Grupo Estudios de Medio Ambiente Laboratorio de Química - Facultad Regional Rafaela Química Mente Año 5 - Noviembre-Diciembre 2015 Editorial En el Boletín de Noviembre-Diciembre de Química Mente, continuamos desarrollando el tema contaminación ambiental, en esta oportunidad métodos de control de partículas. Como en ediciones anteriores además presentamos futuros Congresos y Jornadas, que pueden ser de su interés. Agradecemos su participación y esperamos sus aportes e inquietudes, deseando que disfruten de nuestra propuesta. Laboratorio de Química UTN Rafaela. Contenido: Control de Partículas 2 Próximos Eventos 7 Receso 9
Página 2 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE Métodos para el control de partículas Separación por gravedad. Precipitación electroestática. Ciclones. Filtros de tela. Colectores húmedos. En general, el control de partículas contaminantes del aire implica pasar la corriente de gas que contiene las mismas a través de una cámara y permitir que una fuerza actúe sobre las partículas para sacarlas de la corriente de gas. El método a seleccionar depende de varios factores, incluso la naturaleza de la operación de la planta, si la emisión es cíclica o continua, y si es probable que varíe a diferentes horas del día. Esto es importante ya que algunos colectores de polvo son más adecuados para operación discontinua que otros y otros son inadecuados para su uso con emisiones variables. También se requiere información acerca de la naturaleza de las partículas, sus dimensiones, forma, densidad, estado (si es líquido o sólido), composición química y conductividad eléctrica. Para finalizar, es necesario conocer las propiedades del gas en el cual las partículas se encuentran suspendidas, en particular su temperatura y composición química. Separación por gravedad. La planta más simple de limpieza de gas para partículas es la que utiliza la gravedad para remover las mismas de la corriente de gas. Consiste en hacer entrar el gas en una cámara de gran sección, por lo que éste disminuye su velocidad de forma tal que el tiempo de permanencia de la partícula en la cámara es suficiente para que sedimente. El dispositivo, llamado cámara de sedimentación por gravedad, permite que las partículas se asienten fuera de la corriente de gas dentro de tolvas colectoras, mientras que los gases pasan a través de la cámara a una velocidad reducida. El método sólo es útil para remover partículas de diámetro mayor a 100 mm; las partículas más pequeñas requerirán que la cámara de sedimentación sea larga. Las partículas más pequeñas constituyen la vasta mayoría de las partículas problema debido a su capacidad de mantenerse flotando en el aire, por ello se deben utilizar otros métodos para su remoción. Las ventajas de este método son que las cámaras son sencillas de diseñar y mantener; y que el costo energético y la pérdida de carga son bajos. Sin embargo, pueden constituir un problema, en ocasiones importante, el gran espacio que requieren. Dadas estas características, las cámaras de sedimentación se emplean muchas veces como métodos de limpieza previa para el caso de cargas muy altas.
Página 3 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS Precipitación electroestática Estos sistemas se basan en la capacidad de las partículas de rodearse de una envolvente electrónica de un determinado signo y la posibilidad posterior de ser atraídas por un electrodo de signo opuesto. Se puede conseguir una precipitación más efectiva con el uso de fuerzas electroestáticas de mayor intensidad que las que dependen de la gravedad. Una partícula cargada repele un alambre o una placa de carga similar y es atraída por una carga opuesta, por lo general conectada a tierra, que puede ser un tubo o una placa. Los precipitadores electroestáticos se utilizan extensamente para recolección de partículas a gran escala; por ejemplo, para el polvo de cemento de los hornos de calcinación de cemento; para colectar gotas discretas de bruma de ácido sulfúrico en las plantas de ácido, para ceniza volátil en las estaciones de energía y en la mayor parte de otras situaciones donde se tratan grandes volúmenes de gases y que se deben lograr eficiencias elevadas. Debido a la gran escala de estas unidades y a los voltajes muy elevados que se utilizan, todos estos procesos se llevan a cabo en forma automática. Entre las principales desventajas se pueden citar el costo de instalación inicial, el cual es elevado y la sensibilidad a las variaciones de carga de partículas y a los flujos de gas. A pesar de estos problemas, los precipitadores electroestáticos modernos que operan bajo condiciones favorables pueden lograr eficiencias del 99% o superiores en la recolección de partículas finas, menores de 0,01 mm de diámetro. Estos precipitadores también se pueden construir de acuerdo con la eficiencia que se requiera, lo cual permite un ahorro considerable en su costo. Ciclones Es un dispositivo sencillo que se utiliza extensamente para polvos relativamente gruesos tales como el aserrín que se produce durante el labrado de la madera. Existen diversos tipos, todos ellos se basan en la formación de una corriente de torbellinos en el interior del ciclón, lo que hace que las partículas pierdan energía por choques con las paredes y terminen depositándose. En el ciclón convencional, los gases sucios entran en la cámara cilíndrica en la cual se le ha adaptado tangencialmente una sección inferior cónica. Los gases giran hacia abajo, y en el fondo del cono, donde se ha fijado como accesorio una tolva, invierten su dirección mientras permanecen girando y al final salen a través de un conducto colocado al centro del ciclón. Las partículas de polvo que han girado hacia abajo y hacia afuera debido al movimiento de la capa exterior de gases, terminan por depositarse en la tolva inferior. Con respecto a la limpieza industrial de gases, los ciclones son útiles para partículas que miden más de 10 mm de diámetro; por debajo de este diámetro la eficiencia para un rendimiento razonable decae considerablemente.
