APLICACIÓN DE UN PRECIPITADOR

ELECTROSTÁTICO PARA MITIGAR EL HUMO DE LAS

POLLERIAS

Abstract

The respirable suspended particle is one of the pollutants that impacts human health in a
harmful way, especially those with heart or respiratory diseases. Generating a good environment
has become a challenge for many of the countries worldwide, especially those that are exposed
to pollution by smog, factories, smoke from embers, among others. In this study, an electrostatic
plate-wire precipitation device with high voltage was designed as an alternative for the
treatment of polluted air due to the smoke emanation from the oven system in poultry houses.
Contaminated air flowed through the electrostatic plate-wire precipitator, by the basic principle
of the electrostatic purifier, the metal walls and the central wire produced a strong electric field,
this ionized the particles of dust and smoke from the coal that were charged with electrons and
therefore were attracted to the positive central spring where they were stuck to the precipitator.
In this study the effects of the electrostatic precipitator based on the plate-wire precipitator were
analyzed, this model was chosen because they are used in a wide variety of industrial
applications. The results indicate that the plate-wire electrostatic precipitator manages to purify
the air by collecting particles with an efficiency of 99% in the micron size range, the device
offers a solution to the problem of high contamination that generates the smoke of embers.
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Resumen

La partícula suspendida respirable es uno de los contaminantes que impacta la salud humana de
manera nociva, especialmente a aquellos con enfermedades cardíacas o respiratorias. Generar
un buen ambiente se ha convertido en un reto para gran parte de los países a nivel mundial,
especialmente los que se encuentran expuestos a polución por smog, fábricas, humo de brasas,
entre otros. En este estudio se diseñó un dispositivo de precipitación electrostática de placa-
alambre con alto voltaje como alternativa de tratamiento de aire contaminado debido a la
emanación de humo del sistema de horno en pollerías. El aire contaminado fluyó a través del
precipitador electrostático de placa- alambre, por el principio básico del purificador
electrostático, las paredes metálicas y el hilo central produjeron un fuerte campo eléctrico, esto
ionizó las partículas de polvo y humo de brasa que se cargaron de electrones y por consiguiente
fueron atraídas hacia el resorte central positivo donde quedaron pegadas al precipitador. En este
estudio se analizaron los efectos del precipitador electrostático basado en el precipitador de
placa- alambre, este modelo fue escogido porque son utilizados en una amplia variedad de
aplicaciones industriales. Los resultados indican que el precipitador electrostático de placa-
alambre logra purificar el aire mediante la recolección de partículas con una eficiencia del 99%
en el rango de tamaño de micras, el dispositivo ofrece una solución al problema de alta
contaminación que genera el humo de brasas.

Palabras clave: Precipitador electrostático de placa- alambre; humo de brasas; polución;

recolección de partículas

1. Introducción
La contaminación del aire es la que se 2. Precipitador electrostático
produce como consecuencia de la emisión
Los Precipitadores Electrostáticos son los
de sustancias tóxicas.
recolectores de partículas de alta eficiencia
los cuales remueven pequeñas partículas de
Según un estudio realizado por el programa
una corriente de aire debido a la carga
regional de Aire Limpio en Arequipa,
eléctrica de las partículas. El Precipitador
Trujillo, Cusco y Lima, las ciudades más
está compuesto por cientos de alambres de
contaminadas del país y financiado por la
diámetro pequeño, montados de forma
Cooperación Suiza [1], determinó que el
vertical entre la docena de placas verticales,
humo que emanan los hornos de pollería
se aplica alto voltaje al alambre lo que
producto de la combustión de la grasa con
produce una corona que genera electricidad
el carbón encendido, provocan una serie de
que se transfiere a las partículas en el aire.
partículas contaminantes que se concentran
El alambre cargado eléctricamente y las
en el aire e incluso en el mismo pollo a la
placas generan un campo eléctrico que hace
brasa, lo que a largo plazo puede afectar la
que las partículas cargadas se muevan
salud de las personas.
lateralmente y se acerquen por si mismas a
la placa. Estas placas son raspadas
Adrián Montalvo, asesor técnico de la
mecánicamente, lo cual hace que grandes
Fundación Suiza de Cooperación Técnica
fragmentos de restos depositados caigan en
para el Desarrollo (Swiss Contact) [1]
el área de abajo. El desempeño de los
Precisó que en Arequipa, la contaminación
precipitadores electrostáticos es muy
por el humo de pollería era el tercer mayor
sensible a las variaciones promedio del
contaminante del aire. Los hornos de
flujo volumétrico del gas y a la resistencia
pollería generan partículas contaminantes
eléctrica del polvo recolectado, ellos son
como monóxido de carbono, óxidos de
utilizados comúnmente para limpiar
nitrógeno e hidrocarburos aromáticos
promedios volumétricos muy grandes, tales
policlínicos, que según los estudios
como calderas de servicio alimentadas con
realizados a 32 de sus compuestos, al
carbón.
menos 15 de ellos fueron calificados como
cancerígenos.

