6_6 Ciclones

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  • 6.6 CICLONESUnidad 6. Separaciones Mecnicas

    Elabor: M.C. Yenissei M. Hernndez Castaeda (yenissei@gmail.com)

    Instituto Tecnolgico de TolucaDepartamento de Ingeniera Qumica y BioqumicaOperaciones Unitarias 1

  • Importancia y caractersticas de un cicln

    Los ciclones se emplean principalmente para la separacin de slidos de fluidos y utilizan la fuerza centrfuga para efectuar la separacin.

    La separacin depende del tamao y densidad de las partculas, por lo que los ciclones pueden utilizarse para efectuar la separacin sobre la base del tamao, la densidad o de ambas.

  • Caractersticas de un cicln

    Consta de un ci l indro de pequea altura, cerrado en la parte superior por un plato o disco y en la inferior por un cono.

    El aire con su carga de slidos se introduce tangencialmente por la parte superior de un cilindro.

    La fuerza centrfuga acta sobre las partculas slidas y las lanza contra la pared y caen a la parte cnica.

  • Caractersticas de un cicln Al entrar, el aire del cicln fluye

    hacia abajo en una espiral vrtice adyacente a la pared. Cuando el aire se aproxima al fondo cnico vuelve a subir en una pequea espiral en el centro del cono y del cilindro. Por consiguiente se forma un vrtice doble. Las espirales descendente y ascendente giran en el mismo sentido.

  • Cmo funciona un cicln

  • Perfil de velocidades en un cicln

  • Caractersticas de un cicln

    La salida del aire est situada normalmente en el centro de la tapa y tambin est provista normalmente de una chimenea que desciende por el interior del separador para impedir que la c o r r i e n t e d e a i r e p a s e directamente desde la entrada a la salida.

    Chimenea

  • Aplicacin

    Se emplean para recoger serrn y polvos gruesos y toda clase de materiales no muy finos.

    Pueden utilizarse para separar materiales pesados o gruesos de polvos finos.

    Otras aplicaciones: secado de alimentos por rociado, equipos separadores de polvos ambientales, separacin de rocos finos de gases.

  • Aplicacin

    Los ciclones constituyen uno de los sistemas ms econmicos para separar partculas de gases.

    Se pueden utilizar para la extraccin de partculas de ms de 5 m de dimetro suspendidas en gases.

    Para partculas mayores de 200 m s e p r e fi e r e n l a s c m a r a s d e precipitacin por gravedad.

  • Aplicacin Tambin puede efectuarse la

    separacin de slidos suspendidos en lquidos.

    Debido a que la viscosidad de un lquido es mucho ms elevada que la de un gas, la resistencia del fluido es mayor y el cicln puede tener un dimetro ms pequeo, con objeto de tener una correspondiente fuerza centrfuga mucho mayor.

  • Aplicacin Los hidrociclones se emplean habitualmente en

    circuitos de molienda para devolver el material grueso de nuevo al molino.

    Tienen una gran capacidad en relacin con su tamao.

  • Aplicacin Los ciclones constituyen uno

    de los medios menos costosos de recoleccin de polvo, tanto desde el punto de vista de o p e r a c i n c o m o d e l a inversin

    No c u e n t a n c o n p a r t e s mviles, lo cual facilita las o p e r a c i o n e s d e mantenimiento

    Pueden ser diseados para altas temperaturas (hasta 1000C) y presiones de operacin

  • Aplicacin Tericamente el aumento de

    velocidad de entrada implicara un aumento de la fuerza centrfuga, y con esto un aumento de la eficiencia.

    Las velocidades de entrada muy altas generan la resuspensin del material particulado de las paredes internas del cicln.

    Aumentar la velocidad implica mayor consumo de energa.

  • Desventajas de los ciclones Eficiencias de recoleccin de

    partculas suspendidas totales relativamente bajas.

    No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes.

    Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas cadas de presin.

  • CLASIFICACIN DE CICLONES

  • Clasificacin1. Ciclones convencionales

    2. Ciclones de alta eficiencia

    3. Ciclones de alta capacidad

  • Ciclones de alta eficiencia

    Diseados para alcanzar mayor remocin de las partcula pequeas que los ciclones convencionales

    Pueden remover partculas de 5 m con eficiencias hasta del 90% pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partculas ms grandes

    Tienen mayores cadas de presin (mayores costos de energa)

    Nota: por lo general el diseo de est tipo de cicln est determinado por una limitacin especificada

    de cada de presin, en lugar de cumplir con alguna eficiencia de control especificada.

  • Ciclones de alta capacidad Estn garantizados para remover solamente

    partculas mayores de 20 m, aunque en cierto grado ocurra la coleccin de partculas ms pequeas.

    Alcanzan eficiencias de 80 a 95% en partculas de 5 m.

