La teoría y aplicación de los limpiadores acústicos.

Alguna vez se pensó que los sopladores de hollín sónicos y los limpiadores acústicos eran una última alternativa a los difíciles problemas de acumulación de cenizas. Sin embargo, la tecnología ha demostrado ser eficaz a lo largo de años de servicio en múltiples aplicaciones, y el equipo ahora se considera una técnica de limpieza de primera elección que ahorra dinero, mejora la eficiencia y reduce el daño a componentes críticos.

¿Sabía que existe un dispositivo de sonido sónico simple que puede eliminar cuellos de botella en el proceso, optimizar el rendimiento, maximizar la producción y mejorar la eficiencia térmica? No es una teoría, es una técnica comprobada que se utiliza todos los días en una variedad de plantas de generación de energía y procesamiento en seco en más de 70 países en todo el mundo.

Esta innovadora tecnología se utiliza en limpiadores acústicos y sopladores de hollín sónicos. Unos pocos segundos de “sondeo” a intervalos periódicos es todo lo que se requiere para mejorar la conductividad térmica en calderas, economizadores, calentadores de aire y más; evitar la acumulación de material dentro de silos, ventiladores, filtros, ciclones, precipitadores electrostáticos (ESP) y sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR); maximizar el flujo de material en silos, tolvas y conductos; eliminar paradas no programadas de planta en ventiladores y filtros; y reducir los picos de opacidad de los ESP y filtros. Los limpiadores acústicos se emplean dondequiera que se procesen, generen, almacenen o transporten cenizas, polvos o materiales granulares.

Entonces, ¿qué son exactamente las ondas sonoras creadas por los limpiadores acústicos y cómo funcionan? El sonido puede describirse mejor como el paso de fluctuaciones de presión a través de un medio mediante una fuente vibratoria. Son estas fluctuaciones de presión y los ciclos de “compresión” y “rarefacción” resultantes los que utilizan los limpiadores acústicos para mover los polvos rompiendo los enlaces de las partículas.

En realidad, el oído no percibe el sonido. Es un mecanismo sensible a la presión que detecta fluctuaciones de presión muy rápidas, y son estas fluctuaciones de presión muy rápidas las que hacen que el material seco se desprenda tanto de las partículas adyacentes como de las estructuras.

En el caso de un limpiador acústico, el generador de ondas crea el tono "base", y la variedad de secciones de campana lo amplifica y lo convierte en una frecuencia fundamental particular. Dentro de la gama Primasonics, hay seis frecuencias seleccionadas que van desde 60 Hz hasta 420 Hz. Todo lo que se necesita para “alimentar” el diafragma de titanio dentro del generador de olas es aire comprimido normal de planta a una presión de 5 a 6 bar.

Entonces, ¿qué hacen realmente estas ondas sonoras de alta energía y baja frecuencia? Producen fluctuaciones de presión muy rápidas (hasta 840 veces por segundo), que rompen los enlaces de cohesión entre una partícula y otra, y entre cada partícula y la estructura a la que están adheridas. Una vez que se han roto estos enlaces, las partículas, como el polvo de cemento o las cenizas volantes, se eliminan por gravedad o mediante la corriente de gas.

Otra pregunta común es: ¿Un limpiador acústico causará algún daño a la estructura? La respuesta es no. El generador de ondas y la forma de campana exponencial de un limpiador acústico Primasonics se han calculado con mucho cuidado para garantizar que la unidad tenga una impedancia acústica muy alta. Así como un acoplamiento eléctrico entre componentes sólo es eficiente si la impedancia es similar, lo mismo ocurre con la acústica.

Primasonics, en colaboración con la unidad de Investigación Acústica de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, ha realizado muchas pruebas de laboratorio e in situ para garantizar que no se produzca acoplamiento entre el limpiador acústico y las estructuras. La Figura 1 muestra el nivel de presión sonora (mostrados como los dos picos grandes en la línea azul oscuro) causado por un limpiador acústico PAS75 y los niveles de vibración de la estructura (mostrados por la línea naranja). Se puede observar que no hay un aumento correspondiente en la vibración en la frecuencia fundamental de la bocina de 75 Hz o en frecuencias armónicas. Esta prueba en particular se llevó a cabo en un gran silo de harina de acero donde un acelerómetro midió la vibración en la pared del silo.

