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Colectores húmedos Por: Humberto Echavarria Guzmán. Febrero 2015
Los colectores húmedos eliminan el polvo o los gases de una corriente haciendo
que entren en contacto con un liquido lavador. La recuperación del polvo como
lodo o gas como solución permite su empleo como producto o su tratamiento
como desecho.
Un colector húmedo:
Puede separarse gases a partículas
La corriente gaseosa se enfría y se limpia
El efluente de chimenea estará generalmente limpio, pero contendrá algunos finos,
niebla y vapor de agua.
La temperatura y el contenido d humedad del gas de entrada no tiene limite.
Los gases corrosivos pueden neutralizarse mediante una adecuada elección del liquido
de lavado.
El liquido de lavado puede ser una solución límpida o barro.
Se reduce el peligro de mezclas explosivas de polvo- aire.
El equipo es sencillo y ocupa un espacio razonablemente pequeño
Colectores húmedos
a) Torres y cámaras de aspersión
b) Torres rellenas
c) Lavadores ciclónicos y centrífugos
d) Lavadores de impacto y orificio
e) Lavadores Venturi
f) Lavadores por aspersión de inducción mecánica
g) Eliminadores de niebla y filtros irrigadores
El proceso de separación por lavado resulta muy completo y no existe un análisis
teórico que lo explique con precisión, tal como ocurre con la precipitación
electrostática, la filtración o la separación por impacto inercial.
En los lavadores, las partículas pequeñas aumenten su tamaño para así separase
mas fácilmente. El arrastre de las partículas separadas se minimiza al quedar
atrapadas en una película liquida.
Los principales mecanismos de recolección de aerosoles en líquidos
incluyen:
a) Mojado de las partícula
b) Impacto de partículas secas o húmedas
Torres y cámaras de aspersión
Las cámaras de aspersión (Fig. 1) pueden tener configuraciones de flujo
concurrente, en contra-corriente y en corriente curvada.
El principio de operación es por interceptación y colisión de partí- culas de polvo
con gotas de líquido, debido a la diferencia entre sus velocidades.
La pérdida de presión oscila entre 0,5 y 1 pulg. de H2 O. El caudal de líquido oscila
entre 20 y 40 litros/mil pies cúbicos de aire.
La eficiencia de separación es de 80% para partículas de más de 10 micras. En las
torres de aspersión (Fig. 2), las gotas de líquido se producen ya sea por aspersores
o atomizadores, el líquido y el gas fluyen en contra-corriente entre sí. El gas entra
por la base de la torre, pasando por una placa de distribución que suele consistir
en una placa perforada. El gas choca al ascender con las gotas de líquido, creadas
por una serie de aspersores. La velocidad terminal de las gotas deber ser mayor
que la velocidad del gas (de 2 a 5 pies por segundo) a fin de evitar arrastre de
líquido.
Estos equipos son útiles para separar partículas de más de 10 micras de diámetro.
Figura 1. Cámara de aspersión.
Figura 2. Torre de aspersión
Torres rellenas Existen varios tipos:
a) Lavadores de lecho fijo (Fig. 3).
b) Lavadores de lecho flotante (Fig. 4).
c) Lavadores de lecho inundado (Fig. 5).
Principio de operación. El relleno húmedo proporciona la superficie de
impacto para el depósito del polvo. La pérdida de presión suele ser de
alrededor de una pulgada de agua por pie de altura de relleno.
Caudal de líquido requerido por cada 1.000 pies cúbicos/min.: Le-cho
fijo, flujo en contra-corriente: 40 a 80 lt/min.; flujo concurrente: 28 a 60 lt/min;
lecho flotante: 40 a 80 lt/min.; lecho inundado: 8 a 12 lt/min.
Material de relleno: Anillos Rasching, monturas Berl, anillos, Pall, Esferas,
telleretes, etc.
