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• Jerry Delgado

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TEMA 1 ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (parte II)

TEMA 1. ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS 3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.1. Introducción Fundamento: Fuerzas mecánicas débiles PRETRATAMIENTOS (DP>5µm)


Cámaras de gravedad




Separadores inerciales o de impacto




Separadores ciclónicos

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD •

Descripción:

Entrada de gas sucio

Salida de gas limpio Tolvas de recogida de polvo

• Ventajas y limitaciones • Aplicaciones DP> 100 micras

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD •

Principios teóricos de operación y ecuaciones básicas: - Flujo Pistón - Distribución uniforme de PS - Régimen laminar - Partículas retenidas al alcanzar el fondo de la cámara. No reintegración. B

Vh H Vt Entrada de gas a tratar

Vh Hi

Salida de gas limpio

Vti

L

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD Partículas:

ts =

Aire:

H

ts ≤ tr

Vt

tr =

L Vh

=

LBH Q


Tamaño mínimo de separación total

D min

= (

18 µ Q 1/2 ) g ( ρP − ρg ) B L

[1.3]


Eficacia (fraccional)

η Di

H = i′ H

[1.4]

ηD =

g DP 2 ( ρP − ρg ) B L 18 µ Q

[1.5]

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD Diámetro de corte (D50)

D50 =

9µQ g ( ρP - ρg ) B L

 Diseño:
Velocidad del gas ≤ 3 m/s
H = 0.5 a 0.9 m EJEMPLO 1.2

[1.6]

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD  Pérdida de carga Valores bajos

ρ g v 2x  L   ∆P = f + K IN + K OUT  [1.7] 2g  R h 

Σf1

Σf2

Σf3

(Rh = sección de paso/perímetro)

K IN

 BH   =   At 

2

A   K OUT = 0.451 − t  ≈ 0.45  BH 

f = 0.000135 + 0.099Re h Donde:

Re h =

Dh vxρg µg

−0.3

≈ 0.01 (Dh=4Rh)

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD  Otros aspectos

H H’

Salida de gas limpio

Entrada de gas sucio Cámara de HOWARD

ηD i

Hi H i (N + 1) H i′ = ' = = H H H (N + 1)

[1.8] (Ejemplo 1.3)

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD  Otros aspectos: costes (EPA, 2000) a) Equipo: 330 a 11000 $ por m3/s b) Operación y mantenimiento anual: 13 a 470 $ / m3 s

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.3. SEPARADORES INERCIALES O DE IMPACTO •

Descripción: Gas limpio

Gas limpio

Gas a tratar

Gas a tratar Gas a tratar

Sólido captado Gas limpio

Gas limpio

Sólido captado

Sólido captado

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS •

Descripción:

Salida de gas limpio

HC Entrada de gas a tratar S

LC De BC

SC DC

ZC

JC

Salida de sólido

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS •

Descripción:

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS •

Análisis matemático y eficacia: Velocidad terminal (campo centrífugo y régimen laminar):

Vt =

DP 2ρ p Vg2 18µr

Partículas:

ts =

Aire:

Bc 18µBc r = 2 Vt DP ρ p Vg2

2π rN t tr = Vg

ts ≤ tr Diámetro mínimo de separación total:

D min =(

9µBc 1/2 ) πVg N t ρ p

[1.9]

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Eficacia fraccional teórica de captación:

ηi =

D 2Pi πVg N t ρ p 9µBc

Cálculo de eficacia fraccional conociendo D50 1 D log ηi = log + 2 log Pi 2 D50

[1.11]

100 Eficacia teórica

80

ηD

60 50 Eficacia real

40 30

20

0,3

0,4 0,5

0,7

1,0

2 D / D50

3

4

5

6 7 8 9 10

[1.10]

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Eficacia fraccional de captación basada en datos experimentales: (Leith y Licht)

(

η i = 1 − exp − A ⋅ D P

B

)

[1.12]

• Factores que influyen sobre la eficacia:
Viscosidad del gas
Densidad del sólido
Tamaño del ciclón
Caudal de gas
Velocidad del gas: Aumento inercia ☺ Disminución del tiempo de residencia  Remolinos  Mayor pérdida de presión 

Optimo: 15 m/s aprox

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Tipos de ciclones y dimensiones estandarizadas • Convencionales • Alta eficacia • Alto caudal

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Pérdida de carga

∇P =

1 2 Vg ρ g H v 2

KH c Bc Hv = D c2

[J/m ] 3

( K entre 12 y 18 )

Diseño Cálculo de DC y resto de dimensiones: Caso a) Dato: D50

Dc =

2 14 V g ρ p D50

µ

[1.13]

[1.14]

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Diseño Caso b) Dato: ηG exigida

DC

[1.14]

SI Disminuir DC

D50

Fig.

ηD

ηG,calculada ≤ηG,exigida? NO FIN

Distribución diferencial

[1.1]

ηG

= ∑ xD η D

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Multiciclones -Serie (aumento progresivo de eficacia)

-Paralelo Requieren perfecta distribución de gas para mantener idénticas ∆P

Salida de gas limpio

Entrada de gas a tratar

3. SEPARADORES MECÁNICOS 3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS Otros aspectos -Ciclones húmedos Mayor eficacia Mayor coste por gestión del agua

- Costes (EPA, 2000) a) Equipo: 4500 a 7500 $ por m3/s b) Operación y mantenimiento anual: 1500 a 18000 $/ m3 s