Selección y diseño de equipos de control de contaminación atmosférica

REVISIÓN 1 i
MANUAL DE SELECCIÓN Y DISEÑO BÁSICO DE EQUIPOS PARA EL CONTROL DE
LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
MANUAL DE MANEJO, MINIMIZACIÓN Y TRATAMIENTO
DE RESIDUOS INDUSTRIALES Y PELIGROSOS
CAMIONES, S.A. DE C.V.
ELABORADO POR:
Miguel Angel Cahuich López
CATEDRÁTICO:
Dra. Maria Rosa Sauri Riancho
Mayo de 2010
MANUAL DE SELECCIÓN Y DISEÑO BÁSICO
DE EQUIPOS PARA EL CONTROL DE LA
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
ELABORADO POR:
Quím. Miguel Angel Cahuich López
PARA:
Facultad de Ingenieria
Universidad Autónoma de Yucatán
Mérida, Yucatán, Mayo 2010

REVISIÓN 1 ii
CONTENIDO
Página
1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................1
1.1 OBJETIVOS..............................................................................................................1
1.2 DEFINICIONES ........................................................................................................1
2 ES NECESARIA LA INSTALACIÓN DE UN ECC?.........................................................2
3 MARCO NORMATÍVO APLICABLE ...............................................................................4
4 CRITERIOS GENERALES DE SELECCIÓN DE UN ECC ..............................................6
5 APLICACIÓN Y DISEÑO BÁSICO DE LAS UNIDADES ................................................8
5.1 CONTROL DE PARTICULAS...................................................................................8
5.1.1 CAMARAS DE SEDIMENTACIÓN........................................................................9
5.1.2 SEPARADORES CICLONICOS..........................................................................12
5.1.3 COLECTORES HUMEDOS (WET SCRUBBERS)..............................................16
5.1.4 FILTROS DE TELA.............................................................................................20
5.1.5 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS.........................................................24
5.2 CONTROL DE GASES...........................................................................................29
5.2.1 ABSORCIÓN.......................................................................................................30
5.2.2 ADSORCIÓN ......................................................................................................34
5.2.3 BIORREACTORES.............................................................................................41
5.2.4 INCINERACIÓN O COMBUSTIÓN AUXILIAR....................................................45
5.2.5 CONTROL DE OXIDOS DE AZUFRE.................................................................45
5.2.6 CONTROL DE OXIDOS DE NITRÓGENO .........................................................45
6 BIBLIOGRAFIA BÁSICA CONSULTADA.....................................................................46

REVISIÓN 1 iii
Índice de tablas
Página
Tabla 1. NOMs que regulan las emisiones de contaminantes por fuentes fijas.......................4
Tabla 2. Factores a considerar en el diseño de ECC. .............................................................6
Tabla 3. Fuentes de partículas en procesos industriales.........................................................8
Tabla 4. Tipos de colectores húmedos..................................................................................16
Tabla 5. Descripción de colectores húmedos........................................................................17
Tabla 6. Descripción de los filtros de tela según el método de limpieza utilizado..................21
Tabla 7. Velocidades de filtración según el sistema de limpieza ...........................................23
Tabla 8. Velocidades de migración para la ecuación de Deutsch-Anderson. ........................28
Tabla 9. Tecnologías disponibles para el tratamiento de gases. ...........................................29
Tabla 10. Características de algunos tipos de empaque.......................................................32
Tabla 11. Tipos de adsorbentes y los contaminantes gaseosos que remueven....................34
Tabla 12. Parámetros para Isotermas de Adsorción Seleccionadas .....................................40
Tabla 13. Descripción de los tipos de biorreactores ..............................................................42
Tabla 13. Parámetros de operación de los diferentes biorreactores......................................44

REVISIÓN 1 iv
Índice de figuras
Página
Figura 1. Diagrama de cámara de sedimentación ...................................................................9
Figura 2. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas en el aire...............................11
Figura 3. Esquema de un ciclón (A) y un multiciclon (B) .......................................................12
Figura 4. Ciclón convencional a nivel industrial. ....................................................................13
Figura 5. Relaciones geométricas de un ciclón convencional................................................14
Figura 6. Filtros de tela por limpieza por aire a contracorriente, a nivel industrial..................22
Figura 7. Esquema de un precipitador electrostático.............................................................24
Figura 8. Principios de operación de un precipitador electrostático.......................................25
Figura 9. Electrodo de descarga (A) y electrodo de precipitación (B)....................................26
Figura 10. Precipitador electrostático industrial en operación................................................27
Figura 11. Esquema básico de una torre empacada de absorción........................................30
Figura 12. Torre empacada de absorción a escala industrial. ...............................................31
Figura 13. Diagrama de Sistema Adsorbedor de Carbón Activado .......................................35
Figura 14. Adsorbedor de carbón activado a nivel industrial .................................................36
Figura 15. Tipo de Isoterma de Adsorción para Adsorbatos Hipotéticos ...............................39
Figura 16. Biofiltro (A), filtro biopercolador (B) y biolavador (C) a escala industrial. ..............43

REVISIÓN 1 1
1 INTRODUCCIÓN
Este manual pretende que el alumno de Maestría, adquiera los conocimientos necesarios
para abordar la selección y el dimensionamiento básico de los equipos de control de la
contaminación atmosférica, para su aplicación a nivel industrial, es decir, a nivel de fuentes
fijas de emisión.
Este manual sirve de apoyo para la asignatura Contaminación Atmosférica de la Maestría en
Ingeniería Ambiental; tras estudiar en dicha materia la problemática de la contaminación del
aire, sus impactos y los fenómenos de dispersión, es imprescindible el conocer las
tecnologías de control de la contaminación atmosférica para que el ingeniero ambiental
aborde de manera integral otro campo de trabajo en el cual se puede desarrollar.
1.1 OBJETIVOS
Los objetivos de este manual para con el lector son los siguientes:
 Introducir la visión general de las estrategias para el control de la contaminación
atmosférica; en este caso medidas correctoras consistentes en la instalación de equipos
depuración.
 Conocer los distintos tipos de equipos de depuración de contaminantes en emisiones de
aire, sus principios de funcionamiento y campos de aplicación.
 Conocer los principios básicos para dimensionar equipos de depuración aplicados al
control de contaminantes partículados y contaminantes gaseosos.
1.2 DEFINICIONES
A continuación se describe el significado de los términos más importantes relacionados con
el control de la contaminación atmosférica.
 Contaminante atmosférico. Materia en cualquiera de sus estados físicos, que al
interrelacionarse en o con la atmósfera, modifique su composición o estado natural.
 Fuente fija. La instalación o conjunto de instalaciones pertenecientes a una sola
persona física o moral, ubicadas en una polígono cerrado que tenga como finalidad
desarrollar operaciones o procesos industriales, comerciales o de servicios o actividades
que generen o puedan generar emisiones contaminantes a la atmósfera.
 Emisión. Descarga directa o indirecta a la atmósfera de cualquier sustancia en
cualquiera de sus estados físicos.
 Control de la contaminación atmosférica. Aplicación de medidas o estrategias para la
reducción de emisiones contaminantes a la atmósfera.
 Calidad del aire. Concentraciones de contaminantes que permiten caracterizar el aire
de una región con respecto a concentraciones de referencia, fijadas por el marco
normativo con el propósito de preservar la salud y bienestar de la población.

