Depuración del Aire

El aire que respiramos contiene partículas en suspensión que pueden aumentar considerablemente por procesos industriales, razón por la que el filtrado es indispensable.

Soler & Palau


CONCENTRACIÓN DE POLVO
AmbienteConcentración polvo mg/m³
Rural0,04 a 0,045
Barrio periférico0,05 a 1
Ciudad, genera0,5 a 2
Zona industrial0,5 a 5
Calle ciudad1 a 3
Fábricas0,5 a 9
Fabril o de minas con mucho polvo9 a 900



Mantener la cantidad de partículas suspendidas, normalmente llamadas polvo, dentro de límites razonables es una de las operaciones a que debe someterse el aire, para prevenir posibles enfermedades y evitar inconvenientes en procesos y averías en útiles o máquinas. Disminuir el contenido de partículas en suspensión presentes en el aire es la acción que denominaremos depuración del aire.

TAMAÑO DE PARTÍCULAS
Tamaño partículas µmPorcentaje %
0 – 539
5 – 1018
10 – 2016
20 – 4018
40 – 809



Los principales parámetros que definen el proceso son:

• Tamaño de las partículas en suspensión.

• Concentración de polvo en el aire.

Tabla 1: TIPO DE POLVO
Tipo de polvoµm
Polvo de la calle0,5
Polvo de voladuras1,4
Polvo de fundición1 ÷ 200
Corte de granito1,4
Neblina1 ÷ 40
Cenizas volantes3 ÷ 70
Carbón pulverizado10 ÷ 400



La tabla 1 muestra distintos tipos de polvo que pueden encontrarse en ­suspensión en el aire y el tamaño de sus partículas expresado en micras (µm (micras) = 1 mm /1.000).

Los dispositivos utilizados para depurar el aire se dividen en dos grupos principales:

• Filtros de aire.

• Separadores de polvo.


1. Filtros de aire

Figura 1.
Principio de filtraje por tamizPrincipio de filtraje de impregnación viscosa



Son dispositivos diseñados para disminuir la concentración de partículas suspendidas en el aire. El tipo de filtro a emplear dependerá del tamaño de las partículas a separar tal como se muestra en la Figura 1.

• Para la separación de virus y partículas de tamaño molecular se utilizan filtros de Carbón Activo.

• Para separar hollín y humo de tabaco deben utilizarse filtros electrostáticos.

• Para separar polen y polvo deben utilizarse filtros húmedos o secos.

Otra característica a tener en cuenta cuando quieran emplearse filtros es que la concentración de partículas en el aire no debe ser demasiado elevada, pues de otro modo el filtro quedará colapsado rápidamente con lo que el mantenimiento de la instalación sería muy gravosa. El límite superior de concentración de polvo en el aire para poder emplear filtros es de 35 mg/m³.

Tabla 2: TIPOS DE FILTROS Y DIÁMETROS DE LAS PARTÍCULAS
TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE POLVO Y LOS AEROSOLES
VAPORES
POLUCIÓN ATMOSFÉRICA PERMANENTEPOLVO NORMAL POLVO INDS. GRUESO
VIRUSNIEBLAPOLEN
HUMOS O VAPORES GRASIENTOSBACTERIASLLUVIAGOTAS
HUMO DE TABACOCENIZAS VOLANTES
MOHO
MACROMOLÉCULASNIEBLA DE ACEITEHOLLÍNARENA
POLVO
COMPORTAMIENTO PARECIDO A MOLÉCULAS DE GASDECANTACIÓN DE LAS PARTÍCULAS A VELOCIDAD CONSTANTE
VISIBLE CON MICROSCOPIO ESPECIALVISIBLE CON MICROSCOPIOVISIBLE A SIMPLE VISTA
SEPARADORES POR GRAVEDAD
CAMPO DE APLICACIÓN DE FILTROS USUALES
CICLÓN
VAPORES
VAPORES
FILTROCARBÓN ACTIVOFILTRO ABSOLUTOFILTRO FINOFILTRO GRUESO
FILTRO NORMAL
FILTROS HÚMEDOS
FILTRO DE FIBRAS FINAS ALTO RENDIMIENTOFILTRO DE CAPAS SECAS RENDIMIENTO MEDIO
FILTRO DE PAPELLAVADOR DE AIRE
FILTRO ELECTROSTÁTICOFILTRO IMPREGNACIÓN VISCOSA
0.010,1101001000
Fig. 2: Filtro HúmedoFig. 3: Filtro Húmedo

1.1 Filtros húmedos

Llamados también viscosos, consisten en la disposición de un entramado filtrante de material metálico o fibra que está impregnado de una materia viscosa como puede ser aceite o grasa para retener partículas, Figura 2.

Si se observa un filtro de este tipo veremos que en el lado de entrada del aire el material es mucho menos tupido que en el lado especificado para salida de aire.

De acuerdo con este arreglo se consigue aumentar la vida útil del filtro y se asegura la óptima calidad de aire, ya que al accionar el sistema las partículas que quedan primeramente retenidas son las que tienen mayor granulometría y en consecuencia el aire que llega a las sucesivas capas es cada vez más puro.

Tabla 4: CARACTERÍSTICAS DE LOS FILTROS HÚMEDOS
Tipo de FiltroMaterialVelocidad AirePérdida de carga mm c.d.a./m2Rendimiento %
Filtro húmedoPanelesTamiz, tela de alambre, metal1’5-2’52/1565/80
ContinuoEstampado2’53/1780/90
Filtro SecoPanelesCelulosa, material sintético, papel0’1-12’5/2550/95
ContinuoFieltro de vidrio0’253/18
Filtros absolutosMaterial sintéticopapel0‘1-2’525/6099’97

En la tabla 4 pueden verse las principales características de este tipo de filtros.

