ES2957218T3 - Sistema de descontaminación por medio de biofiltro para retener y reciclar contaminantes de material particulado de humos de combustión y método del mismo - Google Patents

Abstract

Sistema de descontaminación de humos conectado a cualquier sistema de combustión que comprende siete dispositivos interconectados entre si en forma secuencial de la siguiente manera: El dispositivo de extracción (A) se conecta inicialmente al sistema de combustión, para luego, por su otro extremo conectarse al dispositivo de conducción (B) el cual a su vez se conecta al dispositivo de enfriamiento (C), una vez enfriados los gases de combustión, estos mismos son canalizados al dispositivo de succión (D) en donde se impulsan los gases a presión al dispositivo de inducción (E) este dispositivo a su vez concentra los gases y los conduce al plenum de inyección (F), los gases concentrados y enfriados son repartidos a caudales constantes a todo el dispositivo de filtrado biológico vegetal (G) y su procedimiento de descontaminación, tal como se presenta en la figura 2/13

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de descontaminación por medio de biofiltro para retener y reciclar contaminantes de material particulado de humos de combustión y método del mismo

Campo técnico de la solicitud

[0001] Sistema de descontaminación por extracción, enfriamiento y filtrado de humos, adaptable a cualquier sistema de combustión de biomasa y carbón, que reduce la cantidad de materia particulada emitida a la atmósfera.

Sumario de la invención

[0002] Este desarrollo se refiere al uso de un biofiltro vegetal para retener y tratar la materia particulada contenida en los gases provenientes de los dispositivos de combustión de carbón y biomasa, a continuación en el presente documento "humos". Consiste principalmente en una estructura de soporte, conductos, mecanismos de extracción e impulsión de humos, sistema de enfriamiento, material vegetal y elementos orgánicos usados para la retención de materia particulada.

ESTADO DE LA TÉCNICA

[0003] En la actualidad existen sistemas de biofiltro vegetal para la descontaminación del aire.

[0004] El primer biofiltro a mencionar es un sistema de descontaminación del aire ambiente; cuando se conduce el aire a través de un sustrato poblado por microorganismos, los contaminantes presentes en el aire contaminado se fijan y se degradan por los microorganismos dentro de la capa de sustrato.

[0005] Este es un método de purificación de aire contaminado, con una capa de tierra que permite el paso del aire y con la posibilidad de cultivar plantas en esta capa de sustrato.

[0006] Esta invención (GB 2297 097 A) se puede implementar de diferentes maneras, siempre que el concepto sea el paso de aire contaminado a través de una capa de sustrato en la que los microorganismos se encarguen de degradar los componentes contaminantes que se encuentran en el aire.

[0007] Existe otra patente de muros vegetales con circulación interna de aire (WO 2012/085439 A1). Este sistema está formado por estructuras metálicas superpuestas, obteniendo un sustrato continuo entre estas celdas con redes de conductos de riego y de conductos de aire dentro del sustrato de plantación. La red de distribución de aire permite la circulación del aire contaminado, interior o exterior, impulsado por un ventilador para descontaminar este aire una vez que se encuentra con el sustrato por un efecto de filtrado al que se suma la acción bacteriana de acuerdo con el principio del biofiltro. Esta red de distribución de aire, colocada verticalmente dentro de cada celda consiste, al menos, en un plenum de distribución de aire conectado a un conducto de suministro de aire forzado. Este plenum debe tener una ventana o rejilla de difusión de aire en una de sus dos caras.

[0008] En ambos casos, el objetivo o el problema técnico es filtrar el aire ambiente cargado de contaminación atmosférica. El objetivo final de cada uno de estos inventos es descontaminar el aire que se encuentra en la atmósfera, conduciéndolo a través de un biofiltro vegetal a través de un sistema de ventilación.

[0009] El objetivo de este innovador desarrollo es filtrar el aire contaminado generado por las estufas y chimeneas de leña, sin restringirlo solo a estos humos, conectando el sistema de ventilación directamente al conducto del mismo. Por lo tanto, el sistema de ventilación debe ser capaz de mover un mayor volumen de aire contaminado y con mayor presión y flujo que los sistemas descritos anteriormente. Asimismo, en el caso de humos calientes, el dispositivo debe contener un sistema de enfriamiento de humos para que el biofiltro vegetal pueda llegar a una temperatura adecuada y así permitir el crecimiento de las plantas y facilitar una acción óptima de los microorganismos.

[0010] El sistema propuesto se basa en una derivación de la patente (WO2012085439) MURO VERDE CON CIRCULACIÓN INTERNA DE AIRE. El muro verde consiste en una estructura formada por cajas yuxtapuestas y/o superpuestas; cada caja tiene un bastidor que soporta una tela textil o placas rígidas. Las cajas se rellenan con un sustrato de plantación para las plantas que crecen en sus caras frontales, al menos. Una red de distribución de aire conectada a una bomba suministra aire a través del espesor de las cajas y, por lo tanto, en el interior del sustrato de plantación. Esta red, colocada verticalmente dentro de cada caja, consiste en una cámara de distribución de aire conectada a un conducto de suministro de aire forzado, la cámara de impulsión o plenum tiene una ventana o rejilla de difusión de aire. La invención se aplica a la producción de un muro verde para la descontaminación de aire atmosférico.

