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Tipo: Monografías, Ensayos
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Curso : Tratamiento de la Contaminación Atmosférica
Docente : M.Sc. Ing. SUAREZ VASQUEZ, Jorge Alejandro
Estudiantes :
AROSTEGUI POMA, Joceph
BENITES VASQUEZ, Liz
BUSTILLOS MORALES, Brando
CARTAGENA BAUTISTA, Tyffani
CRUZ GONZÁLES, Diana
GONZÁLES DE LA CRUZ, Steve
LINO SOTO, Saadyah Zilahy
MALLMA QUISURUCO, Yesica
MEZA AGUIRRE, Frans
RAMIREZ TRUJILLO, Jhasmin
RUBIO ESTEBAN, Diyan Carol
SALAZAR MATTO, Jhuly
SANTAMARÍA SALAZAR, Karol
SOLÓRZANO CHÁVEZ, Leidy
SOTO GRIJALVA, Lorena
URBANO MELLADO, Greiys
VALENCIA HUAMANI, Barbara
Tingo María - Huánuco - Perú
Tabla Página
1. Condiciones para el dieño del sistema de filtro de mangas.............................................. 19 2. Datos de la ejecución del sistema de filtro de mangas..................................................... 26 3. Datos obtenidos en la práctica.......................................................................................... 27 4. Datos obtenidos en la práctica.......................................................................................... 28
El propósito del trabajo es diseñar y operar un filtro de magas. Los filtros de mangas
son uno de los dispositivos más representativos para la separación de gases sólidos a través
de medios porosos: se utilizan en todos los procesos que requieren la eliminación de
partículas sólidas de la corriente de gas. Puede ser necesario eliminar el polvo o las gotas
que transportan gas por contaminación, para llevar el gas a parámetros aceptables para su
liberación a la atmósfera, o durante la limpieza de la corriente de gas durante la producción.
Las condiciones de separación son a veces un factor de seguridad porque algunos
productos, en condiciones muy finas, forman mezclas explosivas con el aire (Merchan,
Según Donoso (2010), La captura y disposición de partículas significa una gran
problemática en varios procesos industriales que resultan en emisiones a la atmósfera. La
recuperación de productos en polvo de los gases de escape es crucial para cualquier
industria para evitar problemas de contaminación o mejorar la eficiencia de la planta. El
filtro de mangas está diseñado para forzar el gas contaminante a través del medio filtrante
(tela), creando un efecto de filtración específico, aunque su tarea principal es mantener una
capa de polvo (torta) acumulada, el cual es responsable de la filtración.
Teniendo en cuenta que la filtración de mangas es, probablemente el más
simple y eficaz procedimiento de separación de polvo de una corriente de gas
contaminante, en esta práctica se aplicó dos tipos de manga para la separación del material
particulado de una corriente de gas, en el laboratorio de calidad de aire de la Universidad
Nacional Agraria de la Selva.
2.1. Antecedentes
Peralta (2001), realizó una investigación como parte de su Tesis de Grado en
el Laboratorio de Calidad del Aire de la FIMCP. En la cual describe, las pruebas
experimentales se detallaron mediante un proceso automatizado con una secuencia de
filtración de aire que incluía encender y apagar el ventilador de succión y la válvula
solenoide para limpiar la manga. Se implementó un control electrónico (timer) de
características similares a los de la marca SMC (Shimbashi Minato-Ku Corporation)
modelo VXFC (12) para dirigir estos procesos automatizados por medio de una
computadora. El polvo mezclado es agitado por un pequeño ventilador, su funcionamiento
es manual, y su funcionamiento no depende de control electrónico. El dispositivo
tiene un recipiente de plástico para evitar que entre polvo en el sistema (H=50cm; Ø=40cm)
el mismo que se encontraba conectado al filtro por medio de un tubo de PVC (L=50cm;
Ø=105mm). En este tanque, el polvo se asienta y se agita manualmente usando un
pequeño ventilador ubicado en la abertura del tanque, luego la nube de polvo requerida por
el ventilador para aspirar la mezcla. A juzgar por el estado actual de la máquina, estaba
fuera de servicio y los controles eléctricos estaban rotos, por lo que tuvo que ser
llevada a un laboratorio de electrónica en la ciudad para su reparación. El
pequeño ventilador mencionado en la calificación del equipo no estaba en el banco de
pruebas, por lo que se consideró obsoleto en este proyecto; el tanque de mezcla
también resultó dañado, por lo que se utilizó otro tanque de mezcla del mismo material
y tamaño para las pruebas. Resulta que el devanado del motor del ventilador está quemado
y necesita ser rebobinado; la electroválvula, el ventilador y la carcasa metálica están
intactos. La funda dentro de la caja está hecha de poliéster y estaba muy desgastada y
obstruida con suciedad, por lo que se reemplazó durante las pruebas.
