Sistemas de Control de Emisiones: olores, gases, material particulado

Cada día que pasa, van mejorando las regulaciones ambientales en todo ámbito alrededor del mundo. Por un lado, se ha mejorado la percepción de realizar medidas mitigadoras que colaboren con el medioambiente y el entorno y, por otro, también se ha avanzado en las regulaciones en las áreas de trabajo internas de las empresas, que van en directa relación con la calidad de vida y salud de las personas.

En general existen varios tipos de contaminantes en el aire, pero podríamos agruparlos en tres grandes conjuntos. 

Olores Gases Material Particulado

En esta ocasión he querido explicar de un punto de vista conceptual los procesos y componentes  que componen los sistemas de GT o MP, en donde todos tienen los mismos elementos, cambiando sólo el tipo de filtro utilizado y la forma de filtrar.

El abatimiento del material particulado, gases y olores en las industrias es una necesidad imperiosa para mejorar la calidad del aire. Este post ofrece una visión total acerca de las funciones, ventajas y limitaciones de los sistemas que involucran sistemas de ventilación y filtración.

Es conocido que los sistemas de filtración constituyen tecnologías relevantes en lo que se refiere a descontaminación y preservación del medio ambiente. Esta es una verdad prácticamente absoluta. Dentro de toda la gama de filtros que se ofrecen en el mercado, por tratarse de una solución tradicional y eficiente en términos de retención del material particulado, los filtros de manga ocupan un lugar preferente, siendo un poco más dispersos los equipos para abatir gases. Lo anterior obedece básicamente a que el material particulado no se subdivide en componentes, es decir, tratándose de MP sólo importa el tamaño de la partícula, sin embargo, los gases tienen diferentes tipos de tratamientos o formas de abatir, absorber o adsorber los contaminantes dependiendo de cuál es el tipo especifico, llámese SOx, NOx, COV, NH3, H2S, etc.

Sistemas de control de emisiones

En general  existen dos problemas básicos a resolver en cualquier sistema de control de emisiones:

  • Por una parte se necesita extraer los contaminantes generados en un lugar específico (fuente)
  • Y por otro, separar los contaminantes del flujo de aire para evacuar este último al medioambiente con el mínimo de impurezas o dentro de los parámetros permitidos por las legislaciones particulares de cada geografía.

Es importante aclarar que no existen sistemas con una eficiencia del 100%, por lo que en cualquier proceso siempre se generarán contaminantes, ya sea en los lugares de trabajo o hacia el medioambiente.

En el esquema siguiente podemos ver de forma muy simple la problemática del control de emisiones:

Emisión

La emisión corresponde al proceso industrial que produce una generación de polvo debido básicamente a la arquitectura del proceso en particular. Las emisiones son generadas en una fuente, la cual puede ser un punto de trabajo, una chimenea que  arroja gases combustionados a la atmosfera, procesos de molienda, carga y descarga de materiales granulados o en polvo, procesos de soldadura, emisiones gaseosas en equipos de plantas depuradoras, procesos de fundición y en general cualquier proceso que permita a los contaminantes en reposo romper su inercia para ser proyectado a un estado de suspensión.

El control de la fuente, que está relacionada con la proyección de contaminantes hacia la atmosfera que rodea el punto de emisión, es un ítem muy relevante en el diseño de sistemas de control de emisiones, primero porque un mal control de esta parte, hace que el sistema no solucione el problema de fondo que es extraer los contaminantes desde los puntos de trabajo y, por ende, exista emisión no controlada hacia el medioambiente o la atmosfera en los lugares de trabajo.

Las emisiones de MP, Gases y olores se genera en prácticamente todos los procesos industriales donde exista transporte de materiales, variación de tamaño de producto sólido, en el 100% de las instalaciones de PTAS o Tratamiento y secado de lodos y muchos otros procesos industriales como Plantas de Chancado, Carga de Camiones, Plantas de Cemento, Plantas de Secado, Plantas de Alimentos, Plantas de Tabaco, etc.

Recolección

La recolección se puede definir como la solución de ingeniería para encapsular las fuentes, controlar las emisiones y extraer de forma controlada éstas hacia un lugar especifico. Predominantemente en este punto, es muy importante el diseño de encerramientos adecuados y geometría de campanas de succión;  para lograr una buena eficiencia y eficacia se hace necesario trabajar con velocidades de captura adecuadas y ángulos de arrastre dentro de las campanas que eviten al máximo las perdidas  de presión dinámica en la boca de éstas.

Los encerramientos deben diseñarse de acuerdo a cada proceso en particular y debe evitarse interferir en lo posible con el flujo productivo normal sin un sistema de control de emisiones; existen encerramientos fijos, móviles, flexibles o rígidos. Los materiales de construcción dependerán siempre de los datos del proceso y la fuente que se requiere controlar, tales como: temperatura, humedad ambiente, corrosividad, abrasividad, etc.

