Una casa de bolsas , también conocida como filtro de bolsas , filtro de bolsas o filtro de tela, es un dispositivo de control de la contaminación del aire y un recolector de polvo que elimina del aire las partículas o el gas liberado de los procesos comerciales. [1] Las centrales eléctricas, las acerías, los productores farmacéuticos, los fabricantes de alimentos, los productores de productos químicos y otras empresas industriales suelen utilizar cámaras de filtros para controlar las emisiones de contaminantes del aire. [2] Las casas de bolsas comenzaron a usarse ampliamente a fines de la década de 1970 después de la invención de telas de alta temperatura (para usar en los medios filtrantes) capaces de soportar temperaturas superiores a 350 °F (177 °C). [3]
A diferencia de los precipitadores electrostáticos , donde el rendimiento puede variar significativamente según el proceso y las condiciones eléctricas, las casas de bolsas en funcionamiento suelen tener una eficiencia de recolección de partículas del 99 % o mejor, incluso cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño.
La mayoría de las casas de bolsas utilizan bolsas (o tubos) cilíndricos largos hechos de tela tejida o de fieltro como medio filtrante. Para aplicaciones donde hay una carga de polvo relativamente baja y las temperaturas del gas 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 a la cámara de bolsas a través de tolvas y se dirige al compartimiento de la cámara de bolsas. El gas pasa a través de las bolsas, ya sea por dentro o por fuera, según el método de limpieza, y una capa de polvo se acumula en la superficie del medio filtrante hasta que el aire ya no puede circular a través de ella. Cuando se produce una caída de presión suficiente (ΔP), comienza el proceso de limpieza. La limpieza puede realizarse mientras la cámara de filtros está en línea (filtrado) o fuera de línea (de forma aislada). Cuando el compartimento está limpio, se reanuda el filtrado normal. [6]
Las casas de bolsas son recolectores de partículas muy eficientes debido a la torta de polvo que se forma en la superficie de las bolsas. La tela proporciona una superficie sobre la que se acumula el polvo a través de los siguientes cuatro mecanismos: [7]
Una combinación de estos mecanismos da como resultado la formación de una torta de polvo en el filtro, lo que eventualmente aumenta la resistencia al flujo de gas. El filtro debe limpiarse periódicamente.
Para garantizar que las bolsas de filtro tengan una larga vida útil, normalmente se recubren con un potenciador de filtro (precapa). El uso de piedra caliza químicamente inerte (carbonato de calcio) es más común ya que aumenta la eficiencia de la recolección de polvo (incluidas las cenizas volantes) mediante la formación de lo que se llama torta de polvo o recubrimiento en la superficie del medio filtrante. Esto atrapa partículas finas pero también proporciona protección a la 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 pasen a través del sistema de filtro de bolsa, especialmente durante el arranque, ya que la bolsa solo puede realizar parte de la filtración, dejando las partes más finas al polvo potenciador del filtro. [ cita necesaria ]
Los filtros de tela generalmente tienen las siguientes partes:
Las casas de bolsas se clasifican según el método de limpieza utilizado. Los tres tipos más comunes de cámaras de filtros son los agitadores mecánicos, los de gas inverso y los de chorro pulsado. [8]
En las casas de filtros con agitador mecánico, las bolsas de filtro tubulares se sujetan a una placa de celda en la parte inferior de la casa de filtros y se suspenden de vigas horizontales en la parte superior. El gas sucio ingresa por el fondo de la cámara de bolsas y pasa a través del filtro, y el polvo se acumula en la superficie interior de las bolsas.
La limpieza de una cámara de filtros con agitador mecánico se logra agitando la barra horizontal superior de la que están suspendidos los sacos. La vibración producida por un eje y una leva impulsados por un motor crea ondas en las bolsas para sacudir la torta de polvo.
Las casas de bolsas con agitador varían en tamaño, desde pequeños dispositivos de agitación hasta unidades grandes y compartimentadas. Pueden funcionar de forma intermitente o continua. Se pueden utilizar unidades intermitentes cuando los procesos operan por lotes; Cuando se completa un lote, se puede limpiar la cámara de filtros. Los procesos continuos utilizan cámaras de filtros compartimentadas; cuando se limpia un compartimento, el flujo de aire se puede desviar a otros compartimentos.
En las casas de bolsas 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 para las casas de filtros con agitación es relativamente baja, por lo que los requisitos de espacio son bastante altos. Sin embargo, debido a la simplicidad de su diseño, son populares en la industria de procesamiento de minerales.
