CAMARA DE SEDIMENTACIÓN__GRUPO 2
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1
2
INTEGRANTES
DOCENTE
CONTROL
DE LA
CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA Ingeniería Ambiental
3
ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN ........................................................4
II. MARCO TEÓRICO .......................................................6 2.1. PARÁMETROS DE DISEÑO DE UNA CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN ........................ 7
2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS ...................................................................................... 9
III. ESTUDIO DE CASOS ................................................... 11 3.1. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS ................................................................. 11
3.2. CASO 1: CENTRALES TÉRMICAS Y DE ELECTRICIDAD ............................................ 12
3.3. CASO 2: INDUSTRIA DE LA PRODUCCION DEL CEMENTO PORTLAND .................. 16
IV. DISCUSIÓN ........................................................... 19
V. CONCLUSIONES ...................................................... 20
VII. BIBLIOGRAFÍA ........................................................ 21
4
I. INTRODUCCIÓN
A nivel mundial existe una preocupación creciente por las consecuencias del cambio
climático originado por la acción del hombre. Uno de los hechos que mejor retrata esta
situación es la declaración realizada por el mandatario ruso D´mitri Medvedev, quién
siempre fue un escéptico de las consecuencias de los efectos que la emisión de gases
efecto invernadero (GEI) pudiese acarrear al planeta, declaró que, refiriéndose a la ola
de calor y la sequía que asoló Rusia durante el verano de 2010, "lo que está pasando
debe ser un llamado de atención para nosotros, todos los líderes de Estado y
organizaciones sociales, para tomar una postura mucho más enérgica para contrarrestar
los cambios globales en el clima”. Sin bien es cierto que el aprovisionamiento de energía
mejora la calidad de vida de las personas, no es menos cierto que la generación de dicha
energía, el procesamiento y la utilización de energéticos ocasionan efectos nocivos para
el medio ambiente. Un ejemplo claro de esto es el fenómeno de lluvia ácida, que sin
bien comenzó a hacerse notorio desde comienzos de la época industrial cobró fuerza en
la década de 1980, pero no fue hasta 1990 que se tomaron acciones concretas contra
las fuentes que emitían dicha contaminación.
Los contaminantes atmosféricos pueden tener variados efectos. Los principales son la
incidencia en la salud de la población, los perjuicios a la vegetación y ecosistemas, los
daños a materiales, y la reducción de visibilidad. El calentamiento global que afecta a
todo el mundo. A nivel mundial existe una preocupación creciente por las consecuencias
del cambio climático originado por la acción del hombre.
REMOCIÓN DE MATERIAL PARTICULADO
El Material Particulado (MP)
Es una compleja mezcla de partículas suspendidas en el aire las que varían en tamaño y
composición dependiendo de sus fuentes de emisiones (exceptuando el agua pura).
Clasificación del material particulado
- PM 10 denominadas a pequeñas partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas,
hollín, partículas metálicas, cemento o polen, dispersas en la atmósfera, y cuyo
diámetro es menor que 10 µm (1 micrómetro corresponde la milésima parte de
1 milímetro).
- PM 2.5 es un contaminantes del aire constituido por material sólido o líquido
con diámetro menor de 2.5 milésimas de milímetro. Son las provenientes de la
combustión de vehículos diésel y de gasolina.
5
FUENTES DE MATERIAL PARTICULADO
Control de Emisiones de Material Particulado (MP)
Existen dispositivos para el control de las emisiones de material particulado de distinta
efectividad, los cuales varían en el precio de implementación, los costos de operación y
la eficiencia de abatimiento de las emisiones.
- Cámara de sedimentación
- Colectores inerciales
- Ciclones
- Lavadores de ciclones
- Filtros de tela
- Entre otros.
Considerando que los dispositivos para captura de
MP atrapan los contaminantes pero no los
destruyen, es necesario disponer adecuadamente
el material recolectado. Las partículas sólidas
recolectadas frecuentemente se disponen en un
relleno
Fig. 1: Cámara de
sedimentación
6
II. MARCO TEÓRICO
Las cámaras de sedimentación forman parte del grupo de los llamados equipos de pre
tratamiento ya que, de forma general, suelen ser empleados para reducir la carga inicial
de partículas de una corriente gaseosa eliminando de la misma las partículas de mayor
tamaño así como las abrasivas. La eficiencia de colección de las cámaras de
sedimentación varía en función del tamaño de partícula y evidentemente del diseño
de las mismas
En esencia una cámara de sedimentación es un recipiente con una entrada en un lado y
una salida situada al lado contrario frontalmente o en la parte superior de la misma,
generalmente de geometría rectangular su parte central, aunque existen también
modelos cilíndricos, donde se permite a una corriente gaseosa expandirse de tal forma
que la velocidad del gas dentro de la misma disminuye considerablemente permitiendo
que la acción de la gravedad sedimente las partículas que esta arrastra. La sección
transversal del equipo es mucho mayor que la del ducto que se aproxima a él para que
pueda expandirse el gas y consecuentemente se produzca la ralentización del mismo. Se
emplean tolvas que recolectan el sólido separado en la parte inferior del mismo, desde
donde son extraídas al exterior a través de una válvula rotativa o de doble compuerta.
