Sacando el polvo: seleccionando un sistema de filtración

Oct 09, 2023

08 de mayo de 2015

Seleccionar y dimensionar un sistema de filtración de aire adecuado implica más que el uso de una fórmula de ingeniería. Al elegir entre filtros de mangas y colectores de cartucho, los ingenieros de diseño del sistema de filtración de aire deben tener en cuenta la aplicación prevista, el volumen que se trata, el tipo de polvo que se recolecta, el contenido de humedad, las limitaciones de espacio y muchos otros factores.Tipos de colectores Para una amplia variedad de procesos industriales, las cámaras de filtros de chorro pulsante y los colectores de cartucho son las dos tecnologías más comúnmente seleccionadas para la filtración de aire. Las cámaras de filtros de chorro de pulso han reemplazado a los sistemas de bolsas de aire inverso y de tipo agitador para la mayoría de las instalaciones grandes al aire libre, mientras que los colectores de cartucho plisado se usan ampliamente para instalaciones compactas en interiores. Las casas de bolsas Pulse Jet (Figura 1) se han implementado con éxito para controlar las emisiones en las industrias del hierro y el acero, los minerales no ferrosos, los servicios públicos alimentados con carbón, los desechos peligrosos y la conversión de desechos en energía, entre otros. Los diseños prediseñados brindan un rendimiento rentable y confiable para eliminar las emisiones de partículas de los procesos industriales a caudales de 500 a 1 millón de pies cúbicos/min (acfm) reales. Las bolsas de filtro, típicamente de 6 pulgadas de diámetro y hasta 16 pies de largo, están soportadas por jaulas de acero y montadas en una placa de tubos usando un "anillo elástico" cosido a la bolsa.

Los sistemas de colectores de cartucho (Figura 2) son más compactos que los sistemas de filtros de mangas, lo que permite una alta eficiencia de recolección para aplicaciones de menor caudal, a menudo con menores costos de capital e instalación. A diferencia de las bolsas de filtro de chorro de pulso, los cartuchos no requieren jaulas y los cartuchos se pueden quitar externamente. Los colectores de cartucho son más rentables a tasas de flujo de hasta 20 000 acfm y se utilizan habitualmente para el tratamiento de metales ferrosos y no ferrosos, productos de minería y rocas, y corrientes de polvo de instalaciones químicas y alimentarias. ¿Cámara de filtros Pulse-Jet o colector de cartucho? Como escoger Al elegir entre colectores de chorro de pulso y de cartucho, definitivamente no es una talla para todos. Si bien las bolsas de filtro de chorro pulsante y los colectores de cartucho son similares en cuanto a su funcionamiento, la selección depende de varios parámetros de diseño, que incluyen: • Aplicación/proceso • Tipo de polvo • Volumen de aire • Temperatura • Carga de polvo • Contenido de humedad • Gas composición • Limitaciones de espacio • Explosividad del polvo • Costos de capital y ciclo de vida Para aplicaciones más desafiantes, como polvos pegajosos, a menudo se selecciona una casa de mangas porque los filtros de bolsa son generalmente más permisivos para liberar polvos difíciles que los filtros de cartucho. Por el contrario, cuando el espacio o el espacio libre son limitados, el colector de cartucho compacto suele ser la mejor opción.

Las cámaras de bolsas se seleccionan típicamente cuando se ventilan procesos (especialmente aplicaciones calientes de hasta 500 °F), cuando se usan como colectores de productos o cuando se manejan polvos más difíciles (higroscópicos, pegajosos, etc.). La Figura 3 muestra una cámara de filtros instalada en una aplicación de procesamiento de metales.

Los colectores de cartucho generalmente se seleccionan para ventilar silos de almacenamiento, puntos de transferencia y manejo general de materiales de polvo como piedra caliza, cemento y productos de roca. Debido a su diseño compacto, los colectores de cartucho se pueden montar directamente en silos, puntos de transferencia y otros lugares interiores donde el espacio es limitado. La figura 4 muestra un colector de cartucho montado en una planta de envasado.

