UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
CÁTEDRA: ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ALCANTA RILLADO CATEDRÁTICO: ING. ABEL MUÑIZ PAUCARMAYTA ALUMNOS: POMA CONDOR ANY FABIAN BULLON DAVIS FLORES FLORES EBER CALDERON COLACHAGUA FRANZ HIDALGO RIVAS MIGUEL ANGUEL OLIVERA UCEDA JULIO NUÑEZ ALLPOCC JUAN CHACON QUINTO CHARLES PERALES SIMEON JOSE RODRIGUEZ MORAN MIGUEL TRIGOS BARRETO JOSEPH VILLANES ALCANTARA JOSE LUIS SEMESTRE: VIII
HUANCAYO - PERÚ
2015
MODELAMIENTO HIDROCICLON
CONTENIDO I. MODELAMIENTO HIDROCICLON ........................................................................ 2 1.1. RESUMEN EJECUTIVO..................................................................................... 2 1.1.1. EXECUTIVE SUMMARY.......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 3 1.2. INTRODUCCION......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... .................. ..... 4 1.3. OBJETIVOS ....................................................................................................... 5 1.4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 6 DEFINICION ................................................................................................ 6 FUNCIONAMIENTO .................................................................................... 6 APLICACIONES ................................ ................... ........................... ........................... ......................... .......................... ................... ..... 7 VENTAJAS .................................................................................................. 8 VARIABLES GEOMÉTRICAS .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .................. ..... 8 VARIABLES DE OPERACIÓN......................... ............ .......................... .......................... .......................... ................ ... 10 GEOMETRÍA DEL HIDROCICLÓN............................................................ 14 1.5. METODOLOGIA ............................................................................................... 17 DISEÑO DE HIDROCICLON ..................................................................... 17 DISEÑO DE HIDROCICLON BILL PENTZ ......................... ............ .......................... ....................... .......... 22 DISEÑO EN AUTOCAD .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 24 DISEÑO EN SKETCHUP .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ....................... .......... 24 DISEÑO EN SOLIWORT ........................................................................... 26 1.6.1. DISEÑO DEL DIAMETRO DE ABERTURA PARA 50% DE EFICIENCIA .27 1.13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................ .............. .......................... .................... ........ 29 1.14. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 30 1.15. ANEXOS .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 31
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MODELAMIENTO HIDROCICLON
I. MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.1. RESUMEN EJECUTIVO Los hidrociclones son equipos indispensables, en la industria de la construcción para: Lavado de arenas, eliminando las partículas finas nocivas inferiores a 50 – 150 150 micras. Recuperación de arenas finas perdidas en el rebose de lavadores de arena convencionales como tornillos, norias y elutriadores. El hidrociclón no sirve para eliminar partículas de naturaleza orgánica como bacterias, algas y materia orgánica dispersa ya que presentan una densidad específica menor a los sólidos en suspensión. Estas partículas logran pasar el dispositivo. El funcionamiento del hidrociclón a realizar será cuando la pulpa de alimentación entra tangencialmente a la parte cilíndrica bajo una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formando un torbellino t orbellino descendente hacia el vértice de la parte cónica. Las partículas más gruesas debido a la aceleración centrífuga giran cercanas a la pared, siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa. Debido a las reducidas dimensiones de ésta, solamente se evacua una parte de la suspensión, creándose en el vértice del cono un segundo torbellino de trayectoria t rayectoria ascendente, ascendente, el cual transporta las partículas finas junto con la mayor parte del líquido, abandonando el hidrociclón a través de un tubo central situado en la tapa superior del cuerpo cilíndrico. Regulando la aceleración del torbellino y variando la geometría y toberas del hidrociclón puede ajustarse el tamaño de separación entre 10 y 500 micras. El presente trabajo constará de la realización de este modelo hidráulico (hidrociclón) empezando a partir de una teoría previa, los cálculos pertinentes, el modelamiento y la construcción del modelo.
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1.1.1. EXECUTIVE SUMMARY The hydrocyclones are essential equipment in the construction industry for: Sand washing, removing fine particles 50-150 microns less than harmful. Recovery of fine sand lost in conventional scrubbers overflow arena as screws, wheels and elutriators. The hydrocyclone not used to remove particulate organic nature as bacteria, algae and dispersed organic matter as to have a lower specific gravity suspended solids. These particles make it through the device. The operation of the hydrocyclone to be performed when the pulp feed enters tangentially to the cylindrical portion under a certain pressure, which causes rotation about the longitudinal axis of the hydrocyclone, forming a whirling downward toward the apex of the conical portion. Coarse particles by centrifugal acceleration rotate close to the wall, being evacuated through the nozzle in the form of thick pulp. Because of the small size thereof, only a part of the suspension is evacuated, being created at the apex of the cone one second whirl upward trajectory, which carries the fine particles together with most of the liquid, leaving the hydrocyclone via a central tube located in the top cover of the barrel. Whirlpool acceleration regulating and varying the geometry of the hydrocyclone and nozzles can be adjusted gap size between 10 and 500 microns. This work will consist of the realization of this hydraulic model (hydrocyclone) starting from a previous theory, the relevant calculations, modeling and model building.
