31-5-2019 Campus Guanajuato División de Ingenierías Departamento de Ingeniería Civil Ingeniería Ambiental Contaminación del aire Leyden Osorio Cárdenas Tarea 21 Precipitadores Electrostáticos Campus Guanajuato División de Ingenierías Departamento de Ingeniería Civil PROF. DR. ADRIÁN ZAMORATEGUI MOLINA Precipitadores electrostáticos El precipitador electrostático (ESP) es como un sedimentador por gravedad o un separador centrífugo, pero la fuerza electrostática impulsa las partículas hacia la pared. En los ESP, la fuerza resistente todavía es la fuerza viscosa de retardo de Stokes, pero la fuerza que mueve la partícula .hacia la pared es electrostática. Esta fuerza es prácticamente ·proporcional al cuadrado del diámetro de la partícula y, por consiguiente, la relación de la fuerza impulsora a la resistente es proporcional a (diámetro al cuadrado/diámetro), o sea, al diámetro. De este modo, para un ESP, resulta más difícil capturar partículas pequeñas que las grandes, pero la dificultad es proporcional a (1 /D), más bien que a (1 /D2); como lo es en los aparatos gravitacionales o centrífugos. Imparte a las partículas una carga electrostática y, a continuación, ponerlas en un campo electrostático que las impulsa hacia una pared colectora. Éste, en forma inherente, es un proceso en dos pasos. En un tipo de ESP, conocido como precipitado de dos etapas·, la carga y la captura se llevan a cabo en partes separadas del mismo. El gas pasa entre las placas, que se encuentran conectadas eléctricamente a tierra (es decir, voltaje = O). Entre las placas se encuentran filas de alambres, los que, por lo general, se mantienen a un voltaje de -40 000 volts. La energía se obtiene al transformar la corriente alterna común hasta llevarla a un alto voltaje y, en seguida, rectificándola a través de algún tipo de rectificador de estado sólido. Esta combinación de alambres cargados y placas conectadas a tierra tienen como efecto el que los electrones libres carguen las partículas y que el campo las impulse contra las placas. Sobre las placas, las partículas pierden su carga y se adhieren entre sí y a la placa, formando una "torta". Entonces el gas limpiado sale por el lado lejano del precipitador. Las tortas sólidas se extraen al golpear las placas a intervalos regulares de tiempo con un golpeador mecánico o electromagnético que da un golpe vertical u horizontal en el borde de la placa. Para partículas de tamaño mayor que alrededor de O .15µm, el mecanismo dominante de carga es la carga por el campo. Esto es prácticamente equivalente a la captura de cualquier electrón por cualquier partícula que se encuentre en su camino. Sin embargo, conforme las partículas se cargan con mayor intensidad, desvían las trayectorias de los electrones, alejándolas de ellas. Por tanto, la carga crece con el tiempo, alcanzando un valor de estado estacionario de: En esta expresión, q es la carga en la partícula, E es la constante dieléctrica de la partícula. La constante dieléctrica es un número adimensional que es igual a 1.0 en un vacío, a 1.0006 para el aire y de 4 a 8 para las partículas sólidas tipicas. La permitividad del espacio libre, 0, es una constante dimensional cuyo valor, en el sistema SI de unidades, es de 8.85 x 10 -12 C/(V · m). D, es el diámetro de la partícula y E0 es la intensidad local del campo. Si el tamaño de la partícula fuera menor que más o menos 0.15 µm, entonces se cometería un error grave al calcular su carga por medio de la ecuación anterior; se debe considerar la carga adicional que se adquiere por carga por difusión. Esta última es el resultado de los choques de partícula contra electrones causados no por el movimiento neto de estos últimos debido al campo eléctrico, sino por el movimiento aleatorio sobrepuesto a aquél por los choques de los electrones contra las moléculas de gas, lo que hace que el electrón se comporte como una molécula de gas con una distribución de Boltzmann de velocidades. La fuerza electrostática sobre una partícula es: Si la resistencia de la partícula que está siendo impulsada hacia la pared por las fuerzas electrostáticas se expresa por la fuerza de retardo de Stokes, se puede igualar la fuerza de resistencia a la electrostática de la y despejar la velocidad resultante, para encontrar: Esta velocidad se conoce como velocidad de deriva y se denota mediante el símbolo w. Si ahora se considera la sección entre la fila de alambres y una de placas, se ve que su área colectora es: Y el flujo volúmetrico es: Si se realizan las sustituciones, se encuentra el flujo en bloque: Y el flujo en mexclado: Si todas las partículas que alcanzaran la pared permanecieran allí, entonces el rendimiento calculado de esa manera sería el observado al hacer funcionar los precipitadores. Por desgracia, el golpeteo que desprende las partículas de la pared también hace que algunas sean arrastradas de nuevo en el gas, y las diversas partículas tienen diversas propiedades respecto a volver a ser arrastradas. Bibliografía De Nevers, Noel (1972). Ingeniería de control de la Contaminación del Aire. Precipitadores Electrostáticos. PP. 232