[0011] Los muros vegetalizados en los que se ha incorporado el sistema de descontaminación hacen referencia a la Patente Europea EP 1771 062 B1 ESTRUCTURA PARA MURO VEGETALIZADO. Esta invención trata sobre un muro autoportante y ligero con vegetación compuesto principalmente por cajas con forma prismática diseñadas para montarse yuxtapuestas y/o apiladas. Cada caja incluye superficies de celosía o malla alineadas internamente y se rellenan con un sustrato de plantación. Se puede incorporar una red de tuberías de agua y salidas de aire en el espesor de la estructura, esas redes pasan a través de las líneas de separación entre las cajas. La estructura está diseñada para mejoras urbanas y para producir pantallas acústicas, tabiques, vallas publicitarias y similares. La ventaja de una estructura de muro vegetalizado de este tipo es su carácter modular que facilita su transporte e instalación, a la vez que permite su adaptación a cada caso de aplicación y que no necesita fijarse a una pared de soporte. Asimismo, se puede equipar fácilmente con una red de riego interna que puede pasar a través de las superficies de conexión entre compartimentos adyacentes ya sean caras enrejadas o perforadas de otra manera. Los documentos WO 2012/085439 A1 y GB 2297 087 A describen explícitamente el uso de sustrato vegetal para filtrar partículas de aire contaminado.

[0012] La cuestión que se plantea entonces es la posible utilización del muro vegetalizado (Patente Europea EP 1771 062 B1) como biofiltro vegetal (WO2012085439) adaptado para filtrar humos de combustión. Definiremos humos de combustión como los humos generados por la combustión de biomasa, carbón, derivados del petróleo, pellets, entre otros. Específicamente, las fuentes de combustión que usan combustibles de origen vegetal (madera 25 % de humedad, pellets y similares) son de particular interés. El sistema funciona recibiendo y filtrando humos mediante conductos, enfriador, extractor e impulsor de humos a un plenum de inyección (*) y a continuación a través de un sustrato de muro vegetalizado, para retener y filtrar la materia particulada y los contaminantes. ;;[0013] (*) El plenum de inyección es un espacio cerrado donde se almacena aire u otros gases a bajas velocidades. El resultado del diseño de esta cámara es que la presión del gas introducido se distribuye uniformemente por toda la superficie interior del sistema.

[0014] Las características esenciales de la invención se definen explícitamente en los términos de la reivindicación 1 del sistema independiente y la reivindicación 15 del proceso independiente en el expediente. Las realizaciones adicionales de la invención se definen explícitamente en los términos de las reivindicaciones dependientes 2 a 14 y 16 a 20 en el expediente. Este sistema se define por que consiste en siete dispositivos (A a G) interconectados secuencialmente para su funcionamiento. El proceso por el cual funciona también se define dentro del sistema.

[0015] Este sistema incluye: (A) La conexión (4) del dispositivo de extracción de humos al sistema de combustión, A continuación, siguiendo la dirección del sistema, tenemos el dispositivo de conducción (B) que contiene conductos de sección tubular, que conducen el aire caliente sobre la cubierta. Estos elementos, separados de la cubierta, están anclados a la estructura de la cubierta y están sellados en cada una de las uniones para evitar fugas a través de los intersticios y por tanto reducir la pérdida de flujo en el trayecto. Este dispositivo también tiene elementos de registro. Siguiendo la trayectoria de los gases está el dispositivo de enfriamiento (C) donde los humos emitidos por el sistema de combustión de madera se desplazan a través de conductos de sección circular para introducirse en el enfriador, formado por elementos tubulares que tienen una sección rectangular más pequeña que la de los tubos de extracción, de modo que la suma de la superficie de sus lados sea mayor que la suma de las superficies de los conductos de transporte, consiguiendo así reducir la temperatura de los humos al aumentar la superficie de disipación. Por otro lado, el número de conductos, la longitud y el área de cada sección del enfriador están relacionados en proporción directa con la distancia al punto de captura de los humos. Después de enfriar los gases, viene el dispositivo de succión (D) que recoge los humos, que se encuentran a baja temperatura por la acción del refrigerante, succionándolos mediante un sistema electromecánico que aumenta su presión y flujo. El extractor del dispositivo de succión es regulable y es directamente proporcional a la distancia al punto de captura de los humos, altura, diámetro de los conductos y distancia desde el enfriador (9). Posteriormente, los gases provenientes del enfriador son recibidos y transportados en el dispositivo de inducción (E) que corresponde a una caja que incluye conductos circulares de menor diámetro para aumentar la velocidad de los gases hacia el plenum de inyección y por tanto al biofiltro vegetal. El proceso de transferencia desde la caja de impulsión se realiza por medio de conductos que tienen una sección 1/10 del conducto (5, 8 y 10) de la trayectoria lo que aumenta la velocidad de inyección al plenum en un 140 %. El plenum (F) corresponde a un espacio cerrado donde se concentran los humos para ser distribuidos uniformemente en el biofiltro vegetal. La presión de los humos introducidos se almacena en toda su superficie interna y se incorporan constantemente al biofiltro vegetal. Por último, en este circuito encontramos el biofiltro vegetal (G) donde los humos, cuando se distribuyen uniformemente en el sustrato, se filtran y liberan de partículas en suspensión. Toda esta secuencia de dispositivos se puede ver claramente en la figura 1/13.

