ES2229713T3 - Construccion de filtro resistente al paso de materiales hidrosolubles y procedimiento de filtracion. - Google Patents

Construccion de filtro resistente al paso de materiales hidrosolubles y procedimiento de filtracion.

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ES2229713T3 ES99925691T ES99925691T ES2229713T3 ES 2229713 T3 ES2229713 T3 ES 2229713T3 ES 99925691 T ES99925691 T ES 99925691T ES 99925691 T ES99925691 T ES 99925691T ES 2229713 T3 ES2229713 T3 ES 2229713T3
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Abstract

Un sistema de filtro para filtrar el aire de admisión en una turbina de gas, comprendiendo el sistema de filtro: a) un depurador de aire (20¿) de primera fase; y b) una disposición (60) de filtro de segunda fase situada corriente abajo respecto al depurador de aire de primera fase y separada del mismo por un espacio por el que fluye el aire, caracterizado porque la disposición de filtro de segunda fase, que incluye un medio hidrófobo (74) incluye una membrana microporosa que tiene una dimensión de poros suficientemente pequeña para inhibir el paso de la humedad y de la sal a su través.

Description

Construcción de filtro resistente al paso de materiales hidrosolubles y procedimiento de filtración.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a sistemas de filtro de aire. En ciertas aplicaciones se refiere a filtros de aire para uso en la corriente de admisión de aire de sistemas de turbina de gas. En aplicaciones específicas, se refiere a construcciones de filtro aplicadas a sistemas de turbina de gas realizadas para resistir al paso de la humedad y/o de la sal a su través. Se exponen también procedimientos de filtrado para conseguir tal efecto.
Objeto y antecedentes de la invención
Aunque la presente invención puede aplicarse en una diversidad de usos, ha sido desarrollada para ser utilizada con sistemas de filtro de turbina de gas. Son ya conocidos sistemas de filtro de aire, de una sola fase, autolimpiadores. Uno de tales sistemas, disponible en el mercado, es el Sistema de Filtro Limpiador por Pulsaciones Donaldson GDX (Marca Registrada), suministrado por Donaldson Company, Inc., Minneapolis, Minnesota, EE. UU. Presentamos en la fig. 1 una representación esquemática, en corte transversal, de un Sistema de Filtro Limpiador por Pulsaciones Donaldson GDX 20, (Marca Registrada).
Con referencia a la fig. 1, diremos que el sistema 20 incluye una cámara 21 dotada de un lado 22 de admisión de aire y de un lado 23 de salida del aire. El aire entra en la cámara 21 a través de una pluralidad de campanas 26 de admisión espaciadas verticalmente, situadas a lo largo del lado 22 de admisión del aire. Las campanas de admisión 26 funcionan en el sentido de proteger los filtros internos del sistema 20 de los efectos de la lluvia, de la nieve y del sol. Por ello, las campanas de admisión 26 están configuradas de manera que el aire que penetra en ellas es primeramente impulsado en dirección ascendente, indicada por la flecha 27, y a continuación desviado por las placas deflectoras 28 en dirección descendente, indicada por la flecha 29. El movimiento ascendente inicial del aire hace que alguna materia particulada y humedad de la corriente de aire se asiente o acumule sobre las zonas inferiores 30 de las campanas de admisión 26. El movimiento descendente subsiguiente del aire obliga al polvo que se encuentra dentro de la cámara 21 a desplazarse hacia abajo, en dirección a una tolva 32 situada en la parte inferior de la cámara 21.
La cámara 21 del sistema 20 está dividida en volúmenes 34 y 36 de entrada y de salida 34 y 36 por un tabique 38. El volumen de entrada 34 representa en general la "sección de aire sucio" del sistema 20 limpiador del aire, mientras que el volumen de salida representa en general la "sección de aire limpio" del sistema 20. El tabique 38 define una pluralidad de aberturas 40 que permiten que el aire fluya desde el volumen de entrada 34 hacia el volumen de salida 36. Cada abertura 40 está cubierta por un filtro 42 de aire o cartucho de filtro situada en el volumen de entrada 34 de la cámara. Los filtros 42 están dispuestos y configurados de manera que el aire que fluye desde el volumen de entrada 34 hasta el volumen de salida 36 atraviese los filtros 42 antes de pasar a través de las aberturas 40.
Por lo que se refiere a la disposición particular de filtro representada, cada filtro 42 de aire incluye un par de elementos filtrantes. Por ejemplo, cada filtro de aire 42 incluye un elemento cilíndrico 44 y un elemento en forma de cono, truncado en cierto grado 46. Cada elemento 46 en forma de cono truncado incluye un extremo que presenta un diámetro mayor y otro extremo que presenta un diámetro menor. El elemento cilíndrico 44 y el elemento 46 en forma de cono truncado, de cada filtro 42 se encuentran alineados coaxialmente y unidos extremo contra extremo, quedando el extremo de menor diámetro de cada elemento cónico 46 fijado a uno de los elementos cilíndricos 44 herméticamente. El extremo del diámetro mayor de cada elemento en forma de cono truncado 46 está fijado al tabique 38, de modo que queda formada una obturación hermética anular alrededor de su correspondiente abertura 40. Cada filtro 42 está alineado axialmente en general respecto a su correspondiente abertura 40 y tiene un eje geométrico longitudinal generalmente horizontal.