Para los casos en los que los requisitos del proceso podrían abordarse utilizando filtros de bolsa o de cartucho, la elección a menudo se reduce a los costos de capital. Los colectores de cartucho suelen ser más económicos hasta 20 000 acfm, y las cámaras de filtros suelen ser más económicas con caudales más altos, aunque hay excepciones. También se deben considerar los costos del ciclo de vida, como la frecuencia con la que se deben cambiar los filtros y el costo de los filtros de reemplazo. En general, los costos de reemplazo de las bolsas de filtro con jaulas de soporte son menores que los de los cartuchos por unidad sin instalación. La caída de presión es generalmente la misma en todos los filtros, por lo que no hay mucha diferencia en los costos operativos, según la aplicación. Una vez que se selecciona una tecnología, el proceso de diseño no ha terminado. Los ingenieros deben prestar especial atención a la selección del filtro, el sistema de limpieza del filtro, la configuración de la entrada, la distribución del flujo y la flexibilidad del control para hacer coincidir de manera más efectiva estos factores con la aplicación prevista. El costo obviamente dependerá del diseño y las características seleccionadas. Por ejemplo, se puede seleccionar un filtro de membrana de PTFE si se requiere para cumplir con un estándar de emisión de partículas más bajo, pero aumentará el costo total. Además, es posible que se requieran materiales resistentes a la corrosión para algunos componentes del sistema de limpieza; la corrosión del metal podría eventualmente degradar la integridad estructural del sistema de filtración, lo que podría conducir a una liberación no deseada al medio ambiente circundante.Tamaño correcto para el mejor rendimiento Una vez que el ingeniero de diseño de filtración ha decidido entre una casa de bolsas y un colector de cartucho, puede centrar su atención en dimensionar el sistema. El principal criterio de tamaño para un sistema de cámara de filtros es la relación aire-tela (A/C), que se define como la cantidad de aire que se filtra en relación con la cantidad de medios filtrantes (consulte la Ecuación 1). La relación A/C es una relación de pies por minuto (fpm) y, a menudo, se denomina velocidad frontal. Una relación A/C más baja generalmente se asocia con un mejor rendimiento. Las aplicaciones de procesos difíciles suelen tener relaciones A/C de 3:1 a 4:1, mientras que las aplicaciones más sencillas tienen relaciones A/C de hasta 6:1. Si el sistema de filtración de aire está diseñado con una relación demasiado alta, el costo será menor, pero podrían surgir varios problemas operativos, como filtros obstruidos, vida útil reducida del filtro y obstrucción de la unidad. Un segundo factor de tamaño, la velocidad de la "lata" intersticial, también se debe considerar para el diseño de la cámara de filtros. La velocidad de la lata se define como la velocidad hacia arriba entre los filtros y variará según el fabricante según el diámetro del filtro, el espacio del filtro de centro a centro y la distancia del filtro a la pared. Una alta velocidad de la lata puede provocar que el polvo vuelva a arrastrarse después de la limpieza. Si bien la relación A/C es un parámetro de diseño útil para sistemas que usan filtros de tela, no es útil para filtros plisados ​​o de cartucho. Si lo fuera, uno podría simplemente agregar más pliegues a un elemento para aumentar el área de la superficie, reduciendo así la relación A/C y mejorando el rendimiento. Sin embargo, la baja proporción de aire a tela es engañosa, ya que el estrecho espacio entre pliegues hace que algunos de los medios sean inútiles para filtrar. Un resultado común es la formación de puentes de polvo entre los pliegues más apretados, lo que dificulta la expulsión del polvo. Ciertas aplicaciones, como la recolección de azúcar en polvo, necesitan un amplio espacio entre pliegues para evitar la acumulación de polvo entre los pliegues. Esto, a su vez, aumenta la relación A/C, pero en realidad puede mejorar el rendimiento. Vea las variaciones de los pliegues que se muestran en la Figura 5. La forma adecuada de dimensionar un colector de cartucho, independientemente del espacio entre los pliegues, se basa en cfm por elemento (consulte la Ecuación 2). Para aplicaciones comunes como recolección de polvo molesto, silos y puntos de transferencia, los colectores de polvo tipo cartucho deben tener un tamaño de 300 a 400 cfm por elemento; para aplicaciones más difíciles, como polvos livianos, se puede usar un valor más bajo de 200 a 300 cfm por elemento; para aplicaciones simples como salas de chorro de aire, es aceptable un valor más alto de 400 a 500 cfm por elemento. Los colectores de cartucho suelen tener un diseño vertical convencional. A veces se especifican