Colectores húmedos Por: Humberto Echavarria Guzmán. Febrero 2015

Los colectores húmedos eliminan el polvo o los gases de una corriente haciendo

que entren en contacto con un liquido lavador. La recuperación del polvo como

lodo o gas como solución permite su empleo como producto o su tratamiento

como desecho.

Un colector húmedo:

Puede separarse gases a partículas

La corriente gaseosa se enfría y se limpia

El efluente de chimenea estará generalmente limpio, pero contendrá algunos finos,

niebla y vapor de agua.

La temperatura y el contenido d humedad del gas de entrada no tiene limite.

Los gases corrosivos pueden neutralizarse mediante una adecuada elección del liquido

de lavado.

El liquido de lavado puede ser una solución límpida o barro.

Se reduce el peligro de mezclas explosivas de polvo- aire.

El equipo es sencillo y ocupa un espacio razonablemente pequeño

Colectores húmedos

a) Torres y cámaras de aspersión

b) Torres rellenas

c) Lavadores ciclónicos y centrífugos

d) Lavadores de impacto y orificio

e) Lavadores Venturi

f) Lavadores por aspersión de inducción mecánica

g) Eliminadores de niebla y filtros irrigadores

El proceso de separación por lavado resulta muy completo y no existe un análisis

teórico que lo explique con precisión, tal como ocurre con la precipitación

electrostática, la filtración o la separación por impacto inercial.

En los lavadores, las partículas pequeñas aumenten su tamaño para así separase

mas fácilmente. El arrastre de las partículas separadas se minimiza al quedar

atrapadas en una película liquida.

Los principales mecanismos de recolección de aerosoles en líquidos

incluyen:

a) Mojado de las partícula

b) Impacto de partículas secas o húmedas

Torres y cámaras de aspersión

Las cámaras de aspersión (Fig. 1) pueden tener configuraciones de flujo

concurrente, en contra-corriente y en corriente curvada.

El principio de operación es por interceptación y colisión de partí- culas de polvo

con gotas de líquido, debido a la diferencia entre sus velocidades.

La pérdida de presión oscila entre 0,5 y 1 pulg. de H2 O. El caudal de líquido oscila

entre 20 y 40 litros/mil pies cúbicos de aire.

La eficiencia de separación es de 80% para partículas de más de 10 micras. En las

torres de aspersión (Fig. 2), las gotas de líquido se producen ya sea por aspersores

o atomizadores, el líquido y el gas fluyen en contra-corriente entre sí. El gas entra

por la base de la torre, pasando por una placa de distribución que suele consistir

en una placa perforada. El gas choca al ascender con las gotas de líquido, creadas

por una serie de aspersores. La velocidad terminal de las gotas deber ser mayor

que la velocidad del gas (de 2 a 5 pies por segundo) a fin de evitar arrastre de

líquido.

Estos equipos son útiles para separar partículas de más de 10 micras de diámetro.

Figura 1. Cámara de aspersión.

Figura 2. Torre de aspersión

Torres rellenas Existen varios tipos:

a) Lavadores de lecho fijo (Fig. 3).

b) Lavadores de lecho flotante (Fig. 4).

c) Lavadores de lecho inundado (Fig. 5).

Principio de operación. El relleno húmedo proporciona la superficie de

impacto para el depósito del polvo. La pérdida de presión suele ser de

alrededor de una pulgada de agua por pie de altura de relleno.

Caudal de líquido requerido por cada 1.000 pies cúbicos/min.: Le-cho

fijo, flujo en contra-corriente: 40 a 80 lt/min.; flujo concurrente: 28 a 60 lt/min;

lecho flotante: 40 a 80 lt/min.; lecho inundado: 8 a 12 lt/min.

Material de relleno: Anillos Rasching, monturas Berl, anillos, Pall, Esferas,

telleretes, etc.

