partículas

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA

May 30, 2014

Autor: Sheyla Lizet Castillo Hernndez

Unidad IV: Mecanismos de

Recoleccin de Partculas

Control de la contaminacin atmosfrica

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Unidad IV: Mecanismos de recoleccin de partculas

Partculas:

A pesar de que las partculas representan solo un 9 % de la masa total de los

contaminantes del aire producidos por el hombre, las partculas representan un riesgos

para los pulmones. En general las partculas arrastradas por el aire varan su tamaodesde 0.001 a 500m. las partculas. Las partculas menores a 0.001m muestran

comportamientos similares a los de las molculas.

La concentracin de partculas se expresa usualmente como la masa total de las partculas

en volumen dada de gas. La concentracin de partculas son los microgramos por metro

cubico.

Distribucin y fuentes de la materia particulada:

Hay datos para la concentracin promedio de partculas, que se obtuvieron por muestreo

de la atmosfera en las ciudades de todo el mundo, de las 401 ciudades 75-% tena unpromedio de 80g/m

3.no obstante las normas establecen 75 g/m

3.Las partculas dentro

del intervalo de 0 a 1 g constituyen solo 3% por masa (o por volumen). La combustin

puede producir cuatro tipos diferentes de partculas.

Eficiencia de coleccin de partculas:

No obstantes, las partculas slidas no son, por lo general esfricas, se puede definir un

dimetro en trminos de alguna otra caracterstica fsica de una partcula, el dimetro de

una partcula, basado en un rea superficial, dSA, se define como el dimetro de una

esfera.

La eficiencia total de coleccin esta expresada como una fraccin, entonces est dada por

la ecuacin

0=

=

=

Sin embargo, ntese que la eficiencia fraccionaria varia drsticamente con el tamao de la

partcula, existe una elevacin rpida de la eficiencia dentro de un intervalo de partculas

bastante pequeas.

Distribucin de las partculas:

Con frecuencia es provechoso caracterizar toda una coleccin de partculas. El dimetro

modal se define como aquel dimetro en donde ocurre el mayor nmero de partculas. Se

encuentran de la expresin matemtica dn(dp)/d(dp) = 0 es tambin el punto de inflexin

de la curva N (dp)/N.

El dimetro mediano del nmero, dNM, es aquel dimetro para el que 50porciento de las

partculas son mayores(o menores) por conteo.

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El valor medio aritmtico se encuentra en general, por la suma de todos los valores de la

variable, que luego se divide por la suma de nmero total de muestra

Velocidad terminal o de asentamiento:

Un mtodo bsico para remover las partculas consiste simplemente en el asentamiento

de por gravedad. Un parmetro importante es la velocidad de asentamiento de la

partcula en una direccin paralela al campo gravitacional terrestre. Las fuerzas de

gravedad se pueden sustituir segn la ley de newton F=ma = mpg

Depositacin de partculas de chimeneas:

La cantidad de partculas que se pueden descargar a la atmosfera, es reglamentada por la

ley para algunas industrias especficas, aunque existen dispositivos de control una

pequea porcin del total de partculas en el gas escape se emitirn a la atmosfera.

Existen varios mtodos para pronosticar la tasa de sedimentacin de las partculas

resultante de la emisin de chimeneas la ecuacin de Suiton.

Diseo de campanas y ductos:

Un sistema de manejo del gas se debe disear para concentrar los contaminantes en el

volumen de aire ms pequeo posible. Esto tiene importancia, ya que con la exclusin del

ventilador, el costo del equipo de control se basa principalmente en el volumen de gas por

manejar y no en la cantidad de partculas que se ha de extraer. La velocidad del aire que

nada mas supere los movimiento dispersivos del contaminante, mas supere los

movimientos dispersivos del contaminante, mas un adecuado factor de seguridad, se

conoce como la ``la velocidad de control. Esta velocidad se ajusta para obtener la tasa de

menor flujo de aire que proporcione resultados satisfactorios de control para un mnimo

volumen de gas y la mxima carga de contaminante. Los patrones de velocidad que

entran a un ducto circular, que representa una simple campano no son lneas radiales, si

no lneas de velocidad constantes que se dan como porcentaje de la velocidad del ducto,

una ecuacin que proporciona la velocidad aproximada y fue desarrollada por Dalle Valle

es la siguiente:

Donde es un porcentaje de la velocidad del ducto en un punto del eje del ducto; esla distancia hacia afuera a lo largo del eje, a partir de la apertura, en pies; y es el rea

de la apertura en pies cuadrados.