En general, durante el filtrado, el aire es dirigido desde el volumen superior 34 radialmente a través de los filtros de aire 42 al interior de los volúmenes 48 de los filtros 42. Después de haber sido filtrado, el aire fluye desde los volúmenes interiores 48 a través del tabique 38, por las aberturas 40, hasta el interior del volumen 36 de salida de aire limpio. El aire limpio es conducido a continuación desde el volumen de salida 36, por las aberturas 50 a la abertura de admisión, no representada, de la turbina de gas.
Cada abertura 40 del tabique 38 incluye un limpiador 52 de aire por chorro pulsado montado en el volumen de salida 36. Periódicamente, se acciona el limpiador 52 de aire por chorro pulsado para dirigir un chorro pulsado de aire hacia atrás, a través del filtro 42 de aire asociado, es decir, desde el volumen interior 48 del elemento filtrante hacia fuera, para sacudir o desalojar en otra forma el material en partículas atrapado dentro o sobre el medio filtrante del filtro de aire 42. Los limpiadores de aire 52 por chorro pulsado pueden accionarse secuencialmente desde la parte superior hasta la parte inferior de la cámara 21, para dirigir eventualmente la materia pulverulenta expulsada desde los filtros al interior de la tolva inferior 32, para su eliminación.
Las disposiciones tales como las representadas en la fig. 1 pueden ser bastante grandes. Los pares de filtros utilizados en tales disposiciones incluyen comúnmente filtros cilíndricos que miden aproximadamente 66 cm (26 pulgadas) de largo y aproximadamente 32,4 cm (12, 75 pulgadas) de diámetro, y los filtros en forma de cono truncado que miden aproximadamente 66 cm (26 pulgadas) de largo, aproximadamente 32,4 cm (12,75 pulgadas) de diámetro menor, y aproximadamente 44,5 cm (17,5 pulgadas) de diámetro mayor. Tales disposiciones podrían utilizarse, por ejemplo, para filtrar el aire de admisión en un sistema de turbina de gas, con una demanda de flujo de aire del orden de 13.600 a 2.040.000 m^{3}/h (8.000 a 1,2 millones de pies cúbicos por minuto (cfm)).
Se han venido utilizando una variedad de tipos de elementos de filtro en disposiciones tales como las arriba descritas con respecto a la fig.1. Donaldson Company, Inc., por ejemplo, tiene comercializados elementos de filtro bajo la designación "GDX filter elements" para tales sistemas, que comprenden papel plegado que tiene una lámina de fibras de diámetro inferior a la micra aplicada a una de sus superficies, utilizando el procedimiento de su propiedad bajo secreto industrial de Donaldson, bajo la designación de Spider-Web®.
Además, son conocidos sistemas de filtro de doble fase por el documento US-A-4.158.449, que comprenden, en combinación, un juego de limpiadores de aire por vórtex y un juego de láminas de un material tejido o no tejido. Tales sistemas de filtrado se emplean para eliminar del aire de entrada de las turbinas de gas las partículas contaminantes gruesas y pesadas así como las partículas contaminantes ligeras y bien dispersadas en el mismo. Sumario de la invención
Uno de los aspectos de la presente invención se refiere a sistemas de filtro según la reivindicación 1 que utilizan medios hidrófobos para reducir la concentración o la cantidad de materia soluble en agua tal como sal presente en el aire de entrada de un motor de turbina de gas u otro tipo de medio ambiente que sea sensible a las materias solubles en agua tales como la sal.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un sistema de filtro de aire de entrada en una turbina de gas, con inclusión de un depurador de aire de primera fase para reducir la concentración de material articulado en el aire de entrada en la turbina, y una disposición de filtro de segunda fase situada en el lado de salida del depurador de aire de primera fase. La segunda disposición de filtro de segunda fase incluye un medio hidrófobo dispuesto y configurado para reducir la concentración de solución de humedad/sal en el aire de entrada.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a la disposición de una barrera para filtrar la materia soluble en agua tal como la sal en una corriente de aire, de modo que se reduzca la concentración de la materia soluble en agua. La disposición de barrera incluye una pluralidad de elementos de filtro hidrófobos verticalmente espaciados entre sí. La barrera incluye también una pluralidad de deflectores inclinados dispuestos y configurados para dirigir la corriente de aire hacia arriba, a través de los elementos hidrófobos de filtro. Cada uno de los deflectores está situado por debajo de uno de los elementos de filtro hidrófobos correspondiente. Cada uno de los deflectores queda situado por debajo de uno de los elementos hidrófobos de filtro correspondiente. En la práctica, se acumula la solución de sal sobre superficies inferiores de los elementos de filtro. La solución salina acumulada gotea desde los elementos de filtro sobre los deflectores inclinados. La inclinación de los deflectores hace que la solución salina fluya hacia abajo y gotee sobre los bordes de entrada de los deflectores.
Un aspecto adicional de la presente invención se refiere a un sistema de turbina de gas que incluye una turbina de gas adaptada para extraer el aire admitido. El sistema incluye también un medio hidrófobo a través del cual se filtra el aire de entrada antes de que penetre en la turbina de gas.
Otro aspecto más de la presente invención se refiere a un procedimiento para filtrar el aire de entrada de una turbina de gas. El procedimiento incluye las etapas de filtrar una materia en partículas desde el aire admitido en un depurador de aire de primera fase, y dirigir el aire admitido hacia la salida desde el depurador de aire de primera fase a través de una abertura para el flujo del aire hasta una barrera de segunda fase contra la sal. El procedimiento incluye también las etapas de reducir la concentración o nivel de la sal en el aire de entrada en la barrera de segunda fase contra la sal, y de dirigir la corriente de aire de entrada desde la barrera de segunda fase contra la sal hasta la turbina de gas.