Debe tenerse en cuenta que el sistema de recolección de polvos esté completamente
bien sellado para prevenir que entre aire desde los mismos que puedan aumentar la
turbulencia en el equipo y consiguientemente reincorporar partículas eliminadas
nuevamente a la corriente. Para un buen funcionamiento es conveniente que la
velocidad del gas en la cámara sea inferior a 3 m/s o, en cualquier caso, inferior a la
velocidad de arrastre de las partículas que queramos separar y que dependerá de su
tamaño. Al aumentar la temperatura del gas disminuye el rendimiento del equipo en el
sentido de que aumenta el diámetro mínimo de las partículas que son retenidas.
Existen dos tipos fundamentales de modelos constructivos:
Las cámaras de expansión y las cámaras de placas deflectoras o modelo de Howard
Fig.2: Cámara de expansión Fig. 3: Cámara de placas deflectoras o
Modelo de Howard
7
En las cámaras de expansión el principio de funcionamiento sigue un modelo como el
descrito hasta ahora. La cámara de placas deflectoras consiste en una cámara de
expansión en cuyo interior se sitúan de forma igualmente espaciada finas bandejas que
hacen que el gas se mueva horizontalmente entre ellas. Si bien en este tipo constructivo
la velocidad del gas es ligeramente mayor, la eficiencia es mayor respecto al modelo
convencional debido a que las partículas tienen menores distancias de precipitación.
Además los requerimientos de espacio para este modelo son menores que para la
cámara de expansión.
2.1. PARÁMETROS DE DISEÑO DE UNA CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN
Es necesario determinar cierto número de factores antes de poder hacer un diseño
eficiente del equipo colector. Entre los datos requeridos más importante se
encuentran los siguientes:
- Las propiedades físicas y químicas de las partículas.
- Condiciones de flujo requeridas por el proceso en el que se incluye el proceso.
- Intervalo de concentración de partículas que se podría esperar
- Temperatura y presión de la corriente de flujo
- Humedad
- Naturaleza corrosiva de la fase gaseosa
- Los parámetros de calidad de la corriente tratada.
Este último parámetro descrito, es quizás el más importante ya que especifica la
eficiencia de colección para la que se diseña el equipo. En incontables ocasiones, y
más aún para este tipo específico de equipo, procurar una limpieza casi total del gas
para cualquier tamaño de partícula contenida en el mismo está completamente fuera
de lugar porque los requerimientos de espacio y económicos lo impiden. Así pues,
en virtud de unos parámetros de calidad establecidos por el propio proceso al que
se puede recircular un gas tratado o si bien se tratase de limpieza de gases
atmosféricos se elige por el diseñador un criterio de eficiencia y de tamaño mínimo
de partícula que se desea eliminar, y en base a unas condiciones de operación
(caudal, presión etc.) se dimensiona el equipo.
El diseño de estos equipos es muy sencillo, debemos evaluar la velocidad de las
partículas en su caída con respecto a la velocidad del gas, de manera que si las
partículas tienen tiempo para sedimentar, es decir, recorrer la altura hasta la tolva
de recolección, en la longitud de la cámara, entonces la partícula quedará atrapada.
En caso contrario la partícula será arrastrada por la corriente gaseosa.
8
Las partículas sólidas o líquidas caen por gravedad a velocidad constante (velocidad
terminal) que depende del tamaño (dp), densidad (ρs), forma y viscosidad del gas.
La velocidad terminal se estima mediante la ley de Stokes:
La velocidad de paso estará determinada por el caudal del gas y el área transversal
de la cámara:
El tamaño mínimo de una partícula que puede separarse de la corriente gaseosa se
calcula a partir de la siguiente ecuación:
Para hallar el tiempo de residencia de la partícula en el sedimentador, utilizamos la
ecuación:
Donde:
L= Longitud de la cámara (m)
𝑣 = Velocidad
Fig. 4: Cámara de
sedimentación
9
En caso, se quiera conocer el Tiempo de caída de la partícula, se usará la siguiente
ecuación:
Por último, si queremos conocer la eficacia de la cámara de sedimentación, se usará
la fórmula:
De esta manera el dimensionamiento de una cámara de sedimentación dependerá
del caudal de gas a tratar (a más caudal mayor sección para que la velocidad se
encuentre entre 3 y 0,1 m/s) y de la eficiencia y el tamaño de partícula que queramos
separar (una mayor longitud conseguirá las mayores eficiencias). Como normalmente
son usados como un pre tratamiento para el enfriamiento del gas y la eliminación de
las partículas más gruesas, no se usarán longitudes descomunales para mejorar la
eficiencia con partículas pequeñas.