En vista del alto grado de contaminación

que se presenta hoy en día, se han
comenzado a buscar medidas para combatir
y regular este problema. Entre estas
medidas están los precipitadores
electrostáticos, dispositivos usados en el
proceso de purificar el medio ambiente.

Por esa razón para este artículo se escoge

como fuente contaminante la quema de
carbón, ya que la polución de este es de la
más común en cualquier lugar del mundo,
incluyendo hogares e industrias, para que al
aplicar el diseño de un precipitador
electrostático ideal para las características 3. Ventajas y desventajas del
del contaminante, rebaje los efectos de este precipitador electrostático
en la salud de las personas expuestas a
diario. Tabla 1. Ventajas y desventajas.
 petróleo por desintegración catalítica,
VENTAJAS DESVENTAJAS plantas de sinterización, hornos básicos de
Alta eficiencia de Alto costo inicial para oxígeno, hornos de chimenea abierta,
recolección tamaños grandes hornos de arco eléctrico, baterías de hornos
Costos operativos Mas necesidad de de coque y hornos de vidrio.
y de espacio
mantenimiento En un PESs de placa-alambre, el gas fluye
bajos entre placas paralelas de metal y electrodos
a alto voltaje. Estos electrodos son alambres
Maneja grandes Posibles riesgos de largos con pesas, que cuelgan entre las
volúmenes de gas explosión placas o están soportados por estructuras
a altas tipo viguetas (armazones rígidas).
temperaturas
(<700°C ) El PES de placa-alambre upermite que
Tiempo de Posible mezcla de muchas líneas de flujo operen en paralelo y
tratamiento gases cada línea puede ser muy alta. Como
insignificante resultado, este tipo de precipitador es
Operan a Se necesita tener adecuado para manejar grandes volúmenes
presiones altas conocimiento con alto de gas. La necesidad de golpetear las placas
(<1.030 kPa) o en voltaje para desprender el material recolectado, ha
vacío ocasionado que la placa sea dividida en
Muy baja Es sensible a secciones, en ocasiones tres o cuatro en
resistencia al paso condiciones variables serie una con otra, las cuales pueden ser
del gas. durante del proceso. golpeteadas independientemente. Con
frecuencia, las fuentes de energía son
Fácil limpieza Mantenimiento alto en seccionadas de la misma manera para
caso de electrodos de obtener mayores voltajes de operación y
alambre puede emplearse un seccionamiento
Una vez construido eléctrico adicional para incrementar la
tiene dificultades para seguridad de funcionamiento. El polvo
ser modificado y también se deposita en el alambre electrodo
lograr mayor de descarga y debe ser removido
rendimiento de periódicamente en forma similar a la placa
depuración. de recolección.

