Mayo de 2020
Este documento analiza muchos de los desafíos que enfrentan los operadores al utilizar sistemas convencionales de filtración por medios de superficie y de profundidad para eliminar partículas. Luego presenta una alternativa rentable y económica: la separación magnética.
*Los ciclones no se tratan aquí porque suelen ser ineficientes por debajo de 30 micrones e ineficaces por debajo de 10 micrones.
Sistemas de filtración convencionales
Los sistemas convencionales de filtros para partículas emplean una carcasa o recipiente de filtro con elementos filtrantes reemplazables. La mayoría de los elementos filtrantes se construyen con diversos materiales tejidos y dispuestos en capas para captar partículas en la superficie del filtro o en su profundidad.
Los elementos filtrantes se clasifican según su capacidad para eliminar partículas de un tamaño específico de una corriente determinada. La eficiencia del medio filtrante suele medirse de dos maneras: por la clasificación en micrones y por la relación Beta (Beta Ratio).
- La clasificación en micrones se refiere al tamaño mínimo de las partículas que el filtro puede atrapar; sin embargo, esto puede ser engañoso, ya que depende de los métodos y normas de prueba empleados para determinar dicha clasificación. Las clasificaciones en micrones son absolutas o nominales; ambos diseños presentan diversas deficiencias que reducen su precisión, principalmente porque las condiciones de laboratorio en las que se prueban no reflejan las condiciones del mundo real.
- La clasificación Beta mide el material atrapado en el filtro en relación con el material que lo atraviesa sin retención. Se determina mediante una prueba de múltiples pasos en la que los contaminantes ingresan al fluido en incrementos variables a medida que este circula a través del filtro. Dado que esta clasificación se determina mediante pruebas de múltiples pasos, no refleja con precisión las condiciones reales de las aplicaciones de flujo de proceso de un solo paso.
En estos sistemas, la dirección del flujo en el recipiente se describe como flujo de adentro hacia afuera (a través del interior del filtro y luego hacia afuera por el exterior del elemento) o flujo de afuera hacia adentro (a través del exterior del filtro y luego hacia el interior del elemento filtrante). La eficiencia de los sistemas de flujo de afuera hacia adentro suele ser menor que la de los sistemas de flujo de adentro hacia afuera.
El uso de sistemas de filtración convencionales plantea un dilema que contrapone el rendimiento del filtro (menor clasificación en micrones y clasificaciones absolutas/nominales) frente al costo del filtro (reemplazo más frecuente cuanto menor es la clasificación en micrones) y frente a la calidad del producto (con impactos en la confiabilidad de los equipos asociados y en los gastos de mantenimiento). Las desventajas típicas de estos sistemas de filtros son las siguientes:
- Son un consumible costoso. Los elementos filtrantes suelen costar cientos de dólares por unidad, y el costo unitario aumenta a medida que mejora el rendimiento del filtro (es decir, menor clasificación en micrones). Una unidad de filtración típica puede requerir docenas de filtros de reemplazo por semana.
- Generan mayores costos de mano de obra y aumentan la exposición del personal. Se requiere la intervención de técnicos u operadores para abrir los recipientes de los filtros y reemplazar los elementos filtrantes (lo cual puede ocurrir con una frecuencia superior a cada 24 horas).
- Retienen muy poca contaminación cuando están llenos de partículas. La capacidad de retención de suciedad a menudo se mide en onzas o gramos en lugar de libras o kilogramos, a pesar de lo que afirman los fabricantes. Las capacidades de retención declaradas suelen estar muy exageradas.
- Generan altos costos de eliminación. Esto se debe principalmente al volumen de residuos que ocupa el propio elemento filtrante, más que a la contaminación contenida en él.
- Las empresas de filtros obtienen sus ganancias de la venta de elementos filtrantes. Las empresas de filtros a menudo suministran sus recipientes de filtro a precio de costo, y por lo general esto está sujeto a contratos plurianuales de suministro exclusivo de filtros.
- Por lo general, se asume que las clasificaciones de filtro absolutas son precisas. La mayoría de los operadores no analizan los flujos aguas abajo en busca de partículas que estén pasando a través de estos filtros. Las clasificaciones de los filtros a menudo se obtienen en entornos de laboratorio mediante el uso de materiales poco habituales (por ejemplo, polvo de cactus) en lugar de en entornos operativos del mundo real.
- Pueden averiarse y colapsar. Cuando esto ocurre, el filtro deja de cumplir su función y el material del filtro se envía aguas abajo hacia el medio en circulación y los equipos.
- Son más eficaces justo antes de obstruirse. Esto requiere el llamado inmediato de operadores o técnicos para reemplazar los elementos, o la derivación (bypass) del sistema de filtración, o ambas cosas. El aumento de los diferenciales de presión a través de los sistemas de filtración también incrementa los costos de energía necesarios para mover el producto.