REVISIÓN 1 2
2 ES NECESARIA LA INSTALACIÓN DE UN ECC?
Esta pregunta debe hacérsela el ingeniero ambiental previo emitir un dictamen o
recomendación al responsable del departamento de medio ambiente de la fuente fija. Por tal
razón el ingeniero ambiental debe estar preparado y conocer el marco normativo aplicable a
la regulación de las emisiones por fuentes fijas; en la sección siguiente se hará una breve
descripción de este marco normativo. La recomendación de la instalación de un equipo para
el control de la contaminación atmosférica (ECC), debe de proceder como consecuencia
directa de que las emisiones de determinados contaminantes por parte de la fuente fija en
cuestión, rebasan los límites máximos permisibles establecidos en el marco normativo
competente.
Por otra parte, antes de empezar a formular la lista de opciones disponibles para el control
de emisiones, es importante tener claro que las opciones no se limitan a aditamentos o
dispositivos accesorios para controlar las emisiones. Cualquier técnica que reduzca la
emisión es una opción válida, incluidos cambios en los insumos o materias primas, cambios
en las condiciones del proceso, o la incorporación de un ECC. A continuación se ejemplifican
estas opciones.
 Materia prima. Las opciones de control para fuentes de combustión podrían incluir un
cambio en el tipo de combustible. El uso de carbón y combustóleo bajos en azufre
puede considerar una opción de control para las emisiones de SO2. El uso de madera
como combustible puede especificarse, en función de su contenido de humedad, como
medio para controlar las emisiones de partículas. La combustión de gas natural puede
reducir las emisiones de NOx, SO2 y partículas suspendidas. Las reducciones en la
emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV) en las industrias del recubrimiento y
las artes gráficas (impresión) pueden lograrse mediante el uso de solventes de bajo
contenido de COV o incluso solventes a base de agua.
 Condiciones del proceso. En el caso de muchos tipos de fuentes industriales, las
emisiones pueden reducirse cuando se acepta y es posible aplicar limitaciones a la
producción. En la industria del plástico pueden reducir las emisiones de COV si se
modifican las temperaturas o las presiones a las que se realizan los procesos. Las
prácticas en el lugar de trabajo, por ejemplo, mantener tapados los contenedores con
líquidos volátiles, o el encendido o apagado de una turbina de gas. Limitar las horas de
operación de determinados equipos —por ejemplo, de los generadores de energía
eléctrica de emergencia— es un elemento esencial para demostrar una reducción en las
emisiones en el largo plazo.
 Equipo para el control de emisiones. Finalmente, luego de descartar las opciones
anteriores para reducir las emisiones, sea por motivos económicos u operativos, habrá
que tener en consideración la instalación de un ECC.

REVISIÓN 1 3
En cualquier caso, la sustitución del tipo de combustible utilizado y/o las posibles
modificaciones al proceso, son campos de mayor incumbencia para los ingenieros químicos,
ingenieros en energía y/o ingenieros industriales, de los cuales el ingeniero ambiental debe
colaborar ya que este conoce y está preparado en la aplicación de la normatividad
competente a las emisiones. Finalmente para el control de emisiones atmosféricas, el
ingeniero ambiental es el responsable de jugar el papel más importante, apoyándose desde
luego en otras áreas del conocimiento.

REVISIÓN 1 4
3 MARCO NORMATÍVO APLICABLE
El marco nacional que regula las emisiones por parte de fuentes fijas se resume en el
siguiente cuadro:
Tabla 1. NOMs que regulan las emisiones de contaminantes por fuentes fijas.
Clave Titulo de la NOM Contaminantes regulados
NOM-039-SEMARNAT-
1993
Niveles máximos permisibles de
emisión a la atmósfera de
bióxido y trióxido de azufre y
neblinas de ácido sulfúrico, en
plantas productoras de ácido
sulfúrico.
Dióxido de azufre
NOM-040-SEMARNAT-
2002
Protección ambiental-fabricación
de cemento hidráulico-niveles
máximos de emisión a la
atmósfera.
Dióxido de azufre
Óxidos de nitrógeno
Monóxido de carbono
Acido clorhídrico
Hidrocarburos totales de
petróleo
Partículas
Metales pesados
Dioxinas y furanos
NOM-043-SEMARNAT-
1993
partículas sólidas provenientes
de fuentes fijas.
Partículas
NOM-046-SEMARNAT-
1993
bióxido de azufre, neblinas de
trióxido de azufre y ácido
sulfúrico, provenientes de
procesos de producción de
ácido dodecilbencensulfónico en
fuentes fijas.
Dióxido de azufre
Trióxido de azufre
Acido sulfúrico
NOM-075-SEMARNAT-
1995
compuestos orgánicos volátiles
provenientes del proceso de los
separadores agua-aceite de las
refinerías de petróleo.
Compuestos orgánicos
volátiles

REVISIÓN 1 5
Clave Titulo de la NOM Contaminantes regulados
NOM-085-SEMARNAT-
1994
Fuentes fijas que utilizan
combustibles fósiles sólidos,
líquidos o gaseosos o cualquiera
de sus combinaciones. Niveles
máximos permisibles de emisión
a la atmósfera de humos,
partículas suspendidas totales,
bióxido de azufre y óxidos de
nitrógeno. Requisitos y
condiciones para la operación
de los equipos de calentamiento
indirecto por combustión, así
como niveles máximos
permisibles de emisión de
bióxido de azufre en los equipos
de calentamiento directo por
combustión.
Dióxido de azufre
Partículas
NOM-097-SEMARNAT-
1995
Límites máximos permisibles de
material particulado y óxidos de
nitrógeno en los procesos de
fabricación de vidrio en el país.
Partículas
NOM-105-SEMARNAT-
1996
emisiones a la atmósfera de
partículas sólidas totales y
compuestos de azufre reducido
total provenientes de los
procesos de recuperación de
químicos de las plantas de
fabricación de celulosa.
Dióxido de azufre
Partículas
NOM-121-SEMARNAT-
1997
Límites máximos permisibles de
compuestos orgánicos volátiles
(COVs) provenientes de las
operaciones de recubrimiento de
carrocerías nuevas en planta de
automóviles, unidades de uso
múltiple, de pasajeros y
utilitarios; carga y camiones
ligeros, así como el método para
calcular sus emisiones.
Compuestos orgánicos
volátiles

REVISIÓN 1 6
4 CRITERIOS GENERALES DE SELECCIÓN DE UN ECC
Previa la instalación de un ECC, se deben tener en cuenta los siguientes criterios:
Tabla 2. Factores a considerar en el diseño de ECC.
Factor Consideraciones
General Eficacia de captura
Normas Oficiales Mexicanas
Coste inicial
Tiempo de vida y valor residual
Costes de operación y mantenimiento
Requisitos de potencia
Peso y requisitos de espacio
Material de construcción
Fiabilidad
Garantías del equipo y del fabricante
Gas portador Temperatura
Presión
Humedad
Densidad
Viscosidad
Punto de rocío de materias condensables
Corrosividad
Inflamabilidad
Toxicidad
Proceso Caudal y velocidad del gas
Concentración de contaminantes
Variabilidad de caudales, temperatura, etc.
Contaminante (particulado) Distribución de tamaños de partícula
Forma de las partículas
Tendencia a la aglomeración
Corrosividad
Abrasividad
Tendencia higroscópica
Pegajosidad
Inflamabilidad

REVISIÓN 1 7
Factor Consideraciones
Toxicidad
Resistividad eléctrica
Reactividad
Contaminante (gaseoso) Corrosividad
Inflamabilidad
Toxicidad
Reactividad

REVISIÓN 1 8
5 APLICACIÓN Y DISEÑO BÁSICO DE LAS UNIDADES
5.1 CONTROL DE PARTICULAS
Los ECC para partículas se pueden clasificar en dos grandes grupos, según el mecanismo
de funcionamiento: por vía seca o por vía húmeda. De los equipos por vía seca los más
habituales son los ciclones, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos. En cuanto a
los sistemas vía húmeda cabe destacar los lavadores tipo columna, tipo ciclón y tipo venturi.
Para la elección del ECC más adecuado el factor más importante es el tamaño de las
partículas. El tamaño de la partícula viene, en gran medida, condicionado por el proceso en
el que se genera. En la siguiente tabla se muestra una relación de los principales sectores
industriales que contribuyen a la contaminación por partículas.
Tabla 3. Fuentes de partículas en procesos industriales.
Fuente: Wark y Warner, 1999
En los siguientes puntos se especifica el diseño básico de ECC para control de partículas.

