Una cámara de bolsas , también conocida como filtro de bolsa , filtro de bolsa o filtro de tela, es un dispositivo de control de la contaminación del aire y un colector de polvo que elimina las partículas o el gas liberado de los procesos comerciales del aire. [2] Las plantas de energía, las acerías, los productores farmacéuticos, los fabricantes de alimentos, los productores de productos químicos y otras empresas industriales a menudo utilizan cámaras de filtros para controlar la emisión de contaminantes atmosféricos. [3] Las cámaras de bolsas se generalizaron a fines de la década de 1970 después de la invención de las telas de alta temperatura (para su uso en los medios filtrantes) capaces de resistir temperaturas superiores a 350 ° F (177 ° C). [4]
A diferencia de los precipitadores electrostáticos , donde el rendimiento puede variar significativamente según el proceso y las condiciones eléctricas, las cámaras de filtros en funcionamiento suelen tener una eficiencia de recolección de partículas del 99% o mejor, incluso cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño.
La mayoría de las cámaras de filtros utilizan bolsas (o tubos) cilíndricos largos hechos de tela tejida o de fieltro como medio de filtrado. Para aplicaciones donde hay una carga de polvo relativamente baja y las temperaturas del gas son 250 ° F (121 ° C) o menos, a veces se usan cartuchos plisados no tejidos como medios de filtrado en lugar de bolsas. [5] [6]
El aire o gas cargado de polvo ingresa a la cámara de filtros a través de tolvas y se dirige al compartimiento de la cámara de filtros. El gas se extrae a través de las bolsas, ya sea por dentro o por fuera, según el método de limpieza, y se acumula una capa de polvo en la superficie del medio filtrante hasta que el aire ya no puede pasar a través de ella. Cuando se produce una caída de presión suficiente (ΔP), comienza el proceso de limpieza. La limpieza puede tener lugar mientras la cámara de filtros está en línea (filtrado) o fuera de línea (de forma aislada). Cuando el compartimento está limpio, se reanuda el filtrado normal. [7]
Las casas de bolsas son recolectores de partículas muy eficientes debido a la torta de polvo que se forma en la superficie de las bolsas. La tela proporciona una superficie en la que el polvo se acumula a través de los siguientes cuatro mecanismos: [8]
Una combinación de estos mecanismos da como resultado la formación de la torta de polvo en el filtro, que eventualmente aumenta la resistencia al flujo de gas. El filtro debe limpiarse periódicamente.
Las cámaras de filtros se clasifican según el método de limpieza utilizado. Los tres tipos más comunes de cámaras de filtros son los agitadores mecánicos, el gas inverso y el chorro de pulso. [9]
En las cámaras de filtros con agitador mecánico, las bolsas de filtro tubulares se sujetan a una placa de celdas en la parte inferior de la cámara de filtros y se suspenden de vigas horizontales en la parte superior. El gas sucio ingresa al fondo de la cámara de bolsas y pasa a través del filtro, y el polvo se acumula en la superficie interior de las bolsas.
La limpieza de una cámara de bolsas con agitador mecánico se logra agitando la barra horizontal superior de la que están suspendidas las bolsas. La vibración producida por un eje y una leva accionados por motor crea ondas en las bolsas para sacudir la torta de polvo.
Las cámaras de filtros de bolsas de agitación varían en tamaño, desde pequeños dispositivos de apretón de manos hasta unidades grandes compartimentadas. Pueden funcionar de forma intermitente o continua. Se pueden usar unidades intermitentes cuando los procesos operan por lotes; cuando se completa un lote, se puede limpiar la cámara de filtros. Los procesos continuos utilizan cámaras de filtros compartimentadas; cuando se limpia un compartimento, el flujo de aire se puede desviar a otros compartimentos.
En las casas de bolsas con agitador, no debe haber presión positiva dentro de las bolsas durante el ciclo de agitación. Las presiones tan bajas como 5 pascales (0,00073 psi) pueden interferir con la limpieza.