A menudo no se emplean en aplicaciones necesarias. Por ejemplo, podrían proteger las bombas del ingreso de partículas si se instalaran en el lado de succión de las bombas, pero los filtros obstruidos provocan cavitación y daños en las bombas.A pesar de estas desventajas, los sistemas convencionales de filtración por medios de superficie y de profundidad siguen siendo el estándar para la eliminación de partículas en sistemas de hidrocarburos. Sin embargo, esto está cambiando a medida que alternativas de filtración como la separación magnética se comprenden y se implementan más ampliamente en toda la industria.
Separación magnética
Los sistemas separadores magnéticos de Black Powder Solutions ofrecen una alternativa a los sistemas mecánicos de filtros convencionales y se han empleado en aplicaciones de procesamiento de hidrocarburos y oleoductos desde 2010. Estos sistemas se utilizan ahora de forma más amplia en recolección de campo, procesamiento de gas, oleoductos de transporte de larga distancia y de distribución, fraccionadoras, refinerías, plantas químicas, almacenamiento en tanques y terminales de carga de buques.
Los sistemas separadores magnéticos utilizan imanes permanentes de tierras raras para eliminar la contaminación ferrosa y no ferrosa de los fluidos y gases de hidrocarburos, así como de los fluidos de proceso, la lubricación y el agua en condiciones de flujo total. La contaminación no ferrosa se elimina en gran medida gracias a la adhesión electrostática con las partículas ferrosas, que tienden a mostrar recuentos elevados de partículas en el rango inferior a 10 micrones. Lea más sobre esto aquí.
Estos sistemas dependen del tiempo de residencia de un fluido o gas dentro de los campos magnéticos para eliminar los contaminantes arrastrados. Cuanto mayor es la intensidad del campo magnético, mayor es la capacidad de los separadores magnéticos para atraer grandes cantidades de contaminación por partículas en todo el espectro de tamaños. En cuanto a los beneficios obtenidos, los sistemas de separación magnética ofrecen lo siguiente:
- Un gasto de capital único, sin gastos operativos. El retorno de la inversión de los sistemas de separación magnética suele medirse en meses, gracias al uso evitado de elementos filtrantes (como en las instalaciones ubicadas aguas arriba de los sistemas de filtros convencionales).
- Mejoran la calidad del producto. Estos sistemas son altamente eficientes (más del 95 %) en la eliminación de partículas hasta tamaños inferiores a 0,1 micrones.
- Mejoran la confiabilidad de los equipos y el tiempo de actividad del proceso. La eliminación eficiente de partículas inferiores a 10 micrones reduce las fallas de los equipos y el mantenimiento no planificado. A su vez, los operadores ven menores costos de mantenimiento y reemplazo de equipos.
- Sin elementos filtrantes desechables. La contaminación por partículas se acumula en los elementos magnéticos y luego se retira mecánicamente de ellos para su eliminación. Esto elimina los costos asociados al consumo de elementos filtrantes.
- Grandes capacidades de retención de contaminación. Los sistemas suelen retener cientos de libras de contaminación antes de que se requiera su limpieza. Esto permite intervalos de limpieza de hasta 6 meses o más, según la carga de contaminación. Esto reduce significativamente la intervención de técnicos u operadores con los equipos de filtración y disminuye tanto los costos de mano de obra como la exposición del personal (es decir, los «puntos de contacto»). Esto también genera costos de eliminación mucho menores, ya que solo se desecha la contaminación.
- Sin requisitos de combustible o energía para la operación diaria. Estos sistemas utilizan imanes permanentes de tierras raras, no electroimanes. Esto, combinado con un mínimo absoluto de consumibles, se traduce en costos operativos mínimos.
- Vidas útiles superiores a 20 años. Los sistemas funcionarán durante mucho más de 20 años sin degradación en su rendimiento.
- Bajo diferencial de presión operativo (dP). Los sistemas operan con diferenciales de presión inferiores a 0,5 psi cuando están limpios, inferiores a 5 psi cuando están llenos de contaminación y, por lo general, en torno a 1,5 psi cuando se requiere limpieza.
Los sistemas separadores magnéticos pueden implementarse en cualquier aplicación de volumen de gas y líquido. Además, pueden utilizarse en muchas aplicaciones donde los sistemas de filtración convencionales no pueden emplearse de forma eficaz. Algunos ejemplos son: aplicaciones con grandes volúmenes de líquido que requieren la eliminación de partículas inferiores a 10 micrones, aplicaciones del lado de bombas y compresores donde no se pueden tolerar altos diferenciales de presión ni bajos caudales, y aplicaciones con temperaturas de hasta 600 °F (300 °C).
La separación magnética es un proceso probado para la eliminación masiva de partículas hasta tamaños inferiores a 0,10 micrones. Ofrece una gama de beneficios más rentables que los sistemas tradicionales de eliminación de contaminación por partículas. Los sistemas separadores magnéticos son una solución altamente eficaz en un mundo donde los propietarios y operadores de instalaciones exigen eficiencia de costos, sostenibilidad y seguridad.
Si desea calcular sus costos operativos (considerando los costos asociados a la mano de obra y la eliminación de residuos), complete este formulario para descargar una calculadora de costos que compara los costos de operar únicamente con filtros convencionales frente a los costos de operar con la incorporación de un separador magnético.
