CAPÍTULO 4: Memoria descriptiva - Universidad de...

_ CAPÍTULO 4: Memoria descriptiva

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4- MEMORIA DESCRIPTIVA

4.1. Justificación y descripción del diseño seleccionado

4.1.1. Justificación del diseño

Analizadas las distintas alternativas de diseño vistas en el apartado anterior y

estudiando las ventajas y desventajas que presenta cada opción, el diseño escogido será

un sistema algo más complejo pero que aúna la mayoría de las ventajas de cada una. Se

utilizarán dos tanques en lugar de uno, con el objetivo de que el primero sirva para una

homogenización inicial de la mezcla líquido-sólido y el segundo actúe como reactor,

eligiendo la opción de operación 1 para el primer tanque y la opción de operación 3 para

el segundo. De esta forma, se tiene una alimentación por separado evitando los

problemas de transporte asociados a líquidos con altas cargas de partículas en

suspensión, sin que ello suponga una alimentación heterogénea al reactor principal. Por

otro lado, ambos tanques se someten a un borboteo de gas (bien sea gas de combustión

o CO2 puro), de modo que ya en el primer tanque se realice una pequeña parte de la

conversión y se reduzca el tiempo de residencia necesario en el reactor. Finalmente, el

proceso diseñado cuenta con una amplia variedad de opciones de recirculación para dar

al conjunto una mayor versatilidad en su modo de operación y una gran flexibilidad a la

hora de programar pruebas experimentales con distintos fines.

Figura 4.1. Croquis final de diseño


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4.1.2. Descripción del diseño seleccionado

Según el esquema de la figura 4.1, comenzando por el principio de la línea de

proceso, la alimentación al sedimentador D-1 se realiza con el residuo sólido seco y el

agua por separado, evitando los problemas que genera el transporte de líquidos con

partículas sólidas en suspensión y facilitando la variación de la proporción sólido/líquido

de la alimentación. Para la alimentación del sólido se usará una tolva y una cinta

elevadora con cangilones.

Una vez en el tanque, la disolución se mantendrá constantemente agitada por el

borboteo de CO2 desde el fondo a través del sparger. Esta agitación permitirá que la

concentración de sólidos en suspensión dentro del sedimentador D-1 se mantenga

homogénea, facilitando así el estudio de los experimentos que se realicen. En esta etapa

de agitación, aunque no esté destinada a ser el reactor, una parte del residuo

reaccionará con el CO2 produciéndose su carbonatación. La cantidad de residuo que

reaccione dependerá de la concentración de la disolución, de la composición del

residuo, de la cantidad de CO2 inyectado y, principalmente, del tiempo de residencia de

la disolución en el tanque. Este fenómeno reducirá los tiempos de reacción necesarios

para llegar a una conversión determinada en el borboteador R-1. Por otra parte, el

tanque D-1 contará con un rebosadero en el borde para mantener su nivel.

La solución, una vez homogenizada en su concentración, pasará al fondo de la

columna de borboteo a través de la línea L-5 mientras que la válvula V-1 regulará el

caudal deseado. La válvula V-1 se situará a la misma cota que la superficie del

sedimentador D-2, de forma que cuando se cierre, la tubería siempre se quede llena

tanto aguas arriba como aguas debajo de la válvula. En la columna de borboteo R-1 se

producirá la reacción de carbonatación, cuyo grado de conversión dependerá

igualmente de los mismos parámetros citados anteriormente para el sedimentador D-1,

además de la conversión que ya se haya alcanzado previamente durante la mezcla.

Finalmente, el residuo ya carbonatado rebosará por la cabeza de la columna de

borboteo para sedimentar en el sedimentador D-2, de donde se podrán recoger los

fangos y ser analizados.

La columna de borboteo contará en el fondo con una pequeña tolva para evitar que

la turbulencia del reactor afecte a los fangos del sedimentador, sin impedir que las

partículas más pesadas sigan recogiéndose en el fondo del borboteador.

Los fangos extraídos del sedimentador D-1 podrán ser recirculados al fondo del

sedimentador D-2 o a la salida de fangos D-2, para una mayor versatilidad del proceso.

Siguiendo esta descripción, el diagrama de proceso de la planta se puede

esquematizar incluyendo todas las posibles configuraciones para los experimentos,

según aparece en la figura 4.2:


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D-1: SEDIMENTADOR

MEZCLADOR

R-1: BORBOTEADOR

REACTOR

D-2: SEDIMENTADOR

ESPESADOR

SL-R1

L-6

L-4 L-11

B-2

L-2B-1

L-3

C-1

C-2L-10

L-5

L-12

SG-D1SG-R1

L-13

FL-D1L-1

L-14

FL-R1

Figura 4.2. Diagrama de proceso

Línea Descripción Línea Descripción

L-1 Entrada de agua a D-1 L-2 Entrada de residuo sólido a D-1

L-3 Entrada de gas de combustión a D-1 FL-D1 Mezcla de L-1 y recirculación L-14

L-4 Salida de clarificados de D-1 L-5 Salida principal de D-1 hacia R-1

L-6 Salida de fangos de D-1 SG-D1 Salida de gas de combustión de D-1

FL-R1 Mezcla L-4, L-5, L-14. Entrada D-2 L-10 Entrada de gas de combustión a R-1

SL-R1 Salida de líquidos (sólidos) de R-1 SG-D2 Salida de gas de combustión de R-1

L-11 Salida de clarificados de D-2 L-12 Salida de fangos de D-2

L-13 Purga de fangos de la planta L-14 Recirculación de fangos

Este modelo de planta deja abierta la posibilidad a varias opciones de circulación de

las distintas sustancias. Existen 3 puntos donde se puede decidir para cada experimento

si se quiere recircular la corriente:

- Alternativa A: Recirculación de la corriente de clarificados salientes del

primer sedimentador (L-4), incorporándola a la línea L-5.

- Alternativa B: Recirculación de los fangos salientes del primer sedimentador

(L-6), a la corriente de fangos salientes del segundo sedimentador (L-12).

- Alternativa C: Recirculación de una parte los fangos del proceso (L-14):

C.1: Incorporándolos a L-1, para realimentar el primer sedimentador.

C.2: Incorporándolos a L-5, para realimentar el reactor borboteador.

En vista de estas alternativas, las opciones que se estudiarán en el proyecto se

reflejan en la tabla 4.1. La opción 1 opera sin ningún tipo de recirculación, lo cual

permitirá una comparación de los resultados con cualquier tipo de recirculación con el

que se opere en otros ensayos. Por otro lado, la opción 2 analiza la existencia de una

mejora apreciable de los resultados al reaprovechar la pequeña concentración de Ca2+

presente en el clarificado del sedimentador D-1, recirculándolos hacia la alimentación

del borboteador R-1. El empleo de la alternativa B en las opciones de la 3 a la 7 permite

el análisis conjunto de los fangos totales del proceso, facilitando su recirculación

directamente al sedimentador D-1 (opciones 4 y 6), o bien a la línea de alimentación del

borboteador R-1 (opciones 5 y 7). Además, en estas cuatro opciones de operación se

podrán comparar los resultados obtenidos con recirculación del clarificado del primer


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sedimentador (opciones 4 y 5) y sin dicha recirculación (opciones 6 y 7). El uso de todas

estas alternativas de operación proporciona un estudio completo del proceso de

carbonatación y captura de CO2 que permita deducir el régimen de operación más

eficiente.