2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
LAS VENTAJAS DE LAS CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN SON, PRINCIPALMENTE:
- Bajos costos de capital
- Costos de energía muy bajos
- No hay partes móviles, por lo que presentan pocos requerimientos de mantenimiento y bajos
costos de operación.
- Excelente Funcionamiento
- Baja caída de presión a través del equipo
- El equipo no está sujeto a la abrasión, debido a la baja velocidad del gas.
- Provee un enfriamiento adicional a la corriente gaseosa.
Donde:
H= Altura de la cámara (m)
𝑣𝑠 = Velocidad terminal
Donde:
L= Longitud de la cámara (m) 𝑣 = Velocidad H= Altura de la cámara (m) 𝑣𝑠 = Velocidad terminal
10
- Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente del tipo de material
empleado en su fabricación
LAS DESVENTAJAS PRINCIPALES SON:
- Eficiencias de recolección de partículas relativamente bajas, particularmente para aquellas de
tamaño menor a 50 µm.
- No puede manejar materiales pegajosos o aglutinantes, se necesita que el gas llegue seco para
evitar problemas de incrustaciones provocadas por las condensaciones, y que el sólido no sea
pegajoso.
- El principal inconveniente es que precisan grandes espacios para su instalación.
- Las bandejas en el modelo Howard pueden deformarse durante condiciones de
trabajo que involucren altas temperaturas.
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL POR MATERIAL PARTICULADO
11
III. ESTUDIO DE CASOS
3.1. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS
Aun cuando las cámaras de sedimentación tengan bajas eficiencias de recolección,
estas han sido muy utilizadas en:
En la industria de refinación de metales: aplicada al control de partículas grandes,
como trióxido de arsénico procedente de la fundición de minerales de cobre
arsenioso.
Disminución de carga de polvo y de abrasión en dispositivos posteriores,
eliminando las partículas más grandes de la corriente de gas
Centrales térmicas y de electricidad han utilizado cámaras de sedimentación para
recolectar partículas grandes de carbón no quemado y reinyectarlas a los
generadores de vapor. Son particularmente útiles en industrias en las que es
necesario enfriar la corriente de gas antes de continuar con otros tratamientos.
Cámaras de sedimentación: Su empleo se limita a la extracción de polvo
relativamente grueso, del orden de las 200 µm y como paso previo de una
depuración más fina.
El aire cargado de polvo entra en la cámara de sedimentación disminuyendo así su
velocidad, con lo que una parte de las partículas abandonan la corriente de aire
debido a la fuerza gravitatoria. El rendimiento de este tipo de separadores es
relativamente bajo, menor del 50%.
El uso de
estas
cámaras ha
disminuido
debido a
mayores
restricciones
de espacio en
las plantas y
por la
posibilidad
de utilizar
otros
dispositivos
de control
más
eficientes y
con mayores
capacidades
de carga.
Fig. 5 Cámaras de sedimentación
12
3.2. CASO 1 CENTRALES TÉRMICAS Y DE ELECTRICIDAD
CENTRAL TERMOELÉCTRICA DE COMBUSTIBLES FÓSILES
Una Central Termoeléctrica es una instalación en donde la energía mecánica que se
necesita para mover el rotor del generador y, por tanto, obtener la energía eléctrica, se
obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. El vapor generado
tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que en su expansión sea capaz
de mover los álabes de las mismas.
Una central termoeléctrica clásica se compone de una caldera y de una turbina que
mueve el generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se
produce la combustión del carbón, fuel o gas.
Fig. 6 Central termoeléctrica
Funcionamiento
La energía interna de los combustibles se libera en forma de calor para producir un
movimiento de turbinas que genera corriente eléctrica. Cuando son combustibles
gaseosos (y en algunos casos también con los líquidos), los gases de combustión
accionan directamente las turbinas (turbina de gas).
La tendencia hoy es la generación asociada de turbinas de gas y de vapor (producido a
partir de los gases calientes de escape), con lo que se alcanzan rendimientos de
producción eléctrica más elevados que con los ciclos convencionales. Las centrales
térmicas convencionales producen energía eléctrica a partir de combustibles fósiles,
como son el carbón, el fuelóleo o el gas. Además, utilizan tecnologías clásicas para la
producción de electricidad, es decir, mediante un ciclo termodinámico de agua/vapor.
13
El carbón almacenado en el parque (1) cerca de la central es conducido mediante una
cinta transportadora hacia una tolva (2) que alimenta al molino (3). Aquí el carbón es
pulverizado finamente para aumentar la superficie de combustión y así mejorar la
eficiencia de su combustión. Una vez pulverizado, el carbón se inyecta en la caldera (4),
mezclado con aire caliente para su combustión.