Para aperturas cuadradas, redondas o rectangulares, Hemeon recomienda la siguiente

ecuacin cuando el flujo en la campana no este restringido.

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Donde es el volumen de aire que entra a la campana en pies cbicos por minuto; es

la velocidad del aire en el punto , en pies por minuto; es la distancia a cualquier punto

medida a lo largo del eje del ducto; y es el rea de la cara de la campana, en pies

cuadrados.

Cuando las campanas rectangulares estn limitadas en uno de sus lados por una superficieplana como se considera que la campana tiene dos veces su tamao real, por adicin de

una imagen espejo. La ecuacin anterior se convierte en:

Mecanismos de coleccin de las partculas:

Los seis mecanismos disponibles para la coleccin de las partculas se pueden clasificar

como de sedimentacin por gravedad, impactacin centrifuga, impactacin por inercia,

intercepcin directa, difusin y los efectos electrostticos. La impactacin por inercia esta

asociada con las partculas relativamente grandes que viajan en una ruta de 1 m, chocan

contra el colector como resultado del movimiento browniano molecular aleatorio o

difusin. La aglomeracin es otro mecanismo para mejorar la eficiencia de coleccin, con

esta tcnica se aumenta el tamao promedio de la partcula, de manera que los colectores

aguas abajo tengan una mejor oportunidad de remover el contaminante.

Equipo de control de partculas:

Es necesario determinar cierto numero de factores andes de poder hacer una apropiada

seleccin del equipo de coleccin. Entre los datos requeridos mas importantes son: las

propiedades fsicas y qumicas de las partculas, el intervalo de la tasa de flujo volumtricode la corriente de flujo, la humedad, la naturaleza de la fase gaseosa y la condicin

requerida por el efluente tratado. Las cinco clases bsicas de equipos de coleccin de

partculas son las siguientes:

1. Cmara de sedimentacin por gravedad.2. Separadores ciclnicos (centrfugos)3. Colectores hmedos4. Filtros de tela5. Precipitadores electrostticos

Cmara de sedimentacin por gravedad: el tamao mnimo de la partcula que se puede

eliminar con un 100 por ciento de eficiencia, se puede determinar con el tiempo requerido

para que una partcula de tamao caiga a una distancia , y escape en consecuencia

de la corriente de gas, deber ser igual o menos que el tiempo requerido para moverse

horizontalmente una distancia . Para el tamao mnimo de la partcula que se pueda

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remover en un 100 por ciento, estos dos tiempos sern iguales. Por tanto, para el flujo

uniforme del ducto sin mezcla macroscpica ser

Donde se supone que todas las partculas pasan por la cmara a la velocidad del gas.

Para incluir el dimetro de las partculas, ahora es necesario relacionar con la velocidad

de sedimentacin. Por tanto

Donde es la tasa de flujo volumtrico y es el ancho de la cmara. Conociendo

y se puede calcular . Este valor de deber ser un calculo aproximado del

tamao mnimo de la partcula retenida con una eficiencia de coleccin del 100 por ciento.

Como una primera aproximacin en la estimacin del tamao mnimo de la partcula conuna separacin del 100 por ciento, es aceptable emplear la ley de Stokes.

Este dispositivo, que se puede obtener comercialmente, es en realidad un conjunto de

cmaras de sedimentacin por gravedad, conectadas en paralelo. A pesar de ser mas

eficiente, es de construccin mas costosa y es mas difcil de limpiar. La eficiencia

fraccionaria de coleccin para un tamao dado de la partcula, se puede estimar para el

flujo uniforme del ducto por la relacin

Donde esta expresado en por ciento. Para las cmaras de sedimentacin con

deflectores horizontales la ecuacin correspondiente para el tamao mnimo de la

partcula con coleccin del 100 por ciento seria

Donde es el nmero de canales de flujo, o el nmero de deflectores horizontales,

adems de la superficie inferior. En este caso, la ecuacin correspondiente para la

eficiencia fraccionaria es

La turbulencia dentro de la cmara de sedimentacin causa desviaciones en la velocidad

de sedimentacin de la partcula y en la direccin del flujo con respecto al modelo de

ducto de flujo uniforme, sin mezcla macroscpica.

