SEPARACION SEPARACION DE PARTICULAS SOLIDAS MEDIANTE CICLON RENDIMIENTO Y POTENCIA DE CICLON INTRODUCCIÓN Los ciclones son aparatos diseñados para separar la parte sólida de la fluida en mezclas bifásicas donde una de las fases está formada por partículas sólidas. Si la fase fluida es un líquido, se denominan hidrociclones y si es un gas, aerociclones. El diseño más típico de los ciclones consiste en introducir la mezcla sólidofluido tangencialmente o a!ialmente en la parte superior de un recipiente cilíndrico. El momento angular a la entrada se puede lograr mediante una entrada tangencial o, en el segundo caso, mediante unos alabes directrices. La mezcla ba"a rotando por el ciclón. #ebido a la fuerza centrífuga, la fase sólida es lanzada hacia las paredes e!t e!terio eriore ress del del cicl cicló ón, desc descie iend nde e y es reco recogi gida da en la part parte e inf inferio erior, r, que que frecuentemente acaba en un cono. La fase fluida, una $ez en el fondo, asciende rotando y es recogida mediante una tubería situada en el centro del ciclón. En el centro del ciclón se produce un fuerte $órtice y la ba"a presión impulsa la fase fluida hacia arriba.
OBJETIVOS
%onocer y describir las fórmulas matemáticas para el cálculo del &endimiento o Eficiencia del %iclón.
%onocer y describir las fórmulas matemáticas para determinar el &endimiento del motor del %iclón.
'dentificar las $ariables y parámetros de medición.
#eterminar los puntos o zonas de la estructura física del %iclón donde se lle$arán a cabo las mediciones de los parámetros correspondientes para los cálculos matemáticos.
%onocer y describir las fórmulas matemáticas para determinar la (otencia del motor del %iclón.
)btener información de la fabricación del motor del %iclón y la aplicación de estos datos en los cálculos y e!periencia.
Ciclones %uando es necesario separar partículas de diámetro superior a * +m suel suele e empl emplear earse se el dispo disposi sititi$o $o deno denomi mina nado do ciclón. Es de gran sencil sencillez, lez, compac compacida idad, d, fácil fácil manten mantenimi imient ento o y ele$ad ele$ada a eficac eficacia. ia. El funcionamiento de este tipo de aparatos podemos $erlo en la ig.
El aire cargado de pol$o entra tangencialmen tangencialmente te por la parte superior cilíndrica. cilíndrica. La corriente de aire sigue una trayectoria en espiral que primero se dirige hacia el fondo del tronco de cono, ascendiendo despu-s por el centro del mismo. El aire, una una $ez $ez depura depurado, do, aban abando dona na el cicl ciclón ón por por la parte parte super superio ior. r. Las part partíc ícul ulas as separadas se descargan por el fondo del ciclón.
Rendimiento del ciclón El rendimiento de un ciclón depende de tamaño de las partículas. En general, cuant cuanto o más más pequ pequeña eñass sean sean las las part partíc ícul ulas as,, peor peor rendi rendimi mient ento, o, y cuant cuanto o más más grandes sean, me"or rendimiento. El rendimiento de un ciclón puede definirse como el flu"o másico de partículas sólidas separadas PS m , di$ido por el flu"o másico de partículas entrantes en el ciclón/
donde ps m y pe m
son, respe respecti cti$am $ament ente, e, el gasto gasto másico másico de partícu partículas las
separadas por el %iclón y partículas entrantes al %iclón. 0ate 0ateri rial al disp dispon onib ible le// tami tamiz, z, cronó cronóme metr tro, o, cint cinta a m-tri m-trica ca,, seca secador dor,, bala balanza nza de precisión, $aso de precipitados y cronómetro. %uando se consigue separar todas las partículas sólidas, este rendimiento es la unidad. En general este rendimiento es inferior a la unidad. 1abla 2. &endimiento de un ciclón
Rendimiento # se$%n t"m"&o '"!t(c)l"s T"m"&o Rendimiento T"m"&o Rendimiento Rendimie del '"!t(c)l"s '"!t(c)l"s tot"l # # nto # ciclón *m *m 2*3 43 5* 66 5* 47 893 79 523 63 523 44 623 :3 583 ;: 583 47 M)lticiclones Dimet!o
En la 1abla 2 se muestra que el diámetro del ciclón es determinante para aumentar, tanto el rendimiento como el poder de separación de
pequ pequeñ eñas as
part partíícula culas. s.
La
$eloc elocid idad ad
tangencial en la espiral principal puede ser $arias $eces la del flu"o del aire.