Otro aspecto más de la presente invención se refiere a un filtro que incluye un elemento filtrante plegado dotado de una pluralidad de extremos de pliegue y de un elemento elástico que posee porciones que cruzan sobre los extremos de los pliegues y de las porciones que se extienden entre éstos para mantener un espacio de separación intermedio. En ciertas formas de realización, el elemento elástico comprende un muelle que tiene una pluralidad de arrollamientos situados entre los extremos de los pliegues para mantener un espacio de separación entre los mismos en el elemento de filtro plegado.
Aparecerá expuesta una diversidad de ventajas de la invención, en parte en la descripción que sigue, y en parte será evidente por la descripción o podrá aprenderse practicando la invención. Debe quedar entendido que tanto la descripción general precedente como la descripción detallada que sigue son solamente explicativas y no restrictivas de la invención, tal como queda reivindicada.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos que se acompañan, que se incorporan como parte de esta memoria descriptiva, ilustran varios aspectos de la invención y juntamente con ésta, sirven para explicar los principios de la invención. Damos a continuación una breve descripción de los dibujos:
la fig. 1 es una vista esquemática en corte transversal de un sistema de filtro de entrada a la turbina de gas según la técnica anterior;
la fig. 2 es una vista esquemática en corte transversal de un sistema de filtro de entrada a la turbina de gas construido de acuerdo con los principios de la presente invención;
la fig. 3 es una vista esquemática de una disposición ilustrativa de barrera frente a la sal construida según los principios de la presente invención;
la fig.4 es una vista en perspectiva de la disposición de barrera frente a la sal de la fig. 3; y
la fig. 5 es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea de corte 5-5 de la fig. 4.
Descripción detallada
Aunque diversos aspectos de la presente invención se describen fundamentalmente con respecto a los sistemas de admisión en turbina de gas, deberá apreciarse que los aspectos de la presente aplicación son también aplicables a una diversidad de otros medios ambientales sensibles a la contaminación por materias solubles en agua, tales como la sal. Por ejemplo, los diversos aspectos de la presente invención son aplicables a medios ambientales alternativos, tales como sistemas de admisión para motores de combustión interna, sistemas de admisión en pilas de combustible o células energéticas, sistemas de admisión en ambientes depurados, sistemas de calefacción, de ventilación y de acondicionamiento de aire (HVAC), sistemas HVAC en hospitales, sistemas de admisión para compresor de aire, sistemas de admisión para cámara depurada (mini-cajas de depuración de espacios, limpieza de bancos y filtrado de escapes en procesos industriales.
A. Partículas de sal como contaminante en sistemas de admisión en Turbina de gas
En ambientes marítimos, tales como ambientes a distancia de la costa o ambientes al borde del mar, se genera sal llevada por el aire por el oleaje rompiente, sal que es arrastrada por el viento. Se sabe en general que las dimensiones de las partículas son de menos de una micra hasta aproximadamente 20 micras. En otros ambientes, tales como los desiertos o ambientes próximos a descargas industriales se encuentran también presentes en el aire altas concentraciones de sal. Las partículas de sal arrastradas por el aire son generalmente sales tales como NaCl, KCl. Sin embargo, pueden también ser arrastradas por el aire otras sales químicas, tales como sulfatos amónicos, sulfato de magnesio u otros sulfatos. En términos generales se pretende que la palabra sal signifique aquí cualquier materia en partículas, contaminado o materia en general que se licue o cambie su estado físico bajo condiciones variantes de humedad. El término "sal" está también destinado aquí a significar cualquier materia o contaminante que sea soluble en agua.
Las altas concentraciones de sal en el aire presentan problemas para los sistemas de turbina de gas. Así por ejemplo, si la sal atraviesa el sistema de filtro del aire de entrada en un sistema de turbina de gas, la sal puede cubrir el sistema de conducción y ensuciar las paletas del compresor del sistema de turbina. Esto produce importantes pérdidas de energía.
Las partículas de sal pueden penetrar en los medios filtrantes de las cartuchos de filtro, tales como se describen con relación a la fig. 1, en diversas formas. Por ejemplo, si las partículas son suficientemente pequeñas pueden atravesar los medios filtrantes debido a la dimensión de partícula y a la eficacia de los medios. Sin embargo, tiene lugar una migración importante de sal a través del material del filtro como resultado de la contaminación de la humedad.
La contaminación de la humedad es particularmente problemática en ambientes de humedades relativamente elevadas tales como los ambientes marinos. Específicamente, si el aire que penetra en un sistema de filtro es relativamente húmedo, la sal que queda en los elementos filtrantes entrará en disolución y a continuación migrará a través de los medios filtrantes. Cuando la solución salina llega al lado de salida de los medios filtrantes, la solución salina es arrastrada por la corriente de aire que fluye a través del plenum de aire limpio y hasta el sistema de conducción de salida, hacia la turbina de gas. Este tipo de migración de la sal puede causar problemas importantes en las operaciones con turbina de gas y representa un problema particular dentro de las técnicas según la presente invención. Haremos notar que las técnicas descritas en la presente exposición son también útiles con respecto a las migraciones de la sal que tienen lugar de maneras similares, implicando cambios en la fase de contaminación con respecto a la humedad.
