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7/27/2019 Tesis de Grado Filtro de Mangas
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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
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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.
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DEDICATORIA
A DIOS
A MIS PADRES
A MIS HERMANOS
A MI ESPOSA
A MIS HIJOS
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TRIBUNAL DE GRADUACIN
_________________ ______________
Ing. Francisco Andrade S. Ing. Mario Patio A.
DECANO DE LA FIMCP DIRECTOR DE TESIS
PRESIDENTE
_________________
Dr. Alfredo Barriga R.
VOCAL
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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CAPTULO 6
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..219
APNDICES
BIBLIOGRAFA
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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:
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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 ventas@rmseguridad.com.ar.
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.
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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
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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.
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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).
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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:
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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.
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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
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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:
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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)
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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)
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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)
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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):
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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:
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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
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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):
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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
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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).
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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.
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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)
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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
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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
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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.
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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.
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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:
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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
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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:
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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:
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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:
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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)
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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
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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:
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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
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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:
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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
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)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
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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
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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
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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,