Tabla 4.1. Alternativas de operación de la planta piloto

Alternativa A Alternativa B

Alternativa C

C.1 C.2 Opción 1 - - - -

Opción 2 X - - -

Opción 3 X X - -

Opción 4 X X X Opción 5 X X - X

Opción 6 - X X

Opción 7 - X - X

4.2. Descripción de la instalación

4.2.1. Alimentación del proceso

La alimentación del proceso se realizará a través del tanque D-1 con el sólido y el

agua por separado, evitando así problemas propios del transporte de líquidos con

partículas en suspensión. Por su parte, el gas de combustión será alimentado por el

fondo del sedimentador D-1 y por el fondo de la columna de borboteo R-1 a través de

sendos spargers

- 4.2.1.a. Alimentación del residuo sólido

El residuo sólido será alimentado al proceso a través de una cinta elevadora con

cangilones que recogerá el sólido de una tolva con dosificador situada al nivel del suelo.

Cinta elevadora con cangilones

El residuo sólido del cemento será alimentado al proceso

a través de una cinta elevadora con cangilones, la cual se

encargará de recoger el residuo sólido a nivel del suelo y

transportarlo hasta la parte superior del sedimentador D-1. La

presencia de estos cangilones en la cinta transportadora le

otorga a ésta última una mayor capacidad de transporte y

permite que tenga una mayor pendiente, disminuyendo así la

longitud requerida para la cinta transportadora y los costes

asociados. Un ejemplo de cinta elevadora de estas

características es el que representa la figura 4.3. Figura 4.3. Cinta

elevadora con cangilones


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Tolva con dosificador

El almacenamiento del residuo se realizará en una tolva

que se situará a nivel del suelo y que contará con un

dosificador a su salida en el fondo. La tolva deberá tener una

capacidad suficiente como para alimentar el proceso con

residuo sólido durante varias horas. Gracias al dosificador, la

tolva verterá sobre la cinta transportadora con cangilones la

cantidad deseada en cada experimento de materia sólida, por

se convertirá también en el regulador del caudal de sólidos.

El dosificador está compuesto por un tambor

con varias aberturas para por la que, mientras va

girando y en función de su velocidad de giro,

primero cargará dentro una cantidad

determinada de sólido y luego la verterá sobre los

cangilones. El dosificador (mostrado con mayor

detalle en la figura 4.5) irá conectado a un motor

de frecuencia regulable para poder variar el

caudal vertido.

- 4.2.1.b. Alimentación de gases de combustión

Los gases de combustión serán alimentados al sedimentador D-1 y al reactor R-1 a

través de spargers, los cuales serán descritos en el apartado 4.2.2.b.

4.2.2. Sedimentadores

El proceso contará con dos tanques sedimentadores. Ambos tanques tendrán las

mismas dimensiones ya que no se precisan unas medidas concretas y, de esta forma, se

reducirá el coste que supondría encargar dos sedimentadores diferentes. El tanque D-1

se situará a una cota superior a la del tanque D-2 y del borboteador R-1 de forma que se

pueda realizar la descarga por gravedad, a través de la tubería L-1.

El sedimentador D-1, por cuya parte superior se introducirá la alimentación como

se ha comentado en el apartado anterior, constará de una salida de fangos en el fondo

y otra en su zona intermedia. La salida de fangos se bifurcará en tres ramales, uno

destinado al fondo de sedimentador D-2, otro que irá a mezclarse con la salida de fangos

del sedimentador D-2 y un tercero que eliminará estos fangos del proceso, como se

puede apreciar en la figura 4.1. y en la figura 4.2.

Figura 4.4. Tolva con dosificador

Figura 4.5. Dosificador de la tolva


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La suspensión homogenizada de la zona intermedia del tanque D-1 podrá ser

descargada por gravedad al sedimentador D-2 por la tubería L-5. Además, el tanque

contará con un rebosadero para controlar su propio nivel, el cual se podrá recoger fuera

del proceso o recircular a la tubería L-5.

En el fondo del sedimentador D-1 se instalará un sparger de dimensiones

apropiadas que inyectará gases de combustión para mantener en suspensión las

partículas sólidas, agitar y homogenizar la propia suspensión e iniciar el proceso de

carbonatación.

- 4.2.2.a. Material constructivo

En cuanto al material constructivo, se han barajado varias opciones antes de

seleccionar la más adecuada.

Acero

Los aceros, en general, presentan una baja resistencia a la corrosión química. Esta

desventaja hace descartar el acero como material de construcción para los tanques

de un proceso donde se van a producir reacciones químicas, exceptuando el acero

inoxidable, el cual sí que presenta una elevada resistencia a la corrosión química.

Esta resistencia a la corrosión se debe a un contenido mínimo de un 11% de cromo

en su composición. El cromo forma una película de óxido sobre la superficie del

acero, actuando como coraza ante cualquier otro tipo de corrosión química u

oxidación.

Por tanto, se detallarán las ventajas y desventajas del acero inoxidable para la

construcción de sedimentadores.

Ventajas:

- No presenta problemas a la temperatura del proceso

- Tenacidad: alta capacidad para absorber energía sin producir

fisuras (resistencia al impacto)

- Resistencia al desgaste por erosión al contacto o fricción con otro

material

- Dureza: ofrece alta resistencia para dejarse penetrar

- Resistencia mecánica: soporta bien esfuerzos de tracción y

compresión. Presenta una resistencia mecánica de al menos dos

veces la del acero al carbono.

- Menor coste de mantenimiento que otros aceros

Desventajas

- Si un tratamiento térmico, reduce si resistencia a la corrosión

- Mayor coste que otros aceros


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Además de estas características, el acero inoxidable tiene una densidad media de

7850 kg/m3 que, en función del material constructivo con el que sea comparado,

podrá constituir una ventaja o una desventaja.

Plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFC)

El plástico reforzado con fibra de vidrio es un material compuesto constituido por

una estructura resistente de fibra de vidrio y un material plástico que actúa como

aglomerante de la misma.

La fibra de vidrio está compuesta por numerosas fibras de vidrio extremadamente

finas. Para la fabricación de fibra de vidrio para uso en plástico reforzado se

emplea el vidrio de tipo “E”, el cual es un vidrio borosílico con escaso contenido

de álcalis (menor al 1%). La fibra de vidrio aporta al material las siguientes

ventajas:

- Resistencia mecánica

- Estabilidad dimensional

- Resistencia al calor, con una temperatura operativa entre -100 ºc y 180

ºC, valores que pueden variar ligeramente en función del tipo de resina

elegido

En cuanto a las resinas, las más comúnmente empleadas son los poliésteres.

