En el Capítulo 2 se redujeron los esquemas a analizar en el presente estu- dio a tres tipos: los sistemas de inversión de flujo (considerando dos variantes, el esquema convencional y el rotativo) y el sistema regenerador-reactor. En di- cho capítulo se mostró un esquema general para la operación con inversión de flujo convencional (Figura 2.2) y se mencionó la alternativa de montar el es- quema sobre un sistema rotativo, sin ahondar en mayores detalles sobre las diferencias entre una u otra opción, más allá de los criterios que permiten es- tablecer los tiempos mínimos admisibles.
Teniendo presente la descripción de la operación con inversión de flujo rea- lizada en el Capítulo 2, se puede visualizar que cuanto mayor sea el tiempo de duración del ciclo, más va a penetrar la onda térmica en el sistema. En estas circunstancias, partiendo de condiciones de operación y diseños definidos, si se operase el equipo con tiempos de ciclos significativamente mayores que el estipulado, el sistema se apagaría a menos que el volumen del lecho se au- mentase. En base a este razonamiento, se puede concluir que cuanto menor sea el tiempo de ciclo, más pequeño podrá ser el equipo. Sin embargo, existen
dos factores que limitan el tiempo de ciclo mínimo que puede ser utilizado en la práctica. En primer lugar, las válvulas poseen una vida útil que dependerá de la cantidad de veces que la misma deba modificar su posición. De acuerdo con Barresi y col. (2007), las válvulas utilizadas en estos sistemas soportan unos 500000 movimientos. Con ello, y considerando que por cada ciclo la vál- vula requerirá dos movimientos, si se pretende que la vida útil de la misma alcance al menos dos años, el tiempo de ciclo no deberá ser menor que 240 s. Lógicamente, si se operase con tiempos de ciclos aún menores, se reduciría la vida útil de las válvulas. De todas maneras, aun cuando fuese aceptable dis- minuir más el tiempo de ciclo, esto no será siempre recomendable pues comenzará a ser significativo otro problema: los VOCs remanentes en la región inerte y en la porción de la región catalítica que se hubiera enfriado (así como también la cantidad remanente en las tuberías), son expulsados sin haber reaccionado cada vez que el sentido de circulación de la corriente se invierte. Cuanto menor sea el tiempo de ciclo, más importante será la contribución de dicha emisión en el valor global, pudiendo inclusive superar los niveles de to- lerancia estipulados para tiempos muy pequeños, solo por este efecto.
La última problemática se puede solucionar utilizando tres lechos en para- lelo, como se describe en Kolios y col. (2000). Mientras la corriente a tratar circula en una dirección dada en uno de los lechos, el efluente del mismo transfiere su energía a otro de ellos, circulando en sentido opuesto a la direc- ción de alimentación y el tercer lecho se limpia haciendo circular aire puro en el mismo sentido de alimentación de la corriente a tratar. El inconveniente de este esquema es que siguen siendo necesarias las válvulas (de hecho serán necesarias un mayor número de ellas), con lo cual se mantiene el problema de la máxima vida útil.
Una alternativa que ha sido poco explorada y permite solucionar ambos problemas es la utilización de un lecho rotativo, como fuera descrito en el Ca- pítulo 2, lo que motivó su análisis en el presente estudio.
Tomando como referencia la velocidad de rotación de los intercambiadores rotativos (de 2 a 10 rpm típicamente), se puede concluir que estos esquemas podrán operar, en principio, para tiempos de ciclos de hasta 6 s (10 rpm). Adi- cionalmente, este esquema permite utilizar una pequeña porción de la sección total de flujo, para el barrido del contenido residual de VOCs en los canales
inmediatos a la posición donde se produce la inversión de flujo. De esta mane- ra, el sistema queda dividido en dos tipos de regiones, la región destinada al tratamiento de la corriente (región o etapa de reacción) y la región destinada a la limpieza del canal (región o etapa de limpieza). En la Figura 3.1 se muestra un diagrama de este esquema, donde se han marcado las partes básicas de separación de cada corriente (en color gris) para facilitar la interpretación.
En principio, la desventaja de este esquema comparado con el convencio- nal, radica en su mayor grado de complejidad. Una forma de simplificar levemente el esquema presentado sería realizando el barrido de los VOCs re- mantes directamente con aire del ambiente. Sin embargo, esto requeriría de la instalación de un soplador adicional, situación que prefirió evitarse.
Figura 3.1: esquema del sistema de inversión de flujo rotativo.
En cuanto a la relación entre los tiempos de duración de cada etapa respec- to del tiempo de ciclo, definiendo la fracción de la sección total destinada para la limpieza como fL, se puede ver fácilmente que:
1
2 ER L ciclo t f t (3.1) 2 EL L ciclo t f t (3.2)siendo tER el tiempo de duración de la etapa de reacción, tEL el tiempo de du- ración de la etapa de limpieza y tciclo el tiempo total de un ciclo (relacionado con la velocidad de rotación, , por la relación 1
ciclo
t ).
Por otro lado, el sistema regenerador-reactor presenta en su concepción al- gunas características similares al sistema de inversión de flujo descrito en los párrafos precedentes. Como se aprecia en la Figura 3.2, en el regenerador se pueden distinguir tres regiones: la primera donde la corriente a tratar se ca- lienta a expensas del enfriamiento del sólido (región o etapa de enfriamiento), la segunda destinada al barrido del contenido residual de VOCs en los canales inmediatos a la posición donde ingresa la corriente efluente del reactor y la úl- tima donde dicha corriente cede su energía al lecho regenerando (calentando) así al sólido (región o etapa de calentamiento). A fin de evitar confusiones, ca- be resaltar que la denominación de las etapas de enfriamiento o calentamiento hacen referencia a lo que ocurre con el sólido en el equipo, verificándose natu- ralmente lo opuesto para la corriente gaseosa.
Figura 3.2: esquema del sistema regenerador-reactor.
En cuanto a la relación entre los tiempos de duración de cada etapa respec- to del tiempo de ciclo, definiendo las fracciones de la sección total destinada para la región de enfriamiento y de limpieza como fE y fL, respectivamente, se puede ver fácilmente que los tiempos de duración de cada etapa serán:
EE E ciclo
EL L ciclo
t f t (3.4)
1
EC E L ciclo
t f f t (3.5)
siendo tEE el tiempo de duración de la etapa de enfriamiento, tEL el tiempo de duración de la etapa de limpieza, tEC el tiempo de duración de la etapa de ca- lentamiento y tciclo el tiempo total de un ciclo (relacionado al igual que en el sistema de inversión de flujo con la velocidad de rotación, , por la relación
1
ciclo
t ).