La caldera está formada por numerosos tubos por donde circula agua, que es convertida
en vapor a alta temperatura. Los residuos sólidos de esta combustión caen al cenicero
(5) para ser posteriormente transportados a un vertedero. Las partículas finas y los
humos se hacen pasar por los precipitadores (6) y los equipos de desulfuración (7), con
el objeto de retener un elevado porcentaje de los contaminantes que en caso contrario
llegarían a la atmósfera a través de la chimenea (8).
El vapor de agua generado en la caldera acciona los álabes de las turbinas de vapor (9),
haciendo girar el eje de estas turbinas que se mueve solidariamente con el rotor del
generador eléctrico (12).En el generador, la energía mecánica rotatoria es convertida en
electricidad de media tensión y alta intensidad. Con el objetivo de disminuir las pérdidas
del transporte a los puntos de consumo, la tensión de la electricidad generada es
elevada en un transformador (13), antes de ser enviada a la red general mediante las
líneas de transporte de alta tensión (14).
Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el
condensador (10). El agua que refrigera el condensador proviene de un río o del mar, y
puede operar en circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor extraído del
condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (11) o, en circuito abierto,
descargando dicho calor directamente a su origen.
Fig. 7. Central Hidroeléctrica
14
Incidencia Ambiental de la Generación de Electricidad en Centrales Térmicas
La incidencia de este tipo de centrales sobre el medio ambiente se produce por la
emisión de residuos a la atmósfera (procedentes de la combustión del combustible)
La combustión del carbón, en efecto, provoca la emisión al medio ambiente de
partículas y ácidos de azufre. Para impedir que estas emisiones puedan perjudicar al
entorno de la planta, dichas centrales poseen precipitadores que retienen buena parte
de las partículas volátiles en el interior de la central. Cabe mencionar, por último, que
diversos países entre ellos España están desarrollando proyectos de investigación que
permiten aprovechar las partículas retenidas en los precipitadores y los efluentes
térmicos de estas centrales de manera positiva. Así, se estudia la posibilidad de emplear
cenizas volantes, producidas por la combustión del carbón, como material de
construcción o para la recuperación del aluminio en forma de alúmina.
- Las partículas
El carbón es el principal causante de la emisión de partículas de cenizas. Los
fragmentos de la combustión de mayor tamaño (más de 10 micras) se depositan
durante un tiempo breve en el suelo por acción de la gravedad, por lo que se
llaman partículas sedimentables. Los de tamaño inferior a 10 micras no
sedimentan, por lo que se llaman partículas en suspensión y se comportan como
gases.
La emisión de partículas se está reduciendo paulatinamente en los últimos años,
pues se trata de un tipo de contaminante relativamente fácil de atrapar antes de
que salga por la chimenea. Hay que tener en cuenta que los sistemas de
retención de partículas cuentan con larga experiencia en las centrales térmicas,
con procedimientos que garantizan porcentajes de eliminación próximos al
100%.
- Energía y Emisiones
Estas emisiones traen influyen en temas de preocupación actual tales como:
"lluvia ácida" y "efecto invernadero". Los problemas ocasionados por las
emisiones fueron inicialmente atenuados con la construcción de chimeneas altas
para mejorar la dispersión, pero en algunas partes del mundo se hizo obvia la
presencia de problemas más serios. Mucha de la culpa se le ha atribuido al
carbón y otros combustibles quemados en plantas termoeléctricas, los cuales
emiten SOx y óxido de nitrógeno (NOx) durante la combustión. Estos gases
reaccionan químicamente con el vapor de agua y otras sustancias de la
atmósfera para formar ácidos, los cuales caen con las lluvias. La industria
desarrolló la opción de utilizar carbones de bajo azufre y realizó los cambios
necesarios para reducir las emisiones de SOx y NOx hasta llegar a niveles
tolerables de emisión.
La contribución del carbón al incremento del efecto invernadero producido por
el CO2 es del orden de 20%; del cual la mitad proviene de la generación de
15
electricidad. La contribución es mucho menos con respecto del CH4 y el N2O.
Todo proceso de combustión tiene efectos muy directamente relacionados con
la contaminación atmosférica y, en particular el de los carbones, con la
producción de residuos sólidos. La combustión ideal de un compuesto
constituido sólo por carbono e hidrógeno, quemado con un adecuado exceso de
aire y sin reacciones secundarias, únicamente produciría dióxido de carbono
(CO2) y vapor de agua (H2O), a los que se unirían el oxígeno sobrante y el
nitrógeno procedentes del aire.
La situación se complica al quemar carbones y otros combustibles fósiles, que
originan nuevos productos normalmente indeseables. Desde el punto de vista
ambiental, los productos genéricos pueden ser gaseosos, líquidos, sólidos, calor
residual, y otras formas de contaminación (residuos industriales, ruidos).