También son muy usados el polietileno y el polipropileno. La presencia de estos

plásticos confieren al material las siguientes ventajas:

- Resistencia química dieléctrica, que hacen que el material presente un

buen comportamiento frente al desgaste y la corrosión

- Buen comportamiento a la intemperie

Además de las ventajas aportadas de forma individual por cada componente del

PRFV, el material cuenta con otras propiedades generales:

- Densidades entre 1300 y 1600 kg/m3 en función de la composición y de

la resina elegida.

- Larga vida útil

- Buen aislante térmico y eléctrico

- Bajo coste de adquisición y mantenimiento

- Impermeabilidad

Como todo material, el PRFV también tiene desventajas:

- Mal comportamiento frente al fuego, emitiendo componentes muy

tóxicos en su combustión.

- Ausencia de normativa que regule y oriente sobre su fabricación y uso.


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En cuanto al hormigón, no será necesario realizar un estudio de sus propiedades

una vez conocida su baja resistencia química y su falta de impermeabilidad, las cuales lo

hacen inapropiado para este proceso.

Una vez estudiadas ambas alternativas, tanto el acero como el plástico reforzado

con fibra de vidrio cumplen con las propiedades físicas y mecánicas requeridas para los

tanques sedimentadores. Sin embargo, el PRFV presenta ligeramente una mejor

resistencia química y, sobre todo, su bajo precio debido a su baja densidad y a su mínimo

coste de mantenimiento son determinantes en la comparación. De modo que el material

seleccionado para ambos sedimentadores será el plástico reforzado con fibra de vidrio.

- 4.2.2.b. Spargers

En el fondo del sedimentador D-1 y de la columna de borboteo R-1, se implantarán

sendos spargers que inyectarán el gas de combustión al proceso y además, provocarán

la agitación necesaria para el mezclado del sólido en el caso del sedimentador D-1 y para

favorecer el contacto gas-sólido en el caso del reactor R-1.

Cada sparger deberá aportar una energía suficiente como para mantener en

suspensión las partículas de residuo sólido de interés. Por otra parte, se debe elegir el

tipo de sparger a instalar en lo referente a su estructura. Existen cuatro tipo de

estructuras generalizadas para los spargers, gráficamente descritos en la figura 4.6.

Figura 4.6. Tipos de sparger para un borboteador


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A) Sparger tipo plato colador (sieve plate sparger)

Este tipo de sparger consta de un plato que cubre el fondo de la columna o el

tanque, el cual está agujereado como un colador para la generación de burbujas. El

gas se inyecta en el plato y es distribuido a lo largo de la sección del tanque

uniformemente a través de los numerosos orificios.

Esta estructura será descartada para el proceso, a pesar de su gran superficie

efectiva, ya que el plato no dejaría opción a la sedimentación de las partículas más

pesadas que, por el contrario, se depositarían sobre el plato obstruyendo además

los orificios y provocando una gran pérdida de eficiencia.

B) Sparger tipo anular (multiple ring sparger)

El saprger tipo anular se compone de una serie de anillos de distinto diámetro que

se distrubuyen a lo largo de la sección de la columna. Los anillos podrán ser

alimentados de gas a través de uno o varios brazos conectados a un compresor.

Tiene una menor área efectiva que el sparger tipo colador, pero su estructura

circular reduce en gran medida las pérdidas de carga. Dicha característica que lo

convierte en una buena opción para columnas y tanques a escala industrial que

requieran grandes caudales de gas.

C) Sparger tipo araña (spider sparger)

El spider sparger cuenta con una tubería de alimentación de gas de la que salen

distintos ramales o brazos con orificios a través de los cuales el gas se distribuye a

lo largo de la sección de la columna.

La distribución del sparger tipo araña es similar a la del sparger anular en cuanto a

área efectiva, sin embargo, su estructura angulosa provoca mayores pérdidas de

carga.

D) Sparger tipo radial (pipe sparger)

El sparger tipo radial consta de varias tuberías de alimentación de gas que van desde

el perímetro hasta el centro de la sección de la columna.

Su área efectiva está directamente relacionada con el número de brazos existentes,

lo cual desaconseja su uso en instalaciones con secciones relativamente grandes.

Este tipo de sparger es recomendable para equipos de laboratorio o de pequeña

escala en los que el área efectiva no sea un factor determinante.

Por tanto, habrá que elegir entre un sparger tipo anular o un sparger tipo araña. En

principio la mejor opción será el sparger tipo anular por su menor pérdida de carga. Sin

embargo, se dejará abierta la elección en función del coste del equipo, ya que la escala


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del proceso no es tan grande como para que la diferencia de pérdida de carga entre

ambos tipos de sparger sea totalmente determinante.

- 4.2.2.c. Rascadores

Para la limpieza y eliminación de los residuos

sólidos depositados en el fondo de ambos

sedimentadores, se contará con un sistema mecánico

accionado manualmente como el que se muestra en la

figura 4.7.

El sistema consta de una escobilla ajustada al

perfil del sedimentador, la cual irá engarzada a un

apoyo situado encima del sedimentador en la

correspondiente proyección del centro de la sección

transversal. Este apoyo actuará de eje de forma que el

rascador podrá desplazarse en torno al mismo, tal y

como indica el dibujo de planta del equipo.

4.2.3. Columna de borboteo

La parte más importante del proceso será el reactor R-1, el cual será una columna

de borboteo y se situará inmerso en el centro del sedimentador D-2. En la columna de

borboteo se producirá la mayor parte de la reacción de carbonatación a estudiar.

El reactor será alimentado por el fondo a través de la tubería L-5 con la suspensión

agitada y homogenizada del sedimentador D-1. La cabeza se mantendrá abierta a la

atmósfera, de forma que el líquido rebosante será recogido en el propio sedimentador

D-2. Por el fondo se producirá la salida de las partículas más pesadas que, igualmente,

serán depositadas en el fondo del sedimentador D-2.

En su interior y situado en el fondo se instalará un sparger cuya función principal

será introducir el gas de combustión necesario para que se produzca la reacción de

carbonatación con las partículas del residuo sólido del cemento. A su vez, el gas de

combustión borboteado por el sparger hará la función de agitador de la mezcla,

aumentado así el contacto gas-líquido-sólido. El fondo del borboteador R-1 contará con

una pequeña tolva que permitirá la salida de las partículas sólidas depositadas en el

fondo, pero evitará que la agitación provocada por el sparger perturbe los fangos

depositados en el fondo del tanque D-2.

La limpieza del tanque se realizará de forma manual con escobillas adecuadas.

Como sugerencia para aumentar la versatilidad del proceso y de los experimentos

que se hagan, se propone la instalación de un suplemento de altura de la torre de

borboteo. Consistirá en una unión roscada del mismo diámetro que la columna hasta

Figura 4.7. Esquema de rascador


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alcanzar el doble de su altura inicial de diseño. De esta forma, se conseguirá aumentar

el tiempo de residencia dentro del reactor, sin modificar el resto de variables de diseño.

