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Precipitador electroestático

Electrodos dentro del precipitador electrostático.
Electrodo colector de un precipitador electrostático en una planta incineradora de residuos.
Conjunto de aislador con carcasa y barra de alto voltaje retirados para mantenimiento e inspección. Los aisladores se utilizan normalmente para sostener los campos de electrodos entre las placas colectoras conectadas a tierra.
Conjunto de aislador con carcasa y barra de alto voltaje retirados para mantenimiento e inspección. Los aisladores se utilizan normalmente para sostener los campos de electrodos entre las placas colectoras conectadas a tierra.  

Un precipitador electrostático ( ESP ) es un dispositivo sin filtro que elimina partículas finas, como polvo y humo, de un gas que fluye utilizando la fuerza de una carga electrostática inducida que impide mínimamente el flujo de gases a través de la unidad. [1]

A diferencia de los depuradores húmedos , que aplican energía directamente al medio fluido que fluye, un ESP aplica energía solo a las partículas que se recolectan y, por lo tanto, es muy eficiente en su consumo de energía (en forma de electricidad). [ cita necesaria ]

Invención

El primer uso de la descarga de corona para eliminar partículas de un aerosol fue por Hohlfeld en 1824. [2] Sin embargo, no se comercializó hasta casi un siglo después.

En 1907, Frederick Gardner Cottrell , profesor de química de la Universidad de California, Berkeley , solicitó una patente para un dispositivo para cargar partículas y luego recolectarlas mediante atracción electrostática : el primer precipitador electrostático. Cottrell aplicó por primera vez el dispositivo para recolectar niebla de ácido sulfúrico y vapores de óxido de plomo emitidos por diversas actividades de fabricación y fundición de ácido . [3] Los viñedos productores de vino en el norte de California se estaban viendo afectados negativamente por las emisiones de plomo. [ cita necesaria ]

En el momento de la invención de Cottrell, no se entendían las bases teóricas de su funcionamiento. La teoría operacional se desarrolló posteriormente en Alemania, con el trabajo de Walter Deutsch y la formación de la empresa Lurgi. [4]

Cottrell utilizó las ganancias de su invento para financiar investigaciones científicas mediante la creación de una fundación llamada Research Corporation en 1912, a la que cedió las patentes. La intención de la organización era llevar las invenciones realizadas por educadores (como Cottrell) al mundo comercial en beneficio de la sociedad en general. El funcionamiento de Research Corporation se financia con regalías pagadas por las empresas comerciales después de que se produce la comercialización. Research Corporation ha proporcionado financiación vital para muchos proyectos científicos: los experimentos con cohetes de Goddard , el ciclotrón de Lawrence , métodos de producción de vitaminas A y B 1 , entre muchos otros.

Research Corporation estableció territorios para los fabricantes de esta tecnología, que incluían Western Precipitation (Los Ángeles), Lodge-Cottrell (Inglaterra), Lurgi Apparatebau-Gesellschaft (Alemania) y Japanese Cottrell Corp. (Japón), y era una cámara de compensación para cualquier proceso. mejoras. Sin embargo, las preocupaciones antimonopolio obligaron a Research Corporation a eliminar las restricciones territoriales en 1946. [5]

Electroforesis es el término utilizado para la migración de partículas cargadas suspendidas en gas en un campo electrostático de corriente continua . Los televisores CRT tradicionales tienden a acumular polvo en la pantalla debido a este fenómeno (un CRT es una máquina de corriente continua que funciona a unos 15 kilovoltios).

Tipos

Hay dos tipos principales de precipitadores:

A continuación se describe el precipitador de una sola etapa de alto voltaje, que se usa ampliamente en operaciones de procesamiento de minerales. El precipitador de dos etapas de bajo voltaje se utiliza generalmente para la filtración en sistemas de aire acondicionado.

plato y barra

La mayoría de precipitadores electrostáticos instalados son del tipo de placas. Las partículas se recogen en superficies planas y paralelas separadas entre 20 y 30 cm (8 a 12 pulgadas), con una serie de electrodos de descarga espaciados a lo largo de la línea central de dos placas adyacentes. Los gases contaminados pasan a través del paso entre las placas y las partículas se cargan y se adhieren a las placas colectoras. Las partículas recolectadas generalmente se eliminan golpeando las placas y se depositan en contenedores o tolvas en la base del precipitador.