5. Funcionamiento

4. Precipitadores de placa-alambre Los precipitadores electrostáticos son

equipos de recolección de partículas de
De todos los precipitadores existentes el polvo, mediante la acción de un campo
que más se adecua al proyecto es el eléctrico intenso sobre las partículas
precipitador de placa- alambre y esto se previamente cargadas. El proceso de
debe a que son utilizados en una amplia precipitación consta de tres etapas
variedad de aplicaciones industriales, tales fundamentales:
como calderas que queman carbón, hornos
de cemento, incineradores de residuos no- 1. Carga electrostática de las partículas.
peligrosos, calderas de recuperación en 2. Recolección de partículas sobre las
plantas de papel, unidades de refinación de placas del precipitador.
3. Evacuación del material recolectado. Ec: campo de formación de la corona en la
superficie del almabre, V/m
6. Fundamentos físicos para el
funcionamiento del Precipitador dr: densidad relativa del gas, donde las
Electrostático condiciones de referencia son de 1 atm de
presión y 20°C
El enfoque de los diseños propuestos en la
literatura es reducir la cantidad de material rw: radio del alambre, m
particulado en los gases de combustión en
Con el valor del campo eléctrico es posible
diferentes unidades de proceso. Se espera
calcular el voltaje que debe aplicarse al
una reducción de las emisiones de material
alambre para obtener el valor de dicho
particulado sea mínimo del 70% utilizando
campo eléctrico Vc, mediante la integración
un precipitador electrostático de sólidos
del mismo, desde el alambre hasta la placa.
(PES).
Eficiencia de recolección
La eficiencia de recolección de partículas
6.1 Precipitación electrostática de sólidos.
transportadas por una corriente de gas en un
PES, η está dada por la siguiente expresión
La operación de los precipitadores
electrostáticos PES requiere de la
contribución de diversas disciplinas (2)
científicas para describirla completamente.
El PES es básicamente una máquina
eléctrica y estatica, que carga L: longitud de las placas recolectoras, m
eléctricamente las partículas para forzarlas
Vo: velocidad del gas, m/s
hacia las placas recolectoras. La cantidad de
material particulado cargado afecta al punto b: separación entre el alambre y las placas,
de operación eléctrico del PES. Los factores m
que influyen en el transporte de las
K: factor de corrección en función de la
partícula y, por lo tanto el comportamiento
presión y temperatura del gas.
del sistema son el régimen de turbulencia
en el gas, el escape y el reingreso de 7. Metodología y materiales
partículas debido al golpeteo.
Se diseñó un estudio experimental, donde
6.2 Punto de Operación Eléctrico se evaluó el funcionamiento de un
precipitador electrostático para la
El punto de operación eléctrico de una eliminación del humo. Para lo cual se
sección de PES es el valor del voltaje y la utilizó los siguientes materiales: una fuente
corriente al cual opera la sección. La mejor hecha con un flyback o Transformador de
recolección ocurre cuando el campo Líneas Fuente Fig. 1., un recipiente al que
eléctrico es mayor, lo cual corresponde se le acondiciono unas placas de metal, se
aproximadamente al voltaje más alto en los usó tubo de vidrio de unos 2,5 cm de
electrodos. El término “sección” representa diámetro por 6 cm de largo con un extremo
un conjunto de placas y electrodos en la con tapa removible Fig. 2., también usamos
dirección del flujo. El punto de operación una fuente de humo para la demostración.
eléctrico se calcula con base en la ecuación.

(1)
 con la tapa superior del recipiente, el humo
dentro del recipiente desapareció.

Este fenómeno puede explicarse mejor si

observamos la Fig.4. el principio básico de
un purificador electrostático está en que las
paredes metálicas y el hilo central que en
este caso es un muelle o resorte se produce
un fuerte campo eléctrico, esto ionizo las
partículas de polvo y humo que se cargaron
de electrones y por consiguiente fueron
Fig.1. Flyback
atraídas hacia el resorte central positivo
donde quedaron pegadas a él.

Como se observó su aplicación es muy

simple y muy eficiente, retiene hasta el 99%
de partículas del aire.

