ELEMENTOS FILTRANTES PARA GAS NATURAL ENSAYOS DE EFICIENCIA Y VIDA UTIL
Objetivo:
El ensayo efectuado tuvo como objetivo establecer la eficiencia en la retención tanto de sólidos como de líquidos en un separador horizontal diseño Burgess-Manning y equipado con elementos filtrantes GORA.Tipo de Cartucho:
Velas filtrantes tubulares de Diámetro exterior: 140 mm. – Longitud 915 mm. con extremo ciego, según código GORA 46600.Sinopsis:
Las determinaciones efectuadas tuvieron como finalidad establecer los siguientes valores para los filtros arriba mencionados:• Resistencia al Colapso.
• Vida útil.
• Curva de pérdida de carga.
• Eficiencia en la separación de sólidos.
• Eficiencia en la separación de líquidos.
Este último ensayo comprendió no solo la vela filtrante sino también la caja de chicanas que le sigue, ya que ambas están diseñadas para operar en conjunto.
Para cada ensayo se detallan las consideraciones técnicas, la metodología empleada y los resultados obtenidos.
Normas aplicadas:
No se han podido ubicar normas nacionales o internacionales que se refieran específicamente al ensayo de elementos filtrantes para gas natural, por lo que la implementación de las mediciones efectuadas se basó en la recopilación y síntesis de las recomendaciones de la American Gas Asociation, la norma ASHRAE 52/76, las normas SAE- J 701 e IRAM 3012/3016.Equipamiento:
El túnel de ensayo estuvo compuesto por los siguientes elementos:
1. Soplador centrífugo con filtro de aspiración para reducir el contenido de polvo en el aire atmosférico en el espectro fino y no saturar el contador de partículas.
2. Inyector de sólidos a régimen constante, a través de un dosificador de polvo cuya salida alimentaba una tobera de inyección neumática.
3. Tubos de muestreo isocinéticos a la entrada y salida del conjunto filtro + caja de chicanas.
4. Contador de partículas láser de 2 canales y 6 bandas de medición por canal, conectado a una PC para registrar los datos de cada medición. Cada una de las bandas en que se discriminó la medición tenía igual peso en un diagrama logarítmico y cubría los siguientes rangos (en micrones):
1-2 2-5 5-10 10-20 20-50 >50
5. Indicador de presión diferencial (manómetro en “U”) para la determinación de la pérdida de carga de las velas y de la caja de chicanas.
6. Medidor de velocidad de aire (del tipo a turbina) con indicación digital, para establecer el caudal de aire circulante.
7. Se utilizaron dos tipos de contaminantes:
• Oxido de hierro rojo cuya distribución de tamaño de partículas esta centrada entre 2 y 10µ.
• Oxido de aluminio (Aloxite) con mayor porcentaje de partículas entre 10 y 25µ.
Contador de Partículas Láser Separador de Polvo y Líquido con caja de Chicanas
1. Presión diferencial de colapso
La presión de colapso del elemento filtrante es la presión diferencial a la que se inicia su deformación y/o aplastamiento permanente, como consecuencia de la solicitación mecánica que ejerce el medio filtrante sobre el núcleo central de chapa perforada.
Dado que la rigidez del tubo de fibras de vidrio es baja en comparación con la del tubo perforado central, es este último elemento el responsable de la resistencia mecánica del conjunto y a la vez el que establece la presión diferencial de colapso. Las cubiertas de algodón y el medio filtrante simplemente se apoyan sobre el cilindro de chapa perforada y le transmiten los esfuerzos mecánicos derivados de la pérdida de carga que en ellos se genera.
El ensayo de colapso se realizo utilizando únicamente el tubo de chapa perforada, sin el agregado del medio filtrante y sus cubiertas, de modo de colocarnos en las peores condiciones.
Para la medición se preparó un recipiente especial capaz de alojar un tubo perforado completo (longitud 915 mm.) y donde se podía presurizar la cámara anular que rodea externamente a dicho tubo. A la vez se podía observar en todo momento el interior del recipiente y por lo tanto el estado del tubo o núcleo, a fin de establecer el momento preciso en que cedía a la presión y se deformaba.
Para materializar la acción de la presión externa sobre el núcleo y a la vez conseguir una superficie estanca, se recubrió la chapa perforada con un film de polietileno de 100µ de espesor.
El esquema adjunto muestra la disposición general del equipamiento utilizado.
La presión hidráulica generada por una bomba manual a pistón se fue incrementando paulatinamente y su valor se leyó en el manómetro instalado en la pared externa del recipiente.
La medición se interrumpió al detectarse el comienzo del colapso de los núcleos, coincidente con una señal acústica y con la disminución de la presión en el recipiente fruto de la deformación del núcleo.
Se realizaron dos determinaciones que arrojaron idénticos valores para la presión de colapso: 2,1 Kg/cm2, coincidentes con el valor mínimo garantizado para dichos núcleos.
2. Vida útil
Este ensayo consistió en relevar la curva de ensuciamiento de la vela, o sea la relación entre los gramos de contaminante retenidos por el filtro y la pérdida de carga que dicho filtro generaba.
Para esta medición se utilizó óxido de hierro ya que es el contaminante que mejor refleja el tipo de sólidos que recibe el filtro en condiciones reales de funcionamiento.
