Tema 10 Métodos de control de emisiones II

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Antonia Plaza Crespo
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1 Tema 10 Métodos de control de emisiones II 10.1 Control de emisión de partículas primarias: Colectores de pared Colectores por división 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 1

2 10.1 Control de emisión de partículas primarias De dos tipos: Arrastrar las partículas 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- Lavadores de partículas (scrubbers) 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 2

3 Sedimentadores por gravedad Colectores de pared Se basan en hacer pasar el aire a través de una cámara de gran capacidad en donde la velocidad de flujo disminuye. Las partículas caen por la fuerza de gravedad a la pared inferior Flujo entrada v x Flujo salida v t Dos posibilidades de flujo en bloque de flujo con mezcla total 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 3

4 Flujo en bloque: la velocidad horizontal V x de las partículas es la misma en todas las posiciones de la cámara z v x y x H W L v t v x v x Caso límite h 0 partícula controlada partícula escapada Fracción de partículas controladas : R b = h 0 /H = V t L / (V x H) Si se cumple la ley de Stokes: R b = L g d 2? p / (H V x 18?) 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 4

5 Flujo con mezcla total: Hay un gradiente de concentración en la dirección horizontal (con mezcla total en la dirección vertical) V x = dx/dt V x V x... dx dc = -c? f Hay que hacer una integración: Fracción de moléculas captadas en dx f = h 0 /H = V t dx /( V x H) y por tanto R m = 1 exp(-v t L/(V x H)) = 1 exp(-r b ) 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 5

6 Comparación de flujo en bloque y con mezcla vertical Eficiencia * en la colección de partículas: d /? R b R m Más eficiente para flujo en bloque * Eficiencia = fracción de partículas que logran atravesar el colector para un diámetro dado 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 6

7 Separadores centrífugos Aprovechan la existencia de una fuerza centrífuga para arrastrar las partículas hacia una pared. Por ello son más eficientes que los separadores por simple gravedad Fuerza centrífuga: r v c v tc F c = m v c2 /r =?/6 d 3? p v c2 /r v tg La eficiencia del separador vendrá dada por la velocidad terminal de la partícula en dirección hacia la pared 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 7

8 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 partículas en aire (Tema 6): v c Ley de Stokes: F s = 3?? d v r F s F c = m v c2 /r Velocidad terminal: v t = d? p v c2 /(18? r) Ejemplo 10.1: Calcular la velocidad terminal de una partícula de diámetro 1? en un separador centrífugo con v c = 18 m/s. (Datos: viscosidad del aire a 20 o C, 1.8?10-2 CP; densidad de las partículas, 2 g cm -3 ) 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 8

9 D 0 D e El ciclón es el tipo de separador centrífugo más usado 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: Gravedad H L Centrífugo W i N? D 0 V x V c X Número de vueltas alrededor del eje. Normalmente N=5 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 9

10 Eficiencia de un ciclón: Flujo en bloque: R b = V t n? D 0 / W i V c Flujo con mezcla: R m = 1 exp(-r b ) R b =? NV c d 2? p / 9 W i? Ejemplo 10.2: Calcular la eficiencia de un ciclón con W i = 15 cm, V c = 18 m/s y N = 5, para partículas de d = 1? 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 10

11 Comparativa entre las eficiencias de ambos tipos de separador: Sedimentador por gravedad Ciclón d /? R b R m d /? R b R m /05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 11

12 L 2 H Separadores electrostáticos Aire limpio La fuerza que arrastra las partículas hacia la pared es electrostática h Aire con partículas Diferencia de potencial aplicada:? V 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 12

13 Vista desde arriba V x 2 H Eficiencia: Flujo en bloque R b = V t L / V x H; Flujo con mezcla: R m = 1 exp(-r b ) L Cálculo de la velocidad terminal: Campo eléctrico V x F R (V) q E F R (V t ) = 0 V t q E Carga de la partícula 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 13

14 Cálculo de la carga Campo eléctrico local cerca del hilo q = 3?? / (?+2)? 0 d 2 E 0 ; para d > 0.15?m e - e - e - e - E 0 e - e - e - e - Constante dieléctrica de la partícula (4-8 para partículas sólidas) 8.85? C V -1 m -1 Ejemplo 10.4: calcular la carga, en unidades de carga del electrón, que adquiere una partícula de 1?m de diámetro al entrar en un separador electrostático para el que el campo eléctrico es 300 KV/m y?=6 Fuerza sobre la partícula: q E = q 3?? / (?+2)? 0 d 2 E 0 E? q 3?? / (?+2)? 0 d 2 E 2 Ley de Stokes: 3?? d V t = q 3?? / (?+2)? 0 d 2 E 2? V t = w= d? 0 E 2? / (?+2) /? Ejemplo 10.5: calcular la velocidad terminal para la partícula del ejemplo /05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 14

15 2 H R b = w L / V x H = w A / Q L Caudal volumétrico Q = V x H L R m = 1 e-w A /Q Ciclón Colector electrostático A = L h h d /? R b R m d /?m R m /05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 15

16 Resumen colectores de pared Eficiencia radio de corte /?m coste De gravedad 50 Centrífugos 5 Electrostáticos /05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 16

17 Colectores por división Filtros de superficie (tamices) Filtros de profundidad Lavadores de partículas (scrubbers) 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 17

18 Aire con partículas torta Aire limpio Filtro de superficie Relación entre velocidad de flujo, V f, y caída de presión,?p V f = Q/A = -? P/?/?(? x/k) torta +(? x/k) filtro?? P? x Permeabilidad, normalmente (? x/k) filtro es constante =? 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 18

19 Cuarto de sacos de sacudida y desinflado Aire limpio Tamices de paño Aire con partículas (dejan pasar el aire, retienen las partículas) Colector donde se recogen las partículas sólidas en la limpieza de los tamices 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 19

20 Cuarto de sacos de chorros pulsantes 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 20

21 Filtros de profundidad d 0 N s = (d 2? v) / (18? d 0 ) = x s /d 0 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 21

22 0.75 tira Eficiencia, R 0.5 esfera 0.25 cilindro Número de separación, N s 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 22

23 Ejemplo 10.7: Una fibra cilíndrica de 10?m de diámetro se coloca perpendicular a una corriente gaseosa que se mueve a v = 1 m/s. El gas contiene partículas de d = 1?m y con concentración 1 mg/m 3. Calcular la velocidad de captura de partículas 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) 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. 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 23

24 Lavadores de partículas (scrubbers) 50? 0.5? a un ciclón gas + Separador partículas Gas + líquido Lavador gas-líquido gas limpio (ciclón) Líquido limpio Separador sólido-liquido Líquido + partículas 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 24

25 Captura de partículas en una lluvia d g Concentración de partículas: c, (M L -3 )? y Número de gotas por unidad de tiempo: N g Volumen de líquido por unidad de tiempo y de área, Q L /A = (N g d g3?)/ (6? x? y)? z ln c/c 0 = - ( 1.5 R Q L? t) / (d g A)? x Eficiencia de captura de partículas de una esfera que se mueve contra un flujo de gas. Depende de N s 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 25

26 Lavador de flujo cruzado Q L ln c/c 0 = - ( 1.5 R Q L? z) / (d g Q g )? y Q g Q g? z Q L? x 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 26

27 Lavador de flujo coordinado Q g Punto de inyección del líquido Q g V g Q L Q L V rel o R dc/c = -(1.5 R Q L ) / (d g Q G ) V rel /(V g -V rel ) dx x 04/05/2004 Contaminación Atmosférica. Tema 10 27

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