Un filtro de mangas , también conocido como filtro de mangas , filtro de mangas o filtro de tela , es un dispositivo de control de la contaminación del aire y un colector de polvo que elimina las partículas o gases liberados por los procesos comerciales del aire. [1] Las centrales eléctricas, las acerías, los productores farmacéuticos, los fabricantes de alimentos, los productores químicos y otras empresas industriales suelen utilizar filtros de mangas para controlar la emisión de contaminantes del aire. [2] Los filtros de mangas se empezaron a utilizar de forma generalizada a finales de los años 1970 tras la invención de tejidos de alta temperatura (para su uso en los medios filtrantes) capaces de soportar temperaturas superiores a los 350 °F (177 °C). [3]
A diferencia de los precipitadores electrostáticos , donde el rendimiento puede variar significativamente dependiendo del proceso y las condiciones eléctricas, los filtros de mangas en funcionamiento generalmente tienen una eficiencia de recolección de partículas del 99 % o más, incluso cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño.
La mayoría de los filtros de mangas utilizan bolsas (o tubos) cilíndricos largos hechos de tela tejida o afieltrada como medio filtrante. Para aplicaciones en las que hay una carga de polvo relativamente baja y las temperaturas de los gases son de 250 °F (121 °C) o menos, a veces se utilizan cartuchos plisados no tejidos como medio filtrante en lugar de bolsas. [4] [5]
El gas o aire cargado de polvo ingresa al filtro de mangas a través de tolvas y se dirige al compartimiento del filtro de mangas. El gas se aspira a través de las mangas, ya sea por el interior o el exterior según el método de limpieza, y se acumula una capa de polvo en la superficie del medio filtrante hasta que el aire ya no puede pasar a través de ella. Cuando se produce una caída de presión suficiente (ΔP), comienza el proceso de limpieza. La limpieza puede realizarse mientras el filtro de mangas está en línea (filtrando) o fuera de línea (aislado). Cuando el compartimiento está limpio, se reanuda el filtrado normal. [6]
Los filtros de mangas son colectores de partículas muy eficientes debido a la capa de polvo que se forma en la superficie de las mangas. La tela proporciona una superficie en la que se acumula el polvo a través de los cuatro mecanismos siguientes: [7]
La combinación de estos mecanismos da como resultado la formación de una capa de polvo en el filtro, lo que a la larga aumenta la resistencia al flujo de gas. El filtro debe limpiarse periódicamente.
Para garantizar que las bolsas de filtro tengan una larga vida útil, se las suele recubrir con un potenciador de filtrado (capa previa). El uso de piedra caliza químicamente inerte (carbonato de calcio) es el más común, ya que aumenta la eficiencia de la recolección de polvo (incluidas las cenizas volantes) mediante la formación de lo que se denomina una torta de polvo o revestimiento en la superficie del medio filtrante. Esto atrapa las partículas finas, pero también proporciona protección a la propia bolsa contra la humedad y las partículas aceitosas o pegajosas que pueden adherirse al medio filtrante. Sin una capa previa, la bolsa de filtro permite que las partículas finas se filtren a través del sistema de filtrado de bolsas, especialmente durante el arranque, ya que la bolsa solo puede realizar una parte de la filtración y deja las partes más finas para la torta de polvo potenciador de filtrado. [ cita requerida ]
Los filtros de tela generalmente tienen las siguientes partes:
Los filtros de mangas se clasifican según el método de limpieza utilizado. Los tres tipos más comunes de filtros de mangas son los agitadores mecánicos, los de gas inverso y los de chorro pulsado. [8]
En los filtros de mangas con agitador mecánico, las bolsas filtrantes tubulares se fijan a una placa de celdas en la parte inferior del filtro de mangas y se suspenden de vigas horizontales en la parte superior. El gas sucio ingresa por la parte inferior del filtro de mangas y pasa a través del filtro, y el polvo se acumula en la superficie interior de las bolsas.
La limpieza de un filtro de mangas con agitador mecánico se realiza agitando la barra horizontal superior de la que cuelgan las bolsas. La vibración producida por un eje y una leva accionados por motor crea ondas en las bolsas para sacudir la masa de polvo.