1. Este gráfico muestra el nivel de presión sonora provocado por un limpiador acústico PAS75 (línea azul oscura) y los niveles de vibración de la estructura (línea naranja). No hay un aumento correspondiente en la vibración de la estructura a la frecuencia fundamental de la bocina de 75 Hz o a las frecuencias armónicas, lo que significa que no hay temor a dañar la estructura. Cortesía: Primasonics

Los limpiadores acústicos se han convertido en la primera opción para evitar la acumulación de cenizas en todas las secciones de la planta de generación de energía, incluidas calderas, sobrecalentadores, economizadores (Figura 2) y calentadores de aire. Las principales ventajas que tienen los sopladores de hollín sónicos sobre los sopladores de vapor son:

2. Los limpiadores acústicos se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones. Esta imagen muestra un limpiador instalado en un economizador de una planta de energía. Cortesía: Primasonics

■ Precio/Costos de Operación y Mantenimiento. El soplador de hollín sónico es más económico de comprar e instalar. Es considerablemente más económico de operar y prácticamente no tiene costos de mantenimiento. ■ Daño físico/corrosión y erosión. Los sopladores de hollín sónicos no causarán ningún daño físico ni desgaste a los haces de tubos ni a las estructuras de las calderas. Operan a frecuencias mucho más altas que la frecuencia de resonancia del acero, los revestimientos cerámicos y el concreto y, por lo tanto, se garantiza que no causarán ningún daño por vibración a los recipientes, estructuras o haces de tubos. Además, como no utilizan vapor ni agua a alta presión, no causan problemas de corrosión o erosión y son ecológicos. ■ Eficiencia de limpieza. Debido a que los sopladores de hollín sónicos utilizan potentes ondas sonoras (ondas que viajan a una velocidad de 344 metros por segundo y en un radio de 360 ​​grados), se puede alcanzar fácilmente toda la circunferencia de los tubos y la estructura interna, en lugar de solo el borde delantero del tubos como con un soplador de hollín a vapor. Todo lo que se necesita para lograr estos efectos es un sondeo sónico periódico, normalmente de 5 a 10 segundos cada 6 a 12 minutos.

Los bloques catalizadores en forma de panal en los sistemas SCR a menudo están cegados y bloqueados debido a la acumulación de partículas sólidas. Se utilizan limpiadores acústicos para garantizar que las partículas se exciten y puedan transportarse con la corriente de gas a un sistema de filtración o ESP adecuado. Una capa de catalizador parcialmente bloqueada puede interrumpir el flujo, forzando a todos los gases a través de una pequeña cantidad de bloques de catalizador, lo que reduce la efectividad de la unidad. Los limpiadores acústicos ahora son reconocidos como el medio más eficiente y rentable para garantizar que una unidad SCR funcione continuamente con su máxima eficiencia.

Los limpiadores acústicos y los sopladores de hollín sónicos se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones de centrales eléctricas.

Silos y Tolvas.Los tres problemas principales que ocurren en silos y tolvas son los puentes, la formación de ratas y la contaminación cruzada.

Los puentes se producen cuando el diseño de la sección de la tolva tiene un ángulo de reposo insuficiente, paredes laterales con propiedades de fricción excesivas o una salida de tamaño insuficiente para el material contenido. En consecuencia, estos problemas pueden volverse graves si un silo se utiliza para materiales diferentes a los que fue diseñado, ya sea a través de cambios en el proceso o en el diseño de la planta a lo largo del tiempo.