La relación de aire a tela para las cámaras de filtros con agitador es relativamente baja, por lo que los requisitos de espacio son bastante altos. Sin embargo, debido a la simplicidad del diseño, son populares en la industria de procesamiento de minerales.
En las cámaras de bolsas de aire inverso, las bolsas se sujetan a una placa de celda en la parte inferior de la cámara de bolsas y se suspenden de un marco de suspensión ajustable en la parte superior. El flujo de gas sucio normalmente ingresa a la cámara de filtros y pasa a través de la bolsa desde el interior, y el polvo se acumula en el interior de las bolsas.
Las cámaras de bolsas de aire inverso están compartimentadas para permitir un funcionamiento continuo. Antes de que comience un ciclo de limpieza, se detiene la filtración en el compartimento que se va a limpiar. Las bolsas se limpian inyectando aire limpio en el colector de polvo en dirección inversa, lo que presuriza el compartimento. La presión hace que las bolsas colapsen parcialmente, lo que hace que la torta de polvo se agriete y caiga en la tolva de abajo. Al final del ciclo de limpieza, se interrumpe el flujo de aire inverso y el compartimento vuelve a la corriente principal.
El flujo del gas sucio ayuda a mantener la forma de la bolsa. Sin embargo, para evitar el colapso total y el roce de la tela durante el ciclo de limpieza, se cosen anillos rígidos en las bolsas a intervalos.
Los requisitos de espacio para una cámara de filtros de aire inverso son comparables a los de una cámara de filtros con agitador; sin embargo, las necesidades de mantenimiento son algo mayores.
En las cámaras de filtros de chorro de pulso inverso, las bolsas individuales están sostenidas por una jaula de metal (caja de filtro), que se sujeta a una placa de celda en la parte superior de la cámara de filtros. El gas sucio ingresa desde el fondo de la cámara de filtros y fluye desde el exterior hacia el interior de las bolsas. La jaula de metal evita el colapso de la bolsa. La cámara de filtros puls-jet fue inventada por MikroPul (actualmente parte del grupo Nederman y sigue siendo un importante proveedor de soluciones de filtración) en la década de 1950.
Las bolsas se limpian mediante una breve ráfaga de aire comprimido inyectado a través de un colector común sobre una fila de bolsas. El aire comprimido es acelerado por una boquilla venturi montada en la parte superior de la bolsa de la cámara de filtros de chorro inverso. Dado que la duración de la ráfaga de aire comprimido es corta (aproximadamente 0,1 segundos), actúa como una burbuja de aire que se mueve rápidamente, recorriendo toda la longitud de la bolsa y haciendo que las superficies de la bolsa se flexionen. Esta flexión de las bolsas rompe la torta de polvo y el polvo desprendido cae en una tolva de almacenamiento que se encuentra debajo.
Los colectores de polvo de chorro de pulso inverso pueden operarse continuamente y limpiarse sin interrumpir el flujo porque la ráfaga de aire comprimido es muy pequeña en comparación con el volumen total de aire polvoriento a través del colector. Debido a esta característica de limpieza continua, los colectores de polvo de chorro inverso generalmente no están compartimentados.
El breve ciclo de limpieza de los colectores de chorro inverso reduce la recirculación y la redeposición de polvo. Estos colectores proporcionan una limpieza y reacondicionamiento de bolsas más completos que los métodos de limpieza con agitador o con aire inverso. Además, la función de limpieza continua les permite operar en proporciones más altas de aire a paño, por lo que los requisitos de espacio son menores.
Un temporizador secuencial digital enciende la válvula solenoide a intervalos establecidos para inyectar aire en el tubo de soplado y limpiar los filtros.
Algunas cámaras de filtros tienen instaladas bocinas ultrasónicas para proporcionar una vibración adicional para aumentar la limpieza del polvo. Los cuernos, que generan ondas sonoras de alta intensidad en el extremo inferior del espectro ultrasónico , se encienden justo antes o al comienzo del ciclo de limpieza para ayudar a romper los enlaces entre las partículas en la superficie del medio filtrante y ayudar a eliminar el polvo.