Para ello, será también necesario un adecuado sobredimensionamiento de la potencia

de borboteo del sparger.

- 4.2.3.a. Material constructivo

En la construcción del borboteador R-1 se usará el plástico reforzado con fibra de

vidrio, explicado en el apartado 4.2.2.a

- 4.2.3.b. Spargers

El tipo de sparger a usar está definido en el apartado 4.2.2.b

4.2.4. Líneas auxiliares

- 4.2.4.a. Tuberías

Por las tuberías del proceso pasarán, por un lado, una solución con partículas en

suspensión de carácter calcáreo en distintos niveles de concentración y, por otro lado,

gases de combustión. En cualquier caso, las condiciones del proceso estarán cercanas a

las condiciones ambiente, es decir, temperaturas relativamente bajas y presiones

iguales o ligeramente superiores a la atmosférica. Por tanto, los problemas más

importantes que se encontrarán son la abrasividad y la corrosión química de la

suspensión de partículas. Dichos problemas deberán ser solventados por el material

constructivo usado para la fabricación de las tuberías. Como se observa a continuación,

el policloruro de vinilo (PVC) será el material más adecuado.

Policloruro de Vinilo (PVC)

El PVC es el material constructivo más usado en la fabricación de tuberías. Ello se

debe a una gran cantidad de ventajas, como las que se van a citar:

- Elevada resistencia a la abrasión.

- Baja densidad, con un valor de 1.400 kg/m3.

- Buena resistencia mecánica y al impacto.

- Larga vida útil, en torno a unos 40 años, llegando a durar en muchas

ocasiones hasta más de 60 años.

- Impermeable.

- Bajo coste de adquisición y de instalación. Coste de mantenimiento

prácticamente nulo.

- Muy resistente a la corrosión química

Entre las desventajas del PVC, encontramos las siguientes:


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- Altamente inflamable, produciendo en su combustión compuestos

cancerígenos y explosivo, por contener en su composición el dicloro de etano

(DCE).

- Susceptible a la luz ultravioleta, por lo que no es aconsejable su uso en

instalaciones exteriores

- No presenta buen comportamiento como aislante térmico

Dado que las características del proceso no

requieren necesariamente las carencias del PVC,

el hecho de que sea resistente a la abrasión y a la

corrosión y, además, económico y longevo hacen

del PVC un material constructivo muy adecuado

para construir las tuberías de este proceso.

- 4.2.4.b. Bombas y compresores

Para la alimentación del agua y del gas de combustión, el sistema contará con un

conjunto de bombas y compresores encargados de transportar los fluidos con la

potencia y el caudal requeridos en cada caso.

Bombas

En principio, el sistema sólo contará con una bomba (B-1), situada en la línea de

alimentación de agua (L-1) al tanque de sedimentación D-1; y otra bomba (B-2),

situada en la línea L-14 para la recirculación de fangos. El tipo de bomba será elegida

en función de las características requeridas. Existen infinidad de formas de

clasificación de bombas pero fundamentalmente se pueden dividir en dos grandes

grupos:

Bombas volumétricas o de desplazamiento positivo, entre las que se encuentran

por ejemplo las alternativas, rotativas y las neumáticas, pudiendo decir a modo de

síntesis que son bombas de pistón, cuyo funcionamiento básico consiste en recorrer

un cilindro con un vástago.

En las bombas de desplazamiento positivo existe una relación directa entre el

movimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de líquido movido.

Existen diversos tipos de bombas de desplazamiento positivo, pero todas suelen

constar de una pieza giratoria con una serie de aletas que se mueven en una carcasa

muy ajustada. El líquido queda atrapado en los espacios entre las aletas y pasa a una

zona de mayor presión. Un dispositivo corriente de este tipo es la bomba de

engranajes, formada por dos ruedas dentadas engranadas entre sí. En este caso, las

aletas son los dientes de los engranajes.

Figura 4.8. Tuberías de PVC


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En todas estas bombas, el líquido se descarga en una serie de pulsos, y no de forma

continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de

resonancia en los conductos de salida que podrían dañar o destruir la instalación. En

las bombas alternativas se colocan con frecuencia cámaras de aire en el conducto de

salida para reducir la magnitud de estas pulsaciones y hacer que el flujo sea más

uniforme. Una de las más importantes en esta clasificación son las alternativas, de

las cuales se hará una breve descripción:

- Bombas alternativas

Las bombas alternativas están

formadas por un pistón que oscila en un

cilindro dotado de válvulas para regular

el flujo de líquido hacia el cilindro y

desde él. Estas bombas pueden ser de

acción simple o de acción doble:

En una bomba de acción simple (figura 4.9) el bombeo sólo se produce en un

lado del pistón, como en una bomba aspirante común, en la que el pistón se

mueve arriba y debajo de forma manual o automática.

En una bomba de doble acción, el bombeo se produce en ambos lados del pistón,

como por ejemplo en las bombas eléctricas o de vapor para alimentación de

calderas, empleadas para enviar agua a alta presión a una caldera de vapor de

agua. Estas bombas pueden tener una o varias etapas. Las bombas alternativas

de etapas múltiples tienen varios cilindros colocados en serie.

Bombas dinámicas o de energía cinética: fundamentalmente consisten en un rodete

que gira acoplado a un motor. Entre ellas se sitúan las regenerativas, las especiales,

las periféricas o de turbinas y una de las más importantes, las centrífugas.

En este tipo de bombas la energía es comunicada al fluido por un elemento rotativo

que imprime al líquido el mismo movimiento de rotación, transformándose luego,

parte en energía y parte en presión. El caudal a una determinada velocidad de

rotación depende de la resistencia al movimiento en la línea de descarga.

- Bombas centrífugas

Las bombas centrífugas (figura 4.10) tienen un rotor de paletas giratorio

sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las

paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también

proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede

transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como

difusor.

Figura 4.9. Bomba de acción simple


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Figura 4.10. Esquema de funcionamiento de una bomba centrífuga

En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los

difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir

poco a poco la velocidad del líquido.

En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya

superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El

rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar

rodeado de líquido cuando se arranca la bomba.

En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida

radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo

en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese

caso, el rotor actúa como una hélice. La transición de un tipo de condiciones a

otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

Las bombas centrífugas presentan las siguientes ventajas:

- Bajo precio, debido a su simple construcción

- El fluido es suministrado a presión uniforme y son muy versátiles, con

un amplio rango de capacidades y de presión diferencial

- Capacidad para bombear grandes cantidades de sólidos en suspensión

y volátiles

- Soportan bien temperaturas relativamente altas (400 ºC)

- Alta relación entre capacidad y tamaño de la bomba

- Económicas y fácil mantenimiento

- Impulsor y eje son las únicas partes móviles

- Buen comportamiento ante flujos de distintas viscosidades y ante

productos químicos

- No necesita válvulas


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- Capacidad de operación en caso de bloqueo de la impulsión

En vista de la simplicidad y economía de las bombas centrífugas y la posibilidad de

operar con sólidos en suspensión y productos químicos, a parte del resto de ventajas,

este tipo de bomba será el tipo de bomba más adecuado para el proceso.