[0016] El plenum (F) aplicado para el sistema tiene tres configuraciones posibles:

Cuando el biofiltro es autosostenible, la configuración usada es un plenum inferior (figura 11/13).

[0017] Cuando el biofiltro se apoya en un muro u otra superficie, hay dos configuraciones, el plenum lateral y el plenum inferior (figura 9/13).

[0018] Para que el biofiltro pueda responder a la oferta de material altamente concentrado y contaminado, se requiere una relación mínima de superficie (biofiltro) y flujo (humos) que no se describe en la patente donde se desarrolla la estructura base para el tratamiento del aire atmosférico (con contaminación atmosférica muy diluida en comparación con la que se produce en una chimenea). Esta relación de 390 m3/hora por cada m3 de biofiltro en el sistema se obtuvo en las pruebas descritas más adelante en la memoria descriptiva.

[0019] Por otro lado, la filtración de los humos requiere alcanzar una temperatura biológicamente aceptable. Los humos salen del conducto a una temperatura de entre 160 °C y 250 °C y llegan al biofiltro a una temperatura de entre 10 °C y 40 °C.

[0020] Por otro lado, este desarrollo busca proteger el propio proceso de purificación de humos. Para hacerlo, el proceso se divide en varias etapas:

i) proceso de captura;

ii) transporte;

iii) enfriamiento;

iv) impulso e inyección; y

v) filtración vegetal.

[0021] La etapa de captura de humos (i) se ejecuta mediante un acoplamiento (4) que, por su diseño, divide los humos y no interfiere en el proceso operativo normal del artefacto que ejecuta la combustión. En la segunda etapa, transporte (ii), los humos se desplazan y son transportados a una velocidad constante, permaneciendo en conductos con secciones regulares (5, 8 y 10), respectivamente con roturas de dirección por medio de registros en T (6) y cubiertas (7) de registro. La tercera etapa, enfriamiento (iii), tiene lugar a través de un enfriador (9). Aquí los humos se distribuyen en tantas secciones como sea necesario para reducir la temperatura de 250 °C a 10 °C (para que los humos sean biológicamente aptos). La suma de las secciones más pequeñas es mayor que la del conducto (5, 8 y 10); por lo tanto, la velocidad de desplazamiento se reduce en cada sección y como resultado aumenta el tiempo de permanencia de los humos en una zona de mayor disipación y, por lo tanto, la temperatura de los humos desciende sin variar el flujo por hora del recorrido. El número de conductos, la longitud y el área de cada sección del enfriador (9) son directamente proporcionales a la distancia al punto de captura (4) de los humos. Debido a que en este proceso el extractor (14) regulable (15) es directamente proporcional a la distancia al punto de captura (4), la altitud, el diámetro de los conductos y la distancia del enfriador (9), el proceso que lleva a cabo es equilibrar, compensar y mantener el flujo natural del sistema de combustión instalado. Al mismo tiempo, tenemos la cuarta etapa del proceso, impulso e inyección (iv), donde el extractor (14) impulsa los gases a una caja (16) de inyección que tiene un volumen equivalente a la cuarta parte del enfriador (9) y alimentando a velocidad constante aumenta la densidad del aire confinado. El proceso de transferencia desde la caja (16) de impulsión se realiza mediante conductos que tienen una sección 1/10 del conducto (5; 8 y 10) de desplazamiento, lo que aumenta la velocidad de inyección al plenum (19) en un 140 %. Por último, está la quinta etapa (v) de filtración vegetal donde es preferible el uso de un muro vegetal tal como el descrito en la patente europea EP 1771 062 B1. Cabe señalar que este desarrollo no se limita a las únicas formas de ejecución de esta estructura de muro vegetalizado que se han descrito anteriormente como ejemplo; por el contrario, este incluye todas las variantes de implementación y aplicación que respetan el mismo principio.

[0022] La etapa de filtración vegetal (v) no produce residuos, absorbe y recicla los contaminantes. Esto se debe a que parte de los gases como el monóxido y dióxido de carbono acidifican el agua de riego produciendo ácido carbónico, que a su vez mejora la capacidad de las plantas para absorber nutrientes. Los residuos con productos derivados del azufre y nitrógeno son absorbidos rápidamente por las raíces del biofiltro mejorando el crecimiento de las plantas, sin un aumento en el consumo de agua. Esto se visualiza claramente en la figura 13/13.

[0023] Algunas especificaciones para el funcionamiento óptimo del sistema son:

Entre los puntos (4) y (14), con el fin de mantener la eficiencia, las distancias de los tubos oscilan entre 8 y 25 metros.