B. Un enfoque general para inhibir el depósito de sal sobre la canalización de salida y el equipo de una turbina de gas - Una construcción de barrera contra humedad/sal en segunda fase
Según la presente exposición, se aporta un enfoque para inhibir la migración de una solución salina a través de cartuchos de filtro en los sistemas filtradores de entrada. El enfoque implica en general la disposición, más allá de las cartuchos filtrantes, de una barrera de segunda fase. Esta barrera comprende en general un filtro secundario de aire que comprende por lo menos en parte un medio hidrófobo. Un medio hidrófobo preferido es una membrana de politetrafluoroetileno (PTFE) microporoso que comprende nodos interconectados por fibras. Tales membranas son comercialmente disponibles en fuentes de suministro tales como Tetratec, una división de Donaldson Company, Inc., la cesionaria de la presente invención, bajo la designación de Tetratex®, y W. L. Gore & Associates, bajo la designación de Gore-Tex®. La preparación de tales membranas aparece descrita en referencias tales como las Patentes de Estados Unidos Nos. 5.362.553, 5.157.058, 5.066.683, 4.945.125, 4.187.390 y 3.953.566.
Los medios de barrera típicos contra humedad/sal en las disposiciones según la presente invención comprenderán un laminado de membrana hidrofóbica, tal como un politetrafluoroetileno microporoso (PTFE) aplicado sobre un substrato de soporte tal como un cañamazo fibroso abierto sustentador, de un material tal como fieltro de poliéster. Un laminado utilizable como tal es una membrana hidrofóbica aplicada sobre un cañamazo de poliéster de 170 g (6 onzas) disponible, por ejemplo en Reemay Inc., de Charleston, South Carolina. Tal laminado se encuentra comercialmente disponible en la división, Tetratec de Donaldson Company, Inc., bajo la designación de Tetratex® 6279.
Se apreciará que se pueden utilizar una diversidad de configuraciones y materiales filtrantes para reducir la concentración o el nivel de humedad y de sal licuada presentes en una corriente de aire. A modo de ejemplo no limitador, citaremos como materiales o fibras hidrófobos filtrantes de la humedad: politetrafluoroetileno, polipropileno, polietileno, cloruro de polivinilo, polisulfona y poliestireno. Se pueden hacer también hidrófobos materiales y fibras mediante el uso de tratamientos de superficie. Los tratamientos de superficie ilustrativos incluyen fluorocarbonos y siliconas. Naturalmente, las materias hidrófobas particulares aquí indicadas son estrictamente ejemplos, pudiendo utilizarse otros materiales de acuerdo con los principios de la presente invención.
En ciertas formas de ejecución de la presente invención, el laminado de filtro de segunda fase se utilizará en configuración plegada, con un espacio de pliegue de aproximadamente 6-8 pliegues por 2,54 cm o 4-10 pliegues por 2,54 cm, o por lo menos 3 pliegues por 2,54 cm. Las construcciones típicas preferidas comprenderán filtros de panel rectangular, con pliegues que se extiendan a través de una longitud o anchura de cada panel. Un ejemplo de tal filtro en forma de panel aparece ilustrado en la fig.4, descrito a continuación. Se preferirá una profundidad de pliegue de por lo menos aproximadamente 0,64 cm (1/4 de pulgada), generalmente no superior a aproximadamente 30,5 cm (12 pulgadas), y típicamente aproximadamente 2,5 a 10 cm (1 a 4 pulgadas). Un tamaño preferido de poros de medio filtrante es el de aproximadamente 3 \mum. Se preferirá una permeabilidad al aire de por lo menos 6,8 m^{3}/h (4 cfm), en general no superior a 170 m^{3}/h (100 cfm), y típicamente, aproximadamente 11,9 a 17 m^{3}/h (7-10 cfm). Un espesor preferido de membrana hidrofóbica es el de aproximadamente 0,01 mm (0,4 milésimas de pulgada), aunque un espesor medio preferido, con inclusión tanto de la membrana como del cañamazo, es de un nivel de 0,25-1,3 mm (0,01-,05 pulgadas). Aunque se prefiere una configuración de filtro en pliegues, se pueden también utilizar filtros de otras configuraciones, tales como una configuración en forma de Z.
Se ha previsto que en los sistemas típicos de turbina de gas, la construcción de la segunda fase, esté dispuesta de manera que la velocidad media sea de aproximadamente 1,22-3,66 m/min (4-12 pies por minuto (fpm)), o de aproximadamente 1,53-4,58 m/min (5-15 fpm) o de aproximadamente 1,53-12,2 m/min (5-40 fpm). Más particularmente, la velocidad media será preferentemente de aproximadamente 2,75 m/min (9 fpm), y típicamente no superior a aproximadamente 6,1 m/min (20 fpm). El término "velocidad media" en este contexto se refiere al volumen de flujo a través de los medios filtrantes por unidad de superficie de los medios filtrantes. Se prevé también que en los sistemas de turbina de gas típicos, la construcción de la segunda fase quede dispuesta de manera que la velocidad perimétrica sea de aproximadamente 152,5-274,5 m/min (500-900 pies por minuto (fpm)), y típicamente no superior a aproximadamente 305 m/min (1000 fpm). El término "velocidad perimétrica" en este contexto se refiere al volumen de flujo a través de los medios filtrantes por superficie perimetral de los medios de filtro. Así pues, en la velocidad perimétrica no se tiene en consideración la superficie extra aportada por medios tales como el plegado.
