Mdp_09_ai_05 Diseño de Precipitadores Electrostaticos

7/23/2019 Mdp_09_ai_05 Diseño de Precipitadores Electrostaticos

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PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

SECCION AMBIENTAL

1994

MDP–09–AI–05 DISEÑO DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS

APROBADA

NOV.96 NOV.96

CONTROL DE EMISIONES

NOV.960 45 F.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS



REVISION FECHA


DISEÑO DE PRECIPITADORESELECTROSTATICOS NOV.960

PDVSA MDP –09 –AI –05

Página 1

.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 OBJETIVO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 INTRODUCCION 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 CLASIFICACION DE LOS PRECIPITADORESELECTROSTATICOS 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Tipo de voltaje 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.2 Dirección de flujo de gas 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Temperatura de operación 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.4 Remoción de las partículas adheridas a los electrodos colectores 9. . . . .

6.5 Tipo de deposición del material separado de los electrodos colectores 9.

7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE PRECIPITADORESELECTROSTATICOS 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1 Ventajas 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.2 Desventajas 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 APLICACION DE LOS PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSEN LA INDUSTRIA PETROLERA 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 DISEÑO DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSECUACION DE EFICIENCIA 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 SELECCION DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS 18. . . . . .

10.1 Factores a considerar en el proceso de selección 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.2 Parámetros que son especificados para la selección deprecipitadores electrostáticos 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.3 Factores que afectan el desempeño de los precipitadoreselectrostáticos 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.4 Acondicionamiento para mejorar desempeño de los precipitadoreselectrostáticos 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/ambiente/indice_ambiente.htm






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11 ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DE

PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 CONSIDERACIONES DE COSTOS EN EL DISEÑO Y

SELECCION DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS 33. . . . . .

13 INFORMACION ADICIONAL QUE SE DEBE ESPECIFICARA LA HORA DE SOLICITAR UN PRECIPITADORELECTROSTATICO AL FABRICANTE 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 INFORMACION QUE DEBE SUMINISTRAR EL FABRICANTE 36. . .

15 ANEXOS 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 NOMENCLATURA 42. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .











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1 OBJETIVO

Presentar los tipos de precipitadores electrostáticos de mayor uso, susaplicaciones y los criterios para la adecuada selección de los mismos.

2 ALCANCEEn esta sección está contenida información básica y consideraciones para laselección de precipitadores electrostáticos. Se hace énfasis en los precipitadoreselectrostáticos secos de placas.

3 REFERENCIAS APCA TC – 1 Particulate Committee, “Information required for the selection and

application of electrostatic precipitators for the collection of dry particulatematerial” report Nº 6. Journal of the Air Pollution Control Association. 25, 4,362 – 368.

American Petroleum Institute. “Manual on disposal of refinery wastes” volumeon atmospheric emissions, chapter 12.,1974.

Base de datos grupo de costos Intevep S.A., 1996.

Bönm, Jaroslav.,” Electrostatic precipitators”. Elservier scientific publishingcompany”. New York, 1982.

Goodfellow, Howard., “Advanced design of ventilation systems forcontamination control”.

McDonald, Jack R., y Alan H. Dean., “Electrostatic precipitator manual”. NoyesData Corporation, New Jersey, 1982.

Potter, Edmund C., “Electrostatic precipitation technology: a differentviewpoint”, J. of the Air Pollution Control Association, 28, 1, 40 – 46, (1978).

Questimate® es un producto de Icarus Corporation, primer trimestre 1996.

Schneider, Gilbert G., Theodore I. Horzella, Jack Cooper y Phillip J. Striegl.,“Selecting and specifying electrostatic precipitators”. Chemical Engineering,may 26, 94 – 108, 1975.

Theodore, L y A.J. Buonicore., Industrial air pollution control equipment forparticullates”. CRC Press,1976. (Capítulo 5: precipitadores electrostáticos)

White, Harry J., “Electrostatic precipitation of fly ash”. J. of the Air PollutionControl Association, 27,1, 15 – 21, 1977

White, Harry J., “Electrostatic precipitation of fly ash”. J. of the Air PollutionControl Association, 27,4, 308 – 318, 1977

4 DEFINICIONESAccesos: mecanismo instalado en el precipitador de accionamiento manual oautomático, que permite la entrada al interior de la cámara.











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Altura de recolección: distancia medida desde el fondo hasta el tope de las

superficies recolectoras.Ancho efectivo: número total de pasos para el flujo de gas multiplicado por elespaciado entre las superficies colectoras.

Area superficial de recolección: área total proyectada de la superficierecolectora que está expuesta al campo electrostático (longitud X altura X 2 Xnúmero de pasajes de gas)

Cámara: región demarcada por la división longitudinal interna del precipitador.

Campo: porción física del precipitador, en la dirección del flujo de gas, que esenergizada por una fuente de poder. Un campo puede denotar un arreglo de

secciones “bus” en paralelo o en serie, siempre y cuando este arreglo seaenergizado por una fuente de poder. Un campo también puede describir a unconjunto de secciones “bus” en paralelo energizadas por un número de fuentes depoder también en paralelo.

Sección “bus”: porción más pequeña del precipitador que puede ser energizadaindependientemente, esto se logra mediante la subdivisión del sistema de altovoltaje y el arreglo adecuado de los sistemas de soporte y aislantes. “bus” serefiere a un conductor contenido en un ducto que a su vez está conectado a tierra.

Carcasa: cubierta exterior del equipo que permite confinar el gas a tratar, protegery proveer soporte estructural a los electrodos, superficies recolectoras y demás

elementos y evitar pérdidas de calor al ambiente.Corona: bajo la aplicación de cierto diferencial potencial, las moléculas de gasabsorben energía suficiente para liberar sus electrones más débiles, esto generapartículas cargadas, ya sea positivas o negativas. Estas partículas puedenconvertirse en agentes ionizantes del gas por impacto, lo cual se conoce comodescarga de corona o simplemente corona. Este fenómeno se produce para unvoltaje inferior al voltaje crítico inicial o voltaje de corona. Se mencionan dos tiposde corona, corona positiva y corona negativa. Se habla de corona positiva cuandoel electrodo de descarga es positivo, y corona negativa cuando el electrodo dedescarga es negativo. La más empleada a nivel industrial es la corona negativa,

ya que sus características de voltaje y corriente son superiores a la de la coronapositiva. La corona negativa va acompañada de la generación de ozono, por lo queno se emplea en aplicaciones para limpieza de aire en ambientes habitados.

Eficiencia de recolección: es la masa de material sólido recolectado por unidadde tiempo dividido por la cantidad total de sólido que entra en el precipitadorreferido a la misma unidad de tiempo, expresada esta relación en porcentaje. Estacantidad no permite una evaluación puntual del funcionamiento del equipo sinomás bien expresa en promedio el desempeño global del mismo, durante unperíodo de operación.











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Electrodos colectores: componentes que conforman la superficie total

destinada a la deposición del material particulado. Se denominan tambiénsuperficies colectoras. Generalmente están conectados a tierra.

Electrodo de descarga: componente que desempeña la función de ionizar el gasy crear el campo eléctrico. Son muchos los tipos de electrodos de descarga paraprecipitadores, pero la diferencia más importante entre ellos radica en la formacomo son sujetos o soportados. En diseños europeos, los electrodos están sujetosa un marco de tubos, mientras que en diseños americanos los electrodos estánsuspendidos de un soporte y se mantienen en su posición mediante pesos y guíascolocadas en la parte inferior.

Fuente de alto voltaje: fuente de poder que produce el voltaje requerido para la

precipitación. En general consiste de cuatro elementos: transformador,rectificador, un elemento de control y un sensor para el elemento de control.

Humo: partículas sólidas que son formadas por algún proceso químico o físicoque involucra un cambio de fase, usualmente procesos térmicos de oxidación,sublimación o evaporación y condensación. El tamaño de las partículas está enel orden de 0.05 a 0.5 micrones. El humo presenta un mecanismo de aglomeraciónque genera partículas de tamaño similar a las de polvo.

Longitud efectiva: longitud total de la superficie recolectora, medida en ladirección del flujo de gas.

Niebla: partículas líquidas atomizadas o suspendidas en un gas, formando gotasdiminutas, cuyo tamaño puede variar entre 0.01 y 10 micrones.

Pasaje de gas: espacio comprendido entre dos superficies colectoras.

Precipitador: equipo empleado para la remoción de material particulado decorrientes gaseosas industriales y de procesos. En forma general es un arreglo desuperficies recolectoras y electrodos de descarga contenidos en una carcasa.

Polvo: sólidos finamente divididos suspendidos en un gas, producto de la fracturadel material original. Los tamaños de partículas están entre 0.25 a 300 micrones.

Relació

n de longitudes: (aspect ratio) profundidad total de los electrodosrecolectores entre la altura de los electrodos colectores.

Resistividad: de las propiedades de las partículas, la más importante es laconductividad eléctrica, aunque en la terminología de precipitación electrostáticase emplea como parámetro la resistividad, que es la propiedad recíproca de laconductividad eléctrica. Las partículas no conductoras son altamente resistivas,mientras que las partículas conductoras, tienen una resistividad baja. Unaresistividad superior a 2 x 1011 ohm/cm es considerada generalmente el límite parauna apropiada precipitación electrostática.











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Velocidad de gas en el precipitador: resulta de dividir el flujo de gas entrante al

equipo por el área transversal efectiva del precipitador. Esta es una cantidaddescriptiva y no es rigurosamente la velocidad del gas dentro del equipo.

Vibrador (rapper) de la superficie de recolección: mecanismo que impartevibración o sacudidas a la superficie recolectora para separar el materialdepositado.

Vibrador (rapper) del electrodo de descarga: mecanismo para generarvibración o sacudidas en el electrodo de descarga de manera de separar elmaterial adherido.