[0024] Entre los puntos (14) y (19), con el fin de mantener la eficiencia, las distancias de los tubos oscilan entre 0,2 y 7 metros.

[0025] Por otro lado, todo el sistema funciona integrando los dispositivos a través de un proceso vinculado al elemento anterior y posterior, es decir, las interacciones de los diferentes dispositivos son necesarias para que tenga lugar el resultado del proceso total.

[0026] En general, las variables de temperatura del gas, flujo y combustible usados son relevantes para el diseño y la eficiencia del dispositivo. El resultado es una alta eficacia en el proceso de filtrado de humos con un mayor porcentaje de retención de los agentes contaminantes.

[0027] Particularmente, no se desviarán del alcance de la invención, modificando detalles de sus elementos o recurriendo a otros medios de conexión y fijación de sus elementos o empleando otros materiales o incluso añadiendo accesorios o disposiciones particulares.

[0028] Los problemas técnicos que se espera que resuelva este sistema son:

- Conseguir la reducción de las partículas contaminantes provenientes de los humos usando un biofiltro vegetal.

- Conseguir la disipación de la temperatura de los humos para poder entrar en contacto con un biofiltro vegetal sin destruirlo.

- Obtener una relación de superficie de biofiltro vegetal de flujo de humos que sea eficiente en la retención de partículas de humo.

- Mejorar el crecimiento de las plantas del biofiltro por la entrada concentrada de nutrientes a base de carbono (humos).

- Acidificar el sustrato del biofiltro para una mejor liberación de los nutrientes de las plantas que lo componen. - Filtrar los humos producidos con este sistema, con un mantenimiento operativo mínimo del mismo.

- Obtener un proceso de modo que se puedan eliminar las partículas de los humos con un mantenimiento mínimo y de forma respetuosa con el medio ambiente.

Descripción de las figuras

Figura 1/13

[0029] Esta figura representa un esquema del sistema de esta invención compuesto por siete dispositivos de acuerdo con la figura 1/13.

A: dispositivo de extracción

B: dispositivo de transporte

C: dispositivo de enfriamiento

D: dispositivo de succión

E: dispositivo de inducción

F: plenum de inyección y

G: dispositivo de filtrado vegetal biológico para los gases

Figura 2/13

[0030] Esta figura presenta un diagrama de flujo de gas y su funcionamiento en el sistema completo. También, el biofiltro que se presenta es una de las formas de ejecución de la estructura de muro vegetalizado sin restringirse solo a esto.

[0031] En general, esta figura también presenta las partes fundamentales de los diferentes dispositivos que componen el sistema y algunas partes necesarias, fuera del sistema, para una comprensión del sistema como un todo: - (1) Calefactor: se refiere a la fuente original de emisión de humos, producida por la combustión de madera, pellets o similares.

- (2) Conducto de salida de gases: se refiere al conducto de salida del calefactor (1) que transporta los humos hacia el exterior de las instalaciones y en su sección final será intervenido por la junta de extracción (4) para generar una trayectoria alternativa de transporte de humos hacia el biofiltro vegetal.

- (3) Protección del conducto de salida: permite la salida correcta de los humos hacia el exterior y protege todo el sistema (1 y 2) de la entrada de agua y otros elementos nocivos.

[0032] El sistema en sí consiste en los siguientes elementos:

- (4) Conexión de extracción: Es un conector en forma de T que crea una bifurcación para permitir un flujo de humos, alternativo al original. Consiste en dos conductos cilíndricos intersecados. El primer conducto mantiene la continuidad del conducto (2) de salida de humos y debe tener el mismo diámetro y acoplarse correctamente sin fugas; el segundo conducto transporta los humos hacia el biofiltro vegetal. La conexión (4) de extracción puede tener un sensor de humo que activa el extractor (14) para iniciar el sistema automáticamente.

- (5) Elemento de transporte: consiste en un cilindro que transporta los humos hacia el registro en T (6) (elemento de derivación de gases) antes del enfriador, en donde hay una cubierta (7) de registro antes del enfriador: el registro en T y la cubierta de registro, conjuntamente, permiten un cambio en la dirección del transporte de humos en (5) y (8) y también la inspección y limpieza de la sección.

- (8) El elemento de transporte antes del enfriador: transporta los gases desde el registro en T (6) hacia el enfriador (9).

- (9) El enfriador: se refiere a un elemento sellado con una sola abertura de entrada y otra salida para los gases. Consiste en una conexión al conducto (8) y una derivación a una serie de conductos que tienen una sección rectangular que separan y dividen el flujo de humos con el fin de reducir su temperatura. En la sección final del elemento, en cuanto a la dirección en la que avanzan los humos, este grupo de conductos se junta nuevamente en una sola cámara de forma rectangular para acoplarse, en un solo punto, al conducto (10).

