electrifiltro funcionamiento
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TEMA 1
ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (parte III)
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4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS (ELECTROFILTROS)
4.1. Introducción
Fundamento:
TEMA 1. ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS
Fuerzas eléctricas actuando sobre partículas con carga
Airecontaminado
Aire limpio
Partículas
Tolvas
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4.1. Introducción
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Aplicaciones:APLICACIONES TRADICIONALES DE LOS ELECTROFILTROS
Industria Caudal de gas (m3 /min) Rendimiento (%)
Centrales térmicas de carbón 10.000-45.000 98 - 99,6
Fábricas de cemento 1.500-28.000 95 - 99,9
Siderurgia 500-6.000 95 - 99,9
Metalurgia no férrea 200-28.00090 - 98
Pulpa y papel 1.500-4.000 90 - 95
Refinerías (FCC) 1.500-4.000 98 - 99,9
Nieblas ácidas 70-600 95 - 99
Industria química 100-600 90 - 99
Ventajas
Desventajas
General: grandes Q, bajo Dp y altas eficacias
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4.2. ETAPAS en la separación electrostática
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Generación de carga (descarga corona)Ionización del gas
Carga de las PS
Migración de PSCaptación de PS
Limpieza de placas colectoras
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4.2. ETAPAS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
a) Descarga o efecto corona
Diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos:
- Descarga o Corona- Captura
Consecuencia: Movimiento e-, ionización moléculas de gas
Descarga excesiva o gas no facilmente ionizable: chispazos
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4.2. ETAPAS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
b) Carga de las partículas
Carga por colisión :
- Choque PS con gas- a través de lineas del campo- saturación de carga en 10-2 s
Dos mecanismos:
- Colisión (DP>2µm)
- Difusión (DP<2µm)
Eεdπ2ε+
ε3q = 0p
2
⋅⋅⋅
Carga por difusión:
Colisiones por movimiento Browniano de PS pequeñas y gas
(Ecuación de carga: Bibliografía)
[1.15]
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4.2. ETAPAS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
c) Migración y captación de los sólidos
Concepto de Velocidad de migración ww
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4.2. ETAPAS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
c) Migración y captación de los sólidos
Obtención de la velocidad de migración teórica w:
Eq=F ⋅ C
1 wρ
2
1 d
4
π c=F 2
p
2
D ⋅⋅⋅
)dπρc
EqC8(=w
1/2
p
2
D
Re
24 =cD
Eεdπ2+ε
3ε
=q C0p
2
⋅⋅⋅
µ
Eεd
2+ε
εC =w
20p
⋅
Fuerza electrica Rozamiento
Laminar
[1.16]
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4.2. ETAPAS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
d) Limpieza de los electrodos de captura
Dos alternativas:
- Depuración húmeda
Más eficaz
Gestión de aguas residuales
- Depuración seca
Ciclos de golpeo de frecuencia estudiada
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4.3. FACTORES LIMITANTES: RESISTIVIDAD DE LOS SÓLIDOS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Resistividad: Resistencia a la conducción de la electricidad
Sólidos de alta resistividad: acumulados en las placas sin transferir su carga alas mismas
Valores adecuados: 106 a 109 ohm·cm
150 200
Efecto de la humedad:
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4.3. FACTORES LIMITANTES: RESISITIVIDAD DE LOS SÓLIDOS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Efecto de la concentración dedeterminados componentes gaseosos:
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4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
a) Cálculo teórico de la eficacia a partir de la velocidad de migración:
• Suponiendo w teórica conocida y constante(E y q ctes en todo el equipo y en el tiempo)
• Movimiento en dirección x, velocidad u uniforme• Concentración uniforme de PS
Hipótesis de partida
Q
u
L
dxC0CL
C
x
dx+dC) = wCPuAC - uA(C
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4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
a) Cálculo teórico de la eficacia a partir de la velocidad de migración:Operando e integrando (x=0, C0 hasta x=L, CL) :
uA
wP =
dx
dC
C
1-
uA
wPL-=
C
Cln
0
L
Au=Q ⋅
LP=S ⋅
CC -1=
CC-C =η
0
L
0
L0
)
Q
Sexp(-w-1=ηEcuación de DEUTSCH
• Eficacia global: η η ii
i
G x= ⋅∑
• Concepto de Superficie Específica de Captura: S/Q (m2/(m3/h))
[1.17]
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Limitaciones: Ecuación teórica de w aplicable sólo en un intervalo concreto de condiciones
(esferas > 2 micras, flujo pistón ideal y campo constante)
w depende del tamaño; válida para eficacia fraccional
Régimen turbulento
Reintroducción de PS en los golpeos, caminos preferenciales, zonas muertas, etc.
4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
b) Limitaciones del planteamiento teórico. Aplicabilidad práctica.
