CICLONES

El equipo de recolección de polvo que se usa con mayor frecuencia es el ciclón. Los ciclones remueven el material particulado de la corriente gaseosa, basándose en el principio de impactación inercial, generado por la fuerza centrífuga. En la figura se muestra el movimiento de las partículas mayores hacia las paredes del ciclón debido a la fuerza centrífuga.

El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que la aceleración gravitacional se sustituye con la aceleración centrifuga. Los ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de polvo, tanto desde el punto de vista de operación como de la inversión. Estos son básicamente construcciones simples que no cuentan con partes móviles, lo cual facilita las operaciones de mantenimiento; pueden ser hechos de una amplia gama de materiales y pueden ser diseñados para altas temperaturas (que ascienden incluso a 1000°C) y presiones de operación.

La entrada de gas sucio, conectada tangencialmente en la parte superior del cuerpo cilíndrico o barril de ciclón. El barril cumple la función de imprimir al gas un movimiento de espiral descendente. Conectado al barril hay un cono invertido que cumple con la función de conducir el polvo separado hacia el tubo de descarga, de longitud variable, también denominado cola o pierna de ciclón. En la base de cono invertido se produce la inversión del flujo de gas, de modo que el gas comienza allí un espiral en forma ascendente, concéntrica a la espiral descendente, saliendo el gas limpio por el conducto superior de salida.

PRESENTA 3 TIPOS DE FAMILIA CICLONES DE ALTA EFICIENCIA

CICLONES CONVENCIONALES

CICLONES DE ALTA CAPACIDAD CICLONES DE ALTA CAPACIDAD

Características  Son útiles para separar partículas sólidas pequeñas o polvo fino de los gases.  Es un dispositivo de sedimentación  Utiliza una fuerza centrifuga correspondiente al radio  Cuando el gas penetra al ciclón, su velocidad sufre una redistribución; de tal modo que la componente tangencial aumenta al reducirse el radio  Tiene una caída de presión, así como una perdida de presión por fricción

Características  Tiene una eficiencia de un 98% para separar partículas cuyos diámetros son de 0.1 y 0.2 µm.  Se pueden operar a temperaturas elevadas como 1000°C  Y presiones tan altas de 500 atm.

funcionamiento  El gas cargado de polvo, penetra tangencialmente en una cámara cónica o cilíndrica a una velocidad, y comienza un movimiento en espiral descendente,

 El gas en su movimiento descendiente va despojándose de las partículas solidas y al llegar a la base del cono invierte el flujo, siguiendo una espiral ascendente ya libre prácticamente de partículas (gas limpio).  El movimiento del gas en el interior consiste en una trayectoria de doble hélice.

VENTAJAS a)Bajos costos de capital. b) Falta de partes móviles, por lo tanto, pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. c) Caída de presión relativamente baja, comparada con la cantidad de partículas removidas. d) Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. e) Colección y disposición en seco. f) Requisitos espaciales relativamente pequeños.

DESVENTAJAS a)Eficiencias de recolección de partículas suspendidas totales relativamente bajas, particularmente para partículas menores de 10 µm. b) No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes. c) Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas caídas de presión.

EJEMPLO 1. Diseñar un ciclón para separar sólidos de una corriente gaseosa. La densidad de la partículas es de 1500 kg/m 3 y el gas es aire a 450 o C. El caudal de la corriente es 3.2 m 3 /s, y la operación es a una presión de 85.3 kPa. La concentración de las partículas es de 2.0 g/m 3 y, según las normas de emisión, se requiere una eficiencia de separación del 80%. La distribución de tamaño de las partículas en la corriente gaseosa se encuentra en la siguiente tabla. Intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones Familia de ciclones SOLUCIÓN

Las tablas presentan un resumen de las características de las principales familias de ciclones de entrada tangencial. TIPOS DE CICLONES EN LA FAMILIA DE CICLÓNES DE ALTA EFICIENCIA Stairmand Swift Echeverri

Las tablas presentan un resumen de las características de las principales familias de ciclones de entrada tangencial. TIPOS DE CICLONES EN LA FAMILIA DE CICLÓNES CONVENCIONALES Lapple Swift Peterson- Whitby Zenz

Las tablas presentan un resumen de las características de las principales familias de ciclones de entrada tangencial. TIPOS DE CICLONES EN LA FAMILIA DE CICLÓNES ALTA CAPACIDAD Stairmand Swift

Altura de entrada al ciclón (a): Ancho de entrada al ciclón (b): Altura de salida del ciclón (S): Diámetro de salida del ciclón (Ds): Altura parte cilíndrica del ciclón (h): Altura total del ciclón (H): Altura parte cónica del ciclón (z): Diámetro salida del polvo (B): CICLÓN DE ALTA EFICIENCIA TIPO STAIRMAND