DETERMINACION DE E+ICIENCIA DE CICLON C"lc)lo de !endimiento e,'e!iment"lSe trillo el maíz y luego se procedió a > 'es"!. la cantidad de maíz trillado para luego ser tratado en el ciclón y proceder con la separación/ 0asa de maíz a la entrada ? 7*9.7 g =na $ez tratado en el ciclón se procede a > 'es"!. cuanto de partículas se había separado de esta manera obteniendo los siguientes datos/
0asa de balde sin tapa ? 9:2 g @ de pesada 0asa de balde sin tapa A muestra separada 0asa separada BgC 2 8 9 ;
BgC 23;*.4 972.2 9:7.* 9:8.9
6:;.4 23.2 :.* 2.9 0asa total separada 649.7
Entonces hallaremos el rendimiento de separación de ciclón, esta dado por/
η =
masademaiz separada masademaiz total
η
=
x100%
693.8 x100% 853.8
D ? 72.8638;79
DETERMINACION DE POTENCIA DE CICLON D"tos del moto!(otencia El-ctrica ? 2.2 FG cos H ? 3.7: Eficiencia ? :4.* 'nduction 0otor Serie I73J818
K ;86463
0ade in &usa
(otencia de accionamiento :63.72* G (otencia total ? ( elect ! cos H ! Eficiencia ? :63.72* G
+o!m)l"s " )s"!v2
ρ r
=
=
2 g ∆h( ρ r − 1) ρ agua 20 ºC ρ aire 20 º C
=
998 Kg / m 3 1.20 Kg / m 3
=
831.6666
0.05
∫
Q = 2π
0
v( r ) r ∂r
C"lc)lo de 'otenci" e,'e!iment"l# ? 23cm
! /m0 3.3;4 3.394 3.384 3.324 3.334
1 /m2s0 8.7*;62: *.:3489; 6.979227 :.**863: 7.3:;3:
Ma que la $elocidad depende del &adio entonces a"ustamos la recta a una ecuación cuadrática / v( r )
2979 .0643759240 4r 2
=−
+
49.9628110824 32r + 7.7670154356 1499
3"ll"ndo el C")d"l en l" ec)"ción0.05
∫
Q = 2π
0
v( r ) r ∂r
N ? 3.3;;79*99978 m 9s
3"ll"ndo l" Potenci" P total
P = Qx ∆
P total
= Qx∆h
x ( ρ manomt
− ρ aire 20 º C ) xg
D"tos O4tenidos en l" E,'e!ienci"∆h Hg = 0.074 m
ρ hg =13600 Kg /
m3
Reem'l"5"ndo los d"tos en l" 6o!m)l"7 tenemos= 442 .16W
P total
3"ll"ndo E6icienci" del moto!-
η =
η =
P totlautil P su min istrada
442.16 760.815
x100
x100
η = 58.11%
Re'o!te de Res)lt"dos Los resultados obtenidos para el funcionamiento del %iclón son los siguientes/ 2. La Separación de (artículas en el ciclón se da con una eficiencia de/ η
=
81.26%
8. El motor del ciclón ofrece una potencia Otil de / P util
= 442 .16W
9. La eficiencia del motor del ciclón es/ η
=
58.11%
CICLONES EN LA NATURALE8A
Int!od)ccion Los ciclones se 9"n )tili5"do 'o! ce!c" de :;; "&os7 < si$)en siendo )no de )s"do lo ms e,tens"mente 'osi4le de todos los dis'ositi1os ind)st!i"les de l" $"s=lim'ie5"> L"s !"5ones '!inci'"les del )so e,tenso de ciclones son ?)e son 4"!"t"s com'!"!7 ell"s no tienen nin$)n" 'ie5" mó1il7 < ')eden se! const!)id"s '"!" so'o!t"! condiciones de 6)ncion"miento s'e!"s>
Los ciclones 'o! s( mismos no son $ene!"lmente "dec)"dos '"!" !esol1e! !e$)l"ciones !i$)!os"s de l" cont"min"ción "tmos6@!ic"7 sino ?)e !es'onden " )n '!o'ósito im'o!t"nte> S) coste de c"'it"l 4"o < s) o'e!"ción sin necesid"d de m"ntenimiento los 9"cen ide"les '"!" el )so como '!e= lim'i"do!es '"!" dis'ositi1os 6in"les ms costosos >Adems del )so '"!" el t!"4"o del cont!ol de l" cont"min"ción7 los ciclones se )tili5"n e,tensi1"mente en ind)st!i"s de '!oceso 'o! eem'lo7 se )tili5"n '"!" !ec)'e!"! < !ecicl"! cie!tos c"t"li5"do!es en !e6ine!("s del 'et!óleo < '"!" !ec)'e!"! el c"6@ lio6ili5"do en 'l"nt"s de l" t!"ns6o!m"ción de los "limentos> En el '"s"do7 los ciclones se 9"n mi!"do " men)do como colecto!es de l" 4"o=e6ic"ci"> Sin em4"!$o7 l" e6ic"ci" 1"!(" $!"ndemente con t"m"&o de '"!t(c)l" < con dise&o del ciclón> D)!"nte l" %ltim" d@c"d"7 el t!"4"o de dise&o "1"n5"do 9" meo!"do $!"ndemente 6)ncion"miento del ciclón>