Diagrama conceptual de un precipitador electrostático de placas y barras.

El precipitador más básico contiene una fila de alambres verticales delgados, seguido de una pila de grandes placas metálicas planas orientadas verticalmente, con las placas típicamente espaciadas entre 1 cm y 18 cm, dependiendo de la aplicación. La corriente de aire fluye horizontalmente a través de los espacios entre los cables y luego pasa a través de la pila de placas.

Se aplica un voltaje negativo de varios miles de voltios entre el cable y la placa. Si el voltaje aplicado es lo suficientemente alto, una descarga de corona eléctrica ioniza el aire alrededor de los electrodos, que luego ioniza las partículas en la corriente de aire.

Las partículas ionizadas, debido a la fuerza electrostática , son desviadas hacia las placas puestas a tierra. Las partículas se acumulan en los platos colectores y se eliminan de la corriente de aire.

Un diseño de dos etapas (sección de carga separada delante de la sección de recolección) tiene el beneficio de minimizar la producción de ozono, [6] lo que afectaría negativamente a la salud del personal que trabaja en espacios cerrados. Para las salas de máquinas a bordo donde las cajas de cambios generan niebla de aceite , se utilizan ESP de dos etapas para limpiar el aire, mejorar el entorno operativo y evitar la acumulación de niebla de aceite inflamable. El aceite recogido regresa al sistema de lubricación de engranajes. [ cita necesaria ]

Tubular

Los precipitadores tubulares constan de electrodos colectores cilíndricos con electrodos de descarga ubicados en el eje del cilindro. Los gases contaminados fluyen alrededor del electrodo de descarga y suben por el interior de los cilindros. Las partículas cargadas se acumulan en las paredes del cilindro conectadas a tierra. El polvo acumulado se elimina del fondo del cilindro.

Los precipitadores tubulares se utilizan a menudo para recolectar niebla o niebla o para materiales adhesivos, pegajosos, radiactivos o extremadamente tóxicos.

Componentes

Los cuatro componentes principales de todos los precipitadores electrostáticos son:

El material recogido en los electrodos se elimina golpeando o haciendo vibrar los electrodos colectores de forma continua o en un intervalo predeterminado. Por lo general, la limpieza de un precipitador se puede realizar sin interrumpir el flujo de aire.

Eficiencia de cobranza ( R )

Los siguientes factores afectan la eficiencia de los precipitadores electrostáticos:

El rendimiento del precipitador es muy sensible a dos propiedades de las partículas: 1) resistividad eléctrica; y 2) distribución del tamaño de partículas . Estas propiedades se pueden medir de forma económica y precisa en el laboratorio mediante pruebas estándar. La resistividad se puede determinar en función de la temperatura de acuerdo con el estándar IEEE 548. Esta prueba se realiza en un ambiente de aire que contiene una concentración de humedad específica. La prueba se ejecuta en función de la temperatura ascendente o descendente, o ambas. Los datos se adquieren utilizando un campo eléctrico promedio de capa de ceniza [ se necesita más explicación ] de 4 kV/cm. Dado que se utiliza un voltaje aplicado relativamente bajo y no hay vapor de ácido sulfúrico presente en el entorno de prueba, los valores obtenidos indican la resistividad máxima de las cenizas.