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1.2.
INTRODUCCION Actualmente el medio ambiente ha sufrido cambios muy significativos, esto a raíz de la interacción del hombre con la naturaleza. La contaminación del suelo, el aire y el agua son problemas ambientales que se deben atender con rapidez e inteligencia. Existen varias técnicas de remediación de suelos contaminados con hidrocarburos, biológicas, químicas y fisicoquímicas. Los hidrociclones son equipos muy útiles para la separación de partículas sólidas según la rapidez de asentamiento en un fluido. A pesar que la primera patente sobre hidrociclones se registró al principio del siglo pasado, no fue hasta en la década del 50 que se tuvo un verdadero significado tecnológico. En la actualidad, los hidrociclones se han convertido para los procesos de beneficio y en otras muchas más ramas industriales en equipos de gran utilidad e imprescindibles para la clasificación, concentración y clarificación. Los HIDROCICLONES fueron originalmente diseñados para promover la separación sólidolíquido, sin embargo, actualmente son también utilizados para separación de sólido – sólido, líquido – líquido y/o gas – líquido. La industria minera y civil son los principales usuarios de los HIDROCICLONES, siendo aplicado en clasificación de líquidos, espesamiento, ordenamiento de partículas por densidad o tamaño y lavado de sólidos. Ciclones destinados a la clasificación se han instalados con éxito para las separación por densidades de granos muy finos. El impetuoso desarrollo de la aplicación de hidrociclones ha sido consecuencia directa de numerosos trabajos de investigación y desarrollo.
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1.3. OBJETIVOS
OBJETIVOS PRINCIPALES: Realizar el correcto diseño de la estructura Hidrociclón con teoría, cálculos, modelamientos previos. Elaborar el modelo hidráulico de la estructura Hidrociclón utilizando instrumentos y materiales adecuados para su correcta realización.
OBJETIVOS SECUNDARIO
Brindar conocimientos acerca de la utilización de software adecuados para este fin, todo esto coordinado y trabajando en equipo. Optimizar el laboratorio con este modelo hidráulico para su posterior uso en investigaciones pertinentes.
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1.4. MARCO TEÓRICO DEFINICION El hidrociclón es un filtro diseñado para ser utilizado en cabezales de filtración, tanto para aplicaciones agrícolas como industriales. Su función es la de separar la arena y otras partículas compactas más pesadas que el agua, por lo que es ideal como filtro previo en instalaciones que captan agua de pozo. La separación se produce gracias a la velocidad de rotación que se genera al ser inyectada el agua de forma tangencial en el interior del cuerpo del hidrociclón. Como consecuencia de la fuerza centrífuga, las partículas sólidas se desplazan hacia la pared del cono de hidrociclón, donde prosiguen una trayectoria espiral descendente debido a la fuerza de gravedad. De esta forma, las partículas sólidas son arrastradas a la parte inferior del hidrociclón donde se almacenan en un depósito colector. El agua limpia sale del hidrociclón a través del tubo situado en la parte superior. Las partículas sólidas acumuladas en el depósito colector deben ser eliminadas periódicamente. Esta limpieza puede realizarse con una purga contínua o bien con un drenaje temporizado
FUNCIONAMIENTO La función principal del Hidrociclón es separar los sólidos suspendidos en un determinado flujo de la pulpa de “alimentación”, en dos fracciones, una que acompaña al flujo llamado “descarga”
que lleva en suspensión los sólidos más gruesos que un determinado tamaño de corte y otra fracción que acompaña al flujo denominado “rebose” que lleva en suspensión los sólidos más
finos que el citado tamaño. La pulpa de alimentación entra tangencialmente en la parte cilíndrica a una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formándose un “torbellino primario” descendente hacia el vértice inferior del hidrociclón.
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Las partículas más gruesas giran cercanas a la pared por efecto de la aceleración centrífuga, siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa. Debido a las reducidas dimensiones de dicha boquilla, solamente se descarga una parte de la suspensión, creándose en el vértice inferior un “torbellino secundario” de trayectoria ascendente, que es donde se produce
la separación al generarse en este punto las mayores aceleraciones tangenciales. Esta corriente arrastra hacia el rebose las partículas finas junto con la mayor parte del líquido, que se descarga a través de un tubo central situado en el cuerpo cilíndrico superior del hidrociclón. Para ajustar el tamaño de separación de las partículas sólidas entre 10 y 500 micras, se regula la aceleración del torbellino y se modifica la geometría y/o toberas del hidrociclón.