- Conducto (10) después del enfriador: transporta los gases del enfriador (9) hacia el registro en T (11). El registro en T (11) después del enfriador consiste en dos conductos intersecados. Combinados con la cubierta (12) de registro después del enfriador, permiten un cambio de dirección en el transporte de humos (10) hacia la brida (13) y también inspeccionan y limpian la sección.

- (12) Cubierta de registro después del enfriador.

- (13) La brida es el elemento que une el registro en T (11) con el extractor (14), permitiendo el desmantelamiento de este último sin operaciones destructivas, gracias a una circunferencia de perforaciones a través de las cuales se montan los pernos de unión.

- (14) El extractor es un equipo electromecánico que succiona los gases provenientes del calefactor (1) para conducirlos hacia el biofiltro vegetal (18). Su acción se controla mediante un dispositivo (15) electrónico de regulación de flujo. El extractor (14) se conecta directamente a la caja (16) de impulsión.

- (15) Dispositivo electrónico que regula el flujo.

- (16) La caja de impulsión: consiste en una caja sellada con una sola abertura de entrada y una salida de gases, recibe los humos y los transporta al plenum (19) de inyección por medio de elementos (17) de transporte.

- (17) Elementos de transporte: son conductos que mantienen la presión y el flujo adecuados para la entrada de los humos al plenum (19) de inyección, se regulan manualmente mediante reguladores (18) de inyección.

- (18) Reguladores de inyección: estos reguladores controlan el flujo que entra en el plenum de inyección.

- (19) El plenum de inyección: se refiere a una cámara sellada con una abertura para la introducción del gas y abierta en el lado que conecta con el biofiltro vegetal (20). La presión de los gases que se introducen se reparte por igual en toda su superficie interna y se integra al sustrato de manera constante.

- (20) Biofiltro vegetal: se trata de un muro verde que actúa como un filtro biológico como el descrito en la patente europea EP 1771 062 B1. Esto no limita la existencia de otras disposiciones espaciales, por ejemplo, autoportados, sin apoyarse en un muro donde se podrían aplicar como biofiltro. Lo sustancial es mantener una cierta verticalidad del biofiltro para que los humos se desplacen por una mayor área del mismo.

Figura 3/13

[0033] Esta figura presenta los elementos componentes del dispositivo de extracción donde se aprecia muy claramente el movimiento del flujo de gases.

[0034] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(2) conducto de salida de gases

(3) protección del conducto de salida

(4) acoplamiento de extracción

(5) conducto

Figura 4/13

[0035] Esta figura presenta los elementos componentes del dispositivo de transporte donde se aprecia muy claramente el movimiento del flujo de gases.

[0036] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(5) conducto

(6) registro T antes del enfriador

(7) cubierta de registro antes del enfriador

(8) conducto antes del enfriador

Figura 5/13

[0037] Esta figura presenta los elementos que son componentes del dispositivo de enfriamiento donde se aprecia claramente el movimiento del flujo de gases.

[0038] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(8) El conducto al enfriador

(9) El enfriador

(10) conducto después del enfriador.

Figura 6/13

[0039] Esta figura presenta los elementos que son componentes del dispositivo de succión, mostrando claramente el movimiento del flujo de gases.

[0040] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(10) conducto después del enfriador.

(11) El registro en T después del enfriador.

(12) Cubierta de registro después del enfriador

(13) La brida

Figura 7/13

[0041] Esta figura presenta otros elementos que son componentes del dispositivo de succión, mostrando claramente el movimiento del flujo de gases.

[0042] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(13) La brida

(14) El extractor

(15) Dispositivo electrónico que regula el flujo.

Figura 8/13

[0043] Esta figura presenta los elementos que son componentes del dispositivo de inducción donde se puede ver claramente el movimiento del flujo de gases.

[0044] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(16) La caja de impulsión

(17) Elementos de transporte

(18) Reguladores de inyección

Figura 9/13

[0045] La figura de la parte superior izquierda presenta los elementos que componen el plenum de inyección, mostrando claramente el movimiento del flujo de gases.

[0046] La figura de la parte superior derecha presenta la configuración del biofiltro apoyado sobre una estructura ya existente; por lo tanto, el plenum también presenta una configuración de inyección inferior, donde los gases se distribuyen en el biofiltro a través de los canales internos del plenum.

[0047] La figura inferior muestra la segunda configuración del plenum cuando el biofiltro se sustenta sobre una estructura existente, donde la posición del plenum es lateral y distribuye los gases a través de un tejido especialmente adecuado para estos fines.

[0048] Los números indicados en la figura se presentan a continuación:

(19) El plenum de inyección

(21) Canales internos del plenum

(22) Tejido de distribución de gases

Figura 10/13

[0049] Esta figura presenta los elementos componentes del dispositivo de filtrado biológico vegetal en una configuración sostenida sobre un muro o soporte existente, mostrando claramente el movimiento del flujo de gases.

[0050] El número indicado en la figura se presenta a continuación:

(20) Biofiltro vegetal

Figura 11/13

[0051] Esta figura presenta, a la izquierda, los elementos componentes del plenum de inyección, cuando la configuración del filtro biológico vegetal es autosostenible con un plenum inferior, donde se puede ver muy claramente el movimiento del flujo de gases.