REVISIÓN 1 9
5.1.1 CAMARAS DE SEDIMENTACIÓN
Descripción
Se puede emplear la fuerza gravitacional para la remoción de partículas en cámaras de
sedimentación cuando la velocidad de sedimentación sea mayor de 13 cm/seg. Se aplica
para partículas mayores de 50 µm de diámetro, o para partículas de 10 µm si el material es
razonablemente denso. Partículas más pequeñas requerirían excesivas distancias de flujo lo
que conllevaría al aumento del volumen de las cámaras. Las cámaras de sedimentación
forman parte del grupo de los llamados equipos de pretratamiento ya que, de forma general,
suelen ser empleados para reducir la carga inicial de partículas de una corriente gaseosa
eliminando de la misma las partículas de mayor tamaño así como las abrasivas
En esencia una cámara de sedimentación es un recipiente con una entrada en un lado y una
salida situada al lado contrario frontalmente o en la parte superior de la misma, generalmente
de geometría rectangular su parte central, donde se permite a una corriente gaseosa
expandirse de tal forma que la velocidad del gas dentro de la misma disminuye
considerablemente permitiendo que la acción de la gravedad sedimente las partículas que
esta arrastra.
Existen dos tipos fundamentales de modelos constructivos: las cámaras de expansión y las
cámaras de placas deflectoras o modelo de Howard.
Figura 1. Diagrama de cámara de sedimentación tipo expansión (A) y con placas
deflectoras o modelo Howard (B).
A
B

REVISIÓN 1 10
Aplicaciones
A pesar de su baja eficiencia, las cámaras de sedimentación se han empleado ampliamente
en el pasado. Las industrias de refinamiento de metales han empleado cámaras de
sedimentación para separar las partículas grandes de las corrientes gaseosas tales como
trióxido de arsénico de los minerales. Las plantas térmicas han empleado cámaras de
sedimentación para separar partículas grandes no quemadas para reincorporar la corriente
de gas a la caldera. También son útiles en aquellas industrias en las que se requiere enfriar
la corriente gaseosa antes de un tratamiento mediante filtros.
Estos equipos han sido reemplazados, para la mayoría de las aplicaciones, por los ciclones
debido a las menores necesidades de espacio y la mayor eficiencia de colección.
Ventajas e inconvenientes del empleo de estos dispositivos
Ventajas:
1. Equipos de bajo coste
2. Muy bajo coste energético
3. .Pocas partes móviles, y por tanto menor necesidad de mantenimiento.
4. Excelente fiabilidad
5. Baja caída de presión a través de la cámara
6. Dispositivo no sujeto a abrasiones debido a la baja velocidad del gas
7. Provee un enfriamiento adicional a la corriente gaseosa
Desventajas:
1. Eficiencias de colección relativamente bajas.
2. Incapaz de trabajar con materiales gomosos
3. Alto requerimiento espacial
4. Las bandejas en el modelo Howard pueden deformarse durante condiciones de
trabajo que involucren altas temperaturas.
Diseño
Ejemplo: Determínese la longitud de un colector (L), del que se requiere una eficiencia del
90% al colectar partículas de 50 µm de diámetro y una densidad de 2 g/cm3. La velocidad
del flujo del gas es de 0.5 m/s y tiene una altura de 3m.
Solución:
L= nHV / 50Vt
L = 18 m

REVISIÓN 1 11
Donde
n= eficiencia de remoción deseada
H = Altura de la cámara
V = Velocidad del flujo de gas
Vt = Velocidad de sedimentación de las partículas
Vt puede ser calculado a partir del diámetro y densidad de las partículas de acuerdo a la
siguiente grafica.
Figura 2. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas en el aire
Velocidaddesedimentacióncm/seg

REVISIÓN 1 12
5.1.2 SEPARADORES CICLONICOS
Descripción
Los ciclones se utilizan como pretratamiento de efluentes gaseosos para reducir la cantidad
de polvo. Desde el punto de vista de ECC, los ciclones por si mismos no suelen ser
adecuados para cumplir la normativa de emisiones, pero pueden ser indispensables para
adecuar la corriente a tratar (eliminación de abrasivos, disminución de carga, etc.) para el
buen funcionamiento de otros equipos como los filtros de mangas o los precipitadores
electrostáticos.
A través de la rápida rotación del flujo de aire, las partículas son desplazadas por acción de
la fuerza centrífuga hacia las paredes del ciclón, lo que permite que las partículas más
pesadas se desprendan del flujo de aire siendo impulsadas hacia la pared donde se juntan
entre sí y forman aglomerados que sedimentan y son eliminados por el punto de salida
inferior del ciclón. En la base del ciclón, el gas se vuelve moviéndose en espiral hacia arriba
y saliendo por la parte superior del equipo. En ocasiones se utiliza una configuración de
multiciclón, que consiste en un conjunto de ciclones de pequeño diámetro y elevada altura
funcionando en paralelo.
Figura 3. Esquema de un ciclón (A) y un multiciclon (B)
A B

REVISIÓN 1 13
El diámetro de las partículas que se pueden remover debe de ser igual o mayor a 10 µm. No
obstante, se diseñan ciclones de alta eficacia con aplicaciones para la eliminación de PM10 y
PM2.5. Si la corriente a tratar contiene partículas de tamaño superior a 200 μm, otros
dispositivos como las cámaras de sedimentación podrían resultar más eficaces ya que
presentan menos problemas de abrasión.
Aplicaciones
Los ciclones son usados extensivamente después de las operaciones de secado por
atomización en las industrias alimenticias y químicas, y después de las operaciones de
molienda y calcinación en las industrias químicas y de procesamiento de minerales para
colectar material útil. En las industrias metalúrgicas férreas y no férreas, los ciclones son a
menudo utilizados como primer paso para el control de partículas. Las industrias de
generación de energía eléctrica y de producción de madera comúnmente usan multiciclones
(previo a scrubbers húmedos o filtros de tela) para colectar partículas finas (PM 2.5).
Figura 4. Ciclón convencional a nivel industrial.
Las ventajas de los ciclones incluyen las siguientes:
1. Bajos costos de capital.
2. Falta de partes móviles, por lo tanto, pocos requerimientos de mantenimiento y bajos
costos de operación.

REVISIÓN 1 14
3. Caída de presión relativamente baja, comparada con la cantidad de partículas
removidas.
4. Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de
construcción.
5. Colección y disposición en seco.
6. Requisitos espaciales relativamente pequeños.
Las desventajas son:
1. Eficiencias de recolección de partículas suspendidas totales relativamente bajas,
particularmente para partículas menores de 10 μm.
2. No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes.
3. Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas caídas de presión.
Diseño
Las relaciones geométricas de un ciclón convencional se establecen en la siguiente figura:
Figura 5. Relaciones geométricas de un ciclón convencional

REVISIÓN 1 15
Establecidas las dimensiones geométricas se puede determinar, de forma aproximada, el
número de vueltas efectivas (Ne) como:
Para un diseño convencional, el número de vueltas efectivas es de 6. El número de vueltas
efectivas se puede relacionar con la eficacia del equipo. La eficacia de remoción se puede
determinar, según el modelo de Rossin, Rammler e Intelmann,
Donde n es la eficacia, Ne es el número de vueltas efectivas, ρp la densidad de las partículas,
dp el diámetro de las partículas, Vg la velocidad del gas, Wi anchura de la entrada, H altura
de la entrada del gas y μ la viscosidad del gas.
Otro parámetro de interés en el diseño de ciclones es el diámetro de corte (dpc) que
proporciona una medida del tamaño de partículas capturadas y el tamaño que pasa por el
colector. El diámetro de corte se define como el tamaño de las partículas que son recogidas
con una eficacia del 50%. Es una característica del equipo colector y de las condiciones de
operación
Con base en este ultimo principio, la eficiencia de remoción también puede calcularse de
acuerdo a la siguiente ecuación:

REVISIÓN 1 16
5.1.3 COLECTORES HUMEDOS (WET SCRUBBERS)
Descripción
Dentro de esta clasificación, un líquido atomizado, generalmente agua, el usado para
capturar partículas o para incrementar el tamaño de los aerosoles, ya que el incremento de
su tamaño facilita su separación del efluente gaseoso. El grupo de los colectores húmedos, o
también conocidos en la literatura especializada como “wet scrubbers”, puede remover de
manera efectiva partículas finas en el rango de 0.1 – 20 µm.
Los colectores húmedos poseen características únicas que todos los ECC; desde que las
partículas son capturadas por el líquido, su re-suspensión es evitada, y con esto su
recolección es más fácil. Asimismo los colectores húmedos también pueden ser utilizados
para enfriar un efluente gaseoso a alta temperatura. Su principal desventaja es el manejo de
los lodos generados.
Existen varios dispositivos dentro del grupo de colectores húmedos, los cuales se describen
en la siguiente tabla:
Tabla 4. Tipos de colectores húmedos
Tipo de colector húmedo Caída de presión
(Pa)
Diámetro mínimo de
partículas colectadas
(µm)
Torres de aspersión 125-375 10
Ciclones húmedos 500-2500 2-6
Lavadores venturi 2500-18000 0.5-1
Para la captura de las partículas finas, grandes cantidades de energía deben ser dirigidas
hacia el efluente gaseoso. Existen dos maneras de hacerlo:
1. Incrementando la presión del efluente gaseoso
2. Atomizando grandes cantidades de agua
La eficiencia de colección puede ser inesperadamente potenciada en los colectores
húmedos a través de métodos que causen en crecimiento del tamaño de las partículas. El
crecimiento de las partículas puede lograrse por:
1. Bajas temperaturas que puedan ocasionar la condensación
2. Incrementando la velocidad de flujo del efluente gaseosos; con esto se incrementa la
turbulencia
3. Gradientes de temperatura en los pasajes estrechos del colector que incrementarían
la difusión de las partículas dentro del líquido.