El ciclon t!"4"" con )n dete!min"do 6l)o de "i!e7 '"!" esto necesit"mos conoce! m"s de estos medido!es de 6l)o 1istos "nte!io!mente7 como el t)4o de P!"ndtl < el t)4o de 'itot>
O4eti1os
De6ini! c"!"cte!istic"s del ciclon < de los medido!es de 6l)o
Re"li5"! l"s mediciones de 6l)o de "i!e !e?)e!id"s
Conoce! el 6)ncion"miento del ciclon < s)s "'lic"ciones en l" ind)st!i">
T)4o Pitot
El t)4o de Pitot7 in1ent"do 'o! el in$enie!o < 6(sico 6!"nc@s 3en!i Pitot7 si!1e '"!" c"lc)l"! l" '!esión tot"l7 t"m4i@n ll"m"d" '!esión de est"nc"miento7 '!esión !em"nente o '!esión de !em"nso /s)m" de l" '!esión esttic" < de l" '!esión dinmic"0>
En el ')nto /:0 del es?)em"7 em4oc"d)!" del t)4o7 se 6o!m" )n ')nto de est"nc"miento7 l" 1elocid"d "ll( /1:0 es n)l"7 < l" '!esión se$%n l" ec)"ción de Be!no)lli ")ment" 9"st"-
Po! lo t"nto-
Siendo/
$3 y p3 ? presión y $elocidad de la corriente imperturbada.
pt ? presión total o de estancamiento.
Iplicando la misma ecuación entre las secciones B2C y B8C, considerando que $2 ? $8 ? 3, se tiene/
y8 P y2 ? L
Blectura en el tubo piezom-tricoC
Luego/
T)4o de P!"ndtl
La idea de (randtl fue la de combinar en un solo instrumento un tubo de (itot y un tubo piezom-trico/ El tubo de (itot mide la presión totalQ el tubo piezom-trico mide la presión estática, y el tubo de (randtl mide la diferencia de las dos, que es la presión dinámica.
=n tubo de (randtl inmerso en un fluido de densidad R , conectado a un manómetro diferencial cuyo líquido manom-trico tiene densidad R m.
El tubo de (randtl, al igual que el tubo de (itot, al ser introducido en el fluido en mo$imiento, produce una perturbación que se traduce en la formación en el de un punto de estancamiento, de manera que/
En el punto 3 la corriente no perturbada tiene la presión y la $elocidad que es la que se quiere medir.
El punto 2 es la entrada del tubo de (itot, y el punto 8, donde se indica en la figura. En el punto 8 lo que se tiene es un tubo piezom-trico, con $arias
entradas laterales interconectadas que no perturban la corriente y que por lo tanto miden la presión estática.
#espreciando las diferencias de altura de $elocidad y geod-sica entre los puntos 3 y 8 que suele ser muy pequeña por ser el tubo muy fino, y estar la corriente en 8 prácticamente normalizada despu-s de la perturbación en 2, se tiene, despreciando tambi-n las p-rdidas/
#onde/ ? $elocidad teórica en la sección 3.
La ecuación de Jernoulli entre 3 y 2 B
P
punto
de estancamientoC y e!presado de otra forma/
#espe"ando se tiene/
En el caso particular de que la medición de $elocidad se efectOe en un flu"o de agua/
Se debe introducir por lo tanto un coeficiente . , llamado coeficiente de $elocidad del tubo de (randtl, que tiene $alores pró!imos a 2, determinados e!perimentalmente en laboratorio. La $elocidad real será determinada, para el agua, por la e!presión/
CICLON Los ciclones son aparatos diseñados para separar la parte sólida de la fluida en mezclas bifásicas donde una de las fases está formada por partículas sólidas. Si la fase fluida es un líquido, se denominan hidrociclones y si es un gas, aerociclones. Son de buena eficiencia si las partículas no son muy pequeñas. Son de ba"o costo de instalación y de operación y además, la posibilidad de regulación les permite una utilización bastante $ariada en la recuperación de pol$os industriales, siempre que las fracciones deba"o de los diez micrones sean tan solo un pequeño porcenta"e del total.
