tesis de grado filtro de mangas

7/27/2019 Tesis de Grado Filtro de Mangas

1/368

ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de laProduccin

Pruebas Experimentales en un Filtro de Mangas Tipo Pulse

Jet del Laboratorio de Calidad del Aire de la FIMCP

TESIS DE GRADO

Previo a la obtencin del Ttulo de:

INGENIERO MECNICO

Presentada por:

Oscar Arturo Donoso Baquerizo

GUAYAQUIL ECUADOR

Ao: 2010


2/368

AGRADECIMIENTO

A todas las personas

que de uno u otro modo

colaboraron en la

realizacin de estetrabajo y especialmente

al Ing. Mario Patio A.

Director de Tesis, por

su invaluable ayuda.


3/368

DEDICATORIA

A DIOS

A MIS PADRES

A MIS HERMANOS

A MI ESPOSA

A MIS HIJOS


4/368

TRIBUNAL DE GRADUACIN

_________________ ______________

Ing. Francisco Andrade S. Ing. Mario Patio A.

DECANO DE LA FIMCP DIRECTOR DE TESIS

PRESIDENTE

_________________

Dr. Alfredo Barriga R.

VOCAL


5/368

DECLARACIN EXPRESA

La responsabilidad del contenido de esta Tesis deGrado, me corresponde exclusivamente; y el

patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA

SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL

(Reglamento de Graduacin de la ESPOL)

_________________________

Oscar Arturo Donoso Baquerizo


6/368

RESUMEN

El Filtro de Mangas ubicado en el Laboratorio de Calidad del Aire de la

FIMCP form parte de la Tesis de Grado Clculo y Diseo Fluidodinmico

de un Filtro de Mangas (Tipo Pulse Jet) para Partculas Minerales de Origen

Industrial elaborado en el periodo 2000 - 2001 y cuyo autor es el Ing.

Germn Peralta Castillo.

Para el desarrollo de su Tesis, el Ing. Peralta construy este equipo, para

verificar experimentalmente las variables involucradas en el diseo de filtros

de mangas tales como: cada de presin, caudal, concentracin de

partculas, masa, eficiencia de filtracin, seleccin de vlvulas, potencia del

ventilador, etc. utilizando para ello como material filtrante polister y como

polvo contaminante cemento, para as obtener el mejor diseo posible que se

ajuste con los requerimientos de las condiciones locales.

El presente trabajo es una extensin a esta investigacin, donde se

desarrollaron seis diseos diferentes de filtros de mangas y cuyos resultados

fueron verificados o comprobados por medio de la elaboracin de seis

pruebas experimentales piloto correspondientes utilizando para ello la

combinacin de tres tipos de medios filtrantes (polister, polipropileno y


7/368

homopolmero acrlico) con dos tipos de polvos contaminantes (cemento y

harina).

Unas vez realizadas las pruebas de laboratorio, se pudo establecer que este

equipo verifica o comprueba de manera aceptable los criterios de diseo

involucrados en el diseo de un filtro de mangas, o tambin puede ser

utilizado para evaluar el funcionamiento de un filtro de mangas existente (de

una industria por ejemplo), por lo que este banco de pruebas puede ser

utilizado con seguridad en la evaluacin de otros equipos o verificar el diseo

de otras combinaciones tela - polvo.

Para un mejor desempeo del equipo, se le realizaron mejoras mecnicas y

tecnolgicas para hacer de ste un equipo, verstil, funcional y didctico, y

que, a travs de la automatizacin de su funcionamiento pueda ser ms

eficiente y capaz de evaluar los parmetros involucrados en el diseo de

cualquier combinacin tela - polvo para la filtracin de aire.

Este trabajo se lo complement con la elaboracin de una gua experimental

para realizar prcticas de laboratorio, dirigido a aquellos estudiantes

interesados en tomar los cursos de Contaminacin y Calidad del Aire y de


8/368

Diseo de Sistemas de Control de la Contaminacin del Aire pertenecientes

a la especializacin de Medio Ambiente de la FIMCP,

En esta gua de laboratorio se describe paso a paso la metodologa de

trabajo a seguir y la obtencin de datos y resultados que le permitan al

estudiante desarrollar el pensamiento crtico para discernir sobre los diversos

parmetros involucrados en el diseo de filtros de mangas.


9/368

NDICE GENERAL

Pg.

RESUMEN........................................................................................................II

NDICE GENERAL..........................................................................................III

ABREVIATURAS............................................................................................IV

SIMBOLOGA...................................................................................................V

NDICE DE FIGURAS.....................................................................................VI

NDICE DE TABLAS......................................................................................VII

NDICE DE PLANOS..VIII

INTRODUCCIN..............................................................................................1

CAPTULO 1

1. CARACTERSTICAS DEL FILTRO DE MANGAS PROTOTIPO....4

1.1 Antecedentes.....4

1.2 Caractersticas del Prototipo.......6

1.3 Parmetros de Diseo Terico y Real del Filtro actual14

1.4 Combinaciones de la Relacin Tela Contaminante...17

CAPTULO 2

2. PARMETROS DE DISEO DE LOS FILTROS...................19


10/368

2.1. Velocidad de Filtracin (Relacin Gas Tela)...19

2.2. Cada de Presin.23

2.3. Caractersticas del Flujo de Gas...37

2.4. Temperatura de Operacin38

2.5. Caractersticas de las Partculas..39

CAPTULO 3

3. EVALUACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO40

3.1. Diseo de los Filtros 1, 2 y 3 para el Contaminante A..40

3.1.1. Determinacin de la Velocidad de Filtracin y rea Neta

de Tela.......42

3.1.2. Seleccin del Medio Filtrante..45

3.1.3. Determinacin del Nmero de Mangas.47

3.1.4. Anlisis del Sistema de Limpieza Pulse Jet (Seleccin

de Vlvulas)...49

3.1.5. Determinacin de la Cada de Presin de Diseo..61

3.1.6. Determinacin de la Potencia del Ventilador63

3.1.7. Tabulacin de Resultados...65

3.2. Diseo de los Filtros 1, 2 y 3 para el Contaminante B..67

3.2.1. Determinacin de la Velocidad de Filtracin y rea Neta

de Tela68

3.2.2. Seleccin del Medio Filtrante..71


11/368

3.2.3. Determinacin del Nmero de Mangas.73

3.2.4. Anlisis del Sistema de Limpieza Pulse Jet (Seleccin

de Vlvulas)...75

3.2.5. Determinacin de la Cada de Presin de Diseo..86

3.2.6. Determinacin de la Potencia del Ventilador89

3.2.7. Tabulacin de Resultados...90

CAPTULO 4

4. ANLISIS EXPERIMENTAL DE LOS FILTROS.....92

4.1. Anlisis Experimental de los Filtros 1, 2 y 3 para el

Contaminante A...92

4.1.1. Similitud Dimensional del Filtro Prototipo con el Filtro

Real (Caudal y Cada de Presin).....93

4.1.2. Datos y Resultados Obtenidos en la Prueba Experimental...96

4.1.2.1. Obtencin del Caudal...97

4.1.2.2. Obtencin de la Concentracin de Entrada101

4.1.2.3. Prueba de Filtracin para determinar las Constantes

de Filtracin.108

4.1.2.4. Determinacin de la Eficiencia Promedio de

Recoleccin y Tiempo de Filtracin.120

4.1.2.5. Determinacin de la Eficiencia de Coleccin Total...130

4.1.2.6. Determinacin de la Cada de Presin Real..141


12/368

4.2. Anlisis Experimental de los Filtros 1, 2 y 3 para el

Contaminante B.145

4.2.1. Similitud Dimensional del Filtro Prototipo con el Filtro Real

(Caudal y Cada de Presin).146

4.2.2. Datos y Resultados Obtenidos en la Prueba Experimental.149

4.2.2.1. Obtencin del Caudal.150

4.2.2.2. Obtencin de la Concentracin de Entrada154

4.2.2.3. Prueba de Filtracin para determinar las Constantes

de Filtracin.162

4.2.2.4. Determinacin de la Eficiencia Promedio de

Recoleccin y Tiempo de Filtracin.174

4.2.2.5. Determinacin de la Eficiencia de Coleccin Total...184

4.2.2.6. Determinacin de la Cada de Presin Real..195

CAPTULO 5

5. GUA EXPERIMENTAL PARA PRCTICAS DE LABORATORIO200

5.1. Prctica No 1: Prueba de Filtracin para determinar las

Constantes de Filtracin..200

5.2. Prctica No 2: Determinacin de la Eficiencia Promedio de

Recoleccin y Tiempo de Filtracin...208

5.3. Prctica No 3: Determinacin de la Eficiencia de Coleccin

Total y Cada de Presin Real213


13/368

CAPTULO 6

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..219

APNDICES

BIBLIOGRAFA


14/368

ABREVIATURAS

Hp Caballo de Fuerzacm CentmetroC Grado CentgradoF Grado Fahrenheitg/cm3 Gramo por Centmetro Cbicog/m2 Gramo por Metro Cuadradog/m3 Gramo por Metro Cbicogr/ft3 Grano por Pie Cbicog Gravedad (9.81 m/s2)Hz Hertz

Kg KilogramoKg/m3 Kilogramo por Metro CbicoLb LibraLb/ft2 Libra por Pie CuadradoLb/ft3 Libra por Pie CbicoLb/pulg2 Libra por Pulgada Cuadrada (psi)Lt LitroLt/min Litro por MinutoMPa Megapascalm2 Metro Cuadradom3/min Metro Cbico por Minuto

m Metro Linealm/min Metro por Minutom/s Metro por Segundom Micra o Micrmetromm Milmetromm2 Milmetro Cuadradoms Milisegundomin Minutooz OnzaPa Pascal


15/368

Pi (3.14159265358979)ft2 Pie Cuadrado

ft3/min Pie Cbico por Minutoft Pie Linealft/min Pie por Minutopulg Pulgada LinealPulg H2O Pulgada de AguaRPM Revoluciones por Minutos Segundo