Rivera (2015), realizó la investigación titulada “Diseño de un Controlador
utilizando OPLC en máquina colectora de polvo para ahorro de recursos industriales y
reducción de contaminación ambiental en cementare Mixercon”, con el objetivo es
utilizar OPLC de bajo costo para optimizar el diseño de control para mejorar la eficiencia
del equipo colector de polvo, ahorrando así recursos industriales y reduciendo la
contaminación ambiental. Después de realizar este estudio, los resultados obtenidos
muestran que los colectores de polvo son capaces de filtrar del aire las partículas que son
contaminadas por los procesos industriales, y cuando el aire es filtrado y limpiado,
puede ser descargado al medio ambiente. Recomendación: Revisar temporalmente el
estado del cuadro eléctrico en el sistema antipolvo, evaluar su degradación y evitar la
entrada de agua y polvo al sistema.
2.2. Marco teórico
2.2.1. Límite máximo permisible de emisiones de partículas
El ministerio del Ambiente, ha establecido límites máximos
permisibles (LMP) para emisiones de partículas (D.S. N° 001 -2020-MINAM), esta norma
tiene en cuenta los LMP para hornos (existentes) en construcción. La legislación minera y
ambiental establece las disposiciones legales aplicables a la industria energética y minera.
El plan de estándares de calidad ambiental y límites máximos
permisibles para el periodo 2021 - 2023 – decreto supremo Nº 020-2021-MINAM. El
estándar nacional de calidad ambiental del aire (ECA aire), fue publicado en el diario
oficial el peruano el 24 de julio del 2021. Esta norma tiene como objetivo principal la
protección de la salud de las personas.
2.2.2. Concepto básico de material particulado
El material particulado (MP) es un término general utilizado para las
de partículas sólidas y dependiendo del tamaño (MP10, MP2.5). La agencia para la
protección ambiental (Enviroment Protection Agency - EPA) de los Estados Unidos, define,
que el MP10 presenta un diámetro nominal a 10 micrómetros, y el MP2.5 tiene un diámetro
igual o menos de 2.5 micrómetros.
Sagástegui (2012) manifiesta que las fuentes de estas emisiones son
el transporte o la industria del cemento, hormigón, cerámica o minería. Pueden
contener componentes químicos como aluminio, silicio, calcio, potasio, hierro, zinc,
vanadio, plomo, titanio y otras sustancias orgánicas altamente tóxicas. Estos
ingredientes afectan el sistema respiratorio humano y causan gran peligro y enfermedad;
también afectan el medio ambiente, los animales y las plantas.
corrosión) y las propiedades de las partículas (principalmente la adhesión) establecen
límites que afectan a la sustancia para su función y no pueden considerarse económicas. Las
variables importantes del proceso incluyen las propiedades de las partículas, las
propiedades de los gases y las propiedades de las sustancias. El parámetro de diseño más
importante es la relación aire-tela, o la cantidad de gas que entra en un metro cuadrado y en
metros cúbicos por minuto, generalmente hay una caída de presión en el sistema de
filtración.
2.2.6. Filtros de la tela Felpa
Díaz y Gonzales (2016) mencionan que los filtros de felpa están
compuestos de fibras orientadas al azar atadas a una tela tejida con pasos muy abiertos. El
grosos de las telas de felpa se controla en parte por el número de capas de fibras atadas.