5 INTRODUCCION

Los precipitadores electrostáticos son equipos empleados para la remoción dematerial particulado de corrientes gaseosas industriales y de procesos. Elfuncionamiento de los precipitadores se basa en el principio de que un campoeléctrico ejerce una cierta fuerza sobre una partícula cargada que penetre en éste.La magnitud de esa fuerza es proporcional a la carga de la partícula y a la fuerzadel campo, mientras que la dirección de la fuerza depende de la polaridad de lacarga de la partícula y de la dirección del campo. En un precipitador electrostáticolas fuerzas más importantes que actúan sobre una partícula son: aerodinámicas,referidas a la condiciones de flujo de la corriente gaseosa dentro del equipo yelectrostáticas, referidas al campo eléctrico dentro del precipitador. Hay otras

fuerzas que actúan sobre la partícula, entre las cuales están la fricción, la inercia,colisiones con moléculas neutras del gas y con iones generados en el campoeléctrico.

La carga eléctrica necesaria para separar a la partícula de la corriente gaseosa noes un atributo de la partícula en sí, debe ser adquirida mediante algún mecanismoespontáneo o la partícula ser cargada deliberadamente. Para que un precipitadorelectrostático trabaje de forma eficiente y controlable, tanto el campo eléctricocomo la carga de la partícula deben ser inducidos deliberadamente. El campodebe orientarse permanentemente en cierto sentido y la carga de todas laspartículas debe ser de la misma polaridad, ya que se trabaja con una solapolaridad.

6 CLASIFICACION DE LOS PRECIPITADORESELECTROSTATICOS

Existen varios criterios para clasificar los precipitadores electrostáticos: tipo devoltaje aplicado, forma de la superficie recolectora, dirección del flujo de gas,temperatura de operación, forma de remoción de las partículas y tipo dedeposición del material separado de los electrodos colectores. A continuación sedetalla esta clasificación.











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6.1 Tipo de Voltaje

6.1.1 Precipitadores de alto voltaje, una etapa: son los más empleados tanto para larecolección de partículas sólidas como líquidas en diversas aplicaciones:refinerías, plantas cementeras, plantas generadoras de potencia, incineradores,quemadores industriales, etc. Dentro de esta categoría y según la forma de lasuperficie recolectora, se clasifican en dos grupos:

a. Precipitadores tubulares: las superficies o electrodos de recolección son de formatubular, con área transversal circular o poligonal (siendo la forma hexagonal de lasmás empleadas), con un electrodo de descarga que pasa por el centro. Elprecipitador como tal está constituido por un conjunto de tubos con este arreglo,conectados eléctricamente en paralelo y dispuestos en forma paralela con

respecto al flujo de gas. Se emplean para aplicaciones especiales como larecolección de neblinas radioactivas, sustancias tóxicas, altas presiones,materiales pegajosos, humo, entre otras y también cuando el rociado de agua esel mecanismo para remover el material recolectado. Los diámetros de los tubossuelen variar entre 0.5 y 1 pie, con longitudes entre 6 y 15 pies. En la figura 1 sepresenta un esquema de este tipo de precipitador.

b. Precipitadores de platos: la mayoría de los precipitadores son de este tipo. Loselectrodos de recolección tienen forma de láminas colocadas paralelamente yseparadas a una cierta distancia, creándose una especie de ducto por donde fluyeel gas. El sistema de electrodos de descarga se coloca en el plano equidistante

de las superficies colectoras.6.1.2 Precipitadores de bajo voltaje, dos etapas: son menos empleados y su uso está

restringido casi exclusivamente a la recolección de diminutas partículas líquidasdescargadas en aplicaciones muy particulares. Se conocen también como filtroselectrónicos de aire. Debido a la dificultad que presentan para el manejo de sólidoso materiales pegajosos, su uso en aplicaciones para control de la contaminaciónambiental es muy reducido y poco práctico.

6.2 Dirección de Flujo del Gas

Esta es una categoría dentro de los precipitadores de placas o platos, y de acuerdo

a la dirección del flujo gaseoso a tratar:











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Fig 1. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UN PRECIPITADOR TUBULAR

1. electrodo de descarga, 2. pesos guías,

3. marco de soporte, 4. eje de soporte,

5. aislante, 6. envoltura del soporte,7. marco guía espaciador de los pesos, 8. electrodo colector,

9. carcasa, 10. tubería entrada cámara,

11. tubería salida cámara, 12. tolva,

13.región entrada cámara, 14. región salida cámara.

15. compuerta descarga de la tolva,

(tomado de “Electrostatic precipitators”. Böhm, Jaroslav. Elservier scientific publishingcompany. New York, 1982).











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6.2.1 Flujo horizontal: el gas pasa horizontalmente entre los placas. En la figura 2 se

presenta un esquema de este tipo de equipo.6.2.2 Flujo vertical: el gas pasa verticalmente hacia arriba entre los placas. Ver esquema

en la figura 3.

6.3 Temperatura de Operaci ó n

Esta clasificación se utiliza sobre todo para precipitadores en aplicaciones deplantas generadoras de potencia, donde la corrientes gaseosas contienenimportantes cantidades de ceniza, provenientes de la combustión de carbónpulverizado. Esta ceniza se conoce como “fly ash”, y de acuerdo a la temperaturadel gas, las partículas tienen mayor o menor resistividad.

6.3.1 Operación en frío (cold side): constituye la opción más económica y confiable parala recolección de ceniza con resistividades bajas o moderadas (0.1 a 5.0 x 10 10

ohm – cm). Se trabaja a temperaturas entre 120 y 180 °C.

6.3.2 Operación en caliente (hot – side): opera a altas temperaturas, entre 315 a 480°C, permite alcanzar altas eficiencias en la recolección de cenizas, cuyasresistividades a bajas temperaturas pueden ser muy altas.

6.4 Remoci ó n de las Part í culas Adheridas a los Electrodos Colectores

6.4.1 Precipitadores secos: las partículas recolectadas son removidas mediante

agitación o sacudidas de la superficie colectora y electrodo de descarga.

6.4.2 Precipitadores húmedos: las partículas son removidas por una película de líquidorociada en la superficie de los electrodos colectores, formándose una suspensiónde sólido en el líquido, que se denomina lodo. La irrigación puede ser continuadurante el proceso de precipitación o se puede detener la operación delprecipitador y rociar las superficies y electrodos.

6.5 Tipo de Deposici ó n del Material Separado de los Electrodos Colectores

6.5.1 De fondo seco: el sólido se deposita en estructuras semejantes a marcos o tolvascolocadas en el fondo del equipo.

6.5.2 De fondo húmedo: el sólido se deposita en una película de líquido, a manera depiscina, ubicada en el fondo del equipo.











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Fig 2. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UN PRECIPITADOR DE PLATOS

CON FLUJO HORIZONTAL

1. electrodo de descarga, 2. marco de soporte,

3. marcos de suspensión, 4. eje de suspensión,

5. aislante, 6. envoltura del soporte,7. electrodo colector, 8. barra guía del electrodo colector,

9. guías inferiores, 10. rejilla de distribución de flujo de gas,

11. viga de la carcasa, 12. techo de la carcasa,

13. cubierta interna del techo, 14. protección del aislante,

15. acceso, 16. tolva.












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Fig 3. DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UN PRECIPITADOR DE PLATOS

CON FLUJO VERTICAL

1. electrodo de descarga, 2. marco de soporte,

3. marco de suspensión, 4. eje de suspensión,5. aislante, 6. envoltura del soporte,

7. marco guía espaciador de los pesos, 8. electrodo colector,

9. barra quía del electrodo colector, 10.distribuidor de flujo en el ducto,

11. entrada cámara, 12. salida cámara,

13. baffles, 14. tolva.












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7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE

PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSEn esta sección se presenta un resumen de las características que favorecen eluso de los precipitadores electrostáticos en aplicaciones para la remoción dematerial particulado de corrientes de gas. También se mencionan desventajasasociadas al uso de estos equipos.

7.1 Ventajas

– Pueden ser diseñados para trabajar a altas eficiencias de recolección contamaños de partículas desde submicroscópicas hasta las más grandespresentes en la corriente de gas (en casos favorables alcanzan eficiencias

hasta de 99%).

– El proceso puede operar de forma continua, separando las part ículas del gassin necesidad de tratar el gas por cargas.

– Las partículas pueden separarse en procesos secos o húmedos, dependiendode su naturaleza y utilización posterior.

– Baja caída de presión a través del precipitador, estando en el orden de 2 a 3 cmde agua (0.5 – 1 pulgada de agua).

– Los requerimientos de potencia, si bien dependen de la distribución de tamañode partícula, la eficiencia de recolección y las condiciones del proceso, songeneralmente bajos. El gasto energético asociado al proceso de precipitaciónen sí ( sin incluir el proceso de agitación o de rociado) está en el orden de 0.1a 0.35 kW h por 1000 metros cúbicos de gas tratado.

– Pueden tratar flujos de gas altos, entre 2000 y 1.000.000 pie3 /min, así comoadaptarse para operar con temperaturas de gas entre 120 y 480 °C.

– Pueden trabajar en procesos que involucren corrientes corrosivas.

– Son equipos de larga duración, con movilidad mínima de las piezas debido amantenimiento, ya que no hay mucho desgaste por rotación o movimientos.(básicamente las piezas del mecanismo de agitación, en los precipitadoressecos).

7.2 Desventajas

– Alto costo inicial, en especial para aplicaciones que requieran materiales deconstrucción costosos, para proveer aislamiento térmico o capacidad en elmanejo de sustancias corrosivas.

– Riesgo de explosión cuando se manejan gases o partículas sólidascombustibles.

– Formación de ozono durante la ionización del gas, en los casos en que setrabaja con electrodos de descarga negativos.











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– Son equipos que deben ser ajustados de forma precisa por especialistas, ya

que la carga de las partículas, generación del campo eléctrico ydesprendimiento del material recolectado son procesos delicados.

– Para un mejor desempeño del equipo conviene tener un sistema previo paramejorar el patrón de flujo del gas a la entrada o puede ser necesario elacondicionamiento de las partículas para disminuir su resistividad, de maneraque las condiciones sean adecuadas antes de entrar al precipitador. Estorequiere difusores o distribuidores para el flujo gaseoso y adición de agentesacondicionadores, respectivamente.