Página 4 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS Los ciclones pueden constar de una sola cámara o estar formados por varias cámaras en paralelo o en serie, con lo que se consigue aumentar, respectivamente, la capacidad de volumen a tratar y la eficiencia. Este hecho permite que puedan diseñarse colectores ciclónicos para gran variedad de volúmenes de gas y cargas de contaminantes, lo que los convierte en instrumentos de gran versatilidad. La eficiencia de los ciclones es mayor cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre las partículas. Esta fuerza depende de la masa de las partículas y de la velocidad del gas en el ciclón y es inversamente proporcional al diámetro del mismo. El tamaño de las partículas que se retienen es general superior a 15-20 mm, aunque con determinados equipos, denominados ciclones de alta eficiencia, pueden llegar a retenerse partículas de hasta 5 mm el rendimiento no es muy alto, se consiguen como máximo valores en torno al 80%. Este tipo de método es también sencillo de diseñar y mantener; tampoco presenta pérdidas de carga muy importantes y puede trabajar a cualquier temperatura, limitada únicamente por el material con el que están construidos. Entre las desventajas que poseen podemos mencionar la necesidad de elevado espacio vertical, aunque precisan poca superficie, y su sensibilidad a las variaciones de carga del contaminante y del flujo de gas. Filtro de tela. En este tratamiento se provoca que el gas efluente fluya a través del material del filtro y que las partículas se remuevan sobre este material. Los mecanismos que intervienen en el filtro de tela son más complejos que el tamizado directo de las partículas para separarlas de la corriente de aire. Esto se prueba por medio de las eficiencias elevadas que se obtienen al colectar partículas, las cuales son más pequeñas que los intersticios en la tela del filtro. Un filtro es un material poroso sobre el que las partículas se retienen a medida que el gas a depurar lo atraviesa. Puede estar constituido por cualquier material que sea compatible con el gas, y puede disponerse de múltiples formas: telas o bolsas, lechos, colchones, etc. Sobre la superficie de la tela, se construye una capa de partículas y se forma una costra, la cual incrementa la eficiencia de los filtros pero disminuye la velocidad del flujo. Por consiguiente, la maraña de filtro se tiene que remover a intervalos mediante agitación de la tela o al invertir el flujo de aire, o ambos. La tela, la cual puede ser trenzada o de fieltro, por lo habitual se ordena en tubos o en hojas extendidas que se apoyan sobre estructuras de alambre. Está compuesto por grupos de tubos o camisas extendidas que están separadas en secciones donde se puede llevar a cabo el proceso de limpieza por separado. Así, el filtro de tela puede continuar funcionando mientras se está limpiando una sección; entonces las secciones restantes toman por completo el flujo de gas.
Página 5 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS Todas las instalaciones de filtro grandes trabajan en forma automática; debido a su estructura básica sencilla sólo necesitan: ocasionalmente mantenimiento, reemplazo de tubos rasgados y atención a fallas mecánicas. Las telas que constituyen el filtro pueden ser muy variadas, poliésteres, poliamidas -se emplea mucho el nylon-, fibra de vidrio, lana, etc. la selección de una u otra vendrá determinada por la naturaleza química del gas a depurar y por las condiciones de temperatura y humedad. Las ventajas más destacables de este tipo de sistema son su buen rendimiento para un espectro de tamaños de partícula bastante amplio, su capacidad para manejar materiales sólidos muy diversos y la disponibilidad de varios métodos de limpieza y medios filtrantes, lo que flexibiliza su diseño. Entre las desventajas se puede mencionar la necesidad de enfriar los gases hasta temperaturas capaces de ser soportadas por el tejido filtrantes antes de atravesarlos, la vulnerabilidad de los tejidos a los ataques químicos, y la práctica imposibilidad de manejar materiales higroscópicos o gases húmedos, que podrían llevar a la formación de costras sobre el tejido. Colectores húmedos o scrubbers. En general, emplean un líquido de lavado (puede ser agua o una disolución) que circula, en la mayor parte de los modelos, en sentido opuesto al flujo gaseoso y que retiene las partículas transportadas por el mismo, así como una cierta cantidad de gases contaminantes. Todos los sistemas lavadores presentan problemas de corrosión y de formación de deposiciones, además, los contaminantes se trasladan a los efluentes líquidos, lo que implica su necesidad de tratamiento y la consiguiente aparición de lodos. El consumo energético puede ser también elevado, debido a la necesidad de conseguir una buena dispersión de la fase líquida. En este tipo de sistemas es de gran importancia el contacto entre las partículas y el líquido de lavado. Este contacto tiene lugar por distintos efectos, entre los que cabe destacar el impacto directo de las partículas con el líquido, siendo en principio el impacto más probable cuanto más pequeña sea la gota (aunque existe un tamaño óptimo de gota para un tamaño dado de partícula). Por lo tanto, todos los métodos disponibles tratan de conseguir una buena atomización de las gotas de líquido.