REVISIÓN 1 17
Tabla 5. Descripción de colectores húmedos
Tipo de
colector
húmedo
Descripción Diagrama
Torre
de aspersión
El gas contaminado fluye hacia arriba y las
partículas chocan con las gotas del líquido
producidas por boquillas apropiadas situadas a
través del paso del efluente gaseoso; el agua se
aspersiona y la partícula es capturada por
choque de inercia o difusión. El punto crítico de
su operación es el tamaño de las gotas de agua.
Pueden instalarse mamparas para potenciar el
choque y recogida de las partículas.
Ciclón
húmedo
Son semejantes a los s ciclones secos con el
añadido de unos inyectores mediante los cuales
se pulveriza el líquido lavado. La unión del
movimiento helicoidal del gas y el liquido
inyectado proyecta las gotitas de agua sucia
sobre las paredes que resbalando a lo largo de
ellas llegan al fondo. El consumo es de 1-12 L /
por 10 m3 del efluente gaseoso.
Lavador
venturi
Utilizan el efecto venturi para conseguir una
buena dispersión del agua en la corriente de
gas y de esta manera aumentar las
posibilidades de impacto de las partículas en
suspensión con las gotas de agua; el venturi es
un canal que converge en un estrechamiento y
diverge después al diámetro original. En la zona
de convergencia el gas es acelerado de forma
que en la garganta alcanza grandes velocidades
(50-180 m/s). En la garganta el gas se pone en
contacto con el agua, que se introduce por
pequeños orificios distribuidos en la pared. El
gas a elevada velocidad atomiza el líquido
inyectado y acelera las gotas produciéndose el
impacto de las gotas con las partículas finas.

REVISIÓN 1 18
Aplicaciones
Se emplean para el control de las emisiones de partículas de calentadores industriales y/o
comerciales que utilizan carbón, madera o combustóleo. Han sido utilizados para el control
de las emisiones de la industria química, de producción de madera, blanqueado de papel,
manufactura de asfalto, aluminio, plomo y acero. También han sido empleados con éxito
para el control de las emisiones de los incineradores de residuos sólidos municipales.
Típicamente los colectores húmedos son empleados cuando una alta eficiencia de remoción
es necesaria.
Ventajas:
1. Elevadas eficacias de captación
2. Costes de inversión bajos
3. Diseño compacto, robusto y sencillo
4. Capacidad de retener simultáneamente gases y partículas (especialmente materiales
viscosos)
5. Capacidad de manejar corrientes de gases a elevada temperatura y alta humedad
Desventajas
1. Pérdida de carga y necesidades energéticas elevadas
2. La opacidad y el arrastre de gotas puede ser problemática
3. Problemas de corrosión
4. Generación de un efluente líquido que puede necesitar tratamiento
Diseño
A pesar de que uno o más mecanismos colectores se pueden usar dentro de la variedad de
los equipos colectores húmedos, el principal requerimiento de cualquiera de estos
dispositivos es la manera de iniciar el impacto o intercepción de una partícula por una gota.
Una manera de establecer la eficiencia de esta relación, es con el parámetro denominado
número de impactación (NI), tal como se describe en la siguiente ecuación:
NI = xs / dD
Es la relación adimencional entre la distancia de detención xs y el diámetro de la gota dD. De
lo anterior se puede deducir que la remoción de partículas está determinada por el número
de impactación, siendo a su vez este en función del tamaño de gota.

REVISIÓN 1 19
La distancia de detención puede estimarse con la siguiente ecuación:
xs = Vp,0 * dp
2 * ρp /18 µg
Donde:
Vp,0 = Es la velocidad de las partículas (velocidad del efluente gaseoso)
dp = Diámetro físico de las partículas
ρp = Densidad de las partículas
µg = Viscosidad del gas
La eficiencia total de remoción del colector húmedo ŋo, puede ser estimada de acuerdo a la
siguiente expresión:
ŋo = 1 – exp( - NI )

REVISIÓN 1 20
5.1.4 FILTROS DE TELA
Descripción
Los filtros de tela, también conocidos en la literatura especializada como “filtros de mangas”
o “fabric filters”, son estructuras metálicas cerradas en cuyo interior se disponen elementos
filtrantes textiles en posición vertical. Según el diseño pueden adoptar formas tubulares, y se
denominan mangas, o formas rectangulares, y se denominan bolsas. Se montan sobre una
cámara que acaba en su parte inferior en una tolva de recogida de partículas. El aire cargado
de sólidos es forzado a pasar a través del textil, sobre el que se forma una capa de polvo.
La filtración se produce como resultado de la formación de una capa de polvo primaria en la
superficie de las mangas y una acumulación de partículas de polvo en el interior del material
filtrante. Una vez formada la capa primaria, la penetración se hace muy baja y la filtración se
produce por tamizado (filtración superficial). El proceso de filtración continúa hasta que la
caída de presión se hace tan importante que requiere la limpieza del sistema.
Los filtros de tela son instalaciones de limpieza de partículas altamente eficaces. Se obtienen
eficacias por encima del 99% para partículas mayores de 10 μm, pudiendo superar el
99.99%. Para partículas de 0.5 μm alcanzan eficacias del 99% y se obtienen eficacias
aceptables para partículas de hasta 0.01 μm. Las cargas de sólidos típicas varían entre 0.23
y 23 g/m3. Las dimensiones típicas pueden ser de 0.15-0.3 m de diámetro y 6-10 m de
longitud, oscilando el número de mangas por compartimento entre 40-700.
Cada filtro de tela tiene sus propias características. Inicialmente, se utilizaban fibras
naturales de algodón o lana, que han sido reemplazadas por fibras químicas. La selección
del tipo de fibra a utilizar viene condicionada por una serie de factores entre los que
destacan:
 Temperatura
 Composición química del gas
 Características físico-químicas de las partículas
 Humedad
 Resistencia mecánica
 Propiedades de filtración de las mangas
 Método de limpieza
Existen tres tipos de filtros de mangas atendiendo al método de limpieza utilizado (tabla 6):
por vibración, por aire en contracorriente, y por impulsos de aire a presión (pulse jet). En
ocasiones, se combinan dos de estos mecanismos de limpieza en un mismo equipo. En la
tabla 6 se describen algunas especificaciones de cada uno de estos equipos que utilizan el
principio de filtración.

REVISIÓN 1 21
Tabla 6. Descripción de los filtros de tela según el método de limpieza utilizado
Tipo de filtro
de tela
Filtro de tela -
limpieza por
vibración
(Shaker fabric
filter)
El filtro de tela más viejo de todos.
El mecanismo de limpieza consiste
en detener el flujo del efluente
gaseoso, y una posterior agitación
para remover la capa de polvo
acumulada. Como se muestra en el
diagrama de al lado, la limpieza se
logra mediante el movimiento del
marco superior (por un motor
eléctrico) que sostiene las bolsas,
típicamente hacia atrás y adelante.
Filtro de tela -
limpieza por
aire a
contracorriente
(Reverse air
cleaning fabric
filter)
Este mecanismo implica impulsar
suavemente hacia atrás el efluente
gaseoso a través de las bolsas
para sacar la torta de polvo. Su
principal ventaja consiste en que
bolsas de grandes dimensiones
pueden ser limpiadas
eficientemente con este
mecanismo. Otra desventaja es
que el tiempo de vida útil de las
bolsas puede prolongarse
considerablemente.
Filtro de tela -
limpieza por
impulsos de
aire a presión
(Pulse jet
fabric filter)
Un chorro de aire a alta presión (70
– 100 psi) es usado para deformar
y remover la torta de polvo. El
pulso de aire tiene una duración
muy corta de entre 100 a 200
mseg. Existe una variación de este
mecanismo en la cual en lugar de
utilizar aire a alta presión, se utiliza
a un valor bajo de 7 – 14 psi. Para
esto las bolsas son estiradas
durante la limpieza, para facilitar la
remoción de la torta de polvo; así
mismo la duración del pulso de aire
es mayor.