En un ESP, donde la carga y descarga de partículas son funciones clave, la resistividad es un factor importante que afecta significativamente la eficiencia de recolección. Si bien la resistividad es un fenómeno importante en la región entre electrodos donde tiene lugar la mayor parte de la carga de partículas, tiene un efecto particularmente importante en la capa de polvo en el electrodo de recolección donde ocurre la descarga. Las partículas que presentan una alta resistividad son difíciles de cargar. Pero una vez cargados, no abandonan fácilmente la carga adquirida al llegar al electrodo de recolección. Por otro lado, las partículas con baja resistividad se cargan fácilmente y liberan fácilmente su carga a la placa colectora conectada a tierra. Ambos extremos de resistividad impiden el funcionamiento eficiente de los PES. Los ESP funcionan mejor en condiciones normales de resistividad.

La resistividad, que es una característica de las partículas en un campo eléctrico, es una medida de la resistencia de una partícula a transferir carga (tanto aceptar como ceder cargas). La resistividad es una función de la composición química de una partícula, así como de las condiciones operativas de los gases de combustión, como la temperatura y la humedad. Las partículas pueden tener una resistividad alta, moderada (normal) o baja.

La resistividad aparente se define utilizando una versión más general de la Ley de Ohm, como se indica en la Ecuación ( 1 ) a continuación:

Donde: E es la intensidad del campo eléctrico. Unidad:-(V/cm); j es la densidad de corriente. Unidad:-(A/cm 2 ); y ρ es la Resistividad. Unidad:-(Ohm-cm)

Una mejor manera de mostrar esto sería resolver la resistividad en función del voltaje y la corriente aplicados, como se indica en la ecuación ( 2 ) a continuación:

Dónde: ρ = Resistividad. Unidad:-(Ohm-cm) V = El potencial de CC aplicado. Unidad:-(Voltios); I = La corriente medida. Unidad:-(Amperios); l = El espesor de la capa de ceniza. Unidad:-(cm); y A = El área de la cara del electrodo de medición actual. Unidad:-(cm 2 ).

La resistividad es la resistencia eléctrica de una muestra de polvo de 1,0 cm 2 de área de sección transversal y 1,0 cm de espesor y se registra en unidades de ohm-cm. En este artículo se describirá un método para medir la resistividad. La siguiente tabla proporciona rangos de valores para resistividad baja, normal y alta.

Resistencia de la capa de polvo

La resistencia afecta las condiciones eléctricas en la capa de polvo mediante un campo eléctrico potencial (caída de voltaje) que se forma a través de la capa cuando las partículas cargadas negativamente llegan a su superficie y filtran sus cargas eléctricas a la placa colectora. En la superficie metálica de la placa colectora conectada a tierra, el voltaje es cero, mientras que en la superficie exterior de la capa de polvo, donde llegan nuevas partículas e iones, el voltaje electrostático causado por los iones del gas puede ser bastante alto. La intensidad de este campo eléctrico depende de la resistencia y del espesor de la capa de polvo.

En las capas de polvo de alta resistencia, el polvo no es suficientemente conductor, por lo que las cargas eléctricas tienen dificultades para moverse a través de la capa de polvo. En consecuencia, las cargas eléctricas se acumulan sobre y debajo de la superficie de la capa de polvo, creando un fuerte campo eléctrico.

Los voltajes pueden ser superiores a 10.000 voltios. Las partículas de polvo con alta resistencia se adhieren con demasiada fuerza a la placa, lo que dificulta su eliminación y provoca problemas de atrapamiento.

En capas de polvo de baja resistencia, la corriente corona pasa fácilmente al electrodo colector conectado a tierra. Por lo tanto, se mantiene un campo eléctrico relativamente débil, de varios miles de voltios, a través de la capa de polvo. Las partículas de polvo acumuladas con baja resistencia no se adhieren con suficiente fuerza a la placa colectora. Se desprenden fácilmente y quedan retenidos en la corriente de gas.

La conductividad eléctrica de una capa gruesa de partículas depende tanto de factores de superficie como de volumen. La conducción de volumen, o los movimientos de cargas eléctricas a través del interior de las partículas, depende principalmente de la composición y temperatura de las partículas. En las regiones de mayor temperatura, por encima de 500 °F (260 °C), la conducción de volumen controla el mecanismo de conducción. La conducción de volumen también implica factores auxiliares, como la compresión de la capa de partículas, el tamaño y la forma de las partículas y las propiedades de la superficie.