Gramos 0 3,5 7 10,5 14 17,5 21 24,5 28 31,5
Delta P 180 186 197 201 210 218 232 275 299 385
Nota: Los gramos de polvo están referidos a una vela completa (longitud 915 mm.) y la pérdida de carga está expresada en mm. de columna de agua.
La velocidad de aire fue constante = 12 m/seg.
GRAMOS
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 3,5 7 10,5 14 17,5 21 24,5 28 31,5
Se puede apreciar cómo la curva de ensuciamiento tiene un perfil exponencial fruto del ensuciamiento progresivo y la disminución de los poros disponibles para la circulación del gas.
3. Curva de pérdida de carga
En esta medición se estableció la relación entre caudal y pérdida de carga de la vela filtrante. Para ello se colocó un obturador de tipo mariposa a la salida del soplador de modo de poder regular el caudal circulante.
Los resultados obtenidos son los siguientes:
Veloc. 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Delta P 55 70 88 110 120 150 170 195 210 220
VELOCIDAD
0 50 100 150 200 250
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nota: La velocidad está expresada en m/seg y el Delta P en mm de columna de agua.
4. Eficiencia en la separación de sólidos
Se realizaron dos corridas empleando los dos contaminantes antes citados, midiendo simultáneamente la entrada y salida del filtro.
Los gráficos correspondientes para la distribución de partículas y para los valores de eficiencia y factor beta se incluyen a continuación:
Ensayo: N° 1 Contaminante: Oxido de hierro Tiempo de muestreo: 30 seg
Rango 1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Entrada 6995 3465 815 98 2 0
Salida 1280 18 0 0 0 0
Eficiencia 81,7% 99,5% 100% 100% 100% 100%
Beta 5 192 ∞ ∞ ∞ ∞
Distribución (Oxido de hierro) Eficiencia y factor Beta
RANGO
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Entrada Salida
RANGO
0 50 100 150 200
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Eficiencia Beta
Ensayo: N° 2 Contaminante: Aloxite Tiempo de muestreo: 30 seg
Rango 1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Entrada 6502 4385 2611 1958 81 5
Salida 1174 24 1 0 0 0
Eficiencia 81,9% 99,4% 99,9% 100% 100% 100%
Beta 6 183 ∞ ∞ ∞ ∞
Distribución (Aloxite) Eficiencia y factor Beta
RANGO
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Entrada Salida
RANGO
0 50 100 150 200
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Eficiencia Beta
De las tablas y gráficos anteriores se puede observar como cambia la distribución del tamaño de partículas entre ambos contaminantes. Sin embargo las cifras de eficiencia y factor Beta son consistentes entre ambas mediciones.
En particular interesa observar que la eficiencia para partículas de 3 micrones y mayores es superior al 99,5%. Esta cifra dentro de la industria del filtrado se considera prácticamente como absoluto, o sea que retiene todas las partículas de ese tamaño o mayores.
5. Eficiencia en la separación de líquidos
En este caso se reemplazó el dosificador de polvo por el de líquido y se redujeron los tiempos de muestreo para minimizar el peligro de que el líquido muestreado pudiese ensuciar el capilar de celdas de conteo.
Hay que tener presente que el conteo no solo tiene en cuenta la niebla generada sino también las partículas de polvo ambiente que logran pasar a través del filtro de aspiración del soplador.
Ensayo: N° 3 Contaminante: Niebla de Agua Tiempo de muestreo: 15 seg
Rango 1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ
Entrada 604 764 1960 418 189 42
Salida 135 11 2 0 0 0
Eficiencia 77,6% 98,5% 99,9% 100% 100% 100%
Beta 4 69 980 ∞ ∞ ∞
Distribución (Niebla de agua) Eficiencia y factor Beta
RANGO
0 500 1000 1500 2000
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ Entrada Salida
RANGO
0 200 400 600 800 1000
1-2µ 2-5µ 5-10µ 10-20µ 20-50µ >50µ Eficiencia Beta
En este caso se aprecia como la curva de distribución se asemeja a una campana de Gauss con centro en la zona de 5 a 10µ lo que es sumamente conveniente dado que se trata de establecer la eficiencia para gotas de 8 micrones y mayores.
Como en el caso de la eficiencia para sólidos, también aquí se comprobó que la eficiencia para 8 micrones asciende al 99,9% lo que en términos prácticos significa que no pasan gotas de ese tamaño o mayores.
Conclusiones:
Los ensayos realizados permitieron no solo establecer que los elementos filtrantes utilizados en combinación con la caja de chicanas satisfacen los requisitos establecidos por las empresas transportadoras y distribuidoras de gas natural, sino que además se han podido realizar por primera vez en el país mediciones y caracterizar parámetros para este tipo de elementos utilizando un instrumental altamente sofisticado.
Con los valores obtenidos se ha podido comprobar que las velas filtrantes satisfacen los requisitos exigidos tanto a lo atinente a separación de sólidos como de líquidos.
Asimismo una vez finalizado el ensayo, se pudo constatar el ensuciamiento uniforme y progresivo del medio filtrante, y la ausencia de canalizaciones.
También debe tenerse en cuenta que el ensayo de eficiencia para polvo se efectuó en las condiciones más desfavorables, o sea a filtro seco. La eficiencia a filtro húmedo es mayor debido a la mayor tendencia de las partículas a adherirse a las fibras húmedas.