Los filtros de mangas con agitador varían en tamaño, desde pequeños dispositivos con agitador manual hasta grandes unidades compartimentadas. Pueden funcionar de forma intermitente o continua. Las unidades intermitentes se pueden utilizar cuando los procesos funcionan por lotes; cuando se completa un lote, se puede limpiar el filtro de mangas. Los procesos continuos utilizan filtros de mangas compartimentados; cuando se limpia un compartimento, el flujo de aire se puede desviar a otros compartimentos.
En los filtros de mangas con agitador, no debe haber presión positiva dentro de las bolsas durante el ciclo de agitación. Presiones tan bajas como 5 pascales (0,00073 psi) pueden interferir con la limpieza.
La relación aire-tela de los filtros de mangas con agitador es relativamente baja, por lo que los requisitos de espacio son bastante altos. Sin embargo, debido a la simplicidad del diseño, son populares en la industria de procesamiento de minerales.
En los filtros de mangas con aire inverso, las bolsas se sujetan a una placa de celdas en la parte inferior del filtro de mangas y se suspenden de un marco de suspensión ajustable en la parte superior. El flujo de gas sucio normalmente ingresa al filtro de mangas y pasa a través de la bolsa desde el interior, y el polvo se acumula en el interior de las bolsas.
Los filtros de mangas con aire inverso están compartimentados para permitir un funcionamiento continuo. Antes de que comience un ciclo de limpieza, se detiene la filtración en el compartimento que se va a limpiar. Las mangas se limpian inyectando aire limpio en el colector de polvo en dirección inversa, lo que presuriza el compartimento. La presión hace que las mangas colapsen parcialmente, lo que hace que la masa de polvo se agriete y caiga en la tolva inferior. Al final del ciclo de limpieza, se interrumpe el flujo de aire inverso y el compartimento vuelve a la corriente principal.
El flujo de gas sucio ayuda a mantener la forma de la bolsa. Sin embargo, para evitar que se colapse por completo y que la tela se desgaste durante el ciclo de limpieza, se cosen anillos rígidos en las bolsas a intervalos.
Los requisitos de espacio para un filtro de mangas con aire inverso son comparables a los de un filtro de mangas con agitador; sin embargo, las necesidades de mantenimiento son algo mayores.
En los filtros de mangas con chorro de pulso inverso, las bolsas individuales están sujetas por una jaula de metal (jaula de filtro), que está fijada a una placa de celdas en la parte superior del filtro de mangas. El gas sucio ingresa desde la parte inferior del filtro de mangas y fluye desde el exterior hacia el interior de las bolsas. La jaula de metal evita que la bolsa se colapse. El filtro de mangas con chorro de pulso fue inventado por MikroPul (actualmente parte del grupo Nederman y todavía un importante proveedor de soluciones de filtración) en la década de 1950.
Las bolsas se limpian mediante una breve ráfaga de aire comprimido inyectado a través de un colector común sobre una fila de bolsas. El aire comprimido se acelera mediante una boquilla Venturi montada en la parte superior de la bolsa en el filtro de mangas de chorro inverso. Dado que la duración de la ráfaga de aire comprimido es corta (aproximadamente 0,1 segundos), actúa como una burbuja de aire que se mueve rápidamente, recorriendo toda la longitud de la bolsa y haciendo que las superficies de la bolsa se flexionen. Esta flexión de las bolsas rompe la masa de polvo y el polvo desprendido cae en una tolva de almacenamiento situada debajo.
Los colectores de polvo de chorro inverso pueden funcionar de forma continua y limpiarse sin interrupción del flujo, ya que la ráfaga de aire comprimido es muy pequeña en comparación con el volumen total de aire polvoriento que pasa por el colector. Debido a esta característica de limpieza continua, los colectores de polvo de chorro inverso no suelen estar compartimentados.
El ciclo de limpieza corto de los colectores de chorro inverso reduce la recirculación y la redeposición de polvo. Estos colectores proporcionan una limpieza y reacondicionamiento de las bolsas más completos que los métodos de limpieza por sacudidas o por aire inverso. Además, la función de limpieza continua les permite funcionar con proporciones de aire a tela más altas, por lo que los requisitos de espacio son menores.