Para combatir los puentes, se monta un limpiador acústico justo encima de la salida. Cuando suena, las partículas individuales y los grupos de partículas se mueven a diferentes velocidades, por lo que los puentes colapsan y se restablece el flujo de material. Una vez que el limpiador acústico haya dejado de sonar, empezarán a formarse nuevos puentes y arcos. Para contrarrestar esto, el sondeo se puede controlar de dos maneras: simplemente mediante un temporizador, generalmente configurado durante unos segundos cada pocos minutos, o automáticamente mediante un sensor de flujo aguas abajo de la salida o activado por celdas de carga.

Ratholing, o flujo en embudo, ocurre cuando se utiliza un ángulo de reposo insuficiente en el silo para el material contenido. Esto suele ocurrir con materiales que presentan propiedades de entrelazado mecánico o que se adhieren muy rápidamente sin compactación, por ejemplo, debido al calor o mediante la evaporación de disolventes. Para combatir el ratholing, se colocan limpiadores acústicos con una longitud de onda larga en la parte superior del silo, generalmente a través de una boca de acceso o trampilla de inspección existente.

Considerando que un silo lleno y propenso a tener agujeros se vacía lentamente, es fácil imaginar que el núcleo central del material desciende un poco mientras que un anillo exterior cerca de las paredes laterales permanece a la misma altura. Sin limpieza acústica, este proceso continuaría hasta que finalmente el núcleo central se descargue y el anillo exterior quede adherido a las paredes laterales. En este caso, se debe tomar la decisión de retirar el silo de las líneas de proceso activas para que se pueda realizar la limpieza fuera de línea o volver a llenar el silo y correr el riesgo de tener un menor control tanto sobre la cantidad como sobre la calidad del producto, ya que el material adherido más antiguo se mezclará con el entrando nuevo material.

Al utilizar limpiadores acústicos, una vez que suenan, las uniones que sujetan el anillo exterior colapsarán y esto formará una superficie plana a lo largo de la parte superior del material en el silo. Este patrón se repite a medida que el silo se vacía, incluso si el silo se vuelve a llenar antes de que se haya producido la descarga completa. Esto ahora permite un patrón de flujo másico de primero en entrar, primero en salir.

En el ejemplo de una tolva de preenvasado o de pesaje, a veces no se descarga todo el material antes de que el siguiente lote entre en la tolva. Esto puede provocar contaminación cruzada del producto, lo que puede provocar problemas de control de calidad. Las razones por las que el material no se descarga de las tolvas son similares a las ya mencionadas, pero en tolvas de preenvasado, tolvas de pesaje o recipientes similares llenos por lotes, se produce un problema adicional cuando el material golpea o entra en contacto con paredes laterales más frías y humedad. precipita del material a granel sobre la pared lateral. Esta humedad forma un menisco entre la pared lateral y las partículas, que mantiene el polvo en su lugar, de modo que incluso después de la descarga, queda una fina capa de polvo. En este caso, si el limpiador acústico se activa cuando se vacía el contenedor, las fuerzas alternas de compresión y rarefacción rompen la tensión superficial de la humedad y permiten que el material fluya, dejando el recipiente completamente vacío.

Ventiladores de tiro inducido (ID). Los limpiadores acústicos se utilizan para limpiar ventiladores en una variedad de industrias. Las ventajas incluyen:

Se pueden utilizar limpiadores acústicos para evitar la acumulación en los ventiladores ID (Figura 3). Los limpiadores acústicos funcionan de forma intermitente y se controlan mediante un simple temporizador o se conectan a sensores de vibración como parte de un sistema de mantenimiento preventivo monitoreado. Se pueden lograr ahorros importantes eliminando las paradas no planificadas causadas por el desequilibrio del ventilador.

3. Esta imagen muestra un limpiador acústico instalado en un ventilador de tiro inducido. Cortesía: Primasonics

Filtros de mangas. Se utilizan limpiadores acústicos en unidades de aire inverso, chorro pulsado y agitador. Los limpiadores acústicos son eficaces para reducir la caída de presión en la superficie de recolección, aumentar la vida útil de la bolsa y evitar la obstrucción de la tolva. Pueden ser muy beneficiosos para la vida útil de la bolsa filtrante y dar lugar a una reducción significativa en el uso de aire comprimido. Los limpiadores acústicos generalmente se montan en la sección de la tolva debajo de las bolsas de filtro, donde también pueden ayudar a limpiar las estructuras y mantener las secciones de la tolva libres de acumulación (Figura 4).