P"!tes del ciclon
Ko tiene partes mó$iles, está formado por un cilindro $ertical con el fondo cónico, una entrada tangencial en la parte superior y una salida para el pol$o en el fondo cónico. El conducto de salida B%himeneaC, se prolonga dentro del cilindro para impedir cortocircuito entre el aire de entrada y el de salida.
La trayectoria de los gases es un torbellino descendente es espiral, adyacente a la pared, el cual trata de alcanzar el fondo del cono, pero a cierta altura cambia ascendiendo en espiral de menor diámetro en el centro del cuerpo. Esta espiral es conc-ntrica con la descendente y gira en el mismo sentido, finalmente el gas sale, toda$ía girando, a tra$-s de la chimenea Los ciclones remue$en el material particulado de la corriente gaseosa,
basándose en el principio de impactación inercial, generado por la fuerza centrífuga. La figura muestra el mo$imiento de las partículas mayores hacia las paredes del ciclón debido a la fuerza centrífuga.
El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que la aceleración gra$itacional se sustituye con la aceleración centrifuga.
Los ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de pol$o, tanto desde el punto de $ista de operación como de la in$ersión. Estos son básicamente construcciones simples que no cuentan con partes mó$iles, lo cual facilita las operaciones de mantenimientoQ pueden ser hechos de una amplia gama de materiales y pueden ser diseñados para altas temperaturas Bque ascienden incluso a 2333 %C y presiones de operación.
1eóricamente el aumento de la $elocidad de entrada al ciclón implicaría un aumento de la fuerza centrífuga y por lo tanto un aumento de la eficiencia, sin embargo $elocidades de entrada muy altas generan la resuspensión de material particulado de las paredes internas del ciclón, lo cual disminuye la eficiencia del ciclónQ adicionalmente aumentar la $elocidad de entrada implica mayor consumo de energía.
•
1eóricamente el aumento de la $elocidad de entrada al ciclón implicaría un aumento de la fuerza centrífuga y por lo tanto un aumento de la eficiencia, sin embargo $elocidades de entrada muy altas generan la resuspensión de material particulado de las paredes internas del ciclón, lo cual disminuye la eficiencia del ciclónQ adicionalmente aumentar la $elocidad de entrada implica mayor consumo de energía.
C"(d" de '!esión La caída de presión es un parámetro importante debido a que relaciona directamente los costos de operación. La caída de presión en un ciclón puede
deberse a las perdidas a la entrada y salida, y perdidas de energía cin-tica y fricción en el ciclón. =na de las ecuaciones para calcular la p-rdida de presión en un ciclón es la desarrollada por Shepherd y Lapple.
En la cual/
#( ? %aída de presión en el ciclón, (a.
p
? #ensidad del gas portador, Tgm9.
Ui
? Uelocidad de entrada del gas en el ciclón, ms.
K< ? KOmero de cabezas de $elocidad a la entrada del ciclón.
+AMILIAS DE CICLONES Los ciclones son un dispositi$o de control de material particulado bastante estudiado, el diseño de un ciclón se basa normalmente en familias de ciclones que tienen proporciones definidas. Las principales familias de ciclones de entrada tangencial son/
%'%L)KES #E IL1I E'%'EK%'I.
%'%L)KES %)KUEK%')KILES.
%'%L)KES #E IL1I %I(I%'#I#.
Los márgenes de la eficiencia de remoción para los ciclones, están con frecuencia basados en las tres familias de ciclones, es decir, con$encional, alta eficiencia y alta capacidad.
E6icienci" de los ciclones
Los ciclones de alta eficiencia están diseñados para alcanzar mayor remoción de las partículas pequeñas que los ciclones con$encionales. Los ciclones de alta eficiencia pueden remo$er partículas de * +m con eficiencias hasta del 43, pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partículas más grandes. Los ciclones de alta eficiencia tienen mayores caídas de presión, lo cual requiere de mayores costos de energía para mo$er el gas sucio a tra$-s del ciclón. (or lo general, el diseño del ciclón está determinado por una limitación especificada de caída de presión, en lugar de cumplir con alguna eficiencia de control especificada.
Los ciclones de alta capacidad están garantizados solamente para remo$er partículas mayores de 83 +m, aunque en cierto grado ocurra la colección de partículas más pequeñas. Se ha reportado que los multiciclones han alcanzado eficiencias de recolección de 73 a 4* para partículas de * +m.
