Filtros de mangas para separación de polvo: diseño, materiales y cálculo del tamaño del filtro

Los filtros de mangas son la tecnología de filtración más antigua y común utilizada para capturar polvo en una corriente de gas, típicamente aire. Aunque se trata de una tecnología antigua, una casa de mangas bien dimensionada con medios de filtración modernos puede alcanzar altos rendimientos de desempolvado. Esta página le ayudará a comprender cómo están fabricados los filtros de mangas y cómo dimensionar una casa de mangas.

1. Filtros de mangas: diseño

¿Qué es un filtro de mangas?

Los filtros de mangas están compuestos por medios de filtración flexibles y blandos que se montan sobre una jaula (generalmente metálica, como acero inoxidable) que les proporciona resistencia mecánica. Las mangas filtrantes son cilíndricas o rectangulares y se ensamblan en una casa de mangas, lo que permite posicionarlas fácilmente con la distancia requerida entre cada manga para una filtración óptima.

¿Cuál es la diferencia entre un filtro de mangas y un filtro de cartucho?

Los filtros de mangas tienen las siguientes ventajas y desventajas en comparación con los filtros de cartucho.

Ventajas de los filtros de mangas frente a los filtros de cartucho

• Menor costo unitario
• Sin riesgo de obstrucción entre los pliegues, como ocurre en los cartuchos.
• Pueden manejar velocidades de filtración más altas

Desventajas de los filtros de mangas frente a los filtros de cartucho

• Menor área de filtración dentro del mismo volumen
• Más difíciles de ensamblar y requieren más tiempo de mantenimiento
• Para la mayoría de los materiales comunes, menor eficiencia de filtración

Es crítico contar con un buen anclaje de la manga a su jaula de soporte, y de la jaula de soporte a la placa de soporte. Esto garantiza que ninguna manga se deslice o caiga, lo que podría provocar una fuga de polvo y también posibles cuerpos extraños en el producto. El contacto entre el filtro de mangas y la placa de soporte también es crítico para asegurar la continuidad eléctrica y, por lo tanto, gestionar los riesgos de explosión de polvo que podrían desencadenarse si un filtro de mangas se carga electrostáticamente y genera chispas repentinas cuando la tensión es lo suficientemente alta.

2. Materiales de filtros de mangas

¿Cuántos tipos de filtros de mangas existen?

Existen 2 tecnologías principales para la fabricación de filtros de mangas:

• Filtros de medios tejidos
• Filtros de medios de fieltro

Los filtros de medios tejidos son el diseño más antiguo y actualmente menos extendido. Se utilizan principalmente en casas de mangas que emplean mecanismos de limpieza por aire inverso o sacudido. Los materiales utilizados en los medios tejidos suelen ser fibra de vidrio o poliéster. Los medios tejidos suelen tener eficiencias más bajas que los medios de fieltro de aguja debido a su estructura tejida y bien ordenada.

Los filtros de medios de fieltro no son tejidos y están fabricados con fibras cortas entrelazadas mediante agujas para formar una red compleja de fibras. A veces, los medios de fieltro están soportados por una capa tejida llamada *scrim*. Los filtros de mangas de fieltro de aguja suelen estar hechos de uno de los siguientes materiales: fieltro de poliéster (el más común), fieltro de aramida (mayor resistencia a la temperatura frente al poliéster), fieltro de PTFE (ofrece una resistencia superior a productos químicos y temperatura). Los filtros de fieltro son el tipo de medio más eficiente para su uso en casas de mangas con limpieza por chorro pulsante.

Un cierto número de mejoras en los medios filtrantes pueden realizarse gracias a tratamientos específicos o mediante el uso de una mezcla de fibras. Las mejoras más comunes en los medios de filtros de mangas se enumeran a continuación. Se refieren principalmente a los medios de fieltro:

• Sin tratamiento: los filtros de fieltro de aguja son sensibles a la penetración de polvo en el medio filtrante. El polvo fino primero penetrará en el filtro, quedará atrapado entre las fibras y, una vez completada esta primera fase, el polvo comenzará a acumularse como una capa en la superficie del filtro, formando lo que se denomina *torta de polvo*. La torta de polvo actúa como un filtro en sí misma y, por lo tanto, mejora la eficiencia de filtración. Sin embargo, la penetración del polvo continúa con el tiempo y conduce a un aumento en la caída de presión del filtro y, con el tiempo, a su obstrucción. Estos filtros son buenas opciones si el polvo no es demasiado fino y si el flujo de aire no es demasiado alto.
• Recubrimiento: para recubrir un filtro, se rocía acrílico o PTFE sobre la superficie del filtro. El recubrimiento no es continuo y, por lo tanto, no evita la penetración profunda del polvo en el medio de filtración. Sin embargo, especialmente para partículas grandes, ayuda a la liberación de la torta de polvo y, por lo tanto, ofrece una mejor limpieza.
• Membrana: se aplica una membrana de PTFE a la superficie de un medio de fieltro de poliéster de aguja. La membrana crea una capa muy fina y continua que evita que incluso partículas pequeñas penetren en la matriz de poliéster. Esto permite obtener una mejor filtración, menor caída de presión y una mejor liberación de la torta de polvo, y por lo tanto una limpieza más eficiente cuando el filtro se somete a pulsos.