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Separadores ciclnicos: son dispositivos purificadores del gas que emplean una fuerza

centrifuga generada haciendo girar una corriente de gas con el fin de separar partculas

del gas que las transporta. La unidad separadora puede ser una sola cmara grande, unas

cuantas cmaras tubulares, en paralelo o en serie, o una unidad dinmica similar a un

soplador.

Existen dos clases principales de separadores ciclnicos: los tipos de paletas axiales, y los

de involutas. La nica diferencia que existe entre los dos se basa en el mtodo de

introduccin del gas dentro del casco cilndrico con el propsito de impartirle un

movimiento giratorio que sea suficiente.

El separador ciclnico se utiliza para eliminar partculas con tamao de 10 m. no

obstante, los ciclones convencionales rara vez remueven partculas con una eficiencia

mayor del 90 por ciento, a menos que la partcula tenga un dimetro de 25 m o mayor.

No importa cual sea el diseo, la eficiencia fraccionaria de remocin de cualquier cicln

cae rpidamente mas all de un cierto tamao de la partcula.Colectores Hmedos: en un colector hmedo, se utiliza un lquido para capturar las

partculas o para aumentar el tamao de los aerosoles. El tamao aumentado resultante

facilita la remocin del contaminante de la corriente de gas. Partculas finas, tanto liquidas

como solidas, que varian entre 0.1 y 20 m, se pueden remover de un modo efectivo de

una corriente de gas, por medio de colectores hmedos. Existen tres tipos principales de

colectores hmedos:

1. Lavadores de cmaras de aspersin (con o sin placas de choque)2. Lavadores ciclnicos (ciclones hmedos)3. Lavadores venturi

Los colectores hmedos ofrecen ciertas desventajas que no se encuentran en los equipos

secos. Uno de los principales problemas es manipular y disponer de los lodos hmedos

que son un producto inherente del proceso.

La presencia del agua tiende a aumentar la corrosividad de los materiales. Finalmente, a

fin de alcanzar eficiencias altas de coleccin para las partculas finas, se requiere a su vez

un consumo de energa relativamente alto.

Lavadores de cmara de aspersin: uno de los dispositivos mas simples para la coleccin

hmeda de partculas es la torre de aspersin, circular o rectangular. El gas contaminadofluye hacia arriba y las partculas chocan con las gotas del lquido producidas por boquillas

apropiadas situadas a travs del paso del flujo. Si la tasa de flujo del gas es relativamente

baja las gotas del lquido contaminado se sedimentaran por gravedad hacia el fondo de la

torre.

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El gasto de agua a travs de un lavador de cmara esta dentro del intervalo de 2 a 10

gal/min para cada 1000 pie3/min de flujo de gas. Es preciso aadir agua de reposicin para

surtir de nuevo la evaporada en la corriente de gas.

La cada de presin es muy pequea en este tipo de equipo, usualmente del orden de 1 a

2 pulgadas de agua. La eficiencia colectora es muy aceptable para tamaos de partculaspor arriba de 10 m. la eficiencia de una torre de aspersin convencional va desde 94 por

ciento para partculas de 5 m hasta 99 por ciento para partculas de 25 m.

Se pueden obtener eficiencias altas para tamaos de partculas de hasta 1 m, utilizando

aspersores de niebla de alta presin. Los requerimientos de energa aumentan

proporcionalmente, y el agua recirculada puede que no sea adecuada en impedir el

bloqueo de las boquillas.

Lavadores ciclnicos: el tipo mas simple de lavadores ciclnicos se obtiene insertando

bancos de boquillas en forma de anillo dentro de un cicln seco convencional. La solucin

cargada de polvo fluye por las paredes hasta el fondo, donde es retirada. El aspersor deagua se puede colocar tambin a la entrada del cicln se requiere usualmente de un

eliminador de neblina a la salida.

El gasto de circulacin del agua en los ciclones hmedos vara de 1 a 8 gal/1000 pie3de

gas tratado. La perdida de tiro o cada de presin varia usualmente entre 1 y 4 pulgadas de

agua. Los ciclones hmedos tienen una eficiencia colectora de 100 por ciento para gotas

de 100 m y mayores, alrededor de 99 por ciento para gotas de 50 a 100 m y de 90 a 98

por ciento para gotas entre 5 y 50 m.

