Ejemplo de captación con cartucho de caudal de aire descendente

Por John Woolever, Director de Productos de Donaldson Torit

En las últimas décadas, la captación de polvo con elementos de medio filtrante plisado, conocidos como cartuchos, se ha convertido en una solución generalizada para requisitos de ventilación industrial. Los captadores de polvo con cartucho se pueden agrupar en dos categorías según la orientación del cartucho y el diseño de flujo de aire de la cabina:

1) un diseño de flujo descendente con filtros de cartucho horizontal y la entrada de aire sucio colocada sobre el medio filtrante completo y

2) diseños de flujo transversal o ascendente con filtros de cartucho vertical y la entrada de aire sucio colocada debajo o en el lateral del medio filtrante.

Algunos miembros del mercado de la ventilación industrial afirman que un captador con cartuchos colgados en vertical es mejor; suelen mencionar ejemplos anecdóticos sin datos que los respalden. Sin embargo, existen hechos creíbles que respaldan las ventajas de un diseño de captador de flujo descendente, como se menciona en el Manual de ventilación industrial de la Conferencia Americana de Higienistas industriales Gubernamentales (ACGIH®):

La sección 8.3.2 del Manual de ventilación industrial señala que una investigación financiada por la EPA¹ avaló los resultados de rendimiento superiores obtenidos del flujo descendente del aire sucio. Este flujo descendente reduce la redeposición, puesto que facilita la gravitación de partículas de polvo hacia la tolva.

Antes de analizar otros factores relevantes, es útil revisar brevemente los orígenes de la captación con cartuchos.

Durante los años 70, los captadores de cartucho se diseñaron para imitar a los captadores con filtros de mangas colocados en vertical, donde al aire sucio entraba al captador por debajo de los filtros. (Consulte la imagen A). El medio plisado de un elemento filtrante de cartuchos brindó un mejor rendimiento y menos emisiones frente a una manga comparable. Sin embargo, el nuevo estilo de captador presentaba muchas de las mismas limitaciones de su predecesor con filtros de mangas, que incluían:

• El polvo proveniente de los filtros de cartuchos limpios debía luchar contra el aire entrante para depositarse en la tolva o en el recipiente de contención. Esto daba lugar a que el polvo volviera a entrar a la superficie del medio filtrante, con la consiguiente pérdida de presión operativa y durabilidad.
• Las sustituciones de filtros seguían siendo demasiado largas, sucias y solían ser desagradables, porque el mantenimiento de los filtros exigía que un operario abriera la cámara de aire sucio mediante una gran compuerta de acceso.

Con el paso de los años, se fueron realizando mejoras de diseño en el captador colgado en vertical para incluir entradas laterales (que permitan al operario acceder al captador por el lado del medio filtrante en lugar de debajo de él). Esto permitió una cierta reducción de la reentrada de polvo. Sin embargo, las partículas de polvo se veían afectadas por el aire entrante y los procesos de sustitución de cartuchos exponían a los operarios y al entorno del captador de polvo a una gran abertura a la cámara de aire sucio. (Consulte la imagen B).

Finalmente, durante la década de los ochenta, se logró un avance al rotar la orientación del filtro de cartuchos de vertical a horizontal y al colocar la entrada de aire sucio sobre el medio filtrante. Este cambio permitió crear un patrón de flujo de aire entrante alineado con la ubicación final deseada del polvo descargado desde los filtros de cartucho limpiados. Como la gravedad dirige de manera natural las partículas de polvo hacia el recipiente de contención ubicado en el fondo del captador, el patrón de aire entrante de un captador de flujo descendente ahora podía ayudar en el movimiento de partículas hacia el recipiente de almacenamiento en la base de la unidad, en lugar de obstaculizarlo. (Consulte la imagen C).

Este diseño de gestión mejorado redujo la reentrada de polvo, y se podría mejorar aún más con el uso de filtros de cartucho que contienen un medio filtrante de nanofibra para carga de superficie. La reducción en la reentrada de polvo puede, a su vez, disminuir la pérdida de presión operativa, prolongar la vida útil y reducir el consumo de aire comprimido utilizado para elementos filtrantes de limpieza por pulsos; todo esto redunda en beneficio del gasto operativo del captador de polvo y optimiza el coste total.

Es posible obtener incluso más beneficios con los nuevos enfoques de colocación de la entrada de aire limpio para lograr un bajo nivel de pérdida antes de la separación. Los avances recientes en el diseño demuestran que la capacidad de flujo de aire aumenta cuando la entrada de aire sucio se coloca en orientación de flujo descendente, lejos del medio filtrante. Esta zona de desprendimiento permite que el material particulado pesado se desprenda del flujo de aire sin tocar el medio filtrante y también permite una distribución uniforme del flujo de aire, eliminando los «puntos problemáticos» de alta velocidad que pueden desgastar el medio filtrante en forma prematura. (Consulte la imagen D).