REVISIÓN 1 22
Aplicaciones
Los filtros de tela pueden ser utilizados de manera efectiva en diferentes aplicaciones; en
cualquier proceso en el que sean generadas partículas los filtros de tela pueden ser
utilizados como sistemas de tratamiento. Son más comúnmente utilizados en los
calentadores industriales que utilizan carbón, procesamiento primario y secundario de
metales (cobre, zinc, aluminio, hierro, acero), producción de minerales (cemento, limpieza de
carbón) y fabricación de asfalto.
Figura 6. Filtros de tela por limpieza por aire a contracorriente, a nivel industrial.
Ventajas:
 Alta eficacia de recolección en un amplio intervalo de tamaños de partículas
 Elevada flexibilidad de diseño por la disponibilidad de distintos medios filtrantes y
sistemas de limpieza
 Amplio intervalo de capacidades de tratamiento: desde 3 m3/min hasta 140,000 m3/min
 Caídas de presión y requisitos de potencia razonables
 El material se recupera en seco para usos posteriores o eliminación final
 Posibilidad de recirculación del aire filtrado
Desventajas:
 Requisitos de espacio
 Posibilidad de incendio o explosión por chispas en las proximidades del filtro
 Necesidades de mantenimiento (reposición de las mangas); incapacidad para manejar
materiales húmedos por problemas de limpieza de las mangas

REVISIÓN 1 23
Diseño
El dimensionamiento de un filtro de mangas se realiza a partir del criterio de diseño de la
velocidad de filtración o lo que es lo mismo, de la relación aire/tela. En estos equipos se
define la velocidad de filtración como el caudal de gas que atraviesa el filtro por unidad de
superficie. El valor de este parámetro de diseño se establece por experiencia y, junto con el
caudal de gases a tratar, define la superficie filtrante a emplear. En general, los fabricantes
de estos equipos indican unos valores de velocidad de filtración óptima en los intervalos
mostrados en la tabla siguiente:
Tabla 7. Velocidades de filtración según el sistema de limpieza
Tipo de filtro por sistema de limpieza Velocidad de filtración (m3/min/m2)
Vibración 0.30 – 0.80
Aire a contracorriente 0.30 – 0.90
Chorro de aire a presión 1.45 – 2.00
La eficacia no es un factor determinante en el diseño de los filtros de mangas. El rendimiento
de los filtros no depende de la concentración de partículas a la entrada. En cambio sí es
importante tener en cuenta la pérdida de carga de los filtros de mangas durante su
operación, ya que ésta determina la frecuencia con que deben realizarse los ciclos de
limpieza. La perdida de carga se define como la caída de presión a través de los filtros,
debida a la acumulación de la torta de polvo sobre la tela, lo cual aunque aumenta la
eficiencia de remoción, aumenta también la resistencia al flujo y por tanto es necesaria una
mayor cantidad de energía para impulsar el efluente gaseoso por el filtro.
Para un filtro nuevo, la caída de presión será la suma de la pérdida provocada por el propio
filtro y la ocasionada por las partículas conforme se van depositando. Sin embargo, los filtros
experimentan un proceso de acondicionamiento conforme se van limpiando periódicamente.
La caída de presión al acabar la limpieza del filtro va aumentando en cada ciclo hasta
alcanzar un valor residual constante, ΔPR. Una vez el filtro está acondicionado, la caída de
presión al final de cada ciclo de filtración, ΔPT es la suma de ΔPR y de la caída de presión en
la torta, ΔPC, creciente con el tiempo, y se puede expresar como:
ΔPT = ΔPR + ΔPC = K1 Vf + K2 ω Vf
donde Vf (m/s) es la velocidad de filtración, ω la carga de polvo sobre el filtro (kg/m2) y K1 (N
s/m3) y K2 (s-1) son coeficientes de resistencia de la manga acondicionada y el polvo,
respectivamente. Los valores de K1 y K2 suelen estar entre intervalos de 12000-120000 N
s/m3 y 130000-700000 s-1, respectivamente.

REVISIÓN 1 24
5.1.5 PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
Descripción
En este tipo de separadores, se utilizan campos eléctricos para separar a las partículas del
gas. Para ello se aplica un campo eléctrico al gas sucio para que las partículas se carguen
(se ioniza el gas y los pequeños iones se pegan a las partículas). Este gas se hace pasar a
continuación a través de unas placas colectoras cargadas, con cargas de signo opuesto,
para que atraigan a las partículas y queden adheridas a las placas.
Estos separadores tienen múltiples ventajas: Pueden manejar grandes volúmenes de gases,
con una alta eficiencia de colección, incluso para partículas submicrométricas y posibilidad
de trabajar con gases a alta temperatura y húmedos. La pérdida de carga no es muy grande.
Figura 7. Esquema de un precipitador electrostático

REVISIÓN 1 25
Los principales elementos que integran un precipitador electrostático son (figura anterior):
 Zona de tratamiento: electrodos de emisión, electrodos de precipitación y los sistemas
complementarios entre los que se incluyen las conducciones de entrada y salida de gas,
las placas perforadas para la distribución del gas, los dispositivos de limpieza del
electrodo de precipitación, la tolva de recogida de partículas, etc.
 Sistema de fuente eléctrica de alto voltaje: transformador, rectificador y dispositivos de
control.
 Estructura (soportes, aisladores, marcos, etc.) y elementos auxiliares como el ventilador
y los dispositivos para el vaciado de la tolva.
El principio básico de la operación es el siguiente: Los gases sucios pasan a través de un
campo eléctrico de polaridades opuestas. El precipitador consta de dos sistemas de
electrodos: el electrodo de emisión (o de descarga) y el de precipitación. El electrodo de
emisión está unido al polo negativo de un rectificador de alto voltaje (20 – 100 kV), mientras
que el electrodo de precipitación está conectado eléctricamente a tierra, cerrando el circuito.
Figura 8. Principios de operación de un precipitador electrostático
El polvo depositado en las placas se elimina por vía seca mediante sacudidas periódicas o
por vibración de las placas colectoras. La capa de polvo cae de las placas en pedazos
grandes. La mayoría de los precipitadores tienen controles de sacudido, de acuerdo a la
concentración de polvo en el gas a fin de evitar la reintroducción de polvo. El polvo se recoge
en las tolvas.

REVISIÓN 1 26
Figura 9. Electrodo de descarga (A) y electrodo de precipitación (B).
También se puede efectuar la limpieza por vía húmeda mediante la pulverización de agua
sobre las placas colectoras de forma continua o intermitente. A estos precipitadores se les
denomina “precipitadores electrostáticos húmedos” o “wet electrostatic precipitator”. Están
especialmente indicados para el control de nieblas ácidas, polvos explosivos o de elevada
resistividad. Este sistema de limpieza minimiza la reintroducción de partículas frente a los
sistemas de sacudida. Por contra, es necesario gestionar adecuadamente las aguas de
lavado. Además, los equipos vía húmeda presentan una limitación en la temperatura de
operación (80-90 ºC).
Aplicaciones
Aproximadamente el 80% de todos los precipitadores electrostáticos son utilizados en la
industria de generación de energía eléctrica. Son usados también en la industria de
blanqueamiento de papel, producción de cemento y otros minerales, e industrias de
procesamiento de metales no-férreos. Se ha observado que es especialmente eficaz para la
recolección de metales pesados (a excepción del mercurio, ya que una porción significativa
de este se encuentra en forma de mercurio elemental - fase vapor)
A
B

REVISIÓN 1 27
Figura 10. Precipitador electrostático industrial en operación
Ventajas:
 Elevada eficacia de recolección (mayor 99.9%) en partículas de todos los tamaños,
incluyendo submicrones
 Elevada versatilidad: funcionamiento eficaz en casi todos los procesos industriales
 Pequeña pérdida de presión. Reducida potencia del ventilador.
 Caída de presión constante y funcionamiento variable
 Adaptabilidad: tolera fluctuaciones en las condiciones de operación, incluso temperatura
extrema
 Recolección del polvo en su estado original
 Mantenimiento normal de las partes internas durante paradas programadas.
 Mantenimiento exterior regular pero no frecuente.
 Elevada durabilidad. Efectos de abrasión insignificantes.
 Consumo de energía de 20 – 60 kW/100.000 pies3 de gas
Desventajas:
 Pueden no operar a la eficacia de su diseño original
 Operación compleja. Personal especializado.
 Inversión elevada
 Eficacia altamente dependiente de las propiedades de la corriente a tratar
 Diseño complejo