Parámetros de diseño para los ciclones e entrada tangencial Seleccionamos una velocidad de entrada de 22 m/s. Área del ducto de entrada: Área del ducto de entrada: Altura de entrada al ciclón (a): Ancho de entrada al ciclón (b): Entonces:

Las otras dimensiones se hallan con base en las proporciones propuestas: Altura de entrada al ciclón (a): Ancho de entrada al ciclón (b): Altura de salida del ciclón (S): Diámetro de salida del ciclón (Ds): Altura parte cilíndrica del ciclón (h): Altura total del ciclón (H): Altura parte cónica del ciclón (z): Diámetro salida del polvo (B):

Velocidad equivalente (W) Suponiendo que la corriente gaseosa es aire, éstas son las propiedades del aire a 450 o C y 85.3 kPa: = =0.411 kg/m 3 = 3.57 × 10-5 kg/ms Velocidad de saltación(Vs) Relación entre velocidades: Como, No hay resuspensión del material particulado

Como ya estamos seguros de que no hay re suspensión de las partículas, procedemos a calcular la eficiencia del ciclón. Para ello se necesita determinar el factor de configuración, el tiempo de relajación y el exponente de vórtice. Cuando tenemos un ciclón de una familia de ciclones estandarizados, el factor de configuración G es común para cada familia de ciclones y puede leerse de las tablas: Factor de configuración (G) Los ciclones Stairmand tiene un factor de configuración de , se hará todo el procedimiento necesario para hallarlo. Exponente de vórtice (n) Tiempo de relajación de las partículas

Eficiencia fraccional por intervalos de tamaño: Como la concentración de las partículas es de 2 g/m 3, se utiliza la siguiente fórmula: Para una partícula de 5-10 um tenemos que: Cálculo de la EFICIENCIA TOTAL

Calcular la caída de presión del ciclón y si se requiere, seleccionar otro tipo de ciclón -Número de cabezas de velocidad (NH) Caída de presión

La eficiencia de colección de los ciclones varía en función del tamaño de la partícula y del diseño del ciclón. La eficiencia de ciclones generalmente, aumenta con: a) El tamaño de partícula y/o la densidad. b) La velocidad en el conducto de entrada. c) La longitud del cuerpo del ciclón. d) El número de revoluciones del gas en el ciclón. e) La proporción del diámetro del cuerpo del ciclón al diámetro del conducto de salida del gas. f) La concentración de las partículas. g) El pulimento de la superficie de la pared interior del ciclón. La eficiencia del ciclón disminuirá con los aumentos en: a) La viscosidad del gas. b) El diámetro del cuerpo. c) El diámetro de la salida del gas. d) El área del conducto de entrada del gas. e) La densidad del gas. Un factor común que contribuye a la diminución de eficiencias de control en los ciclones es el escape de aire en el conducto de salida del polvo. EFICIENCIA

Normalmente, el diámetro objetivo 3 veces es el diámetro por debajo del cual se eliminan todas las partículas en distribución. El ciclón estándar tiene un diámetro de entrada de 0.28D; el diámetro de salida de desbordamiento = 0.34D; la longitud del buscador de vórtice es 0.4D; Cuerpo cilíndrico de altura de 0.4D, longitud vertical del cono = 5D o ángulo del cono aproximadamente 10h. Diámetro de flujo inferior ajustable para ajustar el volumen dividido entre el exceso y el flujo inferior. Reglas de diseño según Donald Thumb para ciclones:

Reglas sobre la aplicación de un ciclón ÁREA DE APLICACIÓN Diámetro de partícula 4 a 400 mm; alimente la concentración de sólidos de 4 a 30% de sólidos v / v, pero la aplicación habitual es la separación de partículas de 50 mm y concentraciones de 10% v / v con una pérdida de presión de 20 a 100 kPa. Ciclones regulares: partícula "velocidad de sedimentación" de 2 um / s a 5 mm / s y producto líquido clarificado de 0,1 a 70 l / s. Ciclones en miniatura: partícula "velocidad de sedimentación" 0.05 mm / s a 0.04 mm / s y producto líquido clarificado de 0.02 a 30 L / s.

Solución a posibles problemas "El flujo insuficiente también se diluye, el flujo descendente aparece como un cono invertido suave": baja velocidad de entrada / baja presión de alimentación de entrada. “El flujo inferior aparece como una cuerda vertical y lenta de sólidos gruesos”: la apertura del flujo inferior es demasiado pequeña / la concentración de sólidos de alimentación es mayor que el diseño. “No hay descarga desde el flujo inferior”: entrada obstruida / flujo inferior conectado. “Presión de entrada variable e inestable por debajo del flujo”: aire-gas en la alimentación.

BIBLIOGRAFIA  Operaciones unitarias en Ingeniería química. Warren L. McCabe. Editorial Mc Graw Hill. Cuarta edición Pág  Perry Robert H. and Chilton Cecil. Manual del Ingeniero Químico de Perry. Sexta Edición, Mc. Graw-hill. Bogotá, Colombia,  Pag