, Bogot, angelteen.aldana@gmail.com]

RESUMEN

Las reflexiones modernas en torno a la problemtica ambiental, en busca de la disminucin de impactos negativos sobre el medio ambiente, han generado la aparicin de iniciativas nacionales e internacionales. En ellas se enmarca el principio general de la Produccin Ms Limpia (P+L), la cual es una estrategia de gestin empresarial preventiva aplicada a productos, procesos y organizacin del trabajo, cuyo objetivo es minimizar emisiones y/o descargas en la fuente, reduciendo riesgos para el ambiente y elevando simultneamente la competitividad. De esta forma surgen la tecnologas limpias para viabilizar y desarrollar la filosofa de la P+L, mediante el control de las emisiones.

Palabras Claves: Produccin ms limpia, Tecnologa de control de la contaminacin, tecnologas limpias.

ABSTRACT

The modern reflections around environmental issues, in hopes of lowering of negative impacts on the environment, have led to the emergence of national and international initiatives. They framed the general principle of Cleaner Production (P+L), which is a business management strategy applied to preventive products, processes and work organization, which aims to minimize emissions and / or discharges at source reducing risks to the environment and simultaneously raising competitiveness. This gave rise to the clean technologies and develops viable philosophy the P+L, by controlling emissions.

Keywords: Cleaner Production Technology, pollution control, cleans technologies.

INTRODUCCIN

El objeto esencial de una industria es transformar la materia prima en un producto, bien o servicio comerciable. La generacin de residuos y emisiones durante el proceso productivo puede ser considerada como una prdida del proceso y mal aprovechamiento de la materia prima empleada, por lo tanto representa un costo adicional del proceso productivo. A su vez, la generacin de residuos origina impactos econmicos y ambientales.

El enfoque tradicional con que se ha abordado el control de la contaminacin considera como primera opcin reducir los contaminantes despus de que se hayan generado por los procesos productivos, exigiendo la aplicacin de tecnologas de etapa final o final de tubo, que muchas veces alcanzan costos elevados obstaculizando la competitividad de las empresas, especialmente en el caso las Pequeas y Medianas Empresas PyMES.

Las emisiones contaminantes que se generan en la industria pueden minimizarse mediante la prevencin y mediante la utilizacin de tecnologas de control. En este artculo se describen de manera general algunas tecnologas de control de la contaminacin del aire. Estas tecnologas son parte fundamental de los procesos de produccin, ya sea por el inters en la recuperacin de materias primas o productos as como por la necesidad de mitigar los impactos a la atmsfera.

En ocasiones las soluciones tecnolgicas para el control de emisiones atmosfricas existen, pero carecen de una difusin adecuada. Es por ello que se pretende de manera general hablar de algunas de las tecnologas de control de emisiones que existen para en el control de partculas, xidos de nitrgeno (NOx), xido de azufre (NOx) y compuestos orgnicos voltiles (COV) emitidas por las fuentes fijas. La descripcin de estas tecnologas, describiendo el principio de funcionamiento del equipo de control, sus ventajas y desventajas, y sus aplicaciones. 1. CONTAMINANTES 1.1. Material particulado (PM)Reciben el nombre de materia particulada o, partculas, cualquier sustancia, a excepcin del agua pura, presente en la atmsfera en estado lquido o slido en condiciones normales y cuyo tamao es microscpico o submicroscpico, pero siempre superior a las dimensiones moleculares (Cremades, 2012).

Las partculas suelen clasificarse de acuerdo a sus caractersticas fsicas, qumicas o biolgicas. Las caractersticas fsicas incluyen tamao, modo de formacin y propiedades de sedimentacin y pticas. Las caractersticas qumicas se refieren principalmente a su composicin inorgnica y orgnica, mientras que las caractersticas biolgicas hacen referencia a su posibilidad de clasificacin como bacterias, virus, esporas, plenes, etc (Contreras Lpes, 2006).

1.2. xido de nitrgeno (NOX)Los xidos de nitrgeno aparecen en los gases de combustin por oxidacin del nitrgeno del aire comburente o de los compuestos nitrogenados del combustible (Cremades, 2012).

Cuando se respira por breve tiempo produce un estado de excitacin histrica, acompaado frecuentemente de una estrepitosa hilaridad, seguida de efectos analgsicos, motivo por el cual fe denominado gas hilarante (Contreras Lpes, 2006).

1.3. xido de azufre (SOX)Los xidos de azufre se emiten en la combustin de los combustibles que contienen azufre (Cremades, 2012).

A la atmsfera llega gran cantidad de sulfuro de hidrgeno, procedente de la descomposicin de la materia orgnica, que es rpidamente oxidado a trixido de azufre por el oxigeno atmico o molecular, en este ltimo caso por medio de una reaccin fotoqumica (Contreras Lpes, 2006).