Página 6 MÉTODOS PARA EL CONTROL DE PARTÍCULAS Los tipos de colectores húmedos más frecuentes son: Lavadores de cámara. Son torres de aspersión en las que el gas cargado con partículas entra en la cámara y choca con gotas de líquido de lavado, producidas por boquillas adecuadas situadas a través del espacio que atraviesa el flujo de gas. En general, las cámaras de aspersión llevan siempre un eliminador de neblinas. Pueden también incorporar placas de choque para incrementar el tiempo de contacto gaslíquido y, consiguientemente, aumentar la eficacia del proceso. Lavadores ciclónicos. Son semejantes a los ciclones secos, pero en este caso se les incorpora una serie de boquillas por las que se pulveriza el líquido de lavado. Las gotitas de líquido cargadas de polvo se ven sometidas a una fuerza centrífuga que las lanza contra la pared húmeda del ciclón y fluyen por ésta hasta el fondo. Las desventajas que presenta son similares a las de las cámaras. Lavadores por inercia. En este tipo de sistemas la energía de la corriente gaseosa a tratar se utiliza para provocar la pulverización del líquido de lavado. Los más comunes son los llamados lavadores Venturi. El líquido entra en el Venturi a una velocidad relativamente baja y allí se encuentra con la corriente gaseosa, que entra a gran velocidad y lo atomiza. Las partículas finas impactan con las gotas de líquido y se eliminan. Se ha comprobado que la eficacia del proceso aumenta con el aumento de la velocidad relativa partícula/gota, por lo que son esenciales las velocidades de entrada del gas. Lavadores de relleno. Son torres en las que se emplea un relleno convencional como anillos raschig, rejillas, etc., con el fin de conseguir una gran superficie, lo que aumenta la posibilidad de eliminación de las partículas por el líquido lavador, que se hace pasar en contracorriente.
Página 7 Próximos Eventos AÑO 2016 32º Congreso Latinoamericano de Química - CLAQ 2016 y XXXI Jornadas Chilenas de Química. Concepción, Chile. 19 al 22 de enero. http://www.schq.cl/claq2016 10º Congreso Internacional de Educación Superior Universidad 2016 La Habana, Cuba. 15 al 19 de febrero. http://www.congresouniversidad.cu/inicio 2º Congreso Interamericano de Cambio Climático México, 14 al 16 de marzo. http://www.congresosaidis.unam.mx Congreso Interamericano de Agua Potable y Saneamiento Rural AIDIS Santiago de Chile, Chile, el 21 y 22 de abril. http://webext.iingen.unam.mx/aidiscongresos/index.php/ci/chile16
Página 8 Próximos Eventos III Conferencia Panamericana de Sistemas de Humedales para el Tratamiento y Mejoramiento de la Calidad del Agua Santa Fe, 16 al 19 de mayo. http://www.fiq.unl.edu.ar/conferenciahumedales2016 XXV Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo Río Cuarto, 27 de junio al 01 de julio. http://www.congresosuelo2016.org.ar IX Congreso Argentino de Hidrogeología San Fernando del Valle de Catamarca, 20 al 23 de Septiembre. http://iah-aih.mx/wp-content/uploads/2015/05/ix-congreso-argentno-de- Hidrogeologia.pdf Congreso Latinoamericano y Argentino de Microbiología Lima, Perú. 26 al 30 de septiembre. http://ladhi2016.org Congreso Latinoamericano y Argentino de Microbiología Rosario, 26 al 30 de septiembre. http://www.alam-cam2016.aam.org.ar
Página 9 RECESO DE VERANO Aprovechamos para comunicarles que el Laboratorio de Química permanecerá cerrado desde el día 25 de enero hasta el día 09 de febrero de 2016, inclusive. Muchas gracias
Página 10 Dra. M. Cecilia Panigatti Lic. Rosana Boglione Lic. Carina Griffa Bioq. Fabiana Gentinetta Ing. M. Celeste Schierano Lic. Melina Asforno Jorgelina Allegrini Gastón Veliz Pedro Ercole Juan Gregoris Franco Pereyra Integrantes del Laboratorio de Química
Grupo Estudios de Medio Ambiente Laboratorio de Química - Facultad Regional Rafaela Química Mente Año 5 - Noviembre-Diciembre 2015 Gracias por su tiempo Nos encontramos en la próxima edición... Para recibir Química Mente por correo electrónico puede subscribirse enviando un mail a: laboratorio.quimica@frra.utn.edu.ar Contacto: Acuña 49 (2300) Rafaela Santa Fe Argentina. T.E. 03492 43-2702 Int: 106