Conducción

Los conductos son los encargados de llevar el material desde el punto de control de la fuente, hasta el punto donde se controlarán las emisiones (sistema de filtración). Existen dos tipos de conducción de material a través de conductos: alta velocidad y baja velocidad, que dependerán del tipo de contaminante y la conceptualización que realice el Ingeniero de Proyectos respectivo:

  • ALTA VELOCIDAD: son los sistemas tradicionales y más comúnmente utilizados en la industria. Las velocidades de transporte en los conductos varía entre los 14 m/s a los 27 m/s, dependiendo del tipo de material a transportar y se deben considerar datos como granulometría, abrasividad, peso especifico, contenido de humedad, propiedades higroscópicas, contenido de ácidos, existencia de material particulado o gases, etc. Estos sistemas se caracterizan por una geometría de diseño bastante flexible, puesto que no tiene muchas restricciones de espacio y posiciones del ducto, se utiliza en la mayoría de las instalaciones estándares de control de emisiones con presencia de MP. En caso de sistemas para control de Material particulado tiene algunas desventajas relacionadas, en primer lugar, con que con velocidades cercanas a los 19 m/s o mayores y con condiciones de abrasividad severa del producto transportado, se generan  desgastes en codos, transiciones y campanas, que requieren  recambios periódicos o utilización de materiales bimetálicos que resistan la abrasión. En segundo lugar, si los sistemas tienen ritmos de operación discontinuos, el polvo que está siendo transportado, en el momento de parar el sistema, queda depositado al fondo de los ductos, lo que disminuye aún mas el área de transporte, aumentando la velocidad y agravando el primer problema de abrasividad. Por lo general, este polvo depositado en el fondo del conducto no es removido al volver a poner en marcha el sistema, puesto que la inercia de la masa de partículas es mayor a la energía cinética del flujo de aire a estas velocidades.
  • BAJA VELOCIDAD: Este tipo de instalaciones es menos frecuente, utiliza velocidades de transporte en los conductos que varían entre los 9 m/s a los 12 m/s. Como en la mayoría de los sistemas de extracción existen partículas arrastradas con una masa mayor que tienden a decantar a medida que pierden su energía cinética, es necesario en estos sistemas un diseño con conductos en posiciones que permitan decantar al polvo hacia la fuente o hacia el equipo de control. Esto se logra con conductos en posición semi-vertical a determinados ángulos que permiten que este fenómeno se lleve a efecto. En general, este tipo de sistemas producen muy poco o nulo desgaste en transiciones y codos, sin embargo la principal desventaja son los espacios requeridos en altura, lo cual acota su utilización a algunas compañías mineras,  o grandes industrias cementeras.

Filtración

El segundo problema que se debe solucionar es cómo evacuar la masa de aire al medioambiente sin contaminantes, y es aquí donde entra en juego el equipo encargado del filtrado (entiéndase por filtrado, la separación mecánica o química de los contaminantes del flujo de aire) para convertirlo en aire limpio.

Si bien es cierto existen muchos equipos que permiten el abatimiento de contaminantes dentro de un flujo de gases, podemos mencionar los más utilizados y más eficientes dependiendo de la aplicación:

1. Material Particulado

  • Filtro de Mangas
  • Filtro de Cartridge
  • Precipitador electroestático
  • Precipitador hidroestatico
  • Equipos Lavadores

2. Gases

  • Lavadores húmedos
  • Lavadores semisecos
  • Sistemas de adsorción
  • Biofiltros

3. Olores (COV)

  • Biofiltros
  • Torres de absorción química Acida
  • Torres de absorción química basica

Evacuación

Si bien es cierto que es el ventilador el que evacua desde el equipo de filtración hacia el medioambiente, como equipo tiene tanta importancia como el propio filtro, pues es el que induce al sistema la energía necesaria para transportar el flujo de aire y contaminantes, desde la fuente en el punto de emisión, hasta el medioambiente en una chimenea de descarga. Debe permitir vencer las perdidas de carga debido a encerramientos, campanas, conductos y filtro.

El objetivo fundamental de este equipo es producir el movimiento de la masa de aire a través del sistema y equipo filtrante. De ahí que resulte importante la selección del modelo adecuado. Se debe tener en cuenta las condiciones de caudal y pérdidas por presión que necesitan los conductos y el equipo filtrante, así como las condiciones de operación, humedad, temperatura, altitud de las instalaciones, entre otras.

Los ventiladores pueden clasificarse en tres grandes grupos: axiales, centrífugos y mixtos. Sin embargo para el caso de instalaciones típicas de tratamiento de emisiones se utilizan mayoritariamente los centrífugos, debido a su amplia gama de presiones de trabajo disponibles.

Si bien es cierto que los diferentes componentes tienen una importancia clara dentro del funcionamiento del sistema, no es raro encontrarse con comentarios de fallas en los equipos de filtración cuando el sistema no funciona adecuadamente. Y es que el funcionamiento, la eficiencia del sistema y lograr los resultados esperados está en directa relación con el diseño del sistema.