Campo de aplicación

La presente invención tiene por objetivo captación y recuperación de gases y partículas en el aire mayor a 75 microgramos por metro cúbico, con tamaños de 2,5 a 30 micrómetros, teniendo por objeto la metodología de remover el gas contaminante y polvo, establecido por la detección de su presencia y el control de la eficiencia de limpieza.

Los sistemas de captación y recuperación de gas contaminante y polvo son instalados donde se genera una alta concentración de partículas contaminantes del medio ambiente en un rango de concentración riesgoso para las personas, el medioambiente y la vida útil de las maquinas.

La captación de gases y el grado de reducir las emisiones de un Gas contaminante de polvo extraída del gas contaminado distingue a estos sistemas, resultando aparatos que aseguran la reducción de las emisiones de gases contaminantes y de limpieza de los gases con mayor o menor eficiencia.

Estado de la Técnica

Los aparatos de limpieza deben considerar: la característica del gas, la temperatura ambiental o la temperatura del proceso que genera el compuesto gas o polvo contaminante, la condensación de vapor de agua, minerales y gases presentes. Los aparatos de limpieza de gases también dependen de las características del contaminante por su abrasión o corrosión.

Los aparatos de limpieza de gas se distinguen por los requerimientos de energía directa a utilizar o fuentes auxiliares que para producirlas requieren de energía, o de un proceso y obtenida como un recurso natural. Generalmente son gases calientes de un proceso, aire y vapor a presión.

Es importante destacar el grado de eficiencia en la utilización de los recursos naturales, esencialmente cuando se utiliza el vapor por tener una recirculación de utilización para una conversión del gas, decantación del polvo o de limpieza de las emisiones contaminantes. Los aparatos de limpieza de aire se distinguen por el método de remover el polvo y tratar los gases contaminantes. Los aparatos de limpieza de aire en el mercado y de utilización en el ambiente minero, que es donde principalmente se enfoca la utilización de esta invención son:

Precipitadores electrostáticos de muy eficiente limpieza de aire y gases de fundiciones enfriados, utilizan potenciales de campos eléctricos altos y su proceso consiste en:

Ionización del gas.

Carga de las partículas de polvo.

Transporte de las partículas a la superficie de colección.

Neutralización y remoción de la carga en el polvo colectado.

Remoción de las partículas de polvo.

Colectores de polvo por filtros de mangas de géneros de menor eficiencia de limpieza de aire utilizan el principio de interceptar la corriente de aire contaminado utilizando grandes filtros. Utilizan energía eléctrica para mover los extractores y aire comprimido a alta presión para la remoción del polvo. Su proceso consiste en:

Captación y arrastre de polvo

Intercepción del aire para la remoción de las partículas de polvo y atrapadas en los filtros de mangas de género.

Pulsos de aire a alta presión dirigidos a las mangas para la remoción del polvo acumulado.

Captación del polvo caído por gravedad.

El aire limpio posterior al extractor es dirigido por conductos con salida a la atmósfera.

Supresores de polvo de baja eficiencia mediante un mecanismo de difusión donde se utiliza una neblina provocada con agua y aire a presión. Creando una dispersión de humedad para captar y precipitar el polvo.

Colectores húmedos, normalmente no utilizados en la minería pero se clasifican como:

Humedecedores centrífugos, utiliza la fuerza centrífuga para acelerar la partícula de polvo, impregnándola sobre unos colectores de superficie húmeda. Precipitadores dinámicos de humedad utiliza spray de agua en un compartimiento cargado de partículas de polvo mediante la separación mecánica del aire del polvo húmedo.

Colector tipo Venturi, el que utiliza el efecto Venturi para absorber gases opolvo mezclándolo con agua para canalizarlos a una sección de separación.

En la presente memoria descriptiva se detalla el invento de captación y recuperación de gases y partículas , aparato que utiliza dos procesos de aspiración, uno es mediante unidades auto aspirantes en un flujo a vapor, y la otra por un extractor movido por un motor con control de velocidad, las unidades autoaspirantes se intercalan en la corriente de aire contaminado próximo a una restricción o codo que tienen el propósito de disgregación por la densidad de los gases y partículas en el aire contaminado.

