Una bocina de limpieza acústica en un equipo de manipulación de materiales
La limpieza acústica es un método de mantenimiento que se utiliza en sistemas de manipulación y almacenamiento de materiales que manipulan materiales granulares o particulados a granel , como elevadores de granos , para eliminar la acumulación de material en las superficies. Un aparato de limpieza acústica, generalmente integrado en el equipo de manipulación de materiales, funciona generando potentes ondas sonoras que desprenden las partículas de las superficies, lo que reduce la necesidad de limpieza manual.
Historia y diseño
Un limpiador acústico consiste en una fuente de sonido similar a una bocina de aire que se encuentra en camiones y trenes, conectada al equipo de manipulación de materiales, que dirige un sonido fuerte hacia el interior. Se alimenta con aire comprimido en lugar de electricidad, por lo que no hay peligro de chispas que puedan provocar una explosión. Consta de dos partes:
El controlador acústico. En el controlador, el aire comprimido que se escapa a través de un diafragma hace que vibre y genere el sonido. Generalmente está hecho de acero inoxidable macizo mecanizado . El diafragma, la única parte móvil, suele estar fabricado con titanio especial de grado aeroespacial para garantizar el rendimiento y la longevidad.
La campana, un instrumento de viento ensanchado, generalmente está hecha de acero inoxidable hilado de grado 316. La campana funciona como un resonador de sonido y su forma ensanchada acopla el sonido al aire de manera eficiente, aumentando el volumen del sonido irradiado.
La longitud total de las bocinas de limpieza acústica varía de 430 mm a más de 3 metros. El dispositivo puede funcionar en un rango de presión de 4,8 a 6,2 bares o de 70 a 90 psi. El nivel de presión sonora resultante será de alrededor de 200 dB.
Generalmente existen 4 formas de controlar el funcionamiento de un limpiador acústico:
Un limpiador acústico normalmente suena durante 10 segundos y luego espera otros 500 segundos antes de sonar nuevamente. Esta relación de encendido/apagado es aproximadamente proporcional a la vida útil del diafragma. Siempre que el entorno de funcionamiento esté entre -40 °C y 100 °C, un diafragma debería durar entre 3 y 5 años. El generador de ondas y la campana tienen una vida útil mucho más larga y, a menudo, durarán más que el entorno en el que funcionan. [1]
Las campanas antiguas, que estaban hechas de hierro fundido, eran propensas a oxidarse en determinados entornos. Las nuevas campanas, hechas de acero hilado 316, no tienen problemas de oxidación y son ideales para entornos estériles como los que se encuentran en la industria alimentaria o en las plantas farmacéuticas.
La limpieza acústica comenzó a principios de los años 70 con experimentos en los que se utilizaban bocinas de barco o sirenas antiaéreas . Los primeros limpiadores acústicos se fabricaron con hierro fundido . A partir de 1990, la tecnología se volvió comercialmente viable y comenzó a utilizarse en las industrias de procesamiento en seco, almacenamiento, transporte, generación de energía y fabricación. La última tecnología utiliza acero inoxidable hilado 316 para garantizar un rendimiento óptimo.
Funcionamiento y rendimiento
La mayoría de los limpiadores acústicos funcionan en el rango de frecuencias de audio de 60 hercios a 420 Hz. Sin embargo, algunos funcionan en el rango infrasónico , por debajo de los 40 Hz, que en su mayoría está por debajo del rango de audición humana, para satisfacer los estrictos requisitos de control del ruido . Hay tres campos científicos que convergen en la comprensión de la tecnología de limpieza acústica.
Propagación del sonido. Se relaciona con la comprensión de la naturaleza de las ondas sonoras, cómo varían y cómo interactúan con el entorno.
Ingeniería química . Propiedades químicas del polvo o sustancia que se va a despegar. En especial, las propiedades autoadhesivas del polvo.