APLICACIONES Los Hidrociclones se emplean en las aplicaciones más diversas, como en el Lavado de arenas, eliminando partículas nocivas inferiores a 50-150 micras.
La Recuperación de arenas finas, perdidas en el rebose de equipos de lavado ineficientes u obsoletos.
La Producción de dos-arenas y Arenas ultra-finas.
La Clasificación de sólidos, en el rango de 10-300 micras, como en circuitos de molienda y pre-concentración de minerales.
La Clarificación parcial de efluentes.
Decantación de arena y otros contaminantes sólidos del agua destinada a uso doméstico, agrícola o industrial.
Como consecuencia de lo anterior, se consigue la protección de las bombas, válvulas y sistemas de control contra los desgastes causados por los sólidos.
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Siempre recomendado en aguas procedentes de pozo.
VENTAJAS
Debido a su especial diseño, el hidrociclón funciona con una mínima pérdida de carga.
Construcción robusta recubierta en poliéster.
Los hidrociclones pueden colocarse en paralelo para aumentar así su capacidad de filtración.
Funcionan con una pérdida de carga constante, no existiendo posibilidad de obturación
ESQUEMA DE TRABAJO DEL SEPARADOR DE HIDROCICLÓN
VARIABLES GEOMÉTRICAS Las principales variables geométricas o de diseño (Figura 1) de un hidrociclón son: 1.4.5.1. DIÁMETRO DEL HIDROCICLÓN (O)
Es el diámetro de la sección o cámara cilíndrica de alimentación. Considerada la variable de mayor importancia que controla los radios de órbita y la fuerza centrífuga que actúa sobre las partículas (Londoño y Pérez, 1988), 1.4.5.2. DIÁMETRO DE ALIMENTACIÓN (Di):
Es el diámetro de entrada de la corriente de alimentación. Regula la velocidad de inyección del momento de rotación (Sánchez, 1988), para una sección rectangular el diámetro de entrada equivalente es:
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Algunos autores coinciden en limitar Di en el siguiente rango:
1.4.5.3. DIÁMETRO LOCALIZADOR DEL VÓRTICE (Do):
Es el diámetro interior de la descarga superior, controla tanto la separación como el flujo en el hidrociclón.
1.4.5.4. DIÁMETRO DEL ÁPICE (Du):
Es el diámetro interior de la descarga inferior. Su tamaño debe ser tal que no obstruya la evacuación de los sólidos. Bradley, citado por Londoño y Pérez (1988), plantea el siguiente rango:
1.4.5.5. RELACIÓN Du/Do:
Bustamante (1989) propone el siguiente rango para lograr las condiciones normales de operación:
1.4.5.6. ALTURA DEL LOCALIZADOR DEL VÓRTICE (h1v):
Distancia que penetra el Do dentro del hidrociclón. Su función es evitar el corto circuito de las corrientes de alimentación y el flujo superior. Bradley y Rietema citados por Bustarnante (1989). Proponen:
1.4.5.7. ALTURA DE LA SECCIÓN CILÍNDRICA (He):
Longitud del cuerpo cilíndrico del hidrociclón, separación y define el tiempo de residencia.
permite el inicio del fenómeno de
1.4.5.8. ALTURA DE LA SECCIÓN CÓNICA (Hco):
Longitud del cono del hidrociclón.
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1.4.5.9. ÁNGULO DE CONO (ϴ)
Ángulo que define la conicidad del hidrociclón. Conicidades mayores de 45° se emplean para separación de sólidos de acuerdo a la gravedad específica (Bustamante, 1992).