1.2 Filtros secos

Están formados por un material fibroso o por un lecho de fibras finas a través del cual se hace pasar el aire.

El rendimiento aumenta a medida que la porosidad del material es menor. Permiten una velocidad de paso del aire más reducida que los filtros húmedos al mismo tiempo que su duración es menor. Por el contrario el precio unitario es más económico.

A fin de aumentar la superficie de paso del aire suelen disponerse en forma de V.

En la tabla 5 pueden verse las principales características de este tipo de filtros. El material de las fibras que forman el filtro deberá escogerse según sea el ambiente a purificarse, la temperatura del mismo y solicitaciones físicas a que estará sometido. En esta tabla se resumen las principales particularidades que podemos esperar de distintos materiales utilizados para construcción de filtros.

Tabla 5
MATERIATEMPERATURA máx ºCRESISTENCIA FÍSICARESISTENCIA QUÍMICA
*1*2*3*4*5*6*7*8*9*10*11*12
LANA101121RRBRBRRMMR
ALGODÓN82BBRBBMBRRE
POLIÉSTER135BRBEEBBRBE
ACRÍLICA135140BBBBEBBRBE
POLIAMIDA
Nylon107BBEEEMRBRE
Nomex203EEEEEM-REBBE
POLIPROPILENO93121BREBEEEEBB
FLUOROCARBONATO(Teflón)260287EEM-RBBEEEEE
FIBRA DE VIDRIO260315EEMMRREREE
*1 Continua, *2 Intermitente, *3 Calor seco, *4 Calor húmedo *5 Abrasión, *6 Vibración, *7 Flexión, *8 ácidos minerales, *9 Ácidos orgánicos, *10 Alcalis, *11 Oxidantes, *12 Disolventes

Otras características importantes para seleccionar filtros serán: la pérdida de carga del mismo, rendimiento e incremento que experimenta la pérdida a medida que aumenta el contenido de polvo del mismo. La Figura 4 muestra una gráfica en la que se ve como varían todas estas características en un filtro seco.

2. Separadores de polvo

Si volvemos a la Figura 1 veremos que cuando las partículas tienen un diámetro de grano superior a 1 µm pueden emplearse medios mecánicos para su separación. En este caso llamaremos el proceso separación de polvo.

Los separadores de polvo pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Separadores por gravedad: Se utilizan cuando las partículas son de gran tamaño. Los más típicos son las cámaras de sedimentación.

• Separadores por fuerza de inercia: En este tipo de colector se utiliza el principio en que la masa efectiva de las partículas puede incrementarse mediante la aplicación de fuerza centrífuga. El tipo más característico es el ciclón.

• Separadores húmedos: Llamados en inglés “scrubbers” en los que se utiliza agua para evitar que las partículas vuelvan a la corriente de aire.

En la tabla 6 se han recogido los principales parámetros que pueden ser útiles para escoger un separador de polvo, pudiéndose comparar, en la misma tabla, con los que definen los filtros de aire.

Tabla 6: SEPARADORES DE POLVO Y FILTROS DE AIRE
TIPOTamaño Mínimo PartículasµmConcentra-ciónÓptima g/m3VELOCIDAD NORMALperdida de carga c.d.a.Rendimiento aprox %
pmA través de
Separadoresde polvoPor gravedadCámara de segmentación200>1801’5÷3La cámara<25<50
Por fuerzas de inerciaCámara de choqueCiclónMulticiclón (ciclones de poco diámetro)50÷150>10>5>18035355÷1010÷2010÷20EntradaEntradaEntrada<13<50<100<50<80<90
Separadores húmedos/Srubbers)De choqueDe chorroDe tobera sumergida>5<5>2>35>3’5>3’515÷3010÷1510÷20ToberasEntradaToberas>50<200>50<80<90<9
FiltrosElectrostáticoAlta tensiónBaja tensión<2<1>3’5<0’031÷31’5÷2’5PlacasPlacas<8<25<95<90
Filtros de aireHúmedosSecosAbsolutosPara absorción de calores (carbón activo)>5>0’5<1Molécular<0’07<0’035<0’035<0’0351’5÷2’50’1÷2’50’1÷2’50’1÷0’62÷182÷2525÷65<865÷9050÷9599’95>95


RELACIÓN ENTRE RETENCIÓN DE PARTÍCULAS Y PÉRDIDA DE CARGA



3. Pérdida de carga

El filtro opone resistencia al paso del aire originando pérdida de carga, expresada en Pascales o mm c.d.a., que deberá vencer la presión del ventilador impulsada por el aire a través del mismo.

Esta pérdida de carga es inicial, con el filtro limpio, o bien final recomendada, que es cuando el filtro debe limpiarse o reponerse por otro nuevo. Para mantener el caudal de aire uniforme debe preverse el aumento de pérdida de carga a medida que se colmata el filtro, a través de una regulación de la velocidad del ventilador o bien por compuertas graduables.

Un sistema u otro de filtraje supone una mayor o menor pérdida de carga y por ende mayor o menor coste de mantenimiento. Filtros de alta eficiencia lógicamente son los que mayor pérdida de carga provocan, por lo que debe escogerse en el proyecto la eficiencia justa y no más.