colectores de cartucho horizontal, pero es importante reconocer que solo la mitad del cartucho se puede usar para filtrar. El polvo se acumula en la mitad superior del cartucho, mientras que la mitad inferior no ve el polvo debido a la mala distribución del flujo de aire. A medida que el polvo se expulsa y cae en los filtros de abajo, o se sopla en los pliegues de los elementos inferiores, los pliegues impactados ya no están disponibles para el filtrado. A pesar de que no se utiliza todo el medio filtrante, algunos fabricantes pueden especificar una relación A/C engañosamente baja. Para dimensionar filtros plisados, también se puede usar la velocidad de la cara, en pies por minuto (fpm), lo que da otra medida del volumen por elemento. Para un cartucho de 12,75 pulgadas de diámetro, la velocidad frontal se calcula de la siguiente manera (consulte las Ecuaciones 3 y 4). Proporcionales a las proporciones de aire a tela, las velocidades de la cara del colector de cartucho para aplicaciones comunes deben estar en los siguientes rangos: para aplicaciones difíciles, 20 a 30 fpm; para aplicaciones normales, 30 a 40 fpm; y para aplicaciones más fáciles, de 40 a 50 fpm.Estudios de caso Los estudios de casos pueden ayudar a ilustrar los diversos factores involucrados en la selección y dimensionamiento exitosos de un sistema de filtración de aire. El Estudio de caso 1 involucra una mina de potasa que ventila varios procesos, incluidos el secado, la criba, la compactación y la carga/descarga. La Tabla 1 describe las condiciones del proceso para el secador; en este estudio de caso, el sistema de filtración de aire ventilará la secadora directamente, manipulando el producto en lugar de los desechos. En este caso, el ingeniero de aplicaciones seleccionó una cámara de filtros en lugar de un colector de cartucho. Los principales factores que guiaron esta selección fueron que el polvo era higroscópico y cualquier humedad presente dificultaría la limpieza de un filtro plisado; la carga de entrada fue moderada; y la relación A/C hizo que la cámara de filtros fuera más rentable. El estudio de caso 2 implica la recolección de polvo interior de un depósito de almacenamiento de potasa, en el que el sistema de filtración no está destinado a recolectar producto, sino a mantener una presión negativa en el depósito (con extractor de aire), especialmente durante las operaciones de carga. La Tabla 2 describe las condiciones del proceso para esta aplicación. En este caso, el ingeniero de aplicaciones seleccionó un colector de cartuchos. Las razones principales detrás de esta selección fueron que se trataba más de una aplicación de polvo molesto que de una aplicación de proceso; el contenido de humedad era bajo; la unidad estaba en el interior; la carga de entrada era ligera; y la relación entre el volumen de aire y el tamaño hizo que el colector de cartucho fuera más rentable. La Tabla 3 muestra el tipo de comparación que un ingeniero de aplicaciones puede hacer al decidir entre una cámara de bolsas y un colector de cartucho. La tabla muestra los costos durante un período de 10 años para la aplicación de ventilación del depósito en el Estudio de caso 2. Aunque el costo de reemplazo del filtro es más alto para el sistema de cartucho, el menor costo de instalación y el menor costo de mano de obra para el reemplazo del filtro lo convierten en el más económico. elección durante el período de 10 años.Línea de fondo En conclusión, las cámaras de bolsas y los colectores de cartucho son soluciones comprobadas y útiles para una variedad de aplicaciones, incluida la ventilación industrial. Pero estas tecnologías deben evaluarse y dimensionarse cuidadosamente, considerando los muchos factores asociados con una aplicación en particular. La relación aire-tela, por ejemplo, que a menudo se considera la ecuación de tamaño de referencia para la filtración de aire, es más aplicable al diseño del sistema de mangas que al diseño del sistema de recolección de cartuchos. Como se indicó anteriormente, al elegir entre las diferentes opciones de recolección de partículas, cada aplicación es única. El uso de las pautas de diseño descritas anteriormente ayudará a lograr un rendimiento óptimo y una vida útil máxima del filtro. Richard Saab es líder de producto de Amec Foster Wheeler. Amec Foster Wheeler compró los activos de la antigua Wheelabrator Air Pollution Control Co. de Siemens Environmental Systems and Services en 2014. Se puede contactar a Saab en [email protected] Zona de equipos de controlHaga clic aquí para obtener información sobre la próxima conferencia/exhibición de polvo y sólidos a granel de CanadáHaga clic aquí para obtener una lista de fabricantes de equipos de recolección de polvo

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