La fig. 2 es una representación esquemática en corte transversal de un sistema 54 de entrada en una turbina de gas, que incluye una disposición conforme a la presente invención. En general, el sistema 54 incluye un sistema de filtro de dos fases para eliminar tanto la materia en partículas como la sal llevada por el aire desde el aire de entrada arrastrado a través del sistema hasta una turbina de gas 64. Los sistemas pequeños de turbina de gas pueden ser objeto de demandas de flujo de aire del tipo de 13.600 m^{3}/h (8.000 cfm), mientras que los grandes sistemas de turbina de gas pueden recibir aire en proporciones tan grandes como 2.040.000 m^{3}/h (1,2 millón cfm).
El sistema 54 incluye un depurador 20' de aire en primera fase y una disposición 60 de barrera contra la sal en segunda fase situada corriente abajo desde el depurador 20' de aire de primera fase. Una canalización 62 dirige el aire filtrado desde la disposición 60 que constituye la barrera contra la sal hasta la turbina de gas 64.
El depurador 20' de aire de primera fase presenta una configuración similar a la del sistema de filtro 20 representado en la fig. 1. Por ejemplo, el depurador 20' de primera fase incluye una cámara 21' dotada de un lado 22' de admisión de aire y un lado 23' de salida del aire. El aire entra en la cámara 21' a través de una pluralidad de campanas o campanas 26' de admisión espaciadas verticalmente, situadas a lo largo del lado 22' de admisión del aire. La cámara 21' del depurador 20' se divide en volúmenes de entrada y de salida 34' y 36' por un tabique 38'. El volumen de entrada 34' representa en general la "sección de aire sucio" del depurador de aire 20', mientras que el volumen de salida 36' representa en general la "sección de aire limpio" del depurador de aire 20'.
El tabique 38' define una pluralidad de aberturas 40' para permitir que fluya el aire desde el volumen de entrada 34' hacia el volumen de salida 36'. Hay unos filtros 42' o unas cartuchos filtrantes dispuestos y configurados de manera que el aire que fluye desde el volumen de entrada 34' hacia el volumen de salida 36' es impulsado para que atraviese los filtros 42' antes de atravesar las aberturas 40'. Las aberturas 40' del tabique divisorio 38' incluyen unos depuradores de aire por chorro pulsado (no representados) para limpiar periódicamente la contrapresión del conducto.
Se apreciará que, tratándose de operaciones a pequeña escala, pueden utilizarse nada más que un filtro 42' y una sola abertura 40'. En cambio, tratándose de una operación a gran escala, pueden ser necesarios cientos de elementos filtrantes 42' y de aberturas 40'. Asimismo, aunque se prefieren sistemas de filtrado dotados de depuradores de aire a chorro, se pueden también utilizar sistemas estáticos. Además, pueden también utilizarse otras configuraciones de depuración para depurar el aire en la primera fase. Por ejemplo, se pueden también utilizar filtros de panel, separadores inerciales, sistemas de lavado con agua, y otras técnicas, para eliminar las materias en forma de partículas.
En general, durante el filtrado, se dirige el aire desde el volumen de entrada 34' radialmente a través de los filtros de aire 42' hasta los volúmenes interiores de los filtros 42'. Después de haber sido filtrado, el aire fluye desde los volúmenes interiores de los filtros 42' a través del tabique divisorio 38', por las aberturas 40', hasta el volumen de salida 36' de aire limpio. El aire limpio es a continuación retirado del volumen de salida 36', a través de las aberturas 50', hasta el interior de la disposición 60 constitutiva de la barrera contra la sal, de la segunda fase.
Los filtros 42' para el aire incluyen de preferencia un medio filtrante de celulosa o sintético, dispuesto en configuración plegada. En ciertas formas de realización, se utiliza una lámina de fibras de un diámetro inferior a la micra, tal como Spider-Web® Filter Media disponible en Donaldson Company, que se une a la superficie exterior de los medios filtrantes. Debe tenerse en cuenta que en los sistemas típicos de turbina de gas, la construcción correspondiente a la primera fase debe estar dispuesta de manera que la velocidad de los medios quede dentro de los límites de 0,3-1,53 m/min (1-5 pies por minuto (fpm)), y típicamente no superior a aproximadamente 1,53 m/min (5 fpm).
El depurador 20' de aire de primera fase tendrá de preferencia una eficacia de filtrado relativamente alta con respecto a las partículas de materia. Por ejemplo, pueden utilizarse filtros que tengan una eficacia inicial de filtrado de entre 65-75%, o superior a 65%. Se determinan los grados de eficacia de filtrado preferentemente utilizando la prueba standard ASTM F1215-89 de la American Society for Testing and Materials (ASTM), para determinar la eficacia inicial de un medio filtrante en forma de lámina plana en un flujo de aire utilizando esferas de látex. De preferencia, se realiza la prueba con un solo tamaño de partícula de 0,76 micrometros y una única velocidad facial de 6,1 m/min (20 pies por minuto). Se apreciará también que en algunas aplicaciones, puede ser deseable utilizar depuradores de aire que tengan una eficacia de filtrado distinta a las arriba especificadas.