Figura 3. colector húmedo de lecho fluidizado
Figura 4. colector húmedo de lecho inundado
Figura 5. colector húmedo ciclónico
Aplicaciones
Generalmente se emplean para la absorción de contaminantes gaseosos, aunque se
han empleado con éxito para separar polvos y nieblas o una combinación de toda
clase de contaminantes. Los de lecho fijo se utilizan para eliminar nieblas de ácido,
polvo de fosfato, polvo de fluoruro y otros polvos solubles. Los de lecho flotante se
emplean para la eliminación simultánea de ceniza y dióxido de azufre en calderas a
carbón.
Estos equipos son más eficaces que las torres y cámaras de aspersión. El
gas a limpiar se introduce en forma tangencial. La fuerza centrífuga de una
corriente gaseosa que gira aumenta la diferencia de velocidad entre las
gotas de líquido y el gas, lo cual conduce a una mayor eficiencia de
separación. En virtud de la entrada tangencial al lavador, se forma un
vórtice ascendente de gas, dentro del cual se atomiza el líquido de lavado.
Las partículas de gas se adhieren sobre las gotas de líquido como resultado
de impacto e interceptación. La fuerza centrífuga acelera tanto a gotas
como a partículas hacia las paredes del recipiente, donde se produce la
separación de las partículas de polvo. La pared mojada también favorece
esta separación. Figura 6
Lavadores ciclónicos y centrífugos
Figura 6. colector húmedo ciclónico tipo Pease Anthony
Aplicaciones
Suelen emplearse para limpieza de efluentes gaseosos de hornos,
secadores rotatorios, operaciones abiertas de galvanizado, producción de
cloruro de aluminio, secado de coque, en plantas de hidratación de cal
durante la producción de cloruro de aluminio, secado de coque, en plantas
de hidratación de cal durante la producción de acetileno, etc.
Lavadores de impacto y orificio
En estos equipos el gas a limpiar entra a elevada velocidad, al chocar contra la
superficie de lí- quido provoca un contacto íntimo entre las dos fases. El paso de
los gases a través de una abertura restringida parcialmente llena con lí- quido
de lavado resulta en una dispersión del líquido. Las fuerzas centrífugas, el
impacto y la turbulencia causada, logran el mojado y la separación de las
partículas. En los lavadores de impacto, algunas veces se provee una etapa de
preaglomeración a fin de aumentar la eficiencia de recolección de partículas
finas. En los lavadores de atomización auto-inducida, se induce una cortina de
agua mediante el paso de gas a través de un orificio o bafles parcialmente
sumergidos.
Lavadores de impacto
Estos equipos (Fig. 7) primero enfrían y humidifican el gas de entrada al pasar éste por una sección de
aspersión. Allí además de separarse las partículas más voluminosas, se produce condensación y
aglomeración de las partículas más finas. El gas, humidificado y enfriado, pasa entonces a través de
una placa de impacto sobre la cual se mantiene un nivel uniforme de líquido mediante un vertedero
ajustable. El impacto provoca turbulencia entre el gas y el líquido que conlleva a un contacto íntimo que
produce una separación eficiente. La formación de gotas pequeñas en los orificios y la mayor diferencia
en las velocidades de gotas y partículas de polvo resulta en una mayor eficiencia de separación.
Lavadores de orificio
En estos equipos (Fig. 8), el gas de alta velocidad dispersa al líquido de lavado; a su vez, las partículas
se mojan y se separan a causa del impacto, la turbulencia y las fuerzas centrífugas. El grado de
dispersión es inferior al obtenido mediante atomizadores y placas de impacto.
Lavadores de atomización auto-inducida
Operan en forma análoga a los de orificio (Fig. 9), con la diferencia de que la cortina de agua se induce
por medio de aberturas parcialmente sumergidas. La caída de presión oscila entre 2 y 15 pulgadas de
agua, mientras que los requerimientos de líquido son de alrededor de 4 litros por cada mil pies cúbicos
de gas.
Figura 7. a) Coletor húmido de contacto directo; b) placa de impacto
Figura 8. Lavador de orificio (tipo N roto -clone)
Figura 9. Colector húmedo de auto inducción
Lavadores Venturi
Estos equipos han adquirido importancia en los últimos treinta años, debido a su
capacidad para separar partículas de tamaños inferiores al micrón con gran eficiencia y a
su simplicidad de instalación y mantenimiento (Fig. 10).