Lavadores Venturi: un Venturi es un canal de flujo rectangular o circular que converge a

una garganta de seccin estrecha y luego diverge nuevamente a su rea original en la

seccin transversal. La relacin de reas entre la entrada y la garganta es tpicamente de

4:1 en un lavador Venturi. El ngulo de divergencia es aproximadamente de 5 a 7 grados a

sin de obtener una buena recuperacin de la presin esttica. La accin de lavado ocurre

durante la introduccin de agua, ya sea en la seccin de la garganta o al comienzo de la

seccin convergente.

Filtros de tela:

La filtracin, es uno de los mtodos ms antiguos y de los ms generalizados para la

separacin de partculas del gas que lo transporta. Una de las ventajas de los filtros de telaes la necesidad de limpiarlos con frecuencia a fin de evitar cadas de presin irrazonables,

de aqu resulta que el diseo bsico de los filtros industriales, se basa por lo general, en

unas condiciones geomtricas que prestan una relativa facilidad de limpieza. No obstante,

otra consideracin geomtrica debe ser la que estipule una gran rea superficial por gasto

volumtrico del gas contaminado.

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El inverso de esta relacin de filtracin, y los valores ptimos van desde 1 a 8 pies/min

(0.5 a 4 cm/s). Como el polvo recogido en una tela de filtro acta como el medio filtrante,

la eliminacin de la capa de polvo durante la limpieza afecta ciertamente la eficiencia

colectora.

Por lo general, no es posible manejar materiales higroscpicos, debido a los problemascon la limpieza de las telas. En este aspecto limita grandemente la naturaleza de una

corriente gaseosa que se pueda limpiar con el uso de un filtro de tela. Adems, las

partculas hmedas se pueden aglomerar sobre la tela de filtro, cuando se trata de

manejar con el equipo, gases de escape que estn a temperaturas cercanas a su punto de

roco. Suficiente transferencia de calor de un gas de escape, y la posterior deposicin de

materiales hmedos sobre el filtro.

Precipitadores electrostticos:

La coleccin de partculas y aerosoles mediante la precipitacin electrosttica se basa en

la mutua atraccin entre las partculas con una carga elctrica y un electrodo colector de

polaridad opuesta. Esta tcnica ha formado una parte importante de los mtodos

industriales de limpieza.

Entre sus ventajas estn: una capacidad para manipular grandes volmenes de gas, altas

eficiencias colectoras aun para partculas del tamao de los sub-micrones, bajo consumo

de energa y bajas prdidas de tiro, y capacidad para operar con gases a temperaturas

relativamente altas.

Se utilizan diversos principios geomtricos bsicos en el diseo de los precipitadores

electrostticos. El diferencial de voltaje muy alto entre los electrodos pasan a velocidadmuy alta del alambre central de la corriente de gas que pasa. Bajo la influencia de la gran

fuerza electrosttica existente, los iones negativos emigran hacia las placas exteriores

conectadas a tierra, mientras que los iones positivos regresan al alambre central (que es

negativo en relacin con las placas conectadas a tierra).

La longitud del pasaje del precipitador requerida para remover un tamao determinado

de partcula se puede estimar aproximadamente si se conoce la velocidad de

desplazamiento, ya comentada. Despus de tener en cuenta un perodo de carga, el

tiempo requerido para que una partcula emigre al electrodo colector debe ser menor que

el tiempo que le tomara a la partcula para pasar junto con el gas a travs del

precipitador. Cuando estos tiempos sean exactamente iguales, dicho tamao de partculasse colectar con una eficiencia del 100 por ciento, pero sin tolerancia de error.

Comparacin de los equipos de control de partculas:

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El equipo especifico de control de partculas que se debe seleccionar en una planta, a fin

de cumplir las normas de emisin, depende de muchas variables de operacin. El gasto

volumtrico total es una variable importante que se ha de manejar. Si el equipo

considerado no tiene la capacidad de remover partculas de la produccin mxima o total

de la planta, ser entonces imposible cumplir las normas. Las eficiencias colectoras de

muchos equipos se afectan por la operacin por encima o por debajo de la capacidad dediseo. Las caractersticas fsicas y qumicas de las partculas influyen tambin en la

seleccin del equipo.

Una comparacin detallada de la capacidad de cada uno de los varios equipos colectores

no es provechosa. Las capacidades cambian con el desarrollo de la tecnologa, y es fcil

obtener informacin de los fabricantes de los equipos informacin actualizada.

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