Fig.2. El recipiente con

un extremo de la tapa.
Se hizo un rollo con el papel usando un
lápiz como molde y se encendió con un
encendedor uno de los extremos, llenando
el recipiente de humo. Una vez se colocó
la tapa superior, se conectó la base del
recipiente el negativo de la fuente hecha
con un flyback y con el otro electrodo
conectado al positivo se hizo contacto con
la tapa superior Fig.3.

Fig.4. esquema que explica el principio de

un precipitador.

Así también se tomó mucha precaución al

usar los materiales ya que el uso de este
tipo de fuentes es peligroso al descargarse
ya que tiene un alto voltaje.

Aplicando estos principios a nuestro

proyecto de precipitador electrostático en
las pollerías, se tendría unos efectos
Fig.3. Aplicación experimental
similares si llevamos este simulador a
escala real.
8. Discusión y Observación.
Para ello se colocaría dicho precipitador en
Al hacer las observaciones del experimento
la parte terminal del conducto de la
realizado pudimos percatarnos de que
chimenea de la pollería, y se procedería a la
cuando el electrodo positivo hizo contacto
captura de las partículas por combustión de
carbón y grasa.
De este modo se estaría contribuyendo a la contaminación que éste genera, el cual es
reducción de una de las principales fuentes nocivo para el ambiente así como también
contaminantes del aire en la ciudad de para la salud de las personas.
Arequipa, lo que sería muy beneficioso
Referencias
tanto para la salud de la población como
para el cuidado del medio ambiente. [1] RPP. (2012, Marzo 21). Revelan que
9. Conclusiones pollerías contaminan el aire [Online].
Disponible en:
Los precipitadores electrostáticos son http://rpp.pe/lima/actualidad/revelan-
recolectores de partículas de alta eficiencia
que-pollerias-contaminan-el-aire-
para esto necesitan un alto voltaje el cual
noticia-463626.
hace que las partículas se carguen
eléctricamente, creen un campo magnético [2] Gelis Orta, J., Guerrero, G., Narvaez, R.
y sean atraídos a la placa recolectora. (2014). Principios para el Modelamiento de
Entre las principales ventajas tenemos su Precipitadores Electrostáticos de sólidos.
alta eficiencia de recolección, el bajo costo [3] Rodríguez, J.F., Alarcón, U. F., García
tanto operativo como de mantenimiento que Bedoya, O. y Benavides, G. (2017). Diseño
poseen lo que hace que nuestro proyecto y prototipo de un precipitador
sea económico y a la vez viable. electrostático. Mutis, 7(2), en prensa, doi:
El precipitador seleccionado para nuestro http://dx.doi.org/10.21789/22561498.1237
proyecto es el de placa - alambre ya que [4] Chiliquinga, V., Ramon, J., y Montalvo,
este se adecua más a calderas de quema de W. (2016). Estudio de Factibilidad de la
carbón, que es de la manera como operan ionización de partículas de CO2 emitidas
las pollerías actualmente en la ciudad de por automotores a diésel, para su empleo en
Arequipa. el desarrollo de filtros electrostáticos.
El proceso de funcionamiento del [5] Sierra, D. F., Perez, J. F., Alvaro, J. T.,
precipitador electrostático consta de tres Bellón, O. A., y Benitez, D.M. (2013).
etapas fundamentales: la carga Tecnificación de equipos de control y
electrostática de las partículas, recolección monitorización de material particulado para
de partículas sobre las placas del mejorar la calidad del aire en zonas de
precipitador y la evacuación del material explotación de carbón en Boyacá.
recolectado.
[6] Pérez, S., Llobregat, M. J., y Niño, Z.
Se realizó la explicación de la construcción (2002). Simteguc, Programa Modular para
de un prototipo de precipitador la simulación de procesos para el
electrostático, gracias a esto se logró tratamiento de Emisiones Atmosféricas.
entender el proceso de funcionamiento de
este y se observó que su aplicación es muy
simple y muy eficiente, retiene hasta el 99%
de partículas del aire.

Gracias al estudio realizado de los

porcentajes de contaminación en la región
de Arequipa se logró determinar la
instalación de un precipitador electrostático
en lo hornos de pollerías para poder
solucionar el problema de alta