Con referencia nuevamente a la fig. 2, diremos que la disposición 60 de barrera contra la sal, en segunda fase queda situada inmediatamente después del depurador 20' de primera fase y que funciona en el sentido de reducir la concentración de sal licuada en el aire que sale del depurador 20' de aire de la primera fase. La disposición de barrera 60 incluye un volumen de entrada o lateral 66 y un volumen de salida o lateral 68. Se sitúa un soporte 70 sustancialmente vertical entre los lados de entrada y salida 66 y 68. El volumen 36' de aire depurado y el volumen de entrada 66 forman de preferencia un espacio para el flujo del aire entre el depurador de aire 20' de primera fase y la disposición 60 de barrera contra la sal de segunda fase. El lado 23' de salida puede incluir una pared que defina unas aberturas similares a las del lado 23 de salida de la fig. 1, o puede estar abierto para promover un flujo sustancialmente no restringido entre el volumen 36' de aire depurado y el volumen 66.
Hay una pluralidad de módulos 72 de filtro montados sobre el soporte en una relación de apilamiento vertical. Cada uno de los módulos 72 de filtro incluye un medio filtrante, tal como el medio filtrante hidrófobo antes descrito, adaptado para eliminar o filtrat la sal y la humedad de la corriente de aire de modo que se reduzca la concentración de la solución salina en el aire de admisión. Los módulos filtrantes 72 están montados en una relación de obturación hermética con respecto al soporte 70 de manera que el aire procedente del lado 66 de entrada es obligado a atravesar un medio filtrante para llegar al lado de salida 68.
La fig.3 muestra una vista esquemática de uno de los módulos de filtro 72. El módulo de filtro 72 incluye un lado frontal alineado a lo largo de un plano frontal prácticamente vertical A, y un lado posterior alineado a lo largo de un plano posterior B sustancialmente vertical. Una pluralidad de elementos filtrantes 74 están situados entre los planos frontal y posterior A y B. Los elementos filtrantes 74 están verticalmente apilados en una relación espaciada entre sí y sustancialmente paralela. Cada elemento filtrante 74 queda alineado a lo largo de un plano horizontal en general. Un espacio de separación vertical preferido s entre los elementos filtrantes 74 es de una dimensión de 2,54-15,24 cm (1 a 6 pulgadas).
Los elementos filtrantes 74 incluyen de preferencia una pluralidad de pliegues 75 (representados en la fig.4), y están preferentemente compuestos por un material hidrófobo plegado. Como se ha representado en la fig.4, los pliegues están alineados en disposición general paralela con respecto a la dirección del flujo de aire (como señala la flecha 77). No obstante, se apreciará que en otras formas de ejecución alternativas, los pliegues pueden estar alineados perpendicularmente o en ángulos oblicuos con respecto a la dirección del flujo de aire, tal como indica la flecha 77.
Como se ha representado más claramente en la fig. 4, cada elemento de filtro 74 se encuentra montado preferentemente en un bastidor 76 rectangular en general. Los bastidores 76 y los elementos de filtro 74 forman en su conjunto una serie de estantes o paneles en general horizontales, apilados verticalmente. Un material de impregnación suministra preferentemente una hermeticidad alrededor del perímetro de cada elemento de filtro 74 y opera en el sentido de fijar los elementos de filtro 74 en su bastidor correspondiente 76. Los extremos de entrada de los bastidores 76 quedan preferentemente fijados sobre una pestaña 87 de montaje rectangular en general para unir o fijar el módulo 72 al soporte 70. El módulo 72 incluye también un primero y un segundo juegos de piezas 73 de pared lateral (habiéndose representado solamente uno de los juegos de piezas de pared lateral en la fig.4) que se extienden en general entre las caras frontal y posterior del módulo 72. Como se ha representado en la fig.4, las piezas 73 de la pared lateral incluyen unas piezas en forma de triángulo truncado. Pueden también utilizarse paredes laterales continuas de una sola pieza.
Con referencia de nuevo a la fig. 3, diremos que un deflector inclinado 78 se encuentra situado por debajo de cada elemento de filtro 74. Los deflectores 78 se extienden entre los planos frontal y posterior A y B y quedan preferentemente alineados en un ángulo de 5 a 30 grados, o de por lo menos 2 grados, con respecto a la horizontal. Como se ha representado en la fig.3, los deflectores 78 se extienden entre los extremos de entrada y salida de los bastidores 76, y son sustancialmente paralelos y planos en general. Por ejemplo, cada deflector 78 tiene un borde superior 82 situado en general en el plano frontal A y un borde inferior 83 situado en general en el plano posterior B. Los deflectores 78 quedan inclinados en una dirección que se extiende desde el plano frontal A hasta el plano posterior B, de modo que el borde superior 82 de cada deflector 78 es inferior al borde inferior 83 de cada deflector 78.
Preferentemente, los deflectores 78 se extienden también entre las paredes laterales 73 del módulo 72. Como se ha representado en la fig. 4, cada pieza 73 de la pared lateral se extiende hacia arriba desde uno de los deflectores 78 hasta un panel de filtro correspondiente situado directamente encima del deflector 78.
Los deflectores 78 están dispuestos y configurados para dirigir la corriente de aire hacia arriba a través de los elementos de filtro 74 y para impedir que el aire se desvíe de los elementos de filtro 42. Como se ha representado en la fig.3, los deflectores 78 se extienden entre los elementos de filtro 74 a través de los intersticios o espacios verticales de separación existentes entre los elementos de filtro 74. Los deflectores 78 están también dispuestos y configurados para dirigir el aire que fluye hacia arriba a través de los elementos de filtro 74, al exterior, a través del plano posterior B del módulo 72. Desviando el aire que entra y sale del módulo 72, se estimula un flujo uniforme a través de los elementos de filtro 74.