1.4. Compuestos orgnicos voltiles (COVS)Los compuesto orgnicos voltiles, que incluyen normalmente todos los compuestos orgnicos con hasta cinco tomos de carbono (C1 C5), que suelen oxidarse a cetonas, aldehdos y cidos (Cremades, 2012). 2. TECNOLOGAS DE CONTROL

2.1. SEPARACIN MECNICA

2.1.1. Separador gravitatorio Los separadores gravitatorios son sencillamente una cmara larga por la cual pasa lentamente la corriente de gas contaminado, permitiendo que transcurra el tiempo suficiente para que las partculas se sedimenten por gravedad hasta el fondo (Nevers, 1998).

Estos separadores consisten en captar las partculas aprovechando la fuerza de la gravedad. Si se aumenta la seccin de paso, el gas disminuir su velocidad, con lo que la cada libre de las partculas provocar su sedimentacin.

La fuerza centrfuga que se origina por la circulacin en espiral del gas hace que las partculas que contienen se muevan hacia las paredes del cilindro donde debido a la friccin pierden velocidad y caen (Contreras Lpes, 2006).

Figura 1. Esquema de un separador gravitatorio.

2.1.2. Separador centrfugoEs un equipo de control de partculas que usa la gravedad, inercia e impacto para remover partculas de un flujo dentro de un ducto. Los ciclones de gran dimetro se utilizan frecuentemente como prelimpiadores para remover el grueso de partculas pesadas de una corriente de aire, antes de pasarla a limpiadores (World Bank Group , 1996).

Estos pueden conseguir no solo una mayor eficiencia, sino tambin aumentar sensiblemente el caudal de gas a procesar (Cremades, 2012).

Figura 2. Esquema de un separador centrfugo.2.2. SEPARACIN POR CAPA FILTRANTE

2.2.1. Filtro de tela (Filtro de mangas)Los separadores por capa filtrante son aparatos en los que las partculas se separan por s mismas, en cuanto se hayan depositado una capa de estas partculas sobre un medio poroso (Cremades, 2012). Atrapan las partculas en elementos filtrantes (bolsas), estas quedan atrapadas en la superficie de las bolsas, mientras la corriente de aire pasa a travs de ellas (World Bank Group , 1996).

Las partculas impactan contra las fibras de la tela, que forman un tupido entramado, y se origina una coagulacin de partculas en la superficie cuyo espesor va en aumento, de manera que contribuye a su vez al filtrado, quedando retenidas las partculas con un tamao inferior a la abertura del tamiz (Cremades, 2012).

Figura 3. Esquema filtro de mangas.

2.3. PRECIPITADORES ELECTROSTTICOS - ELECTROFILTROS

Los precipitadores electrostticos son equipos captadores de partculas slidas o lquidas que utilizan fuerza electrosttica para separarlas de una corriente de gas, quedando retenidos en una placa colectora. Permiten separar partculas de un tamao bien reducido, siendo adems de los que tienen una eficiencia ms alta (Cremades, 2012).

En los precipitadores electrostticos las partculas suspendidas en el gas pasan a travs de una zona de ionizacin donde se cargan elctricamente para despus ser recogidas en zonas con cargas de signo opuesto (Contreras Lpes, 2006).

Los precipitadores electrostticos se usan para controlas las emisiones de partculas, estos emplean fuerzas electrostticas para remover partculas de un flujo de gas y llevarlas a un plato recolector. Posteriormente, las partculas son removidas de los platos y depositadas en una tolva de recoleccin (World Bank Group , 1996).

Figura 4. Esquema de un precipitador electrosttico.

Los precipitadores electrostticos pueden clasificarse en:

2.3.1. Precipitador electrosttico hmedo PEH tipo tuboUtiliza fuerzas elctricas para movilizar las partculas encauzadas dentro de una corriente de emisin gaseosa hacia las superficies de recoleccin (Environmental Protection Agency, 2003).

2.3.2. Precipitador electrosttico seco PES tipo placaUn precipitador electroesttico es un dispositivo para el control de partculas que utiliza fuerzas elctricas para movilizar las partculas encauzadas dentro de una corriente de emisin hacia las superficies de recoleccin (Environmental Protection Agency, 2005).

2.4. LAVADORES

Los lavadores utilizan fases mescladas de gas y lquido de manera que la materia suspendida en el gas pase al lquido absorbente, fcilmente separable del aparato de limpieza de gases, dejando el gas limpio para su emisin.

Figura 5. Esquema de un lavador.

2.4.1. Lavador con ayuda mecnica Lavadores en hmedoLos lavadores hmedos se componen en general de tres zonas: Una zona de entrada del gas contaminado. Una zona de contacto entre el gas contaminado y una fase lquida dispersada en forma de gotas o de pelcula. Una zona de separacin de los productos. 2.4.2. Lavador de lecho empacadaConsiste en una cmara que contiene capas de material de empaque de arias formas que proporcionan una gran superficie para el contacto entre el lquido y las partculas.