8 APLICACION DE LOS PRECIPITADORES

ELECTROSTATICOS EN LA INDUSTRIA PETROLERALa principal aplicación de los precipitadores electrostáticos en la industriapetrolera consiste en la remoción de material particulado de las corrientesgaseosas de descarga asociadas al proceso de craqueo catalítico fluidizado(FCC) y en los procesos de coquificación. Existen también otras posiblesaplicaciones para los precipitadores como por ejemplo, remoción de partículas delos gases de incineración, de los quemadores y de los hornos y calderas.

En el proceso de craqueo catalítico fluidizado se emplean los precipitadoreselectrostáticos como componentes secundarios de separación y recolección departículas, después de un proceso de separación mecánica que se lleva a cabomediante otros equipos colocados en el tope del regenerador de catalizador. Estosequipos son normalmente ciclones de una o dos etapas. Estos ciclones no soncapaces de remover la partículas más finas de catalizador que son transportadaspor el gas, de manera que estas partículas, llamadas finos , escaparían a laatmósfera. Los precipitadores empleados para la recolección de partículas en esteproceso suelen ser del tipo placas con flujo horizontal, de una sola etapa. Soncapaces de manejar cargas de sólido de 0.3 a 15 granos/pie3 y el tamaño de laspartículas es, en un 90 a 99% de la distribución total de tamaño de partícula, menorde 44 micrones en diámetro. El equipo puede trabajar en un rango detemperaturas entre 400 y 800 °F y la corriente puede tener entre 10 y 35% decontenido de humedad.

Otra aplicación donde se emplean precipitadores electrostáticos es la reducciónde polvo de coque en las unidades de coquificación fluidizada, que procesanresiduos de vacío, residuos atmosféricos o asfaltos. En este caso se retienenpartículas de coque de la corriente de salida del quemador, que tienden a formaraglomerados. El gas contiene cantidades apreciables de compuestos de azufre,como por ejemplo, sulfuro de hidrógeno (H2S), sulfuro de carbonilo (COS) ,disulfuro de carbono (CS2), monóxido de carbono (CO), coque, trazas de vaporesorgánicos y los productos usuales de combustión. La corriente de coque a laentrada del precipitador puede tener una carga de sólido entre 6 a 90 granos/pie3,











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la temperatura de la corriente puede llegar a ser de hasta 1100 °F y se alcanzan

eficiencias de recolección entre 68 y 98%.

9 DISEÑO DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSECUACION DE EFICIENCIA

Los precipitadores electrostáticos son diseñados utilizando el modelo deDeutsch – Anderson, más comúnmente conocido como la ecuación de eficienciade Deutsch, la cual se deduce de estudios probabilísticos de partículasmoviéndose en un campo eléctrico. La ecuación de eficiencia es:

n 100 (1 – e – wAV) (1)

Enunidadesinglesas

Enunidades

SI

n = eficiencia de recolección porcentaje porcentaje

w = velocidad de migración o recolección pie/min m/min

A = área de recolección pie2 m2

V = flujo de gas 1000pie3 /min 1000 m3

/min

La ecuación (1) se emplea para calcular el área colectora (A) cuando se conocenel volumen de gas a tratar (V ) y la eficiencia requerida en la separación (n ). Eldiseñador del equipo calculará una velocidad de migración (w ), la cual puedevariar de acuerdo a las condiciones de operación, características del materialparticulado, composición química y temperatura del gas. La velocidad demigración es la velocidad promedio a la cual las partículas son cargadas yarrastradas a la superficie colectora, donde pierden su carga eléctrica y sonremovidas. Dentro de la velocidad de migración seleccionada por el diseñador, se

pueden consideran factores empíricos como tamaño y propiedades físicas yquímicas de las partículas, aglomeración de partículas, velocidad, temperatura ycomposición del gas. Igualando la fuerza de arrastre y la fuerza electrostática deuna partícula en un campo eléctrico se tiene:

w= qEp ( 1+ (λ / a )) / 6 π θ a (2)

y se tiene la siguiente ecuación para:

= 1.257 + 0.4 e –1.10 a/ λ (3)











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donde:

Enunidadesinglesas

Enunidades

SI

q = carga de la partícula Coulomb Coulomb

Ep = campo de precipitación V/pie V/m

a = radio de la partícula micrones micrones

θ = viscosidad del gas Lb/pie s cP

λ = camino libre medio de las moléculas de gas micrones micrones

= parámetro adimensional adim. adim.

π = número adimendional igual a 3.1416 adim. adim.

Este parámetro adicional se encuentra alrededor de 0.86 para el aire atmosférico.La ecuación (2) es bastante precisa para partículas esféricas en aire, con radioscomprendidos entre 0.05 y 30 micrones. El término (1+ ( λ / a ) se conoce comofactor de corrección de Cunningham a la ley de Stokes o factor de deslizamiento.El camino libre medio de las moléculas de gas ,λ, depende de la composición,

temperatura y presión del medio gaseoso. Para aire a presión normal de 760mmHg, los valores típicos de se encuentran entre 0.069 micrones a 70 °F, 0.0106micrones a 300 °F y 0.128 micrones a 600 °F. El camino libre de las moléculasvaría inversamente con la presión del gas, por lo que a una presión igual a la mitadde la normal, los valores de serán el doble. A pesar de que la composición de losgases puede diferir de la del aire, para la mayoría de los casos se calculan yemplean velocidades de migración con caminos libres medios correspondientesal aire. Varias suposiciones asociadas a este modelo son:

– Debido a la turbulencia se supone que el mezclado en cualquier porción delárea transversal del precipitador es uniforme, por lo que no hay distribución dela concentración de partículas.

– Con un valor fijo para el radio de la partícula no se toma en cuenta la distribuciónde tamaños de partículas ni sus variaciones a lo largo del precipitador.

– No se consideran las variaciones de la velocidad de bulto del gas.

– No se considera la distribución de la fuerza electrostática.

– La ecuación (2) está desarrollada para partículas esféricas, pero se empleatambién para otro tipo de partículas que pueden tener forma de agujas oestrellas. Para partículas no esféricas se emplea el diámetro de Stokes, que esel diámetro de una esfera de igual densidad que el material tratado y que se











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comporta aerodinámicamente como la partícula de interés. Por otro lado, la

máxima carga que puede obtener una partícula esférica es: qs= 4π εo p a2 (4)

y se tiene que:

p= 2 [(K – 1) / (K+2)]+1 (5)

donde:

Enunidades

inglesas

Enunidades

SI

qs = carga máxima de una partícula Coulomb Coulomb

q = carga real de una partícula Coulomb Coulomb

εο = permisividad de espacio libre 2,72 x10 – 12

F/pie8.86 x10 – 12

F/m

Ec = campo eléctrico de carga V/pie V/m

K = constante dieléctrica de la partícula adim. adim.

p = parámetro ecuación (4) definido en la adim. adim.

ecuación (5)

Para la mayoría de los materiales la constante dieléctrica de la partícula seencuentra entre 2.0 y 8.0. La carga instantánea o local de la partícula estárelacionada con la carga de saturación a través de la siguiente ecuación:

q= qs (t / (t + τ)) (6)

donde:

Enunidadesinglesas

Enunidades

SI

t = tiempo s s

τ = constante de tiempo de carga de s s

la partícula











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Como τ es en la práctica muy pequeña, se considera que:

q = qs (7)

Hay otros enfoques para la descripción y diseño de precipitadores, los cualesestán basados en métodos semiempíricos. El concepto de tamaño de partícula nouniforme es extendido para incluir variaciones en la velocidad del gas, densidadde corriente en la corona y campo eléctrico. Este tipo de metodología conduce auna ecuación de eficiencia de la siguiente forma:

n = 100 ( 1 – e – w k

A / V )k (8)

donde:

Enunidadesinglesas

Enunidades

SI


A = área de recolección m2 pie2

V = volumen de gas a tratar 1000 pie3 /min 1000 m3 /min

wk = velocidad de migración equivalente m/min pie/min

k = medida de la desviación estadística adim adim

de las variables

Para el caso de cenizas (fly ash) k =0.5. En este enfoque, se toma un precipitadorde área conocida y fijando los valores de n y V , se calcula w k , que puede luegoemplearse para el diseño de futuros precipitadores. Este procedimiento es similaral utilizado con la ecuación (1), ya que la ecuación (3) es una extensión de ésta.

Otro enfoque consiste en caracterizar estadísticamente el análisis y diseño deprecipitadores. Se recopilan datos de cierto número de precipitadores y sesometen a análisis de regresión para aislar y evaluar variables significativas como,por ejemplo, velocidad y temperatura de gas. Entre las desventajas de estametodología están la ausencia de basamentos teóricos y la posibilidad deperpetuar debilidades en el diseño por el deterioro gradual de la base estadísticade diseño, además de que se requieren datos de operación sobre unidadesexistentes, lo cual no siempre es accesible. Esta metodología no es empleadacomúnmente para diseño y selección de equipos a nivel de procesos.











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10 SELECCION DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS

10.1 Factores a Considerar en el Proceso de Selecci ó n

La integración de un precipitador electrostático a los demás equipos queconforman el proceso está signada por las siguientes consideraciones generales:

– Las materias primas y de otro tipo procesadas en la planta.

– El tipo de proceso y equipos asociados, así como estado técnico de éstos.

– Las técnicas de procesamiento, las cuales pueden diferir de una planta a otra,a pesar de que manejen los mismos insumos o los mismo equipos de proceso.

– Las prácticas de manufactura de la planta, que en la mayoría de los casos estángobernadas por consideraciones económicas más que técnicas.

– La clase de partículas emitidas, sus propiedades físicas y fisicoquímicas. – La concentración, distribución de tamaño de partícula y composición

morfológica del sólido o líquido suspendido.

– El grado de toxicidad o peligro que reviste para el ambiente la contaminacióncon el material particulado.