Los medios filtrantes especiales ofrecen soluciones a algunos de los problemas comunes experimentados por los industriales. [Scoble] ofrece algunas sugerencias sobre qué filtro seleccionar para abordar problemas específicos:

Mala liberación de la torta de polvo (obstrucción del filtro debido a una capa gruesa de material)	Filtros de fieltro vitrificado Utilizar una membrana de PTFE
Fugas de polvo	Utilizar filtros de fieltro hechos de fibras ultrafinas (microdenier) Tener una mezcla de fibras específica Utilizar una membrana de PTFE
Desgaste del filtro	Utilizar un filtro recubierto con una solución de silicona
Filtración de polvos fibrosos	Filtros de fieltro vitrificado Utilizar una membrana de PTFE

3. Filtros de mangas: cálculo del área de filtración requerida y dimensionamiento del filtro

Dimensionamiento de filtros de mangas: ¿cómo dimensionar un sistema de filtros de mangas?

Al diseñar un colector de polvo que utilice filtros de mangas, deben estudiarse los siguientes criterios de dimensionamiento: relación aire-tela (velocidad de filtración), velocidad intersticial y velocidad en el conducto.

3.1 Relación aire-tela para cartuchos filtrantes

La relación aire-tela es en realidad similar a la velocidad de filtración de aire, calculada dividiendo el flujo volumétrico de aire en la entrada del colector de polvo entre el área total de filtración instalada.

Relación_Aire_Tela = Q_aire/S_{filtro_efectiva}

donde:

Q_aire = flujo total de aire en la entrada del filtro de mangas (m³/s)
S_{filtro_efectiva} = superficie efectiva del filtro disponible (m²)

En EE.UU., el mismo cálculo se realiza pero con cfm (pies cúbicos por minuto) y ft² (pies cuadrados),² lo que da una relación aire-tela en ft/min. Es importante saber en qué unidades se expresa la relación, ya que los valores varían según el sistema de unidades utilizado.

Para filtros de mangas, las referencias bibliográficas mencionan velocidades de filtración de hasta 0.06-0.07 m/s, aunque valores más precisos pueden obtenerse de los datos de los fabricantes.

Ejemplo: los siguientes datos son proporcionados por un fabricante de cartuchos filtrantes

El fabricante indica una permeabilidad de 65 l/dm²·min, lo que equivale a una velocidad de filtración o relación aire-tela de 0.108 m/s, valor ligeramente superior al mencionado anteriormente.

La relación aire-medio es el criterio de diseño más común discutido para los filtros. Sin embargo, en sistemas de limpieza por pulsos de aire (pulse jet), donde las mangas están montadas verticalmente y la entrada de aire cargado de polvo se sitúa debajo de los cartuchos, no debe descuidarse la velocidad del aire por debajo y entre los filtros. Si esta velocidad es demasiado alta, impedirá que el polvo desalojado durante el pulso de aire comprimido caiga, ya que el flujo ascendente reentrenará inmediatamente el polvo, haciendo ineficaz la limpieza por pulsos.

3.2 Velocidad en la cámara de filtración ("Can Velocity")

La velocidad en la cámara de filtración se define como el flujo volumétrico de aire dividido por el área transversal de la cámara de filtración.

Velocidad_Cámara = Q_aire/S_cámara

Donde:

Q_aire = flujo total de aire en la entrada del filtro de mangas (m^³/s)
S_cámara = área transversal de la cámara de filtración (m^²)

3.3 Velocidad intersticial

La velocidad intersticial es la velocidad del aire entre los filtros, lo que significa que se define como el flujo volumétrico de aire dividido por (el área transversal de la cámara menos la suma de las áreas transversales de los filtros).

Velocidad_Intersticial = Q_aire/(S_cámara-S_{sección_filtros})

Donde:

Q_aire = flujo total de aire en la entrada del filtro de mangas (m^³/s)
S_cámara = área transversal de la cámara de filtración (m^²)
Ssección_filtros = suma de las áreas transversales de los filtros

4. Calculadora en Excel para dimensionamiento de filtros

Diferentes características relacionadas con el dimensionamiento de filtros pueden estimarse mediante esta calculadora gratuita en Excel: Herramienta de Cálculo - Calculadora en Excel para dimensionamiento de filtros (haga clic aquí)

Advertencia: esta calculadora se proporciona para ilustrar los conceptos mencionados en esta página web y no está destinada al diseño detallado. No es un producto comercial y no se garantizan los resultados. Consulte a un diseñador especializado para cualquier necesidad de diseño detallado.

Fuente

[Scoble] Medios filtrantes especiales para filtros de mangas con mejor rendimiento en aplicaciones exigentes, Scoble, PBE