Ilustración 1: Variables de Diseño de un Hidrociclón
VARIABLES DE OPERACIÓN Las principales variables de operación que intervienen en el funcionamiento del hidrociclón son: 1.4.6.1. CAÍDA DE PRESIÓN (AP) Y CAUDAL DE SUSPENSIÓN (QS):
A mayor caudal se origina mayor pérdida de presión en el hidrociclón, entonces se relaciona el caudal de la alimentación con la AP mediante la siguiente ecuación: Qs = K x (AP)n Mullar y Jull. Desarrollaron la siguiente expresión que sirve para diseños preliminares: Qs = 0.0094 x (AP) ^0.5 x Di Dónde: ΔP: caída de presión [kPa]
Qs: caudal de suspensión [m3/h] 1.4.6.2. DENSIDAD (P):
Es necesario que exista diferencia de densidades entre el sólido y el medio fluido para que haya separación. La densidad de la suspensión se calcula conociendo la densidad de los sólidos (ps) y del fluido (pi) para una concentración en volumen ( φv) está dada por:
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1.4.6.3. CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS:
Con altas concentraciones de sólidos las condiciones de sedimentación obstaculizada son mayores y las velocidades de sedimentación se desvían de la ley de Stokes. Generalmente se expresa la concentración en volumen (1\) como la relación entre el volumen de sólidos presentes en la suspensión (Vs) y el volumen de la suspensión (Vm) (12):
1.4.6.4. VISCOSIDAD DEL FLUIDO:
En suspensiones muy concentradas se debe considerar la viscosidad de la mezcla ( μs) ya que ésta es mucho mayor que la viscosidad de la fase continua ( μo). La ecuación de Franken y Acrivos, representa teóricamente el comportamiento de la viscosidad relativa de una suspensión para concentraciones altas con muy buena aceptación.
1.4.6.5. TAMAÑO DE LA PARTÍCULA:
Este tiene efecto sobre la velocidad tangencial y la aceleración, partículas con igual densidad en el mismo fluido alcanzan una velocidad terminal mayor cuando su tamaño es superior. 1.4.6.6. FORMA:
Tiene efecto sobre la clasificación debido a la fricción entre partículas y los efectos sobre el fluido. Partículas de forma laminar se comportan hidrodinárnicamente diferente a panículas de forma esférica aunque sean de igual densidad. En un hidrociclón las partículas muy planas tienden a ser evacuadas por el sobre flujo aunque. Sean relativamente gruesas (Wills, 1987)
Conceptos Básicos: La trayectoria de una partícula que se mueve en el seno de un fluido dentro de un hidrociclón, se puede predecir asumiendo que la partícula se mueve en una sola dirección (radial) en un pi no horizontal, dicha partícula en una órbita de equilibrio estará sujeta a la acción de tres fuerzas, como lo indica la Figura 2. Ilustración 2: Fuerzas que Actúan Sobre una Partícula Orbitando en un Hidrociclón
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1.4.6.7. FUERZA EXTERNA (F ext.):
Corresponde a la fuerza centrífuga (Fc) debida a la aceleración centrífuga originada en la velocidad tangencial del flujo y depende de la distancia «r» de la partícula al centro del hidrociclón
1.4.6.8. FUERZA DE EMPUJE (Fe):
Es debida a la diferencia de presión sobre la partícula causada por el giro en el campo centrífugo; esta fuerza está dirigida en dirección radial hacia el centro del hidrociclón, por lo cual se toma como una fuerza radial (Fr) sobre la partícula.
1.4.6.9. FUERZA DE RESISTENCIA O FUERZA DE ARRASTRE (FD):
Es la fuerza de resistencia que opone el fluido al movimiento de la partícula. Esta fuerza se origina en el hidrociclón debido a la diferencia de presión entre el vórtice y el centro del ciclón:
Donde V es la Velocidad radial relativa del fluido, el coeficiente Cd normalmente es expresado en función del número de Reynolds (Re) y del factor de forma de la partícula. Para un cuerpo en movimiento libre se tiene:
Reemplazando las ecuaciones 12, 13 y 14 en 15 y despejando la velocidad terminal radial corregida para partículas sedimentando en una suspensión, según Sarquis (1981) se obtiene:
Donde F es el factor de Steinov, expresado en función de la porosidad:
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1.4.6.10. RELACIÓN DE ISODROMÍA:
Partículas Isódromas o equidescentes, son las partículas que tienen la misma velocidad terminal en el mismo fluido y campo de fuerzas. Si se tienen dos partículas de densidades Pa y Pb y diámetros Da y Db, respectivamente, que están sedimentando en un campo centrífugo exactamente a la misma velocidad, sus velocidades terminales deben ser las mismas y por consiguiente:
Con: n=1, para turbulento régimen n=1/2, para régimen laminar 1/2 < n < 1, para régimen de transición Se ha definido también la relación de separación (RE) como la relación del tamaño máximo de la partícula liviana (Damax) y el tamaño mínimo de la partícula pesada (Dbmin) (7)
Habrá clasificación si se cumple la condición siguiente:
Tamaño de corte (dso)' En un hidrociclón las partículas con diámetros mayores al d 50 serán evacuadas por el bajo flujo y las partículas con diámetros menores al d 50 serán evacuadas por el sobreflujo. Plitt, citado por Wills (1987), ha desarrollado un modelo matemático que da buenos pronósticos acerca del rendimiento de hidrociclones de gran diámetro, la ecuación es:
Dónde: D: Di: Do: Du: φv: Ht: Q: ρs: ρf: d50:
Diámetro del hidrociclón [cm] Diámetro de alimentación [cm] Diámetro localizador del vórtice [cm] Diámetro ápice [cm] Porcentaje volumétrico de sólidos en la alimentación Altura del hidrociclón [cm] Caudal de la alimentación [m3/hr] Densidad de los sólidos [g/cm3] Densidad del fluido [g/cm3] Diámetro de separación [um]
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GEOMETRÍA DEL HIDROCICLÓN Se mencionó anteriormente que existen dos tipos de variables que van a definir el comportamiento de un hidrociclón, y estas son las variables de operación y las variables de diseño. Estas últimas son las que dependen del tamaño y las proporciones del hidrociclón y van directamente relacionadas con la geometría que se ajuste a la operación que se pretende realizar; en este caso se procurará alcanzar la máxima eliminación de agua de la pulpa generada en el lavado de suelos. En el diseño de un hidrociclón el localizador del vórtice es una parte muy importante, ya que ésta pretende minimizar la corriente en corto circuito, como se aprecia en la Figura 4.4. Para lograr esto, el localizador del vórtice debe ser mayor que el lugar geométrico de la velocidad tangencial máxima para que las partículas grandes puedan ser arrastradas hacia afuera. En el otro extremo, el localizador del vórtice no debe quedar fuera de la sección del manto del lugar geométrico de la velocidad vertical cero, ya que algunas partículas podrían entonces quedar sujetas a una velocidad radial hacia adentro en la sección cilíndrica, y ésta podría arrastrarlas hacia la corriente de derrame. Ilustración 3: Dimensiones del Hidrociclón
El análisis del diámetro de la alimentación no acepta la lógica con tanta facilidad, particularmente porque afecta tanto al d como a la caída de presión. Rietema (1960) sugiere que DI (y otras proporciones) pueden seleccionarse para un fin particular sobre la base de minimizar su Cy50 (Kelly, et. al., 1990). En general, para un hidrociclón no importa la variación de las proporciones. A continuación se muestra una configuración (Castilho, et. al., 2000). DI =Dc/7 ϴ = 10°-30° Lc/Dc = 3 D (-) =Dc/5 Lv/Dc = 0.4 D (+) = Dc/15 Para identificar las proporciones que se indican en las diferentes estructuras de un hidrociclón, según las necesidades del proceso, se presentan en el siguiente esquema las dimensiones del hidrociclón, aunque muchos autores las han definido con diferente nomenclatura como se presenta en la Figura 3.
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Se han propuesto muchas configuraciones por familias de hidrociclones, las cuales son representativas por el autor, como las que se muestran en la Tabla 1 Tabla 1: Proporciones Geométricas de dos Familias de Hidrociclones
Actualmente se han propuesto nuevas configuraciones que procuran el mezclado y la clasificación, tal como la que presenta en la Tabla 2. Tabla 2: Proporciones Geométricas para Hidrociclón
Los ángulos de cono más grandes son mejores para la clasificación, pero hay un límite superior debido a que ocasionan que el d 50 aumente con una disminución de la capacidad de procesamiento. El efecto puede contrarrestarse parcialmente alargando la sección cilíndrica. Si el hidrociclón se va a usar para operaciones de eliminación de agua, es conveniente que tenga unas proporciones ligeramente diferentes (Rietema, 1960): DI =Dc/4 Lc/Dc = 5 D(-) =Dc/3 Lv/Dc = 0.4 En la práctica se emplean también a menudo estas proporciones para la clasificación en molienda en circuito cerrado, porque las aberturas más grandes reducen la caída de presión. En el tamaño de la abertura ocurre un límite superior cuando la corriente de entrada comienza a incidir sobre el localizador del vórtice, es decir: 2 DI + D (-) < Dc La entrada no debe estar abajo del centro del localizador del vórtice, y una entrada de involuta de forma rectangular contra la cubierta superior tiene ventajas sobre una entrada circular, si bien pueden no justificarse las complicaciones adicionales de manufactura y ajuste. En algunos casos, los diámetros de los tubos de entrada y del derrame deben ser mayores que el tamaño real de la abertura del hidrociclón, y en el caso de este último tubo, debe tenerse cuidado de evitar efectos de sifón que pudieran alterar los patrones de flujo dentro del hidrociclón. La descarga inferior es normalmente una de tipo libre, y el tamaño de la abertura se ajusta por lo general de manera que satisfaga la aplicación. La apariencia de la descarga puede adoptar tres formas: 1.- “De remolino" o "de rociado", en la cual el sólido y el líquido se descargan en un rocío violento que adopta la forma de cono hueco. Esta se utiliza para obtener la máxima separación de sólidos. ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
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2.- "De chorizo" o de "cable", en la cual la descarga es una espiral sólida giratoria, que representa el contenido mínimo de líquido. 3.- "De sobrecarga", en la cual la descarga es una corriente recta, sin gran energía y sin movimiento en espiral. Si la abertura del ápice es demasiado pequeña, no es posible lograr la descarga completa del material de sobre tamaño, lo cual tiene como consecuencia un acarreo de partículas al derrame. Si el tamaño del ápice es demasiado grande, la descarga inferior contendrá demasiada agua, y consecuentemente llevará consigo demasiadas partículas finas.
