Tema 10 Métodos de control de emisiones II
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- Soledad Velázquez Ávila
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1 Tema 10 Métodos de control de emisiones II 10.1 Control de emisión de primarias De dos tipos: 10.1 Control de emisión de primarias: Colectores de pared Colectores por división Arrastrar las hacia una pared, donde son recogidas Colectores de pared: 1- Sedimentadores por gravedad 2- Separadores centrífugos 3- Precipitadores electrostáticos Dividir el flujo total en flujos más pequeños Divisores: 1- Filtros de superficie 2- Filtros de profundidad 3- avadores de (scrubbers) CA: Tema 10 1 CA: Tema Colectores de pared Sedimentadores por gravedad Se basan en hacer pasar el aire a través de una cámara de gran capacidad en donde la velocidad de flujo es pequeña y uniforme. as caen por la fuerza de gravedad a la pared inferior Flujo entrada v t v x Flujo salida Asunciones comunes a los dos modelos (flujo en bloque y flujo de mezclado total): la velocidad horizontal V x de las es la misma en cualquier posición de la cámara (uniforme) particulas son de mismo tamaño (homogéneas) de modo que caen en todo el volumen de la cámara a su velocidad terminal V t y repartidas uniformemente a la entrada de la cámara, particulas depositadas no se vuelven a arrastrar. Dos posibilidades de flujo en bloque de flujo con mezcla total CA: Tema 10 3 CA: Tema 10 4
2 Flujo en bloque: no hay mezclado vertical Flujo con mezcla total: Hay un gradiente de concentración en la dirección horizontal (con mezcla total en la dirección vertical) V x = dx/dt z y x H W v t v x Fracción de controladas : R b = h 0 /H = V t / (V x H) Si se cumple la ley de Stokes: Caso límite = h 0 ρ η partícula controlada partícula escapada CA: Tema 10 5 V x V x... Por integración: dc = -c f Fracción de captadas en dx f = dz/h = V t dx /( V x H) y por tanto = 1 exp(-v t /(V x H)) = 1 exp(-r b ) dx CA: Tema 10 6 Comparación de flujo en bloque y con mezcla vertical Eficiencia * en la colección de : d / µ R b * Eficiencia = fracción de captadas Más eficiente para flujo en bloque Diámetro de corte: diámetro para el que la eficiencia vale 0.5 (50% de las estan captadas). Separadores centrífugos Aprovechan la existencia de una fuerza centrífuga para arrastrar las hacia una pared. Por ello son más eficientes que los separadores por simple gravedad r v tg v c v tc Fuerza centrífuga: F c = m v c2 /r = π/6 d 3 ρ p v c2 /r a eficiencia del separador vendrá dada por la velocidad terminal de la partícula en dirección hacia la pared CA: Tema 10 7 CA: Tema 10 8
3 Para determinar la velocidad terminal igualamos fuerza de arrastre (Stokes) a fuerza centrífuga, procedimiento análogo al llevado en la determinación de la velocidad de sedimentación de en aire (Tema 6): D 0 D e El ciclón es el tipo de separador centrífugo más usado F s v c F c = m v c2 /r ey de Stokes: F s = 3 π η d v r Velocidad terminal: v t = d 2 ρ p v c2 /(18 η r) W i H El cálculo de la eficiencia de un ciclón es análogo al de un separador por gravedad con sólo tener en cuenta las siguientes equivalencias: Ejemplo 10.1: Calcular la velocidad terminal de una partícula de diámetro 1 µ en un separador centrífugo con v c = 18 m/s. (Datos: viscosidad del aire a 20 o C, cp; densidad de las, 2 g cm -3, radio del ciclón: 1m) Gravedad H V x Centrífugo W i N π D 0 V c CA: Tema 10 9 X Número de vueltas alrededor del eje. Normalmente N=5 CA: Tema Eficiencia de un ciclón: Comparativa entre las eficiencias de ambos tipos de separador: Flujo en bloque: R b = V t N π D 0 / W i V c Flujo con mezcla: = 1 exp(-r b ) π ρ = η Ejemplo 10.2: Calcular la eficiencia de un ciclón con W i = 15 cm, V c = 18 m/s y N = 5, para de d = 1 µ. a densidad específica es de 2 g/cm 3, y la viscosidad del aire kg m -1 s -1 Ejemplo 10.3: os multiciclones, un conjunto de ciclones miniaturizados por los que el flujo pasa en paralelo, son más eficientes en la captación: Si consideramos un ciclón grande con eficiencia de captura del 30% para de 3 µ, cuál es la eficiencia para un conjunto de ciclones de misma geometría pero con todas dimensiones de la mitad (V c se mantiene igual!) CA: Tema Sedimentador por gravedad d / µ R b Ciclón d / µ R b CA: Tema 10 12
