CALCULO Y DISEÑO FLUIDODINÁMICO DE UN FILTRO DE

CALCULO Y DISEÑO FLUIDODINÁMICO DE UN FILTRO DE MANGAS (TIPO
PULSE JET) PARA PARTÍCULAS MINERALES DE ORIGEN INDUSTRIAL
Ing. Germán Peralta Castillo
8.1 DISEÑO DEL FILTRO
8.1.1 Datos de Entrada
Caudal requerido = 1.52 m3/sg
Concentración = 1.143 g/m3
Temperatura del gas = 60 oC
Diámetro de partícula = 11mm
Tipo de polvo = cemento
8.1.2 Calculo de Velocidad de Filtración
Aplicando ecuación de fabricantes
A = 10 (tipo de polvo, tabla 5.4)
B = 0.9 (aplicación, tabla 5.4)
T = 140 oF
C = 0.5 g/ft3 (1lb = 7000 granos)
d = 11 mm
Vf = (2.878)(10)(0.9)(140-0.2335)(0.5-0.060)
Vf = 8.11ft/min = 2.5 m/min
8.1.3 Calculo del Área Neta de Filtración
An = 36.893 m2
8.1.4 Selección del Tipo de Tela y Dimensión de la Manga
Característica de operación
· temperatura de operación = 60 C
· temperatura de rocío = 26 C
Característica cemento
· alcalino
· abrasivo
De tabla 5.6 se selecciona
DACRÓN O POLYESTER
· opera a 250 °F
· tiene un buen comportamiento para materiales ácidos
· muy bueno para material abrasivo
Dimensión de manga
Se selecciona una manga de
· D = 114.3 mm (4.5 in)
· L = 1524 mm (60 in)
Cálculo el Número de Mangas
Amanga = pDL = p (114.3)(1524)
Amanga = 547244 mm2 = 0.5472 m2
Nmangas = 68 mangas
8.1.5 Caída de Presión Estimada
El rango de caída de presión típico está entre 2 y 10 in de H2O. Se desea un
Dp = 4 in de H2O
8.1.6 Parámetros de Operación
· Tiempo de filtración = 60 s (asumido)
· Tiempo de limpieza = 250 ms (seleccionado)
· Presión de pulso = 551.6 Pa (80 psi, seleccionado de acuerdo al tipo de válvula
solenoide que se va a usar)
8.1.7 Cálculo de la Caída de Presión en Función del Tiempo de Filtración
DP = (PE) Dw + KS Vf2Ct
(PE) Dw = 6.08 (8.11)(80) -0.65
= 2.86
rango de KS (1.2 - 30 o 40 in H2O.ft.min/lb)
asumir = 7 (1lb = 7000 granos)
DP = 2.86 + [7(8.11)2(0.5/7000)1]
DP = 2.893 in H2O = 727 Pa
8.1.8 Calculo de la Potencia del Ventilador Adecuado
Características
· Ventilador de succión
· Tipo centrífugo
· Aletas curvadas hacia atrás (de alta eficiencia; h = 0.7)
· Opera en zona de aire limpio (no sufre abrasión)
8.1.9 Análisis del Arreglo de Mangas
El arreglo se selecciona en función del número de mangas que son limpiadas por
cada válvula durante el pulso de aire
8.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL
8.2.1 Alcance que lleva la Construcción del Prototipo
· La prueba de filtración, es decir la obtención de Ke y Ks
· Eficiencia de colección global
· Eficiencia de recolección promedio en tolva para un tiempo de operación
determinado
· Tiempo de operación del ciclo de filtrado y limpieza
· Comprobación visual del comportamiento de las partículas durante la operación
del filtro.