Un limpiador acústico creará una serie de fluctuaciones de presión inducidas por sonido muy rápidas y potentes que luego se transmiten a las partículas sólidas de ceniza, polvo , gránulos o polvo. Esto hace que se muevan a diferentes velocidades y se desprendan de las partículas adyacentes y de la superficie a la que están adheridas. Una vez que se han separado, el material se caerá debido a la gravedad o será arrastrado por el gas de proceso o la corriente de aire.
Las características clave que determinan si un limpiador acústico será eficaz o no para un problema determinado son el rango de tamaño de las partículas, el contenido de humedad y la densidad de las partículas, así como la forma en que estas características cambiarán con la temperatura y el tiempo. Por lo general, las partículas de entre 20 micrómetros y 5 mm con un contenido de humedad inferior al 8,5 % son ideales. Los límites superiores de temperatura dependen del punto de fusión de las partículas y se han utilizado limpiadores acústicos a temperaturas superiores a los 1000 °C para eliminar la acumulación de cenizas en las plantas de calderas.
Es importante adaptar las frecuencias de funcionamiento a los requisitos. Las frecuencias más altas se pueden dirigir con mayor precisión, mientras que las frecuencias más bajas tienen una mayor distancia de transmisión y se utilizan generalmente para requisitos más exigentes. Una selección típica de frecuencias disponibles sería la siguiente:
420 Hz para un pequeño limpiador acústico que podría usarse para limpiar puentes en la base de un silo.
350 Hz será más potente y esta frecuencia se puede utilizar para desbloquear la acumulación de material en ventiladores ID (tiro inducido), filtros, ciclones, mezcladores, secadores y enfriadores.
230 Hz. A esta frecuencia, la potencia involucrada es suficiente para su uso en la mayoría de las aplicaciones de generación de electricidad .
75 Hz y 60 Hz. Estos son generalmente los limpiadores acústicos más potentes y se utilizan a menudo en grandes recipientes y silos .
Salud y seguridad
La introducción de limpiadores acústicos ha supuesto una mejora significativa en muchas áreas de la salud y la seguridad . Por ejemplo, en la limpieza de silos , las soluciones anteriores tendían a ser intrusivas o destructivas. Los cañones de aire, los sopladores de hollín , los vibradores externos, los martillazos o la costosa entrada de personal han sido reemplazados por bocinas sónicas no invasivas. Un limpiador acústico no requiere tiempo de inactividad y funcionará durante el uso normal de la planta. Si tomamos el ejemplo de la limpieza de silos un poco más en profundidad, existen dos problemas típicos.
Puente
Esto ocurre cuando el silo se bloquea en la salida. Anteriormente, el problema se solucionaba mediante una limpieza manual desde debajo del silo, lo que a su vez introducía un riesgo significativo de caída de material cuando se despejaba el bloqueo. Un limpiador acústico puede funcionar desde la parte superior de un silo a través del material in situ para despejar el bloqueo en la base.
Agujero de rata
Compactación en el lateral de un silo. Esto no solo reduce el volumen operativo en un silo, sino que también compromete el control de calidad al interrumpir el ciclo de entrada y salida. El material más antiguo compactado en el lateral de un silo también puede comenzar a degradarse y producir gases peligrosos. Un limpiador acústico producirá ondas sonoras que harán que el material compactado resuene a una velocidad diferente a la del entorno circundante, lo que provocará desprendimiento y desprendimiento.
Ventajas de los limpiadores acústicos
El uso repetitivo durante las operaciones significa que hay menos paradas no programadas.
Flujo de material mejorado mediante la eliminación de atascos, bloqueos y puentes.
Minimización de la contaminación cruzada garantizando el vaciado completo del ambiente.
Mejora de la limpieza y reducción de riesgos para la salud y la seguridad.
Mayor eficiencia energética. La reducción de la acumulación de calor en las superficies de intercambio de calor se traduce en un menor consumo de energía.
Mayor vida útil de la planta. Se evitan regímenes de limpieza agresivos.
Fácil manejo. Es fácil automatizar las bocinas a intervalos regulares o vincular el sonido a cambios en su entorno, como la presión o los caudales.