La conducción de volumen se representa en las figuras como una línea recta a temperaturas superiores a 500 °F (260 °C). A temperaturas inferiores a aproximadamente 450 °F (230 °C), las cargas eléctricas comienzan a fluir a través de la humedad de la superficie y las películas químicas adsorbidas en las partículas. La conducción superficial comienza a reducir los valores de resistividad y a doblar la curva hacia abajo a temperaturas inferiores a 500 °F (260 °C).

Estas películas suelen diferir tanto física como químicamente del interior de las partículas debido a fenómenos de adsorción. Los cálculos teóricos indican que las películas de humedad de sólo unas pocas moléculas de espesor son adecuadas para proporcionar la conductividad superficial deseada. La conducción superficial sobre partículas está estrechamente relacionada con las corrientes de fuga superficial que se producen en los aisladores eléctricos, que han sido ampliamente estudiadas. [7] Una aplicación práctica interesante de la fuga superficial es la determinación del punto de rocío midiendo la corriente entre electrodos adyacentes montados sobre una superficie de vidrio. Un fuerte aumento de la corriente indica la formación de una película de humedad sobre el vidrio. Este método se ha utilizado eficazmente para determinar el marcado aumento del punto de rocío, que se produce cuando se añaden pequeñas cantidades de vapor de ácido sulfúrico a la atmósfera (hay medidores de punto de rocío comerciales disponibles en el mercado).

La siguiente discusión sobre resistencia normal, alta y baja se aplica a los PES operados en estado seco; La resistencia no es un problema en la operación de ESP húmedos debido a la concentración de humedad en el ESP. La relación entre el contenido de humedad y la resistencia se explica más adelante en este trabajo.

resistividad normal

Como se indicó anteriormente, los ESP funcionan mejor en condiciones normales de resistividad. Las partículas con resistividad normal no pierden rápidamente su carga al llegar al electrodo colector. Estas partículas pierden lentamente su carga hacia placas conectadas a tierra y son retenidas en las placas colectoras mediante fuerzas adhesivas y cohesivas intermoleculares. Esto permite que se acumule una capa de partículas y luego se desaloje de las placas golpeando. Dentro del rango de resistividad normal del polvo (entre 10 7 y 2 × 10 10 ohm-cm), las cenizas volantes se recolectan más fácilmente que el polvo que tiene una resistividad alta o baja.

Alta resistividad

Si la caída de voltaje a través de la capa de polvo es demasiado alta, pueden ocurrir varios efectos adversos. En primer lugar, la caída de alto voltaje reduce la diferencia de voltaje entre el electrodo de descarga y el electrodo de recolección y, por lo tanto, reduce la intensidad del campo electrostático utilizado para impulsar las partículas cargadas de iones de gas hacia la capa de polvo recolectada. A medida que la capa de polvo se acumula y las cargas eléctricas se acumulan en la superficie de la capa de polvo, la diferencia de voltaje entre los electrodos de descarga y de recolección disminuye. Las velocidades de migración de partículas pequeñas se ven especialmente afectadas por la intensidad reducida del campo eléctrico.

Otro problema que ocurre con las capas de polvo de alta resistividad se llama corona trasera. Esto ocurre cuando la caída de potencial a través de la capa de polvo es tan grande que comienzan a aparecer descargas de corona en el gas atrapado dentro de la capa de polvo. La capa de polvo se descompone eléctricamente, produciendo pequeños agujeros o cráteres a partir de los cuales se producen descargas de corona. Los iones de gas positivos se generan dentro de la capa de polvo y se aceleran hacia el electrodo de descarga "cargado negativamente". Los iones positivos reducen algunas de las cargas negativas de la capa de polvo y neutralizan algunos de los iones negativos de las "partículas cargadas" que se dirigen hacia el electrodo colector. Las interrupciones del proceso normal de corona reducen en gran medida la eficiencia de recolección del ESP, que en casos severos, puede caer por debajo del 50%. Cuando hay corona trasera, las partículas de polvo se acumulan en los electrodos formando una capa de aislamiento. A menudo, esto no se puede reparar sin desconectar la unidad.