Compresores

En cuanto a los compresores, el sistema contará con dos compresores, el compresor

C-1, ubicado en la línea L-3 para alimentar el sparger del sedimentador D-1 con los

gases de combustión y el compresor C-2, el cual se instalará en la tubería L-10 para

alimentar el sparger del borboteador R-1.

En el caso de los compresores, es primordial que aporten un flujo continuo de gas,

sin oscilaciones. Por tanto, el tipo de compresor que mejor cumple esa función es el

compresor centrífugo, por lo que no será necesario estudiar el resto de tipos de

compresores.

Compresores centrífugos

El compresor centrífugo es una turbomáquina que consiste en un rotor que

gira dentro de una carcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del

fluido. El rotor es el elemento que convierte la energía mecánica del eje en

cantidad de movimiento y por tanto energía cinética del fluido. En la carcasa

se encuentra incorporado el elemento que convierte la EC en energía

potencial de presión (el difusor) completando así la escala de conversión de

energía.

Las características generales de un compresor centrífugo son:

- Aportan un flujo continuo

- Mayor incremento de presión por etapa

- Buena eficiencia dentro de un rango muy amplio de velocidades de

rotación

- Bajo coste por su simplicidad de fabricación

- Bajo peso

- Bajo consumo de potencia durante el arranque

- Ausencia de piezas rozantes en el caudal de compresión, lo que

permite trabajar en largo tiempo entre intervalos de mantenimiento.

Sin embargo, habrá que tener en cuenta algunas desventajas como la

sensibilidad ante cambios inesperados en el peso molecular del gas y la

necesidad de un sistema de aceite para lubricante y para sellos.


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- 4.2.4.c. Válvulas

En el proceso será necesaria la instalación de varias válvulas de diversa tipología en

función de los requisitos de cada línea. Como primera clasificación, las válvulas se

pueden dividir en dos tipos. Uno es el de las válvulas de corte, o también denominadas

“todo o nada”, las cuales pueden tener dos posiciones: abierta, permitiendo el paso del

fluido; o cerradas, impidiendo totalmente el paso del fluido. El otro tipo de válvulas es

el de las válvulas de regulación, cuyo elemento obturador puede colocarse en posiciones

intermedias regulando el caudal de fluido que pasa por ellas.

Hecha esta división, se puede decir que las válvulas V-2, V-6, V-7, V-10, V-11, V-12,

V-13 y V-14 serán válvulas de corte, mientras que las válvulas V-1, V-3, V-4, V-5, V-8 y V-

9 serán válvulas de regulación.

Para las válvulas de corte, existen los siguientes tipos de válvulas:

Válvulas de compuerta

Es utilizada para el flujo de fluidos limpios y

sin interrupción. Cuando la válvula está

totalmente abierta, el área de flujo coincide

con el diámetro nominal de la tubería, por lo

que las pérdidas de carga son relativamente

pequeñas.

En el proceso se trabaja con suspensiones de partículas sólidas en distintas

concentraciones, por lo que las válvulas de compuerta no serán adecuadas.

Válvulas de bola

En la válvula de bola (figura 4.12) un

macho esférico agujereado controla la

circulación del líquido. El sellado en

válvulas de bola es excelente, la bola

contacta de forma circunferencial y

uniforme el asiento, el cual suele ser de

materiales blandos.

Se emplean en vapor, agua, aceite, gas,

aire, fluidos corrosivos, pastas aguadas y

materiales pulverizados secos. No es

recomendable su uso con fluidos

abrasivos o fluidos fibrosos que puedan

dañar la superficie de la bola y asiento.

Figura 4.11. Válvula de compuerta

Figura 4.12. Válvula de bola


62

Al igual que las válvulas de compuerta, las válvulas de bola serán descartadas por

su incompatibilidad con fluidos abrasivos como una suspensión de partículas

sólidas.

Válvulas de mariposa

Las válvulas de mariposa son unas válvulas muy versátiles. Tiene una gran capacidad

de adaptación a las múltiples solicitaciones de la industria, tamaños, presiones,

temperaturas, conexiones, etc. a un coste relativamente bajo.

El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere

una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. La operación es como en

todas las válvulas rotativas rápida.

Poco desgaste del eje, poca fricción y por tanto un menor par, que resulta en un

actuador más barato. El actuador puede ser manual, oleo-hidráulico o motorizado

eléctricamente, con posibilidad de automatización.

La geometría de la válvula de mariposa, como

se muestra en la figura 4.13, es sencilla,

compacta y de revolución, por lo que es una

válvula barata de fabricar, tanto por el ahorro

de material como la mecanización. El menor

espacio que ocupan facilita su montaje en la

instalación. En este sentido, las válvulas de

compuerta y globo resultan muy pesadas y de

geometría compleja.

La pérdida de carga es pequeña. Cuando la válvula está totalmente abierta, la

corriente circula de forma aerodinámica alrededor del disco, sin embargo la pérdida

de carga es ligeramente superior a las válvulas de bola o de compuerta, ya que estás

tienen la sección totalmente libre de obstáculos.

Son empleadas principalmente para el cierre y estrangulación de grandes

volúmenes de gases y líquidos a baja presión, así como para pastas aguadas o

líquidos con muchos sólidos en suspensión, ya que no permiten la acumulación de

sedimentos.

Esta última ventaja, unida a su bajo coste y su pequeña pérdida de carga, hacen que

las válvulas de mariposa sean las más adecuadas para nuestro proceso. Por tanto,

todas las válvulas de retención de nuestro proceso (V-6, V-7, V-10, V-12, V-13 y V-

14) serán válvulas de mariposa, excepto la válvula V-2, la cual pertenecerá al grupo

de las válvulas distribuidoras; y la válvula V-11, que será una válvula de seguridad

anti-retorno

Figura 4.13. Válvula de mariposa


63

Válvulas distribuidoras

La válvulas distribuidoras Una válvula distribuidora

permite realizar y ordenar los cambios en la dirección

del fluido hidráulico, según las necesidades de cada

fase del ciclo de trabajo, abriendo o cerrando

determinadas vías de paso.

Las válvulas distribuidoras se identifican por dos

números, uno indicativo del número de vías y el otro,

indicativo del número de posiciones posibles de la

válvula. Por tanto, la válvula V-2 será una válvula

distribuidora 3/2 (Figura 4.14), teniendo una vía de

entrada, dos posibles salidas y una posición para cerrar

cada una de las salidas.

También existen varios tipos de válvulas de regulación y, al igual que con las de

corte, realizaremos un estudio de sus características para seleccionar las más

apropiadas:

Válvulas de globo

Las válvulas de globo (o de disco) son llamadas así por la forma esférica de su

cuerpo. Si bien actualmente algunos diseños ya no son tan esféricos, conservan el

nombre por el tipo de mecanismo.