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1.5. METODOLOGIA DISEÑO DE HIDROCICLON
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DISEÑO DE HIDROCICLON BILL PENTZ Cyclone diameter selection based on Motor size + impeller type
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Cyclone Design Tool Metric Version - Ducts and H oses in Inches
Version 09/01/07
Author: Bill Pentz Site always in progress, so be patient and check back often.. Bill's Site: http://billpentz.com/woodworking/cyclone/CyclonePlan.cfm Last updated by A. Cortada Enter only values in blue Today's Date & Time: 29/10/2015 02:03 9/1/07 12:43 p.m. Improved the Ciclone Cone Botton diameter calculation based on t he hose size
mm/inch
Ducting Size ( ≥ 6")
25.4
(Used to Size Cyclone Only)
Impeller Ty pe 0 if Regular or 1 if Airfoil
Motor Size in HP » 1.5 ≤ motor ≤ 5 ( Zero if used w ith vaccum cleaner)
DS
IT
MS
WT
0
5.0
50.0
For Fixed Cyclone Diameter Enter Width or Leave 0 f or Auto
For Fixed Inlet - Enter Width or Leave Zero for Auto
For Fixed Inlet - Enter Height or Leave Zero for Auto
Cone Length Ratio 3 - normal (1.64 for short)
D Fixed
IW Fixed
IH Fixed
CLK
0.0
0.0
1.64 Inlet Intercept
Pi (π) 3.1415927
1
AirRamp 0=no 1=yes
SAR 1
6.0 inches = 152.4
inches = 0.0
Wood Lid Thickness In Top of Cyclone
Tab Overlap
Calculated Minimal
Calculated Minimal
Inlet Circle Area
Inlet Width
Inlet Height
Rounded
IY=-IW
TW
CIW=(ICA/2)^½
CIH=IW*2
ICA=pi*(DS/2)^2
IX=((D/2)^2-IY^2)^0.5
20.0
95.5
191.0
18241.5
198.0 IL=(IW^2+IX^2)^0.5
Inlet
Inlet
Inlet
228.6
Width
Height
IS=(CR^2-(IL/2)^2)^0.5
IW=D/4
IH=IW*2
114.3
228.6
198.0 IA=ATAN((IL/2)/IS)
Cyclone Cone Length
Total Cyclone Height (Including Wood Top)
ID=(SARO^2+IH^2)^0.5 235.6
CL=CLK*D
CH=CL+H+DCH-TW/2
749.8
1354.2
239.4 Cyclone Size
Cyclone Upper Cylinder
Cyclone Outlet
Air Ramp
Cyclone
Cyclone
Cyclone Upper
Cyclone Upper Cylinder
Diameter
Radius
Cylinder Height
Circumference
D
CR=D/2
H=WT+SARO+D
C=D*pi
457.2
228.6
564.4
1436.3
Cyclone
Cyclone
Cyclone
Cyclone
Outlet Dia
Outlet Radius
Outlet Height
Outlet Circumference
OD=D-2*DW
OR=OD/2
OH=WT+SARO*2+ID+D/8
OW=pi*OD
228.6
114.3
457.1
718.2
Air Ramp Helix
Air Ramp Annular Ring
Offset (from the top)
Inner RadiusARI=1/(((4*pi^2)*OR)
SARO=IH/4
Not Used
57.2
Cyclone Dust Chute
Outer Radius
/*(ID^2+(2*PI*OR)^2))+SC
ARO=ARI+D/4-SC
129.60 seam clearance (SC) =
Cyclone Cone
Air Ramp Annular Ring
240.905 3
Cyclone Cone
Cyclone Cone
Cyclone Cone
Cyclone Cone
Bot Diameter
Bottom Radius
Top Diameter
Full Arc Length
CCBD=hose Ø closest to (D/3)
CBR=(CCBR^2+CCBH^2)^0.5
CTD=D
152.4
382.6
457.2
1147.7
Cyclone Cone