16/368

SIMBOLOGA

H AlturaB AnchoA reaAe rea del Tubo de Entrada al FiltroAs rea del Tubo de Salida del FiltroAm, AMANGA rea Lateral de una MangaANETA rea Neta de Tela de FiltracinS ArrastreSe Arrastre del Filtro LimpioPs Cada de Presin a travs de la EstructuraPf Cada de Presin a travs de la Tela LimpiaPp Cada de Presin a travs del Pastel de PolvoP Cada de Presin TotalQD Caudal de DiseoQe Caudal de Entrada al FiltroQs Caudal de Salida del FiltroQgas Caudal del GasPVC Cloruro de PoliviniloCv Coeficiente de Relacin de Flujo VolumtricoC Concentracin

Ce Concentracin de EntradaCs Concentracin de SalidaKe Constante de Extrapolacin en Grfica W vs SAC Corriente AlternaWc Densidad de rea de Polvo RecicladoWo Densidad de rea de Polvo ltimamente DepositadoL Densidad de Capa de Polvop Densidad de PartculaW Densidad de Polvog Densidad del Gas


17/368

Dimetro

Dp Dimetro de PartculaDe Dimetro del Tubo de Entrada al FiltroDs Dimetro del Tubo de Salida del Filtrodg,masa Dimetro Medio Geomtrico de Masa de PartculaT Diferencial de Tiempo de Respuesta del Pulso Eficiencia de Coleccin GlobalEr Eficiencia de Recoleccin en TolvaE EspesorFS Factor de SeguridadX(x) Funcin de Entrada de un Sistema de ControlY(x) Funcin de Salida de un Sistema de Control

L LongitudMt Masa Colectada en TolvaMe Masa de Entrada o Flujo de Masa de EntradaM2 Masa de Recipiente + Polvo o Masa del Filtro + PolvoMs Masa de Salida o Flujo de Masa de SalidaM1 Masa del Recipiente o Masa del FiltroMf Masa Final de Tanque + PolvoMi Masa Inicial de Tanque + PolvoN NmeroNMANGAS Nmero Total de Mangas de un FiltroKs Pendiente en Grfica W vs S

K2 Permeabilidad de la Capa de PolvoKp Permeabilidad de la Capa de PolvoKf Permeabilidad del Filtro LimpioK Permeabilidad del Filtro o de la Capa de Polvo% PorcentajePot PotenciaP PresinPe Presin de Entrada al FiltroPs Presin de Salida del FiltroPj Presin del Pulso de LimpiezaPa Presin Neumtica de Entrada al Sistema en Tanque de

CompensacinPn Presin Neumtica de Salida en ToberasPm Presin Neumtica en la Vlvula SolenoideXp Profundidad de la Capa de PolvoXf Profundidad del Filtro LimpioX Profundidad del Filtro o de la Capa de PolvoPLC Programa de Control Lgico (Programing Logical Control) Rapidez de Accin del Pulso(K2)C Resistencia Especfica del Polvo Reciclado


18/368

K2 Resistencia Especfica del Polvo RecientementeDepositado

SMC Shimbashi Minato-Ku CorporationT Temperaturat TiempoB9 Tiempo de Activacin de la Electrovlvula (Programacin

del PLC)B13 Tiempo de Activacin del Timbre (Programacin del PLC)Te Tiempo de Energizacin de la Vlvula SolenoideTf Tiempo de FiltracinB7 Tiempo de Filtracin (Programacin del PLC)Tc Tiempo de LimpiezaTm Tiempo de MezcladoB5 Tiempo de Mezclado Inicial (Programacin del PLC)T2 Tiempo de RespuestaT1 Tiempo de VacoTp Tiempo del PulsoV VelocidadVf Velocidad de FiltracinVg Velocidad del GasVe Velocidad en el Tubo de Entrada al FiltroVs Velocidad en el Tubo de Salida del FiltroV Velocidad Superficial de Filtracin

g Viscosidad del GasV Voltaje


19/368

NDICE DE FIGURAS

Figura Pg.

2.1 Curva Tpica de Funcionamiento de un Filtro de Mangaspara Diferentes Grados de Limpieza 31

3.1 Esquema de Sistema de Control de Lazo Abierto 513.2 Esquema de Sistema de Control de Lazo Cerrado 513.3 Proporciones de Relacin de Presiones y Tiempos

de Accin de la Vlvula Solenoide 553.4 Vlvula Solenoide Marca SMC Modelo VXF2150-06-1-G ...603.5 Esquema de Sistema de Control de Lazo Abierto ...77

3.6 Esquema de Sistema de Control de Lazo Cerrado 773.7 Proporciones de Relacin de Presiones y Tiemposde Accin de la Vlvula Solenoide 80

3.8 Vlvula Solenoide Marca SMC Modelo VXF2150-06-1-G 864.1 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travs

del Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Cemento + Polister .116

4.2 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travsdel Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Cemento + Polipropileno 117

4.3 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travs

del Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Cemento + Homopolmero Acrlico 118

4.4 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Cemento + Polister 127

4.5 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Cemento + Polipropileno 128


20/368

Figura Pg.

4.6 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Cemento + Homopolmero Acrlico 129

4.7 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travsdel Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Harina + Polister .170

4.8 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travsdel Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Harina + Polipropileno 171

4.9 Comportamiento de la Formacin de Pastel a travsdel Aumento del Arrastre de las Partculas para laCombinacin Harina + Homopolmero Acrlico 172

4.10 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Harina + Polister 181

4.11 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Harina + Polipropileno 182

4.12 Grfico Eficiencia de Recoleccin Vs Tiempo deLimpieza para obtener el Punto ptimo de Operacinpara la Combinacin Harina + Homopolmero Acrlico 183


21/368

NDICE DE TABLAS

Tabla Pg.

I Parmetros de Diseo Terico y Real del Filtro Actual 16II Caractersticas de Diseo de los Filtros para Cemento 66III Caractersticas de Diseo de los Filtros para Harina 91IV Mediciones de Velocidad del Ventilador de Succin

a la Entrada del Filtro para Cemento 99V Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtro

para la obtencin de la Concentracin a la Entradadel Filtro para la Combinacin Cemento + Polister 104

VI Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Entradadel Filtro para la Combinacin Cemento + Polipropileno 105

VII Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Entradadel Filtro para la Combinacin Cemento + HomopolmeroAcrlico 106

VIII Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Pruebade Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para laCombinacin Cemento + Polister 112

IX Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Prueba

de Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para laCombinacin Cemento + Polipropileno 113

X Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Pruebade Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para laCombinacin Cemento + Homopolmero Acrlico 114

XI Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinCemento+ Polister 123


22/368

Tabla Pg.

XII Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinCemento+ Polipropileno 124

XIII Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinCemento+ Homopolmero Acrlico 125

XIV Mediciones de Velocidad del Ventilador de Succina la Salida del Filtro para Cemento 132

XV Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Cemento + Polister 135

XVI Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Cemento + Polipropileno 136

XVII Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Cemento + Homopolmero Acrlico 137

XVIII Mediciones de Velocidad del Ventilador de Succina la Entrada del Filtro para Harina 152

XIX Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Polister 158

XX Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Polipropileno 159

XXI Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Homopolmero Acrlico 160

XXII Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Pruebade Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para la

Combinacin Harina + Polister 166XXIII Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Pruebade Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para laCombinacin Harina + Polipropileno 167

XXIV Datos de Cada de Presin obtenidos durante la Pruebade Filtracin para Siete Intervalos de Filtracin para laCombinacin Harina + Homopolmero Acrlico 168


23/368

Tabla Pg.

XXV Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinHarina+ Polister 177

XXVI Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinHarina+ Polipropileno 178

XXVII Datos de Pesaje de Masa en Tanque y Tolva yResultados de Eficiencias obtenidos para Cincodiferentes Tiempos de Limpieza para la CombinacinHarina+ Homopolmero Acrlico 179

XXVIII Mediciones de Velocidad del Ventilador de Succina la Salida del Filtro para Harina 186

XXIX Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Polister 189

XXX Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtropara la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Polipropileno 190

XXXI Datos de Medicin de la Masa Promedio en Papel Filtro

para la obtencin de la Concentracin a la Salida del Filtropara la Combinacin Harina + Homopolmero Acrlico 191


24/368


25/368

INTRODUCCIN

El presente trabajo tiene como objetivo fundamental evaluar las condiciones

de operacin del Filtro de Mangas de la FIMCP y que sirva como banco de

pruebas experimentales a los alumnos de la Especializacin de Medio

Ambiente de la Facultad, para lo cual se le han hecho mejoras mecnicas y

tecnolgicas para hacer de ste un equipo funcional y didctico, y que, atravs de la automatizacin de su funcionamiento pueda ser ms eficiente y

capaz de evaluar los parmetros involucrados en el diseo de cualquier

combinacin tela - polvo para la filtracin de aire.

Para alcanzar este objetivo, este trabajo se lo ha dividido en seis captulos

que abarcan lo siguiente: (1) Descripcin de las partes constituyentes del

Filtro de Mangas de la FIMCP; (2) Descripcin de los parmetros empleados

en el Diseo de los Filtros; (3) Diseo de los Filtros 1, 2 y 3 tanto para el

Contaminante A como para el Contaminante B; (4) Evaluacin del Filtro para

estos seis diseos; (5) Elaboracin de una Gua de Prcticas de Laboratorio;

(6) Conclusiones y Recomendaciones.

El primer captulo hace una descripcin de los diferentes elementos

constituyentes del equipo tales como el tanque de agitacin y mezcla de


26/368

2

polvo, la carcasa metlica donde se aloja la manga y que constituye el

cuerpo principal del filtro, la tolva metlica de recoleccin de polvo con el cual

permite determinar la eficiencia de recoleccin de materia prima y su

reutilizacin en el proceso productivo, el ventilador que succiona el aire con

polvo y que est ubicado en la zona de aire limpio, la electrovlvula que

proporciona el pulso de aire comprimido para la limpieza de la manga, etc.

El segundo captulo hace una descripcin de los parmetros empleados en el

diseo de los filtros tales como velocidad de filtracin (Relacin Gas-Tela),

cada de presin, rea neta de tela, nmero de mangas, caractersticas del

flujo de gas y de partculas, temperatura de operacin, etc.