Con referencia nuevamente a la fig. 3, el lado superior o de entrada 66 queda situado a la izquierda del módulo de filtro 72, mientras que el lado inferior o de salida 68 queda situado a la derecha del módulo de filtro 72. Como se ha representado por las flechas 77, el aire entra en el módulo 72 a través del plano frontal A. Al entrar el aire en el módulo 72, es dirigido hacia arriba (según indican las flechas 80) a través de los elementos de filtro 74 por acción de las superficies superiores de los deflectores inclinados 78. Después de atravesar los elementos de filtro 74, la corriente de aire es dirigida hacia fuera del plano posterior B del módulo 72 por los lados inferiores de los deflectores 78. Las flechas 85 representan el aire que sale del módulo 72.
Cuando el aire fluye hacia arriba a través de los elementos de filtro 74, la sal licuada se acumula sobre las superficies inferiores/las porciones de entrada de los filtros 74 y gotea sobre las superficies superiores de los deflectores 78. La inclinación de los deflectores 78 es suficientemente pronunciada para hacer que la solución salina descienda, contra la dirección del flujo de aire, y gotee sobre los bordes de entrada 82 de los deflectores 80. Un recipiente de recogida o drenaje se encuentra preferentemente situado en la parte inferior de la segunda disposición 60 de barrera contra la sal, de la segunda fase, para recoger la solución salina que se elimina de la corriente de aire por medio de los elementos de filtro 74. El aire que atraviesa los elementos de filtro 74 es dirigido hacia la canalización 62 y fluye a través de esta canalización 62 hasta la turbina de gas 64.
En operación, el aire entra en el sistema 54 de admisión de la turbina de gas a través de las campanas o campanas de admisión 26' y es dirigido hacia abajo en el volumen superior 34' de "aire sucio". Fluye entonces el aire desde el volumen superior o de entrada 34' hacia el volumen inferior o de salida 36' a través de los filtros de aire 42'. Los filtros de aire 42' eliminan un gran porcentaje de la materia en partículas de la corriente de aire, de modo que el aire que entra en el volumen inferior o de salida 36' es sustancialmente limpio. No obstante, en ciertos ambientes, la sal puede migrar o pasar en otra forma a través de los filtros 42'. En consecuencia, para reducir la concentración de sal que pueda estar presente en la corriente de aire después del filtrado de primera fase, se hace que pase el aire a través de una etapa de filtrado de segunda fase, en forma de disposición 60 de barrera frente a la sal. Según atraviesa el aire los elementos de filtro 74 de la disposición 60 de barrera contra la sal, se acumula la solución salina sobre los lados de entrada de los elementos de filtro 74 y gotea sobre los deflectores inclinados 78. La solución salina gotea a continuación sobre los deflectores 78 y es recogida en un recipiente o drenaje en el fondo o parte inferior de la disposición 60 de barrera frente a la sal. Como resultado, el aire que atraviesa los elementos de filtro 74 queda preferentemente y sustancialmente exento de sal. Por tanto, se impide que la sal se deposite o se acumule sobre la inmediata canalización de entrada 62 o sobre las palas del compresor en el sistema de turbina.
En general, una construcción preferida de barrera contra la humedad/la sal incluirá unos medios como quedan en general caracterizados más arriba, para inhibir el paso a su través de la humedad y la sal. Como se utiliza una primera etapa de filtrado, en primera fase para filtrar con eficacia la materia en partículas, en ciertas formas de ejecución, la construcción de la barrera frente a la sal puede presentar poros de pequeño tamaño y puede también presentar un sistema de medios estáticos.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a una técnica para mantener un espacio plegado y/o una configuración en pliegues, en un filtro plegado. En general, este aspecto se refiere a la utilización de alambres curvados u otros elementos elásticos alargados con porciones que atraviesan los extremos plegados de un filtro en pliegues, y porciones que se extienden entre los pliegues para mantener un espacio de separación entre ellos. Así por ejemplo, como se ha representado en las figs. 3 y 4, los elementos de filtro 42 incluyen arrollamientos helicoidales 96 o muelles para mantener el espacio de separación entre pliegues, y configuración adecuada de pliegue. Como se ha representado en la fig. 5, los extremos separados 75 de los pliegues del elemento de filtro 42 están situados entre arrollamientos consecutivos 100 del arrollamiento helicoidal 96. Por otra parte, porciones de uno o más de los arrollamientos 100 quedan situadas entre extremos consecutivos 75 de los pliegues del elemento de filtro 42, y hay porciones de los arrollamientos 100 que atraviesan los extremos 75 de los pliegues. Variando el número de arrollamientos 100 situados entre extremos consecutivos 75 de los pliegues, se puede también variar un espacio de separación deseado entre los extremos de los pliegues. El espacio de separación de los extremos de pliegues y la forma de los pliegues pueden también variarse utilizando arrollamientos de diferentes pasos, diámetros y diámetros del alambre. Además, los arrollamientos pueden hacerse en una variedad de materiales, tales como metal o plástico. Adicionalmente, diremos que se pueden también utilizar arrollamientos constituidos por alambres o por elementos que tengan secciones transversales no redondas.