El obturador de la válvula se desplaza con un movimiento lineal, como se muestra

en la figura 4.15. En la mayoría de los casos, el mecanismo de avance es la de un

"tornillo". El vástago del obturador va roscado al bonete de la válvula de globo. En

cuanto se le da vueltas al vástago, ya sea mediante un volante o un actuador de giro

múltiple, el obturador avanza linealmente.

Figura 4.15. Esquema de funcionamiento de una válvula de globo

Figura 4.14. Válvula distribuidora 3/2


64

La geometría del obturador caracteriza la curva de regulación, siendo lineal para

obturadores parabólicos. Son de uso frecuente gracias a su poca fricción y pueden

controlar el fluido con la estrangulación al grado deseado. Sin embargo, no es

recomendable para fluidos con sólido en suspensión.

Válvulas tipo “Pinch” o de manguito flexible.

En las válvulas tipo “Pinch”, también conocidas como válvulas de pellizco o válvulas

de manguito flexible, la estanqueidad se consigue mediante la estrangulación de la

misma conducción que es un tubo flexible llamado “sleeve”, el cual es el único

componente en contacto con el medio (figura 4.16).

Idóneas en servicios de líquidos pastosos y

partículas sólidas en suspensión, evita el

contacto con los mecanismos de la válvula y

cualquier tipo contaminación hacia o desde

el exterior. También son adecuadas para

emulsiones, lodos, polvos, material gaseoso,

aire comprimido y granulados.

Generalmente, la válvula de maguito flexible

está limitada a trabajar a bajas presiones.

El tubo flexible es de elastómero generalmente reforzado. La selección del material

se realiza de acuerdo a un compromiso de corrosión-resistencia ya que el

elastómero va perdiendo sus propiedades resistivas en el tiempo en contacto con

fluidos corrosivos. El límite de fatiga debe estar dentro del número de oberturas y

cierres previstos para la válvula.

Al poder trabajar con partículas sólidas en suspensión y ocupar menos espacio que otros tipos de válvulas, la válvula de maguito flexible será apropiada para para las cuatro válvulas reguladoras del proceso (V-1, V-3, V-4, V-5, V-8 y V-9)

- 4.2.4.d. Instrumentación de muestreo

Debido al carácter experimental del proceso, será necesario tener la posibilidad de

medir continuamente las variables más importantes a lo largo del mismo. Para ello, será

preciso contar con un conjunto de medidores de temperatura, analizadores de

composición, caudalímetros y medidores de nivel, los cuales se dispondrán en las

distintas tuberías y equipos, como se indica en el diagrama de flujo del Anexo A. Además,

se contará con recipientes adecuados para la extracción de muestras líquidas y su

posterior análisis tanto en el interior de los tanques como en sus entradas y salidas.

Figura 4.16. Válvula de manguito flexible (Abierta/Cerrada)


65

Se colocarán medidores de temperatura en el interior de cada tanque (D-1, D-2 y R-

1), no siendo necesaria su instalación en las líneas de alimentación L-1 y L-2, ya que se

introducirán a temperatura ambiente; ni tampoco en las líneas de salida de cada tanque,

considerando que se encontrarán a la misma temperatura medida en tanque

correspondiente. Sin embargo, sí que es recomendable el uso de medidores de

temperatura en las líneas L-3 y L-10 por donde se alimentan los gases de combustión.

Además, se propone el uso de dos o tres medidores de temperatura distribuidos a

diferentes alturas en el reactor R-1, por ser el equipo más importante.

Igualmente, se instalarán analizadores de gases junto a cada medidor de

temperatura. Se colocarán analizadores de composición en las entradas de gases de

combustión (L-3 y L-10) y analizadores para gases disueltos en el resto de líneas y en los

tanques. Estos instrumentos arrojarán datos importantes sobre la composición de gases

en cada caso, lo cual será determinante para el estudio de la reacción y para analizar la

capacidad de captura de CO2 del proceso.

Por su parte, en las corrientes líquidas y gaseosas de entrada y salida del proceso

global (L-1, L-3, L-6, L-10, L-11 y L-12), así como en la línea L-5, se instalarán

caudalímetros con las características necesarias para el control de cada línea y el estudio

del proceso.

Se instalarán tres medidores de nivel: uno en cada sedimentador y otro en la

columna de borboteo R-1. Estos medidores no tendrán una función de muestreo, sino

de seguridad y control del proceso, ya que su requerimiento está motivado para

detectar y alertar sobre posibles bajadas de nivel que puedan producirse en cada

tanque. No será necesario controlar los posibles aumentos de nivel, puesto que en cada

tanque el líquido se hallará a ras del borde, que contará con un rebosadero para

desalojar el líquido clarificado en el caso de los sedimentadores D-1 y D-2 y, en el caso

del reactor R-1, el líquido rebosante irá a parar al propio sedimentador D-2.

Medidores de temperatura

Para medir la temperatura existen varios tipos de medidores, cada uno con

características concretas que definen sus aplicaciones. Entre ellos se encuentran los

termopares, los termistores, las termorresistencias y los pirómetros de radiación.


66

Un termopar es un circuito formado

por dos metales distintos que

produce un voltaje que es función de

la diferencia de temperatura entre

uno de los extremos denominado

"punto caliente" y el otro

denominado "punto frío", lo que se

conoce como efecto Seebeck (figura

4.17).

Estos instrumentos de medida se

caracterizan por su bajo coste, una

rápida respuesta, por su linealidad y versatilidad y por su amplio rango de

temperaturas. Otra ventaja de los termopares es su capacidad de entrar en contacto

directo con el material a medir. Puesto que usan lecturas de voltaje, el único

requisito para oponer en contacto un termopar con el material medido es asegurarse

de que el termopar esté bien aterrizado.

Sin embargo, los termopares son susceptibles a la corrosión química, por lo que será

necesario usar vainas protectoras de acero inoxidable, lo cual provoca en el

instrumento una disminución de su precisión. Por este motivo, la calibración de los

termopares puede resultar complicada.

Los termopares se dividen en varios tipos en función de la composición metálica de

sus hilos conductores, los cuales definen su rango de temperaturas, su sensibilidad

y su atmósfera de aplicación.

Por su parte, una termorresistencia se compone de

elementos sensitivos basados en conductores

metálicos que cambian su resistencia eléctrica en

función de su temperatura. Este cambio de resistencia

se mide con un circuito eléctrico, el cual consiste en

un elemento sensitivo, una fuente de tensión auxiliar

y un instrumento de medida, como queda

gráficamente explicado en la figura 4.18.

Las termorresistencias presentas las siguientes ventajas:

- Rangos de alta temperatura

- Respuesta rápida

- Resistencia a la vibración

- Alta inmunidad a interferencias eléctricas

- Estabilidad a largo plazo y diseño robusto

- Alta precisión

Figura 4.18. Esquema de funcionamiento de una

termorresistencia

Figura 4.17. Efecto Seebeck


67

Como desventajas, cabe decir que son frágiles y presentan errores por

autocalentamiento. Además, como ocurre con los termopares, necesitan una vaina

de protección ante la corrosión química. En cuanto a su coste, son más caros que los

termopares.

