Torre de pulverización

Una torre de pulverización (o columna de pulverización o cámara de pulverización ) es un contactor gas-líquido que se utiliza para lograr la transferencia de masa y calor entre una fase gaseosa continua (que puede contener partículas sólidas dispersas) y una fase líquida dispersa . Consta de un recipiente cilíndrico vacío de acero o plástico y boquillas que pulverizan el líquido en su interior. El flujo de gas de entrada generalmente ingresa por la parte inferior de la torre y se mueve hacia arriba, mientras que el líquido se pulveriza hacia abajo desde uno o más niveles. Este flujo de gas y líquido en direcciones opuestas se denomina flujo a contracorriente .

Este tipo de tecnología puede utilizarse, por ejemplo, como depurador húmedo para el control de la contaminación atmosférica . El flujo a contracorriente expone el gas de salida con la menor concentración de contaminantes al líquido de depuración más fresco. Se colocan numerosas boquillas a lo largo de la torre a diferentes alturas para rociar todo el gas a medida que asciende. El objetivo de utilizar tantas boquillas es maximizar el número de microgotas que impactan en las partículas contaminantes y proporcionar una gran superficie para la absorción del gas.

En teoría, cuanto más pequeñas sean las gotas formadas, mayor será la eficiencia de recolección lograda tanto para contaminantes gaseosos como particulados . Sin embargo, las gotas líquidas deben ser lo suficientemente grandes como para no ser arrastradas fuera del depurador por la corriente de gas de salida depurado. Por lo tanto, las torres de pulverización utilizan boquillas que producen gotas que generalmente tienen  un diámetro de 500 a 1000 μm. Aunque pequeñas en tamaño, estas gotas son grandes en comparación con las que se crean en los depuradores Venturi , que tienen  un tamaño de 10 a 50 μm. La velocidad del gas se mantiene baja, de 0,3 a 1,2  m/s (1 a 4  ft/s), para evitar que el exceso de gotas sea arrastrado fuera de la torre.

Para mantener bajas velocidades del gas, las torres de pulverización deben ser más grandes que otros depuradores que manejan caudales de gas similares. Otro problema que se presenta en las torres de pulverización es que, tras caer una corta distancia, las gotas tienden a aglomerarse o a chocar contra las paredes de la torre. En consecuencia, se reduce la superficie total de contacto del líquido, disminuyendo así la eficiencia de recolección del depurador.

Además de la configuración de flujo a contracorriente, el flujo en las torres de pulverización puede ser en paralelo o en diagonal .

En las torres de pulverización de flujo concurrente , el gas y el líquido de entrada fluyen en la misma dirección. Debido a que la corriente de gas no ejerce presión sobre los chorros de líquido, las velocidades del gas a través de los recipientes son mayores que en las torres de pulverización de flujo contracorriente. Por consiguiente, las torres de pulverización de flujo concurrente son más pequeñas que las de flujo contracorriente para el mismo volumen de flujo de escape. En las torres de pulverización de flujo transversal, también llamadas depuradores de pulverización horizontal, el gas y el líquido fluyen en direcciones perpendiculares entre sí.

En este recipiente, el gas fluye horizontalmente a través de varias secciones de pulverización. La cantidad y la calidad del líquido pulverizado en cada sección pueden variar, generalmente utilizando el líquido más limpio (si se usa líquido reciclado) en la última serie de pulverizaciones.

Las torres de pulverización son depuradores de bajo consumo energético . La potencia de contacto es mucho menor que en los depuradores Venturi , y las caídas de presión en estos sistemas suelen ser inferiores a 2,5 cm (0,98 pulg.) de columna de agua. La eficiencia de recolección de partículas pequeñas es, por consiguiente, menor que en dispositivos que consumen más energía. Son adecuadas para la recolección de partículas gruesas de más de 10-25 μm de diámetro, aunque con presiones de entrada de líquido mayores, se pueden recolectar partículas de hasta 2,0 μm de diámetro.    

Se pueden formar gotas más pequeñas mediante presiones de líquido más altas en la boquilla. La máxima eficiencia de recolección se logra cuando se producen gotas pequeñas y la diferencia entre la velocidad de la gota y la de las partículas ascendentes es elevada. Sin embargo, las gotas pequeñas tienen velocidades de sedimentación bajas , por lo que existe un rango óptimo de tamaños de gota para los depuradores que funcionan con este mecanismo.