Aunque las figs. 4 y 5 representan muelles utilizados en asociación con filtros planos plegados, se apreciará que pueden también utilizarse arrollamientos para mantener espacios de separación entre pliegues en otros tipos de filtros plegados tales como filtros cilíndricos plegados. Además, se pueden utilizar arrollamientos para mantener la configuración plegada. Así por ejemplo, se pueden utilizar arrollamientos para regular o inhibir la formación de bolsas en los pliegues o pliegues en forma de 8. También, aunque se han representado o descrito arrollamientos u otras configuraciones de los elementos de alambre/elásticos para mantener espacios de separación entre pliegues, pueden también utilizarse otras técnicas conocidas tales como resaltos espaciadores, bandas espaciadoras o topes/proyecciones espaciadores formados sobre el propio medio filtrante.

Claims (22)

1. Un sistema de filtro para filtrar el aire de admisión en una turbina de gas, comprendiendo el sistema de filtro:
a) un depurador de aire (20') de primera fase; y
b) una disposición (60) de filtro de segunda fase situada corriente abajo respecto al depurador de aire de primera fase y separada del mismo por un espacio por el que fluye el aire,
caracterizado porque la disposición de filtro de segunda fase, que incluye un medio hidrófobo (74) incluye una membrana microporosa que tiene una dimensión de poros suficientemente pequeña para inhibir el paso de la humedad y de la sal a su través.
2. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que el depurador de aire de primera fase incluye: una cámara (21'); un tabique divisorio (38') que divide la cámara en volúmenes de corriente arriba y corriente abajo, definiendo dicho tabique unas aberturas (40') que proporcionan comunicación fluídica entre los volúmenes corriente arriba y corriente abajo; y una pluralidad de filtros (42') de aire que se corresponden con las aberturas del tabique.
3. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el cual el medio hidrófobo incluye una membrana microporosa de politetrafluoretileno.
4. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que la disposición de filtro de segunda fase incluye:
una pluralidad de elementos de filtro hidrófobos (74) verticalmente espaciados entre sí que llevan incorporado el medio hidrófobo; y
una pluralidad de deflectores inclinados (78), estando colocado cada uno de los deflectores por debajo de un elemento correspondiente de los elementos de filtro hidrófobos.
5. El sistema de filtro según la reivindicación 4, en el cual los elementos de filtro hidrófobos (74) están alineados a lo largo de unos planos sustancialmente horizontales y son sustancialmente paralelos.
6. El sistema de filtro según la reivindicación 4, en el cual los deflectores (78) están inclinados con relación a la horizontal formando un ángulo de entre 5º y 30º.
7. El sistema de filtro según la reivindicación 4, en el que los elementos de filtro hidrófobos (74) están plegados.
8. El sistema de filtro según la reivindicación 4, en el que los elementos de filtro hidrófobo (74) comprenden filtros de panel plegados.
9. El sistema de filtro según la reivindicación 4, en el cual los elementos de filtro hidrófobos (74) incluyen membranas microporosas de politetrafluoretileno.
10. El sistema de filtro según la reivindicación 9, en el que cada una de las membranas microporosas de politetrafluoetileno está sustentada por un substrato.
11. El sistema de filtro según la reivindicación 10, en el que los substratos están hechos de poliéster.
12. El sistema de filtro según la reivindicación 7, que comprende además unos elementos elástico alargados (96) para mantener un espacio de separación para pliegue de los elementos de filtro hidrófobos, teniendo los elementos alargados porciones que cruzan sobre los extremos de los pliegues de los elementos de filtro.
13. El sistema de filtro según la reivindicación 7, que comprende además arrollamientos helicoidales (96) para mantener un espacio de separación de pliegue de los elementos de filtro hidrófobos.
14. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que la membrana hidrofóbica está sustentada sobre un substrato de soporte.
15. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el cual la membrana hidrofóbica está sustentada sobre un cañamazo fibroso.
16. El sistema de filtro según la reivindicación 15, en el cual la membrana hidrofóbica y el cañamazo en conjunto tienen un espesor de entre 0,25 y 1,27 mm.
17. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que el depurador de aire de primera fase tiene una eficacia de filtrado de por lo menos 65% en un tamaño de partícula de 0,76 \mum y una velocidad de cara única de 6,1 m por minuto.
18. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el cual la membrana hidrofóbica tiene un tamaño de poros de aproximadamente 3 \mum.
19. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que la membrana hidrofóbica tiene un espesor de aproximadamente 0,0 mm.
20. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que la membrana hidrofóbica tiene una permeabilidad al aire de entre 11,9 y 17 m^{3}/min.
21. El sistema de filtro según la reivindicación 1, en el que el depurador de aire de primera fase incluye:
una cámara (21');
un tabique divisorio (38') que divide la cámara en volúmenes corriente arriba y corriente abajo, definiendo el tabique unas aberturas que proporcionan comunicación fluídica entre los volúmenes corriente arriba y corriente abajo;
una pluralidad de filtros de aire (42') que se corresponden con las aberturas del tabique divisorio; y
teniendo los filtros (42') de aire una eficacia de filtrado de por lo menos 65% en un tamaño de partícula de 0,76 \mum y una velocidad de cara única de 6,1 m/min.
22. Un procedimiento para depurar el aire de admisión de una turbina de gas, utilizando el sistema de filtro según cualquiera de las reivindicaciones 1-21, comprendiendo el procedimiento:
retirar la materia en partículas del aire en admisión en el depurador de aire de primera fase; dirigir el aire de admisión desde el depurador de aire de primera fase a través del espacio de flujo de aire hasta la disposición de filtro de segunda fase;
filtrar la sal del aire de admisión en la disposición de filtro de segunda fase; y dirigir el aire de admisión desde la disposición de filtro de segunda fase hasta la turbina de gas.
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