Un termistor es un sensor de temperatura

generalmente compuesto de un material

semiconductor sinterizado, que presenta un gran

cambio en la resistencia proporcional a un pequeño

cambio en la temperatura (figura 4.19). Los termistores

generalmente tienen coeficientes de temperatura

negativa (NTC), lo que significa que la resistencia del

termistor disminuye a medida que aumenta la

temperatura. También existen termistores con

coeficientes de temperatura positiva (PTC),

aumentando la resistencia del termistor al aumentar la

temperatura.

Sus principales características son:

- Su rango de temperaturas esta entre -50ºC y 150ºC, aunque las unidades

encapsuladas pueden alcanzar hasta los 300ºC.

- Tienen un tamaño reducido que hacen que la repuesta a los cambios de

temperatura sea rápida (tienen mayor sensibilidad a los cambios de

temperatura que otros instrumentos).

- Gracias a su versatilidad, es posible cambiar un termistor por otro en un

sistema, sin necesidad de volver a calibrar el aparato de medida.

- Bajo span

- Velocidad de respuesta muy alta

- Mayor precisión y sensibilidad que termopares y termorresistencias

Como desventajas, los termistores sufren autocalentamiento, son frágiles, no son

lineales y presentan una falta de estabilidad en el tiempo. Además, su coste con

respecto a los termopares es alto.

El último instrumento de medición de temperatura que falta es el pirómetro de

radiación, el cual mide la temperatura sin necesidad de estar en contacto con el

medio y se usan cuando el medio del que queremos medir su temperatura es muy

agresivo o el rango de temperaturas es excesivo. Son los medidores de temperatura

más caros.

Como el proceso no emplea sustancias excesivamente agresivas y las temperaturas

serán bajas, descartamos el uso de pirómetros de radiación. Por otro lado, el proceso

no experimentará cambios bruscos de temperatura, la cual se mantendrá cercana a la

Figura 4.19. Esquema de funcionamiento de un

termistor


68

temperatura ambiente, por lo que el criterio en el que debe basarse la elección del

medidor será el coste. Por consiguiente, los medidores utilizados tanto en los

sedimentadores y en el reactor, así como en las corrientes gaseosas L-3 y L-10, serán

termopares.

Analizadores de composición

Actualmente existen equipos sofisticados capaces de medir la composición de gases,

ya sea en mezcla de gases o en disolución.

Los analizadores in situ de gases de combustión se usan para el cálculo continuo de

valores de concentración de uno o varios gases en una mezcla de gases. La medición

física en la corriente del gas tiene lugar en la misma tubería del gas de proceso. Los

analizadores con medición in situ deben tener en cuenta las posibles condiciones

cambiantes del proceso y ser capaces de procesarlas automáticamente. Estos

equipos suelen ser robustos, ya que sus sensores entran en contacto directo con el

gas y tienen un mantenimiento sencillo. Para medir gases sin que exista contacto con

la corriente gaseosa, se recurre a equipos con medición in situ con láser de diodos,

los cuales son más caros pero pueden reconocer y medir una mayor variedad de

gases y tienen menores problemas de instalación.

En cuanto a analizadores in situ de CO2 disuelto, no tienen un uso tan extendido y

son caros, por lo que se optará por un sistema de muestreo discontinuo, recogiendo

muestras del interior de los equipos y a la salida de los mismos para ser analizadas

posteriormente.

Muchos analizadores llevan incorporado un termómetro, por lo que seleccionando

este tipo de analizador, será posible el ahorro del termopar correspondiente.

Caudalímetros

En el proceso serán necesarios dos tipos de caudalímetros: uno deberá poder medir

caudales líquidos con sólidos en suspensión y el otro medirá gases de combustión.

Como excepción, en la línea L-1 se podría instalar un caudalímetro para agua limpia,

sin embargo, para hacer más dinámica la instalación, se aconseja también la

instalación de un caudalímetro capaz de operar con sólidos en suspensión por si en

algún momento se decidiese introducir la alimentación previamente mezclada.

A continuación, se describen los tipos de caudalímetros capaces de operar con

partículas sólidas en suspensión:


69

Caudalímetros electromagnéticos

Los caudalímetros Electromagnéticos (Figura

4.20) se pueden utilizar para medir el

volumen o el caudal volumétrico de Líquidos.

Las principales propiedades de éstos se deben

al hecho de ser no intrusivos, es decir, no

tienen ninguna pieza, ni fija ni móvil, dentro

del conducto que restrinja el paso del líquido.

Esta característica presenta varias ventajas.

- Facilidad de limpieza. Este aspecto es muy importante en la industria

alimentaria.

- Posibilidad de medir líquidos con sólidos en suspensión.

- Amplio intervalo de medición con precisión.

- Baja pérdida de carga.

- No le afectan los golpes de ariete de las instalaciones.

- Menores costes de mantenimiento mecánico.

Su principal inconveniente radica en que no pueden medir líquidos no

conductivos (conductividad eléctrica menor de 50 µS/cm) y con viscosidades

relativamente elevadas (mayor a 70 cP).

Caudalímetros ultrasónicos

Los caudalímetros ultrasónicos

emplean el desplazamiento de

frecuencia (efecto Doppler) de

una señal ultrasónica cuando se

refleja por partículas o burbujas

de gas suspendidas, también

llamadas discontinuidades, en

movimiento. Esta técnica de

medición utiliza el fenómeno

físico de una onda sonora que

cambia de frecuencia cuando se refleja por discontinuidades en movimiento

en un líquido que fluye. El sonido ultrasónico es transmitido a un tubo con

líquidos que fluyen, y las discontinuidades reflejan la onda ultrasónica con

una frecuencia ligeramente diferente que es directamente proporcional a la

velocidad del flujo del líquido (figura 4.21). La tecnología actual requiere que

el líquido contenga partículas o burbujas suspendidas en al menos 100 ppm.

Figura 4.20. Esquema de funcionamiento de un

caudalímetro

electromagnético

Figura 4.21. Esquema de caudalímetro ultrasónico


70

Como ventajas principales de los caudalímetros ultrasónicos, se destacan:

- Capacidad de trabajar con fluidos muy corrosivos y abrasivos, por medir sin contacto directo.

- No experimentan pérdidas de carga. - Esperanza de vida útil muy alta. - Posibilidad de instalación a posteriori. - El principio de medición es independiente de las propiedades físicas del

fluido, si éste es homogéneo.

En cuanto a los inconvenientes:

- Los resultados de la medición son altamente dependientes del perfil de

velocidades del flujo.