El tercer problema, y ​​generalmente el más común, con el polvo de alta resistividad es el aumento de las chispas eléctricas. Cuando la tasa de chispas excede el "límite de tasa de chispas establecido", los controladores automáticos limitan el voltaje de operación del campo. Esto provoca una carga de partículas reducida y velocidades de migración reducidas hacia el electrodo de recolección. La alta resistividad generalmente se puede reducir haciendo lo siguiente:

Las finas capas de polvo y el polvo de alta resistividad favorecen especialmente la formación de cráteres de corona posterior. Se ha observado una severa corona trasera con capas de polvo de tan solo 0,1 mm, pero una capa de polvo de poco más de una partícula de espesor puede reducir el voltaje de chispas en un 50%. Los efectos más marcados de la retrocorona sobre las características corriente-voltaje son:

  1. Reducción del sobrevoltaje de chispa hasta en un 50% o más;
  2. Saltos o discontinuidades actuales causados ​​por la formación de cráteres estables en la espalda de la corona; y
  3. Gran aumento en la corriente de corona máxima, que justo por debajo de la chispa sobre el espacio de la corona puede ser varias veces la corriente normal.

La figura siguiente y a la izquierda muestra la variación en la resistividad con el cambio de temperatura del gas para seis polvos industriales diferentes junto con tres cenizas volantes alimentadas con carbón. La figura de la derecha ilustra los valores de resistividad medidos para varios compuestos químicos que se prepararon en el laboratorio.

Valores de resistividad de polvos y humos representativos de plantas industriales
Valores de resistividad de diversos productos químicos y reactivos en función de la temperatura

Los resultados de las cenizas volantes A (en la figura de la izquierda) se adquirieron en el modo de temperatura ascendente. Estos datos son típicos para un contenido de cenizas de combustibles de moderado a alto. Los datos de Fly Ash B provienen de la misma muestra, adquiridos durante el modo de temperatura descendente.

Las diferencias entre los modos de temperatura ascendente y descendente se deben a la presencia de combustibles no quemados en la muestra. Entre los dos modos de prueba, las muestras se equilibran en aire seco durante 14 horas (durante la noche) a 850 °F (450 °C). Este proceso de recocido nocturno normalmente elimina entre el 60% y el 90% de los combustibles no quemados presentes en las muestras. No se comprende completamente cómo funciona exactamente el carbono como portador de carga, pero se sabe que reduce significativamente la resistividad del polvo.

Resistividad medida en función de la temperatura en diferentes concentraciones de humedad (humedad)

El carbono puede actuar, al principio, como un polvo de alta resistividad en el precipitador. Es posible que se requieran voltajes más altos para que comience la generación de corona. Estos voltajes más altos pueden ser problemáticos para los controles TR-Set. El problema radica en la aparición de la corona, que provoca que grandes cantidades de corriente atraviesen la capa de polvo (de baja resistividad). Los controles perciben esta oleada como una chispa. A medida que los precipitadores funcionan en modo de limitación de chispas, se corta la energía y se reinicia el ciclo de generación de corona. Por lo tanto, se observan lecturas de potencia (corriente) más bajas con lecturas de voltaje relativamente altas.

Se cree que ocurre lo mismo en las mediciones de laboratorio. La geometría de placas paralelas se utiliza en mediciones de laboratorio sin generación de corona. Una copa de acero inoxidable contiene la muestra. Otro peso de electrodo de acero inoxidable se coloca encima de la muestra (contacto directo con la capa de polvo). A medida que el voltaje aumenta desde pequeñas cantidades (por ejemplo, 20 V), no se mide corriente. Entonces se alcanza un nivel umbral de tensión. En este nivel, la corriente aumenta a través de la muestra... tanto que la unidad de suministro de voltaje puede desconectarse. Después de la eliminación de los combustibles no quemados durante el procedimiento de recocido mencionado anteriormente, la curva del modo de temperatura descendente muestra la típica forma de "V" invertida que uno podría esperar.