E6icienci" "'!o,im"d" de los distintos ciclones E6icienci" de !emoción /#0 +"mili" ciclones
de Tot"l
de
PM:;
PM>
Con1encion"les ; = F;
G; = F;
; = H;
Alt" e6icienci" ; = FF
; = F
; = ;
Alt" c"'"cid"d ; = FF
:; = H;
; = :;
'"!t(c)l"s
CICLONES
Dimensiones del ciclón>
Las siguientes tablas presentan un resumen de las características de las principales familias de ciclones de entrada tangencial. La figura 23.; identifica las principales dimensiones del ciclón de entrada tangencial. El diámetro del ciclón identifica la dimensión básica de diseño, todas las demás dimensiones simplemente son una proporción del diámetro del ciclón.
C"!"cte!(stic"s de los ciclones con1encion"les #imensión Komenclatura 1ipo de ciclón Lapple SVift #iámetro del ciclón Iltura de entrada
#c#c a#c
2.3 3.*
2.3 3.*
Incho de entrada Iltura de salida #iámetro de salida
b#c S#c #s#c
3.8* 3.8* 3.68* 3.6 3.* 3.*
(etersonP
Wenz
Ghitby 2.3 3.*79
2.3 3.*
3.837 3.*79 3.*
3.8* 3.:* 3.*
Iltura parte cilíndrica h#c Iltura parte cónica z#c
8.3 8.3
2.:* 8.3
2.999 2.79:
8.3 8.3
Iltura total del ciclón <#c #iámetro salidaJ#c
;.3 3.8*
9.:* 3.;
9.2: 3.*
;.3 3.8*
partículas actor
;38.77 972.:4 9;8.84
;8*.;2
7.3
7.3
:.:6
7.3
6.3
*.*
9.4
6.3
deX
configuración KOmero cabezas de K< $elocidad KOmero de $órtices K
C"!"cte!(stic"s de los ciclones de "lt" e6icienci" Dimensión Nomencl"t)!" Ti'o de ciclón St"i!m"ndSKi6t
Ec9e1e!!i
Dimet!o del ciclón Alt)!" de ent!"d"
Dc2Dc ""2Dc
:>; ;>
:>; ;>HH
:>; ;>
Anc9o de ent!"d" Alt)!" de s"lid"
442Dc S2Dc
;> ;>
;>: ;>
;> ;>
Dimet!o de s"lid" Ds2Dc Alt)!" '"!te cil(nd!ic" 92Dc Alt)!" '"!te cónic" 52Dc
;> :> >
;>H :>H >
;> :> >
Alt)!" tot"l del ciclón 32Dc Dimet!o s"lid"B2Dc
H>; ;>G
G>F ;>H
H>; ;>G
:>
F>
>:
>H
F>H
>H
>
>;
>
'"!t(c)l"s +"cto!
de
con6i$)!"ción N%me!o c"4e5"s de N3 1elocid"d N%me!o de 1ó!tices N
DISEO DE UN CICLON
Los ciclones se diseñan habitualmente de tal modo que se satisfagan ciertas limitaciones bien definidas de caída de presión. (ara instalaciones ordinarias que operan más o menos a la presión atmosf-rica, las limitaciones del $entilador dictaminan, casi siempre, una caída de presión má!ima permisible, por consiguiente, los ciclones se suelen diseñar para una $elocidad de entrada de 88 ms.
En l" se'"!"ción de '"!t(c)l"s7 el 6"cto! de dise&o '!im"!io ?)e se )tili5" '"!" cont!ol"! l" e6icienci" de !ecolección es el dimet!o del ciclón> Un ciclón de dimet!o ms 'e?)e&o ?)e 6)ncion" " )n" c"(d" de '!esión 6i" "lc"n5" l" e6icienci" ms "lt"> Sin embargo, los ciclones de diámetro pequeño requieren $arias unidades en paralelo, para lograr una capacidad especificada. En tales casos, los ciclones indi$iduales descargan el pol$o en una tol$a receptora comOn. El dise&o 6in"l im'lic" lle$"! " )n
te!mino medio ent!e l" e6icienci" de !ecolección < l" com'leid"d del e?)i'o>
%uando se reduce el diámetro del ducto de salida del gas se incrementa tanto la eficiencia de recolección como la caída de presión. Il aumentar la longitud del ciclón, casi siempre se obser$a un incremento en la eficiencia de recolección.
=n ciclón operará bien, si el receptor de pol$o es herm-tico. Es probable que la causa indi$idual más importante para un funcionamiento deficiente del ciclón sea la fuga de aire hacia la salida de pol$o del mismo. =na fuga ligera de aire en este punto pro$ocará una reducción muy notable en la eficiencia de recolección, sobre todo cuando se trata de pol$os finos.