REVISIÓN 1 28
Diseño
La probabilidad de que una partícula cargada sometida a la acción de un intenso campo
eléctrico sea captada por el electrodo colector viene dada, en primera aproximación, por la
fórmula de Deutsch-Anderson:
Donde n es la eficacia de recolección del precipitador; A es el área de recolección efectiva
(m2); Q es el caudal de gas a través del precipitador (m3/s), K cuyo valor oscila entre 0.4 y
0.6, y ω la velocidad de migración de las partículas (m/s). La velocidad de migración de
partículas es:
donde p = 3D/(D+2) siendo D es la constante dieléctrica de la partícula. Los valores de p
oscilan entre 1.5 y 2.4 para la mayoría de polvos. Є0 es la permitividad (8.854×10-12 C / V m),
Ec es el campo eléctrico aplicado (V/m) para cargar las partículas, Ep es el campo eléctrico
en que se recolectan las partículas (V/m) y dp el diámetro de las partículas (m). μg es la
viscosidad del gas (kg/m seg), Kc es el factor de corrección de Cunningham (aplicable a
partículas menores de 5 μm). Otro método alternativo de identificar las velocidades de
migración, es mediante el uso de tablas según el tipo de contaminante, como la que se
presenta a continuación.
Tabla 8. Velocidades de migración para la ecuación de Deutsch-Anderson.
CI = Corona invertida

REVISIÓN 1 29
5.2 CONTROL DE GASES
Los ECC para tratamiento de gases contaminantes forman parte de procesos físicoquímicos:
absorción, adsorción o combustión. Los contaminantes gaseosos pueden ser retirados del
aire por medio de limpieza de gas (eliminación de gas disolviéndolo en un líquido), por
absorción en un sólido o convirtiéndolos en otros gases menos dañinos. A veces ciertos
polvos o sólidos granulados pueden absorber un contaminante del aire. El aire que necesita
ser purificado se dirige a través de un sistema de carbón activo o a través de óxidos de
metal. Después los gases pueden ser de nuevo liberados, calentando el absorbente. Algunos
gases pueden ser destruidos a través del calor.
Para la elección del ECC para tratamiento de gases más adecuado, se consideran como
factores importantes: la corrosividad, inflamabilidad, toxicidad y reactividad. En la siguiente
tabla se muestra de manera resumida, los principales sistemas de tratamiento de efluentes
gaseosos disponibles, y sus ventajas y desventajas.
Tabla 9. Tecnologías disponibles para el tratamiento de gases.
Fuente: Schifftner, 2002.
En los siguientes puntos se especifica el diseño básico de ECC para control de gases que
utilizan los principios de la absorción, adsorción e incineración térmica, ya que son los más
referidos y estudiados en la literatura disponible.

REVISIÓN 1 30
5.2.1 ABSORCIÓN
Descripción
Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de
mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida.
En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a
eliminar se pone en contacto con un líquido, que puede ser agua u otro disolvente, en el que
el contaminante se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas
con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco.
La absorción es una operación unitaria básica en ingeniería química, y denominada en el
campo del control de la contaminación del aire como “scrubbing”. Así mismo a los equipos de
control de contaminación atmosférica que emplean este principio se les conoce en la
literatura como “wet scrubbers”. El proceso se acelera por grandes áreas superficiales de
interface, turbulencia, y grandes coeficientes de difusión de masa.
Esta tecnología es primariamente aplicable para la remoción de humos inorgánicos, vapores
y gases (por ejemplo: ácido crómico, sulfuro de hidrógeno, amoniaco, cloruro de hidrógeno,
fluoruro de hidrógeno y dióxido de azufre), así como también compuestos orgánicos volátiles.
Por otra parte, al dispositivo comúnmente utilizado para absorción de gases se le denomina
“torre empacada”.
Figura 11. Esquema básico de una torre empacada de absorción.

REVISIÓN 1 31
Aplicaciones
La aplicabilidad de esta técnica es generalmente dependiente de los siguientes factores:
disponibilidad suficiente de disolvente; eficiencia de remoción requerida; concentración del
contaminante en el efluente gaseoso a tratar; y capacidad requerida para la disposición de
los residuos de la torre. Las torres de absorción son generalmente utilizadas en la industria
química, del aluminio, coque y ferroaleaciones, e industria alimenticia.
Figura 12. Torre empacada de absorción a escala industrial.
Ventajas:
 Presión de goteo relativamente baja
 El material de relleno permite la operación en atmosferas altamente corrosivas
 La altura y tipo del empaque pueden ser cambiados para mejorar la transferencia de
masas sin la necesidad de adquirir nuevos equipos
 Capital de inversión relativamente bajo
 Poco requerimiento de espacio; es posible colectar PM10

REVISIÓN 1 32
Desventajas:
 La disposición del liquido residual puede ser un problema
 Las partículas pueden causar taponamiento del medio
 Costos de mantenimiento relativamente altos
Diseño
El flujo mínimo de líquido por sección de área transversal de la columna es:
Donde:
MWR = razón mínima de mojadura con valor de 0,08 m2/h para los empaques estructurado
de cuadrícula o de anillo mayor de 76,2 mm (3 pulgadas) y valor de 0,121 m2/h para el resto
de empaques.
a = Área superficial del empaque
ρL = densidad del liquido de lavado utilizado
Tabla 10. Características de algunos tipos de empaque
Tipo de
empaque
Tamaño
nominal
Peso aprox.
por m3,
kg(densidad)
Área
superficial
aprox. m2/m3
Espacio
vacío
(%)
Factor
de
empaquemm Pulg
Anillos
Rasching,
cerámica
6 0.25 960 710 62 1680
13 0.50 880 370 64 640
16 0.625 800 240 72 270
25 1.0 670 190 74 160
38 1.5 740 120 68 95
51 2.0 660 92 74 65
76 3.0 590 62 75 36
89 3.5 580 46 80 25
Anillos
Rasching,
acero
13 0.5 1 500 417 80 222
25 1.0 1 140 207 86 137
38 1.5 785 130 90 82
51 2.0 590 102 92 57
76 3.0 400 72 95 32

REVISIÓN 1 33
La altura de la columna (Z) está dada por la siguiente expresión en relación al coeficiente de
transmisión de materia de la fase gas y la composición del gas (en esta fase podríamos usar
las presiones parciales para el cálculo de NOG):
Z = HOG NOG
También se puede expresar en función de los mismos parámetros del líquido de lavado:
Z = HOL NOL
Donde:
Gm y Lm = Flujo molar de gas o líquido por unidad de área de sección transversal
a área interfacial por unidad de volumen
P = presión total
Ct = concentración molar total
y1 y y2 = fracción molar del soluto en el gas en el fondo y en el tope de la columna
respectivamente
x1 y x2 = reacción molar del soluto en el liquido en el fondo y en el tope de la columna,
respectivamente
xe = concentración del liquido en equilibrio con la concentración del gas en cualquier punto
ye = concentración del gas en equilibrio con la concentración del liquido en cualquier punto
Para el cálculo de HOG y HOL usamos las siguientes expresiones, ya que las constantes KG y
KL deben ser determinadas experimentalmente para cada caso, y para cada tamaño de
columna.
Donde:
m = pendiente de la línea de equilibrio
Gm/Lm = pendiente de la línea de operación
HG y HL = alturas de las unidades de transferencia de película del gas y del líquido,
respectivamente. Hay distintas fórmulas empíricas para el cálculo de estos parámetros.