- Efluentes gaseosos
Los contaminantes principales presentes en los gases de combustión son:
Óxidos de azufre (SOx): Proceden del azufre contenido en los
combustibles. El principal es el dióxido de azufre (SO2).
Óxidos de Nitrógeno (NOx): Proceden del nitrógeno presente en al aire
de combustión, o en el propia composición del combustible.
Partículas sólidas contenidas en los gases.
Otros productos: Emitidos en bajas concentraciones, pero que cada vez
reciben más atención, por ejemplo los compuestos halogenados,
hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles (COV), elementos
químicos en muy pequeña concentración (trazas), etc.
RANKING DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS MÁS CONTAMINANTES:
1.- Central Térmica As Pontes (A Coruña) Media de emisiones: 9.121.027 toneladas de CO2 (lo mismo que emiten 3.040.000 coches al año). Potencia instalada: 1.400 MW y año de construcción: 1976 2. Central Térmica de Aboño (Asturias) Media de emisiones: 7.602.693 toneladas de CO2 (el equivalente a lo que emiten 2.534.000 coches al año). Potencia instalada: 903 MW y año de construcción: 1974 3. Central Térmica Litoral de Almería (Almería) Media de emisiones: 6.998.752 toneladas de CO2. Potencia instalada: 1.100 MW y año de construcción: 1984
4. Central Térmica de Teruel (Teruel) Media de emisiones: 6.828.042 toneladas de CO2 Potencia instalada: 1.050 MW y año de construcción: 1979 5. Central Térmica de Compostilla (León) Media de emisiones: 5.974.704 toneladas de CO2 Potencia instalada: 1.312 MW y año de construcción: 1961
Fig. 8 Central Térmica As Pontes (A Coruña)
16
3.3. CASO 2 INDUSTRIA DE LA PRODUCCIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
En la industria del cemento, tanto el producto final como los intermedios son
pulverulentos. La producción de polvo es la inevitable secuela que acompaña al proceso
de desmenuzamiento y de la manipulación tecnológica de los componentes materiales,
indispensables para la producción del cemento portland.
En todas las secciones de la fabricación del cemento se produce polvo. Su
desprendimiento constituye una plaga para el personal y para todo cuanto rodea una
fábrica de cemento; ese desprendimiento de polvo origina pérdidas de material no
despreciables.
Por tales razones, todos los focos de producción de polvo tienen que encerrarse en
adecuadas cámaras de captación. Aplicando una aspiración al aire o a los gases de las
máquinas y aparatos o a los conductos por donde tales gases circulan, se crea en ellos
una depresión que impide que el polvo tienda a salir al exterior. Los tubos de la captación
son de tales dimensiones que la velocidad del aire en ellos sea de unos 13 m/seg, en los
que llevan fuerte inclinación y de unos 20 m/seg en los trayectos horizontales.
Las trituradoras de material grueso operan generalmente sobre material que aún lleva la
humedad de la cantera y, naturalmente no necesitan ninguna captación de polvo. Sin
embargo, en casos especiales, cuando hay que trabajar con materias secas, las
trituradoras, sean de mandíbulas, sean de cono, sean de cilindros, etc., tienen que llevar
una aspiración que arrastre el aire cargado de polvo desde la tolva colectora situada
debajo de la trituradora. En máquinas encerradas en cajas o envolventes como las
trituradoras de martillos y los molinos de martillos, etc., el tubo de la captación puede
conectarse directamente a dicha caja o envolvente.
Los aparatos de transporte requieren igualmente instalaciones de captación de polvo que
aspiren el aire y después de despojarlo del polvo lo conduzcan al exterior. Los gases de escape
de los secadores y de los hornos arrastran consigo una gran cantidad no despreciable de polvo.
La captación del mismo, tratándose de gases que suelen estar bastante calientes, requiere
instalaciones especiales.
En todas estas instalaciones es preciso cuidar que no haya ninguna entrada de aire, puesto que
todo aire infiltrado rebaja el rendimiento.
Clases de polvo
En la explotación de una fábrica de cemento se producen las siguientes clases de polvo:
1. polvo de materias primas, es decir, polvo de caliza, marga calcárea, arcilla, minerales de
hierro, escorias, etc.
2. Polvo de crudo y polvo de carbón.
3. Polvo de los gases residuales de la sección de secado de materias primas.
4. Polvo de los gases residuales de los hornos de clinker (polvo de los hornos para
cemento)
5. Polvo de clinker, polvo de yeso y polvo de cemento.
Las partículas sólidas constituyen, con mucho, el principal contaminante emitido a la atmósfera por la industria del cemento. Aunque no son realmente nocivas por su ausencia de toxicidad, son frecuentemente causa de molestias para la población circundante y puede producir perjuicios en la agricultura al cubrir las hojas de las plantas de una finísima capa de polvo.