Un temporizador secuencial digital enciende la válvula solenoide a intervalos establecidos para inyectar aire en el tubo de soplado y limpiar los filtros.
Para limpiar las cámaras de filtros se utilizan dos tipos principales de secuencias:
Los filtros de mangas con limpieza intermitente se componen de muchos compartimentos o secciones. Cada compartimento se cierra periódicamente y no permite la entrada de la corriente de gas sucio, se limpia y luego se vuelve a poner en funcionamiento. Mientras el compartimento individual está fuera de su lugar, la corriente de gas se desvía del área del compartimento. Esto hace que no sea necesario detener el proceso de producción durante los ciclos de limpieza.
Los compartimentos de la cámara de filtros se limpian continuamente y siempre filtran. Una ráfaga de aire comprimido interrumpe momentáneamente el proceso de recolección para limpiar la bolsa. Esto se conoce como limpieza por chorro de pulso. La limpieza por chorro de pulso no requiere desconectar los compartimentos. Las cámaras de filtros que se limpian continuamente están diseñadas para evitar el apagado completo durante el mantenimiento de la bolsa y las fallas del sistema primario.
Una varilla conectada a la bolsa está accionada por un motor. Esto proporciona movimiento para eliminar las partículas adheridas. La velocidad y el movimiento de la agitación dependen del diseño de la bolsa y de la composición de las partículas. Generalmente, la agitación es horizontal. La parte superior de la bolsa está cerrada y la parte inferior está abierta. Al agitarla, se libera el polvo acumulado en el interior de la bolsa. No fluye gas sucio a través de una bolsa mientras se está limpiando. Esta redirección del flujo de aire ilustra por qué las cámaras de filtros de mangas deben estar compartimentadas.
El flujo de aire le da estructura a la bolsa. El aire sucio fluye a través de la bolsa desde el interior, lo que permite que el polvo se acumule en la superficie interior. Durante la limpieza, el flujo de gas se restringe desde un compartimento específico. Sin el flujo de aire, las bolsas se relajan. La bolsa cilíndrica contiene anillos que evitan que colapse por completo bajo la presión del aire. Un ventilador sopla aire limpio en la dirección inversa. La relajación y el flujo de aire inverso hacen que la masa de polvo se desmorone y se libere en la tolva. Una vez finalizado el proceso de limpieza, el flujo de aire sucio continúa y la bolsa recupera su forma.
Este tipo de limpieza con mangas (también conocida como limpieza con chorro de presión) es la más común. Fue inventada y patentada por MikroPul en 1956. [9] Se utiliza un chorro de aire a alta presión para eliminar el polvo de la bolsa. El chorro entra por la parte superior del tubo de la bolsa, deteniendo temporalmente el flujo de aire sucio. El choque del aire provoca una onda de expansión que recorre la tela. La flexión de la bolsa rompe y descarga la masa de polvo. La ráfaga de aire dura aproximadamente 0,1 segundos y la onda de choque tarda unos 0,5 segundos en recorrer la longitud de la bolsa. Debido a su rápida liberación, el chorro de aire no interfiere con el flujo de gas contaminado. Por lo tanto, los filtros de mangas con chorro de pulso pueden funcionar de forma continua y no suelen estar compartimentados. El chorro de aire comprimido debe ser lo suficientemente potente como para garantizar que la onda de choque recorra toda la longitud de la bolsa y fracture la masa de polvo. La eficiencia del sistema de limpieza permite que la unidad tenga una relación gas-tela mucho mayor (o un rendimiento volumétrico de gas por unidad de área de filtro) que los filtros de bolsa de aire con agitación y de inversión. [10] Por lo tanto, este tipo de filtro requiere un área más pequeña para admitir el mismo volumen de aire.
El tipo de método de limpieza menos común es el sónico. Algunos filtros de mangas tienen instaladas bocinas ultrasónicas para proporcionar vibración adicional y aumentar la limpieza del polvo. Las bocinas, que generan ondas sonoras de alta intensidad en el extremo inferior del espectro ultrasónico , se activan justo antes o al comienzo del ciclo de limpieza para ayudar a romper los enlaces entre las partículas en la superficie del medio filtrante y ayudar a eliminar el polvo.