REVISIÓN 1 34
5.2.2 ADSORCIÓN
Descripción
Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la adsorción de los
contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se
retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas
superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del
sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción
propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Al medio adsorbente
sólido se le llama con frecuencia adsorbente, mientras que al gas o vapor adsorbido se le
denomina adsorbato. Al dispositivo que utiliza este principio comúnmente se le denomina
lecho de adsorción. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que presentan
grandes relaciones superficie / volumen, es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad
y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón
activado, alúmina activada, tamices moleculares, etc. En la tabla 11 se presentan los
adsorbentes y los tipos de gases que pueden remover. Periódicamente, es necesaria la
sustitución o regeneración del adsorbente para que su actividad no descienda de
determinados niveles.
La adsorción se puede clasificar en dos tipos en función de las fuerzas responsables de la
adhesión. La adsorción física suele ser resultado de fuerzas de Van der Waals, con lo que
por naturaleza al ser la unión bastante débil la adsorción física puede ser reversible ya que la
unión puede romperse por cambios en parámetros como la temperatura, presión o
concentración. Por otro lado, la adsorción química es el resultado de la interacción química
entre una molécula de adsorbato y la superficie del adsorbente, esto hace que este tipo de
adsorción sea irreversible. Este último tipo de adsorción es de gran interés en catálisis, pero
raramente se usa para separaciones
Tabla 11. Tipos de adsorbentes y los contaminantes gaseosos que remueven

REVISIÓN 1 35
Los adsorbedores pueden ser operados ya sea de modo intermitente o continuo. En la
operación intermitente, los adsorbedores remueven durante un tiempo especificado (el
“tiempo de adsorción”), el cual corresponde al tiempo durante el cual la fuente controlada
está emitiendo. Después de que el adsorbedor y la fuente son apagados (durante la noche),
la unidad comienza el ciclo de desorción durante el cual el gas capturado es removido del
carbón. Este ciclo a la vez, consiste de tres pasos: (1) regeneración del adsorbedor por
calentamiento, generalmente pasando vapor a través del lecho en dirección opuesta al flujo
del gas;1(2) secado del lecho, con aire comprimido o con un ventilador; y (3) enfriamiento del
lecho hasta su temperatura de operación por medio de un ventilador. (En la mayoría de los
diseños, el mismo ventilador puede utilizarse por ambos, el secado y el enfriamiento del
lecho). Al final del ciclo de desorción (el cual usualmente dura de 1 a 1½ horas), la unidad
permanece en pausa hasta que la fuente arranca de nuevo.
En la operación continua, un lecho de carbón regenerado está siempre disponible para la
adsorción, de modo que la fuente controlada puede operar continuamente sin paros. Por
ejemplo, pueden proporcionarse dos lechos de carbón: mientras uno está adsorbiendo el
segundo está desorbiendo/en pausa. Como cada uno de los lechos debe ser lo
suficientemente grande para manejar todo el flujo de gas mientras adsorbe, debe
proporcionarse el doble del carbón que en un sistema intermitente manejando el mismo flujo.
Figura 13. Diagrama de Sistema Adsorbedor de Carbón Activado de Lecho Fijo de Dos
Lechos, Continuamente Operado.

REVISIÓN 1 36
El tamaño y el costo del sistema adsorbedor depende de primariamente de cinco
parámetros:
1. El flujo volumétrico del gas portador pasando a través del (los) lecho(s) de carbón;
2. La cargas de masa de entrada y salida de contaminantes de la corriente de gas;
3. El tiempo de adsorción (por ejemplo, el tiempo que un lecho de carbón permanece en
línea para adsorber contaminantes antes de ser sacado de línea para la desorción
del lecho);
4. La capacidad de trabajo del adsorbedor en sistemas regenerativos o la capacidad de
equilibrio en caso de sistemas no regenerativos.
5. La humedad de la corriente de gas, especialmente en el efecto de la humedad sobre
la capacidad en relación a los halógenos.
Aplicaciones
La adsorción es una técnica especialmente útil en los casos en que:
1. El gas contaminante no es combustible o es difícil de quemar.
2. El contaminante es lo suficientemente valioso para justificar su recuperación.
3. El contaminante se encuentra en una concentración muy diluida en el sistema de
escape.
La adsorción también hace posible económicamente purificar gases que contienen solo
pequeñas cantidades de contaminantes, los que resultan difíciles, sino imposibles de
purificar por otros métodos.
Figura 14. Adsorbedor de carbón activado a nivel industrial

REVISIÓN 1 37
Ventajas:
 Permite la operación en atmosferas altamente corrosivas
 Capital de inversión relativamente bajo
 Poco requerimiento de espacio
 No se generan residuos efluentes
Desventajas:
 Las partículas pueden causar taponamiento del medio
 Costos de mantenimiento relativamente altos
Diseño
Determinando los Tiempos de Adsorción y de Desorción
El perfil del ciclo es importante al determinar los requerimientos de carbón y del recipiente y
al establecer los requerimientos de equipo auxiliar de desorción y de servicios. La relación
entre tiempo de adsorción, tiempo de desorción y capacidad extra requerida puede ser
generalizada.
Donde:
Mc = cantidades de carbón requeridas para control continuo de una fuente
McI= cantidades de carbón requeridas para control intermitente de una fuente
f = factor de capacidad extra (sin dimensión)
Mas adelanta se explicará cómo realizar el cálculo de estas variables. El factor, f, está
relacionado con el número de lechos adsorbiendo (NA) y desorbiendo (ND) en un sistema
continuo como sigue
Puede demostrarse que el número de lechos desorbiendo requeridos en un sistema continuo
(ND) está relacionado con el tiempo de desorción (θD), el tiempo de adsorción (θA), y el
número de lechos adsorbiendo, como sigue:

REVISIÓN 1 38
Por ejemplo, para un tiempo de adsorción de ocho horas, en un sistema de siete lechos
operado continuamente (seis adsorbiendo, uno desorbiendo), θD tendría que ser de 1.3 horas
o menos. De otro modo, tendrían que agregarse lechos adicionales para proporcionar la
suficiente capacidad extra durante la desorción.
Estimación de los requerimientos de carbón
El procedimiento práctico de estimación de carbón está basado en la “capacidad de trabajo”.
(We). Esta es la diferencia por unidad de masa de carbón entre la cantidad de gases en el
carbón al final del ciclo de adsorción y la cantidad remanente en el carbón al final del ciclo de
desorción
La capacidad de trabajo, junto con el tiempo de adsorción y la carga de contaminantes de
entrada, es utilizada para calcular el requerimiento de carbón para un adsorbedor operado
intermitentemente como sigue:
Donde:
McI= cantidades de carbón requeridas para control intermitente de una fuente
mvoc = Carga de contaminantes gaseosos de entrada (lb/h)
Combinando ésta con la primer y segunda ecuaciones la sección anterior, se produce la
ecuación general para la estimación de la carga total de carbón del sistema para un sistema
operado continuamente:
Los valores para wc pueden obtenerse del conocimiento de las unidades operando. Si no hay
valor disponible para wc para el gas (o mezcla de gases) en duda, la capacidad de trabajo
puede ser estimada como 50% de la capacidad de equilibrio, como sigue

REVISIÓN 1 39
Donde
we(max) = la capacidad de equilibrio tomadas en la entrada del adsorbedor.
El parámetro we(max) puede ser estimado a partir de isotermas de adsorción. En este sentido
la isoterma de Freundlich es la comúnmente utilizada para el diseño industrial
donde
we = adsortividad de equilibro (lb adsorbato/lb adsorbente)
P = presión parcial del contaminante en la corriente del gas (psia)
k, m = parámetros empíricos (ver tabla 12)
Figura 15. Tipo de Isoterma de Adsorción para Adsorbatos Hipotéticos
La adsortividad de equilibro es la cantidad máxima de adsorbato que el carbón puede retener
a una temperatura y presión parcial del contaminante dadas. En los sistemas de control
reales donde no hay dos lechos operando en serie, sin embargo, nunca se permite a todo el
lecho de carbón que alcance el equilibrio.

REVISIÓN 1 40
En la tabla 12 se muestran los parámetros de Freundlich resultantes para un número limitado
de sustancias químicas. Los adsorbatos listados incluyen aromáticos (v.g. benceno, tolueno),
alifáticos clorados (dicloroetano) y una cetona (acetona). Nótese que está listado un rango
de presiones parciales para cada conjunto de parámetros, k y m.
Tabla 12. Parámetros para Isotermas de Adsorción Seleccionadas