Algunos fabricantes de captadores hacen referencia a imágenes anecdóticas de filtros horizontales con acumulación de polvo y un consiguiente aumento de puntos de contacto sobre las superficies superiores de los elementos filtrantes. En realidad, los captadores de flujo descendente diseñados, operados y mantenidos de forma correcta poseen sistemas de limpieza por pulsos inversos que limitan esta acumulación de polvo en las superficies del medio filtrante. Un proveedor de captadores de cartuchos experto debe ser capaz de proporcionar datos de firmas de pulsos integrales que cuantifiquen la energía de limpieza suministrada al medio filtrante.

Recientemente, se incorporó al mercado un importante descubrimiento en la tecnología de limpieza por pulsos y, actualmente, solo está disponible en una configuración de flujo descendente con cartuchos. Con un diseño que controla la expansión de aire comprimido y la minimización de pérdidas de suministro de energía del sistema de limpieza por pulsos, se ha comprobado que el nuevo sistema de limpieza ofrece un 27 % más de energía de limpieza por impulsos. Más energía de limpieza puede incrementar la capacidad de filtración y reducir el consumo de energía de aire comprimido.

Cuando combinamos un diseño de gestión de flujo de aire superior, un rendimiento de limpieza por pulsos eficaz y un medio filtrante de nanofibras para carga de superficie en un solo paquete, un flujo descendente puede ofrecer beneficios impresionantes de capacidad de tratamiento de aire. Una manera de evaluar la capacidad de flujo de aire de un captador es comparar las tasas de caudal de aire volumétrico con el área del medio filtrante. Esta proporción de aire a medio (AMR) o velocidad de filtración normalmente se usa para dimensionar los equipos para aplicaciones específicas.

Más allá del rendimiento y la capacidad del captador de polvo, la escalabilidad y la facilidad de configuración son dos ventajas adicionales que tienen los captadores de flujo sobre los captadores colgados en vertical. La orientación horizontal del filtro del captador de flujo descendente permite colocar los cartuchos en una matriz que puede aumentar en altura y en anchura para brindar una mayor flexibilidad y reducciones de espacio total en la nave. Los captadores colgados en vertical poseen solo una capa de filtros, de manera que el aumento en el área del medio filtrante requiere aumentar la anchura y la profundidad porque la altura es fija. Con frecuencia, esto hace que ocupen más espacio para permitir una capacidad mayor de manipulación de aire.

Las ventilaciones con amortiguación de explosión son otro aspecto de diferenciación de los captadores de flujo descendente con respecto a los captadores con elementos verticales. Las ventilaciones con amortiguación de explosión se pueden ubicar en el techo o en el lateral de un captador de flujo descendente sin modificar el espacio del equipo. Como las ventilaciones con amortiguación de explosión se deben colocar en el lateral de los captadores colgados en vertical, normalmente exigen un mayor espacio para dirigir las ventilaciones hacia arriba. Numerosas instalaciones prefieren ventilaciones orientadas hacia arriba o montadas en el techo debido a que la parte frontal de la llama de deflagración y los materiales descargados durante el evento de deflagración se dirigen hacia arriba, donde existe una exposición reducida a áreas ocupadas.

Para terminar, el proceso de cambio de filtro en un captador de flujo descendente simplifica el reemplazo de elementos y ayuda a minimizar la exposición del operario a contaminantes captados en comparación con el diseño de captador más antiguo colgado en vertical. De forma general, el captador de flujo descendente posee cubiertas que proporcionan acceso a solo algunos cartuchos por vez. Esta puede ser una excelente ventaja si el captador está ubicado a la intemperie en lugares donde puede haber mucho viento. Los captadores antiguos colgados en vertical suelen necesitar puertas de acceso más grandes que exponen al operario y al área circundante a toda la cámara de aire sucio. La eliminación de cartucho horizontal del captador de flujo descendente además es más simple y más limpia, ya que exige al operario colocar solo su brazo en el captador para alcanzar los filtros de cartuchos. Los captadores colgados en vertical exigen el uso de herramientas especiales para acceder a la enorme cámara de aire sucio, o bien exigen al operario entrar en ella físicamente (a un espacio posiblemente confinado) para acceder a los filtros de cartuchos que están al fondo en la estructura del recinto. Aunque casi todos los diseños de captadores permiten la instalación de plataformas industriales para acceder al filtro, los captadores de flujo descendente también ofrecen una opción de acceso por escalera para ayudar a reducir el espacio que ocupan en la nave.

Con una puerta más grande y un acceso más complejo a los filtros de cartuchos, así como a los filtros normalmente más grandes y pesados, el reemplazo de filtros en captadores colgados en vertical suele requerir una plataforma, un elevador o algún otro tipo de asistencia de acceso.

40 años después de su aparición, los filtros de cartuchos siguen constituyendo una solución atractiva y económica para operarios de instalaciones en numerosos sectores diferentes. Los captadores de flujo descendente ofrecen reducción de reentrada de polvo, ocupan menos espacio, aportan una mayor flexibilidad de configuración y una experiencia superior en el cambio de filtros. Si consideramos estos beneficios para el usuario, la propuesta de recogida de flujo descendente con cartuchos es evidentemente la mejor.