Estos filtros normalmente son mucho más pesados que los de tela tejida. Los pesos varían
aproximadamente de 0,47 a 0,88 kg/m2. El uso de este tipo de construcción de tela
reduce la posibilidad de que el polvo se escape a través de la tela. Las fibras dotan a las
partículas de un gran número de dianas u objetivos que las exponen a fenómenos como
impacto inercial, desplazamiento browniano, atracción electrostática, etc. Pero incluso con
filtros de fieltro, la torta de polvo que se acumula en su superficie contribuye de manera
importante a la captura de partículas. Se utilizan principalmente en sistemas de chorro de
impulso, pero debido a su naturaleza no se recomiendan especialmente en sistemas de flujo
de aire inverso.
2.3. Marco conceptual
2.3.1. Características de las partículas.
La distribución de tamaños de las partículas y la adhesividad son las
propiedades más importantes de las partículas que afectan los procedimientos de diseño.
Los tamaños menores de partículas pueden formar una plasta más densa, lo que aumenta la
caída de presión. Tal como se muestra en las tablas 2.3 y 2.6 y en la ecuación (2.6), el
efecto del tamaño promedio de las partículas que va en disminución es un valor menor de la
relación aire-tela aplicable. Las partículas que se adhieren, tales como los residuos aceitosos
o los plásticos electrostáticamente activos, pueden requerir la instalación de equipo que
inyecte un material de recubrimiento sobre la superficie de la bolsa, el cual actúa como un
tampón que atrapa a las partículas y evita que cieguen o obstruyan permanentemente a los
poros de la tela. Una selección informada puede eliminar los problemas electrostáticos.
(Fernández, E. 2008)
El tamaño de las partículas del cemento comercial varía entre 10
micras y menos de 0,5 micras de diámetro.
2.3.2. Características de la corriente del gas.
La humedad y el contenido de sustancias corrosivas son las
características principales de la corriente de gas que requieren una consideración de diseño.
El filtro y el sistema de ductos asociado deben ser insulados y posiblemente calentados si
ocurriera la condensación. Tanto los componentes estructurales como los de la te la deben
ser considerados, ya que cualquiera de éstos puede ser dañado. En los casos en que la
corrosión estructural sea probable, la sustitución del material del equipo puede ser
requerida, siempre que no haya presencia de cloruros al usarlo. (Fernández, E. 2008).
2.3.3. Presión.
Los filtros de mangas estándares pueden ser utilizados para el
servicio por presión o al vacío, pero únicamente dentro de un rango de alrededor de ± 6.
kPa (630 milímetros de columna de H2O aprox.). Debido a la construcción de lámina
metálica del filtro, por lo general no son apropiados para servicios más severos. Sin
embargo, para aplicaciones especiales, se pueden construir cajas para presiones altas.
(Fernández, E. 2008)
2.3.4. Comportamiento de la partícula en fluidos
El comportamiento de las partículas en un fluido gaseoso es tal como
el de una esfera sumergida, el cual experimenta fuerzas de corte (de fricción) y de presión
que producen la fuerza neta debido a la acción del fluido; esta fuerza se descompone en sus
componentes paralela al movimiento llamada fuerza de arrastre, y en otra perpendicular
llamada fuerza de sustentación o Buoyantes; además se considera la fuerza debido a la
acción de la gravedad llamada fuerza gravitacional (Benitez, 1993).
2.3.5. Mecanismo de colección de partículas
Los mecanismos principales para la recolección de partículas de los
filtros de tela son la impacción inercial, la difusión por movimiento browniano, y la
interjección. Durante la filtración por tela, el gas polvoriento es aspirado a través de la tela
por ventiladores de corriente forzada. La tela es responsable de parte de la filtración, pero
actúa más significantemente como soporte para la capa de polvo que se acumula. La capa
de polvo, también conocida como pasta de polvo, es un filtro altamente eficiente , aún para
partículas sub-micrónicas. Las telas tejidas dependen de las capacidades de filtración de la
2.3.7.2. Filtro de Tejido
Un tejido está compuesto de estambres entrelazados. Los
estambres en la dirección vertical proporcionan resistencia al tejido, y los estambres en
dirección horizontal determinan las características de filtración del tejido principalmente.
