Aspiración y Filtrado de Aire

Los exigentes estándares ambientales, laborales y de productividad en el ámbito de la industria manufacturera actual, con especial énfasis en aquellas áreas en que se transportan y procesan materias primas en fase polvo, requieren la implementación de sistemas de aspiración y filtrado que garanticen por un lado la eliminación de focos de polución, como así también la mejora en el rendimiento del proceso mediante el recupero de producto.

De los diversos tipos de instalaciones de aspiración existentes, y centrándonos en los sistemas de extracción localizada de polvos, podemos distinguir básicamente dos configuraciones altamente difundidas en la industria:

1-Colectores de polvo Centralizados:

Se trata de un sistema tiene como objetivo tomar el contaminante en el lugar más próximo posible del punto donde se ha generado en uno o más focos, conduciéndolo hacia el dispositivo colector, se distinguen cuatro componentes básicos:

a- Dispositivo captador, típicamente campanas o boquetas a través de la cual se captan los contaminantes que deberá contar con la geometría apropiada que permita el arrastre del polvo.

b- Tendido de conductos, encargados de conducir el aire cargado con el contaminante a la velocidad apropiada.

c- Equipo depurador, cumple la función de tratar el contaminante separando el aire de transporte del particulado, tales como separadores ciclónicos, filtros de mangas, colectores de polvo, etc.

d- Impulsor, generalmente ventilador centrifugo que proporcionara la energía necesaria para que el aire cargado circule por campanas, conductos y depurador garantizando el caudal y presión necesarios para vencer las restricciones que supone el circuito de conducción (pérdida de carga del sistema).

2- Colectores de polvo Compactos o Insertables:

A diferencia del sistema centralizado, éstos se montan sobre el punto a controlar y en el mismo lugar de captura, el polvo es aspirado y retenido por el depurador para luego ser descargado en el dispositivo en el que se generó el contaminante recuperándolo para el proceso.

Filtros de mangas

Dentro del grupo de los equipos depuradores empleados en los sistemas de aspiración localizada, los filtros de mangas resultan los equipos más difundidos y representativos de la separación de solidos en un flujo gaseoso mediante elementos filtrantes en base a textiles técnicos.

Los filtros de tela separan las partículas mediante obstrucción, impacto, interceptación, difusión y atracción electroestática, la tela está constituida por materiales fibrosos, naturales o sintéticos, pudiendo ser tejidos y no tejidos (fieltros). Los avances de las últimas décadas, en la producción y desarrollo de textiles no tejidos (punzonados) lograron imponerlos a base de mejorar las resistencia mecánica, ataque químico y altas temperaturas.

Las telas punzonadas se identifican por el espesor y peso por unidad de superficie, tratándose de un medio poroso a través del cual circulara el aire a filtrar de modo que las partículas quedan retenidas en la cara “sucia” de la tela y el gas limpio atraviesa la masa filtrante. Otro parámetro que identifica al textil es la permeabilidad que se define como el volumen de aire que atraviesa una superficie en una unidad de tiempo con una determinada diferencia de presión. La combinación de ambos parámetros determina la eficacia de retención de las telas.

Las telas punzonadas empleadas en filtración cuentan con una malla que proporciona resistencia mecánica al textil, por otro lado, los fabricantes aplican un tratamiento en la cara que estará en contacto con el polvo (generalmente flameado) presentando así una superficie lisa que facilitará el desprendimiento del material retenido superficialmente. La máxima eficiencia de retención se obtiene progresivamente hasta que las partículas más pequeñas al quedar retenidas generan la denominada torta filtrante, es habitual una práctica llamada precarga que agiliza el proceso introduciendo al circuito material inerte de granulometría controlada que genera dicha torta.

Dada la impregnación sucesiva de material, los filtros de mangas cuentan son sistemas que ayudan a desprender el polvo retenido, denominado sistema de limpieza, por lo que los filtros se clasifican según el método empleado para el desempolvado.

a- Mecánica (sacudimiento, vibración, etc.)

b- Inyección de aire en contra corriente a baja presión. (ventilador centrifugo en el orden de 0.035 – 0.050 bar)

c- Inyección de aire en contra corriente de media presión. (soplador roots aproximadamente 0.4 -0.5 bar)

d- Pulsos de aire comprimido o pulse jet (alta presión entre 5 – 6 bar).