Baja resistividad

Las partículas que tienen baja resistividad son difíciles de recolectar porque se cargan fácilmente (muy conductoras) y pierden rápidamente su carga al llegar al electrodo de recolección. Las partículas toman la carga del electrodo colector, rebotan en las placas y vuelven a ser arrastradas en la corriente de gas. De este modo, se eliminan las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión que normalmente actúan con resistividades normales y superiores, y las fuerzas de unión a la placa se reducen considerablemente. Ejemplos de polvos de baja resistividad son el carbono no quemado en las cenizas volantes y el negro de humo.

Si estas partículas conductoras son gruesas, se pueden eliminar aguas arriba del precipitador utilizando un dispositivo como un colector mecánico ciclónico .

La adición de amoníaco líquido ( NH
3
) en la corriente de gas como agente acondicionador ha encontrado un amplio uso en los últimos años. Se teoriza que el amoníaco reacciona con H
2
ENTONCES
4
contenido en los gases de combustión para formar un compuesto de sulfato de amonio que aumenta la cohesividad del polvo. Esta cohesividad adicional compensa la pérdida de fuerzas de atracción eléctricas.

La siguiente tabla resume las características asociadas con los polvos de resistividad baja, normal y alta.

El contenido de humedad de la corriente de gases de combustión también afecta la resistividad de las partículas. Aumentar el contenido de humedad de la corriente de gas rociando agua o inyectando vapor en el conducto que precede al ESP reduce la resistividad. Tanto en el ajuste de temperatura como en el acondicionamiento de la humedad, se deben mantener las condiciones del gas por encima del punto de rocío para evitar problemas de corrosión en el BES o en los equipos posteriores. La figura de la derecha muestra el efecto de la temperatura y la humedad sobre la resistividad del polvo de cemento. A medida que el porcentaje de humedad en la corriente de gas aumenta del 6 al 20%, la resistividad del polvo disminuye drásticamente. Además, aumentar o disminuir la temperatura puede disminuir la resistividad del polvo de cemento para todos los porcentajes de humedad representados.

La presencia de SO
3
Se ha demostrado que en la corriente de gas favorece el proceso de precipitación electrostática cuando ocurren problemas con alta resistividad. La mayor parte del contenido de azufre en el carbón quemado para fuentes de combustión se convierte en SO.
2
. Sin embargo, aproximadamente el 1% del azufre se convierte en SO.
3
. La cantidad de SO
3
en los gases de combustión normalmente aumenta al aumentar el contenido de azufre del carbón. La resistividad de las partículas disminuye a medida que aumenta el contenido de azufre del carbón.

También se han utilizado otros agentes acondicionadores, como ácido sulfúrico, amoníaco, cloruro de sodio y carbonato de sodio (a veces como trona cruda), para reducir la resistividad de las partículas. Por lo tanto, la composición química de la corriente de gases de combustión es importante con respecto a la resistividad de las partículas que se recogerán en el ESP. La siguiente tabla enumera varios agentes acondicionadores y sus mecanismos de operación.

Si la inyección de sulfato de amonio se produce a una temperatura superior a aproximadamente 600 °F (320 °C), se produce la disociación en amoníaco y trióxido de azufre. Dependiendo de la ceniza, SO
2
puede interactuar preferentemente con las cenizas volantes como SO
3
acondicionamiento. El resto se recombina con amoníaco para aumentar la carga espacial y aumentar la cohesividad de la ceniza.

Más recientemente, se ha reconocido que una de las principales razones de la pérdida de eficiencia del precipitador electrostático se debe a la acumulación de partículas en los cables de carga además de en las placas colectoras (Davidson y McKinney, 1998). Esto se soluciona fácilmente asegurándose de que los propios cables se limpien al mismo tiempo que se limpian las placas colectoras. [8]

Vapor de ácido sulfúrico ( SO
3
) mejora los efectos del vapor de agua en la conducción superficial. Se absorbe físicamente dentro de la capa de humedad en las superficies de las partículas. Los efectos de cantidades relativamente pequeñas de vapor ácido se pueden ver en la figura siguiente y a la derecha.

