Por Tom Godbey, Especialista Sénior en Aplicaciones
Cuando se trata de seleccionar un colector de polvo para un entorno específico, es necesario considerar las características del tipo de polvo que se va a recolectar. ¿De qué tamaño son las partículas de polvo? ¿Son extremadamente pequeñas? ¿Son de distintos tamaños? ¿El polvo es abrasivo? ¿Es higroscópico o absorbe la humedad? ¿Se aglomera con facilidad o no se aglomera? ¿Es explosivo o combustible? ¿Es corrosivo, tóxico o inestable?
Todas estas consideraciones sobre el polvo que va a colectar son necesarias, pero el polvo no es el único factor que debe considerar. Cuando elige un colector de polvo, es fundamental considerar las propiedades y las condiciones del flujo de gas que ingresa al colector y pasa a través de él.
Las características del flujo de gas tienen un impacto considerable (y, en algunos casos, mayor) en la selección del equipo por sobre las características del polvo. La combinación de características del flujo de polvo y de gas pueden plantear un gran desafío al momento de seleccionar el equipo. Analicemos solo un par de las características más comunes del flujo de gas y sus impactos en la selección de un colector adecuado: temperatura, humedad y química.
Temperatura
La temperatura, especialmente la alta temperatura, afecta no solo la selección del medio de filtración, sino que los materiales de construcción del colector y el estilo del filtro (tipo bolsa o tipo cartucho). La temperatura también puede influir en el método de reacondicionamiento/limpieza del filtro y en el área total necesaria para el filtro. (El área necesaria para el filtro se determina por el volumen de aire necesario y la velocidad de filtración razonable, las que normalmente se denominan Relación de aire a medio.) Las condiciones de temperatura más alta generalmente requieren velocidades de filtración más conservadoras.
Existen numerosos medios de filtración distintos con características conocidas. Puede parecerle sencillo seleccionar un medio de filtración a través del proceso de eliminación y, efectivamente, puede ser simple SI conoce las demás características del flujo de gas.
Sin embargo, no todos los medios son adecuados para todos los tipos de colectores o condiciones. Por ejemplo, la fibra de vidrio generalmente no se considera adecuada para bolsas de colector pulsorreactor con forma de sobre; asimismo, el poliéster Spunbond generalmente no se considera adecuado para colectores con agitador. Por lo tanto, la presión operativa y el medio disponible para temperatura pueden incidir en el tipo de colector que está considerando.
Como mencionamos antes, la temperatura también puede influir en los materiales de construcción del colector. Esto incluye el tipo de metales, juntas o pintura, así como requisitos especiales de aislamiento de la humedad y control de condensación de ácido o seguridad del personal.
Para terminar, es importante recordar que la velocidad de filtración se ve afectada por cambios en la densidad del flujo de gas. Los aumentos de temperatura y el volumen total de aire filtrado aumentan con la temperatura, de manera que ella es un factor que influye en el tamaño del colector.
Humedad
Los niveles altos de humedad pueden tener efectos negativos y positivos en el rendimiento de los colectores de polvo. Cuando los niveles de humedad son más altos, es necesario tomar medidas de precaución para prevenir la condensación no solo en el medio de filtración, sino que también en las paredes laterales interiores de la estructura del colector y la tolva a fin de evitar el efecto obvio de la interacción entre la humedad y el polvo/lodo. A menudo es difícil, aunque no imposible, quitar el lodo de un medio de filtración mediante los métodos habituales de pulsos o agitación. Es incluso más difícil tratar de obtener cualquier movimiento de aire a través del lodo, de ahí el valor de mantener una temperatura interior en el colector sobre los puntos de rocío de humedad y ácido.
Mantener las temperaturas de las paredes del colector sobre el punto de rocío de humedad puede ser igualmente importante, particularmente en las paredes interiores de la tolva. Por lo general, las paredes interiores de la tolva poseen la temperatura más fría dentro de un colector y no es habitual observar condensación de humedad en ellas mientras la temperatura en el medio está muy por sobre el punto de vacío.
Considere el impacto del polvo de los filtros que se están limpiando por pulsos y que cae en las paredes húmedas de la tolva. El resultado es que el polvo no se desliza con fluidez por las paredes de la tolva, sino que el polvo pegajoso queda adherido a la abertura de descarga, parando la operación de la misma manera que si se hubiese formado lodo en las bolsas mismas.
Algunas medidas preventivas para no experimentar estos problemas pueden ser aislar la carcasa o colocar elementos de calentamiento adicionales en el exterior de las tolvas. Algunos entornos incluso requieren calentar el aire comprimido utilizado en la limpieza por pulsos para impedir que el colector exceda un punto de rocío, debido al efecto refrigerante de la expansión del aire comprimido que se libera durante cada pulso.
