La bolsa filtrante es el componente central de un sistema de recogida de polvo con filtro de mangas. La elección del material de la bolsa de filtro determina directamente parámetros clave de rendimiento del colector de polvo, incluyendo el tamaño del equipo, la eficiencia de eliminación del polvo, la concentración de emisiones, la resistencia de funcionamiento, la vida útil y la estabilidad general del sistema.
Por lo tanto, al seleccionar fieltro de aguja, es esencial considerar de forma exhaustiva las condiciones de funcionamiento como la concentración de polvo, la temperatura del gas, la humedad y el valor del pH, así como las características físicas y químicas del polvo, incluyendo el tamaño de las partículas, la adhesividad y la abrasividad. Solo seleccionando el fieltro de aguja adecuado puede el sistema de recogida de polvo funcionar de forma eficiente, fiable y económica.
1. Principios para la selección de fieltro con aguja
La selección del fieltro con aguja debe basarse en las propiedades del gas polvoriento, las características del polvo y el método de limpieza de la bolsa. En general, deben seguirse los siguientes principios:
- Estructura de fibra razonable con alta eficiencia en la captura de polvo
- Liberación fácil del polvo de la tarta, buen rendimiento de limpieza y baja tendencia a obstruirse
- Permeabilidad adecuada al aire con baja resistencia de funcionamiento y alta precisión de filtración
- Resistencia mecánica suficiente y excelente estabilidad dimensional
- Buena resistencia al calor, productos químicos, oxidación e hidrólisis, con amplia adaptabilidad a la aplicación
- Rendimiento estable y fiable con suministro constante de materias primas
- Solución rentable con larga vida útil
2. Selección según las características del medio filtrante
Fieltro de aguja de poliéster 2.1
El fieltro de aguja de poliéster se utiliza comúnmente en aplicaciones a baja temperatura. En condiciones normales, se utiliza sin recubrimiento superficial. Sin embargo, cuando los límites de emisión están por debajo de 30 mg/Nm³, o al filtrar polvo muy fino o húmedo, se pueden considerar tratamientos superficiales o laminación por membrana para mejorar la eficiencia de filtración y el rendimiento de liberación de polvo.
2.2 PTFE (Politetrafluoroetileno)
El PTFE, también conocido como Teflón, puede expandirse hasta convertirse en una estructura altamente microporosa con poros que varían desde 0,1 μm hasta 2,0 μm y una porosidad superior al 80%. Ofrece una resistencia química excepcional y prácticamente no se ve afectada por ácidos fuertes, álcalis ni productos químicos altamente corrosivos. El PTFE puede funcionar de forma continua en un amplio rango de temperaturas, desde –200°C hasta 250°C, y proporciona un excelente aislamiento eléctrico y una superficie extremadamente lisa.
Las membranas de PTFE suelen laminarse o combinarse con sustratos de fieltro con aguja mediante técnicas especiales de procesamiento para mejorar significativamente la eficiencia de filtración, reducir la resistencia al funcionamiento y prolongar la vida útil.
2.3 Fieltro de aguja Nomex (aramida)
El fieltro de aguja Nomex es adecuado para aplicaciones a alta temperatura con partículas de polvo relativamente gruesas. Ofrece mejor flexibilidad y resistencia al impacto que la fibra de vidrio y puede soportar una mayor presión de limpieza por chorro pulsado, permitiendo limpiar más bolsas de filtro simultáneamente bajo condiciones de alta presión.
2.4 Fieltro de aguja de fibra de vidrio
El fieltro de aguja de fibra de vidrio presenta una excelente resistencia a altas temperaturas, alta resistencia a la tracción y buena resistencia a ácidos, álcalis y humedad. Sin embargo, debido a su limitada resistencia a la flexión, las bolsas filtrantes de fibra de vidrio son más propensas a daños mecánicos durante la instalación y funcionamiento y no son adecuadas para la limpieza por pulsos de alta intensidad.