El diseño de estos dos procesos consiguen los siguientes propósitos:

Captar y recuperar gases y partículas en el aire.

Detectar la polución ambiental. Mediante una medición indirecta integral de turbidez en el flujo líquido y/o mediante un analizador de ley en línea en condiciones que facilita el muestreo en un medio de mezcla por turbulencia. Controlar la aspiración. Por el control de la velocidad del fluido vapor y el control de velocidad del aire aspirado.

Manejar los tiempos de residencia del aire contaminado, para ser eficiente la interacción de los dos procesos.

Mantener la funcionalidad en el tiempo por contar permanentemente con dos o más unidades de Captación para el mismo foco contaminante.

La redundancia mencionada simplifica el mantenimiento, con el valor agregado de una disponibilidad de operación mediata.

Controlar la eficiencia de limpieza con un segundo medidor de turbidez y/o de análisis en línea de los contaminantes presentes, instalado en la salida del aire a la atmósfera en un circuito líquido de precipitadores dinámicos de humedad. La razón de los dos medidores de turbidez y/o análisis será un registro en tiempo real de cumplimiento a las normas ambientales y un registro de control de la eficiencia de limpieza del aparato.

Todo proceso de tratamiento de mineral genera polvo por su trituración, por su transferencia, por su transporte, por su harneo, por su apilamiento. Es importante entregar un aparato que se adapte al diseño estructural de la unidad de proceso generadora de polvo. La concepción del invento permite por su simplicidad estructural variar las medidas a utilizar dependiendo de los volúmenes de aire contaminado de captación y el nivel de contaminación. Por la metodología de control permite variar los parámetros ligados al proceso de limpieza.

Para comprender mejor la invención se la describirá en base a una modalidad preferida la que se ilustra como diseño de procesos y de instrumentos, bajo la norma ISA 5.1 , no apartándose como una ilustración dibujada de carácter ilustrativo de la invención, no limitándose al alcance de la invención, ni a las dimensiones, ni a la cantidad de elementos ilustrados, ni a los medios de sujeción ejemplificado.

Descripción detallada de la invención

La Figura 1 es el diseño de proceso y de instrumentación general del aparato de captación y recuperación de gases y partículas.

El diagrama de la Figura 1 es el diagrama de proceso, equipos e instrumentación involucrados en el funcionamiento general explicativo de la invención.

El proceso principal se inicia en el foco de contaminación por gases y partículas, como por ejemplo, un Reactor o Convertidor PierceSmith 1, la campana de captación 2, El Tubo Soporte de Bombas Autoaspirante 3 que es el primer arrastre de gases y partículas por aspiración, El Ventilador de Tiro Inducido o Extractor 4 y es el agente de aspiración más importante, el segundo Tubo Soporte de Bombas Autoaspirante 5 también como arrastre de gases y partículas por aspiración, el precipitador dinámico de agua 6 como última etapa de limpieza y salida de aire limpio a la atmósfera.

El proceso secundario se compone por un estanque separador de acumulación de gases y partículas captado 7, la caldera de impulsión de vapor 8, las válvulas solenoides de control de alimentación de agua destilada 12, válvula de control alimentación vapor 13 y válvula de descarga del deshecho 14. Involucrados en el control del vapor. Los medidores de turbidez 9 y 15 y el medidor de nivel del estanque 19. El destilado limpio ingresa por el Precipitador dinámico 6 y la Caldera 8.

Ambos procesos son controlados por un Programador Lógico de Control (PLC) 16.

Controla velocidad del extractor 4, mediante un comando análogo al Variador de Frecuencia 17, controlando la velocidad del motor extractor 18. Mediante un algoritmo de control se consigue una aspiración variable de intensidad y variable en sus tiempos.