– El nivel de separación establecido para la limpieza del gas, es decir, la eficienciade recolección.

– La posibilidades de reutilizar el material colectado, y los requerimientosasociados a esta reutilización.

– Determinar si los precipitadores serán componentes integrados de un sistema

para tratar el gas o serán los únicos equipos empleados en esta tarea.En la tabla 1 se resumen aspectos importantes del diseño y selección deprecipitadores electrostáticos, desde el punto de vista del fabricante y delingeniero u otra persona que evalúa la opción de un precipitador electrostáticopara un proceso determinado.

Los diseñadores de precipitadores electrostáticos utilizan los siguientes datosgenerales como guía:

Precipitadores secos:

– Velocidad del gas a través del precipitador : entre 1 a 15 pie/s, dependiendode la fuente del sólido suspendido.

– Menores relaciones de longitud mejoran desempeño de los precipitadores.

– El número de campos se estima según la eficiencia de manera empírica: 1campo para eficiencias entre 90 y 97%, dos campos para eficiencias entre97 y 99%, y tres o cuatro campos para eficiencias superiores a 99%.

– En general se suministran 55mA por cada 1000 pie2 de superficie colectora.

Precipitadores húmedos:

Pueden ser diseñados similarmente a los precipitadores secos, peroincluyendo los rociadores de agua que operan de forma continua o











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periódica, en el proceso de limpieza de las superficies colectoras y del

electrodo de descarga. Los precipitadores húmedos se diseñan muy amenudo como una serie de tubos en paralelo, cada uno de los cualescontiene un electrodo de descarga en el centro.

En la tabla 2 se presentan los parámetros típicos de diseño que se empleanen precipitadores electrostáticos.

TABLA 1. FACTORES CLAVES EN EL DISEÑO Y SELECCION DE PRECIPITADORESELECTROSTATICOS

Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



Factores gobernados por el ingenieroÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Factores gobernados por fabricante

Á Á Á Á Á Á Á


Factor Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á

Comentario Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Factor Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á

ComentarioÁ Á Á Á Á Á Á








Eficiencia derecolecciónrequerida









Especificar la eficienciamínima requerida. Unincremento en la eficiencia de98 a 99% significa un aumentoaprox. del 15% en el tamañodel precipitador.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Espaciadode loselectrodoscolectores









Cada fabricante tieneespaciados standard. Elespaciado no es críticosiempre y cuando el resto dela instrumentación eléctricaesté diseñada de acuerdo adicho espaciado.








Volumen degas a tratar








Se deben cuantificar la caídade presión y escapes dentrodel precipitador. Minimizar las

fugas para mejorar eficiencia.Solicitar curvas de desempeñode eficiencia en función devolumen a tratar.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Area de loselectrodoscolectores








Depende del volumen de gasa tratar, eficiencia requerida ycaracterísticas del gas y del

ducto.







Temp. delgas a tratar







Afecta el volumen del gas y laeficiencia. Se debenespecificar la temp. normal deoperación, la máxima y lamínima posibles.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Tipo deelectrodo dedescarga







Muchos tipos disponibles y lamayoría funcionansatisfactoriamente.








Tamaño departícula en

el polvo








Las partículas más grandesson recolectadas con más

facilidad que las pequeñas. Ladistribución de tamaño departícula debe determinarsein – situ, no tomando muestrade las tolvas.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Velocidaddel gas en la

zona derecolección








Debe ser baja, para prevenirreingreso del material

particulado durante elproceso de desprendimientopor sacudida. (0.3 – 2 m/s)






Comp. delgas






Especificar contenido dehumedad, punto de rocío ycomposición del gas enporcentaje de volumen.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Número dezonas






Relacionado con el númerode cámaras y número decampos. Es común tener de 3a 4 zonas en serie.











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Factores gobernados por fabricanteÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Factores gobernados por el ingenieroÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



Comentario

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Factor




Comentario




Factor







Características delmaterialparticulado







Especificar la carga delmaterial en el gas, tanto elvalor promedio como valoresmáximos, así como análisisquímico del material.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Sacudida deloselectrodoscolectores







Se aplica sacudida a loselectrodos cada 2 a 4minutos.







Cond. dediseño







Especificar datos de espaciodisponible, así comoesquemas preliminares deldiseño y ensamblaje en planta.

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Á Á Á Á Á Á

Equipo dealto voltaje







Se debe tener un equipo paracada zona y debe estardimensionado para proveersuficiente poder a cada zona.Controladores automáticos.

TABLA 2. PARAMETROS TIPICOS DE DISEÑO PARA PRECIPITADORESELECTROSTATICOS

Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


ParámetroÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Rango de valoresÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



Velocidad de migraciónÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



0.1 – 0.7 pie/s



Espaciado entre placasÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


8 – 11 in



Velocidad de gas Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


2 – 8 pie/s



Altura de las placasÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


12 – 45 pieÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



Longitud de las placasÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



0.5 – 2 veces la altura de las placas



Voltaje aplicadoÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


30 – 75 kV



Fuerza de la corona Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


0.01 – 0.1 mA/pie de cable



Fuerza del campo Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


7 – 15 kV/inÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



Tiempo de residenciaÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



2 – 10 s



Caída de presiónÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


0.1 – 0.5 pulgadas de agua



Eficiencia Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


hasta 99.9%




Temperatura de gas Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



hasta 700°F (Standard), 1000°F(altatemperatura), 1300 °F (especial)

10.2 Par á metros que son Especificados para la Selecci ó n de Precipitadores Electrost á ticos

En el proceso de selección de un precipitador electrostático es necesariodeterminar las características más apropiadas para los componentes importantesdel equipo, a través de parámetros como área, número y tipo. Esta sección











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comprende una lista de los parámetros claves para los principales componentes

de los precipitadores electrostáticos.1. Electrodos colectores: tipo, tamaño, es decir, área; montura y propiedades

mecánicas y aerodinámicas.

2. Electrodos de descarga: tipo, tamaño, espaciado y soporte.

3. Soportes para los electrodos de descarga: tipo, número, disposición.

4. Carcasa: dimensiones, requerimientos de aislante y accesos.

5. Otros componentes eléctricos: rectificadores, transformadores, sistema decontrol automático, número, instrumentación y sistema de monitoreo.

6. Vibradores para los electrodos de descarga y colectores: tipo, tamaño, rango

de frecuencia e intensidad, número y arreglo.

7. Tolvas: geometría, tamaño, aislamiento, número y colocación.

8. Sistema de remoción del sólido: tipo, capacidad, protección para evitar fugasde aire, protección para evitar retorno del material colectado.

A continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los puntos arribaseñalados:

Electrodos colectores:

Se emplean comercialmente una gran variedad de electrodos colectores en losprecipitadores de platos. Estos electrodos deben:

a. Minimizar el retorno del material colectado a la corriente gaseosa.

b. Ser uniformes y carecer de bordes agudos que puedan causar chispas yreducir el voltaje y deben ser mecánicamente rígidos para soportar la acciónde sacudida y los esfuerzos asociados al flujo del gas.

c. Favorecer el flujo de gas evitando la formación de zonas de turbulencia,deben ser lo suficientemente rígidos para mantener su forma, posición yespaciado.

Los electrodos recolectores más empleados consisten de una lámina a la cual seadicionan baffles para fortalecerla y para eliminar zonas de turbulencia. Entre las

geometrías de los baffles se tienen baffles triangulares (Opzel plates), bafflesrectos, en zigzag, baffles inclinados en forma de V, baffles superpuestos o conescudos. Ver figura 4.

El diseño debe permitir ajustes en la alineación de los electrodos, así comoexpansión debido a variaciones de temperatura.

Electrodos de descarga:

La forma y tamaño de los electrodos de descarga está gobernada por la corrientede corona y por los requerimientos mecánicos del sistema. Los electrodos de











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descarga más empleados comercialmente son del tipo cables de área transversal

circular o rectangular, de aproximadamente 0.1 pulgadas de diámetro o ancho.Existen otras configuraciones entre las cuales están en forma de estrella, conflecos o barbas, en forma de lazos, espirales alargadas, etc. Algunas de estasconfiguraciones se presentan en la figura 5. Generalmente los electrodos dedescarga son fabricados con aleaciones de acero, aunque también se empleanmateriales como cobre, plata, aluminio, hierro cubierto de plomo, aleaciones contitanio, y materiales identificados comercialmente como Hastelloy y Nichrome.

Carcasa:

Se emplean los standares de la AISC (American Institute of Steel Construction)para la estimación de esfuerzos y deflecciones para la carcasa. Esta consiste de

paneles reforzados diseñados para soportar la carga de presión y viento. En eltecho de la carcasa, sobre una lámina de cobertura, se localizan el sistema dedescarga eléctrica, la unidad rectificador – transformador , los elementos decontrol, etc. La estructura completa está sometida a varios esfuerzos, entre loscuales es importante señalar los esfuerzos térmicos. Puede presentarsedeformación de la carcasa debido a los gradientes de temperatura en el material,que generarán expansiones en los elementos metálicos de la misma.











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Fig 4. DIFERENTES GEOMETRIAS DE ELECTRODOS RECOLECTORES

(tomado de McDonald, Jack R., y Alan H. Dean., “Electrostatic precipitator manual”. Noyes DataCorporation, New Yersey, 1982)

Fig 5. DIFERENTES GEOMETRIAS DE ELECTRODOS DE DESCARGA O CORONA

(tomado de McDonald, Jack R., y Alan H. Dean., “Electrostatic precipitator manual”. Noyes DataCorporation, New Yersey, 1982)

Esta deformación puede acarrear la desalineación de los electrodos de descargay de recolección, modificándose así el campo eléctrico en el precipitador.











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La carcasa es normalmente de forma rectangular en los precipitadores de platos,

y en forma de tubo en los precipitadores tubulares. Se construye de acero a menosque el servicio involucre materiales corrosivos o requerimientos significativos deaislamiento térmico. En estos casos se emplean aleaciones especiales de acerosresistentes a la corrosión y se aísla la carcasa para mantener la temperatura porencima del punto de rocío de la sustancia corrosiva.