Con los avances en el procesamiento de fibras de vidrio y tecnologías de tratamiento superficial, incluyendo diversos métodos de recubrimiento, el fieltro de aguja de fibra de vidrio ofrece ahora un rendimiento y durabilidad de filtración significativamente mejorados. Se ha adoptado ampliamente en aplicaciones de filtración a alta temperatura, especialmente en Europa y Norteamérica.
Fieltro de aguja P84 (poliimida) 2.5
El fieltro de aguja P84 se fabrica a partir de fibras de poliimida de alto rendimiento desarrolladas por una empresa italiana. Ofrece un rendimiento general excelente y una fuerte resistencia a ácidos y álcalis. Aunque su resistencia máxima a temperatura es ligeramente inferior a la de la fibra de vidrio, su sección transversal única de fibra proporciona una alta eficiencia en la captura de polvo. El fieltro de aguja P84 se utiliza normalmente sin recubrimiento de membrana, por lo que su eficiencia de filtración puede ser inferior a la de las bolsas filtrantes laminadas por membrana en aplicaciones de emisiones ultra bajas.
3. Selección basada en propiedades de gases polvorientos
3.1 Temperatura del gas
La temperatura del gas es uno de los factores más críticos en la selección del fieltro con aguja. El gas polvoriento por debajo de 130°C generalmente se clasifica como gas a temperatura ambiente, mientras que el gas por encima de 130°C se considera gas de alta temperatura.
Cada material de bolsa filtrante tiene una temperatura de funcionamiento continua a largo plazo y una temperatura máxima a corto plazo. La temperatura a largo plazo se refiere a la temperatura máxima que la bolsa filtrante puede soportar durante un funcionamiento continuo. La temperatura máxima a corto plazo se refiere a la temperatura máxima que la bolsa puede tolerar durante un corto periodo, normalmente no más de 10 minutos al día. Superar estos límites puede causar ablandamiento, deformación o daños permanentes en el medio filtrante.
3.2 Humedad del gas
El gas polvoriento puede categorizarse según la humedad relativa:
- Gas seco: humedad relativa ≤ 30%
- Gas de humedad media: humedad relativa 30–80%
- Gas de alta humedad: humedad relativa ≥ 80%
La alta humedad, especialmente en combinación con gas de alta temperatura y que contiene SO₂, puede provocar condensación durante el enfriamiento. La condensación provoca adhesión de polvo, obstrucción de bolsas y corrosión de componentes estructurales, lo que requiere especial atención durante la selección del material.
Para condiciones húmedas de gas, deben considerarse las siguientes:
- La humedad favorece la adhesión del polvo, especialmente en polvo higroscópico o delicescente, lo que provoca ceguera de las bolsas. Se recomiendan bolsas filtrantes con superficies lisas y buena repelencia al agua, como materiales de fibra de vidrio o de fibra larga con tratamientos superficiales (impregnación de silicona con aceite, tratamiento con resina de fluorocarbono, recubrimiento acrílico o laminación con membrana de PTFE).
- La alta temperatura combinada con una alta humedad acelera la hidrólisis, especialmente en materiales con poca estabilidad hidrolítica como el poliéster, el nailon y el poliimida.
- La temperatura del gas de entrada debe mantenerse al menos entre 10 y 30°C por encima del punto de rocío para evitar la condensación.
3.3 Composición química del gas
Los gases de combustión y los gases de procesos químicos suelen contener ácidos, álcalis, agentes oxidantes y disolventes orgánicos. Estos componentes suelen verse influenciados simultáneamente por la temperatura y la humedad. Por lo tanto, la composición química tanto del polvo como del gas debe analizarse cuidadosamente, dando prioridad a los factores corrosivos dominantes al seleccionar fieltro de aguja.
4. Selección basada en las características del polvo
4.1 Mojabilidad del polvo y adherencia
La humedad del polvo se caracteriza típicamente por el ángulo de contacto. El polvo con un ángulo de contacto inferior a 60° se considera hidrofílico, mientras que el polvo con un ángulo de contacto superior a 90° es hidrofóbico.