En un lavador con lecho empacado, las concentraciones altas de partculas pueden obstruir el lecho, siendo sta una limitacin de estos dispositivos ya que es conveniente su utilizacin en corrientes con cargas de polvo relativamente bajas. La obstruccin es un problema serio para los lavadores con lecho empacado porque el embalaje es ms difcil de alcanzar y limpiar que en otros diseos de lavador (Environmental Protection Agency, 2003).

2.4.3. Lavador con lecho de fibra lavadores en hmedoEl gas residual cargado de humedad pasa a travs de lechos o telas de fibras de empaque, tales como el vidrio soplado, la fibra de vidrio, o el acero. Si solamente se recolectarn las neblinas, las fibras pequeas pueden ser utilizadas, pero si estn presentes partculas slidas, el uso de los lavadores con lecho de fibra est limitado por la tendencia de los lechos a obstruirse (Environmental Protection Agency, 2003).

2.4.4. Lavador de orificio lavadores en hmedoLos lavadores de orificio constituyen una categora de lavadores por aspersin atomizados por gas en los cuales un tubo o un ducto de alguna otra configuracin forman la zona de contacto entre el gas y el lquido. La corriente de gas cargada de partculas es forzada a pasar sobre la superficie de una pileta de lquido lavador a alta velocidad, arrastrndola como gotas a medida que entra en un orificio (Environmental Protection Agency, 2003).

2.4.5. Lavador de placasUn lavador con placas es una cmara vertical con placas montadas horizontalmente dentro de un caparazn hueco. El cual opera como dispositivo para colectar partculas en contra de la corriente. El lquido lavador fluye hacia abajo en la torre mientras que la corriente de gas fluye hacia arriba. El contacto entre el lquido y el gas cargado de partculas ocurre sobre las placas (Environmental Protection Agency, 2003).

2.4.6. Lavador tipo Venturi lavadores en hmedoUn lavador tipo Venturi acelera la corriente del gas de desecho para atomizar el lquido lavador y para mejorar el contacto entre el gas y el lquido (Environmental Protection Agency, 2003).

El gas sucio se hace pasar a travs de un tubo Venturi, de forma que en el dimetro menor del tubo alcance su mxima velocidad y mnima presin, El lquido de lavado se inyecta al gas dentro del estrechamiento o antes. Debido a la alta velocidad relativa del gas respecto al lquido se consigue un buen contacto gas-lquido a causa de la atomizacin del agua. Seguidamente la velocidad del gas se reduce en un difusor. La separacin de las gotas de lquido se realiza normalmente mediante fuerza centrfuga, mediante un cicln. Estos lavadores se caracterizan por su alta eficacia de separacin y sus bajas exigencias de espacio (Cremades, 2012).

2.5. RECIRCULACIN DEL GAS DE CHIMENEA

Este tipo de tecnologa se aplica para reducir la formacin de NOX.

Una porcin del gas de chimenea es recirculado a la zona de combustin primaria; este sistema reduce la formacin de NOX. El calentamiento de los productos inertes, contenidos en los gases de recirculacin de chimenea en la zona de combustin primaria, disminuye la temperatura pico de la flama, para reducir la formacin de NOX trmico. En menor grado los gases de recirculacin de chimenea reducen la formacin de NOX trmico por la baja concentracin de O2 en la zona primaria de la flama (Improvement Program Emission Inventory, 2000).

Los gases de recirculacin de la chimenea pueden ser premezclados con el aire de combustin o inyectados directamente dentro de la zona de flama.

La recirculacin del gas de chimenea reduce las emisiones de NOX entre 20 y 50%, esta tcnica es aplicada en calderas que utilicen combustibles gaseosos y lquidos.

2.6. BAJO EXCESO DE AIRE

La combustin con bajo exceso de aire es efectiva en la disminucin de NOX durante la quema del combustible fsil. Como se sabe el exceso de aire es la cantidad de oxgeno por encima del nivel estequiomtricos requerido para llevar a cabo el 100% de la combustin. En la combustin con bajo exceso de aire se utiliza la mnima cantidad de aire en exceso que se requiere para la oxidacin del combustible de manera que est disponible menos oxgeno para la reaccin en la regin de altas temperaturas de la llama (Improvement Program Emission Inventory, 2000).

Sin embargo la quema incompleta del combustible resulta con emisiones de hidrocarburos, holln y CO, lo cual puede resolverse mediante un proceso de combustin en dos etapas:

El combustible se quema a una temperatura relativamente alta, con una cantidad subestequiomtrica de aire, por ejemplo del 90 al 95 % del requerido estequiomtricamente. La formacin de NO se limita por la ausencia de exceso de oxgeno.

En esta segunda etapa la quema del combustible se completa a una temperatura relativamente baja en exceso de aire. La baja temperatura evita la formacin de NOX.

2.7. CALENTAMIENTO DE AIRE POR ETAPAS

Parcialmente retrasa y extiende el proceso de combustin, bajando la concentracin del aire en el quemador en la zona de combustin, el nitrgeno voltil del combustible es extrado, evitando la formacin de NOX.