4 Separadores electrostáticos 2 H Aire limpio a fuerza que arrastra las hacia la pared es electrostática Vista desde arriba V x 2 H Aire con h Eficiencia: Flujo en bloque R b = V t / V x H; Flujo con mezcla: = 1 exp(-r b ) Cálculo de la velocidad terminal: Campo eléctrico Diferencia de potencial aplicada: V V t V x F R (V ) q E q E F R (V t ) = 0 Carga de la partícula CA: Tema CA: Tema Cálculo de la carga e - e - e - e - e - E 0 e - e - e - Campo eléctrico local cerca del hilo q = 3 π ε / (ε+2) ε 0 d 2 E 0 ; para d > 0.15 µm Constante dieléctrica de la partícula (4-8 para sólidas) C V -1 m -1 Ejemplo 10.4: calcular la carga, en unidades de carga del electrón, que adquiere una partícula de 1 µm de diámetro al entrar en un separador electrostático para el que el campo eléctrico es 300 KV/m y ε=6 Fuerza sobre la partícula: q E = 3 π ε / (ε+2) ε 0 d 2 E 0 E 3 π ε / (ε+2) ε 0 d 2 E 2 2 H A = h h R b = w / V x H = w A / Q Caudal volumétrico Q = V x H h (entre hilos y 1 placa) = 1 e-w A /Q d / µr b Ciclón Colector electrostático d / µm ey de Stokes: 3 π η d V t = 3 π ε / (ε+2) ε 0 d 2 E 2 V t = w= d ε 0 E 2 ε / (ε+2) / η Ejemplo 10.5: calcular la velocidad terminal para la partícula del ejemplo CA: Tema CA: Tema 10 16
5 Resumen colectores de pared Colectores por división De gravedad Eficiencia radio de corte / µm 50 coste Filtros de superficie (tamices) Filtros de profundidad avadores de (scrubbers) Centrífugos 5 Electrostáticos 0.5 Centrífugos: V t = K d 2 Electrostáticos: V t =K d CA: Tema CA: Tema Filtro de superficie Cuarto de sacos de sacudida y desinflado Aire con torta Aire limpio Aire limpio P x Relación entre velocidad de flujo, V f, y caída de presión, P V f = Q/A = - P/η/[( x/k) torta +( x/k) filtro ] Permeabilidad, normalmente ( x/k) filtro es constante = α Aire con Tamices de paño (dejan pasar el aire, retienen las ) Colector donde se recogen las sólidas en la limpieza de los tamices CA: Tema CA: Tema 10 20
6 Cuarto de sacos de chorros pulsantes Filtros de profundidad d 0 N s = (d 2 ρ v) / (18 η d 0 ) = x s /d 0 Ejemplo cotidiano: filtros en los cigarrillos de boquilla CA: Tema CA: Tema Eficiencia, R tira cilindro esfera Ejemplo 10.7: Una fibra cilíndrica de 10 µm de diámetro se coloca perpendicular a una corriente gaseosa que se mueve a v = 1 m/s. El gas contiene de d = 1 µm y con concentración 1 mg/m 3. Calcular la velocidad de captura de en la fibra. Ejemplo 10.8: Un filtro consiste en una fila de fibras paralelas como las del ejemplo anterior, colocadas perpendicularmente al flujo. El espacio entre fibras es igual a cinco veces el diámetro de la fibra. Calcular la eficiencia del filtro (suponer que el espacio entre fibras es suficiente como para que el flujo por cada una de ellas no se vea afectado por los otras) Número de separación, N s Ejemplo 10.9: Un filtro consiste en 100 filas de fibras como las del ejemplo anterior, colocadas en serie. Estas filas están lo suficientemente alejadas entre ellas como para que el flujo sea uniforme entre ellas. Calcular la eficiencia del filtro. CA: Tema CA: Tema 10 24
7 avadores de (scrubbers) Captura de en una lluvia 50 µ d g Concentración de : c, (M -3 ) y Número de gotas por unidad de tiempo: N g 0.5 µ Volumen de líquido por unidad de tiempo y de área, Q /A = (N g d g3 π)/ (6 x y) gas + Separador Gas + líquido avador gas-líquido gas limpio (ciclón) íquido limpio Separador sólido-liquido íquido + a un ciclón z x ln c/c 0 = - ( 1.5 R Q t) / (d g A) Eficiencia de captura de de una esfera que se mueve contra un flujo de gas. Depende de N s CA: Tema CA: Tema avador de flujo cruzado Q ln c/c 0 = - ( 1.5 R Q z) / (d g ) avador de flujo coordinado Punto de inyección del líquido y V g Q Q V rel o R z dc/c = -(1.5 R Q ) / (d g Q G ) V rel /(V g -V rel ) dx Q x x CA: Tema CA: Tema 10 28
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