ciclones seminario

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  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    MODELO PARA USO DEMODELO PARA USO DE

    HIDROCICLONES EN SEPARACIONESHIDROCICLONES EN SEPARACIONES

    DE SUSPENSIONES NO NEWTONIANASDE SUSPENSIONES NO NEWTONIANAS

    Enrique Ortega RivasEnrique Ortega RivasFacultad de Ciencias Qumicas

    Universidad Autnoma de Chihuahua

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Partes de la Charla:

    Introduccin

    Caractersticas

    Ventajas y desventajas

    Aplicaciones convencionales

    Teora: Interacciones partcula-fluido

    Variables de operacin

    Enfoque adimensional Consideraciones para fluidos no

    Newtonianos

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    Introduccin: Diagrama Esquemticode un Hidrocicln

    Clarificado

    Concentrado

    Alimentacin

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    Introduccin: Fotografas deDiferentes Diseos

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    Introduccin: Caractersticas Tpicas

    Rango de dimetro: 10 mm a 2.5 m

    Rango de corte: 2 a 250 m

    Rango de capacidad: 0.1 a 7200 m3/h Cada de presin: 0.34 a 6 bar

    Mxima concentracin de slidos: 50%

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    Introduccin: Ventajas

    Versatilidad (clarificacin, clasificacin,concentracin, separaciones gas-lquido)

    Facilidad de construccin, instalacin ymantenimiento

    Unidades pequeas (ahorro de espacio)

    Esfuerzos cortantes altos (corte fino, evita laaglomeracin)

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    Introduccin: Desventajas

    Inflexibilidad (rgidos en construccin con

    poca posibilidad de variaciones de diseo)

    Capacidad y eficiencia (punto de corte) enrelacin inversa

    Esfuerzos cortantes altos (desventaja a altasconcentraciones por imposibilidad de usarfloculantes)

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    Introduccin: AplicacionesConvencionales

    Clarificacin de lquidos

    Espesamiento de lodos

    Clasificacin de slidos Granulometra de partculas

    Separaciones gas-lquido y

    lquido-lquido

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    Introduccin: Cmo Operan en laRealidad?

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    Introduccin: Cmo Lucen enOperacin?

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    Aspectos Tericos

    Fuerza de friccin a bajas concentraciones de slidos:

    El nmero de Reynolds de partcula se define como:

    La fuerza de friccin tambin se puede expresar como:

    La combinacin de las ecuaciones anteriores origina:CD=24/Rep (Rep

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    Aspectos Tericos

    Ecuacin de equilibrio en cada libre:

    Para separaciones difciles (Ley de Stokes):

    Para campos centrfugos (Ley de Stokes):

    mdu

    dtma ma F

    s

    D=

    uX g

    gs=

    2

    18

    ( )

    uX R

    rs=

    2 2

    18

    ( )

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    Aspectos Tericos: Limitaciones de laLey de Stokes

    Nunca se aplica con exactitud

    El error se incrementa con el valor de Rep

    Las partculas finas son sujetas a difusin Existen problemas con formas irregulares

    Slo aplica para sistemas diluidos y nofloculantes

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    Aspectos Tericos: Limitaciones de laLey de Stokes

    Para suspensiones concentradas (sedimentacinobstaculizada) se requiere una correccin por

    concentracin con ecuaciones como la de

    Richardson y Zakii:

    u

    uC

    s

    = ( ) .1 4 65

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Variables de Operacin

    Se debe mantener una cada de presin quegarantice un caudal estable y origine un campo

    centrfugo de magnitud considerable para que seaposible la sedimentacin centrfuga. Como seindic anteriormente, la capacidad y la eficiencia

    varan en forma inversamente proporcional: a

    mayor capacidad menor eficiencia y viceversa

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    Variables de Operacin y Diseo:Efectos Generales

    El dimetro del cicln y el punto de cortevaran en relacin directa

    El dimetro del cicln y la capacidad

    varan en relacin directa El dimetro del cicln y la cada de

    presin varan en relacin inversa

    La concentracin y la eficiencia (punto decorte) varan en relacin inversa

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    Enfoque Adimensional

    Se utiliza una geometra estndar de hidrociln yse derivan correlaciones utilizando grupos

    adimensionales y respetando los escalamientosproporcionales. El diseo de mejor eficiencia deseparacin es el conocido como Hidrocicln deRietema, que tiene las proporciones mostradas

    en la figura

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Hidrocicln

    de Rietema

    0.2Dc

    0.4Dc

    0.34Dc

    Dc

    5Dc

    0.28Dc

    20

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Enfoque AdimensionalSe pueden utilizar nmeros adimensionales, tales como:

    El nmero de Euler:

    El nmero de Reynolds (del sistema):

    El nmero de Stokes:

    EuP

    v=

    22

    Re =D vc

    StkX v

    Ds

    c

    5050

    2

    18=

    ( )

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Enfoque Adimensional

    Las ecuaciones mencionadas utilizan la velocidadlineal caracterstica del hidrocicln:

    vQ

    Dc=

    42

    El anlisis dimensional deriva en tres correlaciones

    bsicas entre los nmeros adimensionales definidos:

    Stk50Eu = constante

    Eu = kp(Re)np

    Stk50(r) = k1(1-Rf)exp(k2C)

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Grficas Tpicas que Representan lasCorrelaciones entre NmerosAdimensionales

    0

    100

    50

    Rf X50

    Eficiencia de

    separacin corregida,G(X)

    Eficiencia deseparacin real, G(X)

    X50

    %

    X

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    Grficas Tpicas que Representan lasCorrelaciones entre NmerosAdimensionales

    101

    102

    104

    103

    102

    106105104103

    Re

    Eu

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Correlaciones Derivadas Para BajasConcentraciones (Medronho y Svarovsky)

    Stk50Eu = 0.047[ln(1/Rf)]0.74exp(8.96C)

    Eu = 71(Re)-0.116(Di/Dc)-1.3exp(-2.12C)

    Rf= 1218(Du/Dc)4.75(Eu)-0.30

    Se utilizan, en general, para suspensiones diluidas

    de slidos generalmente inertes. Fueronverificadas con una serie de materiales comocarbonatos, silicatos, etc. Se utiliz la geometra

    de Rietema

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Consideraciones para Suspensionesms Concentradas y para la Posibilidadde Comportamiento no Newtoniano

    Las suspensiones de slidos muy finos, as como demuchos materiales biolgicos, se comportan comofluidos no Newtonianos

    Los fluidos no Newtonianos mejor caracterizados sonlos fluidos de la ley de la potencia

    Desde que dos de los nmeros adimensionalesutilizados en modelado de hidrociclones incluyen la

    viscosidad, deben re-expresarse para tomar encuenta el hecho de que sta pasa a ser variable ensuspensiones no Newtonianas

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Consideraciones para Suspensionesms Concentradas y para la Posibilidadde Comportamiento no Newtoniano

    Ortega-Rivas y Svarovsky derivaron las siguientescorrelaciones para tomar en cuenta la caracterstica

    no Newtoniana de suspensiones:

    Stk*50Eu = 0.006[ln(1/Rf)]2.37exp(6.84C)

    Eu = 1686(Re*)-0.035exp(-3.39C)

    Rf= 32.8(Du/Dc)1.53(Re*)-0.34exp(3.70C)

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Consideraciones para Suspensionesms Concentradas y para la Posibilidadde Comportamiento no Newtoniano

    A su vez, Stk*50 y Re* se expresan por:

    c

    n

    1n

    )n2(

    s

    )1n(

    50*

    50

    Dn3

    1n2)3(K18

    v)(XStk

    +

    =

    +

    n1n

    n2n

    c

    n4

    1n3)8(K

    vD*Re

    +

    =

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Consideraciones para Suspensionesms Concentradas y para la Posibilidadde Comportamiento no Newtoniano

    Los parmetros de caracterizacin de fluidos nonewtonianos Ky n, se conocen como ndice de

    consistencia de fluido e ndice de comportamiento deflujo, respectvamente, y se encuentran relacionados

    en la ecuacin que representa la ley de la potencia:

    = K n( & )

    y se determinan experimentalmente por medio deviscometra rotacional, utilizando un reograma

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Reograma para Evaluacin deParmetros ny K

    log()

    log()

    n>1 dilatante

    n

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Consideraciones para Suspensionesms Concentradas y para la Posibilidadde Comportamiento no Newtoniano

    El modelo propuesto por Ortega-Rivas y Svarovskyslo aplica para fluidos dilatantes, o sea aquellos en

    que el valor de nes mayor que 1 y fue derivado

    utilizando slidos inertes en suspensin y lageometra de Rietema. Sin embargo, ha sidoverificado para aplicaciones en fluidos biolgicos.

    Para que se convierta en un modelo ms genrico,

    se requiere completarlo derivando ecuaciones paralos otros fluidos relevantes de la ley de la potencia

    (fluidos seudoplsticos)

  • 8/2/2019 ciclones seminario

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    Aplicaciones Tpicas de Hidrociclonesen Separaciones Biolgicas

    Refinado de almidn de maz y papa

    Procesamiento de aceite de algodn Sistemas de extraccin de caf soluble

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