Equipo:Alvarado López Ma. JoséDelfín Ruiz Ma. ElizabethLara Hernández Mario A.

Palacios Camarero Karina del R.

Ciclones.

Antes podemos pasar d las diapo1-8 y luego la 38-39

Separación sólido-gas.

Contenido.

• Conceptos Generales.• Partes de un ciclón• Principio de operación de un ciclón• Explicación Matemática de la operación.• Eficiencia de recolección de los ciclones• Clasificación de los ciclones• Otra clasificación de los ciclones.• Ejemplo de un ciclón.• Aplicaciones industriales de ciclones.

Conceptos Generales

• 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, aerociciones.

Conceptos Generales.• . Un ciclón es un dispositivo de

precipitación, en el que las fuerzas que arrastran a las partículas hacia fuera a velocidades tangenciales altas, son varias veces superiores a la fuerzas que arrastran a las partículas hacia fuera a velocidades tangenciales altas, son varias veces superiores a la fuerza de gravedad. Por tanto, los ciclones permiten separaciones mucho más efectivas que las cámaras de precipitación por gravedad.

• La fuerza centrífuga en un ciclón va desde unas 5 veces la fuerza de gravedad en unidades grandes de baja velocidad, hasta 2500 veces en unidades pequeñas de lata resistencia.

Conceptos generales.• Un separador ciclónico está compuesto básicamente por un cilindro vertical con fondo cónico, dotado de

una entrada tangencial normalmente rectangular• La corriente gaseosa cargada con las partículas sólidas se introduce tangecialmente en el recipiente

cilíndrico a velocidades de aproximadamente 30m/s, saliendo el gas limpio a través de una abertura central situada en la parte superior.

• Por tanto, se observa que el modelo de flujo seguido por el gas dentro de los ciclones es el de un doble vórtice. Primero el gas realiza una espiral hacia abajo y por la zona exterior, para después ascender por la zona interior describiendo igualmente una hélice.

• Las partículas de polvo, debido a su inercia, tienden a moverse hacia la periferia del equipo alejándose de la entrada del gas y recogiéndose en un colector situado en la base cónica.

• Se trata de un equipo muy eficaz a menos que la corriente gaseosa contenga una gran proporción de partículas de diámetro inferior a unos 10 .m. Aunque se puedan emplear ciclones para separar partículas con diámetros mayores de 200 .m, esto no suele ser muy frecuente ya que los sedimentadores por gravedad o los separadores por inercia resultan normalmente más efectivos y menos sujetos a abrasión.

• Se puede emplear tanto para gases cargados de polvo como de niebla, es decir, para pequeñas• partículas líquidas.• Los ciclones convencionales se pueden encontrar en una gran variedad de tamaños y la entrada• al equipo puede ser bien rectangular o circular.

Partes de un ciclón

A 0.125 m

B 0.06 m

Dc 0.2 m

De 0.1 m

B 0.065 m

S 0.162 m

h 0.32 m

H 0.79 m

Tabla 1: Dimensiones del ciclón

ciclón típico podemos ver en la figura 12, el cual consta de un recipientecónico abierto en la parte inferior, boquilla de descarga (apex) unido a unasección cilíndrica el cual tiene un ingreso de pulpa tangencial. La parte superiordel cilindro es cerrada con una plancha a través de la cual pasa un tubo central,boquilla de descarga (overflow). La cañería se extiende dentro el cuerpo delciclón por medio de una sección corta y removible conocida como vortex, el cualpreviene un cortocircuito de la alimentación hacia el overflow.

Principio de operación de un ciclón• El principio de operación de los separadores tipo ciclón es el siguiente: la mezcla

gas-sólido entra por la sección superior del dispositivo. Entonces, el cuerpo cilíndrico induce un patrón de flujo giratorio en forma de vórtice descendente para la mezcla gas-sólido. La fuerza centrífuga separa el polvo de la corriente de gas. Las partículas viajan hacia las paredes del cilindro y se deslizan por la sección cónica hasta la salida de polvo, mientras que el gas sale a través del buscador de vórtices (Altmayer et al., 2004).

• . Para separar partículas sólidas pequeñas o polvo fino de los gases, el tipo de equipo de uso más común es el separador de ciclón que se muestra en la fig.14.4-6. El ciclón consta de un cilindro vertical de fondo cónico. La mezcla de gas y partículas sólidas entra tangencialmente por la parte superior. La penetración de la mezcla le imparte un movimiento giratorio, y el remolino que se desarrolla produce la fuerza centrífuga que arrastra a las partículas hacia la pared de forma radial.

• Al entrar, el aire del acción fluye hacia abajo en una espiral o vórtice adyacente a la pared. Cuando el aire se aproxima al fondo cónico, vuelve a subir en una pequeña espiral en el centro del cono y del cilindro. Por consiguiente, se forma un vórtice doble. Las espirales descendente y ascendente giran en el mismo sentido.

Explicación Matemática de la operación

• al entrar a un ciclón, las partículas adquieren rápidamente sus velocidades terminales de precipitación. Los tamaños de las partículas suelen ser tan pequeños, que se considera que la ley de Stokes es válida. La ecuación (14.4-8) expresa la velocidad terminal radial tR de un movimiento centrífugo, donde tR remplaza a t¨!