[0052] Por otro lado, la figura de la derecha presenta la configuración del filtro biológico vegetal cuando es autosostenible mostrando los tubos que distribuyen el gas internamente y que forman parte del plenum inferior.

[0053] El número indicado en la figura se presenta a continuación:

(19) plenum de inyección

(21) Canales internos del plenum

Figura 12/13

[0054] Esta figura presenta los elementos componentes del dispositivo de filtrado biológico vegetal, en una configuración autosostenida en la misma estructura del filtro biológico, donde se puede ver claramente el momento del flujo de gases.

[0055] El número indicado en la figura se presenta a continuación:

(20) Biofiltro vegetal

Figura 13/13

[0056] Esta figura presenta dos fotografías, la fotografía superior presenta el sistema de descontaminación funcionando durante tres meses y el crecimiento de las plantas asociadas al biofiltro.

[0057] La fotografía inferior presenta el biofiltro solo, filtrando el aire ambiental, no conectado al sistema de descontaminación.

Ejemplos de aplicación

[0058] Para demostrar la eficiencia del dispositivo, se instalaron cinco plantas piloto con características similares y medidas diferentes. Se tomó como referencia una de estas plantas piloto, de acuerdo con las siguientes características: el dispositivo se conectó mediante un acoplamiento (4) de extracción en la salida (2) de gas desde un calefactor (1) de doble combustión de 8,8 kW, la medida en kW hace referencia a la fuente original de emisiones de humos, un producto de la combustión de biomasa, entre otros.

[0059] Para la realización de las pruebas se usó madera con una humedad igual o inferior al 17 %, aunque esta invención no se limita con respecto a la humedad del combustible.

[0060] La travesía total de los humos por los conductos es de 14 m.

[0061] El sistema empleado consiste en:

- Un acoplamiento (4) de extracción que divide los humos, instalado a 6,00 m entre el extremo del conducto (2) de salida de gases y el elemento (3) de protección del conducto de salida.

- Se transporta por encima de los 6 metros de conducto (5) desde el acoplamiento en T o bifurcación hasta el registro en T de la sección (6) y desde este elemento por transporte (8) cinco metros hasta la entrada del enfriador (9), de 3 m2 de superficie de disipación y tres recorridos.

- La succión de los humos del enfriador (9) se realizó mediante un ventilador centrífugo de media presión y aspiración simple con alojamiento y turbina con un flujo máximo de 1691 m3/h (14) y se comprimió en la caja (16) de impulsión de 0,04 m3 de volumen. El flujo del régimen registrado durante las pruebas fue de 311 m3/h.

- Desde la caja (16) de impulsión, se inyectaron los humos en el plenum de 0,8 m3, cuya función es distribuir homogéneamente la entrada de los humos en el biofiltro, en este caso un muro verde de 4 m2 y 20 cm de espesor. - Acidificación del sustrato del biofiltro ayudando a la liberación de nutrientes hacia las plantas del biofiltro.

- Mejoras en el crecimiento de las plantas del biofiltro manteniendo la misma cantidad de agua de riego.

Los datos del sistema se resumen en la siguiente tabla I:

[0062]

Tabla I:

[0063] Los resultados experimentales observados durante esta prueba, de acuerdo con el método CH5 (método usado bajo la normativa chilena para realizar mediciones en fuentes fijas de gases) para la determinación de las emisiones de partículas de fuentes fijas, fueron los siguientes:

RESULTADOS DE LA MEDICION

Biofiltro N.° 1

Antes del biofiltro

[0064]

RESULTADOS DE LA MEDICIÓN

Biofiltro N.° 1

Después del biofiltro

[<0065>]

[0066] Los resultados de estas pruebas indican claramente un rendimiento superior al 90 %, preferentemente 93,47%, donde se logró la reducción de diferentes emisiones y en especial del material particulado.

[0067] En general, los resultados de cinco de los experimentos arrojaron un rango de eficiencia en la retención de material particulado de entre el 72 y el 95 %.

[0068] El flujo de humos filtrados operativo en las diferentes pruebas va desde los 300 m3/h a los 500 m3/h; estos valores de flujo no restringen el desarrollo actual.

[0069] Un resultado interesante es la relación de que cada 390 m3/h de flujo en régimen de humos requiere 1 m3 de biofiltro y se confirmó para el rango entre 216 y 512 m3/h de flujo en régimen de humos con un rango equivalente de volumen de biofiltro entre 0,55 y 1,32 m3 para conseguir un filtrado con una eficacia superior al 90 %. Estos valores no son restrictivos para otros flujos en los que se podría aplicar el sistema.

[0070] Un segundo experimento demostró la eficiencia en el crecimiento del biofiltro en función de la inyección de los humos de los dispositivos de combustión (figura 13/13).

[0071] Los humos que salían de la chimenea tenían un flujo de 390 m3/h en régimen. Por otro lado, el experimento se llevó a cabo durante tres meses de invierno.