Figura 3. colector húmedo de lecho fluidizado

Figura 4. colector húmedo de lecho inundado

Figura 5. colector húmedo ciclónico

Aplicaciones

Generalmente se emplean para la absorción de contaminantes gaseosos, aunque se

han empleado con éxito para separar polvos y nieblas o una combinación de toda

clase de contaminantes. Los de lecho fijo se utilizan para eliminar nieblas de ácido,

polvo de fosfato, polvo de fluoruro y otros polvos solubles. Los de lecho flotante se

emplean para la eliminación simultánea de ceniza y dióxido de azufre en calderas a

carbón.

Estos equipos son más eficaces que las torres y cámaras de aspersión. El

gas a limpiar se introduce en forma tangencial. La fuerza centrífuga de una

corriente gaseosa que gira aumenta la diferencia de velocidad entre las

gotas de líquido y el gas, lo cual conduce a una mayor eficiencia de

separación. En virtud de la entrada tangencial al lavador, se forma un

vórtice ascendente de gas, dentro del cual se atomiza el líquido de lavado.

Las partículas de gas se adhieren sobre las gotas de líquido como resultado

de impacto e interceptación. La fuerza centrífuga acelera tanto a gotas

como a partículas hacia las paredes del recipiente, donde se produce la

separación de las partículas de polvo. La pared mojada también favorece

esta separación. Figura 6

Lavadores ciclónicos y centrífugos

Figura 6. colector húmedo ciclónico tipo Pease Anthony

Aplicaciones

Suelen emplearse para limpieza de efluentes gaseosos de hornos,

secadores rotatorios, operaciones abiertas de galvanizado, producción de

cloruro de aluminio, secado de coque, en plantas de hidratación de cal

durante la producción de cloruro de aluminio, secado de coque, en plantas

de hidratación de cal durante la producción de acetileno, etc.

Lavadores de impacto y orificio

En estos equipos el gas a limpiar entra a elevada velocidad, al chocar contra la

superficie de lí- quido provoca un contacto íntimo entre las dos fases. El paso de

los gases a través de una abertura restringida parcialmente llena con lí- quido

de lavado resulta en una dispersión del líquido. Las fuerzas centrífugas, el

impacto y la turbulencia causada, logran el mojado y la separación de las

partículas. En los lavadores de impacto, algunas veces se provee una etapa de

preaglomeración a fin de aumentar la eficiencia de recolección de partículas

finas. En los lavadores de atomización auto-inducida, se induce una cortina de

agua mediante el paso de gas a través de un orificio o bafles parcialmente

sumergidos.

Lavadores de impacto

Estos equipos (Fig. 7) primero enfrían y humidifican el gas de entrada al pasar éste por una sección de

aspersión. Allí además de separarse las partículas más voluminosas, se produce condensación y

aglomeración de las partículas más finas. El gas, humidificado y enfriado, pasa entonces a través de

una placa de impacto sobre la cual se mantiene un nivel uniforme de líquido mediante un vertedero

ajustable. El impacto provoca turbulencia entre el gas y el líquido que conlleva a un contacto íntimo que

produce una separación eficiente. La formación de gotas pequeñas en los orificios y la mayor diferencia

en las velocidades de gotas y partículas de polvo resulta en una mayor eficiencia de separación.

Lavadores de orificio

En estos equipos (Fig. 8), el gas de alta velocidad dispersa al líquido de lavado; a su vez, las partículas

se mojan y se separan a causa del impacto, la turbulencia y las fuerzas centrífugas. El grado de

dispersión es inferior al obtenido mediante atomizadores y placas de impacto.

Lavadores de atomización auto-inducida

Operan en forma análoga a los de orificio (Fig. 9), con la diferencia de que la cortina de agua se induce

por medio de aberturas parcialmente sumergidas. La caída de presión oscila entre 2 y 15 pulgadas de

agua, mientras que los requerimientos de líquido son de alrededor de 4 litros por cada mil pies cúbicos

de gas.

Figura 7. a) Coletor húmido de contacto directo; b) placa de impacto

Figura 8. Lavador de orificio (tipo N roto -clone)

Figura 9. Colector húmedo de auto inducción

Lavadores Venturi

Estos equipos han adquirido importancia en los últimos treinta años, debido a su

capacidad para separar partículas de tamaños inferiores al micrón con gran eficiencia y a

su simplicidad de instalación y mantenimiento (Fig. 10).