La combustin se lleva a cabo en dos o ms pasos. Un porcentaje del aire de combustin es desviado de los quemadores e inyectado a travs del puerto por arriba de la capacidad mxima del quemador. Inicialmente el combustible es quemado en una zona de combustin primaria y rica en combustible. Posteriormente la combustin completa se lleva a cabo a bajas temperaturas en una zona de combustin secundaria y adicionando ms combustible.

Esta tcnica de control reduce las emisiones de NOX entre 20 y 50%

El sistema de calentamiento de aire por etapas proporciona una menor disposicin de oxgeno en la zona de combustin primaria, si se incrementa el exceso de aire esto da como resultado: el incremento en las emisiones de CO y compuestos orgnicos voltiles, reduce la estabilidad de la flama, adems de incrementar la corrosin.

2.8. QUEMADORES DE BAJO NOX

Los quemadores de bajo NOX reducen la formacin de los xidos de nitrgeno por medio del control de la mezcla aire-combustible. Dependiendo del tipo de quemador se utilizan diferentes sistemas fsicos para controlar la mezcla aire-combustible pero esencialmente todos los diseos estn automatizados por los dos mtodos de reduccin de NOX que son:

Bajo exceso de aire Inyeccin de aire por etapas

2.9. REDUCCIN CATALTICA SELECTIVA

La reduccin cataltica selectiva es una tecnologa que controla los xidos de nitrgeno, mediante su reaccin cataltica con amonaco para formar nitrgeno y agua. Las tecnologas de reduccin no cataltica selectiva utilizan un agente para reducir los xidos de nitrgeno a agua y nitrgeno (Comit para las fuentes puntuales, 1995). Se emplea un agente reductor usualmente diluido con agua, vapor o aire, el cual es inyectado en los ductos, corriente abajo de la unidad de combustin de una cama cataltica adjunta a un reactor. Sobre la superficie cataltica el reactivo reacciona con los NOX para formar nitrgeno molecular y vapor de agua. La reaccin entre el reactivo y los NOX se incrementa por la presencia de exceso de oxgeno (Improvement Program Emission Inventory, 2000).

El funcionamiento de un sistema de reduccin cataltica selectiva est en funcin de 5 factores

Temperatura del gas de combustin. Relacin reactivo- NOX. Concentracin de NOX a la entrada de la reduccin cataltica selectiva. Gasto volumtrico (medida de la capacidad de alimentacin volumtrica de un reactor de flujo continuo por unidad de tiempo de residencia). Condicin del catalizador.

2.10. REDUCCIN SELECTIVA NO CATALTICA

La reduccin selectiva no cataltica se utiliza para reducir la informacin de NOX. Esta tcnica de control algunas veces se denomina como inyeccin de amonaco, aunque algunos sistemas actualmente utilizan la inyeccin de urea (Improvement Program Emission Inventory, 2000).

Cinco factores que influyen en el rendimiento para emplear urea o amoniaco en la reduccin selectiva no cataltica son los siguientes:

Temperatura de los gases de combustin. Relacin de reactivo- NOX. Concentracin de los NOX en los gases de combustin en la unidad de combustin. Tiempo de residencia. La mezcla.

2.11. REFORMULACIN O SUSTITUCIN DEL SOLVENTE ORGNICO

La reformulacin de un producto consiste en modificarlo en algn aspecto, con el objetivo de reducir la emisin de los COV. Un ejemplo de la reformulacin de productos es el cambiar la composicin de pinturas aumentando su contenido de slidos, dando como resultado una disminucin en el contenido de solvente integrado en la pintura (Rafael Gadea, 2007).

La sustitucin tiene por objeto la eliminacin en este caso de los COV del proceso productivo ya sea mediante el remplazo o la reduccin de COV altamente reactivos, por sustancias que no lo sean o lo sean en menor medida, o consiguiendo una funcionalidad equivalente a travs de medidas tecnolgicas o modificando actividades en los procesos productivos (Rafael Gadea, 2007).

2.12. MODIFICACIN AL PROCESO

Se refieren bsicamente a la eficiencia de operacin del propio equipo o sistema de control de emisiones, para lo cual se le debe dar el mantenimiento preventivo y correctivo.

Tambin la empresa puede establecer diversas prcticas para mejorar la eficiencia de las operaciones en los procesos una de ellas se puede llevar a cabo en el proceso de limpieza. Con la finalidad de reducir la necesidad de utilizar agentes limpiadores y, por lo tanto, reducir emisiones y residuos peligrosos.

2.13. ABSORCIN

El proceso de absorcin cosiste en la separacin de un componente gaseoso de una mezcla de gases utilizando un lquido adecuado. Dentro del campo de la contaminacin atmosfrica esta operacin se conoce como lavado. El gas pasa al lquido por difusin (Contreras Lpes, 2006).