El tercer captulo tiene que ver con el diseo de seis diferentes

combinaciones de tela-polvo, en los cuales se tomarn en consideracin los

parmetros descritos en el segundo captulo.

El cuarto captulo involucra la verificacin por medio de pruebas

experimentales piloto estos seis diseos diferentes, utilizando para ello los

mismos tipos de tela y de polvo descritos en el tercer captulo.


27/368

3

El quinto captulo contempla la elaboracin de una gua experimental para la

realizacin de prcticas de laboratorio, donde se describe paso a paso la

metodologa de trabajo y est dirigido a aquellos estudiantes interesados en

tomar los cursos de la especializacin de Medio Ambiente de la FIMCP.

El sexto captulo hace referencia a las conclusiones derivadas de este

trabajo, mencionando los objetivos alcanzados y las ventajas y limitaciones

encontradas en el banco de pruebas, por lo que se establece algunas

recomendaciones a implementar en el equipo para mejorar su desempeo.


28/368

CAPTULO 1

1. CARACTERSTICAS DEL FILTRO DE MANGASPROTOTIPO.

1.1. Antecedentes.

Este banco de pruebas se encuentra ubicado en el Laboratorio de

Calidad del Aire de la FIMCP el cual fue diseado y construido por

el Ing. Germn Peralta Castillo como parte de su Tesis de Grado

elaborado en el ao 2001.

En dicho equipo la elaboracin de las pruebas experimentales se

realizaron con procesos automatizados de la secuencia de filtrado

del aire y que consista en el encendido y apagado del ventilador


29/368

5

de succin y de la electrovlvula para la limpieza de la manga. Se

implement un control electrnico (timer) de caractersticas

similares a los de la marca SMC (Shimbashi Minato-Ku

Corporation) modelo VXFC (12) para dirigir estos procesos

automatizados por medio de una computadora. Se usaba un

ventilador pequeo para el agitado y mezcla del polvo, su uso era

manual y su funcionamiento era independiente del control

electrnico.

Este equipo dispona para el ingreso del polvo al sistema de un

tanque plstico (H=50cm; =40cm) el mismo que se encontraba

conectado al filtro por medio de un tubo de PVC (L=50cm;

=105mm). En dicho tanque se depositaba el polvo y se lo

agitaba manualmente usando el ventilador pequeo ubicado en la

boca del tanque, luego de lo cual se generaba la nube de polvo

necesaria para que el ventilador succione la mezcla.

Al evaluar el estado actual del equipo, este se encontraba fuera de

servicio con el control electrnico daado, por lo que fue necesario

llevarlo a un laboratorio de electrnica de la ciudad para su

rehabilitacin. El ventilador pequeo al que se hace mencin no


30/368

6

estaba en el banco de pruebas al momento de evaluar el equipo,

por lo que se lo consider descartado para el presente proyecto; el

tanque de agitacin tambin estaba daado, por lo que se us otro

de igual material y dimensiones para los ensayos.

Se comprob que el motor del ventilador necesitaba de un

rebobinado por cuanto su devanado estaba quemado; la

electrovlvula, el ventilador y la carcasa metlica se encontraban

en buenas condiciones. La manga ubicada dentro de la carcasa

era de polister, estaba muy usada y colmatada de polvo por lo

que fue reemplazada en los ensayos realizados.

1.2. Caractersticas del Prototipo.

El equipo rehabilitado tiene los siguientes componentes principales

y complementarios a mencionar (Ver en el Apndice E las fotos de

los diferentes componentes aqu descritos):

Un PLC (Programing Logical Control) marca Siemens LOGO

230RC con 8 canales de entrada y cuatro de salida, el cual una

vez programado e instalado ejecut las rutinas de trabajo. Ver

en el Apndice G las caractersticas tcnicas del PLC. Dicho

dispositivo controla al ventilador de succin y a los dos


31/368

7

ventiladores pequeos de agitacin y mezclado, la

electrovlvula y la secuencia de filtracin. El PLC est instalado

en un panel de control fijado a la pared de la carcasa metlica

y dispone de sus respectivos breakers de seguridad en caso de

ocurrir voltajes excesivos.

Un panel de control de plstico (H=45cm; B=40cm; E=20cm),

el cual dispone de una tapa transparente abatible que permite

ver al PLC y sus accesorios. En dicha tapa se encuentra

ubicado el switch que permite realizar dos opciones a saber:

o Abre y cierra, permite la secuencia de filtracin sin

activacin de la electrovlvula.

o Abre, permite la secuencia de filtracin con activacin de

la electrovlvula.

Se aclara que el PLC no es encendido ni apagado con este

switch. El switch que energiza el banco de pruebas y por ende

al PLC se encuentra ubicado en la parte posterior del ventilador

de succin, al cual estn conectados dos tomacorrientes, uno

para el compresor y el otro para el foco de iluminacin o la

balanza electrnica, los cuales se mencionarn ms adelante.

El equipo se conecta a un tomacorriente de pared cercano con

salida de 110V AC.


32/368

8

Un ventilador de tipo centrfugo marca Carrier modelo

51FLC218 y colocado a la salida del aire limpio (ventilador de

succin) con un motor elctrico de 1/4Hp de potencia.

Una electrovlvula que es una vlvula solenoide de dos vas

con tamao de orificio de 1/2 pulgada marca Airtac, modelo 2V-

130-15-AC110V. Esta vlvula es capaz de proveer un pulso de

limpieza de 80psi a la manga, con un ciclo de apertura y cierre

de 250ms. Ver en el Apndice I las caractersticas tcnicas de

la electrovlvula.

Un manmetro de presin (0 85psi) instalado en la tubera de

alimentacin de PVC (=20mm) de aire comprimido justo

antes de la electrovlvula, para verificar que la presin

suministrada por el compresor sea de 80psi.

Un compresor de aire, que permitir la alimentacin de los

80psi de aire comprimido a la electrovlvula.

Un tanque de plstico (H=50cm; =40cm), el cual tiene dos

funciones a saber: agitacin y mezcla del polvo con el aire

succionado por el ventilador. Este tanque est conectado con

la carcasa metlica por medio de un tubo de PVC (L=50cm;

=105mm).

Una tapa transparente de plstico (H=70cm; B=60cm;

E=5mm), el cual se lo utiliza para tapar la boca del tanque y


33/368

9

evitar que el polvo salga, debido a la agitacin que provocan

los ventiladores pequeos. Adems, sirve para visualizar que el

polvo est continuamente en movimiento y que los ventiladores

no se atasquen con el polvo que mueven. Se debe mencionar

que cuando est funcionando la electrovlvula, es necesario

ponerle unos contrapesos encima para evitar que el pulso de

aire levante la tapa y el polvo salga.

Una base (H=20cm) construida con ngulos metlicos

(dimensin de los ngulos: H=25mm; E=3mm), el cual sirve de

asiento al tanque de agitacin para que el tubo de entrada de

PVC (=105mm) est al mismo nivel de la entrada al filtro,

para que el tubo permanezca en posicin horizontal.

Dos ventiladores de caja (H=12cm; B=12cm; E=5cm) marca

EVL modelo VN-593 de 2300 RPM, ubicados dentro del

tanque, uno fijo en la parte superior del tanque y el otro mvil,

en contacto directo con el polvo depositado; stos se encarga

de agitar el polvo para favorecer la homogeneidad de la mezcla

con el aire. Se debe sealar que se hicieron pruebas para

determinar la Concentracin de Entrada Ce del aire con polvo

que entra a la manga, ya que es el dato principal inicial para el

clculo de los diferentes parmetros del filtro.


34/368

10

Un velmetro Alnor Serie 6000 para hacer la medicin de

presin en pulgadas de agua en las tuberas de entrada y

salida de PVC (=105mm) del filtro durante la filtracin pero

sin limpieza de la manga. En esta etapa se calcula la cada de

presin P y luego se obtendr el Grfico S vs W para obtener

las constantes del filtro, Ke y Ks. Con estas constantes se

determina la cada de presin real del filtro sin sistema de

limpieza. Adicionalmente, con el velmetro se determina la

velocidad promedio de aire del ventilador en las tuberas de

entrada y salida, para as calcular el caudal respectivo. Ver en

el Apndice J el manual de manejo del velmetro.

Una tolva metlica de recoleccin de polvo (H=27cm; B=28cm;

E=22cm;), que se encuentra ubicado en la parte inferior de la

carcasa metlica, donde se colecta el polvo producto de la

limpieza de la manga debido al pulso de aire comprimido. En

esta etapa se calcula la eficiencia de recoleccin o reutilizacin

de materia prima y el tiempo ptimo de filtracin del equipo.

Esta tolva posee una tapa metlica abatible en su base, para el

retiro del polvo colectado.

Un crcamo plstico (H=40cm; B=20cm; E=30cm) colocado

debajo de la tolva, para recoger el polvo colectado.


35/368

11

El cuerpo principal o carcasa metlica donde reside la manga,

es una estructura rectangular (H=1.50m; B=22cm; E=28cm),

con un visor transparente de plstico (H=95mm; B=105mm),

para ver la manga y como sta se colmata de polvo conforme

es filtrado el aire. A dicha recmara estn conectados el tanque

de agitacin y mezcla y el tubo de salida del aire limpio de PVC

(L=2.00m; =105mm), el mismo que est conectado al

ventilador; en esta recmara se producir el filtrado de aire. En

el extremo superior y dentro de la carcasa hay dispuesto un

foco de iluminacin para observar con mayor claridad la manga

a travs del visor. Este foco se lo enciende y apaga

manualmente.

Una canastilla cilndrica (L=1.50m; =150mm) de varilla

metlica (=3mm), que sirve como soporte interno a la manga

y que permite darle la suficiente rigidez cuando reciba el pulso

de aire comprimido. Dentro de la canastilla, en el extremo

superior, se encuentra ubicado un venturi que recibe el pulso

de aire y crea una onda de choque que flexiona la manga y

afloja la capa de polvo que tiene adherida. La manga junto con

la canastilla entran por el extremo superior de la carcasa.