La resistividad inherente de la muestra a 300 °F (150 °C) es 5 × 10 12 ohm-cm. Una concentración de equilibrio de sólo 1,9 ppm de vapor de ácido sulfúrico reduce ese valor a aproximadamente 7 × 10 9 ohm-cm.

Resistividad modelada en función de las condiciones ambientales, especialmente vapor de ácido sulfúrico

Precipitadores electrostáticos industriales modernos

Una chimenea en la central eléctrica de carbón Hazelwood en Victoria, Australia, emite humo marrón cuando se apaga su ESP

Los ESP siguen siendo dispositivos excelentes para el control de muchas emisiones de partículas industriales, incluido el humo de las empresas de generación de electricidad (que funcionan con carbón y petróleo), la recolección de tortas de sal de las calderas de licor negro en las fábricas de celulosa y la recolección de catalizadores de las unidades de craqueo catalítico de lecho fluidizado en petróleo. refinerías, por nombrar algunas. Estos dispositivos tratan volúmenes de gas desde varios cientos de miles de ACFM hasta 2,5 millones de ACFM (1180 m³/s) en las aplicaciones de calderas de carbón más grandes. Para una caldera alimentada con carbón, la recolección generalmente se realiza aguas abajo del precalentador de aire a aproximadamente 160 °C (320 °F), lo que proporciona una resistividad óptima de las partículas de ceniza de carbón. Para algunas aplicaciones difíciles con combustible con bajo contenido de azufre, se han construido unidades hot-end que funcionan por encima de 370 °C (698 °F).

El diseño original de placa paralela y alambre ponderado (consulte la figura del precipitador de placa y barra arriba) ha evolucionado a medida que se desarrollaron diseños de electrodos de descarga más eficientes (y robustos), centrándose hoy en electrodos de descarga rígidos (estructura de tubería) a los que se les aplican muchas púas afiladas. adjunto (alambre de púas), maximizando la producción de corona . Los sistemas transformador-rectificador aplican voltajes de 50 a 100 kV a densidades de corriente relativamente altas. Los controles modernos, como el control automático de voltaje , minimizan las chispas eléctricas y evitan la formación de arcos (las chispas se apagan dentro de 1/2 ciclo del conjunto TR ), evitando daños a los componentes. Los sistemas automáticos de golpeteo de placas y los sistemas de evacuación de tolva eliminan las partículas recolectadas mientras están en línea, lo que en teoría permite que los ESP permanezcan en funcionamiento continuo durante años. [ cita necesaria ]

Muestreo electrostático para bioaerosoles.

Los precipitadores electrostáticos se pueden utilizar para tomar muestras de partículas biológicas en el aire o aerosoles para su análisis. El muestreo de bioaerosoles requiere diseños de precipitador optimizados con un contraelectrodo líquido, que se puede utilizar para muestrear partículas biológicas, por ejemplo, virus, directamente en un pequeño volumen de líquido para reducir la dilución innecesaria de la muestra. [9] [10] Consulte Bioaerosoles para obtener más detalles.

Precipitador electrostático húmedo

Un precipitador electrostático húmedo (WESP o ESP húmedo) opera con corrientes de aire saturadas de vapor de agua (100% de humedad relativa). Los WESP se utilizan comúnmente para eliminar gotas de líquido, como la niebla de ácido sulfúrico, de las corrientes de gas de procesos industriales. El WESP también se usa comúnmente cuando los gases tienen un alto contenido de humedad, contienen partículas combustibles o tienen partículas de naturaleza pegajosa. [11]

Ejemplo de gas de proceso "sucio" con 100% de opacidad ingresando a un WESP en una planta metalúrgica de ácido sulfúrico. Se utiliza una luz de fondo para iluminar el gas de proceso.