La absorcin es una operacin en la que se transfieren componentes de una mezcla de gas a un lquido. Este proceso puede ser fsico, cuando los compuestos simplemente se disuelven en el solvente, o qumico cuando se presenta una reaccin (Environment Protection Agency, 1991)

Figura 6. Esquema torre de Absorcin simple.

2.14. ADSORCIN

La adsorcin es u fenmeno de tipo superficial que puede ocurrir como resultado de las fuerzas que se establecen entre las molculas de un slido adsorbente y la sustancia adsorbida. Fuerzas de Van der Waals, o comparacin de electrones (Contreras Lpes, 2006).

Un sistema de adsorcin controla los COVs adsorbiendo selectivamente los compuestos de una superficie o cama, que tpicamente est compuesta de carbn. Los COVs que se adsorben son removidos de la cama de carbn en el proceso de desorcin mediante el calentamiento del carbn, usando vapor o reduciendo la presin del sistema (Environment Protection Agency, 1991).

Figura 7. Esquema de equipo de adsorcin.

Adsorcin fsica o fisisorcin, que es debida a las fuerzas de van der Waals entre slido y contaminante gaseoso. Si las fuerzas de atraccin intermolecular entre el slido y el contaminante son mayores que las del propio contaminante, este se concentrar en la superficie del slido (Rafael Gadea, 2007).

Adsorcin qumica o quimisorcin, que se produce como consecuencia de la interaccin qumica del adsorbente y el contaminante, cuya atraccin es mucho ms fuerte que la anterior, por lo que su desorcin es muchas veces inviable, no pudindose regenerar el adsorbente (Rafael Gadea, 2007).

2.15. CONDENSACIN

Un vapor puede condensarse a una temperatura determinada si su presin parcial se incrementa hasta igualar o superar su presin de vapor a esa temperatura. La condensacin tambin se puede alcanzar por incremento de la presin, pero este mtodo se utiliza menos en el control de la contaminacin (Contreras Lpes, 2006).

Figura 8. Esquema de tipo bsico de condensador.

La condensacin es la tcnica mediante la cual los COVs son separados de un gas mediante la saturacin, seguida por un cambio a estado lquido. Para producir el cambio de estado de estos compuestos, es posible aplicar dos tcnicas: (1) incrementar la presin del sistema a una temperatura dada; o (2) reducir la temperatura del sistema a una presin constante. Los dos tipos de condensadores ms usuales son los de superficie y los de contacto (Environment Protection Agency, 1991).

3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TECNOLOGA DE CONTROL

3.1. SEPARADOR GRAVITATORIO

Ventajas: Bajos costos de capital y de operacin, control de temperatura y presin a partir del material de construccin, coleccin y disposicin en seco, requisitos de espacio relativamente pequeos; Diseo compacto, mayores eficiencias de recoleccin de pequeas partculas que las de otros diseos de prelimpiadores, recoleccin y disposicin en seco (Jmireles, 2009).

Falta de partes mviles, por lo tanto, pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operacin. Cada de presin relativamente baja, comparada con la cantidad de partculas removidas. Las limitaciones de temperatura y presin dependen nicamente de los materiales de construccin. Coleccin y disposicin en seco. Requisitos espaciales relativamente pequeos (Londoo, 2006) .

Desventajas: Eficiencia de coleccin relativamente baja depende del tamao de partcula, no se pueden utilizar con materiales pegajosos o aglomerados, las unidades de alta eficiencia pueden tener altas cadas de presin, Mayores requerimientos de energa y costos de operacin que los de otros diseos de prelimpiadores, mayores requerimientos de mantenimiento, no pueden manejar materiales pegajosos o aglutinantes, estn ms sujetos a la abrasin (Jmireles, 2009). Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas cadas de presin (Londoo, 2006)

3.2. SEPARADOR CENTRFUGO

Ventajas: Construccin ms sencilla, son compactos y ocupan poco espacio superficial, pueden operar a alta presin y temperatura, puede tratar elevados caudales de gas y altas concentraciones de partculas, con una eficiencia relativamente alta, requiere poco control y pocos elementos de accesorios, tienen bajo costo de operacin (Cremades, 2012).

Desventajas: Eficiencia de coleccin relativamente baja depende del tamao de partcula, no se pueden utilizar con materiales pegajosos o aglomerados, las unidades de alta eficiencia pueden tener altas cadas de presin. 3.3. SEPARACIN POR CAPA FILTRANTE

Ventajas: Los filtros de tela son muy eficientes para la recoleccin de partculas gruesas y finas, su operacin es relativamente simple y los recolectores estn disponibles en un gran nmero de configuraciones. El material recolectado se realiza en forma seca (Jmireles, 2009).

Desventajas: Para condiciones de operacin con temperaturas > a 290 C se requieren telas metlicas o refractarias, que son ms costosas, se requiere del uso de mascarillas para el personal de mantenimiento al momento remplazar la bolsa. Requiere de costos relativamente altos para su mantenimiento (Jmireles, 2009).