Controla la partida del sistema. Permanentemente funcionando la caldera de impulsión de vapor 8, en un nivel de estanque de 100 milímetros sobre el nivel del separador de acumulación de destilado contaminado 20, controlado mediante medidor de nivel 19. En el estanque 7 se detecta la turbidez de aspiración 9 ocasionada en el aparato de flujo inducido i 3. Las válvulas 12 y 13 permanecen cerradas a no ser de que el nivel este indicando nivel bajo de riesgos para funcionamiento de la caldera, en este caso se abre la Válvula 12. Al detectar la partida del Proceso de Trituración 1 , el motor de extracción 17 recibe el comando de Partir del PLC 16, manteniendo el algoritmo de control programado. Se abre la válvula 13. Las válvulas 12 y 14, se mantiene cerrada. Al detectarse un valor de turbidez alto en el estanque 7, se procede a la descarga del estanque 7 abriendo la válvula 14 y cerrándose la válvula 13. Permitiendo el ingreso de destilado al abrir la válvula 12. Midiendo el estado de turbidez 15 a la salida, se compara la razón entre los medidores, para detener el ingreso de destilado, cierre de la válvula 14 y 12, se abre la válvula 13.

La figura 2, es el objeto de la invención y representa a las indicadas como aparato de flujo inducido 3 y 5 de la figura 1.

La figura 2, es el detalle de la entrada de gas contaminado 21 y la salida del gas limpio 29 en el aparato de flujo inducido. La entrada del vapor limpio 27 y la salida del vapor sucio 28.

El detalle de como estructuralmente se insertan las unidades de auto aspiración hacia la parte interior del aparato de flujo inducido . En el angostamiento 30 del tubo Venturi se instala estructuralmente un manifold circular 22, desde donde se distribuyen las ocho líneas similar a la línea de aspiración 23, ubicadas a una distancia equivalente al diámetro medio de la sección cilindrica de la entrada de aire contaminado 21 muestra típica de las otras líneas, en el sacado se visualiza interiormente la bomba auto aspirante 24, la salida de cada línea 25 al manifold 26, para concentrarse en la línea de descarga 28 en retorno al estanque, decantador del polvo absorbido por el vapor/destilado.

En la figura 3, se detalla la boma autoaspirante y como funciona en el interior del tubo de flujo inducido.

Se le inyecta en la cámara de entrada 31 , normalmente líquidos o vapor a alta presión para crear una succión al interior de la bomba, debido a la estrechez y expansión del Nozzle 32, la cámara de succión 33 en la descarga del Nozzle produce el efecto aspirante en la línea de succión 34, succionando el aire contaminado de polvo, mezclándose para salir por una sección paralela 35, el difusor 36 y la descarga 37 a una presión mayor que la succión.

Esta bomba autoaspirante no tiene partes móviles y no requieren de lubricación.

Normado para cañerías NPT macho.

La figura 4 muestra la distribución de las bombas auto aspirante de gran envergadura en un plano que desfasa las 8 unidades mencionadas (cada una representada en la figura 3) al interior del ducto de transporte de gases y polvo 21 y su distribución como subíndice del 1 al 8 con la numeración asociada a las figuras 2 y 3. Ejemplo: ductos de succión son 34-1 , 34-2, 34-3, 34-4, 34-5, 34- 6, 34-7 y 34-8.

Si suponemos que las necesidades de captación y recuperación de gases y partículas de aire contaminado en un área que requiere volúmenes de aire del orden de 14.640 m3/hr, esto requiere de una potencia de extracción en energía eléctrica de 25 HP. Si la situación de de exigencia de descontaminación, es para un índice de contaminación de 1000 microgramo/m3. en polvo, en un valor que supera los valores normales 13 veces. Significa que en una hora se debe captar 14,64 gramos de polvo. La exigencia es que nuestro respirador auto aspirante sea sensible a estas dimensiones. Es por esto que la medición debe ser integrando en el tiempo, para observar un cambio de turbidez en un litro sería apropiado, pero cuando las exigencias de aspiración significan para el volumen de aire dado mover 150 l/min. Para 10 minutos se requiere de un estanque de 1500 litros o para una hora un estanque de 9000 litros. Indirectamente es positivo por la posibilidad de recirculación del agua hasta llegar a una turbidez de descarga del sistema y para el ingreso de agua limpia.