%uando se reduce el diámetro del ducto de salida del gas se incrementa tanto la eficiencia de recolección como la caída de presión. Il aumentar la longitud del ciclón, casi siempre se obser$a un incremento en la eficiencia de recolección.
=n ciclón operará bien, si el receptor de pol$o es herm-tico. Es probable que la causa indi$idual más importante para un funcionamiento deficiente del ciclón sea la fuga de aire hacia la salida de pol$o del mismo. =na fuga ligera de aire en este punto pro$ocará una reducción muy notable en la eficiencia de recolección, sobre todo cuando se trata de pol$os finos.
En la parte inferior del cono se coloca generalmente una tol$a para recibir el material particulado colectado, la tol$a debe tener el $olumen suficiente que e$ite la apertura frecuente del dispositi$o de descarga, ya que la entrada de aire por la parte inferior del ciclón puede generar resuspensión de material colectado.
(ara la e!tracción continua del pol$o recolectado se acostumbra usar una $ál$ula rotatoria de estrella, una $ál$ula de doble cierre, compuertas deslizantes manuales, tornillos sin fin y $ál$ulas de contrapeso. En cualquier caso, es esencial proporcionar la suficiente capacidad de descarga y recepción para e$itar que el material recogido se acumule dentro del ciclón.
Sistemas de descarga en un ciclón
Las siguientes son algunas de las características que debe cumplir la corriente de emisión para utilizar ciclones/
"0
C")d"l de "i!e- Los caudales típicos de gas para unidades de un solo ciclón
son de 3.* a 28 m9s a condiciones de referencia. Los caudales en la parte alta de este inter$alo y mayores Bhasta apro!imadamente *3 m9sC, utilizan multiciclones.
40
Tem'e!"t)!"- Las temperaturas del gas de entrada, están limitadas
Onicamente por los materiales de construcción de los ciclones y han sido operados a temperaturas tan altas como *;3%.
c0
Concent!"ción de '"!t(c)l"s- Las concentraciones típicas de partículas en el gas $an de 8.3 a 893 gm9 a condiciones de referencia. En aplicaciones especializadas, estas cargas pueden ser tan altas como 26333 gm9 y tan ba"as como l.3 gm9.
PROCEDIMIENTO ENERAL DE DISEO
Seleccionar el tipo de ciclón, dependiendo del funcionamiento o necesidades requeridas.
)btener un estimati$o de la distribución de tamaño de las partículas en la corriente gasesoa a ser tratada.
%alcular el diámetro del ciclón para una $elocidad de entrada de 88 ms BopcionalC, y determinar las otras dimensiones del ciclón con las relaciones establecidas para las familias de ciclones con base en el diámetro B1ablas 23.8 a 23.;C.
Estimar el nOmero de ciclones necesarios para traba"ar en paralelo.
%alcular la eficiencia del ciclón y si se requiere, seleccionar otro tipo de ciclón.
%alcular la caída de presión del ciclón y si se requiere, seleccionar otro tipo de ciclón.
%alcular el costo del sistema y optimizar para hacer el me"or uso de la caída de presión disponible, o si se requiere, para dar el más ba"o costo de operación.
DISTINTOS DISEOS DE CICLONES Sistemas completos de captación de pol$o y transporte neumático, utilizando colectores G
INDUSTRIA METALURICA
3IDROCICLONES
Los ciclones generalmente tienen como parámetros de diseño el diámetro del ciclón, la caída de presión y la $elocidad de entrada y $elocidad de saltación.
con1encion"l
"lto !endimiento
"lt" e6icienci"
Do
:
:
:
3
;7
;7
;7
i
;7
;7G
;7
Do
:
:
:
De
;7
;7
;7
3t
H
H
H
3:
:7
:7
S
;7
;7
;7
Dd
;7
;7G
;7G
APLICACIONES
DE
EN EL LABORATORIO
LOS
MEDIDORES
DE
+LUJO
Ciclón
CICLON Q APLICACIONES En general sus aplicaciones son muy parecidas a las de los filtros de mangas. Los ciclones se pueden emplear tambi-n como equipos de limpieza pre$ios a los filtros de mangas y cuentan con la $enta"a de que pueden ser diseñados para tratar con un rango de condiciones químicas y físicas más amplio que cualquier otro equipo de captación de partículas. El siguiente esquema muestra una instalación para separar partículas de distintos
tamaños y seleccionar aquel tamaño que interesa y que cumple las especificaciones requeridas/
+ILTROS DE MANAS Los filtros de mangas son considerados como los equipos más representati$os de la separación sólidoPgas mediante un medio poroso. Su función consiste en recoger las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa, esto se consigue haciendo pasar dicha corriente a tra$-s de un te"ido. El tamaño de las partículas a separar por los filtros de mangas será entre 8 y 93 .m. Sin embargo, no es usual disponer de medios filtrantes con poros tan pequeños como para retener las partículas que transporta el gas, debido a que los diámetros de -stas son e!traordinariamente pequeños. (or tanto la filtración no comienza a efectuarse de manera efecti$a hasta que no se han acumulado una cierta cantidad de partículas sobre la superficie de la bolsa en forma de torta filtrante.