Tres tipos de mangas a utilizar en los experimentos las cuales

se detallan a continuacin:


36/368

12

1. Polister

2. Polipropileno

3. Homopolmero Acrlico

Las especificaciones tcnicas de estas tres mangas se

encuentran en el Apndice D (Tablas F, G y H). Estas mangas

fueron importadas de Buenos Aires, Argentina y suministradas

por la empresa R.M. Seguridad Ambiental, la cual se contact

mediante la pgina web y correo electrnico siguientes:

www.rmseguridad.com.ar [email protected].

Todas las mangas tienen el mismo peso por unidad de rea,

500g/m2, y las mismas dimensiones las cuales se ajustan a las

requeridas por el filtro, L=1.50m y =150mm. Dichas telas

fueron seleccionadas en funcin de la temperatura de

operacin, tipo de limpieza y caractersticas de los polvos a

utilizar.

Abertura de 2 mm aproximadamente, ubicada en el tubo de

salida del aire limpio, donde se coloca una mascarilla de papel

filtro para colectar el polvo que pueda contener el aire filtrado.

En esta etapa se calcula la Concentracin de Salida Cs, con lo

cual se determina la Eficiencia de Coleccin Total del Equipo y

la cada de presin real del filtro, la cual describe el proceso

combinado de filtracin y limpieza pulse - jet.
http://www.rmseguridad.com.ar%20%E2%80%93%[email protected]/http://www.rmseguridad.com.ar%20%E2%80%93%[email protected]/http://www.rmseguridad.com.ar%20%E2%80%93%[email protected]/http://www.rmseguridad.com.ar%20%E2%80%93%[email protected]/http://www.rmseguridad.com.ar%20%E2%80%93%[email protected]/


37/368

13

Varias unidades de filtros de papel de =20cm (0.99g-0.035oz)

que servirn para colectar el polvo que ingresa y sale del filtro y

determinar las concentraciones de entrada y salida

respectivamente.

Dos tipos de balanzas a saber:

o Una balanza electrnica (precisin 0.000 onzas), para

pesar el polvo colectado a la entrada y salida del Filtro.

o Una balanza mecnica (precisin 50 gramos), para

pesar el polvo colectado en la tolva.

Un recipiente plstico (H=12cm; B=15cm; E=15cm) de 50

gramos de peso, para depositar el polvo colectado en tolva y

ser pesado el conjunto recipiente polvo en la balanza

mecnica.

Un timbre, el cual proporciona una ayuda auditiva para saber

que un tiempo preestablecido en cualquier etapa de las

pruebas se ha cumplido; este dispositivo es controlado por el

PLC. Se encuentra ubicado en el extremo superior de la

carcasa, por fuera del mismo.

Una llave de corte instalada en la tubera de alimentacin de

PVC (=20mm) de aire comprimido antes del manmetro de

presin y de la electrovlvula, para permitir la despresurizacin

de la lnea y el desmontaje del conjunto manmetro


38/368

14

electrovlvula y poder retirar la manga de la carcasa si as es

requerido.

Dos polvos a utilizar en las pruebas los cuales son cemento y

harina de trigo de uso comn en cantidad suficiente, 9

kilogramos aproximadamente.

Las dimensiones generales del equipo se describen en el plano

I. Ver el Apndice F.

1.3. Parmetros de Diseo Terico y Real del Filtro actual.

Para poder desarrollar de manera completa un diseo de filtro

para una aplicacin especfica, se necesitan obtener datos de un

prototipo construido de tal forma que reflejen los resultados

obtenidos en dicho diseo terico.

Como se dijo al inicio de esta investigacin, el equipo de pruebas

del Laboratorio de Calidad del Aire de la FIMCP fue construido

para verificar experimentalmente las variables involucradas en el

diseo terico de un filtro tales como: cada de presin, caudal,

concentracin de partculas, masa, eficiencia de filtracin,

seleccin de vlvulas, potencia del ventilador, etc. utilizando como

contaminante polvo de cemento.


39/368

15

Dicho equipo fue dimensionado de tal forma que simule las

condiciones en las cuales el filtro diseado va a operar.

La Tabla I que se presenta a continuacin, contiene los diversos

parmetros que fueron empleados tanto en el diseo del filtro

como en la elaboracin del equipo de pruebas por parte del Ing.

Peralta para la elaboracin de su Tesis de Grado en el ao 2001.

Dichos parmetros servirn de referencia para el presente trabajo

(9).


40/368


41/368

17

1.4. Combinaciones de la relacin Tela - Contaminante.

Como se haba mencionado anteriormente, se realizaron seis

ensayos de filtracin de aire que provienen de la combinacin de

emplear tres tipos de tela con dos tipos de polvo o contaminante.

A fin de destacar la importancia de estos elementos en los

experimentos, se los presenta nuevamente a continuacin:

Tipos de Contaminante:

A. Cemento

B. Harina de trigo

Tipos de tela:

1. Polister

2. Polipropileno

3. Homopolmero Acrlico

La secuencia u orden seguida en el uso de las seis combinaciones

tela contaminante para la realizacin de los ensayos fue la

siguiente:


42/368

18

Combinacin N1: Cemento + Polister (A1)

Combinacin N2: Cemento + Polipropileno (A2)

Combinacin N3: Cemento + Homopolmero Acrlico (A3)

Combinacin N4: Harina de trigo + Polister (B1)

Combinacin N5: Harina de trigo + Polipropileno (B2)

Combinacin N6: Harina de trigo + Homopolmero Acrlico (B3)


43/368

CAPTULO 2

2. PARMETROS DE DISEO DE LOS FILTROS.

2.1. Velocidad de Filtracin (Relacin Gas Tela).

La velocidad de filtracin utilizada para obtener la cada de presin

total se la conoce como la relacin gas tela, que se la define

como la razn entre el gas filtrado de un metro cbico por minuto y

el medio filtrante de un metro cuadrado de rea y se la expresa

como:

NETA

GASf

A

QV Ec. 2.1

Donde:

Vf= Velocidad de Filtracin (Relacin Gas Tela)


44/368

20

QGAS = Caudal del gas con concentracin de partculas

ANETA = rea neta de tela de filtracin

Esta relacin es un factor importante en el diseo de casas de

bolsas (baghouse), ya que determina la cantidad de rea de tela

necesaria para la filtracin. Esta relacin vara de acuerdo al tipo

de limpieza que se aplique al equipo, que para el presente caso es

pulse - jet.

La clave del diseo de una casa de bolsas pulse jet es determinar

la relacin gas tela, es decir, obtener la velocidad de filtrado que

produce el ptimo equilibrio entre la cada de presin (los costos

de operacin aumentan con el aumento de la cada de presin) y

el tamao del baghouse (costo importante que disminuye cuando

se reduce el tamao del baghouse) (5).

El tamao del baghouse se reduce a medida que aumenta la

velocidad de filtracin, sin embargo, esta alta relacin produce

cadas de presin ms altas que afectan su costo, pero es

compensado con la reduccin de tamao, ventaja en la operacin

continua y evita la construccin de un compartimiento extra para la


45/368

21

limpieza fuera de lnea como sucede con los otros sistemas de

limpieza. Los principales factores que afectan la proporcin gas

tela de diseo son los siguientes:

Tipo de contaminante que se quiere filtrar

Tipo de aplicacin del filtro

Temperatura del flujo de gas

Concentracin o carga contaminante en el aire

La proporcin gas tela es difcil de estimar al principio; sin

embargo, existen dos mtodos de dificultad creciente que permiten

una evaluacin rpida distinguindose a continuacin:

Despus de que un tejido se ha seleccionado, una relacin gas

tela inicial puede predecirse usando valores tabulados como

se tiene en el Apndice C (Tabla F) (5). Esta tabla est en

funcin del polvo a filtrar y el sistema de limpieza; estos valores

son todos proporciones netas igual a la relacin de flujo total en

pies cbicos por minuto dividido para el rea neta de tela enpies cuadrados (2).

Esta proporcin, en unidades de pies por minuto, afecta la

cada de presin y la vida de las mangas; el rea neta de tela

es determinada dividiendo el caudal de entrada o capacidad de


46/368

22

flujo filtrable en pies cbicos reales por minuto para la relacin

gas tela de diseo.

Los fabricantes han desarrollado ecuaciones y nomogramas

que permiten obtener la relacin gas tela para baghouses

pulse jet, en las cuales se relacionan la temperatura de

operacin, tamao de la partcula, carga de polvo y aplicacin,

para lo cual se tiene la siguiente ecuacin:

)0.0853LnD(0.7471C2.878ABTVp

0.06021

e

0.2335

f

Ec. 2.2

Donde:

Vf= Relacin gas tela en ft/min

A = Factor de material, Apndice C (Tabla E)

B = Factor de aplicacin, Apndice C, (Tabla E)T = Temperatura de aplicacin, entre 50 y 275F

Ce = Carga de polvo a la entrada, entre 0.05 y 100gr/ft3

Dp = Dimetro de partcula, entre 3 y 100m

Para temperaturas por debajo de 50F se usa T=50 pero se

tiene una exactitud disminuida; para temperaturas sobre los

275F se usa T=275; para masa de partculas de dimetros

menores a 3m se toma Dp=0.8 y para dimetros mayores a

100m se toma Dp=1.2; con cargas de polvo menores a


47/368

23

0.05gr/ft3 se usa Ce=0.05 y para cargas de polvo mayores a

100gr/ft3

se toma Ce=100. La ecuacin 2.2 se obtuvo de forma

emprica, por lo tanto se deben respetar las unidades con las

cuales se han originado, siendo estas la del sistema americano.

2.2. Cada de Presin.

La cada de presin total a travs de una casa de bolsas, durante

la operacin de filtrado esta dada por la cada de presin a travs

de la tela, a travs de la capa de polvo formado en las bolsas y a

travs de la estructura, que se la puede expresar como (3):

sPPPP pf Ec. 2.3

Donde:

P = Cada de presin total

Pf= Cada de presin a travs de la tela limpia

Pp = Cada de presin a travs del pastel

Ps = Cada de presin a travs de la estructura

La cada de presin a travs de la estructura se la considera

despreciable.