- Grado de exactitud intermedio bajo. Su exactitud es dependiente de las propiedades de propagación de las ondas sonoras en el fluido y del cumplimiento de las características de régimen laminar

- Las deposiciones en la tubería o en el sensor provocan errores de medición

En vista de los inconvenientes de los caudalímetros ultrasónicos y teniendo en

cuenta que las corrientes del proceso superarán los valores de conductividad

mínimos y no son excesivamente viscosas, queda decidido que un caudalímetro

electromagnético será la solución para las líneas L-1, L-5, L-6, L-11 y L-12.

Para la medición de caudales de gases, los más usados son los medidores de presión

diferencial, cuyas ventajas se detallan a continuación:

- Sencillos y muy económicos

- Apto para todos los fluidos

- Sin limitación en cuanto a caudal o tamaño de la instalación

- Dentro de los más económicos, son los más precisos

- Repetitividad alta

Las desventajas son una pérdida de carga considerable y elevado mantenimiento.

Siendo el proceso de pequeña escala y experimental, las pérdidas de carga en la

medición de caudal y el mantenimiento no supondrán un gran inconveniente con

respecto a las ventajas ofrecidas. Dicho esto, será un caudalímetro de presión

diferencial el que se instalará en las líneas L-3 y L-10.


71

Medidores de nivel

Como se mencionó en la introducción,

estos medidores no necesitarán

registrar los datos, sólo alertar de

posibles bajadas de nivel. No será

necesaria, pues, una precisión alta de

estos instrumentos, por lo que el criterio

que prevalecerá para elegir los

detectores de disminución de nivel

adecuados será el coste.

Los medidores de nivel tipo flotador son muy económicos y de fácil mantenimiento.

Como se muestra en la figura 4.22, el instrumento, de carácter electromagnético,

consiste en un flotador colocado sobre la superficie del líquido, el cual estará

conectado a un imán que detectará el movimiento del flotador emitiendo una señal.

También existen flotadores de carácter eléctrico, los cuales están conectados a un

interruptor que se cierra con el movimiento del flotador, emitiendo así una señal

eléctrica.

Recipientes para muestreo de líquidos

El análisis y control de la composición química de la suspensión de partículas sólidas

y disueltas en cada fase del proceso es imprescindible para el correcto estudio de

cada experimento. Se deberán tomar muestras de forma constante y continuada en

el interior de cada tanque (a distintos niveles) y en sus entradas y salidas y, además,

recoger adecuadamente el momento y el punto de recogida de cada una de las

muestras.

Para cada caso se usarán recipientes adecuados. Para

la entrada de agua limpia, la toma de muestra se

situará al comienzo de la línea y para los fangos y

clarificados, al final de línea. Para la toma de muestras

con de líquidos con sustancias inorgánicas se

recomienda el uso de recipientes de plástico (figura

4.23) que podrán ser de polietileno, policarbonato o

teflón, si se requiere.

Para la toma de muestras en el interior de los

sedimentadores y del reactor, se dispondrá de unos

recipientes, también de plástico, que contarán con un sencillo sistema de cierre y un

lastre para que se sumerja a la profundidad deseada. El objetivo es tomar la muestra

exacta a la profundidad requerida.

Figura 4.23. Recipientes de plástico para muestreo de

líquidos

Figura 4.22. Medidor de nivel (flotador)


72

Este sistema puede ser un recipiente con un tapón unido a una cuerda. Cuando el

recipiente se halle a la profundidad deseada, se tira de la cuerda y el tapón se abre,

hasta que se rellene su capacidad. Se vuelve entonces a cerrar el tapón y recogemos

la muestra.

Otro sistema algo más sofisticado, puede ser un tubo abierto por ambos extremos y

que mediante un sistema mecánico o eléctrico cierra sus dos bases cuando se

alcanza el agua de profundidad deseada, tal y como se muestra en la figura 4.24.

Figura 4.24. Instrumento de toma de muestras líquidas de doble entrada

4.3. Seguimiento de muestras

Debido al carácter experimental del proceso, el muestreo y los resultados que

arrojen serán el objetivo principal. Por tanto, es esencial tomar todas las medidas

necesarias en cada momento de cada experimento. Para ello, como se ha explicado en

el apartado 4.1.4.d, se dispondrá de cierto número de medidores de temperatura y

caudal, así como de analizadores de composición de gases de combustión, tanto en las

corrientes gaseosas que alimentan al proceso como disueltos en fase líquida.

Los datos recogidos por cada uno de los instrumentos de medición deberán estar

conectados a un sistema que registre cada variable de forma continua, para un correcto

estudio posterior.

Para la toma de muestras se elaborará un régimen de muestreo previamente a cada

experimento, que establecerá los puntos de muestreo, su enumeración y, en el caso de

los sedimentadores y el reactor, la profundidad de muestreo; además, de la frecuencia

de muestreo de cada punto; el volumen muestreado; y un espacio para posibles

incidencias. Este régimen de muestreo será explicado con mayor detalle en el apartado

7-Manual de operación.


73

4.4. Resumen de características de equipos e instrumentos

Finalmente, una vez caracterizados la planta piloto y cada uno de los elementos que

la compondrán, se facilita en la tabla 4.2 un resumen de las características de los equipos

e instrumentos que serán usados, así como una primera aproximación del rango de

operación para cada uno de los casos.

Tabla 4.2. Resumen de equipos e instrumentos recomendados para la planta piloto

EQUIPOS/ INSTRUMENTACIÓN

CARACTERÍSTICAS RANGOS DE OPERACIÓN

Cinta elevadora con cangilones

Altura > 2,5 m Caudal de sólido:100 – 1.000 kg/h

Tolva con dosificador

Almacenamiento residuos sólidos ricos en calcio

Cap. Mínima: 4.000 kg de res. Seco

Sedimentadores Material: PRFV Capacidad: 1,5 - 2 m3

Columna de borboteo

Material: PRFV Suplemento de altura opcional

Capacidad: 50 - 200 L

Spargers Tipo anular o tipo araña Caudal: necesario cálculos

Tuberías Partículas en suspensión líquida Gases de combustión PVC

Caudal: 0,5 - 3 m3/h

Bombas centrífugas Partículas en suspensión líquida Caudal: 0,5 - 3 m3/h

Compresores centrífugos

Gases de combustión Caudal: necesario cálculos

Válvulas

Part. en susp. o fangos / gases Todo o nada: Mariposa Regulables: Manguito flexible V-2: Distribuidora 3/2 V-11: Antirretorno

Caudal: - Líquido/sólido: 0,5 - 3

m3/h - Gases: necesario cálculos

Medidores de temperatura

Termopares Rango de Tª: 10 - 80ºC Tª de operación: 25ºC

Analizadores de composición

CO2 disuelto Gases de combustión

Caudalímetros

Part en susp.: Electromagnético Gases: Presión diferencial

Caudal: - Líquido/sólido: 0,5 - 3

m3/h - Gases: necesario cálculos

Medidores de nivel Flotador

Recipientes de muestreo

Polietileno/policarbonato/teflón Sistema de cierre a profundidad

Capacidad: 0,5 - 2 L

CAPÍTULO 4: Memoria descriptiva - Universidad de...

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