REVISIÓN 1 41
5.2.3 BIORREACTORES
Descripción
En ECC los biorreactores emplean a microorganismos para consumir contaminantes de una
corriente de aire contaminado. Casi cualquier sustancia, con la ayuda de microorganismos,
se degradara, dado el medio ambiente apropiado. Esto es especialmente cierto para los
COVs. Sin embargo, ciertos microorganismos también pueden consumir compuestos
inorgánicos, tales como el sulfuro de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno.
Dado que los biorreactores utilizan cultivos vivos, se ven afectados por muchas variables en
su medio ambiente. A continuación se indican las variables y limitaciones que afectan el
rendimiento de todos los biorreactores, independientemente del tipo de proceso.
 Temperatura. Los microorganismos requieren un intervalo de temperatura óptimo de
30-41ºC, para poder realizar la degradación de los contaminantes. Cuando las
emisiones provenientes de un proceso son demasiado calientes, los operadores con
frecuencia hacen pasar las emisiones calientes a través de un humidificador que enfría
los gases por medio del enfriamiento evaporativo. Éste es el método más económico
disponible para enfriar las emisiones de 93 a 149°C, a temperaturas de menos de
41°C. Además del efecto de enfriamiento, este proceso también aumenta el contenido
de humedad (humidifica la corriente de emisiones), un efecto colateral deseable
 Humedad. La segunda variable más crítica es la humedad del lecho. Los microbios
necesitan humedad para sobrevivir y la humedad crea la biopelícula que elimina
(absorbe) contaminantes de una corriente de aire, de modo que puedan ser asimilados
por los microbios. Los problemas de baja humedad pueden corregirse al hacer pasar
las emisiones a través de un humidificado. El rango de humedad óptimo para los
biorreactores es de 40 a 60 por ciento de agua.
 Nutrientes. Los contaminantes proporcionan la fuente principal de alimento y energía,
pero los microbios también requieren macronutrientes para sustentar su desarrollo. Por
esta razón deben de abastecerse al medio nitrógeno, fosforo y potasio, principalmente.
 Acidez. La mayoría de los biorreactores funciona mejor cuando el pH del lecho es
cercano a 7, o neutro. Algunos contaminantes forman ácidos al descomponerse.
Algunos ejemplos de estos compuestos son: sulfuro de hidrógeno, compuestos
orgánicos de azufre, y halógenos (cloro, flúor, bromo y yodo). La producción de ácidos
con el correr del tiempo disminuirá el pH y finalmente destruirá la población de
microorganismos. Si un proceso emite contaminantes que producen ácidos, se deberá
desarrollar un plan para neutralizar estos ácidos.
Se conocen tres variantes de biorreactores: biofiltro, biofiltro percolador y biolavador. A
continuación se describen los tipos de biorreactores utilizados para el control de la
contaminación atmosférica.

REVISIÓN 1 42
Tabla 13. Descripción de los tipos de biorreactores
Tipo de
biorreactor
Biofiltro Es una caja rectangular que
contiene un pleno encerrado en el
fondo, un bastidor de soporte arriba
del pleno, y varios cm de medio
(lecho). Se utiliza para los medios
del lecho: abono, corteza, tierra
gruesa, grava o formas plásticas.
El aire contaminado entra al filtro
por medio de un conducto. A
medida que fluyen las emisiones a
través del lecho, los contaminantes
son absorbidos por la humedad en
el medio del lecho, entrando en
contacto con los microorganismos.
Filtro bio-
percolador
El efluente gaseoso es conducido a
la parte inferior del filtro
biopercolador, atravesando desde
abajo hacia la parte superior de
este, por el medio de soporte que
contiene la bipelicula humidificada
constantemente por aspersores.
Los contaminantes entran en
contacto con los microorganismos
y son degradados.
Biolavador
(Bioscrubber)
Se inunda el empaque de la torre
con una fase líquida y se recoge el
efluente de descarga en un tanque
de almacenamiento (sumidero)
antes de volver a reciclarlo al
biolavador. La inundación del lecho
aumenta la capacidad de la fase
líquida de absorber contaminantes.
El sumidero sirve como depósito
para la fase líquida y permite un
tiempo de reacción adicional para
que los microbios consuman los
contaminantes. Los tiempos de
reacción pueden durar una hora o
más. Su operación se asemeja al
sistema de lodos activados para el
tratamiento de aguas residuales.

REVISIÓN 1 43
Aplicaciones
La biorreacción es una opción viable de bajo costo, para aquellas instalaciones que tengan
emisiones en su mayoría de COVs (tradicionalmente se ha empleado para el tratamiento de
olores); se pueden tratar los efluentes gaseosos que contengan:
 Alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres, aminas, ácidos orgánicos
 Hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno, xileno, estireno), excepto naftaleno.
 Hidrocarburos halogenados (diclorometano, tricloroetano).
 Fenoles (cresol, fenol), sulfuro de hidrogeno, óxidos de azufre y nitrógeno, amoniaco.
Ha sido aplicado con éxito en:
 Manufactura de tintas de impresión e industria electrónica.
 Industria cigarrera.
 Emisiones de plantas de tratamiento de aguas, rastros, recicladoras de huesos, etc.
Figura 16. Biofiltro (A), filtro biopercolador (B) y biolavador (C) a escala industrial.
A B
C

REVISIÓN 1 44
Como principal ventaja se tiene que esta tecnología es relativamente mucho más económica
que otros equipos de tratamiento empleados para la remoción de compuestos orgánicos y
olores. Por otra parte su principal desventaja es la complejidad de la operación. Así mismo,
entre los tipos de biorreactores también se presentan ciertas ventajas y desventajas; esta
son los siguientes:
 Para el uso del biofiltro se requiere una humidificación previa del gas y superficie del
terreno disponible.
 Si el fluido gaseoso contiene partículas, biofiltro no es operante y se recomiendan
biofiltro percolador y/o biolavador.
 Si producto de la biodegradación del contaminante se producen compuestos de azufre o
halógenos, el biofiltro percolador y/o biolavador son mejores opciones.
Diseño
Los diferentes tipos de biorreactores pueden ser comparados entre sí con base en el uso de
los siguientes parámetros:
 Tiempo de residencia de gas en el biorreactor (s)
 Tasa de contacto superficial (m3 m-2 h-1)
 Carga de sólidos (g m-3 h-1)
 Carga volumétrica (m3 m-3 h-1)
 Capacidad de eliminación (g m-3 h-1)
 Eficiencia de remoción (%)
Con base en la descripción anterior, es posible utilizar los criterios de Van Groenestijn y
Hesselink, así como los puntos descritos en el apartado de ventajas y desventajas y de
aplicaciones, para determinar el equipo que sería adecuado para el tratamiento de las
emisiones.
Tabla 14. Parámetros de operación de los diferentes biorreactores
Fuente: Hans-Joachim y Josef W., 2004

REVISIÓN 1 45
5.2.4 INCINERACIÓN O COMBUSTIÓN AUXILIAR
La combustión constituye un proceso apropiado para la eliminación de compuestos
orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido para
determinadas sustancias inorgánicas. La combustión puede ser espontánea o por procesos
catalíticos.
5.2.5 CONTROL DE OXIDOS DE AZUFRE
La eliminación de SOx de los gases de combustión puede llevarse a cabo mediante la
utilización de torres empacadas de absorción. Otro tipo de proceso de desulfuración de los
gases de chimenea es la tecnología de la caliza húmeda, en el que se convierte el SO2 de
los gases de chimenea en yeso.
5.2.6 CONTROL DE OXIDOS DE NITRÓGENO
Entre las técnicas de tratamiento, la más utilizada, por su elevada eficacia y selectividad, es
la reducción selectiva de los NOx, utilizando como agente reductor amoníaco o urea, en
presencia de un catalizador apropiado. Este método se basa en reducir los NOx para la
obtención de nitrógeno y agua como productos finales.

REVISIÓN 1 46
6 BIBLIOGRAFIA BÁSICA CONSULTADA
1. Buelna Q.G. (2000). Propuesta de diseño y construcción de un sistema de lavado y
purificado de gases de combustión, en planta piloto; método de absorción-adsorción.
Universidad de Sonora. pp 34 – 62.
2. Comisión para la Cooperación Ambiental de América del Norte. (2005). Mejor
tecnología disponible para el control de la contaminación atmosférica en América del
Norte: directrices para el análisis y estudios de caso. Manchester, NH, EUA. pp 3 – 5.
3. Hans-Joachim J., Josef W. (2004). Environmental biotechnology concepts and
applications. Wiley-VCH. pp. 260 – 267.
4. Schnelle B.K., Brown C.A. (2002). Air Pollution Control Technology Handbook. CRC
Press. Washington D.C. pp 10.1 – 24.5.
5. Schifftner K.C. (2002). Air Pollution Control Equipment Selection Guide. Lewis
Publishers. Washington D.C. pp 2.1 – 20.2.
6. United States Environmental Protection Agency (USEPA). (2004). Air Pollution
Control Technology Fact Sheets. Recuperado: 25/6/2010. Disponible en:
http://www.epa.gov/ttn/catc/products.html#software
7. Wark K., Warner C.F. (1999). Contaminación del aire, origen y control. Limusa
Noriega – Editores. México D.F. pp 193 – 433.

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