El gas sucio entra al lavador y sufre una aceleración al pasar por una sección convergente
que conduce hacia la garganta del venturi. La velocidad del gas es máxima en la
garganta. El gas a alta velocidad hace impacto contra la corriente de líquido en la
garganta, atomizándola en una gran cantidad de gotas muy pequeñas. La gran diferencia
de velocidades entre el gas y las gotas provoca choques entre las gotas y las partículas
de polvo. Al disminuir la velocidad del gas, ocurren nuevos impactos y aglomeraciones.
Una vez que las partículas han quedado atrapadas dentro de las gotas, los aglomerados
resultantes se separan fácilmente de la corriente gaseosa en el separador.
Figura 10. Mecanismos que intervienen en un colector húmedo tipo venturi.
Lavadores de automatización por inducción mecánica
En estas unidades (Fig. 11) la atomización se genera por medios mecánicos, tales
como hélices, jaulas, tambores o discos rotatorios, los cuales giran parcialmente
sumergidos en líquido.
Las corrientes de gotas suelen generarse en forma perpendicular a la dirección de
flujo del gas. El líquido suele recircularse; el ritmo de recirculación y el grado de
dispersión variará en función de los diferentes tipos de elementos rotatorios. La
separación de polvo se produce en una zona restringida donde la atomización
generada provoca extrema turbulencia y colisiones entre las partí- culas de polvo y
las gotas de líquido. En el separador mecánico-centrífugo también llamado lavador
dinamico, el líquido se dispersa a la entrada a fin de aumentar la eficiencia de
separación. El mecanismo de separación es por impacto de las partículas sobre las
aspas que giran.
Figura 11. Colector húmedo de ventilador centrifugo
Filtros irrigados y eliminadores de niebla
El mecanismo principal para la separación y colección de niebla y
partículas de polvo en gases es el impacto inercial. En el caso de
eliminadores de niebla de fibra húmeda, además del impacto inercial se
cuenta con el mecanismo de difusión Browniana. Este mecanismo
mejora la separación de partículas de menos de 0,3 micras de tamaño,
observándose su presencia en la separación de nieblas mediante lechos
Fibrosos de gran superficie específica y que operan con velocidades de
Gas que oscilan entre 0,08 y 0,5 pies por segundo. En las partículas
más grandes, y a velocidades superiores a los 30 pies por segundo en
lechos menos porosos, el mecanismo básico de separación en el
proceso de Impacto inercial aumenta al incrementarse la velocidad del
gas.
Filtros irrigados
Consiste en una cámara de atomización (Fig. 12) con lechos filtrantes de
fibra de vidrio, alambre tejido u otros materiales fibrosos. Pueden colocarse
dos o más etapas filtrantes en serie, dependiendo el número de etapas de
las características del gas y de la eficiencia de separación requerida.
El polvo queda retenido en los lechos filtrantes, mientras que los rociadores
se emplean para limpiarlos.
El espesor de los lechos oscila entre 3 y 8 pulgadas, con un área superficial
de 20 pulgadas cuadradas. La velocidad del gas oscila entre 1 y 2
metros/segundo, mientras que el flujo líquido va de 30 a 40 litros por cada
mil pies cúbicos de gas, lo que equivale a aproximadamente 12 litros por
minuto por pie cuadrado de área filtrante.
Figura 12. Filtro de pared irrigada
Eliminadores de niebla
Existen distintos modelos (Fig. 13). En general, consisten en lechos
filtrantes a través de la cual pasa el gas con niebla. Al pasar por los lechos,
la niebla coalesce, formando gotas que van a parar a un colector. Los
lechos suelen estar construidos de fibra de vidrio, teflón o de alambre de
alguna aleación resistente en plantas de ácido sulfúrico, para eliminar
nieblas de ácido y oleum de los efluentes gaseosos. Participan dos
mecanismos principales: difusión Browniana e impacto inercial. La
eficiencia de separación y la pérdida de presión dependen fuertemente del
diámetro de la fibra y de la distancia entre dos fibras adyacentes.
Figura 13. eliminador de nieblas.