  • Caractersticas de los ciclones*

    Fuente: Diseo ptimo de Ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoo. Revista de Ingenieras Universidad de Medelln. ISSN: 1692-3324.Colombia, 2006

  • DIMENSIONES DE LOS CICLONES

  • Dimensiones de cicln

    El dimetro del cicln identifica la dimensin bsica de diseo, todas las dimensiones son s i m p l e m e n t e u n a proporcin del dimetro del cicln.

    Entrada

  • Dimensiones tpicas de un cicln

    Fuente: Diseo ptimo de Ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoo. Revista de Ingenieras Universidad de Medelln. ISSN: 1692-3324.Colombia, 2006

  • Dimensiones tpicas de un cicln

    Fuente: Diseo ptimo de Ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoo. Revista de Ingenieras Universidad de Medelln. ISSN: 1692-3324.Colombia, 2006

  • Dimensiones tpicas de un cicln

    Fuente: Diseo ptimo de Ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoo. Revista de Ingenieras Universidad de Medelln. ISSN: 1692-3324.Colombia, 2006

  • CLCULO DE LA EFICIENCIA DE CICLONES

  • Eficiencia de un cicln La eficiencia para un cicln se define como el

    porcentaje de la masa de las partculas entrantes que es separado en el cicln.

    No existe un mtodo terico sencillo que permita el clculo de la eficiencia de forma exacta.

    En la prctica las partculas pequeas que tericamente deberan salir con el gas, debido a la aglomeracin y choque con partculas mayores sern capturadas;

    las partculas grandes que deberan ser retenidas

    rebotarn contra las paredes o sern capturadas por turbulencias, escapndose del cicln.

  • Eficiencia de un cicln Existen numerosas teoras sobre el clculo de la eficiencia

    terica de los ciclones, las cuales relacionan la eficiencia de coleccin y el tamao de las partculas.

  • Eficiencia: Leith y Licht Es la que mejor se adapta al comportamiento

    experimental.

    Predice las eficiencias de coleccin particulado basndose en las propiedades fsicas del material particulado y el gas de arrastre, y en las relaciones entre proporciones del cicln.

  • Eficiencia: Leith y Licht

    !i =1! e!2

    GTiQ n+1( )Dc3

    "

    #$$

    %

    &''

    0.5n+1( )

    (

    )

    ***

    +

    ,

    ---

    i Eficiencia fraccional por intervalos de tamaoG Factor de configuracin del ciclnTi Tiempo de relajacin para cada partcula, sQ Caudal del gas, m3/sDc Dimetro del cicln, mn Exponente del vrtice del cicln

    *Se debe corregir cuando la

    concentracin es mayor a 2 g/m3

  • Eficiencia: Leith y Licht

    !T = !!imi

    La eficiencia total se calcula realizando la sumatoria del producto de las eficiencias fraccionales por la masa fraccional:

    eficiencia totalmi porcentaje msico, %.

    Para utilizar estas ecuaciones hay que estar seguro que no exista la resuspensin, el valor real sera mucho menor que el estimado.

  • Eficiencia de coleccin

    Generalmente aumenta con:

    El tamao de partcula y densidad. Longitud del cuerpo del cicln. Nmero de revoluciones del gas en el cicln. Proporcin del dimetro del cuerpo del cicln al

    dimetro del conducto de salida del gas. Concentracin de las partculas. Pulimento de la superficie de la pared interior del

    cicln.

  • Eficiencia de coleccinDisminuye con los aumentos en:

    Viscosidad del gas. Dimetro del cuerpo. Dimetro de la salida del gas. rea del conducto de entrada del gas. Densidad del gas.

    *Escape de aire en el conducto de salida del polvo

  • Criterios de Diseo

    Fuente: Diseo ptimo de Ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoo. Revista de Ingenieras Universidad de Medelln. ISSN: 1692-3324.Colombia, 2006

  • Factor de configuracin G El factor de configuracin resulta de relacionar

    algunas proporciones normalizadas:

    G = 8KcKaKb( )

    2

    Donde:

    Kc Factor dimensional de las proporciones volumtricas del ciclnKa Relacin entre la altura de la entrada y el dimetro del cicln (a/Dc)Kb Relacin entre el ancho de la entrada y el dimetro del cicln (b/Dc)

  • Factor de configuracin G El factor dimensional de las proporciones

    volumtricas del cicln, Kc, se calcula:

    Kc =VSC +

    VR2

    !

    "#

    $

    %&

    Dc3

    Donde:

    VSC Volumen evaluado sobre la salida del cicln, m3VR Volumen evaluado sobre la longitud natural del cicln, m3, siempre que se cumpla la siguiente condicin:

    L < H S

  • Factor de configuracin GL < H S

    L Longitud natural del cicln, m H Altura total del cicln, m S Altura de la salida, m La longitud natural del cicln corresponde a la longitud necesaria

    para iniciar el vrtice ascendente, tomada desde la altura superior del cicln. La longitud natural es comn para cada familia de ciclones.

  • Factor de configuracin G La longitud natural del cicln se