Cyclone Arc Bot
Cyclone Cone
Cyclone Arc Top
CAL=(CCTH^2+CTR^2)^0.5
Bottom Radius
Length Degrees
Top Radius
Length Degrees
CCBR=CCBD/2
CBL=CCBC/(PI*CBR*2)*360
CTR=CTD/2
CTL=CCTC/(pi*CTR*2)*360
76.2
71.7
228.6
71.7
Cyclone Cone
Cyclone Cone Bot
Cyclone Cone
Cyclone Cone Top
Circumference
X Coordinate
TCircumference
X Coordinate
CCBC=CCDB*pi
CBX=cos(CBL/360*2*pi*CBR
CCTC=CTD*pi
CTX=cos(CTL/360*2*pi)*CTR
478.8
120.1
1436.3
360.3
Cyclone Cone
Cyclone Cone Bot
Cyclone Cone
Cyclone Cone Top
Slope
Y Coordinate
Top Slope
Y Coordinate
CCS=(CT-CCBR)/CL
CBY=sin(CBL/360*2*pi)*CBR
CCTS=(CTR/CCBR)/CL
CTY=sin(CTL/360*2*pi)*CTR
0.2
363.2
0.2
1089.7
Cyclone Cone
Cyclone Chord
Cyclone Cone
Cyclone Chord
Bottom Height
Bottom Length
Top Height
CCBH=CCBR/CCS
CSBL=((CBR-CBX)^2+(CBY)^2)^0.5
CCTH=(CTR-CCBR)/CCTS
Top Length
374.9
448.1
749.8
1344.4
Dust Chute
Dust Chute
Dust Chute
Dust Chute
Diameter
Circumference
Width
Height
DCD=hose Ø closest to (D/3)
DCC=PI*D/3
DCW=DCC+TW
DCH
152.4
478.8
498.8
50.0
CSTL=((CTR-CTX)^2+(CTY^2))^0.5
© Copyright 2005 - Will iam F. Pentz.
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
Motor Size + Recommended Impeller factor 5.0 Diameter From To (inches) vaccum 0 6 minimum 1.5 24 1.5 1.99 24 2 2.99 22 2.99 3.99 20 4 5 18 * = for use with vaccum cleaners Hose Diameter Tolerance 7.5% Limits Hose Ø 0.0 25.4 27.3 31.8 34.1 38.1 41.0 44.5 47.8 50.8 54.6 57.2 61.4 63.5 68.3 69.9 75.1 76.2 81.9 101.6 109.2 127.0 136.5 152.4 163.8 203.2 218.4 254.0 273.1 304.8
MODELAMIENTO HIDROCICLON
Page 2 of 2
Cyclone Design Tool Author: Bill Pentz
9/1/07 12:43 p.m. Lines: Cut Lines Fold Lines Solder Lines Dimensions
utt ng n ormat on 57.2 457.2
57.2 705.8
10.0
228.6
198.0
114.3
10.0
228.6
20.0 114.3
57.2
Latest changes in
114.3 198.0
Cyclone Inlet
457.2
114.3
514.4
Top View
Joints: Overlaps center t o center So joint width = 2x tab
228.6
457.2
1456.3 1436.3
10.0
457.2 50.0
10.0
10.0
57.2
57.2
Upper Cylinder
228.6
457.2 235.6
584.4
235.6
564.4 514.4 10.0
57.2 114.3
Side View 114.3
228.6
228.6
114.3
20.0 20.0
228.6 10.0
239.4
10.0
259.4 738.2
10.0
718.2
10.0
Cyclone Outlet 457.1 749.8 765.1
1354.2 126.60 w as computed from Cornell University + 3 f or seam clearance http://www.math.cornell.edu/~dwh/papers/EB-DG/EB-DG-web.htm
Air Ramp
1147.7
NOT USED
10.0
10.0
10.0
50.0 152.4
129.6 374.9
382.6
240.9
Caution: Your Upper Cylinder fits to the inner curve!!
Cyclone Cone
10.0
Dust Chute
70.0 10.0
478.8
50.0 10.0
20.0
Dust Chute fits to inner curve
498.8
Note: MS Excel computes correct values but will not scale pictures, so pictures not to scale. Cone can be more open, etc.