Centrándonos en los filtros sistema Pulse Jet, el sistema de limpieza de mangas esta básicamente compuesto por:

  1. Deposito pulmón de aire comprimido.
  2. Válvulas a diafragma con piloto neumático o eléctrico, encargadas de permitir los pulsos de limpieza.
  3. Caños o flautas sopladoras, encargada de introducir los pulsos de aire comprimido en el interior de cada manga.
  4. Accesorios de conducción y conexión del circuito de aire comprimido.
  5. Tubos aceleradores o Venturi. (muchas veces forman parte de los canastos o retainers porta mangas)
  6. Secuenciador electrónico programable, encargado de administrar la secuencia y duración de los ciclos de limpieza. Frecuentemente asociado o incluyendo un manómetro diferencial que posibilita la habilitación de los ciclos de limpieza según demanda, dentro de un rango de presiones previamente seteadas.

El ciclo de limpieza es on-line por lo que no se interrumpe la operación del filtro, una configuración habitual involucra pulsos de corta duración (típicamente 200 – 500 milisegundos) y un chorro de aire comprimido a una presión de entre 5 – 6 bar, el pulso se transmite a una línea de mangas (en general no mas de 14 mangas por fila) y la secuencia habitual está en el orden de los 30 – 120 segundos entre soplidos, estos podrán ser fijos por tiempo o bien on demand según diferencia de presión a través de las mangas que resulta función directa del estado de saturación de los filtros.

Selección y dimensionamiento de equipos

En cuanto a la selección y dimensionamiento de equipos, se deben tener en cuenta las características físico – químicas del producto, tipo y características de los puntos de emisión, concentración de contaminante, condiciones del sitio y/o ambiente de la instalación, requerimientos y regulaciones, etc.

Esta información permite al proyectista de instalaciones de aspiración localizada, conocer el caudal de la instalación, por ende, superficie filtrante necesaria, características de los elementos filtrantes y demás elementos del sistema.

Entre los parámetros de selección / dimensionamiento de filtros de mangas se destacan la velocidad de filtrado, también conocida como air to cloth ratio, o relación de filtrado, siendo este el caudal de aire contaminado que deberá atravesar 1 unidad de superficie filtrante, típicamente definida en m/min (m³/min/m²). Se establece en función del producto a filtrar, concentración de contaminante, etc.

                                                          Vf = Q / AfT                                   AfT= π Ø H n

Donde:
Vf= Velocidad de filtración

Q= Caudal de aire contaminado

AfT= Área filtrante total

Ø=Diámetro de manga

H= Largo de manga

n= Cantidad de mangas

La relación de filtración toma valores de entre 1 – 6 m/min. Si bien existen tablas y formulas empíricas que permite aproximar al valor ideal para cada contaminante, en general se recurre a un análisis de muestras del material, antecedentes y experiencias previas con un mismo material no son concluyentes, pero aportan un mejor panorama a la hora de resolver una instalación.

El otro parámetro importante a la hora dimensionar una casa de mangas, es la velocidad intersticial o can velocity, y se define como la velocidad ascendente del aire a través el área abierta entre las mangas filtrantes dentro de un colector de polvo. Si la velocidad intersticial del flujo de aire ascendente es demasiado alta, el polvo expulsado de las bolsas durante la limpieza no decantara hacia la tolva. En su lugar, será reincorporado y llevado de regreso a la superficie de la manga operativamente provoca caída de presión alta, un uso excesivo de aire comprimido y una vida útil más corta de las mangas, un valor típico esta en el orden de 0.5 – 1.2 m/seg.

                                                     Vi = Q / (AT -Am)                AT= A L

                                                                                                                 Am= π ز ¼ n

Donde:
Vi= Velocidad intersticial

Q= Caudal de aire

AT= Seccion transversal del filtro

Am= Área seccional de las mangas.

Ø=Diámetro de manga

H= Largo de manga

n= Cantidad de mangas