+ILTROS DE MANAS Q APLICACIONES Los filtros de mangas aparecen en todos aquellos procesos en los que sea necesaria la eliminación de partículas sólidas de una corriente gaseosa. Los filtros de mangas son capaces de recoger altas cargas de partículas resultantes de procesos industriales de muy di$ersos sectores, tales como/ %emento, yeso, cerámica, caucho, química, petroquímica, siderOrgica, automo$ilística, cal, minera, amianto, aluminio, hierro, coque, silicatos, almidón, carbón, anilina, fibras de granos,etc
La recogida de pol$o o eliminación de partículas dispersas en gases se efectOa para finalidades tan di$ersas como/
2.P %ontrol de la contaminación del aireQ como la eliminación de cenizas $olantes de los gases de escape en una central el-ctrica.
8.P &educción del coste de mantenimiento de los equiposQ como la filtración de la toma de aire de un motor o el tratamiento del gas de tostación de piritas pre$io a su entrada a una planta de ácido sulfOrico
9.P Eliminación de peligros para la salud o para la seguridadQ como la recogida de pol$os silíceos y metálicos resultantes de equipos de molienda y trituración y en algunas operaciones metalOrgicas y en el ensacado.
;.P 0e"ora de la calidad del productoQ como la limpieza del aire para la producción de productos farmac-uticos o de película fotográfica.
*.P &ecuperación de productos $aliososQ como la recogida de partículas procedentes de secadores y hornos de tostación.
6.P &ecogida de productos en pol$oQ aplicado a casos como en el transporte neumático.
COLUMNAS DE ABSORCION = APLICACIONES
El proceso de absorción se emplea para retirar contaminantes de una corriente producto que pueden afectar a la especificación final o grado de pureza. Idemás la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeñas puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto no interese en ningOn sentido.
La absorción se emplea sobre todo para retirar los contaminantes gaseosos de una corriente de gas saliente de un proceso como resultado por e"emplo de una combustión. 1ambi-n se emplea para eliminar olores, humos y otros componentes tó!icos. Se pueden eliminar contaminantes de la corriente producto como/ dió!ido de azufre, sulfuro de hidrógeno, ácido clorhídrico, ó!idos de nitrógeno, cloro, dió!ido de carbono, amoniaco, dió!ido de cloro, ácido fluorhídrico, aminas, mercaptanos, ó!ido de etileno, alcoholes, fenol, formaldehido, olores, ácido sulfOrico, ácido ac-tico.
EJEMPLOS DE PROCESOS EN LOS UE APARECEN UNIDADES DE ABSORCIÓN SON= Elimin"ción de SO =na de las aplicaciones más importantes del proceso de absorción se encuentra en lascentrales t-rmicas para eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida, principalmente el S)8 y %)8. (ara conseguir la absorción del dió!ido de azufre de los gases de escape de una combustión se pueden usar numerosos agentes de absorción, entre ellos/ cal, piedra caliza, ó!ido de magnesio, sosa, agua de mar o álcalis dobles. (osteriormente se puede proceder a la recuperación del dió!ido de azufre o del ácido sulfOrico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desecho. YYYY 3 YYYYY
CICLONES OBJETIVOS
'dentificar y conocer las partes de un ciclón, así como su funcionamiento.
#iferenciar las clases de ciclón que e!isten, segOn el fluido empleado para la purificación o separación de una mezcla.