En las casas de bolsas de aire inverso, las bolsas se sujetan a una placa celular en la parte inferior de la casa de bolsas y se suspenden de un marco colgante ajustable en la parte superior. El flujo de gas sucio normalmente ingresa a la cámara de bolsas y pasa a través de la bolsa desde el interior, y el polvo se acumula en el interior de las bolsas.
Las casas de bolsas de aire inverso están compartimentadas 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 bolsas se limpian inyectando aire limpio en el colector de polvo en dirección inversa, lo que presuriza el compartimento. La presión hace que las bolsas colapsen parcialmente, provocando que la torta de polvo se agriete y caiga dentro de la tolva de abajo. Al final del ciclo de limpieza, se interrumpe el flujo de aire inverso y el compartimento regresa a la corriente principal.
El flujo del gas sucio ayuda a mantener la forma de la bolsa. Sin embargo, para evitar el colapso total y el roce de la tela durante el ciclo de limpieza, se cosen anillos rígidos en las bolsas a intervalos.
Los requisitos de espacio para una cámara de filtros de aire inverso son comparables a los de una cámara de filtros con agitación; sin embargo, las necesidades de mantenimiento son algo mayores.
En las casas de bolsas de chorro de pulso inverso, las bolsas individuales están sostenidas por una jaula de metal (jaula de filtro), que está sujeta a una placa de celdas en la parte superior de la casa de bolsas. El gas sucio ingresa desde el fondo de la cámara de bolsas y fluye desde el exterior hacia el interior de las bolsas. La jaula de metal evita el colapso de la bolsa. La cámara de filtros de chorro pulsado fue inventada 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 cámara de filtros 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 provocando que las superficies de la bolsa se flexionen. Esta flexión de las bolsas rompe la torta de polvo y el polvo desprendido cae a una tolva de almacenamiento situada debajo.
Los colectores de polvo de chorro pulsado inverso pueden funcionar de forma continua y limpiarse sin interrupción del flujo porque la ráfaga de aire comprimido es muy pequeña en comparación con el volumen total de aire polvoriento que pasa a través del colector. Debido a esta característica de limpieza continua, los colectores de polvo de chorro inverso no suelen estar compartimentados.
El corto ciclo de limpieza de los colectores de chorro inverso reduce la recirculación y la redeposición de polvo. Estos recolectores proporcionan una limpieza y reacondicionamiento de bolsas más completo que los métodos de limpieza con agitador o aire inverso. Además, la función de limpieza continua les permite operar con proporciones más altas de aire y tela, 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.
Se utilizan dos tipos de secuencias principales para limpiar las casas de bolsas:
Las casas de bolsas que se limpian intermitentemente se componen de muchos compartimentos o secciones. Cada compartimento se cierra periódicamente de la corriente de gas sucio entrante, se limpia y luego se vuelve a poner en funcionamiento. Mientras el compartimento individual está fuera de lugar, la corriente de gas se desvía del área del compartimento. Esto hace innecesario detener el proceso de producción durante los ciclos de limpieza.
Compartimentos de la casa de filtros limpiados continuamente y siempre filtrando. Una ráfaga de aire comprimido interrumpe momentáneamente el proceso de recogida para limpiar la bolsa. Esto se conoce como limpieza por chorro pulsado. La limpieza con chorro de pulsos no requiere desconectar los compartimentos. Las casas de bolsas que se limpian continuamente están diseñadas para evitar el cierre completo durante el mantenimiento de las bolsas y fallas en el sistema primario.
Una varilla que se conecta a la bolsa está accionada por un motor. Esto proporciona movimiento para eliminar las partículas adheridas. La velocidad y el movimiento de la sacudida 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 abierta. Al agitarla se libera el polvo acumulado en el interior de la bolsa. No fluye gas sucio a través de la bolsa mientras se limpia. Esta redirección del flujo de aire ilustra por qué las casas de bolsas 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, permitiendo 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 dirección contraria. La relajación y el flujo de aire inverso hacen que la torta 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 de la cámara de filtros (también conocida como limpieza por chorro a presión) es el más común. Fue inventado y patentado por MikroPul en 1956. [9] Se utiliza una ráfaga de aire a alta presión para eliminar el polvo de la bolsa. La ráfaga ingresa por la parte superior del tubo de la bolsa, deteniendo temporalmente el flujo de aire sucio. El impacto del aire provoca que una onda de expansión descienda por la tela. La flexión de la bolsa se rompe y descarga la torta de polvo. La explosión de aire dura aproximadamente 0,1 segundos y la onda de choque tarda aproximadamente 0,5 segundos en viajar a lo largo de la bolsa. Debido a su rápida liberación, la ráfaga de aire no interfiere con el flujo de gas contaminado. Por lo tanto, las casas de bolsas de chorro pulsado pueden funcionar de forma continua y normalmente no están compartimentadas. La ráfaga de aire comprimido debe ser lo suficientemente potente como para garantizar que la onda de choque recorra toda la longitud de la bolsa y rompa la torta de polvo. La eficiencia del sistema de limpieza permite que la unidad tenga una proporción de gas a tela mucho mayor (o rendimiento volumétrico de gas por unidad de área de filtro) que los filtros de bolsa de aire invertida y agitación. [10] Este tipo de filtro requiere, por tanto, una superficie menor para admitir el mismo volumen de aire.