Purificadores de aire electrostáticos domésticos

Los precipitadores de placas se comercializan comúnmente al público como dispositivos purificadores de aire o como reemplazo permanente de los filtros de los hornos, pero todos tienen el atributo indeseable de ser algo complicados de limpiar. Un efecto secundario negativo de los dispositivos de precipitación electrostática es la producción potencial de ozono tóxico [12] y NO.X. [13] Sin embargo, los precipitadores electrostáticos ofrecen beneficios sobre otras tecnologías de purificación de aire, como la filtración HEPA , que requieren filtros costosos y pueden convertirse en "sumideros de producción" para muchas formas dañinas de bacterias. [14] [15]

Con los precipitadores electrostáticos, si se permite que las placas colectoras acumulen grandes cantidades de partículas, estas a veces pueden adherirse tan fuertemente a las placas metálicas que es posible que sea necesario lavar y fregar vigorosamente para limpiar completamente las placas colectoras. El escaso espacio entre las placas puede dificultar una limpieza exhaustiva y, a menudo, la pila de placas no puede desmontarse fácilmente para su limpieza. Una solución, sugerida por varios fabricantes, es lavar las placas colectoras en el lavavajillas .

Algunos filtros de precipitación para el consumidor se venden con limpiadores de remojo especiales, donde se retira todo el conjunto de placas del precipitador y se remoja en un recipiente grande durante la noche, para ayudar a aflojar las partículas fuertemente adheridas .

Un estudio realizado por la Corporación Hipotecaria y de Vivienda de Canadá que probó una variedad de filtros de aire forzado para hornos encontró que los filtros ESP proporcionaban el mejor y más rentable medio para limpiar el aire utilizando un sistema de aire forzado. [dieciséis]

El primer sistema de filtrado de aire electrostático portátil para hogares fue comercializado en 1954 por Raytheon. [17]

Ver también

Referencias

  1. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "precipitador electrostático". doi :10.1351/libro de oro.E02028
  2. ^ Farnoud A (2008). Eliminación electrostática de partículas diésel . pag. 23.ISBN 978-0549508168.
  3. ^ Patente estadounidense 895729, Cottrell FG, "Arte de separar partículas suspendidas de cuerpos gaseosos", publicada el 11 de agosto de 1908 
  4. ^ "Crónica". GEA Bischoff . Consultado el 25 de enero de 2014 .
  5. ^ "Archivos de la Corporación de Investigación para el Avance Científico, 1896-presente" (PDF) . www.rescorp.org . Consultado el 12 de mayo de 2018 .
  6. ^ Yasumoto K, Zukeran A, Takagi Y, et al. (2010). "Efecto del espesor del electrodo para reducir la generación de ozono en precipitador electrostático". Electrónica y Comunicaciones en Japón . 93 (7): 24–31. doi :10.1002/ecj.10291.
  7. ^ Johnson FW (1937). "Película de humedad absorbida sobre la superficie de porcelana esmaltada". Filos. revista 24 (163): 797–807. doi :10.1080/14786443708561958.
  8. ^ Davidson JH, McKinney PJ (1998). "Deposición química de vapor en la descarga de corona de purificadores de aire electrostáticos". Ciencia y tecnología de aerosoles . 29 (2): 102-110. Código Bib : 1998AerST..29..102D. doi :10.1080/02786829808965555.
  9. ^ Perdón G, Ladhani L, Sandstrom N, et al. (2015). "Muestreo de aerosoles mediante un precipitador electrostático integrado con una interfaz de microfluidos". Sensores y Actuadores. B, Química . 212 : 344–352. doi :10.1016/j.snb.2015.02.008.
  10. ^ Ladhani, Laila; Perdón, Gaspard; Lunas, Pieter; Goossens, Herman; van der Wijngaart, Wouter (2020). "Muestreo electrostático del aliento del paciente para la detección de patógenos: un estudio piloto". Fronteras en Ingeniería Mecánica . 6 . doi : 10.3389/fmech.2020.00040 . ISSN  2297-3079.
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