• •

• Puesto que = tan/r , donde tan es la velocidad tangencial de la partícula en el radio r, la ecuación (14.4-35) se transforma en

• • •

• donde t es la velocidad terminal gravitatoria de precipitación de la ecuación (14.3-9). Cuando más alta sea la velocidad terminal t s y más fácil resultara “precipitar” la partícula en la pared. Sin embargo, la evaluación de la velocidad radial es bastante difícil porque está en función de la velocidad terminal gravitatoria, de la velocidad tangencial y de la posición radial y axial en el ciclón. Debido a lo anterior, se prefiere usar la siguiente ecuación empírica (S2):

• • • donde b1 y n son entonces empíricas.

18

22 p

tR

rD

grgr

gDt

pptR

2tan

2tan

2

18

"18

21

r

Db ptR

Eficiencia de recolección de los ciclones

• Las partículas pequeñas tienen velocidades de precipitación más bajas, como lo expresa la ecuación (14.4 – 37), y no tienen tiempo para llegar a la pared y ser recolectadas. Por consiguiente, salen con el aire que se extrae del ciclón. Las partículas más grandes se recolectan con bastante facilidad. La eficiencia de separación para cierto diámetro de partícula se define como la fracción de masa de los tamaños de partícula que se recolectan.

• Una curva típica de eficiencia de recolección en un ciclón muestra que la eficiencia se reduce notablemente al disminuir el tamaño de las partículas. El diámetro de corte Dpc es el diámetro en el cual se recolecta la mitad de la masa de entrada de las partículas. El fondo con sus velocidades terminales de precipitación.

• El aire debe permanecer en la cámara el tiempo suficiente (tiempo de residencia) como para que las partículas leguen al fondo de la cámara. Conociendo el flujo de la corriente de aire a través de la cámara y el tamaño de ésta, es posible calcular el tiempo de residencia del aire en la cámara. La dimensión vertical de precipitación, produzca un tiempo inferior al de residencia del aire.

• El rendimiento de un ciclón depende de tamaño de las partículas. En general, cuanto más pequeñas• sean las partículas, peor rendimiento, y cuanto más grandes sean, mejor rendimiento. El rendimiento• de un ciclón puede definirse como el flujo másico de partículas sólidas separadas , divido por el• flujo másico de partículas entrantes en el ciclón :

• Cuando se consigue separar todas las partículas sólidas, este rendimiento es la unidad. En general• este rendimiento es inferior a la unidad.

Clasificación de los ciclones• Las formas de los ciclones se diferencian según la forma de uso (Fig. 13)

• Fig. Nº 13. Formas de ciclones y sus aplicaciones

• v Hidrociclón con ángulo agudo: separación sólido – líquido (espesamiento,• separación de material sólido), ángulo del cono 10 – 20º.• v Forma intermedia: clasificación (ángulo del cono < 20º)• v Hidrociclón cilíndrico: concentración, producción de preconcentrado, etc.

Otra clasificación de los ciclones.• CONICOS

– CONO PRONUNCIADO, CONVENCIONALES – CONO TENDIDO

• CILINDRICOS – CON DESCARGA PERIFERICA – CON DESCARGA CENTRAL. FONDO PLANO

• OTROS – CRIBA – AIREADO – (ver nuevos hidrociclones i agregar mas info i

dibujines)

Clasificación de los ciclones.

• De acuerdo a su disposición geométrica se distinguen los

• siguientes tipos de separadores ciclónicos :– (a)- entrada tangencial y descarga axial– (b)- entrada tangencial y descarga periférica– (c)- entrada y descarga axiales– (d)-

Clasificación de los ciclones.

En función de su eficiencia.• La eficiencia de un ciclón está determinada en gran medida

por su tamaño. Se ha comprobado que los ciclones de menor diámetro son los que proporcionan mejores eficacias en la separación de partículas. Asimismo se observa que la altura total del equipo también afecta a la eficacia, aumentando ésta con la altura. Según este criterio se consideran los siguientes tipos:– - muy eficientes ( 98 - 99%)– - moderadamente eficientes ( 70- 80%)– - de baja eficiencia ( 50%)

Ejemplo de un ciclón

Ejemplo de un ciclón

Ejemplo de un ciclón

Ejemplo de un ciclón

Aplicaciones industriales.• Los separadores tipo ciclón son equipos ampliamente utilizados

para control de la contaminación del aire, separación de sólidos y gases, muestreo de aerosoles y control de emisiones para aplicaciones industriales (Zhao et al., 2004). Estos equipos también son utilizados para muestreo selectivo de la calidad del aire en función del tamaño de las partículas suspendidas en el ambiente y que son capturadas por los mismos en lugares de trabajo, y en lugares cerrados en general (Kenny y Gussman, 2000).

• Estos equipos son muy comunes en ciertas aplicaciones, como el secado de alimentos por rociado, en el que las partículas secas se separan por ciclones; en equipos separados de polvos ambientales; y en la separación de rocíos finos de los gases y partículas. Se pueden usar para la extracción de partículas de más de 5 m de diámetro suspendidas en gases; para partículas de más de 200 m, se prefieren en húmedo, en los cuales se rocía agua para ayudar a separar los sólidos.