48/368

24

Para reducir la cada de presin a un valor razonable es necesario

limpiar peridicamente el filtro aplicando uno de los mecanismos

de limpieza que se mencionarn ms adelante. La cada de

presin tanto para el filtro limpio como para la formacin de la

capa de polvo se la puede representar por medio de la ecuacin

de Darcy, aplicable para flujo de fluidos a travs de medios

porosos; en forma general (6):

K

*V

X

P g

Ec. 2.4

Donde:

X = Profundidad del filtro o de la capa de polvo

K = Permeabilidad del filtro o de la capa de polvo

g = Viscosidad del gas

V = Velocidad superficial de filtracin

La cada de presin total se la puede escribir en trminos de la

ecuacin de Darcy como (6):

p

gp

f

gf

K

V**X

K

V**XP

Ec. 2.5


49/368

25

Donde los subndices f y p indican la tela limpia y la capa de polvo

respectivamente. La cada de presin de la tela limpia Pf debe

ser esencialmente constante, por tanto, la cada de presin total

depende de la variacin en la cada de presin de la capa de polvo

segn se vaya acumulando sta sobre la tela; es decir, Pp vara

en funcin del espesor de la capa de polvo Xp, y sta a su vez en

funcin del tiempo de operacin t.

El espesor de la capa de polvo crece a medida que transcurre el

tiempo de operacin, la masa de polvo acumulada en el tiempo t

equivale al gasto volumtrico multiplicado por dicho tiempo y por la

carga de polvo en la corriente de gas.

Sin embargo esta masa tambin equivale a la densidad de la capa

sobre la superficie del filtro multiplicado por el volumen de la capa

recolectada en el tiempo t (6). Igualando estas equivalencias se

llega a la siguiente expresin:

pL X*A*C*t*A*VarecolectadMasa

Se tiene entonces una expresin para el incremento del espesor:


50/368

26

Lp

t*V*CX

Ec. 2.6

Donde:

C = Carga de polvo o concentracin

V = Velocidad superficial de filtracin

t = Tiempo de operacin

L = Densidad de la capa de polvo

Reemplazando la ecuacin 2.6 en 2.5 y ordenando se obtiene (6):

V*t*V*C**K

V*K

*XP

Lp

g

f

gf

Ec. 2.7

La relacin entre la cada de presin total y la velocidad superficial

de filtracin se conoce como el arrastre a travs del filtro;

dividiendo la ecuacin anterior para la velocidad de filtracin, se

obtiene (3):

WKKS 21 Ec. 2.8

Donde:

S = Arrastre del filtro (Pa-min / m)

K1 = (Xf* g) / (60 * Kf) (Pa-min / m)


51/368

27

K2= g / (60 * Kp* L) (Pa-min-m / kg)

W = Densidad de rea de polvo = C * V * t (g/m2

)

El modelo lineal presentado por la ecuacin 2.8 es llamado

tambin como modelo de arrastre del filtro, la evaluacin de los

parmetros K1 y K2, es inapropiado debido que no se puede

obtener tan fcilmente los valores de permeabilidad de la capa de

polvo como de la tela limpia.

Basado en pruebas dirigidas por Dennis y Frazier a varias

velocidades de filtracin, con diferentes tipos de polvo (polvos de

ceniza volante, mica y talco) y diferentes distribuciones de medida

de partculas (con el dimetro medio geomtrico de masa entre 2.5

y 16m), Davis desarroll una ecuacin emprica para la

prediccin de K2 como sigue (16):

1.1

masag,

2

)(d

0.00304K Ec.2.9

Donde:

K2 = Permeabilidad de la capa de polvo (cm H2O / m/s-Kg/m2)

dg,masa = Dimetro medio geomtrico de masa (m)


52/368

28

La ecuacin est basada en una velocidad de filtracin de 3ft/min

(0.0152m/s), una densidad de partculas de 2.6g/cm3

(2600Kg/m3

)

y la viscosidad absoluta del gas a temperatura ambiente (70F

21C) g=1.81x10-5Kg/m-s. La ecuacin muestra que K2 es

inversamente proporcional al dimetro medio geomtrico de masa.

Encontraron que K2 estaba tambin afectado por la velocidad del

gas (16).

Dennis y Davis encontraron que K2 era proporcional a la velocidad

elevado a la 0.5 - 1.0 (K2 Vx). Este efecto de la velocidad es

debido en parte a la influencia que la velocidad tiene sobre la

densidad de empaquetamiento del polvo como es filtrado (16).

Basados en la ecuacin 2.9 desarrollaron (tomando en

consideracin un efecto de velocidad asumida sobre K2 con x=0.6,

y los efectos tericos de p y g) la siguiente ecuacin que provee

un estimado de K2 para otras condiciones (16):

0.6f

pFg,70

g

1.1

g,masa

2 )0.0152

V)(

2600)(

(

)(d

0.00304K

Ec. 2.10

Donde:

K2 = Permeabilidad de la capa de polvo (cm H2O / m/s-Kg/m2)


53/368

29

dg,masa = Dimetro medio geomtrico de masa (m)

g = Viscosidad absoluta del gas a la temperatura de operacin en

F (Kg/m-s)

g,70F = Viscosidad absoluta del gas a temperatura ambiente (70F

- 21C) = 1.81x10-5 Kg/m-s

p = Densidad de la partcula (Kg/m3)

Vf= Velocidad de filtracin (m/s)

Esta ecuacin, aunque est basada en datos limitados, provee

una buena indicacin del efecto relativo de los varios parmetros

considerados. Tambin se ha encontrado que K2 es afectado por

la humedad y carga electrosttica, los cuales tienden a decrecer

K2 tanto como ellos son incrementados (16).

Por lo tanto, es recomendable, cuando sea posible, que K2 sea

determinado por ensayos en un banco de pruebas, ya que es una

funcin de algunos parmetros los cuales pueden ser

desconocidos.

Experimentalmente, para poder obtener el arrastre en el filtro se

escribe la ecuacin 2.8 como (3):


54/368

30

WKKS se Ec. 2.11

Donde:

Ke = Valor extrapolado del filtro limpio

Ks = Pendiente, constante de las partculas de polvo, gas y tejido

implicados en la filtracin

Las constantes Ke y Ks son obtenidas empricamente en un banco

de pruebas durante "la prueba de filtracin" en la cual se toman las

cadas de presin para diferentes intervalos de tiempos de

operacin con una concentracin determinada.

Cabe sealar que es muy difcil simular las condiciones reales de

operacin del filtro, por tanto, los resultados obtenidos en el banco

de pruebas son algo diferentes de los valores medidos en el

equipo ya construido (5).

La Figura 2.1 muestra la curva de funcionamiento tpica de un filtro

de mangas con el arrastre del filtro en funcin de la densidad de

rea de polvo:


55/368

31

Fuente [3]

Fig. 2.1 Curva tpica de funcionamiento de un filtro de mangas

para diferentes grados de limpieza.

Al inicio del proceso el flujo a travs de la tela no es uniforme por

lo cual la porcin inicial de la curva no es lineal, en esta parte se

forma el pastel de polvo de una forma irregular.

A medida que transcurre el tiempo de filtrado, el arrastre se

incrementa linealmente al aumentar la densidad de rea del polvo

'W' hasta el mximo arrastre permisible donde se inicia la limpieza

de las manga en un tiempo muy corto para luego reiniciar la


56/368

32

filtracin, completando as el ciclo general de filtrado; la parte lineal

de la grfica se la conoce como zona de filtracin efectiva.

Un excelente filtrado se da cuando al inicio de la filtracin se tiene

el aumento de presin y por tanto el aumento del arrastre, el

alejarse de este punto disminuye la capacidad de filtracin del

equipo dando una regular o pobre filtracin (3).

Durante la operacin de limpieza continua de las mangas en el

filtro pulse - jet slo un fragmento pequeo del polvo removido de

la bolsa cae en la tolva de coleccin, el resto del polvo desalojado

ser redepositado en la bolsa por el flujo de gas que sigue

ingresando al filtro. La capa de polvo redepositada tiene diferentes

caractersticas de cada de presin que el polvo ltimamente

depositado (2), (5).

El trabajo modelado para enfocar la caracterstica de limpieza

continua (en lnea) fue desarrollado por Dennis y Klemm que

propusieron el modelo siguiente de arrastre para un filtro de

mangas tipo pulse - jet (2), (5):


57/368

33

o2cc2e

WKWKSS Ec. 2.12

Donde:

S = Arrastre del filtro

Se = Arrastre del filtro limpio

(K2)C = Resistencia especfica del polvo reciclado

Wc = Densidad de rea de polvo reciclado

K2 = Resistencia especfica de polvo recientemente depositado

Wo = Densidad de rea de polvo ltimamente depositado

Este modelo es similar al modelo lineal de arrastre del filtro con la

ventaja en que se pueden considerar fcilmente las tres fases de

filtracin que se dan en un baghouse pulse - jet, las cuales son:

filtro limpio, polvo redepositado y polvo nuevo depositado; sin

embargo, los valores de Se, (K2)C y Wc pueden asumirse como

constantes para poder agruparse como (2), (5):

fo2W VWKPEP Ec. 2.13

Donde:

P = Cada de presin total

(PE)W = Se + (K2)C Wc Vf

Vf= Velocidad de filtracin


58/368

34

Esta ecuacin describe el comportamiento de la cada de presin

de una manga individual, pero determina tambin la cada de

presin de la casa de bolsas debido que el arreglo de las mangas

se encuentra en paralelo.

Es importante indicar que esta ecuacin se la obtiene del concepto

de arrastre aplicado a la filtracin, pues se tiene que dicho arrastre

es igual a la razn entre la cada de presin y la velocidad de

filtracin.

Parece razonable extender este anlisis al caso cuando el polvo

es irregularmente distribuido en la manga, entonces se aplica la

ecuacin 2.12 a cada rea en la bolsa para computar el arrastre

global de la misma; la dificultad siguiendo este procedimiento es

que se debe asumir valores de Wc para cada rea diferente a ser

modelada.