#efinición
Los ciclones son aparatos diseñados para separar la parte sólida de la fluida en mezclas bifásicas donde una de las fases está formada por partículas sólidas. El diseño más típico de los ciclones consiste en introducir la mezcla sólidofluidogas tangencialmente o a!ialmente en la parte superior de un recipiente cilíndrico. Esquema de un ciclón y sus principales dimensiones
PRINCIPIO DE LOS CICLONES
Es esencialmente una cámara de sedimentación en la que la aceleración gra$itacional se sustituye por la aceleración centrífuga. Esta Oltima aceleración la adquieren las partículas debido a la geometría del ciclón haciendo que las de mayor masa se
sedimenten en la parte inferior del cono y las de menor masa sean arrastradas por la corriente de aire a la parte superior uncionamiento de los %iclones
La mezcla ba"a rotando por el ciclón. #ebido a la fuerza centrífuga, la fase sólida es lanzada hacia las paredes e!teriores del ciclón, desciende y es recogida en la parte inferior, que frecuentemente acaba en un cono. La fase fluida, una $ez en el fondo, asciende rotando y es recogida mediante una tubería situada en el centro del ciclón. En el centro del ciclón se produce un fuerte $órtice y la ba"a presión impulsa la fase fluida hacia arriba.
&endimiento de un %iclón
El rendimiento de un ciclón depende de tamaño de las partículas. En general, cuantas más pequeñas sean las partículas, peor rendimiento, y cuanto más grandes sean, me"or rendimiento. El rendimiento de un ciclón puede definirse como el flu"o másico de partículas sólidas separadas di$ido por el flu"o másico de partículas entrantes en el ciclón.
%iclón de Ilto &endimiento
P@!did" de C"!$" en )n Ciclón La p-rdida de presión en un ciclón es tambi-n una perdida de carga, la cual se e!presa en forma más con$eniente en t-rminos de la presión cin-tica en las $ecindades del área de entrada del ciclón. Estas p-rdidas están asociadas a/
ricción en el ducto de entrada.
%ontracción e!pansión en la entrada.
ricción en las paredes.
(erdidas cin-ticas en el ciclón.
(erdidas en la entrada del tubo de salida.
(erdidas de presión estática entre la entrada y la salida.
Sheferd, Lapple y 1er Linden ? %onsideran que las p-rdidas por energía cin-tica son las más importantes dentro de un ciclón Siendo las Onicas que deberían ser consideradas .
ρ” ? #ensidad del gas compuesto, que se calcula en
en $olumen de las partículas sólidas.
Ae ? Zrea de entrada ? J ! <
Zrea de salida ? B[ ! # S 8 C;
ΔP = ξ ×
ρ"× v
2
2 × g c
función de la fracción
%lasificación de %iclones
3IDROCICLONES
AEROCICLONES
TA$IADORA
ILTRO
!I!L"N !LA#II!ADOR VENTILADOR
!I!L"N RE!OLE!TOR
AEROCICLONES Ciclón Esttico
%lasificador airemateria por separación ciclónica en una cámara circular, y recuperación del pol$o por gra$edad.
Rendimiento de separación ciclónica entre el 7* y el 4*.
Cl"ses de Ae!ociclones
Ae!ociclón de De'!esión, cuando la alimentación al tanque de separación se produce por encima de -ste.
Ae!ociclón de P!esión, cuando la alimentación al tanque de separación se produce por deba"o de -ste.
Entradas de la mezcla que desea separarse o purificarse, por estar ubicadas deba"o de la cámara d separación o donde se produce la fuerza centrifuga o, el ciclón propiamente dicho, se dice que es #E (&ES'\K si estu$iese por encima de esta cámara, se dice que es #E #E(&ES'\K.
Ierociclón 0ecánico El prefiltro de aire es propulsado por la aspiración del motor /:0. %onductos de admisión dispuestos aerodinámicamente /0 conducen el aire con un ángulo calculado con precisión contra el rotor de acero ino!idable /G0. El e"e del rotor está equilibrado, tiene un apoyo doble de
rodamientos de bolas y se encuentra herm-ticamente cerrado /H0 . El rotor alcanza ] segOn la cantidad de aire aspirado ] hasta *333 2min. Las fuerzas centrifugas originadas causan en el interior de la cubierta pulida de aluminio /0 la e!pulsión de las partículasB7C a tra$-s de la ranura lateral /0. El aire limpio entra, pro$isto de rotación, al filtro de aire del motor /0
Sistemas de filtración de Iire
+ilt!o de "i!e sin se'"!"do!
La $ál$ula de $aciado tiende a taponarse.
Las impurezas se acumulan en el filtro.
Ciclones estticos con !eci'iente '"!" im')!e5"s^ 'mpurezas en el recipiente. ^ &ecipiente no resistente a la rotura. ^ Uaciados frecuentes del recipiente.
Elimin"ción de im')!e5"s 'o! el esc"'e
^ %omplicado y susceptible a fallos. ^ Kecesita controles frecuentes. ^ Sistema de post$enta costoso.
+ilt!o cent!i6)$o con e,')lsión l"te!"l
