Ciclones y multicilones

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  • 1. Ciclones y multiciclones Introduccin Los ciclones y los multiciclones pueden ser utilizados en procesos de filtracin en sistemas que exijan la separacin de partculas de gran volumtrica y tambin como precolectores a los filtros de mangas. Se fabrican con acero al carbn, con recubrimiento epxico y/o con acero inoxidable ya sea en calidad 304 y/o 316 en calibres 14, 12, 10, 3/16" y 1/4". Su diseo modular permite ser ensamblados en campo con gran facilidad por medio de bridas y tornillos

2. Principio de operacion El gas entra por el cicln de forma tangencial. Al aumentar la velocidad perifrica y las fuerzas centrfugas, hacen que las partculas ms gruesas salgan por la parte inferior y el aire limpio por la parte superior. Para determinar la eficacia de los ciclones, se tienen en cuenta las dimensiones de los ciclones y las propiedades fsicas de gases y partculas Se pueden construir grupos de 2, 4 y ciclones en paralelo para tratar caudales elevados 3. Caracteristicas Las principales caractersticas de los ciclones son: - Gran sencillez de construccin, lo cual implica una gran economa. - Baja eficacia para granulometras bajas. Para granulometras intermedias depende fundamentalmente de la prdida de carga, con lo cual consumen comparativamente ms energa. - Son robustos y de fcil mantenimiento. 4. Ciclones y Multiciclones.Los sistemas de separacin mecnica ms empleados son los ciclones*. Otros tipos pueden ser los separadores de impacto o las cmaras de separacin, que se utilizan muy poco por su bajo rendimiento. Los ciclones son colectores cilndricos de partculas, cuya parte inferior tiene forma de cono invertido. En principio pueden estar construidos de cualquier material, pero la corrosividad de los gases emitidos, al igual que la emisin de partculas que desgastan el cicln por rozamiento, son caractersticas a considerar en la seleccin del material. Los ciclones pueden ser de dos tipos: de entrada tangencial y de entrada centrfuga. 5. Ciclones y multiciclones En ambos casos se aprovecha la fuerza centrfuga* para recoger las partculas. Esta fuerza es generada al introducir el gas dentro del cicln y obligarlo a girar formando una espiral. Ello se consigue haciendo entrar el gas tangencialmente o bien instalando en el cicln unas paletas giratorias. El gas cargado de partculas entra tangencialmente en el cicln y se somete a un movimiento circular que provoca que las partculas ms grandes, por efecto de la fuerza centrfuga, sean proyectadas hacia la cara interior de la pared del cicln. La fuerza vertical de la espiral hace que las partculas caigan a travs de la zona de seccin cnica. Los gases depurados salen por la parte superior del eje vertical libres de partculas. La eliminacin de partculas puede oscilar entre el 65 y el 99% segn las caractersticas de las partculas y el diseo del cicln. 6. Ciclones Uno de los mtodos ms antiguos y ms usados para separar polvo en suspensin en un gas (generalmente aire) es el CICLN. Son de buena eficiencia si las partculas no son muy pequeas, son de bajo costo de instalacin y de operacin y adems, la posibilidad de regulacin les permite una utilizacin bastante variedad en la recuperacin de polvos industriales siempre que las fracciones debajo de los diez micrones sean tan solo un pequeo porcentaje del total. 7. Ciclones y algunos problemas de funcionamiento. El principal problema de los ciclones es la rigidez de su diseo y el hecho de que la eficacia es en funcin de las condiciones de operacin; es decir, de las variaciones en el caudal circulante, de la concentracin y granulometra de las partculas, de la temperatura del gas, etc., que modifican sensiblemente la eficacia. Es por ello, que actualmente los ciclones se utilizan poco como equipos aislados. Se suelen usar para hacer una primera reduccin fuerte de la concentracin de partculas que se han de depurar posteriormente en otros equipos, como filtros o depuradores de gases. Los distintos sistemas son sensibles a la presencia de gran cantidad de partculas, ya que provocan obstrucciones cuando el gas pasa por el equipo 8. Ciclones Los ciclones utilizados en la salida de los altos hornos tienen una capacidad de 100.000 m3 / hora, una temperatura de 250C y una presin de 300 kg / m2.La cada de presin suele ser de 100 kg / m2. Mide entre 20 y 25 m de alto y tiene una seccin cilndrica de 5 a 6 m de dimetro. Los ciclones son sedimentadores donde se reemplaza la fuerza de gravedad por la fuerza centrfuga. Los ciclones de dimetro grande suelen trabajar con aceleraciones centrfugas de 5 ges y los de dimetro pequeo suelen alcanzar aceleraciones de 2500 ges 9. Ciclones Los ciclones tambin se utilizan para separar gotas de lquido en suspensin en un gas y partculas slidas en suspensin en un lquido. En este ltimo caso se llaman hidrociclones. Los ciclones para separara slidas o lquidas de gases trabajan con partculas de entre 5 a 200 micrones, en el caso de partculas de dimetro menor a 5 micrones el rendimiento de la separacin es bajo y para el caso de d1metro de partculas superiores a 200 micrones es conveniente utilizar una cmara de sedimentacin por que la abrasin es menor. 