17
Excepto el polvo de cemento, los otros tipos citados tienen la misma composición que la de los
materiales de que proceden.
Fuentes de material particulado
Las fuentes de material particulado en plantas de cemento incluye (1) cantera y
trituración, (2) almacenamiento de materias primas, (3) molienda y mezclado, (4) producción de
clinker, (5) Molienda final y (6) empaque y carga.
Las emisiones de polvos se producen en el arranque de la piedra con martillos neumáticos, en
la caída del frente de corte muy variable según la humedad de la tierra y en el machaqueo
primario (granos de 20 a 30 mm). En este último caso, el desempolvado puede llevarse a cabo
por pulverización de agua o por medio de filtros de mangas o ambos sistemas aplicados a la vez.
La producción de polvo en el área de molienda depende de la materia prima empleada y de su
grado de humedad, así como de las características del molino. Si el grado de humedad es elevado
puede ser innecesaria la captación de polvos.
La más grande fuente de emisión de material particulado dentro de la planta de cemento es el
sistema de piroproceso que incluye el horno y la chimenea de escape del enfriador de clinker.
Muchas veces, polvo del horno es recolectado y reciclado en el horno, en relación con el polvo
del clinker producido. Sin embargo si el contenido de álcalis de las materias primas es también
muy alto, alguno o todo el polvo es descargado lixiviado antes de la entrada al horno. En muchos
casos el máximo contenido permisible de álcalis de cemento es de 0.6% (calculado como oxido
de sodio) restringiendo la cantidad de polvo que puede ser reciclado. Fuentes adicionales de
material particulado, son las pilas de almacenamiento de materias primas, transportadores, silos
de almacenamiento.
Valores de orientación para la desempolvadura.
1 2 3
4 5
6
Fig. 9: Fuentes de material particulado en plantas de cemento.
En la
fabricación
del cemento
Portland el
factor más
importante
de emisión
son las
partículas
sólidas, a las
que
generalmen
te se las
califica de
polvo.
18
La serie de datos relacionados en la tabla N°1 son valores de aproximación de los contenidos
de polvo en Ton de polvo/ Ton de aire y de gases residuales en los dispositivos que utilizan en
las fábricas de cemento.
Cifras de partida acerca de la distribución granulométrica de los polvos de la industria
del cemento.
Se necesita conocer la granulometría del polvo para elegir el tipo más adecuado de
desempolvadura. La serie de datos que se relacionan en la tabla N°2 indican los contenidos
porcentuales de las fracciones de los polvos que emiten las instalaciones. Las dimensiones de
las partículas de polvo se expresan en µm (micras).
Desempolvadores
Para su separación la industria del cemento utiliza los siguientes tipos de desempolvadores
de tipo mecánico: ante todo, los ciclones para desempolvadura y, en menor escala, las
cámaras de polvo; además de los filtros de tejidos, los desempolvadores por capas de gravilla
y, finalmente, los filtros electrostáticos.
Para estar en consonancia con las normas relativas a las emisiones, a veces es menester
combinar los distintos tipos de desempolvadores, según la concentración y la temperatura de
las partículas emitidas. Ya no se usan en la industria del cemento aquellos dispositivos que se
emplean agua como elemento activo en la separación del polvo, dado lo complicado que
resulta la recogida y reciclado del polvo húmedo ya que su posterior manipulación crea nuevos
problemas de polvo.
Para la predepuración de gases de elevado contenido de polvo, siempre serán de gran interés
las cámaras de sedimentación. El modo de operar de estas cámaras se basa en el principio de
la disminución de la velocidad en la vena gaseosa, lo que da lugar a la sedimentación del polvo
por acción de la gravedad. Para imponer a la vena cambios de dirección, para que para que el
trayecto en que se realice la sedimentación se acorte, las cámaras de sedimentación son los
dispositivos más baratos debido a la sencillez de su construcción, pero también los
desempolvadores de rendimiento más bajo. Solo quedan depositadas las partículas más
gruesas. Para separar polvos más finos, por ejemplo, en el tramo granulométrico de los 20 µm,
sería necesario disponer de cámaras de unos 35 m. por consiguiente la mayoría de las veces,
las cámaras de sedimentación están instaladas como separador previo para las partículas
gruesas, delante de desempolvadores de más alto rendimiento, como los filtros de tejidos o
los electrostáticos. El rendimiento de las cámaras de separación medido varía entre el 30 – 70
%. En las cámaras de sedimentación la velocidad de
los gases no debe sobrepasar 0.5 m/seg. La pérdida
de carga está en el intervalo de 5-25 mm de agua.
En la Figura N°2 se muestran esquemáticamente dos
cámaras de sedimentación diferentes, establecidas
para la desempolvadora previa de gases de horno y de
secaderos de tambor. El flujo del gas puede ocurrir
tanto horizontal como verticalmente.
Fig. 10. Cámara de deposición de polvo para gases
residuales de horno rotatorio y de secaderos.