La limpieza sónica comúnmente se combina con otro método de limpieza para garantizar una limpieza profunda.
Aunque los principios de este método son básicos, el método de limpieza con jaula mecánica rotatoria es relativamente nuevo en el mercado internacional. Este método puede visualizarse recordando a los usuarios que se coloca una alfombra de piso en un tendedero y se le saca el polvo a golpes. [11]
La opción de jaula mecánica giratoria consiste en una jaula fija unida a la placa de la celda. Anidada dentro de la jaula que sostiene la bolsa hay una jaula secundaria que puede girar 90 grados para impactar el interior de la bolsa de filtro. Esta acción de batido logra el mismo efecto deseado de crear una fuerza que desaloja las partículas a medida que la jaula se mueve. Esta acción de rotación se puede ajustar para lograr el efecto de batido deseado en el interior de la bolsa. [11]
Los colectores de cartuchos utilizan cartuchos de metal perforados que contienen un medio filtrante plisado y no tejido, a diferencia de las bolsas tejidas o de fieltro que se utilizan en los colectores de mangas. El diseño plisado permite una mayor superficie total de filtrado que en una bolsa convencional del mismo diámetro. La mayor superficie de filtrado da como resultado una menor relación aire-medio, una menor caída de presión y un menor tamaño del colector en general.
Los colectores de cartuchos están disponibles en diseños de un solo uso o de servicio continuo. En los colectores de un solo uso, los cartuchos sucios se cambian y la suciedad acumulada se elimina mientras el colector está apagado. En el diseño de servicio continuo, los cartuchos se limpian mediante el sistema de limpieza por chorro de pulso convencional.
El rendimiento del filtro de mangas depende de la temperatura del gas de entrada y salida, la caída de presión, la opacidad y la velocidad del gas . La composición química , la humedad, el punto de rocío ácido y la carga de partículas y la distribución del tamaño de la corriente de gas también son factores esenciales.
La caída de presión, el arrastre del filtro, la relación aire-tela y la eficiencia de recolección son factores esenciales en el diseño de un filtro de mangas.
Las bolsas de filtro de tela son tubos ovalados o redondos, generalmente de 15 a 30 pies (4,6 a 9,1 m) de largo y de 5 a 12 pulgadas (130 a 300 mm) de diámetro, hechos de material tejido o afieltrado. [12]
Los materiales no tejidos pueden ser de fieltro o de membrana. Los materiales no tejidos están adheridos a un soporte de tejido (tela). Los filtros de fieltro contienen fibras colocadas al azar sostenidas por un material de soporte de tejido (tela). En un filtro de membrana, una membrana delgada y porosa está unida a la tela. Las técnicas de limpieza de alta energía, como el chorro pulsado, requieren telas de fieltro.
Los filtros tejidos tienen un patrón repetido definido. Los métodos de limpieza de baja energía, como la agitación o el aire inverso, permiten utilizar filtros tejidos. Diversos patrones de tejido, como el tejido liso , el tejido de sarga o el tejido de satén, aumentan o disminuyen la cantidad de espacio entre las fibras individuales. El tamaño del espacio afecta la resistencia y la permeabilidad de la tela. Un tejido más apretado se corresponde con una permeabilidad baja y, por lo tanto, una captura más eficiente de partículas finas.
Las bolsas de aire invertidas tienen anillos anti-colapso cosidos en ellas para evitar que se aplasten cuando se aplica energía de limpieza. Las bolsas de filtro de chorro pulsado están sostenidas por una jaula de metal, que mantiene la tela tensa. Para prolongar la vida útil de las bolsas de filtro, se puede adherir una capa delgada de membrana de PTFE (teflón) al lado de filtrado de la tela, lo que evita que las partículas de polvo se incrusten en las fibras del medio filtrante.
Algunas casas de filtros de mangas utilizan filtros de cartucho plisado, [13] similares a los que se encuentran en los sistemas de filtración de aire domésticos. Esto permite una superficie mucho mayor para un mayor flujo a costa de una complejidad adicional en la fabricación y la limpieza.