El polvo higroscópico o deliqueciente tiende a absorber humedad, aumentando la cohesión y adhesión de las partículas a la superficie de la bolsa del filtro. Con el tiempo, esto provoca compactación del polvo y fallos en la limpieza. El polvo que contiene CaO, CaCl₂, KCl, MgCl₂ o Na₂CO₃ puede sufrir reacciones químicas con la humedad, lo que provoca un cegamiento severo de las bolsas.
Para este tipo de polvo, las bolsas de filtro deben tener superficies lisas, poca fibra de fibra y una fuerte resistencia al agua. Se prefieren medios filtrantes laminados con membrana o recubiertos de plástico. Para el polvo muy adherente, se deben evitar tejidos de pelo filamentoso, y se deben utilizar completamente tratamientos superficiales como chamuscados, calenestrados, acabados de espejo, sumergidos o recubrimientos.
4.2 Polvo Combustible y Carga Electrostática
Ciertos polvos pueden encenderse o explotar cuando están suspendidos en el aire bajo ciertas condiciones de concentración. Las fuentes de ignición suelen incluir chispas de fricción, electricidad estática o partículas calientes. Los materiales filtrantes sintéticos son propensos a la acumulación de carga estática, lo que aumenta el riesgo de chispas.
Para polvo combustible o sensible a la electricidad, como polvo de carbón, polvo de coque, polvo de aluminio y polvo de magnesio, se debe seleccionar fieltro de aguja retardante de llama y conductor. Los materiales adecuados incluyen fibras de PVC, PPS, P84 y PTFE con un índice de oxígeno superior a 30.
Para fibras con un índice de oxígeno inferior a 30, como polipropileno, nylon, poliéster y poliimida, las fibras conductoras deben mezclarse con el medio filtrante. Las fibras conductoras pueden incorporarse en la urdimbre o trama, con la resistencia superficial controlada por debajo de 10⁹ Ω. Las fibras conductoras comunes incluyen fibras de acero inoxidable y fibras sintéticas carbonizadas modificadas.
4.3 Fluidez del polvo y abrasión
La alta velocidad del polvo y la fuerte fricción reducen significativamente la vida útil de las bolsas del filtro. El polvo abrasivo con partículas rugosas y angulares causa más desgaste que las partículas lisas y esféricas. Las partículas de polvo de alrededor de 90 μm producen la abrasión más severa, mientras que el desgaste disminuye significativamente cuando el tamaño de las partículas cae por debajo de 5–10 μm.
La abrasion aumenta con la velocidad del flujo de aire a la segunda o tercera potencia y es proporcional al tamaño de la partícula a la potencia de 1,5. Por lo tanto, la velocidad y distribución del flujo de aire deben estar estrictamente controladas.
Para polvo abrasivo como polvo de aluminio, polvo de silicio, polvo de coque, negro de carbón y polvo de mineral sinterizado, se deben seleccionar bolsas filtrantes con alta resistencia a la abrasión. El desgaste suele producirse en la parte inferior de la bolsa filtrante. Las consideraciones clave incluyen:
- Las fibras químicas generalmente ofrecen mejor resistencia a la abrasión que las fibras de vidrio. Las fibras finas, cortas y crimadas funcionan mejor que las fibras gruesas, largas y lisas.
- El fieltro perforado con aguja y enredo de fibras mejorado mejora la resistencia al desgaste. Los tejidos satinados y las superficies cepilladas también pueden mejorar la resistencia a la abrasión, aunque pueden aumentar la resistencia al funcionamiento.
- Los tratamientos superficiales como el recubrimiento y el calenador pueden mejorar aún más la resistencia a la abrasión. Para bolsas filtrantes de fibra de vidrio, los tratamientos con aceite de silicona, grafito o resina de PTFE son efectivos. Sin embargo, en condiciones extremadamente abrasivas, las capas de membrana pueden desgastarse prematuramente y perder sus beneficios funcionales.