10.0 71.7
448.1
o
Arc Check Measures
1344.4
10.0
362.6 382.6
765.1 1147.7
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1157.7
10.0
MODELAMIENTO HIDROCICLON
DISEÑO EN AUTOCAD
DISEÑO EN SKETCHUP
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
DISEÑO EN SOLIWORT
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.6. CÁLCULOS Y RESULTADOS FINALES 1.6.1. DISEÑO DEL DIAMETRO DE ABERTURA PARA 50% DE EFICIENCIA MALLA
EFICIENCIA
Ecorregida
53
25.96
0.00
74
29.18
3.23
104
47.50
21.54
147
66.46
40.51
208
92.86
66.91
295
100.00
74.04
417
100.00
74.04
Eficiencia vs Abertura MALLA
100.00 90.00
417
80.00
295 208
) 70.00 % (
147
60.00
a i c 50.00 n e i c i 40.00 f E
104 74 53
30.00 20.00 10.00 0.00 53
74
104
147
208
Abertura (micras) Laboratorio
Corregido
DEL GRAFICO: Ingrese Diametro de Aberturapara el 50% de Eficiencia Corregida:
C1 =
1
E50c =
C2 = 1.24534835 C3 =
1.2792043
D50c(base) =
238.96
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
150
micras
295
417
MODELAMIENTO HIDROCICLON
D=
74.11 cm
Des =
9.26 cm
A=
12.35 cm
R=
10.59 cm
H=
185.28 cm
1.7. PRESUPUESTO
HIDROEXPO-2015
DENOMINACION
ITEM
UNITARIO
SUB TOTAL
01.00
MATERIALES
01.01
APEX
30.00
30.00
01.02
BOQUILLA DE ALIMENTACION
30.00
60.00
02.01
VORTEX FINDER
65.00
125.00
02.02
BOQUILLA DE DESCARGA
50.00
175.00
02.03
CABEZA O MANIFOLD
55.00
230.00
02.04
BOMBA
120.00
350.00
02.05
CUERPO
245.00
595.00
COSTO DIRECTO
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
595.00
MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se realizará el correcto diseño de la estructura Hidrociclón con teoría, cálculos, modelamientos previos. Se elaborará el modelo hidráulico de la estructura Hidrociclón utilizando instrumentos y materiales adecuados para su correcta realización. Se brindará conocimientos acerca de la utilización de software adecuados para este fin, todo esto coordinado y trabajando en equipo. Se optimizará el laboratorio con este modelo hidráulico para su posterior uso en investigaciones pertinentes. Es necesario realizar la teoría, cálculos y modelamientos en las fechas establecidas y con un debido orden para que la estructura hidráulica tenga éxito en su funcionamiento.
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.9.
BIBLIOGRAFÍA
S. Altmeyer, V. Mathieu, S. Jullemier, P. Contal, N. Midoux, S. Rode, J.-P. Leclerc, Comparison of different models of cyclone prediction performance for various operating conditions using a general software. M. Bohnet, influencia de la temperatura del gas en la eficiencia de separación de hidrociclones, Chem. Eng. Process. 34 (1995) 151 – 156
H.Trawinsky,SÓLIDO,EQUIPO DE SEPARACIÓN LÍQUIDO.Capítulo 7.Hidrociclones
H.Trawinski. PRACTICAL HYDROCYCLONE OPERATION.
J. D. Miller ,FLUIDO -FLOW FENÓMENOS EN EL AIRE - hidrociclón .
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.10. ANEXOS
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Cyclone Design Tool Author: Bill Pentz
9/1/07 12:43 p.m. Lines: Cut Lines Fold Lines Solder Lines Dimensions
Cutting Information 57.2 457.2
57.2 705.8
10.0
228.6
198.0
114.3
10.0
228.6
20.0 114.3
57.2
Latest changes in
114.3 198.0
Cyclone Inlet
457.2
114.3
514.4
Top View
Joints: Overlaps center t o center So joint width = 2x tab
228.6
457.2
1456.3 1436.3
10.0
457.2 50.0
10.0
10.0
57.2
57.2
Upper Cylinder
228.6
457.2 235.6
584.4
235.6
564.4 514.4 10.0
57.2 114.3
Side View 114.3
228.6
228.6
114.3
20.0 20.0
228.6 10.0
239.4
10.0
259.4 738.2
10.0
718.2
10.0
Cyclone Outlet 457.1 749.8 765.1
1354.2 126.60 w as computed from Cornell University + 3 for seam clearance http://www.math.cornell.e du/~dwh/papers/EB-DG/EB-DG-web.htm
Air Ramp
1147.7
NOT USED
10.0
10.0
10.0
50.0 152.4
129.6 374.9
382.6
240.9
Caution: Your Upper Cylinder fits to the inner curve!!
Cyclone Cone
10.0
Dust Chute
70.0 10.0
478.8
50.0 10.0
20.0
Dust Chute fits to inner curve
498.8
Note: MS Excel computes correct values but will not scale pictures, so pictures not to scale. Cone can be more open, etc.
10.0 71.7
448.1
Arc Check Measures
1344.4
o
10.0
362.6 382.6
765.1 1147.7
© Copyright 2005 - Will iam F. Pen tz.
1157.7
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
10.0