La desventaja del modelo representada por las ecuaciones 2.12 y

2.13 es que las constantes Se, (K2)C y Wc, no pueden predecirse

tan fcilmente, por consiguiente, correlaciones de datos de

laboratorio se deben usar para determinar el valor de (PE)w (5).


59/368

35

Para la combinacin del polvo - tejido de Dacrn afelpado, Dennis

y Klemm desarrollaron una relacin emprica que involucra a

(PE)w, con la relacin gas - tela (velocidad de filtrado) y la presin

de limpieza de pulso; esta relacin (convertida de las unidades

mtricas a las inglesas) es como sigue (5):

65.0jfW P*V*6.08PE

Ec. 2.14

Donde:

Vf= Velocidad de filtracin (ft/min)

Pj = Presin del pulso de limpieza (psi)

Esta ecuacin es esencialmente un ajuste de la regresin para

una cantidad limitada de datos de laboratorio y no debe ser

aplicado a otras combinaciones de polvo - tejido (2); la presin de

pulso que se utiliza en la limpieza normalmente se aplica entre 60

y 100psi.

Para el presente trabajo, debido a la falta de correlaciones

experimentales en la literatura tcnica, se utiliz la ecuacin 2.14

en las seis combinaciones tela contaminante para establecer el

grado de error que se producira por utilizar est frmula emprica.


60/368

36

La cada de presin para las bolsas puede calcularse aplicando las

ecuaciones 2.13 y 2.14 dadas anteriormente, si los valores de los

varios parmetros relacionados son conocidos; frecuentemente

estos no se conocen, pero una mxima cada de presin de 2 a 10

Pulg H2O a travs del baghouse y 10 a 20 Pulg H2O a travs del

sistema completo puede asumirse si contiene muchos conductos

de trabajo.

Aplicando las ecuaciones anteriores y dejando la cada de presin

en funcin del tiempo de filtracin se obtiene el comportamiento de

un baghouse pulse - jet con la siguiente ecuacin:

fe2f2

65.0jf t*C*V*KP*V*6.08P Ec. 2.15

Donde:

P = Cada de presin total del filtro (Pulg H2O)

Vf= Velocidad de filtracin (ft/min)

K2 = Coeficiente de resistencia especfico del polvo (Pulg H2O /

ft/min-Lb/ft2)

Ce = concentracin de polvo a la entrada del filtro (Lb/ft3)

tf= tiempo de filtracin (min)


61/368

37

Aunque hay mucha variabilidad, los valores de K2 se encuentran

desde 1.2 a 30 - 40 Pulg H2O / ft/min-Lb/ft2

; las concentraciones de

entrada ms comunes varan de menos de 0.05 a ms de

100gr/ft3, sin embargo un rango casi tpico es de

aproximadamente 0.5 a 10gr/ft3 (5).

Los tiempos de filtracin pueden ir de aproximadamente 20 a 90

minutos para baghouses de funcionamiento continuo, pero se

encuentran ms frecuentemente de 30 a 60 minutos.

Debido a la construccin en plancha metlica para el baghouse,

generalmente no satisface el servicio ms severo por cuanto se

tienen pequeas fugas; sin embargo, para las aplicaciones

especiales, puede construirse cscaras de alta presin.

2.3. Caractersticas del Flujo de Gas.

La humedad y contenido de corrosividad son las mayores

caractersticas del flujo de gas en las consideraciones de diseo

requeridas; debe aislarse el baghouse y los ductos de trabajo

asociados y posiblemente calentarlos si la condensacin pudiera

ocurrir; considerando los componentes de la tela deben


62/368

38

manipularse con cuidado y protegerlos ya que pueden rasgarse y

daarse.

Donde la corrosin estructural es probable, la substitucin de

acero puro por el acero blando puede requerirse, con tal de que

los cloruros no estn presentes al usar el acero puro (serie 300),

ya que la mayora de los aceros austenticos puros (stainless) son

susceptibles a corrosin del cloruro.

2.4. Temperatura de Operacin.

La temperatura del flujo y del contaminante deben permanecer por

encima de su punto de roco de cualquier flujo condensable; si la

temperatura puede bajarse sin acercarse el punto del roco,

pueden usarse refrigeradores o aire de dilucin para dejar caer la

temperatura tal que la temperatura limite del tejido no sea

excedida (5).

Sin embargo, el costo adicional de un pre-enfriador tendr que ser

comparado con el costo ms alto de bolsas con resistencia a

mayor temperatura. En el Apndice B (Tablas B y C) se muestran

dos tablas donde se listan algunos de los tejidos en uso actual y


63/368

39

proporciona informacin sobre lmites de temperatura y de

resistencia qumica.

2.5. Caractersticas de las Partculas.

La distribucin del tamao de partculas y la adhesividad son las

propiedades de la partcula ms importantes que afectan a los

procedimientos de diseo (5). Los tamaos de la partcula ms

pequeos pueden formar un pastel ms denso que aumenta la

cada de presin, el efecto del tamao de la partcula de promedio

decreciente da una proporcin de gas - tela aplicable ms baja.

En partculas altamente adhesivas la filtracin se produce ms

rpido, por ende se necesitan sistemas de limpieza de operacin

continua para evitar el aumento excesivo de la cada de presin.


64/368

CAPTULO 3

3. EVALUACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO.

3.1. Diseo de los Filtros 1, 2 y 3 para el Contaminante A.

En esta primera parte se realiz el diseo del filtro considerando la

combinacin de los tres tipos de tela con el primer contaminante,

en este caso cemento, donde se realizaron los clculos para

justificar el empleo de estos tres materiales como medio filtrante.

Posteriormente se realiz otro diseo siguiendo el mismo proceso

de diseo considerando estos tres tipos de tela pero con el

segundo contaminante que es harina de trigo.


65/368

41

Para poder realizar el diseo del filtro pulse jet es necesario

conocer las condiciones de entrada del flujo de aire que se va a

filtrar como son caudal de entrada, concentracin de partculas,

temperatura del gas, dimetro de partcula representativo y el tipo

de partculas que se va a colectar; estas condiciones estn en

funcin del lugar donde va a operar el filtro.

Debido que no se dispone de datos reales para hacer los diseos

y luego ser corroborados por las pruebas experimentales, se

tomaron los siguientes datos de entrada que son proporcionales a

aquellos determinados en las pruebas realizadas en este proyecto.

Estas condiciones de entrada son las siguientes:

Caudal de entrada = 50.00m3/min (1764.38ft3/min)

Concentracin de partculas = 1.60g/m3 (0.70gr/ft3)

Temperatura del gas = 30C (86F)

Dimetro de partcula = 11m (9)

Tipo de polvo = cemento

Se procede con las siguientes combinaciones Tipo de Tela

Contaminante para el diseo de los filtros:


66/368

42

Combinacin No 1: Cemento - Polister (A1)

Combinacin No 2: Cemento - Polipropileno (A2)

Combinacin No 3: Cemento - Homopolmero Acrlico (A3)

3.1.1. Determinacin de la Velocidad de Filtracin y rea

Neta de Tela.

Para poder determinar la capacidad de filtracin del

equipo es necesario calcular en primer lugar la velocidad

de filtracin.

Para ello se procede a calcular dicha velocidad

aplicando la ecuacin 2.2 de los fabricantes

norteamericanos con los siguientes parmetros

necesarios respetando su sistema de unidades ya que

es obtenida de forma emprica:

A = 10 (cemento) Apndice C, (Tabla E)

B = 0.9 (lnea de transporte) Apndice C, (Tabla E)

T = 86F

Ce = 0.70gr/ft3

Dp = 11m


67/368

43

)0.0853LnD(0.7471C2.878ABTV p0.06021

e

0.2335

f

)0.0853Ln11(0.74710.70.9x862.878x10x0V0.060210.2335

f

min

ft8.90Vf

Adems esta velocidad se la puede seleccionar del

Apndice C (Tabla F), con respecto al tipo de polvo y

sistema de limpieza a usarse; en este caso el polvo es

cemento y se usa el sistema de limpieza pulse jet, por

tanto la velocidad de filtracin que se puede utilizar es

8.00ft/min lo que corrobora el resultado anterior.

Se debe mencionar que la velocidad determinada con

ambos mtodos representa la mxima velocidad de

filtracin que podemos emplear en cualquier diseo de

filtros cuando el polvo a emplear es cemento.

Tomando en consideracin el prrafo anterior, se

escoger aproximadamente la mitad de la velocidad de

filtracin calculada, es decir, 4.40ft/min con los

siguientes propsitos:


68/368

44

Disminuir la potencia del ventilador de succin al

haber una menor cada de presin, ya que la presin

es directamente proporcional al cuadrado de la

velocidad de filtracin y,

Tener un mayor nmero de mangas para que el flujo

de aire se reparta proporcionalmente.

Por consiguiente, el rea neta de filtracin se la obtiene

tomando la razn entre el caudal de entrada y la

velocidad de filtracin como sigue:

f

eNETA

V

QA

min

ft4.40

min

ft1764.38

A

3

NETA

2

NETA 401.00ftA

Esta rea neta determina la capacidad efectiva de

filtracin y la cantidad de mangas que va a tener el filtro

diseado.


69/368

45

3.1.2. Seleccin del Medio Filtrante.

El conjunto manga canastilla que se van a usar son del

tipo cilndricas debido a su mayor uso en el mercado;

adems la casa de bolsas se la considerar de forma

cbica debido al requerimiento de espacio.

La determinacin del tipo de tela y su dimensin

dependen de las caractersticas de operacin y del

sistema de limpieza que va a estar sometida y del

proveedor o fabricante de quin se desee adquirir; se

destacan a continuacin las caractersticas que deben

cumplir dichas telas:

Temperatura de operacin = 30C

Punto de roco = 26C

Caracterstica del cemento = alcalino y abrasivo

Tipo de limpieza = pulse jet

La tela debe ser del tipo fieltro debido al sistema de

limpieza pulse jet; y del Apndice B (Tablas B, C y D)

se aprecia que los tres tipos de tela escogidos son

adecuados porque son de fibra sinttica y cumplen las


70/368

46

condiciones de operacin requeridas, adems de no ser

muy costosas.