[0072] En este experimento, se usó un biofiltro, montado en un muro con un volumen de los mismos m3, con plenum de inyección lateral. Por otro lado, la cantidad de agua usada fue de un m3.

[0073] Uno de los fenómenos detectados en esta prueba fue la rápida acidificación del suelo por la generación de ácido carbónico al entrar en contacto el monóxido de carbono de los productos derivados de la combustión con el agua de riego. Este fenómeno hace que las raíces estén más expuestas a la absorción de nutrientes necesarios para su crecimiento.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de descontaminación de humos conectable a cualquier sistema de combustión, caracterizado por que incluye siete dispositivos (A a G) interconectados secuencialmente de la siguiente manera:

- (A) la conexión (4) del dispositivo de extracción de humos al sistema de combustión,

- (B) un dispositivo de conducción que comprende conductos (5,8),

- (C) un dispositivo de enfriamiento que comprende un enfriador (9), el humo enfriado se conduce a un dispositivo de succión (D) a través de conductos (10,11)

- (D) el dispositivo de succión, que incluye un extractor (14) y un dispositivo electrónico (15) para regular el flujo del mismo, el dispositivo de succión lleva los humos presurizados a un dispositivo de inducción (E),

- (E) el dispositivo de inducción (E) comprende una caja (16) de impulsión, elementos (17) de transporte y reguladores (18) de inyección, el dispositivo de inducción concentra y dirige los humos a una unidad de plenum, (F),

- la unidad de plenum (F) comprende un plenum (19) de inyección y canales (21) de inyección, y

- (G) un dispositivo de filtrado vegetal biológico que comprende un sustrato de biofiltro, EN DONDE: los canales (21) del plenum de inyección distribuyen uniformemente el humo en el sustrato del biofiltro vegetal en diferentes niveles del sustrato del biofiltro para homogeneizar la entrada de humos al sustrato del biofiltro y asegurar que el humo se desplace uniformemente a través del sustrato del biofiltro.

2. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, en combinación con un sistema de combustión, CARACTERIZADO por que los humos se generan con cualquier material de biomasa, independientemente de su nivel de humedad.

3. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, en combinación con un sistema de combustión CARACTERIZADO por que los humos se generan con carbón.

4. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, en combinación con un sistema de combustión CARACTERIZADO por que no es necesario intervenir el funcionamiento del sistema de combustión instalado, porque los humos se toman en el punto de salida a la atmósfera.

5. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que se ajusta para la regulación automática según el flujo de humos evitando así un aumento del consumo de combustible por más aspiración.

6. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, en combinación con un sistema de combustión CARACTERIZADO por que la relación entre el flujo de humos generados en régimen versus la cantidad de biofiltro necesaria para lograr filtrar entre un 72 y un 95 % de partículas contaminantes comprende un intervalo de 216 a 512m 3/h de humos generados en régimen para un intervalo de 0,55 a 1,32 m3 del volumen del biofiltro, preferentemente cada 390 m3/h de flujo de humos requiere 1 m3 de biofiltro para lograr una filtración con una eficiencia superior al 90 %.

7. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, en combinación con un sistema de combustión CARACTERIZADO por que el dispositivo de extracción (A) comprende:

(2) conducto de salida de gases;

(3) protección del conducto de salida;

(4) empalme de extracción; y

un conducto (5), que es como un elemento de guía,

donde los elementos (2) y (3) forman parte del sistema de combustión y los elementos (4) y (5) son la conexión de los humos al sistema de descontaminación en donde el elemento (4) divide los humos logrando así la no interferencia en el proceso normal de funcionamiento del artefacto que realiza la combustión.

8. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el dispositivo de conducción (B) está conectado a través del conducto (5) y comprende:

un registro en T (6) antes del enfriador;

una cubierta (7) de registro en T antes del enfriador,

y

un conducto (8) antes del enfriador, donde los elementos que se separan del techo están anclados a la estructura del techo y sellados en cada una de las juntas para evitar pérdidas a través de los huecos, reduciendo de este modo las pérdidas de flujo a lo largo del trayecto.

9. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 8, CARACTERIZADO por que el registro en T (6) antes del enfriador (9) J puede estar abierto o cerrado para la limpieza y monitorización del conducto.

10. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el dispositivo de enfriamiento (C) está conectado 5 a través del conducto (8) antes del enfriador (9)

y consiste en:

el enfriador (9);

y el conducto (10) que sigue al enfriador (9),

en donde el enfriador (9)

está formado por elementos tubulares de sección rectangular de menor sección que los elementos de extracción, de manera que la suma de la superficie de sus lados sea mayor que la suma de las superficies de los conductos de transporte consiguiendo por tanto disminuir la temperatura de los humos al aumentar la superficie de disipación.

11. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el dispositivo de succión (D) está conectado a través del elemento de conducción detrás del enfriador (10) y consiste en:

un registro en T posenfriador (11),

una cubierta (12) de registro del posenfriador;

una brida (13);

el extractor (14) y

un dispositivo (15) electrónico de control de flujo,

en donde los humos a baja temperatura se recogen y succionan por el extractor (14) que es un equipo electromecánico que aumenta la presión y flujo de los mismos, por otro lado, el extractor (14) es ajustable y está controlado por el dispositivo (15) electrónico de control de flujo y es directamente proporcional a la distancia al punto de captura de los humos, altura, diámetro de los conductos y distancia desde el enfriador (9).

12. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el dispositivo de inducción (E) se conecta a través del extractor (14) y consiste en:

(16) una caja de impulsión;

(17) elementos de transporte; y

(18) reguladores de inyección, en donde la caja (16) de transmisión, por su parte, consiste en conductos de sección circular de menor diámetro que el alojamiento para así aumentar la velocidad de los gases hacia el plenum (F) y por tanto al biofiltro vegetal (G), donde el proceso de transferencia desde la caja de impulsión se realiza mediante conductos que tienen sección 1/10 del conducto del recorrido cubierto en los elementos (5, 8 y 10), lo que aumenta la velocidad de inyección al plenum (F) en un 140 %.

13. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el plenum (F) consiste en al menos tres configuraciones, la primera con un plenum inferior dispuesto debajo del biofiltro que se apoya en un soporte existente, tal como un muro, la segunda con el mismo tipo de biofiltro apoyado en una superficie tal como un muro, pero con un plenum colocado lateralmente al biofiltro, donde se coloca un tejido que distribuye uniformemente los humos (22), y la tercera donde el biofiltro es autoportante usando únicamente el plenum de inyección como base, como un tótem, donde en el primer y tercer casos el plenum de inyección comprende canales perforados (21) en el interior del biofiltro.

14. Un sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO por que el dispositivo de filtro vegetal biológico (G) se conecta a través del plenum de inyección (F) y comprende:

(20) biofiltro vegetal,

en donde el biofiltro comprende al menos dos configuraciones, la primera donde el biofiltro se apoya sobre un soporte existente, tal como un muro y el segundo donde el biofiltro es autosostenible, como un tótem, sin excluir otras formas de soporte del biofiltro.

15. Un procedimiento de descontaminación de humos usando el sistema de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 1 conectado a cualquier sistema de combustión, CARACTERIZADO por que consiste en las etapas de:

i) capturar los humos a través de una ramificación (4), cuyo diseño provoca la bifurcación de los humos y no interfiere en el proceso operativo normal del artefacto que realiza la combustión;

ii) guiar el humo, donde el humo se desplaza y se lleva a una velocidad constante y permanece en conductos con una sección regular (5, 8 y 10), en roturas de dirección (6) y a través de elementos (7) de registro;

(iii) enfriar los humos, donde los humos se distribuyen en tantas secciones como se requiera en el enfriador (9), donde la temperatura se reduce en un intervalo de 250 °C a 10 °C, donde el flujo de humos se desacelera porque la suma de las secciones inferiores del enfriador es mayor que la del conducto (5, 8 y 10) de entrada; debido a lo anterior, se disminuye la velocidad de desplazamiento en cada sección y en consecuencia se incrementa el tiempo de permanencia de los humos en una mayor área de disipación y, por lo tanto, la temperatura de los humos desciende, sin variar el flujo por hora de desplazamiento; por otro lado, el dispositivo (15) regulador electrónico para regular el flujo del extractor (14) equilibra, compensa y mantiene el flujo natural del sistema de combustión instalado;

iv) accionamiento e inyección, en donde el extractor (14) lleva los humos a la caja (16) de impulsión y los introduce a una velocidad constante, aumentando de este modo la densidad del aire confinado, donde la transferencia desde la caja (16) de transmisión se realiza a través de conductos que tienen una sección 1/10 del conducto (5, 8 y 10) de desplazamiento, lo que aumenta la velocidad de inyección al plenum (19) en un 140 % y este último inyecta los humos en la última etapa del proceso; y

v) filtración vegetal, donde se filtra el material particulado de los humos, preferentemente usando un muro vertical de sustrato vegetal, sostenido o autoportado, donde lo importante es que los humos se desplacen por la mayor superficie de contacto con el sustrato de filtro vegetal.

16. Un procedimiento de descontaminación de humos

de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO por que las etapas de guiado (ii) y conducción e inyección (iv) se monitorizan y limpian a través de sus respectivos registros y cubiertas de registro.

17. Un procedimiento de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO por que la etapa de filtración vegetal (v) tiene una capacidad de filtración de partículas en el intervalo inferior a 2,5 partes por millón hasta 10 partes por millón como filtración final.

18. Un procedimiento de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO por que la etapa de impulsión e inyección (iv) regula el flujo de humos a través del extractor (14) que recibe órdenes de flujo del dispositivo electrónico regulador de flujo (15).

19. Un procedimiento de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO por que la etapa de enfriamiento de humos (iii) consigue reducir la temperatura de los humos para que los pueda usar el biofiltro, desde temperaturas cercanas a los 250 °C hasta temperaturas cercanas a los 10 °C.

20. Un procedimiento de descontaminación de humos de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO por que la etapa de filtración vegetal (v) no produce residuos, absorbiendo y reciclando los contaminantes.