Es importante destacar que evitan que se produzca el problema de acumulación de material.
Estas ventajas significan que la recuperación financiera suele ser muy rápida.
También es posible comparar directamente los limpiadores acústicos con soluciones alternativas.
Cañones de aire . Son equipos bien establecidos, pero caros y de cobertura limitada, por lo que es necesario comprar varios. Además, son ruidosos y tienen un alto consumo de aire comprimido.
Vibradores. Son fáciles de instalar en un silo vacío, pero pueden causar daños estructurales y contribuir a la compactación del polvo.
Revestimientos de baja fricción. Son muy silenciosos, pero su instalación es costosa. Además, son propensos a la erosión y pueden contaminar el medio ambiente o el producto.
Almohadillas y revestimientos inflables. Nuevamente, son fáciles de instalar en un silo vacío. Ayudan a reforzar las paredes laterales, pero no tienen ningún impacto en la formación de puentes. También son difíciles de mantener y pueden causar compactación.
Fluidización a través de una membrana unidireccional. Esto puede ayudar a los materiales ya compactados. Sin embargo, son caras y difíciles de instalar y mantener. También pueden contribuir a la formación de puentes y enclavamientos mecánicos.
Aplicaciones específicas
Calderas . Limpieza de superficies de transferencia de calor.
Precipitadores electrostáticos . Los limpiadores acústicos se utilizan para limpiar tolvas, paletas giratorias, placas de distribución, placas colectoras y cables de electrodos.
Filtros. Los limpiadores acústicos se utilizan en unidades de aire inverso, de chorro pulsado y de agitación. Son eficaces para reducir la caída de presión en la superficie de recolección, lo que aumentará la vida útil de la manga y evitará que se obstruya la tolva. Por lo general, pueden reemplazar totalmente tanto los ventiladores de aire inverso como las unidades de agitación y reducir significativamente el requisito de aire comprimido en los filtros de chorro pulsado.
Ventiladores de identificación. La limpieza acústica ayuda a proporcionar un patrón de limpieza uniforme incluso en las partes inaccesibles del ventilador. Esto mantiene el equilibrio del ventilador.
Entrada del horno . Los limpiadores acústicos ayudan a prevenir la acumulación de partículas en la entrada del horno y esto minimizará la formación de anillos en la nariz.
Precolectores mecánicos. Los limpiadores acústicos ayudan a evitar la acumulación de suciedad alrededor de los impulsores y entre los tubos.
Molinos. Los limpiadores acústicos ayudan a mantener el flujo de material y también evitan bloqueos en los silos de premolienda. También ayudan a evitar la acumulación de material en los separadores y ventiladores posteriores.
Enfriadores planetarios. Los limpiadores acústicos ayudan a evitar la formación de puentes y garantizan una evacuación completa.
Precipitador. Los limpiadores acústicos ayudan a limpiar los álabes giratorios, las placas de distribución, las placas recolectoras y los cables de los electrodos. Pueden ayudar o reemplazar los sistemas de golpeteo mecánico. También evitan la acumulación de partículas en las tolvas inferiores, lo que de otro modo provocaría picos de opacidad.
Precalentadores. Se utilizan en torres, elevadores de gas, ciclones y ventiladores.
Bodegas de carga de barcos. Se utilizan tanto para limpiar como para desairear las cargas actuales.
Silos y tolvas . Para evitar la formación de puentes y agujeros de ratas.
Ciclones estáticos. Los limpiadores acústicos funcionan tanto dentro del ciclón como con los conductos asociados.
Véase también
Limpiador ultrasónico : Limpieza utilizando frecuencias más altas que las encontradas en los limpiadores acústicos.
^ PM Shandu (2021). "El caso de la limpieza acústica de calderas industriales en la central eléctrica de combustibles sintéticos Sasol en Secunda" (PDF) . Sociedad IEOM.
Enlaces externos
Medios relacionados con Limpiadores acústicos en Wikimedia Commons
Medios relacionados con Limpiadores acústicos en Wikimedia Commons