separador ciclonico

Universidad de Cartagena,  Manejo de Solidos

Se pa r a do r e sCi c l ó ni c o s 1 . Introducción

Desde la antigüedad uno de los métodos más usados para separar polvo en suspe suspens nsió ión n en un gas, gas, que que gener general alme ment nte e es aire aire,, es el cicl ciclón ón.. Ahor Ahora a los los ciclones ocupan un papel fundamental en el plano industrial y procesos de inge ingeni nier ería ía,, espe especi cial alme ment nte e refe referi rido dos s a sepa separa raci cion ones es mec mecánic ánicas as,, dond onde inter ntervi vien ene en el movi movim mient iento o de partículas sólidas o gotas líquidas a través de un uido.

 Ilustración 1: 1: Movimiento Movimiento de las partículas partículas mayores mayores hacia hacia las paredes paredes del ciclón ciclón debido a la fuerza centrífuga.

os ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de polvo, tanto desde el punto de vista de operación como de la inversión. !stos son "ásicamente construcciones simples que no cuentan con partes móviles, lo cual facilita las operaciones de mantenimiento y pueden ser dise#ados para altas temperaturas $que ascienden incluso a %&&& '() y presiones de operación "astante altas. os ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores de * +m aunque partículas muchos más peque#as, en ciertos casos, pueden ser separadas. !n un ciclón, la trayectoria del gas comprende un do"le vórtice, en donde el gas di"u-a una espiral descendente en el lado eterno y ascendente en el lado interno.

 Ilustración 2: Esuema b!sico b!sico de funcionamiento funcionamiento de un ciclón ciclón

!n un ciclón el gas entra en la cámara superior tangencialmente y desciende en espirales hasta el ápice de la sección cónica luego asciende en un segundo espiral, con diámetro más peque#o, y sale por la parte superior a través de un ducto vertical centrado. os sólidos se mueven radialmente hacia las paredes, se desli/an por las paredes, y son recogidos en la parte inferior. !l dise dise#o #o apro apropi piad ado o de la secc secció ión n cóni cónica ca del del cicl ciclón ón o"li o"liga ga al cam" cam"io io de dirección del vórtice descendente, el vórtice ascendente tiene un radio menor, lo que aumenta las velocidades tangenciales en el cono se presenta la mayor colección de partículas, especialmente de las partículas peque#as al reducirse el radio de giro. Usos Industriales

  U. deC. T o do sl o sde r e c ho sr e s e r v a do s2 0 1 4 .

1 Autores principales:  Ce n t a n a r oC1. , Ni ñoA1. , Pue l l oJ .

os ciclones son dise#ados para muchas aplicaciones. 0eneralmente, los ciclones por si solos no son adecuados para cumplir con las reglamentaciones más estrictas en materia de contaminación del aire, pero tienen un propósito importante como pre1limpiadores antes del equipo de control 2nal más caro, tal como los precipitadores electrostáticos o los 2ltros de tela. Además del uso en tareas de control de la contaminación, los ciclones se utili/an en muchas aplicaciones de proceso, como por e-emplo, para la recuperación y reciclado de productos alimenticios y materiales de proceso tales como los catali/adores. os ciclones se utili/an ampliamente después de operaciones de secado por aspersión en las industrias química y de alimentos y después de las operaciones de trituración, molienda y calcinación en las industrias química y de minerales para recolectar material 3til o vendi"le.

Modifcación del Modelo (onsideremos una partícula de masa m, moviéndose a través de un uido por la acción de una fuer/a eterna  Fc . 4ea v , la velocidad de la partícula con relación al uido,  Fb

la fuer/a de empu-e so"re la partícula y

resultante que act3a so"re la partícula es es

 Fd   la fuer/a de retardo. a fuer/a

 Fc− Fb − Fd  , la aceleración de la partícula

dv dt   y de acuerdo con la ley de 5e6ton7

 F =

( )

m dv g dt 

 8enemos la siguiente ecuación7  F =

( )

m  dv = Fc − Fb – Fd ( 1 ) gc dt 

a fuer/a eterna puede ser epresada como el producto de la masa por la aceleración de la partícula7 m∗a  Fc= ( 2) gc a fuer/a de empu-e, por el principio de Arquímedes, es igual al producto de la masa del uido que despla/a la partícula, por la aceleración producida por la fuer/a eterna. !l m volumen de la partícula y por consiguiente el de uido despla/ado, es igual a  ρ p , siendo

 ρ p

 la densidad de la partícula.

m  ρ a masa de uido despla/ado es igual a, siendo  ρ p f  uido. a fuer/a de empu-e es por lo tanto7 m∗a  Fb= (3)  ρ p∗gc a fuer/a de retardo es7 2

, siendo

 ρf 

 la densidad del

La bo r a t o r i odeFí s i c aI I I , S eme s t r eI , 2 01 3 2

Cd∗v o∗ ρ f ∗ A p  Fd = ( 4) 2∗gc Cd =coeficienteadimensional de retardo

 Ap =área proyectada por la partícula v 0 =velocidad de aproximacióndel fluido v =velocidad de la partícula

4iendo iguales vo y v, y sustituyendo las fuer/as de la ecuación $9) y $:) en la ecuación $%) se tiene7

( 1 − ρf  ) Cd v  ρ f  A  p dv =a − ( 5) dt   ρ p 2m 2

 Ilustración ": #uerzas ue act$an en una partícula ue sedimenta en un fluido

Movimiento en un campo gravitatorio si la fuer/a eterna e la gravedad, a  es igual a

g , aceleracion de la gravedad y la

ecuacion $*) se transforma en7

 ( 1− ρf  ) Cd v  ρf  A p dv =g − (6) dt   ρ p 2m 2

Movimiento en un campo centriugo 4iempre que se varía la dirección del movimiento de una partícula, se origina una fuer/a centrífuga. 4eg3n la física elemental, la aceleración producida por una fuer/a centrífuga en el movimiento circular es igual a7 2

a =r ω ( 7 ) r = Radio de girode la particula ( m ) ω =Velocidad angular

( ) rad s

 4ustituyendo la ecuacion $;) en la en cuacion $*) 2 1 − ρf  ) Cd v  ρ f  A  p dv 2 ( =( r ω ) − ( 8) dt   ρ p 2m

3

1 Autores principales:  Ce n t a n a r oC1. , Ni ñoA1. , Pue l l oJ .

v =velocidad dela particula conrelacional fluido  dirigida!acia afueraa lo largodel radio"