Los estambres horizontales son a menudo de multifilamentos hilados (fibras múltiples) que
tienen una gran superficie. Los espacios horizontales pueden ser texturizados para ser
expuestos al pulso de aire comprimido. Estos incrementos de secciones en la constitución
de la tela permiten la formación de la capa de partículas, y además las características del
estambre vértical determinan la porosidad de la torta que se acumula en la superficie. Hay
tres modelos principales de tejido: llano, cruzado y satín. Un tejido llano es un simple cruce
de filamentos. El lado del tejido que enfrenta la capa de polvo esta igualmente compuesto
de filamentos horizontales y verticales. En tejidos de tela cruzada, los pasos de filamentos
verticales siempre se cruzan con más de dos horizontales para proceder a la conformación
del estambre. Por ejemplo, en un estambre de 3x1 de tela cruzada, los pasos de filamentos
verticales se Su mecanismo de colección es a través de impactación por inercia,
intersección directa y difusión, por lo que puede separar una amplia gama de polvos. Puede
trabajar con una amplia gama de diámetro de partículas, entre 0.05 y 20-pm; se tiene alta
eficiencia (99% o más), la cual aumenta a medida que transcurre el tiempo de filtración.
Presenta caída de presión razonablemente baja y condiciones de operación flexibles. No
puede trabajar con gases húmedos y corre riesgo de incendio y explosión cruzan con tres
horizontales; además existen estambres entrelazados diagonalmente que incluyen modelos
de 3x1, 2x1, 3x2, y 2x2. (Benitez, 1993).
El tejido satinado es un ejemplo extremo de tejido de sarga.
En este caso, el paso de hebras verticales se utiliza cuando hay al menos seis hebras ho
rizontales, cuando un lado es muy suave y necesita un buen desmoldeo de la torta. Hay
tejidos con poros mayores de 50 μm. Parte del área de polvo a menudo está bloqueada por
las fibras que sobresalen del estambre, pero pequeñas partículas pueden pasar a través de
estos poros. La formación de tortas de partículas es para filtrar adecuadamente los textiles.
Es importante. De hecho, la mayor parte del trabajo de filtración lo debe realizar la
filtración en sí, no la tela
en sí. Las mangas tejidas son de algodón, poliéster, polipropileno, acrilina, nailon,
poliamida, fibra de vidrio o metal. El peso del tejido varía entre 0,305 y 0,460 kg/m2,
dependiendo de las características del hilo y del tejido. Las telas Heaven suelen tener una
vida más larga. (Benitez, 1993).
2.3.8. Características del material usado para las mangas
La felpa o rizo es el comúnmente conocido como tejido de toalla. La
calidad de este tejido depende del tipo de hilo de algodón usado y de la cantidad de hilo que
se usa para tejerla. Cuanta más cantidad de hilo tenga, más gramaje tendrá, o sea, más
gruesa y esponjosa será la toalla en nuestras manos. La superficie que queda en contacto
con la piel, está compuesta por tela de algodón, malla, laminado o una combinación de
ambas y su centro contiene un material absorbente que por lo general se compone por
celulosa o celulosa combina- da con gel (conocido en la industria como polímero súper
absorbente o SAP. La proporción ideal es 80% de nylon y 20% de poliéster.
2.3.9. Eficiencia de sistemas de captación para material particulado
Para determinar la eficiencia global de la colección del dispositivo es
usualmente importante saber algo acerca de la distribución de tamaño de partículas. En
todos los casos, la eficiencia de colección de MP se basa en el porcentaje de masa entrante
de MP que es quitada de la corriente del gas. La eficiencia de colección se calcula como:
𝑐
𝑒
Donde:
𝜂 : Eficiencia de colección de partículas [%]
MPc: Razón de MP colectada
MPe: Razón de MP entrante.
