Ciclones e Hidrociclones (3)

CICLONES E HIDROCICLONES Miguel Armando Aza  Jenny Genoy Armero Carlos Santiago Holmes

CICLONES

DESCRIPCION: 

Los ciclones son equipos mecánicos estacionarios.

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Permiten la separación de partículas de un sólido o de un líquido que se encuentran suspendidos en un gas portador, mediante la fuerza centrífuga .

CICLONES

TIPOS DE CICLONES Axial y Tangencial Clasificaciones a.

Entrada tangencial descarga axial

y

Entrada tangencial descarga periférica

y

b.

c.

Entrada y descarga axiales

Entrada axial y descarga periférica d.

CICLÓN: P ARTES PRINCIPALES

CICLONES: FUNCIONAMIENTO

CICLONES: FUNCIONAMIENTO 

Un ciclón es un captador de polvos que utiliza principalmente la fuerza centrífuga del movimiento propio del gas que circula a su través.

TEORÍA DEL CICLÓN: DIMENSIONES CICLÓN ESTÁNDAR  Dc : Diámetro del ciclón De : Diámetro del conducto de salida del gas limpio, es la mitad del diámetro del ciclón

Bc=Dc/4 De=Dc/2 Hc=Dc/2 Lc=Dc/8 Sc=Dc/8 Zc=2Dc  Jc=Usualmente Dc/4

Lc : Longitud del barril Zc : Longitud del cono del ciclón

Hc : Altura del conducto de entrada rectangular. Lw : Ancho del conducto de entrada tangencial. Jc : Diámetro de la pierna del ciclón

TEORÍA  DEL CICLÓN 

Cualquier partícula se encuentra sometida a dos fuerzas opuestas en la dirección radial, la fuerza centrífuga y la de rozamiento. Donde: •

•

•

•

•

Fc: fuerza centrífuga Fd: fuerza de rozamiento  Vt: velocidad tangencial  Vr: velocidad radial  r: radio de la órbita

TEORÍA  DEL CICLÓN 

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Existe una órbita de diámetro 0,4 De conocida como cilindro ideal de Stairmand Si la partícula sigue una trayectoria cuya órbita se encuentra dentro del cilindro de Stairmand y con una componente axial ascendente, la partícula abandonará el ciclón sin ser retenida. En caso contrario la órbita es exterior a este diámetro 0,4De, entonces la componente axial será descendente y la partícula acabará depositándose en el fondo del ciclón.

TEORÍA DEL CICLÓN 

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El ciclón es esencialmente un dispositivo de sedimentación en el que una intensa fuerza centrífuga, que actúa radialmente. Este flujo de doble espiral descendente-ascendente constituye el llamado fenómeno ciclónico, y su descripción desde el punto de vista matemático es muy complejo, por lo cual el diseño del ciclón es de naturaleza empírica.

TEORÍA DEL CICLÓN: C ÁLCULO DEL DIÁMETRO DE PARTÍCULA MÍNIMA RETENIDA , TRAYECTORIA DE UNA  PARTÍCULA  Donde:  VT : velocidad de entrada del

gas y las partículas de polvo, tangente a las líneas de flujo  Vr: Velocidad de deriva de una partícula de polvo (dirección radial) Rc: radio del barril del ciclón re: radio del tubo de salida del gas limpio Lw : ancho del canal rectangular de entrada del gas sucio (ancho de la boca de entrada al ciclón).

C ALCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO La aceleración centrífuga es:

 Velocidad angular El gas ingresa con una  velocidad tangencial V T

Según Stokes La velocidad de deriva VR

C ALCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO El tiempo para alcanzar la pared interna del ciclón

La distancia recorrida por la partícula a lo largo de la espiral L

El tiempo necesario para recorrer la espiral es

dónde Ns es el número de espirales que recorre.

C ALCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO La condición necesaria para que la partícula se separe es:

Las partículas con diámetro igual o mayor que dp min se separan con un 100 % de eficiencia. Diámetro de corte: diámetro de partícula que se separa con un 50 % de eficiencia

C ALCULO DEL DIÁMETRO MÍNIMO Eficiencia de separación de las distintas fracciones de partículas, en función del diámetro de partícula / diámetro de corte:

ηi = eficiencia fraccional de las partículas de

tamaño dpi

la eficiencia global será: donde wi es la fracción másica de partículas de diámetro dpi

PÉRDIDA DE CARGA DEL CICLÓN Pueden expresarse en función de la velocidad a la entrada del ciclón

donde :

K es 16 para ciclones normales y 7.5 para ciclones de gran envoltura

DIMENSIONADO DE UN CICLÓN Los parámetros claves de un ciclón son su eficiencia y su pérdida de carga: Estos parámetros son gobernados por sus dimensiones, es decir el diámetro del ciclón y longitudes de los canales de flujo. En un ciclón convencional al determinar el diámetro del ciclón quedan todas las demás longitudes determinadas. Puede dimensionarse estipulando el tamaño de partícula que quiere ser separada. Tomamos entonces dp min = dp/10 Pero

MÁXIMA EFICIENCIA DE UN CICLÓN

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Las partículas con diámetros mas grandes se recolectan mejor.

Kalen y zenz: la v i (velocidad inicial) 1,25 la velocidad de arrastre. no mayor 1.36 la velocidad de arrastre => re- arrastre.

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CRITERIO DE K ALEN Y  ZENZ

CRITERIO DE K ALEN Y  ZENZ

 A PLICACIONES DE LOS CICLONES E HIDROCICLONES Principal: separación de sólidos y gases. Otras aplicaciones (hidrociclones):  Deslamado y refinado.  Circuitos cerrados y abiertos de molienda.  Clasificación selectiva.  Recuperación de sólidos.  Recuperación de líquidos.  Pre-concentración.

 V ENTAJAS DEL USO DE CICLONES Bajo costo de inversión  Costo de mantenimiento bajo (no tiene partes móviles)  Permite la separación en condiciones drásticas de temperatura y presión.  Caída de presión constante.  Puede ser construido de variados materiales (cerámica, aleaciones, aceros, hierro, fundido, aluminio, plásticos)  Puede separar tanto partículas sólidas como líquidas, a veces ambas la vez,dependiendo del diseño propio del ciclón 

DESVENTAJAS DEL CICLÓN Baja eficiencia para partículas de tamaño menor que el diámetro de corte, cuando  Operan en condiciones de bajas cargas de sólido.  Usualmente caída de presión mayor que otros tipos de separadores ( por ejemplo que el filtro de cartucho (bag))  Sujeto a erosión o ensuciamiento, si los sólidos procesados son abrasivos. 