Tomando en consideracin este resultado, se contact

por Internet con la empresa argentina RM Seguridad

Ambiental S.A. y luego de cotizar estas telas se procedi

a la compra de las mismas (11).

Entre las caractersticas principales de estas mangas se

menciona que son de tela punzonada, de 500g/m2 de

densidad superficial, con tratamiento anticolmatante,

antiadherente y antiabrasin, con un dimetro

=150mm y una longitud L=1.50m, considerando la

manga de forma cilndrica (11).

Se debe mencionar que las caractersticas de las telas,

establecidas en el Apndice B (Tablas B, C y D) con los

cuales se deline el tipo de tela a emplear coinciden con

las especificaciones tcnicas suministradas por dicho

proveedor, las cuales son favorables para los tipos de


71/368

47

polvos y mtodo de limpieza a emplear. Ver el Apndice

D (Tablas G, H e I).

A continuacin se detalla el costo por manga ofrecido

por este proveedor a marzo de 2009 (11):

Polister: $4.91

Polipropileno: $6.05

Homopolmero Acrlico: $8.75

3.1.3. Determinacin del Nmero de Mangas.

De acuerdo a las dimensiones de la manga

seleccionada se puede determinar el rea total por

manga calculando el rea superficial de un cilindro como

se muestra a continuacin:

= 150mm = 0.15m

L = 1500mm = 1.50m

DLAMANGA

50m)(0.15m)(1.AMANGA


72/368

48

20.71mA

MANGA

27.64ftA

MANGA

Una vez obtenida el rea de la manga individual y el

rea neta de filtracin se puede calcular el nmero real

de mangas que va a operar dentro del baghouse como

se indica a continuacin:

MANGA

NETAMANGAS

A

AN

2

2

MANGAS7.64ft

401.00ftN

53mangasNMANGAS

Se considera que cada manga consta de su canastilla y

venturi formando un conjunto llamado manga

canastilla.


73/368

49

3.1.4. Anlisis del Sistema de Limpieza Pulse Jet

(Seleccin de Vlvulas).

Este sistema representa la principal caracterstica y

ventaja en el baghouse, ya que le proporciona la

suficiente autonoma de funcionamiento al equipo.

Normalmente al producir el efecto "aspiradora" por parte

del ventilador, son atradas partculas al medio filtrante

(textil), pero ste a su vez se satura produciendo la

acumulacin del polvo (cake), lo cual se traduce como

cada de presin, por lo que es necesario un mtodo

cclico y automtico de limpieza de las bolsas.

Se recurre a seleccionar un sistema de control que

permita manejar ciertas variables, de tal manera que

acte para condiciones estimadas de trabajo.

Es necesario como primer paso de diseo identificar las

variables involucradas. Bsicamente se debe controlar el

tiempo de apertura de las vlvulas solenoides y sus

respectivos periodos de ejecucin, por lo cual se deben


74/368

50

generar pulsos elctricos que sean controlados por el

PLC (7).

Elementos:

1. Actuador:

a. Vlvula solenoide que produzca el pulso de

aire comprimido.

2. Controlador: PLC que maneje

a. Tiempo de apertura de las vlvulas.

b. Periodos de ejecucin del pulso.

3. Transmisor:

a. Circuito elctrico.

b. Circuito neumtico.

4. Alimentacin:

a. Elctrica.

b. Neumtica.

5. Sensor de presin:

a. Mide la cada de presin existente en el

baghouse.

Opciones de Control:

a. Lazo Abierto:


75/368

51

Fig. 3.1 Esquema de sistema de control de lazo abierto

Donde:

X(x) es la funcin de entrada del sistema.

Y(x) es la funcin de salida del sistema.

Las principales caractersticas en este caso son que solo

se necesita de una calibracin (fijar tiempos de apertura

y periodos de la vlvula) y su bajo costo para

condiciones de operacin relativamente estables.

b. Lazo Cerrado:

Fig. 3.2 Esquema de sistema de control de lazo cerrado


76/368

52

Para esta opcin el sistema es retroalimentado, por la

comparacin de presiones que realiza el controlador

(medido por un sensor).

Puesto que se necesita de un equipo adicional (medidor

diferencial de presin) ste proporcionara un costo

mayor y cierta sensibilidad a los cambios, aunque como

es lgico se garantizara la eficiencia del proceso.

Dadas las condiciones de operacin en el proceso

industrial en el que el filtro de mangas va a trabajar, con

caudales de flujo de aire sucio, temperaturas,

propiedades fsicas y qumicas, y concentraciones

relativamente constantes, se ha seleccionado el sistema

de control de lazo abierto.

En el sistema de limpieza pulse jet es necesario saber

qu modelo de vlvula solenoide es requerida, para ello

los fabricantes de estos sistemas han desarrollado

nomogramas que estn en funcin del tiempo de

apertura de la vlvula (milisegundos), presin de


77/368

53

descarga de limpieza y nmero de mangas que van a

ser limpiadas por cada vlvula (nmero de orificios en

tubo inyector), determinando el arreglo de mangas ms

adecuado que puede ser dispuesto en el filtro.

Se requiere las siguientes condiciones de

funcionamiento:

Presin de limpieza = 80psi (0.55MPa)

Tiempo de apertura = 250ms

Nmero de mangas = 53

Normalmente la seleccin de una vlvula de control se

basa en el criterio de la relacin de flujo Cv (caudal) que

se necesita producir, pero en nuestro caso el principal

requerimiento es generar un pulso de aire comprimido

muy corto en duracin (de 100 a 300ms).

Dado que se van a producir prdidas y que se

dispondra de un circuito de tuberas, es necesario

conocer los tiempos de respuesta de las vlvulas, con

diferentes longitudes y cantidad de toberas por tubera.


78/368

54

En este caso se recurre a la seleccin de la vlvula con

ayuda de los diagramas A, B y C (ver el Apndice H)

pertenecientes a la marca SMC (12) y que se usarn

con el criterio de que el tiempo de energizacin Te debe

ser mayor en por lo menos cinco veces el valor del

diferencial de tiempo de respuesta del pulso T (12).

T5Te Ec. 3.1

Para lo cual se recurre a un tanque de compensacin de

presin previo, cuyo volumen se determinar tambin.

Ver Figura 3.3.


79/368

55

Fuente 12

Fig. 3.3 Proporciones de relacin de presiones y tiempos

de accin de la vlvula solenoide.

Donde:

Te = Tiempo de energizacin de vlvula solenoide (ms)

Pa = Presin neumtica de entrada al sistema en tanque

de compensacin (MPa)

Pm = Presin neumtica en la vlvula solenoide (MPa)

Pn = Presin neumtica de salida en toberas (MPa)

= Rapidez de accin del pulso (MPa/ms)

T1 = Tiempo de vaco (ms)

T2 = Tiempo de respuesta (ms)

T = T2 T1 = Diferencial de tiempo de respuesta del

pulso


80/368

56

Criterios de diseo:

Pn = 80 psi = 0.55MPa

Pa se asume idealmente constante = 0.70MPa

Cabe indicar que los parmetros de trabajo se ajustaron

para cumplir con los requerimientos de los diagramas.

SMC estima la siguiente relacin entre Pm y Pn (12):

mn 0.90PP Ec. 3.2

Despejando Pm se tiene:

nmP

0.90

1P

(0.55)0.90

1Pm

0.61MPaPm

Se ingresa al diagrama C observando que si se elige la

vlvula modelo VXF2150 con un tanque de

compensacin de 20 litros y para una longitud de tubera


81/368

57

de 1500mm se obtiene un =0.017MPa/ms y de la

siguiente ecuacin se despeja T (ver el Apndice H)

(12):

T

*0.90P

m

Ec. 3.3

Por lo que despejando T se obtiene:

*0.90PT m

0.017

0.61*0.90T

32.29msT

Seguidamente del diagrama B se verifica que el valor de

T correspondiente al modelo de vlvula seleccionada

es aproximadamente igual y finalmente se calcula el

tiempo de energizacin Te (12)

T5Te

)295(32.Te


82/368

58

162msTe

Por lo tanto, se encuentra que la vlvula ser accionada

durante 162ms, para nuestro caso se elige 250ms para

que las mangas tengan un mayor tiempo de limpieza.

Se selecciona el arreglo 6x6pcs que indica que cada

vlvula puede limpiar hasta 6 mangas en un pulso de

aire teniendo las toberas un dimetro de orificio de salida

de aire presurizado de 6mm. Por lo tanto se escoge 9

vlvulas para limpiar las 53 mangas. Las primeras 8

vlvulas limpiarn 6 mangas y la ltima 5 mangas.

Del diagrama A, para el modelo VXF2150 con tanque de

compensacin de 20Lt, Te=250ms y 6x6pcs se obtiene

un caudal aproximado de 6000Lt/min de aire requerido

por vlvula para limpiar las 6 mangas.

Se ha elegido el modelo de vlvula VXF2150-06-1-G de

SMC (ver el Apndice H) que es la que permite un


83/368

59

manejo adecuado de presiones para nuestra aplicacin,

ya que si fuera por ejemplo, un modelo superior, esta

manejara caudales mayores, tuberas ms pequeas y

tanques de compensacin ms grandes, es decir, queda

a criterio del diseador buscar el compromiso ms

adecuado.

La vlvula seleccionada tiene las siguientes

caractersticas principales:

Normalmente cerrada

Dimetro de orificio: 3/4pulg

Coeficiente de relacin de flujo Cv: 9.5 rea efectiva de orificio: 170mm2

Mnima presin de operacin permitida: 0.03MPa

Mxima presin de operacin permitida: 1.00MPa

Mnima temperatura de operacin permitida: -10C

Peso: 0.53Kg

Alimentacin elctrica: 110V, AC, 60Hz

Para consultar caractersticas adicionales de la vlvula

ver el Apndice H.