3.4. PRECIPITADORES ELECTROSTTICOS ELECTROFILTROS

Ventajas: Requisitos energticos y los costos de operacin tienden a ser bajos, son capaces de alcanzar eficiencias muy altas, an con partculas muy pequeas (Jmireles, 2009).

Altas eficacias, que pueden alcanzarse incluso con partculas muy pequeas. Producto recuperado seco. Prdida de carga muy baja. Gastos de operacin muy bajos. Bajo mantenimiento, ya que tiene muy pocas partes mviles. Pueden operar a temperaturas muy altas (normalmente hasta 400 C, aunque pueden llegar a 650 C con diseos especiales). Pueden captar nieblas cidas y asflticas. Soportan la corrosin (Cremades, 2012).

Los PEH Y PES son capaces de operar bajo presiones altas (hasta los 1.030 kPa) o al vaco, y las velocidades de flujo relativamente grandes se pueden manejar de manera efectiva (Jmireles, 2009).

Desventajas: Los costos de capital son altos, los electrodos de descarga fabricados de alambre (aproximadamente 2,5 mm de dimetro) requieren altos niveles de mantenimiento, puede presentarse corrosin cerca de la parte superior de los alambres debido a fugas de aire y condensacin cida. Adems de necesidades de espacio relativamente grandes (Jmireles, 2009).

Coste de inversin muy alto (normalmente son los equipos de depuracin ms caros). No se adaptan bien a condiciones variables. Algunos materiales particulado son prcticamente imposibles de captar debido a que su resistividad es muy alta o muy baja. Generalmente, necesitan un cicln como paso previo para reducir la carga de polvo a la entrada del electrofiltro. No pueden manejar gases o polvo explosivos (Cremades, 2012).

Los PES no son recomendables para la eliminacin de partculas pegajosas o hmedas (Jmireles, 2009).

3.5. LAVADORES

Ventajas: Captan a la vez contaminantes en forma gaseosa y particulada. El tamao de partculas que se pueden separar est comprendido entre 0,1 y 50 m. Son muy sencillos. Tienen un costo de instalacin medio para eficacias medias (sin incluir la depuracin del lquido resultante). Pueden soportar condiciones de temperatura y fsico/qumicas duras. Pueden manejar productos muy difciles de tratar por otros medios (nieblas cidas, pastosos, explosivos, higroscpicos, etc.). Permite manejar polvos inflamables y explosivos de bajo riesgo y manejo de neblinas. Puede adaptarse para manejar polvos inflamables y explosivos de bajo riesgo, manejo de neblinas, sistema de enfriamiento para gases, los gases corrosivos y polvos pueden ser neutralizados (Jmireles, 2009).

Desventajas: Costo de operacin (energa) muy elevado si se necesitan altas eficacias. Transfieren la contaminacin al lquido. Cuando este no puede incorporarse en el proceso de produccin, suelen requerir ir seguidos de otros depuradores. Presenta problemas de corrosin y abrasin, en algunos casos. Reducen la fuerza ascensional y de altura del penacho de humos a la salida de la chimenea, por el enfriamiento que el lavado produce en los gases (Cremades, 2012).

El lquido efluente puede crear problemas de contaminacin del agua, el producto de desecho se recolecta en hmedo, el equipo tiene alta posibilidad de sufrir problemas de corrosin, las partculas colectadas pueden estar contaminadas, y pueden no ser reciclables, la disposicin del residuo fangoso puede ser muy costosa, el acumulamiento de polvo sobre los rotores puede provocar un desequilibrio ya que las partculas pueden raspar los rotores. Los costos de mantenimiento son altos (Jmireles, 2009).

3.6. RECIRCULACION DEL GAS DE LA CHIMENEA

Desventajas: La disminucin de la temperatura de la flama altera la distribucin de calor y puede disminuir la eficiencia del combustible.

3.7. BAJO EXCESO DE AIRE

Desventajas: El exceso de aire puede incrementar las emisiones de CO y pueden reducir la estabilidad de la flama.

3.8. REDUCCIN CATALTICA SELECTIVA

Ventajas: Reducciones ms altas de NOx en comparacin a los quemadores de bajo NOx y la Reduccin Selectiva No Cataltica (Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR). Es aplicable a fuentes con bajas concentraciones de NOx. Las reacciones ocurren dentro de un rango de temperatura ms bajo y ms amplio que en la SNCR. No requiere modificaciones a la unidad de combustin.

Desventajas: Costos de capitales y de operacin significativamente ms altos que los quemadores de bajo NOx y la SNCR. La reconversin de la SCR en calderas industriales es difcil y costosa. Se requieren grandes cantidades de reactor y catalizador. Puede requerir limpieza del equipo corriente abajo. Resulta en amonaco en la corriente del gas residual, lo cual puede impactar la visibilidad de la pluma y la reventa o dispocin de la ceniza.