10. Ciclones Cuando hay aglomeracin de partculas o alta concentracin de polvos, pueden separarse partculas de menor tamao obtenindose un rendimiento de hasta el 98% debido a las aglomeraciones. Si bien los distintos ciclones tienen caractersticas propias, el que se ilustra en la figura es el tipo de cicln mas comn. No tiene partes mviles, est formado por un cilindro vertical con el fondo cnico, una entrada tangencial en la parte superior y una salida para el polvo en el fondo cnico. El conducto de salida (Chimenea), se prolonga dentro del cilindro para impedir cortocircuito entre el aire de entrada y el de salida 11. Ciclones La trayectoria de los gases es un torbellino descendente es espiral, adyacente a la pared, el cual trata de alcanzar el fondo del cono, pero a cierta altura cambia ascendiendo en espiral de menor dimetro en el centro del cuerpo. Esta espiral es concntrica con la descendente y gira en el mismo sentido, finalmente el gas sale, todava girando, a travs de la chimenea. La aceleracin centrfuga de las partculas suspendidas depende del radio del camino seguido por el gas y es dada por la siguiente ecuacin emprica. 12. Ciclones La trayectoria de los gases es un torbellino descendente es espiral, adyacente a la pared, el cual trata de alcanzar el fondo del cono, pero a cierta altura cambia ascendiendo en espiral de menor dimetro en el centro del cuerpo. Esta espiral es concntrica con la descendente y gira en el mismo sentido, finalmente el gas sale, todava girando, a travs de la chimenea. La aceleracin centrfuga de las partculas suspendidas depende del radio del camino seguido por el gas y es dada por la siguiente ecuacin emprica. 13. Pic de un cicln para necesidades pequeas 14. Ciclones Donde : r es el radio, K1 y n son constantes y n vara entre 2 y 2,4. Esta ecuacin nos indica que la eficiencia de un cicln depende del radio seguido por las partculas. Las partculas gruesas, por la fuerza centrfuga, pasan a travs del torbellino exterior, radialmente, hacia la pared del cicln y caen hacia la salida del polvo que esta en la parte inferior del cono. Las mas pequeas que no tienen tiempo de alcanzar la pared, son detenidas por el gas y o acompaan a la salida. Auque la posibilidad de separacin de una partcula crece con el dimetro de la misma, la suerte de una partcula depende tambin de su posicin en la seccin de la corriente gaseosa, de manera que la separacin de acuerdo con el tamao no es muy definida. 15. Ciclones Cuando los gases penetran en el cicln ( lo hacen tangencialmente) su velocidad puntual sufre una redistribucin de manera que su componente tangencial aumenta cuando disminuye el radio: Donde: r es el radio, K y n son constantes. En las paredes se acerca a cero, adquiere un valor mximo a cierto radio y luego disminuye rpidamente a menor radio. N vara de 0.5 a 0.7 en una porcin considerable del radio del cicln. La entrada de los gases al cicln es, generalmente, rectangular y su velocidad vara entre 6 y 21m/ s. 16. Cada de Presin Los estudios realizados han despreciado el efecto de la compresin del gas a la entrada y la expansin del mismo a la salida, de all que las ecuaciones encontradas sean solo aproximadas. Las prdidas de presin dependen de las formas del mismo y son independientes del volumen. 17. Cada de Prensin Se suelen expresar las prdidas de presin por el nmero de carga de velocidad referidas al rea de entrada al ciclo. La carga de velocidad en la entrada es: Donde : H son centmetros de agua, es la densidad del gas en kg / m3, VTG es la velocidad tangencial media del gas en la entrada en m / s . 18. Ciclones Ventajas Eficiencia de 99% para partculas de 5 micras o ms. Libre de mantenimiento, no contiene partes mviles o mecnicas. Operacin con gases a altas temperaturas. Puede ser construidos con materiales resistentes la abrasin. Separa gran variedad de partculas. Instalacin fcil econmica, ensamblaje compacto. Unidades mltiples con variados diseos disponibles. 19. MultiCiclones Separadores centrfugos inerciales utilizan ciclones mltiples en serie o en paralelo para tratar gran volumen de gas. Disponibles en diseos personalizados para ofrecer combinacin ptima de eficiencia de coleccin y cada de presin. Alta eficiencia de coleccin vara en funcin del tamao de las partculas y generalmente aumenta con su tamao de 85 a 90% para partculas menor o igual a 20 mm y 100% para partculas mayores de 20 mm. Se aplican en numerosos procesos industriales por su alta eficiencia, construccin simple, mantenimiento mnimo y otras ventajas 20. Multi-ciclones El separador multiciclnico se ha diseado para conseguir elevadas eficacias de separacin para caudales de gases elevados. Esta elevada eficacia se consigue a travs de ciclones de muy pequeo dimetro que unidos forman una unidad