84/368

60

Caractersticas complementarias del diseo:

Cantidad de vlvulas: 9

Cantidad de tuberas: 9

Cantidad de toberas por tubera: 6

Cantidad de mangas por tubera: 6

Dimetro de orificio de las toberas: 6mm

Longitud de cada tubera: 1.50m

Dimetro de la manga: 0.15m

Distancia libre entre mangas: 0.10m

L= 6 x (0.15+0.10) = 1.50m

Pa: 0.70MPa.

Pm: 0.61MPa.

Pn: 0.55MPa.

Fuente 12

Fig. 3.4 Vlvula solenoide marca SMC modelo VXF2150-

06-1-G.


85/368

61

3.1.5. Determinacin de la Cada de Presin de Diseo.

Para poder establecer la cada de presin que se

desarrollara en el filtro es necesario asumir el tiempo de

filtracin y determinar el valor de K2 con la ecuacin

2.10. El rango tpico de K2 es de 1.2 30 o 40 Pulg H2O

/ ft/min-Lb/ft2. El clculo de K2 se muestra a continuacin

tomando en consideracin los siguientes datos:

dg,masa = 11 m = 11x10-6 m (9)

g,86F = 1.90x10-5 Kg / m-s (6)

g,70F = 1.82x10-5 Kg / m-s (6)

p = 3500Kg/m3 (4)

Vf= 4.40ft/min = 0.022m/s

0.6f

pFg,70

g

1.1

g,masa

2 )0.0152

V)(

2600)(

(

)(d

0.00304K

0.6

5

5

1.162)

0.0152

022.0)(

3500

2600)(

10x82.1

10x90.1(

)10x11(

0.00304K

2

22 m/Kgs/m/OcmH846K

g/mminPa40.1K2

2

22 ft/Lbmin/ft/OHlgPu26.8K


86/368

62

Se puede observar que el resultado calculado con la

ecuacin anterior se encuentra dentro del rango tpico

de valores de K2. La cada de presin de diseo

calculada debe estar dentro del rango tpico entre 2 y 10

Pulg H2O.

Los parmetros para el clculo de la cada de presin

del filtro son los siguientes:

34

33ft

Lbx1011.0

ft

gr0.70

m

g61.1

eC

min

ft4.40

fV

min30ft (asumido)

80psijP (de acuerdo a vlvula seleccionada)

2

2

ft

Lb

min

ft

OPulgH26.8

2K

Aplicando la ecuacin 2.13 que combina el proceso de

filtracin con el proceso de limpieza se tiene la siguiente

cada de presin:


87/368

63

fe

2

f2

0.65

jf *t*C*VK*P6.08*VP

30*10x01.1*40.4*26.880*40.4*6.08P 4265.0

OHlgPu03.2P 2

Se aprecia que el resultado calculado con la ecuacin

anterior se encuentra dentro del rango tpico de cada de

presin, a pesar de la asuncin del tiempo de filtracin.

Dicho valor ser corroborado en las pruebas

experimentales.

3.1.6. Determinacin de la Potencia del Ventilador.Para la generacin del caudal que ingresa al filtro y por

lo tanto para la filtracin, se selecciona el sistema de

succin o de presin negativa que consta de un

ventilador debiendo cumplir las siguientes

caractersticas:

Ventilador de succin

Tipo centrfugo

Aletas curvadas hacia atrs, de alta eficiencia

(=0.70)


88/368

64

Operar en la zona de aire limpio para no sufrir

abrasin

La potencia de consumo adecuada que necesita el

ventilador depende de la resistencia que debe vencer

por la cada de presin y del caudal que debe generar.

Dicha potencia ser calculada de acuerdo a la siguiente

ecuacin:

*6356

P*QPot e Ec. 3.4

Donde:

Pot = Potencia del ventilador (Hp)

Qe = Caudal de entrada (ft3/min)

P = Cada de Presin (Pulg H2O)

= Eficiencia del ventilador

Aplicando dicha ecuacin se tiene:

Hp00.16356*0.70

511764.38*2.Pot

1.30)Hp*(FS00.1Pot


89/368

65

0Hp31.Pot

3.1.7. Tabulacin de resultados.

Los resultados de los filtros diseados de acuerdo a las

condiciones expuestas anteriormente se los ha tabulado

en la Tabla II como se muestra a continuacin:


90/368

66

TABLA II

CARACTERSTICAS DE DISEO DE LOS FILTROS

PARA CEMENTO

Caudal (ft3/min) 1764.38

Concentracin de entrada (gr/ft3) 0,70

Tipo de polvo Cemento

Velocidad de filtracin (ft/min) 4,40

rea neta de filtracin (ft2) 401.00

rea de cada manga (ft2) 7.64

Tipos de telaPolister

PolipropilenoHomopolmero Acrlico

Dimensin manga - canastilla

=150mm

L=1500mm

Nmero de mangas 53

Nmero de vlvulas solenoides 9

Tipo de vlvula VXF2150-06-1-G

Presin de pulso (psi) 80

Tiempo de limpieza (ms) 250

Cada de presin total (Pulg H2O) 2,03

Potencia del ventilador (Hp) 1.30


91/368

67

3.2. Diseo de los Filtros 1, 2 y 3 para el Contaminante B.

En esta segunda parte se realiz el diseo de filtro considerando

la combinacin de los mismos tres tipos de tela con el segundo

contaminante, que en este caso es harina de trigo, donde se

realizaron los clculos necesarios para justificar el empleo de

estos tres materiales como medio filtrante.

Debido que no se dispone de datos reales para hacer los diseos

y luego ser corroborados por las pruebas experimentales, se

tomaron los siguientes datos de entrada que son proporcionales a

aquellos determinados en las pruebas realizadas en este proyecto.

Estas condiciones de entrada son las siguientes:

Caudal de entrada = 36.00m3/min (1270.35ft3/min)

Concentracin de partculas = 6.32g/m3 (2.76gr/ft3)

Temperatura del gas = 30C (86F)

Dimetro de partcula = 75m (1)

Tipo de polvo = harina de trigo

Se procede con las siguientes combinaciones Tipo de Tela

Contaminante para el diseo de los filtros:


92/368

68

Combinacin No 1: Harina de trigo - Polister (B1)

Combinacin No 2: Harina de trigo - Polipropileno (B2)

Combinacin No 3: Harina de trigo - Homopolmero Acrlico (B3)

3.2.1. Determinacin de la Velocidad de Filtracin y rea

Neta de Tela.

Para poder determinar la capacidad de filtracin del

equipo es necesario calcular en primer lugar la velocidad

de filtracin. Para ello se procede a calcular dicha

velocidad aplicando la ecuacin 2.2 de los fabricantes

norteamericanos con los siguientes parmetros

necesarios respetando su sistema de unidades ya que

es obtenida de forma emprica:

A = 15 (harina de trigo) Apndice C, (Tabla E)

B = 0.9 (lnea de transporte) Apndice C, (Tabla E)

T = 86F

Ce = 2.76gr/ft3

Dp = 75m


93/368

69

)0.0853LnD(0.7471C2.878ABTV p0.06021

e

0.2335

f

)750.0853Ln(0.74712.76.9x862.878x10x0V0.060210.2335

f

min

ft41.14Vf

Adems esta velocidad se la puede seleccionar del

Apndice C (Tabla F), con respecto al tipo de polvo y

sistema de limpieza a usarse; en este caso el polvo es

harina de trigo y se usa el sistema de limpieza pulse

jet, por tanto la velocidad de filtracin que se puede

utilizar es 12.00ft/min que corrobora el resultado

anterior.

Se debe mencionar que la velocidad determinada con

ambos mtodos representa la mxima velocidad de

filtracin que podemos emplear en cualquier diseo de

filtros cuando el polvo a emplear es harina de trigo.

Tomando en consideracin el prrafo anterior, se

escoger aproximadamente un tercio de la velocidad de


94/368

70

filtracin calculada, es decir, 4.40ft/min con los

siguientes propsitos:

Disminuir la potencia del ventilador de succin al

haber una menor cada de presin, ya que la presin

es directamente proporcional al cuadrado de la

velocidad de filtracin y,

Tener un mayor nmero de mangas para que el flujo

se reparta proporcionalmente.

Por consiguiente, el rea neta de filtracin se la obtiene

tomando la razn entre el caudal de entrada y la

velocidad de filtracin como sigue:

f

eNETA

V

QA

min

ft4.40

min

ft1270.35

A

3

NETA

2288.72ftANETA


95/368

71

Esta rea neta determina la capacidad efectiva de

filtracin y la cantidad de mangas que va a tener el filtro

diseado.

3.2.2. Seleccin del Medio Filtrante.

El conjunto manga canastilla que se van a usar son del

tipo cilndricas debido a su mayor uso en el mercado;

adems la casa de bolsas se la considerar de forma

cbica debido al requerimiento de espacio.

La determinacin del tipo de tela y su dimensin

dependen de las caractersticas de operacin y del

sistema de limpieza que va a estar sometida y del

proveedor o fabricante de quin se desee adquirir; se

destacan a continuacin las caractersticas que deben

cumplir dichas telas:

Temperatura de operacin = 30C

Punto de roco = 26C

Caracterstica de la harina = alcalino y abrasivo

Tipo de limpieza = pulse jet


96/368

72

La tela debe ser del tipo fieltro debido al sistema de

limpieza pulse jet; y del Apndice B (Tablas B, C y D)

se aprecia que los tres tipos de tela escogidos son

adecuados porque son de fibra sinttica y cumplen las

condiciones de operacin requeridas, adems de no ser

muy costosas.

Tomando en consideracin este resultado, se contact

por Internet con la empresa argentina RM Seguridad

Ambiental S.A. y luego de cotizar estas telas se procedi

a la compra de las mismas.

Entre las caractersticas principales de estas mangas se

menciona que son de tela punzonada, de 500g/m2 de

densidad superficial, con tratamiento anticolmatante,

antiadherente y antiabrasin, con un dimetro

=150mm y una longitud L=1.50m, considerando lamanga de forma cilndrica (11).

Se debe mencionar que las caractersticas de las telas,

tesis de grado filtro de mangas

Documents