Además de los métodos de limpieza de la cámara de filtros más comunes, existe una forma relativamente nueva de utilizar la jaula del filtro de mangas. La opción de jaula mecánica giratoria consiste en una jaula fija unida a la placa de la celda. Además de la jaula mecánica fija, hay una jaula anidada dentro de la jaula fija que se puede accionar para limpiar el interior de la bolsa de filtro. Esta acción de limpieza logra el mismo efecto deseado de crear un bulto que desaloja las partículas a medida que se mueve la jaula. [10]
Se utilizan dos tipos de secuencia principal para limpiar las cámaras de filtros:
Las cámaras de filtros que se limpian de forma intermitente se componen de muchos compartimentos o secciones. Cada compartimento se cierra periódicamente de la corriente de gas sucio entrante, se limpia y luego se vuelve a poner en línea. Mientras el compartimento individual está fuera de lugar, la corriente de gas se desvía del área del compartimento. Esto hace que sea innecesario detener el proceso de producción durante los ciclos de limpieza.
Los compartimentos de la cámara de filtros se limpian continuamente y siempre se filtran. Una ráfaga de aire comprimido interrumpe momentáneamente el proceso de recolección para limpiar la bolsa. Esto se conoce como limpieza por chorro de pulso. La limpieza con chorro de pulso no requiere desconectar los compartimentos. Las cámaras de bolsas de limpieza continua están diseñadas para evitar el apagado completo durante el mantenimiento de las bolsas y fallas en el sistema primario.
El rendimiento de la cámara de filtros depende de la temperatura del gas de entrada y salida, la caída de presión, la opacidad y la velocidad del gas . La composición química , la humedad, el punto de rocío ácido y la carga de partículas y la distribución del tamaño de la corriente de gas también son factores esenciales.
La caída de presión, el arrastre del filtro, la relación aire-tela y la eficiencia de recolección son factores esenciales en el diseño de una cámara de filtros.
Las bolsas de filtro de tela son tubos ovalados o redondos, típicamente de 15 a 30 pies (4,6 a 9,1 m) de largo y de 5 a 12 pulgadas (130 a 300 mm) de diámetro, hechos de material tejido o fieltro. [11] Dependiendo del contenido químico y / o de humedad de la corriente de gas, su temperatura y otras condiciones, las bolsas pueden construirse con algodón, nailon, poliéster, fibra de vidrio u otros materiales. [12]
Los materiales no tejidos son de fieltro o de membrana. Los materiales no tejidos se adhieren a un respaldo tejido (malla). Los filtros de fieltro contienen fibras colocadas al azar sostenidas por un material de respaldo tejido (malla). En un filtro de membrana, se une una membrana delgada y porosa a la malla. Las técnicas de limpieza de alta energía, como el chorro de pulso, requieren telas afieltradas.
Los filtros tejidos tienen un patrón repetido definido. Los métodos de limpieza de bajo consumo energético, como la agitación o el aire inverso, permiten utilizar filtros tejidos. Varios patrones de tejido, como el tejido liso , el tejido de sarga o el tejido de satén, aumentan o disminuyen la cantidad de espacio entre las fibras individuales. El tamaño del espacio afecta la resistencia y la permeabilidad del tejido. Un tejido más apretado se corresponde con una baja permeabilidad y, por lo tanto, una captura más eficiente de partículas finas.
Las bolsas de aire inversas tienen anillos anti-colapso cosidos para evitar panqueques cuando se aplica energía de limpieza. Las bolsas de filtro de chorro de pulso están sostenidas por una jaula de metal, que mantiene la tela tensa. Para prolongar la vida útil de las bolsas de filtro, se puede adherir una capa delgada de membrana de PTFE (teflón) al lado de filtrado de la tela, evitando que las partículas de polvo se incrusten en las fibras del medio filtrante. [13]
Algunas casas de bolsas usan filtros de cartucho plisados, [14] similar a lo que se encuentra en los sistemas domésticos de filtración de aire. Esto permite un área de superficie mucho mayor para un mayor flujo a costa de una complejidad adicional en la fabricación y limpieza.
Precipitador electroestático
Colector de polvo