El gas sucio entra al lavador y sufre una aceleración al pasar por una sección convergente

que conduce hacia la garganta del venturi. La velocidad del gas es máxima en la

garganta. El gas a alta velocidad hace impacto contra la corriente de líquido en la

garganta, atomizándola en una gran cantidad de gotas muy pequeñas. La gran diferencia

de velocidades entre el gas y las gotas provoca choques entre las gotas y las partículas

de polvo. Al disminuir la velocidad del gas, ocurren nuevos impactos y aglomeraciones.

Una vez que las partículas han quedado atrapadas dentro de las gotas, los aglomerados

resultantes se separan fácilmente de la corriente gaseosa en el separador.

Figura 10. Mecanismos que intervienen en un colector húmedo tipo venturi.

Lavadores de automatización por inducción mecánica

En estas unidades (Fig. 11) la atomización se genera por medios mecánicos, tales

como hélices, jaulas, tambores o discos rotatorios, los cuales giran parcialmente

sumergidos en líquido.

Las corrientes de gotas suelen generarse en forma perpendicular a la dirección de

flujo del gas. El líquido suele recircularse; el ritmo de recirculación y el grado de

dispersión variará en función de los diferentes tipos de elementos rotatorios. La

separación de polvo se produce en una zona restringida donde la atomización

generada provoca extrema turbulencia y colisiones entre las partí- culas de polvo y

las gotas de líquido. En el separador mecánico-centrífugo también llamado lavador

dinamico, el líquido se dispersa a la entrada a fin de aumentar la eficiencia de

separación. El mecanismo de separación es por impacto de las partículas sobre las

aspas que giran.

Figura 11. Colector húmedo de ventilador centrifugo

Filtros irrigados y eliminadores de niebla

El mecanismo principal para la separación y colección de niebla y

partículas de polvo en gases es el impacto inercial. En el caso de

eliminadores de niebla de fibra húmeda, además del impacto inercial se

cuenta con el mecanismo de difusión Browniana. Este mecanismo

mejora la separación de partículas de menos de 0,3 micras de tamaño,

observándose su presencia en la separación de nieblas mediante lechos

Fibrosos de gran superficie específica y que operan con velocidades de

Gas que oscilan entre 0,08 y 0,5 pies por segundo. En las partículas

más grandes, y a velocidades superiores a los 30 pies por segundo en

lechos menos porosos, el mecanismo básico de separación en el

proceso de Impacto inercial aumenta al incrementarse la velocidad del

gas.

Filtros irrigados

Consiste en una cámara de atomización (Fig. 12) con lechos filtrantes de

fibra de vidrio, alambre tejido u otros materiales fibrosos. Pueden colocarse

dos o más etapas filtrantes en serie, dependiendo el número de etapas de

las características del gas y de la eficiencia de separación requerida.

El polvo queda retenido en los lechos filtrantes, mientras que los rociadores

se emplean para limpiarlos.

El espesor de los lechos oscila entre 3 y 8 pulgadas, con un área superficial

de 20 pulgadas cuadradas. La velocidad del gas oscila entre 1 y 2

metros/segundo, mientras que el flujo líquido va de 30 a 40 litros por cada

mil pies cúbicos de gas, lo que equivale a aproximadamente 12 litros por

minuto por pie cuadrado de área filtrante.

Figura 12. Filtro de pared irrigada

Eliminadores de niebla

Existen distintos modelos (Fig. 13). En general, consisten en lechos

filtrantes a través de la cual pasa el gas con niebla. Al pasar por los lechos,

la niebla coalesce, formando gotas que van a parar a un colector. Los

lechos suelen estar construidos de fibra de vidrio, teflón o de alambre de

alguna aleación resistente en plantas de ácido sulfúrico, para eliminar

nieblas de ácido y oleum de los efluentes gaseosos. Participan dos

mecanismos principales: difusión Browniana e impacto inercial. La

eficiencia de separación y la pérdida de presión dependen fuertemente del

diámetro de la fibra y de la distancia entre dos fibras adyacentes.

Figura 13. eliminador de nieblas.