El tipo de método de limpieza menos común es el sónico. Algunas casas de bolsas tienen bocinas ultrasónicas instaladas para proporcionar vibración suplementaria para aumentar la limpieza del polvo. Las bocinas, que generan ondas sonoras de alta intensidad en el extremo inferior del espectro ultrasónico , se encienden 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 en la eliminación del polvo.
La limpieza sónica suele combinarse con otro método de limpieza para garantizar una limpieza profunda.
Aunque los principios de este método son básicos, el método de limpieza de jaula mecánica giratoria es relativamente nuevo en el mercado internacional. Este método se puede visualizar recordando a los usuarios que deben colocar una alfombra que cubra el piso en un tendedero y quitarle el polvo a golpes. [11]
La opción de jaula mecánica giratoria consta de una jaula fija unida a la placa de la celda. Anidada dentro de la jaula que sostiene la bolsa hay una jaula secundaria a la que se le permite girar 90 grados para impactar el interior de la bolsa de filtro. Esta acción de golpe logra el mismo efecto deseado de crear una fuerza que desaloja las partículas a medida que se mueve la jaula. Esta acción de rotación puede ajustarse para lograr el efecto de batido deseado en el interior de la bolsa. [11]
Los colectores de cartuchos utilizan cartuchos de metal perforado que contienen un medio filtrante no tejido y plisado, a diferencia de las bolsas tejidas o de fieltro que se utilizan en las casas de bolsas. El diseño plisado permite una mayor superficie de filtrado total que en una bolsa convencional del mismo diámetro. La mayor área de filtrado da como resultado una relación aire-medio, una caída de presión y un tamaño general del colector reducidos.
Los colectores de cartucho están disponibles en diseños de un solo uso o de servicio continuo. En los captadores de un solo uso se cambian los cartuchos sucios y se retira la suciedad recogida mientras el captador está apagado. En el diseño de servicio continuo, los cartuchos se limpian mediante el sistema de limpieza convencional por chorro pulsado.
El rendimiento de la cámara de filtros 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, la resistencia del filtro, la relación aire-tela y la eficiencia de recolección son factores esenciales en el diseño de una casa de filtros.
Las bolsas filtrantes 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 de fieltro. [12]
Los materiales no tejidos son fieltro o membrana. Los materiales no tejidos están unidos a un soporte tejido (malla). Los filtros de fieltro contienen fibras colocadas al azar sostenidas por un material de respaldo tejido (malla). En un filtro de membrana, una membrana delgada y porosa está unida a la malla. Las técnicas de limpieza de alta energía, como el chorro pulsado, requieren tejidos de fieltro.
Los filtros tejidos tienen un patrón repetido definido. Los métodos de limpieza de baja energía, como agitación o aire inverso, permiten el uso de filtros tejidos. Varios patrones de tejido, como el tejido tafetán , 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 permeabilidad del tejido. Un tejido más apretado se corresponde con una baja permeabilidad y, por tanto, una captura más eficiente de partículas finas.
Las bolsas de aire inversas tienen anillos anti-colapso cosidos para evitar que se deformen cuando se aplica energía de limpieza. Las bolsas filtrantes de chorro pulsado están sostenidas por una jaula de metal que mantiene la tela tensa. Para alargar la vida útil de las bolsas filtrantes, se puede adherir una fina capa de membrana de PTFE (teflón) al lado filtrante de la tela, evitando que las partículas de polvo se incrusten en las fibras del medio filtrante.
Algunas casas de bolsas utilizan filtros de cartucho plisados, [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 limpieza.