Aunque la condensación es una condición de humedad extrema, pueden producirse problemas debido a niveles de humedad igualmente altos, pero sin presencia de condensación. El polvo higroscópico, como las azúcares, las sales y la cal, absorben activamente la humedad de un flujo de gas y puede ser muy difícil desprenderlo del medio de filtración.
Como regla general, los colectores de polvo tienen un mejor rendimiento cuando la humedad relativa de un flujo de aire que contiene polvo higroscópico se mantiene a 40% HR o menos. El uso de un medio hidrofóbico o tratado con fluorocarbono puede optimizar las características de liberación de polvo del medio que filtra estos polvos, lo que dará como resultado una pérdida de presión más estable en el medio de filtración e intervalos más prolongados entre reemplazos del filtro.
Los desafíos asociados a altos niveles de humedad son relativamente conocidos y predecibles. Sin embargo, la combinación de niveles bajos de humedad con temperaturas altas y polvos, como sales metálicas, puede plantear un desafío aún más complejo. Cuando la temperatura es alta y el nivel de humedad es bajo, las sales metálicas (así como otros tipos de polvo de características similares) se comportan como si cada partícula de polvo tuviera la misma carga eléctrica. Las partículas se rechazan entre sí y la aglomeración de partículas pequeñas en partículas más grandes puede llegar a ser insignificante. Como las partículas de polvo se deben aglomerar para que el polvo recolectado en el medio se pueda desprender y migrar a la tolva, si el polvo no se aglomera nunca, el tamaño de partícula permanece igual y las corrientes de aire se limitan a transportar el polvo revuelto de regreso al medio para su redeposición. Esto significa que el polvo no migrará nunca a la tolva. Con algunos polvos, este efecto es tan grave que puede resultar útil introducir humedad en el flujo de aire, a menudo como vapor, para estimular la aglomeración. Lamentablemente, en numerosos casos, los polvos de estas características no son reconocidos sino hasta que el colector ya está funcionado.
¡Sí! Con la humedad, el desafío es determinar cuándo se necesita demasiado o muy poco.
Química
Química es un término amplio que contempla gran cantidad de contaminantes, siendo más comunes los gases ácidos, pero también incluye compuestos condensables, hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles (COV), entre otros. Los compuestos que producen ácido, como el óxido de azufre (SOx) y el cloro (CL), que son subproductos comunes de la combustión, se consideran en esta categoría. Estos compuestos, en combinación con la humedad (que también es un subproducto de la combustión), pueden generar ácidos cuando las temperaturas en el sistema descienden por debajo de los puntos de rocío de su ácido. Cada uno de estos plantea desafíos en cuanto a los materiales de construcción, los recubrimientos de superficies, el aislamiento y la selección del medio de filtración. Los flujos de gas con mezclas de varios de estos contaminantes plantean un desafío aún mayor y exigen un análisis exhaustivo del proceso y las prioridades de rendimiento. Numerosos requisitos generarán conflictos, de manera que la selección final del colector exigirá hacer concesiones, como un costo de capital inicial más alto a cambio de un recubrimiento especial, pero una vida útil más prolongada del colector, o un intervalo más largo entre reemplazos del filtro, pero una inversión mayor en el medio de filtración.
Conclusiones
Cada una de estas características del flujo de gas plantea desafíos comunes en la selección y la operación del equipo de recolección de polvo, pero los flujos de gases con combinaciones de estos factores plantean desafíos aún mayores. La solución para un proceso puede no ser la mejor para lo que parece ser un flujo de gas similar. A modo de ejemplo, el medio de sulfuro de polifenileno (Ryton) puede ser una opción excelente para un flujo de gas que contiene SOx caliente de una caldera a carbón. Sin embargo, no es una buena opción para gas que contiene SOx caliente de un horno a carbón cuando el horno induce cantidades importantes de exceso de aire y, como resultado, produce mayor contenido de oxígeno que la caldera a carbón. En este entorno de gas combustible húmedo caliente, el medio de Ryton puede someterse a una pérdida de resistencia física debido a la oxidación cuando los niveles de oxígeno superan el 8%. Los gases combustibles de caldera rara vez superan este nivel, pero el exceso de aire del horno puede aumentar los niveles de oxígeno muy por sobre este nivel. Por lo tanto, un medio de poliimida (P84) puede ser más conveniente aunque tenga una menor resistencia a los ácidos.
El asunto es: para elegir correctamente un equipo para flujos de gas complejos, es necesario conocer todas las características del flujo de gas. Por lo tanto, cuando un vendedor o ingeniero de colectores de polvo inquisitivo comienza a interrogarlo sobre su proceso, puede estar seguro de que lo hace de buena fe. Su objetivo principal es evitar que se produzcan sorpresas durante la puesta en marcha y la operación debido a que pasaron algo por alto durante la fase de planificación. A nadie le agrada este tipo de sorpresas y enfrentar los desafíos desde un principio es conveniente para todas las partes interesadas.