2.3.10. Características del Flujo de Gas.
La humedad y contenido de corrosividad son las mayores
características del flujo de gas en las consideraciones de diseño requeridas; debe aislarse el
baghouse y los ductos de trabajo asociados y posiblemente calentarlos si la condensación
pudiera ocurrir; considerando los componentes de la tela deben manipularse con cuidado y
protegerlos ya que pueden rasgarse y dañarse.
3.1. Lugar de ejecución
El desarrollo de la práctica de “Filtro de Mangas”, se desarrolló en los
laboratorios antiguos Palomar perteneciente a la Facultad de RecursosNaturales
Renovables.
3.1.1. Ubicación Política
Se encuentra ubicado en la Región de Huánuco, Provincia de Leoncio
Prado, Distritode Rupa Rupa, en las instalaciones de la Universidad Nacional Agraria de la
Selva.
3.1.2. Ubicación Geográfica
La Universidad Nacional Agraria de la Selva se encuentra en una
zona con las siguientescoordenadas; latitud: 9°18'29.35"S y latitud: 75°59'50.49"O. Así
mismo presenta una altitud media de647 m.s.n.m.
Figura 1. Laboratorios Palomar 2- UNAS
3.2. Materiales y Equipos
3.2.1. Materiales de campo
Para realizar la práctica de “Filtro de Mangas” se utilizaron los
siguientes materiales: Tubos, recipiente para material particulado, 2 baldes de 20 L,
pegamento para PVC, tela para las mangas tipo Felpa, estructura metálica para armado del
Filtro, 5 kilos de chuño, pistola de silicona industrial, limpia tipo, teflón, 4 cajas Petri,
vaselina, sikaflex y cuaderno de apuntes.
3.2.2. Equipos
Para realizar la práctica de “Filtro de Mangas” se utilizaron los
siguientes equipos: Filtro de Mangas con 4 filtros, Soporte para el filtro, Sistema de
tuberías para conexión de filtros con los materiales que entraran al sistema, Soplador de aire
marca Miyako USA 4.1 m3/min, para la limpieza manual de las mangas, laptop, celular y
cronómetro.
3.2.3. Software
3.3. Metodología
3.3.1. Pre – campo
Antes de realizar la practica el docente mediante la plataforma de
Microsoft Teams indicó que materiales debíamos utilizar para realizar el Filtro de mangas
antes se realizó el presupuesto delaestructura del Filtro, así como equipos y materiales para
armarse, luego se compró los materiales y realización de planos, también se mandó a diseñar la
estructura del Filtro Mangas.
3.3.3. Gabinete
3.3.1.1. Diseño del sistema de filtro de mangas
Para poder realizar el diseño del filtro de mangas es
necesario conocer las condiciones de entrada del flujo de aire que se va a filtrar como:
Tabla 1. Condiciones para el dieño del sistema de filtro de mangas
Caudal 4.1m^3/min 144.789ft^3/min
Concentración 13.47g/m^3 0.381g/ft^
Temperatura del gas 50°C 122°F
Diametro de partícula 11um
Tipo de polvo chuño
Elaboración propia.
El conjunto de manga y canastilla que se van a usar son
del tipo cilindrica debido a su mayor uso en el mercado, para determinar la capacidad de
filtracion ndel equipo es necesario calcular en primer lugar la velocidad de filtracion.
−0.
Donde:
Vf=proporcion gas-tela
A= factor de material = 10 (chuño)
B= factor de aplicación =0.9 (
T= temperatura de operación= 122°F
C= carga de polvo a la entrada =0.381g/ft^
D= diámetro de partícula =11um
−0.
0.0853 ln
El area neta de filtracion se la obtiene tomando la razón
entre el caudal deoperacion y la velocidad de filtracion
2
Diámetro =0.3m= 11.811 in
longitud= 0.6m= 23.622 in
Una vez obtenida el area de la manga individual y el area
neta de filtracion se puede calcular el número real de mangas
3.3.1.2. Cálculo de la eficiencia del sistema de filtro de manga felpa
y organza para la separación del material particulado de una
corriente de gas
Se organizarán los datos para determinar la eficiencia de
cada uno de los filtros de mangas de felpa y organza utilizados. Formulas a utilizar para los
cálculos de eficiencia de caga tipo de maga: