Diseño, construccción y estudio de un filtro de parrillas magnetizables para la filtración de un aerosol de óxido de hierro

Abstract

[ES] El objetivo de esta tesis, detallado en su título, se ha planteado teniendo en cuenta que muchas de las partículas emitidas en los gases de la industria siderúrgica, fundamentalmente óxidos de hierro, tienen carácter paramagnético y ferromagnético, y se ha propuesto un sistema para la limpieza de estos gases que añada, a los mecanismos convencionales de la filtración de gases, un mecanismo adicional de tipo magnético. Para la resolución del problema planteado, se ha diseñado y construido una instalación experimental constituida por un generador de aerosol de óxido de hierro y un filtro magnético de parrillas, con una bobina electromagnética de 7000 W de potencia que proporciona el campo magnético necesario para atrapar las partículas de óxido de hierro. Se ha construido un generador de aerosol de partículas de óxido de hierro con un lecho fluidizado, formado por partículas gruesas de arena y finas de óxido de hierro, y se han estudiado y caracterizado los aerosoles generados, analizando la elutriación de las partículas de óxido de hierro. Así mismo, se han estudiado los procesos de atrición y aglomeración de las partículas, obteniendo dos correlaciones empíricas que representan estos fenómenos y que pueden ser utilizadas para el diseño de nuevos generadores de aerosoles. Se ha diseñado y construido una bobina electromagnética, refrigerada con agua, capaz de producir una inducción magnética en el aire de unas 0,5 Teslas. Se ha verificando, con datos experimentales, que los valores del campo magnético en cualquier punto de la bobina corresponden con los obtenidos por simulación y, por tanto, el modelo utilizado en la simulación puede ser utilizado para el diseño de nuevas bobinas de características similares. Se ha construido un prototipo de filtro magnético, con matriz de parrillas magnetizables, para la captura de partículas paramagnéticas y ferromagnéticas, y se han realizado experimentos de filtración. En las pruebas de filtración se han determinado las eficacias de filtración, estudiado tres variables fundamentales: el número de parrillas, el tamaño de las partículas de óxido de hierro que componen el aerosol y la intensidad del campo magnético aplicado. Se ha comprobado que la caída de presión en el filtro es muy baja y que la eficacia filtrante aumenta con el tamaño de las partículas, la fuerza magnética y el número de parrillas, lográndose eficacias cercanas al 100% para partículas de tamaño superior a 20 micrómetros y del 90% para partículas de diámetro superior a 7 micrómetros. Se ha desarrollado un modelo matemático para este proceso de filtración, teniendo en cuenta las diversas fuerzas y mecanismos que actúan sobre las partículas de óxido de hierro, obteniendo una expresión teórica de la eficacia de filtración que predice los valores experimentales y que puede ser empleada para el diseño de nuevos filtros magnéticos.