Se puede acondicionar la carcasa con platos difusores para mejorar el flujo de gasy se pueden colocar baffles en el techo y las paredes para minimizar la cantidadde gas que escapa o no pasa por los electrodos de descarga.

Soportes para los electrodos de descarga:

Existen dos diseños básicos para el sistema de soporte de los electrodos dedescarga. El sistema americano de electrodos suspendidos con guías o pesos yel sistema europeo de marcos rígidos.

En el sistema de guías y pesos, cada electrodo es individualmente suspendido deun marco superior y se mantienen en posición y elongados mediante pesossuspendidos en la parte de abajo del cable. Los pesos están separados entre sípor marcos o guías y tienen un sistema de estabilización para impedir el balanceoproducto del flujo de gas y del campo eléctrico.

En el sistema de marcos rígidos los electrodos son sujetados en ambos extremosa un marco de tubos o barras rígidas, y estos marcos a su vez pueden colocarse

para formar arreglos bidimensionales o tridimensionales. Las estructuras desoporte a su vez están adheridas a la carcasa mediante un arreglo de aislantesde voltaje, que proveen aislamiento del alto voltaje y rigidez estructural parasostener los marcos. Por lo general el sistema de aislantes está localizado en eltecho del precipitador y se utilizan materiales como cerámica, pirocerámica yalúmina en su fabricación.

Otros componentes eléctricos:

Son los elementos requeridos para generar y controlar el alto voltaje que da lugaral campo eléctrico y a la corriente de corona. Estos equipos deben ser establesen operación y por lo general tienen una vida útil de 20 años o más. Estos

componentes son: el sistema transformador – rectificador, equipos de control devoltaje y conductores de alto voltaje. Los precipitadores electrostáticos operan concorriente directa, con voltajes que están entre 30 y 100 kV. Normalmente estánequipados con control automático de potencia. Las unidades para energizar ycontrolar el sistema se presentan en conjuntos o paquetes ya instrumentados. Lostransformadores normalmente son enfriados con aceite y están integrados arectificadores con diodos de silicón. Se emplean sistemas de control conretroalimentación automática, para mantener el sistema regulado y tener unarápida respuesta a posibles alteraciones.











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Los componentes eléctricos son diseñados por los fabricantes del precipitador.

Entre las casas fabricantes están Research – Cottrell Inc, CE – Walther y Buell. Enla tabla 3 se presentan las especificaciones para diseño y operación de loscomponentes de alto voltaje que constituyen el sistema eléctrico de losprecipitadores electrostáticos

Vibradores (rappers):

Los vibradores son elementos mecánicos empleados para producir sacudidas ovibraciones en los electrodos y así desprender el material depositado. El principiode funcionamiento está basado en transmitir a los electrodos de descarga yrecolectores impulsos debidos a impacto o a vibración. Los mecanismos sonactivados eléctrica, magnética o neumáticamente.

Los tipos más comúnmente empleados son:

– De impulso electromagnético (solenoide), simple o múltiple.

– Vibradores eléctricos.

– De impulso neumático.

– Mecánicos, semejantes a martillos.

Cada fabricante ha desarrollado diseños particulares de acuerdo a la aplicación,compatibilidad con el sistema de suspensión de los electrodos colectores y dedescarga y con la frecuencia de vibración. En general se emplean vibradores deimpulso neumático, mecánico o electromagnético para los electrodos colectoresy vibradores eléctricos para los electrodos de descarga. Los vibradores mecánicosimparten más energía que los vibradores eléctricos o magnéticos y es por ello quese emplean en aplicaciones donde el aglomerado de sólido es difícil dedesprender de las superficies colectoras.

El control de los vibradores se traduce en establecer la secuencia correcta desacudida y la intensidad del impacto o vibración. Para ello los vibradores poseenun sistema de control con tecnología de microprocesadores que permite elmonitoreo continuo de la operación del sistema. Estos sistemas de control secolocan en el techo de la carcasa, previa evaluación de las condicionesatmosféricas externas. Los electrodos son sacudidos bajo las siguientesconsideraciones: los electrodos colectores se sacuden una sola vez dentro de un

ciclo y electrodos adyacentes no deben ser sacudidos sucesivamente, es decir,una operación de sacudida no debe depositar los sólidos en la misma tolva quela operación anterior. Estos ciclos no son fáciles de programar y dependen delnúmero de electrodos en el sistema. En los precipitadores horizontales, loselectrodos de secciones individuales son sacudidos a diferentes frecuencias y condiferentes intensidades, seleccionadas para alcanzar el nivel de desprendimientode sólido y llenado de tolva apropiados. En las secciones más cercanas a laentrada las sacudidas son más cortas en tiempo pero más frecuentes e intensas,mientras que en la secciones más internas el comportamiento es el contrario. En











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los equipos de flujo vertical los electrodos son sacudidos también en ciclos, con

la misma intensidad y a iguales intervalos de tiempo.El número de vibradores se encuentra entre 0.25 a 0.90 por 1000 pie 2 deelectrodos colectores y de 0.09 a 0.66 por 1000 pie de electrodos de descarga.

Tolvas:

Son empleadas para recolectar el material removido de las superficies colectoras.En las mayoría de los precipitadores secos, el material recolectado se dejaacumular por un tiempo en la tolva y luego éstas son vaciadas

TABLA 3. REQUERIMIENTOS DE DISEÑO Y OPERACION PARA LOS EQUIPOSMODERNOS DE ALTO VOLTAJE, EMPLEADOS EN

PRECIPITADORES ELECTROSTATICOSÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Item Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


EspecificaciónÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Voltaje de operación del precipitadorÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


30 – 100 kV (40 – 65 kV más comunes)Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Densidad de corriente del precipitadorÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


10 – 100 mA/1000 pie2




Tipo de onda de voltajeÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



pulsante, polaridad negativa, onda completa odoble media onda.



Carga del precipitadorÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Capacitiva 0.02 – 0.125 FD/secciónÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Entrada de la lineaÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


460/480 V, 1 Ph, 60 HzÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Circuito del rectificadorÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


una fase, puente FW, diodos de silicónÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á




Voltaje de salidaÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á




70 kV máximo, 45 kV dc promedio, máscomúnmente 105 kV máximo, 67.5 kV dcpromedio



Transformador de alto voltaje Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


400 V/53 kV rms o 400 V/78 kV rmsÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Capacidad individual por juego Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


15 – 100 kVaÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Corriente directa de salida Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


250 – 1500 mA por juegoÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


Aislamiento transformador – rectificador Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á


enfriamiento convectivo con aceiteÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



TrabajoÁ Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á



continuo tanto en interiores como enexteriores





Temperatura ambiente Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á




50°C máximo paraTransformadores – Rectificadores enfriados con

aceite, 55°C máximo para el cajetín de control.continuamente o a intervalos. Si se vacían muy lentamente podría ocurrir que elnivel de material alcance el tope de la tolva y haya reingreso a la cámara delprecipitador. Existen ciertas aplicaciones donde las tolvas deben estar aisladastérmicamente o mantenidas a cierta temperatura, para prevenir la compactacióndel material sólido por enfriamiento, ya que la formación de tortas en la tolvadificulta la extracción del material. Para otras aplicaciones es necesaria laconstrucción de tolvas resistentes a la corrosión. Para el diseño de tolvasadecuadas se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:











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– El manejo del sólido recolectado, es decir, si se va a recuperar como sólido seco

o como lodo. – Garantizar una pendiente adecuada en las paredes de la tolva, requerimientono siempre considerado ya que a mayor pendiente aumenta la altura de la tolvay la cantidad de material de fabricación. El ángulo mínimo especificado es de60° entre el plano inclinado de la tolva y la horizontal. Este ángulo se conocecomo ángulo valle. En el interior de la tolva las paredes deben ser lisas y sincanales que favorezcan la acumulación de sólido.

– Temperatura adecuada del material acumulado, lo cual puede lograrse conaislamiento térmico y si no es suficiente, administrando calor a la tolva.

– Mecanismos complementarios que impidan la formación de “montones” desólido depositado, por ejemplo, se puede proveer un mecanismo de agitación

o vibración para la tolva. – El sistema de descarga de las tolvas debe estar correctamente diseñado y

adherido a las mismas.

Las tolvas más comunes tienen forma piramidal y convergen en una región desalida rectangular o cuadrada. Durante el proceso de descarga, la salida de latolva debe impedir o al menos minimizar el ingreso de aire del exterior a la cámaradel precipitador. Es útil tener un detector y una alarma de nivel que indique elrebose de la tolva. El llenado en exceso favorece el reingreso de material alprecipitador y afecta la eficiencia del mismo. Para cierto tipo de polvos como lospirofóricos o con altos contenidos de carbón, el rebose de las tolvas puede

incrementar el riesgo de combustión en el precipitador, debido a la cercanía delmaterial con las chispas generadas por los electrodos de descarga. Los sistemasdetectores de nivel y alarma pueden ser de varios tipos, siendo los más comunesaquellos que trabajan bajo el principio de absorción de un haz delgado de rayosgamma.

Sistema de remoción de material de las tolvas:

Existen muchos tipos de sistemas para la remoción del material acumulado en lastolvas, estos sistemas contemplan el vaciado de contenedores, sistema de vacíoseco, de vacío húmedo y tornillos transportadores. A continuación se presenta unabreve descripción de estos mecanismos.

– Remoción del contenedor: este sistema se emplea en instalaciones pequeñas,con tolvas piramidales o cónicas. El sistema consiste en colocar un recipientetransportable debajo de la tolva. El contenido de la tolva es transferido alcontenedor mediante una válvula o compuerta, y una vez lleno se retira paravaciarlo.

– Sistema de vacío seco: el material recolectado es transferido a un sistema detuberías que se encuentra al vacío. El vacío se produce por una bomba de airey se emplea aire como medio para transportar el sólido, el cual es descargadoen un silo para almacenamiento temporal.