Los
desempolvadores
se evalúan según
su rendimiento.
Esta relación
expresada en
porcentaje, de la
cantidad de
polvo recogida
por el
desempolvador,
a la recibida por
este, por tanto si
en un
desempolvador
se recogen 95g
de polvo por
cada 100 que
entran, el
rendimiento es
del 95 %. La
depresión o
pérdida de carga
de los
desempolvadores
se mide en mm
de agua.
19
IV. DISCUSIÓN
El crecimiento poblacional trae consigo una serie problemas ambientales, muchos de
ellos ya conocidos como el impacto al medio ambiente, la sobreexplotación de los
recursos naturales o la excesiva cantidad de residuos, a todo ello se le suma la
Contaminación Atmosférica, que hoy por hoy según estudios, es la responsable de 2,1
millones de muertes en todo el mundo cada año (Investigación publicada en la revista
Environmental Research Letters).
Esto no es de sorprenderse ya que las actividades tanto industriales como urbanas,
crecen al mismo ritmo que la población, esto se evidencia en la cantidad de edificios y
casas que van rebalsando las ciudades, las industrias metalúrgicas y cementeras
aumentan su producción año a año debido a la demanda creciente; la necesidad
energética aumenta, las industrias crecen tratando de satisfacer las demandas, pero
todo ello a un costo, la contaminación del planeta.
Para mitigar todo esto se han planteado una diversa gama de soluciones en todos los
campos, esto es bueno, ya que si nosotros somos los contaminantes entonces también
debemos descontaminar; hemos hablado particularmente de la CONTAMINACIÓN CON
MATERIAL PARTICULADO, y las formas de REMOVERLO, esto es muy importante ya que
estudios científicos afirman que la contaminación por partículas está relacionada con la
muerte prematura por enfermedades cardíacas y respiratorias, incluyendo el cáncer de
pulmón (según la OMS).
Se han creado dispositivos para el control de las emisiones de material particulado de
distinta efectividad, los cuales se instalan en las industrias generadoras de acuerdo al
precio de implementación que estos acarrean, también tiene mucho que ver los costos
de operación y la eficiencia al momento de capturar el material particulado; no es mucha
sorpresa que la mayoría de industrias se fije mucho en la economía, optando por
sistemas de remoción de MP deficientes y antiguos puesto que aún tenemos una
mentalidad basada en el presente y no pensamos en las consecuencias del futuro.
En este trabajo estudiamos todo lo referente a la CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN DE
PARTÍCULAS USADA PARA LA REMOCIÓN DE MATERIAL PARTICULADO (equipos de pre-
tratamiento), que como se mencionó anteriormente tiene sus ventajas y desventajas.
Debemos señalar muy claramente que estos dispositivos atrapan los contaminantes,
mas no los destruyen por ello es necesario disponer de forma adecuada el material
recolectado, y hoy se ve en muchos casos las posibilidades de utilizar estos materiales
como suplementos para fabricar otros, como ejemplo notable de ello tenemos el uso
del MP de las siderúrgicas para sustituir al Clinker.
20
V. CONCLUSIONES
Según investigaciones la contaminación del aire es un problema global que cobra
millones de muertes al año, y el material particulado está relacionada con la muerte
prematura por enfermedades cardíacas y respiratorias, en su mayoría, en niños y
ancianos
Podemos concluir que para la remoción de material particulado tenemos una variedad
de equipos para lograr la remoción de este y así disminuir su impacto ambiental.
Si se opta por elegir una cámara de sedimentación para una industria se debe tener muy
en cuenta los parámetros de operación ya que de esto depende la eficiencia de la
remoción del MP.
Algo muy importante de las cámaras de sedimentación es su bajo costo de capital, y sus
costos de energía bajos; pero siempre teniendo en cuenta las propiedades físicas y
químicas de las partículas a sedimentar ya que si estas son menores a 50 µm, la eficiencia
de recolección de partículas es muy baja.
Al usar estos equipos es necesario diseñar un lugar adecuado para disponer del material
recolectado, ya que estos equipos solo recolectan los contaminantes y no los destruyen.
Una posibilidad a ello es ver la factibilidad de utilizar estos desechos en otros procesos
industriales.
VI. RECOMENDACIONES
La principal recomendación es que debemos pensar en un futuro sostenible, es decir,
pensar en las nuevas generaciones y en sus necesidades; de esta forma al momento de
mitigar los impactos ambientales originados en las industrias y demás, se debe utilizar
la mejor tecnología y la más eficiente y dejar de lado los costos económicos ya que estos
se recuperaran en el futuro.
Debemos realizar investigación en el tema de material particulado, ya que muchas
industrias que utilizan estos equipos como, CÁMARAS DE SEDIMENTACIÓN, arrojan
nuevamente estos desechos sin darles ningún valor, lo que a la larga causara
nuevamente impactos ambientales, esto se puede evitar si investigamos nuevos usos y
aplicaciones de estos desechos.