4. Esta imagen muestra un limpiador acústico instalado en un filtro de tela. Cortesía: Primasonics

Gracias a la acción de limpieza sónica de los limpiadores acústicos, las bolsas no sufren los mismos golpes y deterioro del tejido causado por el pulso inverso y pueden durar hasta un 80% más que las bolsas sujetas al pulso inverso. La limpieza acústica brinda la capacidad de apagar o reducir la frecuencia del pulso inverso y ayuda a ahorrar aire comprimido, ya que se gastan volúmenes importantes dentro de los sistemas de filtrado. Los limpiadores acústicos ayudan a mantener los filtros limpios y eficientes, reduciendo la presión diferencial y evitando cualquier pico de partículas de salida.

ESP. Los limpiadores acústicos están demostrando ser invaluables en aplicaciones de BES (Figura 5), ​​brindando ventajas como una limpieza superior, eliminación de problemas de acumulación excesiva y mayor eficiencia del precipitador. Los limpiadores acústicos pueden proporcionar muchos beneficios para la limpieza eficaz de paletas giratorias, placas de distribución, placas colectoras y cables de electrodos. Se han empleado limpiadores acústicos para reemplazar o ayudar a los sistemas de golpeteo mecánico y proporcionar una limpieza superior a través del precipitador.

5. Esta imagen muestra un limpiador instalado en un precipitador electrostático. Cortesía: Primasonics

Además, evitan la acumulación de partículas en las tolvas inferiores, lo que puede provocar picos de opacidad. Otras ventajas incluyen la limpieza de paredes, techos y estructuras de acero sin estrés mecánico ni daños a la embarcación o al equipo; la eliminación de problemas de acumulación excesiva; mayor tiempo de actividad; y mayor eficiencia del precipitador.

Conductos.Los limpiadores acústicos han demostrado ser eficaces para eliminar la acumulación no deseada en los conductos, evitando así el cierre no programado de la planta para limpieza manual en algunas situaciones.

El Limpiador Acústico Macro Sonics (30 Hz) fue diseñado para la limpieza rápida de bodegas de barcos y también para la limpieza de calderas grandes donde solo hay un único punto de entrada. Su diseño también garantiza que las potentes ondas sonoras macrosónicas no causen ningún daño por vibración a las estructuras.

El sistema Prima Touch ofrece una forma de informar de forma remota sobre la eficiencia operativa de cualquier limpiador acústico midiendo dos características importantes del rendimiento de cada unidad. En primer lugar, mide la presión del aire comprimido y proporciona una salida de corriente continua (CC) de 24 voltios. En segundo lugar, utiliza un acelerómetro para medir los cambios de vibración en la placa posterior del generador de ondas, lo que indicaría un generador de ondas bloqueado o desgaste en el diafragma de titanio. Estos dos flujos de información se pueden transmitir a cualquiera de tres ubicaciones: un controlador lógico programable local, que también puede controlar el patrón de sonido; la sala de control de la planta o la pantalla del gerente; o el Servicio de Monitoreo de Primasonics, que informará rutinariamente sobre el monitoreo de cada limpiador acústico. El servicio de seguimiento se ofrece a los clientes como una opción complementaria.

Las ondas sonoras sónicas en forma de limpiadores acústicos alguna vez se consideraron más un arte que una ciencia. Sin embargo, debido en gran parte a los 20 años de investigación y desarrollo continuo de Primasonics vinculados a instalaciones en más de 70 países, y a través de las habilidades científicas y de ingeniería de la compañía, las plantas de procesamiento en seco, almacenamiento y generación de energía ahora pueden beneficiarse de tecnología probada mediante la instalación de sistemas acústicos. limpiadores y sopladores de hollín sónicos.

—Donald F. Camerones director general de Primasonics International Ltd.

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