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– Sistema de vacío húmedo: El sistema de tuberías es mantenido al vacío

mediante un aspirador de agua. Para mantener el sólido suspendido se empleauna corriente de gas o aire. El material transportado se mezcla con el agua paraaspiración, formándose un lodo que se maneja luego como desecho.

– Tornillos transportadores: un sistema de tornillos transportadores se instaladespués de las tolvas y maneja el sólido recolectado hasta trasladarlo a un silopara almacenaje.

10.3 Factores que Afectan el Desempe ñ o de los Precipitadores Electrost á ticos

Factores claves que determinan la adecuada operación de los precipitadoreselectrostáticos comprenden el flujo, temperatura, composición química ycontenido de agua del gas, así como factores asociados al sólido suspendido, porejemplo, concentración, composición , características físicas y distribución detamaños de partículas. Estos factores se describen a continuación.

a. Flujo de Gas:

El flujo de gas es un factor crítico en el diseño y operación de los precipitadores.El principio bajo el cual trabaja el precipitador, la migración de las partículas a lasuperficie recolectora, involucra un lapso de tiempo finito, si la velocidad del gasen cualquier pasaje alrededor de las superficies recolectoras excede la velocidad

de diseño, algunas partículas no tendrán el tiempo suficiente para alcanzar elelectrodo de recolección. Después que las partículas han sido colectadas en lasuperficie, se requiere tener buenos patrones de flujo del gas, de tal forma queprevengan el retorno de las partículas a la corriente gaseosa durante el procesode sacudida de los electrodos colectores. Hay otros problemas asociados a flujode gas y patrón de flujo inadecuados como, por ejemplo, re – entrada de laspartícula recolectadas de las tolvas y circulación del gas en las tolvas.

La mejor condición de operación para un precipitador ocurre cuando la distribuciónde velocidad del gas es uniforme. La calidad de la distribución de flujo del gas sedetermina generalmente por medición en campo de la distribución de velocidades

del gas a la entrada del precipitador o en los ductos cercanos a la entrada delmismo, siguiendo los criterios de la División Electrostática del Instituto de Limpiezade Gas Industrial de E.E.U.U. El área transversal de entrada del precipitador sedivide en subsecciones rectangulares, y la velocidad del gas se mide en el centrode cada rectángulo. Se establece que la distribución del gas es aceptable cuandoel 85% de la velocidades locales están dentro del 25% del promedio, y ningunamedida de velocidad excede el promedio en más de 40%. Otro enfoque se basaen la determinación de la velocidad promedio y la dispersión de la velocidad. Lavelocidad promedio se expresa como:











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v

1

mm

n

1

m

1

vij

(10)

Enunidadesinglesas

Enunidades

SI

v = velocidad promedio pie/min m/min

v ij = velocidad en cada subregión orectángulo

pie/min m/min

nm = número de zonas adim. adim.

n = filas adim. adim.

m = columnas adim. adim.

La dispersión de la velocidad puede definirse de varias maneras pero la másempleada y conveniente es la norma de la raíz cuadrada del promedio o cuadradode la desviación estándar, definida por:

2 1

mm

n

1

m

1

vij – v

v2 (11)

En

unidadesinglesas

En

unidadesinglesas

σ2 = cuadrado de la desviación estándar adim. adim.



pie/min m/min

mn = número de zonas adim. adim.



En la práctica los valores de σ están entre 10 y 50%. Un 10% es lo mejor que se

obtiene en la práctica, 15% es bueno, 25% es regular y más allá de 25% esinaceptable.

Para alcanzar un flujo uniforme en un ducto, de acuerdo a los procedimientos dela ASME (American Asociation of Mechanical Engineers), se debe contar con unadistancia equivalente al menos a 10 diámetros de ducto antes y después de unainterrupción u obstáculo, tal como codos, expansiones o contracciones. Esto nosiempre es posible debido a limitaciones de espacio o de tipo económico, por loque se recurre al uso de accesorios como separadores, platos difusores,enderezadores y baffles.











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b. Temperatura del gas:

La temperatura del gas que ingresa al precipitador es importante ya quevariaciones de ésta afectan el desempeño por la alteración de las propiedadeseléctricas de las partículas, flujo de gas, y velocidad de corrosión del equipo.Temperaturas entre 200 a 400 °F producen partículas de alta resistividad, enausencia de agentes acondicionadores. Por ello la temperatura del gas a tratar enel precipitador puede modificarse para disminuir la resistividad de la partícula ymejorar la recolección. La temperatura del gas es también de importancia en laselección de los materiales de construcción del equipo, para hacerlo resistente aesfuerzos térmicos. La temperatura determinará posibles expansiones delmaterial, las cuales deben tomarse en cuenta a la hora del diseño para prevenirdeformaciones de las piezas, desajuste y desalineación de los componentes que

generan el campo eléctrico.

c. Contenido de agua de los gases:

Conocer el contenido de agua presente en la corriente de gas es imperativo en loscasos donde existen condiciones desfavorables en cuanto a la resistividad de laspartículas. La adición de agua como agente acondicionador de partículas, es unapráctica frecuente debido a que es un agente económico que contribuye a mejorarel desempeño de precipitadores en situaciones de partículas con altasresistividades. Se recomiendan aproximadamente de 6 a 8 Kg de agua por 1000m3 de gas a tratar.

d. Composición química del gas y del material suspendido:Se requieren análisis químicos para determinar las características del sólido,desde el punto de vista eléctrico (resistividad), así como desde el punto de vistaquímico (corrosión). Esto permitirá estimar las condiciones de operación delprecipitador así como los materiales de construcción, el manejo de los sólidosrecolectados y la posible reutilización de éstos. En la figura 1 del anexo 1 sepresenta la variación de la velocidad de migración en función de la resistividad delmaterial a separar, y en la figura 2 del mismo anexo se muestra la variación en laeficiencia de recolección como función de la resistividad del material sólido.

e. Concentración de partículas:

Cuando se requiere un proceso de precipitación de alta eficiencia es imperativodeterminar mediante mediciones locales la concentración de material particulado.Los métodos empleados para este tipo de mediciones deben ser tales quecuantifiquen la cantidad de partículas filtrables existentes en la corriente gaseosa,bajo las condiciones a las cuales operará el precipitador electrostático. Es deseñalar que las normas y regulaciones sobre emisiones a la atmósfera puedenespecificar métodos que arrojen resultados diferentes de los obtenidos con losmétodos que se emplean para determinar el nivel real de particulados en elprecipitador. También puede ocurrir que reacciones o condensación en la corriente











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gaseosa induzcan la aparición de partículas más allá del precipitador, las cuales

no están presentes en el punto donde se localiza el equipo.f. Distribución del tamaño de partícula:

Es importante conocer la distribución de tamaños de partículas a ser recolectadas,especialmente si se pretende colocar un equipo previo de separación mecánicaantes del precipitador electrostático. También en aplicaciones donde lascaracterísticas visuales de la corriente gaseosa de descarga sean relevantes,debe conocerse esta distribución de tamaños de partículas.

g. Características físicas del material particulado:

Es de utilidad en la especificación y diseño del equipo conocer la forma, densidad,adherencia y características superficiales del material a recolectar, ya que esto

influye en las propiedades de los aglomerados que se forman en las superficiesdel precipitador. Por ejemplo, algunos humos de materiales metálicos como zincy plomo, forman láminas de baja densidad que se rompen durante el proceso desacudida de la superficie recolectora, generando aglomerados livianos que sonsuspendidos y reingresan a la corriente gaseosa, lo cual afecta notablemente elrendimiento de la separación. Otros polvos son pegajosos y difíciles de removerde las superficies recolectoras. Estos factores deben ser estudiados a la hora deseleccionar el mecanismo de desprendimiento y deposición final del sólido, asícomo al establecer la velocidad de gas dentro del precipitador.

10.4 Acondicionamiento para Mejorar Desempe ñ o de los Precipitadores

Electrost á ticos El acondicionamiento del gas mediante la adición de productos químicos permitemodificar las propiedades, de superficie de las partículas y en consecuencia seafectan las propiedades de las láminas de sólido depositado en los electrodoscolectores. Esto permite mantener uniforme el campo eléctrico en el precipitador,a pesar de la deposición de material en las superficies colectoras. Además demodificar propiedades físicas de las láminas depositadas, también se emplea elacondicionamiento del gas para modificar la resistividad de las partículas y asímejorar el proceso de carga y deposición de las mismas. El acondicionamientopara modificar la resistividad de las partículas puede clasificarse en:

Adición de productos químicos a la corriente de gas. Agentes como agua,amoníaco, ácido sulfúrico, cloruro de sodio, trióxido de sodio y otras sustancias,añadidas en trazas, mejoran notablemente el desempeño de los precipitadores.En la mayoría de los casos estos productos químicos son adsorbidos sobre lasuperficie de las partículas.

Modificación de los materiales que producen el sólido o líquido suspendido,mediante la adición de agentes acondicionadores como, por ejemplo, sulfatos.En este caso se trata directamente la fuente de particulados y no la corrientegaseosa que los transporta.











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Modificación de la temperatura del gas. Como ya se discutió con anterioridad,

la modificación en la temperatura del gas incide directamente sobre laresistividad de las partículas y por ende en el proceso de carga y migración alos electrodos colectores.