8.2.2 Características del Prototipo
· Material de manga: poliéster (fieltro)
· Dimensiones de manga:
D = 114.3 mm
L = 1524 mm
· El caudal requerido en prototipo
q = 0.02235 m3/sg (47.4 cfm)
· Sistema de limpieza
válvula solenoide de ½ in
presión de pulso: 80 psi
· Manejado por computadora a través de control
electrónico que regula tiempo de limpieza y
tiempo de filtración
8.3 DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA EXPERIMENTAL
8.3.1 Obtención del Caudal por Ventilador
N° de Tomas Velocidad (fpm)
1 680
2 700
3 720
4 680
5 600
PROMEDIO = 676 fpm = 206.098 m/min
AREA = 8659.04 ft2 = 0.00866 m2
CAUDAL = 63 ft3/min = 0.0298 m3/s
qp = 50 cfm real= 1.42 m3/min real
8.3.2 Obtención de Concentración de Entrada:
CONCENTRACIÓN: Es la razón del flujo másico de polvo para el caudal de aire que
ingresa
t operación
(min) Masa m
(g) Masa T
(g) Masa p
(g)
10 3 14.3 11.30
10 3 14.35 11.35
10 3 14.42 11.42
10 3 14.48 11.48
PROMEDIO = 11.4
C = 1.14/1.42 = 0.8 g/m3= 0.35 gr/ft3
8.3.3 Prueba de Filtración: Obtención de Ke Y Ks
Tiempo filtración
(min) Caída presión
(Pa) Sist. Int.
Densidad
(W) Arrastre
(S)
0 74.652 0 29.55
5 109.490 10.05 43.35
10 134.374 20.10 53.20
15 149.304 30.15 59.11
20 164.234 40.20 65.02
25 199.072 50.25 78.81
30 204.049 60.30 80.78
Gráfico de Formación del Pastel
De acuerdo al gráfico se obtiene
Ke = 35 N-min/m3
Ks = 0.784 N-min/kg-m =4.7 (in H2O.ft .min) / lb
Conjunto de manga, porta manga, canastilla y venturi
8.3.4 Eficiencia Promedio de Recolección en Tolva
Masa 1
1881.2
1800.9
1714.8
1564.2
Masa 2 ?mi Masa tolva
1659.8 187.6 141.1
1461 339.9 243.7
1266 448.8 298.2
1056.4 507.8 322.5
t filtración
(min) Eficiencia
(%) t pulso
(ms) t operación
(min)
0.08 75.21 250 30
0.18 71.70 250 30
0.25 66.45 250 30
0.50 63.50 250 30
Eficiencia Promedio = 69.22 %
Gráfico del Punto de Operación
Prom.= 69.22 %
t óptimo= 0.22 min.
8.3.5 Cálculo de la Caída Real de Presión
P pulso = 551.6 Pa
?W = 2.919 PE
Ks = 0.784
C = 0.8 g/m3
t filtración = 0.22 min
?P = 727.18 Pa
8.3.6 Eficiencia de Colección
OBTENCIÓN DE CONCENTRACIÓN A LA SALIDA
t operación
(min) t filtración
(min) Masa m
(g) Masa T
(g) Masa p
(g)
10 0.22 3.7 4.50 0.80
10 0.22 3.7 4.51 0.81
10 0.22 3.7 4.49 0.79
10 0.22 3.7 4.50 0.80
PROMEDIO = 0.80
C = 0.056 g/m3
8.3.6 Eficiencia
h = 93% TOTAL
8.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•
Características de filtro diseñado
•
•
•
•
o Número de mangas = 68
o Eficiencia de colección total = 93%
o Eficiencia de recolección = 69 %
o Caída de presión = 3 in H2O
o Potencia de ventilador = 2.5 HP
Eficiencia de operación experimental del filtro es 93 % indica una excelente
colección de partículas minerales dentro del mismo que determina por tanto
un control adecuado de emisión de partículas hacia la atmósfera.
Eficiencia promedio de recolección en la tolva del 69.22 % con 3 plg de H2O
de caída de presión de gasto determinan una muy buena recuperación de
materia prima que puede ser redepositado al proceso y un consumo
adecuado de energía reflejado en los 2.5 Hp de potencia del ventilador
seleccionado; siendo muy atractiva su utilización como parte del proceso en
la industria.
Se recomienda el uso de este tipo de equipo de control durante el proceso
de producción como medio de recuperación y control de emisión de
partículas para cualquier tipo de industria de polvos como por ejemplo:
producción de cemento, de harinas, arenas (canteras), etc.
En otras empresas que no producen polvos pero que generan partículas
como las acerías (partículas metálicas), papeleras, etc. en las cuales el uso
del filtro es recomendado para el control de emisión de dichas partículas.