3.8 REDUCCIN SELECTIVA NO CATALTICA

Ventajas: Los costos de capital y de operacin estn entre los ms bajos entre todos los mtodos de reduccin de NOX. La reconversin de la SNCR es relativamente simple y requiere poco tiempo de paro en unidades grandes y medianas. Es efectivo en costo para uso estacional o aplicaciones de carga variable. Acepta corrientes de gas residual con niveles altos de MP. Puede aplicarse con controles de combustin para proporcionar mayores reducciones de NOX.

Desventajas: La corriente de gas debe estar dentro de un rango de temperatura especfico. No es aplicable a fuentes con bajas concentraciones de NOX tales como las turbinas de gas. Menores reducciones de NOX que con la Reduccin Selectiva Cataltica (SCR). Puede requerir limpieza del equipo corriente abajo. Resulta en amonaco en la corriente del gas residual, lo cual puede impactar la visibilidad en la pluma y la reventa o la disposicin de la ceniza.

4. APLICACIONES

Ciclones:Los ciclones se usan para controlar la MP, principalmente la MP de dimetro aerodinmico mayor de 10 micras (m). Hay sin embargo, ciclones de alta eficiencia, diseados para ser efectivos con MP de dimetro aerodinmico menor o igual a 10 m y menor o igual a 2.5 m (MP10 y MP2.5). Aunque pueden usarse los ciclones para recolectar partculas mayores de 200 m, las cmaras de asentamiento por gravedad o los simples separadores por impulso (momentum), son normalmente satisfactorios y menos expuestos a la abrasin.

Filtro de tela:Materia Particulada (MP), incluyendo materia particulada de dimetro aerodinmico menor o igual a 10 micras (m) (MP10), materia particulada de dimetro aerodinmico menor o igual a 2,5 m (MP2,5) y contaminantes peligrosos del aire (CPA), en forma particulada, tales como la mayora de los metales ( el mercurio es la excepcin notable, porque una porcin significante de las emisiones son en forma de vapor elemental).

Electrofiltros

Los diseos de los Electrofiltros dependen de las aplicaciones concretas de separacin. Sin embargo, se pueden clasificar en tres grupos: 1. 2. 3. El electrodo emisor es un alambre y el colector una placa. Ambos electrodos son una placa plana. El electrodo emisor es un alambre y el colector tiene forma tubular.

5. EFICIENCIAS DE LAS TECNOLOGA DE CONTROL

Figura 9. Comparacin de las eficiencias de retencin de los diferentes sistemas de control en funcin del tamao de partcula. (A) Cmara de sedimentacin, (B) Cicln simple, (C) Cicln de alta eficiencia, (D) Precipitador electrosttico, (E) Colector hmedo, (F) Colector Venturi, (G) Filtro de tela.

CiclonesLa eficiencia de un cicln depende de la magnitud de la fuera centrfuga que actan sobre las partculas. Cuanto ms grande sea dicha fuerza, mayor ser la eficiencia. Por su pare la magnitud de la fuerza centrifuga generada depende de la masa de la partcula, de la velocidad del gas en el cicln y del dimetro de ste (Contreras Lpes, 2006).

Filtro de mangaA medida que las partculas quedan atrapadas en el filtro, aumenta la eficiencia del sistema, en especial para la eliminacin de las partculas ms pequeas, pero tambin aumenta la perdida de presin, por lo que hay que proceder a la limpieza de los filtros (Contreras Lpes, 2006).

Precipitadores electrostticos

Los precipitadores electrostticos hmedos, generalmente del tipo alambre-tubo, la eliminacin final de nieblas procedentes de lavadores de gases, recogida de partculas finas de la produccin de aluminio, o en el caso de partculas de alta resistividad. Son usados en los casos en los que la limpieza en hmedo es recomendable, tales como en corrientes a temperaturas no demasiado altas o cuando no existen restricciones sobre las aguas residuales, puesto que las partculas se recogen en el colector en estado lquido y mediante lavado con agua por el interior del precipitador. Este lavado tiene la ventaja de eliminar las partculas pegajosas y, adems, compuestos olorosos que se disuelvan en agua (Cremades, 2012).

6. RESULTADOS Y DISCUCIONES

6.1. COSTOS

Ciclones:Los siguientes son rangos de costos (expresados en dlares del 2002), para un solo cicln convencional a condiciones tpicas de operacin, determinados utilizando una hoja de clculo de la EPA para la estimacin de costos, en base a la velocidad de flujo volumtrico de la corriente contaminada a tratar.

Las razones de flujo mayores a aproximadamente 10sm3 (21,200scfm), tpicamente emplean multi-ciclones operando en paralelo. Con el fin de calcular la eficiencia de costos, en el ejemplo los flujos se suponen que estn entre 0.5 y 12 sm3/seg (1,060 y 25,400 scfm), la carga de MP a la entrada se supone que es aproximadamente entre 2.3 y 230 g/m3 (1.0 y 100 gr/scf), y la eficiencia de control se supone que es del 90 por ciento.