11 ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DEPRECIPITADORES ELECTROSTATICOS

Riesgos en la operación de precipitadores:

Como la operación de precipitadores electrostáticos involucra el uso de altovoltaje, se debe tener especial cuidado en las labores de mantenimiento einspección para prevenir shocks eléctricos. Son equipos susceptibles aexplosiones y fuego, que pueden ocasionar importantes pérdidas. Existe el peligroasociado a la inspección interna del equipo por la exposición a gases tóxicos,especialmente ozono y óxidos de azufre. Otros potenciales riesgos son laactivación del sistema de vibración durante inspecciones, quemaduras porcontacto con superficies internas de la carcasa que estén calientes, inflamaciónde los ojos y daños al sistema respiratorio por contacto en inhalación de materialparticulado. A continuación se explican con más detalles los riesgos asociados alos precipitadores.

a. Riesgos de fuego y explosión:

En el manejo de precipitadores hay tres elementos químicos combustiblesde importancia: carbón, azufre e hidrógeno. El azufre es el de menorrelevancia en lo que se refiere a generación de calor, mientras que lacombustión de carbón e hidrógeno genera una cantidad de calor significativa(14.100 Btu/lb de carbón y 61.100 Btu/lb de hidrógeno). Si los gases queentran al precipitador electrostático provienen de un equipo de combustióndonde el proceso haya sido deficiente, la corriente gaseosa tendrácontenidos de material combustible tales que las condiciones en elprecipitador pueden favorecer la combustión dentro de la cámara. En lamayoría de los casos las prácticas deficientes de mantenimiento y operaciónen la planta son las causas de explosión y fuego en los precipitadores. La

combustió

n inadecuada, debida principalmente a cantidadesdesproporcionadas de aire en exceso, es la condición de operación másfrecuente que produce este tipo de accidentes

b. Riesgos de shock eléctrico:

El shock eléctrico de los operadores de precipitadores electrostáticos sedebe a la falla, mal uso o condición defectuosa de los componentes queintegran el equipo y pueden provocar accidentes como: shock doloroso porcontacto, quemaduras de la piel y hasta la muerte por imposibilidad deretirarse del conductor energizado.











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Por lo general los precipitadores electrostáticos de alto voltaje tienen un

sistema doble de control de seguridad, que restringe el acceso al interior delequipo a menos que la unidad haya sido desenergizada. Si el primer sistemade control falla y la puerta de acceso al interior del equipo está abierta,inmediatamente el segundo elemento de control conecta el transformador atierra y el equipo se desenergiza. Sin embargo pueden presentarse malasprácticas al activar este sistema de control, acrecentando el riesgo deaccidentes eléctricos. Otro riesgo potencial asociado al sistema de seguridades la falta de inspección y mantenimiento periódico de éste, en especial si lasaplicaciones involucran especies corrosivas o temperaturas considerables.

c. Riesgo por manejo de gases tóxicos:

Es necesario purgar con aire la cámara del precipitador electrostático antesde que el personal ingrese al interior del equipo, esto para evacuar gasestóxicos. Pueden encontrarse ozono y óxidos de azufre en concentracionessignificativas como para causar daños a los operadores. Entre los gases másfrecuentes que se manejan en los precipitadores están el dióxido de azufrey el trióxido de azufre. El trióxido de azufre puede combinarse con agua paraformar una niebla de ácido sulfúrico, altamente corrosiva y peligrosa. Por otrolado concentraciones de dióxido de azufre superiores a 5 ppm causanirritaciones respiratorias y reacciones espasmódicas.

En el caso del ozono, el cuerpo humano es muy sensible a este gas,produciéndose irritaciones nasales y de la garganta cuando las

concentraciones están alrededor de 0.3 ppm y en concentracionessuperiores a 1 ppm ocurren daños más graves a los pulmones.

Otros riesgos presentes en la operación de precipitadores son la presencia departes móviles que constituyen el sistema de vibración de los electrodoscolectores, quemaduras graves y sofocación por ingresar a la cámara aún calientedel precipitador, daños en los ojos por la presencia de partículas y caídas de lasáreas elevadas del precipitador que no tienen barandas.

12 CONSIDERACIONES DE COSTOS EN EL DISEÑO YSELECCION DE PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS

El costo inicial de un precipitador electrostático depende principalmente del áreade recolección requerida, la cual como se discutió con anterioridad, depende dela eficiencia de recolección y del volumen de gas a tratar. Una vez que se conoceeste dato, se establece la configuración más apropiada del equipo. Estaconfiguración sin embargo, está restringida a cumplir ciertas especificacionescomo: relación de altura a longitud (H/L), tiempo de contacto o residencia, númerode campos y velocidad de gas. Los precipitadores constituyen una tecnologíamadura que conserva los mismos principios fundamentales desarrollados hace 20años, por ello las innovaciones en este tipo de equipos se traducen en maximizar











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la corriente de corona, mejorar la distribución del gas, optimizar las técnicas de

vibración y prevenir el retorno del material particulado recolectado a la corrientegaseosa. El cambio más drástico de la tecnología en los últimos años tiene quever con la adecuación de estos equipos para la operación en condiciones límite,es decir, para altas eficiencias de separación, manejo de sustancias tóxicas ycorrosivas así como resistencias a altas temperaturas.

La mayoría de las curvas que relacionan costo inicial de un precipitador coneficiencia requerida fueron desarrolladas hace 20 años, cuando se trabajaba enun rango de eficiencias entre 80 y 90%. En los últimos años, debido a las estrictasregulaciones ambientales, las eficiencias estándares de precipitadoreselectrostáticos se encuentran por encima de 98%, lo que se traduce en aumentosexponenciales del costo inicial de los equipos.

Según Schneider et al. (1975) y Theodore et al (1976), el costo inicial de un equipoprecipitador en el rango de 100.000 pie3 /min es de 0.80 a 1.5 $ por pie3 /min. Enel rango de 1.000.000 pie3 /min el costo inicial es aproximadamente 0.5 $ porpie3 /min. Los costos de instalación normalmente están entre 0.75 1.5 veces elcosto inicial. Los costos totales pueden llegar a estar entre 1 y 3 $ por pie3 /min.Estimados obtenidos a través del programa Questimate® (1996) y de la base dedatos del grupo de costos de Intevep S.A., indican que el costo inicial de un equipoprecipitador en el rango de 100.000 pie3 /min está entre 8.5 y 14 $ por pie3 /min,mientras que para precipitadores en el rango de 1.000.000 pie3 /min el costoinicial es de aproximadamente 18 $ por pie3 /min.

El costo operacional asociado a los precipitadores se refiere al gasto deelectricidad que se requiere para ionizar el gas, activar los sistemas de vibración(si éstos son eléctricos) y demás sistemas de control. Los costos de operación sonrelativamente bajos, estando entre 0.03 y 0.05 $/ año/ capacidad en pie3 /min. Loscostos de mantenimiento están entre 0.02 y 0.03 $/año/ capacidad en pie3 /min. Elmantenimiento comprende básicamente elementos como los vibradores, cablesde los electrodos de descarga, tolvas y sistemas de recolección de materialparticulado y controles eléctricos.

El costo teórico de operación y mantenimiento para los precipitadores está dadopor la siguiente ecuación:

$ CPCM [jtp M] (12)











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En

unidadesinglesas

En

unidadesSI

CPCM = capacidad de diseño pie3 /min m3 /min

j = requerimientos de potencia kW/CPCM kW/CPCM

t = tiempo de operación anual horas horas

p = costos de potencia $/kW hora $/kW hora

M = costos de mantenimiento $/CPCM $/KW hora

Sin duda, los mejores estimados de costos pueden obtenerse directamente de losfabricantes.

13 INFORMACION ADICIONAL QUE SE DEBE ESPECIFICAR ALA HORA DE SOLICITAR UN PRECIPITADORELECTROSTATICO AL FABRICANTE

La información que debe suplir el ingeniero, comprador o diseñador al fabricantesobre el precipitador electrostático que requiere y la aplicación de éste en planta,es en forma general la siguiente:

Información general:

En este apartado se incluye información concerniente a la localización de la planta,fecha requerida de entrega del equipo y lugar de entrega del equipo.

Información sobre la planta:

En esta sección se especifican datos referentes al proceso en el cual se incluiráel precipitador, descripción de las materias primas y elaboradas que sonprocesadas en la planta, variaciones en el suministro de estas materias,descripción y características de operación de equipos colectores de partículas, sies que existen.

Información sobre las condiciones de operación: en esta sección se incluye

información más detallada de las condiciones de operación bajo las cualestrabajará el precipitador. Se requiere especificar el volumen continuo de gas queentrará al equipo, así como los valores máximo y mínimo en que este volumen degas puede variar; condiciones de temperatura y presión, contenido de humedaden porcentaje por volumen o por peso, condición de volumen que se utilizada enel diseño del precipitador, análisis del gas, análisis químico del sólido o líquido aser colectado, incluyendo información sobre densidad, gravedad específica,análisis de distribución de tamaño de partícula y carga o concentración de materialparticulado a la entrada del equipo.











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Información sobre las condiciones del equipo:

En esta sección se especifican la eficiencia requerida de recolección y la máximaconcentración permitida a la salida de la corriente a tratar.

Información sobre diseño preliminar:

a. Referente al precipitador: se precisa información sobre el requerimiento denúmero de cámaras, caída de presión máxima permitida, presión de diseño,presión de operación, temperatura de diseño, material y espesor de lacarcasa, material y espesor de las tolvas, ángulo mínimo de inclinación delas paredes de la tolva con respecto a la horizontal (ángulo valle), tipo defondo (seco o húmedo) y capacidad de almacenamiento de sólido.

b. Referente a los componentes auxiliares: se debe especificar el tipo deestructura de soporte, aislamiento térmico, accesos a la cámara y demáspartes del precipitador, presencia y característica de los ductos yexpansiones, sistemas de control en uso, instrumentación requerida,ventiladores y válvulas para control de descarga de las tolvas.

Información sobre instalación:

a. General: se debe especificar si el equipo debe ser instalado por el fabricanteo por personal de la planta así como la fecha estimada de instalación, fechade disponibilidad del área destinada a almacenamiento de componentesdurante instalación del equipo, posibles obstáculos en el área de instalación,

y facilidades para la instalación (agua, luz, aire).b. Referente a la instalación eléctrica: se provee información referente al tipo

de corriente eléctrica disponible para el equipo y para los sistemas deinstrumentación y control (voltios, fase, ciclos, kVA).

En el anexo 2 se presenta un ejemplo de una hoja de especificación de unprecipitador electrostático.