21
VII. BIBLIOGRAFÍA
Asociación Española de La Industria Eléctrica (UNESA). “IMPACTO
AMBIENTAL DE LA INDUSTRIA ELECTRICA” [Disponible en]
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CENTRALES TERMOELÉCTRICAS A CARBÓN”. [Disponible en]
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MILLONES DE MUERTES AL AÑO” [Disponible en]
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SEPARACIÓN. [Disponible en] http://bit.ly/UhRFEQ Consultado el
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PROCEDENTES DE FUENTES ESTACIONARIAS”. [Disponible en]
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Universidad Nacional Experimental del Táchira. “EQUIPOS DE COLECCIÓN DE PARTÍCULAS”. [Disponible en] http://bit.ly/1aa4BmF Consultado el 22 de Octubre del 2013.
23
VIII. ANEXOS
Anexo N° 1
TABLA N° 1. Contenido de polvo en el aire y gases residuales de la industria del
cemento.
PUNTOS DE PRODUCCIÓN DE POLVO Ton polvo/Ton aire Y Gases
103
Triturador (según la humedad). 3.875-11.62
Molinos de martillos de gran velocidad.
Tamaño del producto de 2-5 mm.
Para producto en polvo.
11.62-15.5
15.5-31
Vibromatriz 11.62-15.5
Tolvas 3.875-11.62
Apilamientos abiertos, sin cubierta hasta 3.875
Volcadores de vagones (según humedad del material) 7.75-15.5
Secadero de materias primas :
Secadero de tambor rotatorio.
Secaderos rápidos con álabes para proyección.
31-69.76
38.75-193.8
Molino de crudo :
Con salida por gravedad
Molinos barridos por aire con secado simultáneo
15.5-62
232.5-387.6
Molinos por rodadura, molinos de rodillos y
solera rotatoria 503.8
Molinos de carbón :Con salida por gravedad
Con molienda-secado
15.5-62
77.5-93
Gases residuales del horno rotatorio :
Hornos largos para vía húmeda
Hornos largos para vía seca
Hornos cortos para vía seca
Hornos cortos para vía seca con intercambiador.
Hasta 11.62
hasta 23.2
hasta 46.5
38.75-58.1
Enfriadores de parrilla de clinker (enfriadores Fuller) 7.75-11.62
Molinos de cemento 15.5-62
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Anexo N° 2
TABLA N° 2. Contenido porcentual de las fracciones de los polvos que emiten
los diferentes equipos en cementos.
Separadores por aire (de plato dispensor) 62-93
Elevadores de cangilones :
Para crudo
Para cemento clinker
15.5-23.2
hasta 7.75
Puestos de transición de transportadores de cinta
continua 11.62-15.5
Aerodeslizadores, silos de mezcla de crudo, aireación
de silos para fluidificación de crudo y cemento. 23.2-38.75
Instalaciones de transporte neumático (bombas Fuller,
recipientes de impulsión). 116.2-155
Carga a granel 31-46
Máquinas de ensacar cemento 15.5-23.2
Fuente: Fabricación características y aplicaciones de diversos tipos de
cemento, Michel Papadakis. Editores técnicos asociados.
EQUIPO PARTÍCULAS DE
POLVO ( µm) PARTÍCULAS DE POLVO ( % )
Trituradores (la mayor parte de las
veces polvo de caliza).
Fracción :
0-20
20-60
60-100
20-25
10-15
50-60
Secadero de tambor.
Fracción :
0-10
10-30
30-200
50-70
40-50
10-20
Secaderos rápidos con álabes
proyectores.
Fracción :
0-10
10-100
50-70
30-50
Secaderos de tambor para carbón.
Fracción :
0-30
30-100
50-75
25-50
Molinos de carbón.
Fracción :
0-20
20-100
50-95
5-50
Molinos de crudo.
Fracción:
0-20
20-100
70-80
20-30
25
Horno rotatorio.
Hornos largos para vía húmeda.
Fracción :
Hornos largos para vía seca.
Fracción :
Hornos cortos para vía seca.
Fracción :
Hornos con intercambiador de calor.
Fracción :
0-20
20-60
60-100
0-10
10-30
30-100
0-20
20-40
40-60
60-100
0-10
10-100
35-40
20-40
15-20
40-60
20-30
5-10
15-20
40-45
10-15
15-20
90-95
5-10
Molinos de cemento
Fracción :
0-10
10-40
40-80
80-100
10-20
30-40
25-35
2-5
Instalaciones de transporte interno.
Fracción :
0-10
10-40
40-80
80-100
15-20
40-55
10-18
3-7
Fuente: Fabricación características y aplicaciones de diversos tipos de
cemento, Michel Papadakis. Editores técnicos asociados.