Este rango de tamaños de gotas está entre 500 y 1000  μm para torres de pulverización por gravedad (contracorriente). ^{[ 1 ]} La inyección de agua a presiones muy altas – 2070–3100 kPa (300–450 psi) – crea una niebla de gotas muy finas. Se pueden lograr mayores eficiencias de recolección de partículas en estos casos, ya que ocurren mecanismos de recolección distintos al impacto inercial . ^{[ 2 ]} Sin embargo, estas boquillas de pulverización pueden consumir más energía para formar gotas que un venturi que opere con la misma eficiencia de recolección.  

Las torres de pulverización pueden utilizarse para la absorción de gases , pero no son tan eficaces como las torres de relleno o de placas . Pueden ser muy eficaces para eliminar contaminantes si estos son altamente solubles o si se añade un reactivo químico al líquido.

Por ejemplo, las torres de pulverización se utilizan para eliminar el gas HCl de los gases de escape en la fabricación de ácido clorhídrico . En la producción de superfosfato , utilizado en la fabricación de fertilizantes , se liberan gases SiF₄ _y HF en diversos puntos del proceso. Las torres de pulverización se han utilizado para eliminar estos compuestos altamente solubles. Asimismo, se emplean para eliminar olores en las industrias de fabricación de harina de huesos y sebo, mediante el lavado de los gases de escape con una solución de _KMnO₄ .

Debido a su capacidad para manejar grandes volúmenes de gas en atmósferas corrosivas, las torres de pulverización también se utilizan en varios sistemas de desulfuración de gases de combustión como primera o segunda etapa en el proceso de eliminación de contaminantes .

En una torre de pulverización, la absorción puede incrementarse disminuyendo el tamaño de las gotas de líquido o aumentando la relación líquido-gas (L/G). Sin embargo, para lograr cualquiera de estas opciones, se requiere un aumento tanto en el consumo de energía como en los costos operativos . Además, el tamaño físico de la torre de pulverización limitará la cantidad de líquido y el tamaño de las gotas que se pueden utilizar.

La principal ventaja de las torres de pulverización sobre otros depuradores reside en su diseño completamente abierto; carecen de componentes internos, salvo las boquillas de pulverización . Esta característica elimina muchos de los problemas de acumulación de incrustaciones y obstrucciones propios de otros depuradores. Los principales problemas de mantenimiento son la obstrucción o erosión de las boquillas de pulverización, especialmente al utilizar líquido de depuración reciclado. Para mitigar estos problemas, se emplea un sistema de sedimentación o filtración que elimina las partículas abrasivas del líquido de depuración reciclado antes de bombearlo de nuevo a las boquillas.

Las torres de pulverización son dispositivos de control económicos que se utilizan principalmente para el acondicionamiento de gases (enfriamiento o humidificación) o para la eliminación de partículas o gases en la primera etapa. También se emplean en muchos sistemas de desulfuración de gases de combustión para reducir la obstrucción y la acumulación de incrustaciones causadas por contaminantes.

Muchos sistemas de depuración utilizan pulverizadores, ya sea antes o en la parte inferior del depurador primario, para eliminar las partículas grandes que podrían obstruirlo.

Las torres de pulverización se han utilizado eficazmente para eliminar partículas grandes y gases altamente solubles. La caída de presión a través de las torres es muy baja, generalmente inferior a 2,5 cm (0,98 pulgadas) de columna de agua; por lo tanto, los costos operativos de los depuradores son relativamente bajos. Sin embargo, los costos de bombeo de líquido pueden ser muy elevados.  

Las torres de pulverización se construyen en varios tamaños: pequeñas para manejar caudales de gas de 0,05 ^m³  / s (106 ft³ / ^min ) o menos, y grandes para manejar caudales de escape de 50 m³ ^/ s (106 000 m³ ^/ min) o más. Debido a la baja velocidad del gas requerida, las unidades que manejan caudales de gas elevados tienden a ser de gran tamaño. Las características operativas de las torres de pulverización se presentan en la siguiente tabla. ^{[ 3 ]} 

• Gilbert, JW 1977. Depuración de humos mediante venturi de chorro. En PN Cheremisinoff y RA Young (Eds.), Manual de diseño y control de la contaminación atmosférica. Parte 2. Nueva York: Marcel Dekker.
• McIlvaine Company. 1974. Manual de la fregadora húmeda. Northbrook, IL: McIlvaine Company.
• Richards, JR 1995. Control de emisiones de partículas (Curso APTI 413). Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.
• Richards, JR 1995. Control de emisiones gaseosas. (Curso APTI 415). Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.