Situación real:
1. Modelización teóricacomplejaCálculo de w para cada cortegranulométrico y paraelementos diferenciales
2. Ecuaciones empíricasModelos sencillos con ajustede parámetros empíricosbasados en datos reales
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4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Modelos empíricos simples:Ecuación de Deutsch-Andersen:
)Q
S
wexp(--1=η eG
we: Velocidad Efectiva de migración
S/Q: Superficie específica de captura (m2/(m3/h))
Ecuación de Matts-Ohnfeldt
wk y k: parámetros experimentales
)Q
S w(-exp-1=η k
k
G
[1.18]
[1.19]
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4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Modelos empíricos simples: Ecuación de Deutsch-Andersen:
TABLA .II. VELOCIDAD EFECTIVA DE MIGRACION EN DIVERSAS
APLICACIONES INDUSTRIALES
Aplicación we
(cm/s)
Cenizas volantes de carbón pulverizado 4 - 13,5
Molinos de pulpa y papel 6 - 9,5
Nieblas de ácido sulfúrico 5,5 - 8
Cemento (proceso húmedo) 10 - 11,5
Cemento (proceso seco) 5,5 - 7
Yeso 15,5 - 19,5
Altos hornos 6 - 14
Hornos Siemens-Martin 4,5 - 6
Polvo de catalizador 7 - 8
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4.4. CALCULO DE LA EFICACIA
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Modelos empíricos simples: Ecuación de Deutsch-Andersen:
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Tipos:
Precipitadores de una o dos etapas
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Tipos: Precipitadores tubulares o de placas paralelas:
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Componentes:
Visión exterior:
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Componentes: Electrodos de descarga:
Á
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Componentes: Electrodos de captura: “Flat-Plate” “Plate-Wire”
Espaciados de 300 a 400 mm
entre placas colectoras
Á
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Componentes:
Electrodos de captura:
Unión de las placas y generación
de espacios muertos
Á
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4.5. DESCRIPCIÓN DE ELECTROFILTROS
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Componentes: Seccionalización:
Pérdida de carga:
- Varios canales paralelos (aumento de S/Q)
-Electrofiltros en serie, optimizando eficacias sucesivas- General: Aumento de eficacia y de costes
Componente ∆∆∆∆P típico (pulgadas H2O)
Mínimo Máximo
Distribuidor 0.01 0.09
Entrada 0.07 0.14
Salida 0.007 0.015
Electrodos corona 0.0006 0.123
Rozamiento con las placas 0.0003 0.008
Total 0.09 0.38
P E P E E E Á
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4.5. DISEÑO BÁSICO
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Objetivos: Dimensionado básico (S/Q)
Configuración de electrodos de carga y captura
Necesidades de energía eléctricaCálculo estructural, materiales
Sistema de limpieza: golpeos, gestión del polvo
Sistemas de monitorización
1. Rendimiento
2. Superficie específica (modelos simplificados de Deutsch-Andersen ó Matts-Ohnfeldt)
3. Superficie Total
4. Calculos de las dimensiones de las placas y número de calles
5. Otros: Cálculo estructural, golpeos, gasto energético (Tabla III)
Pasos:
4 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
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4.5. DISEÑO BÁSICO
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Tabla 3. RANGO USUAL DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO DEELECTROFILTROS DE PLACAS
Parámetro Rango de valores
Velocidad efectiva de migración, we 1,5 - 18 cm/s
Anchura de calles, D 150 - 400 mm
Superficie específica de captura, S/Q 15 - 160 m2 /(m3 /s)
Velocidad del gas, u 1 - 2,5 m/s
Relación de aspecto, R (Longitud/Altura) 0,5 - 2(superior a 1 para > 99%)
Potencia específica de corona, PC /Q 100 - 1000 W/(m 3 /s)
Densidad de corriente, IC /S 5 - 75 nA/cm 2
4 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
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Densidad de potencia en función de la resistividad:
Resistividad de la ceniza, ohm.cm Densidad de potencia, W/m2
104 - 107 43
107 - 108 32
109 - 1010 27
1011 22
1012 16
1013 10,8
Superficie de captura por cada sección eléctrica, AS 460 - 7400 m2
Número de secciones eléctricas, NS:
a) En dirección del flujo de gas 2 - 8b) Secciones totales (por cada 1000 m3 /min) 1 - 10
4.5. DISEÑO BÁSICO
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
RANGO USUAL DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO DEELECTROFILTROS DE PLACAS
4 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
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4.5. DISEÑO BÁSICO
4. PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
- Costes (EPA, 2000)
Gran variación en función del tipo de precipitador (húmedo, seco,placas, circular, etc..)
a) Equipo: Coste en $ por m3/sb) Operación y mantenimiento anual: Coste en $/ m3 s