14 INFORMACION QUE DEBE SUMINISTRAR EL FABRICANTEEl siguiente segmento se refiere, en forma general , a la información que debedetallar o confirmar el fabricante sobre el precipitador seleccionado:

a. Datos de desempeño del equipo, referentes a las condiciones de operación:flujo de gas en volumen, temperatura del gas, concentración de sólidos,concentración de agua en el gas, presión, reingreso de sólido, eficiencia derecolección garantizada a las condiciones de operación, eficiencia esperada,caída de presión, velocidad del gas dentro del precipitador y tiempo deresidencia.

b. Datos de diseño estructural del equipo: máxima cargas debidas al flujo degas, peso del equipo, sólido recolectado, temperatura y presión.











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c. Datos mecánicos de diseño: número de cámaras, número de campos,

número de fuentes de poder por campo, número de secciones “bus” porcampo, número total de secciones “bus”, arreglo de éstas, pasos de gas,espaciamiento entre los pasajes de gas, número y tipo de tolvas, inclinaciónde las paredes de la tolva, material de construcción para la tolva y la carcasa,puertas de acceso (número y colocación), techo y paredes laterales delprecipitador, material de aislamiento del equipo, ductos y transiciones y otrossistemas de distribución del flujo de gas.

d. Datos de las superficies recolectoras: tipo, presencia de baffles (tamaño ycolocación), número, tamaño y espesor de las superficies colectoras.

e. Datos de los electrodos de descarga: tipo y diámetro, longitud efectiva por

electrodo, número de electrodos por pasaje de gas, número total deelectrodos, longitud efectiva total, método de soporte, peso necesario paratensión de los cables de los electrodos (en el caso de sistema de soporte conguías y pesos) y espaciado de los electrodos en la dirección del flujo de gas.

f. Datos del sistema de vibración: tipo de vibrador (neumático, eléctrico,magnético o mecánico); cantidad y tipo de vibradores, según se trate de lassuperficies recolectoras o los electrodos de descarga, panel de control de losvibradores, variables de control para los vibradores, requerimientoseléctricos de los vibradores, máximo poder instantáneo requerido.

g. Datos eléctricos: sistema de transformadores – rectificadores (tipo, número,

tamaño), rango de voltaje promedio, inferior y superior; tipo de onda desalida, fluido de aislamiento, sistema de control para lostransformadores – rectificadores, máxima temperatura ambiente paratransformadores – rectificadores y sistemas de control, fuente de poder paralos transformadores – rectificadores, gasto de poder esperado (precipitador,vibradores y otros componentes), tipo de aislante para los soportes.











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15 ANEXOS

ANEXO 1Fig 1. VARIACION DE LA EFICIENCIA EN FUNCION DE LA RESISTIVIDAD

(tomado de “Electrostatic precipitator manual”. McDonald, J, R. y A. H. Dean., Noyes

Data Corporation,1982)

Fig 2. VARIACION DE LA VELOCIDAD DE PRECIPITACION

EN FUNCION DE LA RESISTIVIDAD

(tomado de “Industrial air pollution control equipment for particulates” L. Theodore y A.

J. Buonicore. CRC. Press 1976)











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ANEXO 2

A continuación se presenta un ejemplo de una hoja de especificación de equipo quepuede emplearse para hacer la solicitud de un precipitador electrostático al fabricante:

A.2. HOJA DE ESPECIFICACION PARA PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS

SECCION A

Información general:

1. Comprador______________________ Dirección___________________

a. Usuario (Si difiere del comprador)_____________________________

Dirección_________________________________________________

2. Localización de la planta______________________________________

3. Persona a quien se enviará la propuesta y cotización (cargo,dirección):____________________________________________________

4. Fecha requerida para entrega del equipo:_________________________

5. Lugar de entrega del equipo:____________________________________

SECCION B

Procesos de la Planta:

1. Proceso al cual será incorporado el precipitador:____________________

Horno, quemador, klink, otro:______________________________________

Datos de diseño: tipo ____________________________________________

salida continua: __________________________________

valores máximos y mínimos:________________________

2. Descripción de las materias primas o combustibles:_________________

3. Variaciones permisibles en las características de la materia prima: ______

4. Descripción y capacidad de sistema colector de partículas (si existe):____

SECCION CCondiciones de operación:

1. Volumen de gas a la entrada del precipitador (medido con tubo pitot):

a. Continuo enpie3/min:__________________a_____________ °F___________psia

b. Variación máxima en pie⋅3/min:________a________ °F_________psia

Contenido de humedad en el gas % en volumen:_______%en peso:______











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Volumen para el cual se garantizará el desempeño del precipitador, continuo o

variación máxima:____________________________________________ 2. Análisis del gas, Orsat o calculado: _______________________________

3. Análisis químico de las partículas sólidas o líquidas a ser recolectadas: densidadde bulto, gravedad específica,______________________________

a. ¿Hay muestra representativa del material? si________ no ___________

4. Análisis de tamaño de partícula del material: _______________________

5. Carga o concentración de partícula a la entrada de precipitador:________

a. Continuo en

granos/pie3:________________________________________ b. Variación máxima en granos/pie3:_____________________________

Condiciones para la cuales se garantizará desempeño del precipitador, continuoo variación máxima: _____________________________________

6. Presión barométrica o elevación de la planta: _______________________

SECCION D

Desempeño:

1. Eficiencia de recolección: ______________________________________

2. Máxima concentración de partículas permitida en la descarga:_________

SECCION E

Diseño preliminar:

1. El precipitador será instalado de acuerdo a lo especificado en el plano anexosuministrado Nº ___________________________________________

2. Caída de presión máxima permisible en el equipo, pulgadas de agua:___________

3. Requerimiento de cámara: una cámara________múltiples cámaras:____

SECCION F

Otros elementos de diseño requeridos por el comprador:

El precipitador tendrá las siguientes características estructurales:

1. Presión de operación:____________

2. Presión de diseño: ___________________________________________

3. Temperatura de diseño:__________ °F

4. Material de la carcasa:___________________espesor:_________________











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5. Material de las tolvas:_____________espesor:_____________________

6. Angulo de valle mínimo para tolvas:____ ° con respecto a la horizontal

7. Tipo de fondo: tolvas, depósito de líquido:_________________________

8. Capacidad de almacenamiento sistema recolector de fondo: ____________hr

SECCION G

Equipos auxiliares por comprador suplidor descripción

Acero de soporte _________ _________ _________

Accesos _________ _________ ________

Ductos y expansiones _________ _________ ________

Compuertas _________ _________ ________

Válvulas de las tolvas _________ _________ ________

Instrumentación: _________ _________ ________

Ventiladores y auxiliares: _________ _________ ________

Otros _________ _________ ________

SECCION H

Instalación:

1. Instalación por el comprador o por fabricante:________________________

2. Supervisión de la instalación, incluir en presupuesto:___________________

3. Arranque y pruebas iniciales incluir en presupuesto:___________________

4. Gastos de traslado de equipos requeridos para la instalación:__________

5. Período de instalación: fecha de inicio:______fecha de culminación:______

6. Información local:

Area de almacenamiento:_______distancia del lugar de instalación:________

Disponibilidad de área de almacenamiento cerrada:____________________

Obstáculos de altura en lugar de instalación:__________________________

¿Existe vía de acceso pavimentada o vía ferroviaria entre el lugar dealmacenamiento y el lugar de instalación?:___________________________

7. Responsabilidad de la instalación: comprador suplidor

Fundaciones: _______________ __________

Material a almacenar: _______________ _______________

Cableado: _______________ _______________











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Aislamiento: _______________ _______________

Ductos, compuertas, expansiones yuniones: _______________ _______________

Equipos para

instalación (grúas, plumas, etc.): _______________ _______________

Facilidades de

instalación (agua, luz, aire): _______________ _______________

Anexar una descripción de los puntos antes mencionados si no aparecen en elplano a suministrar.

8. Corriente eléctrica disponible:Para el precipitador:______________Voltios_________fase________ciclos

Para la instalación:

Para los sistemas de control:_______Voltios_________fase________ciclos

Para la instrumentación:___________Voltios_________fase________ciclos

9. ¿Anexa estándares de planta? Especificar aparte.

10. Comentarios adicionales.

16 NOMENCLATURAEn unidades

inglesasEn unidades

SI

A = área de recolección pie2 m2

a = radio de la partícula micrón micrón

CPCM = capacidad de diseño pie3 /min m3 /min

Ec = campo electrico de carga V/pie V/m

Ep = campo de precipitación V/pie V/m

j = requerimientos de potencia kW/CPCM kW/CPCM

K = constante dieléctrica de lapartícula

adim. adim.

k = medida de la desviaciónestadística de las variables

adim adim.


M = costos de manteimiento $/CPCM $/CPCM











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En unidades

SI

En unidades

inglesas




nm = número de zonas adim. adim.

p = costos de potencia $/kWh $/kWh

q = carga de la partícula Coulomb Coulomb

qs = carga máxima de la partícula Coulomb Coulomb

t = tiempo s s

t = tiempo de operación anual h h

V = flujo de gas 10e3pie3 /min 10e3m3 /min



pie/min m/min

w = velocidad de migración orecolección

pie/min m/min

wk = velocidad de migraciónequivalente

pie/min m/min

Letras griegas

θ = viscosidad del gas lb/pie s cP

λ = camino libre medio de lasmoléculas de gas

micrón micrón

= parámetro adimensional adim. adim.

π = número adimendional igual a3.1416

adim. adim.

τ = constante de tiempo de cargade la partícula

s s

ε0 = permisividad de espacio libre 2,72 x 10 – 12

F/pie8.86 x10 – 12

F/m

ρ p = densidad de la partícula sólida lb/pie3 gr/cm3

σ2 = cuadrado de la desviaciónestándar

adim. adim.











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En unidades

SI

En unidades

inglesas

Conversiones

1 cp = 6.72 e – 4 lb/pie s

1 grano/pie3 = 2.29 g/m3

1 lb = 7000 granos

1 micrón = 10 e – 6 m = 10 e – 3 m









Mdp_09_ai_05 Diseño de Precipitadores Electrostaticos

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