Costo de Capital: $4,600 a $7,400 por m3/seg ($2.00 a $2.40 por scfm).b. Costo de Operacin y Mantenimiento: $1,500 a $18,000 por m3/seg ($0.70 a $8.5 por scfm), anualmente.c. Costo Anualizado: $2,800 a $29,000 por m3/seg ($1.30 a $13.50 por scfm), anualmente.d. Eficiencia de Costo: $0.47 a $440 por tonelada mtrica ($0.43 a $400 por tonelada corta), costo anualizado por tonelada de contaminante controlado por ao.

Filtros de tela:A continuacin se presentan los costos estimados, expresados en dlares de 2002, para filtros de tela tipo limpieza con sacudimiento mecnico y tipo limpieza con sacudimiento mecnico mejorado con bocina snica. Para las estimaciones de ambos costos se supone un diseo convencional bajo condiciones tpicas de operacin. En los costos no se incluye equipo auxiliar, tal como ventiladores y conductos.

a. Costo de Capital: $17,000 a $153,000 por m3/s ($8 a $72 por scfm)$1,000 a 1,300 por m3/s ($0.51 a $0.61 por scfm); costo adicional para bocinas snicasb. Costo de O y M: $9,300 a $51,000 por m3/s ($4 a $24 por scfm), anualmentec. Costo Anualizado: $11,000 a $95,000 por m3/s ($5 a $45 por scfm), anualmented. Eficiencia de Costos: $41 a $334 por tonelada mtrica ($37 a $303 por tonelada corta).

Lavador de orificio en hmedo:Los siguientes datos son los rangos de costo (expresados en dlares del cuarto trimestre de 1995) para los depuradores de orificio en hmedo de diseo convencional bajo condiciones tpicas de operacin, adaptados a partir de los formatos para estimacin de costos de la EPA y referidos a la velocidad del flujo volumtrico de la corriente de desecho tratada. Para el propsito de calcular el ejemplo de efectividad de costo, el contaminante es MP a una carga de aproximadamente 7 g/m3 (3 gr/scf) y un flujo de gas residual variando entre 0.5 a 47 m3/s (1,000 a 1000,000 scfm).

Los costos no incluyen los costos para el postratamiento o desecho del solvente usado o residuo.

a. Costo de Capital: $2,100 a $6,400 por m3/s, ($1.00 a $3.00 por scfm)b. Costo de Operacin y Mantenimiento: $3,500 a $76,000 por m3/s, ($1.60 a $36 por scfm), anualmente.c. Costo Anualizado: $4,3000 a $77,000 por m3/s, ($2.00 a $37 por scfm), anualmente.d. Efectividad de Costo: $40 a $710 por tonelada mtrica ($36 a $644 por tonelada corta), costo anualizado por tonelada por ao de contaminante controlado.

Precipitador electrosttico en seco:A continuacin se presentan los rangos de costo (expresados en dlares del 2002) para los PE tipo placa-alambre de diseo convencional bajo condiciones tpicas de operacin, desarrollados utilizando los formatos de la U.S. EPA para estimacin de costos.

Los costos pueden ser sustancialmente ms altos que los rangos expuestos para los contaminantes que requieran un nivel extremadamente alto de control, o que requieran que los PE sean construidos con materiales especiales tales como el acero inoxidable o el titanio.

En general, las unidades ms pequeas que controlen corrientes residuales de baja concentracin no sern tan eficientes en costo como lo ser una unidad ms grande que purifique una emisin con un contenido alto en contaminantes.

a. Costo de Capital: $21,000 a $70,000 por sm 3 /s ($10 a $33 por scfm) b. Costo de Operacin y Mantenimiento: $6,400 a $74,000 por sm 3 /s ($3 a $35 por scfm), anualmente. c. Costo Anualizado: $9,100 a $81,000 por sm 3 / s ($4 a $38 por scfm), anualmente d. Eficiencia en el Costo: $38 a $260 por tonelada mtrica ($35 a $236 por tonelada corta). Reduccin selectiva no catalticaA continuacin, se presentan los costos para calderas industriales mayores de 100 MMBtu/hr.

a. Costo Capital : 900 a 2,500 $/MMBtu/hr (9,000 a 25,000 $/MW)b. Costo de Operacin y Mantenimiento (O&M): 100 a 500 $/MMBtu/hr (1,000 a 5,000 $/MW)c. Costo Anual: 300 a 1,000 $/MMBtu/hr (3,000 a 10,000 $/MW)d. Costo por Tonelada de Contaminante Removido:Control Anual: 400 a 2,500 $/ton de NOX removidoControl Estacional: 2,000 a 3,000 $/ton de NOX removido

Tabla 1. CiclonesNombre del EquipoContaminante controlado% de eficiencia

Ciclones convencionales

Partculas70 a 90

Para PM1030 a 90

Para PM2.540

Ciclones de alta eficiencia

Partculas80 a 99

Para PM1060 a 95

Para PM2.520 a 70

Ciclones de alta capacidad

Partculas80 a 99

Para PM1010 a 40

Para PM2.5hasta un 10

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