SEPARACIÓN
SÓLIDO GAS
MGR. MARIELA JIMENA ROSAS SIMÓN
SEPARACIÓN POR FUERZA CENTRÍFUGA
CICLONES
•
Son equipos que utilizan la fuerza centrífuga generada
haciendo girar una corriente de gas con el fin de separar
las partículas del gas que las transporta
•
La fuerza centrífuga lanza las partículas contra las
paredes externas del ciclón y caen al fondo, mientras que
el gas sale por la parte central
•
Un ciclón se encuentra equipado por las siguientes
partes: entrada del gas, un cuerpo cilíndrico, sección
cónica de recogida de partículas, salida para el gas
limpio, y un depósito colector
DISEÑO Y APLICACION
En general, en lo referente a las dimensiones o proporciones en un ciclón se
recomienda no desviarse mucho de las proporcionadas por los fabricantes
Por lo general se utilizan para eliminar partículas con tamaño mayor de 10 µm, aunque
los ciclones convencionales no suelen superar una eficiencia del 90% a menos que las
partículas sean superiores a 25 µm
Existen ciclones de alta eficiencia que son efectivos hasta con partículas de 5 µm
Se pueden utilizar varios ciclones en serie (mayor eficiencia) o en paralelo (mayor
capacidad volumétrica)
Stairman Lapple
(de alta eficacia)
Zenz
Diámetro del cuerpo, Dc
1,0
1,0
1,0
Altura entrada, H/Dc
0,5
0,5
0,5
Anchura entrada, Wi/Dc
0,2
0,25
0,25
Longitud de salida, S/Dc
0,5
0,625
0,75
Altura del cilindro, H 1/Dc
1,5
2,0
2,0
Diámetro de la salida del gas, D e/Dc
0,5
0,5
0,5
Diámetro de salida del polvo, Dd/Dc
0,375
0,25
0,25
Dimensiones relativas a un ciclón de flujo inverso
De manera análoga a las cámaras de sedimentación, se puede deducir la
siguiente ecuación para el cálculo de la eficacia en ciclones
NÚMERO VUELTAS DA EL GAS ANTES DE SALIR
Velocidad de las partículas (u) ~ velocidad del gas
1 
H2 
 H2  

N
   1 
H1  

H1 
2
2
H

 
1
Para eficacias altas existen importantes discrepancias entre esta fórmula y el
comportamiento experimental
Se usa más el concepto de diámetro de corte (tamaño de partícula que se
elimina con una eficacia del 50%)
1

2
9

W
i

dp50  
 2  N u (p  ) 


A partir del diámetro de corte Lapple ha deducido una ecuación empírica
para la eficiencia
colectora (se correlaciona mejor para ciclones de proporciones normales)
2
 dp 


 dp50 

 
2
 dp 

1 
 dp50 


EFICIENCIA COLECTORA:
● Aumenta con el aumento de la velocidad de entrada, la longitud del cuerpo del ciclón, la
densidad de la partícula y el diámetro de la misma
● Disminuye con el aumento de la viscosidad del gas (aumento de temperatura) y el diámetro del
ciclón
● La eficiencia colectora se puede aumentar reduciendo el diámetro del ciclón, lo que aumenta la
velocidad y la caída de presión (gasto de energía)
● En general las más altas eficiencias colectoras están relacionadas con más altas pérdidas de
presión
● La caída de presión aumenta con el cuadrado de la velocidad
P  K
g u 2
2
● MATERIALES: acero dulce al carbono, acero inoxidable
● VALORES TÍPICOS:
ΔP: 0,13-0,5 kPa (hasta 1,25 kPa en ciclones de alta eficiencia)
u : 15-20 m/s
Q : 15-30 m3/min
(para ciclones K = 8)
APLICACIONES
● Control de la contaminación o pretratamientos
● Recuperación y reciclado de materiales
● Industrias alimentarias, madereras, farmacéuticas, de metales, químicas
DESVENTAJAS
VENTAJAS
● Sencillos, sin partes móviles
● Baja
eficacia
para
partículas
pequeñas
● Recogida en seco
● Mayores pérdidas de carga que la
● Pueden trabajar en continuo
● Bajos costes de operación e inversión
cámara de sedimentación
MODIFICACIONES: MULTICICLÓN Y PRECIPITADOR DINÁMICO
MULTICICLÓN
Para un caudal dado, la eficacia aumenta para ciclones más pequeños, pero la caída de presión
aumenta con el cuadrado de la velocidad del gas
SOLUCIÓN:
Disminuir W i sin aumentar u; se consigue sustituyendo un ciclón por varios ciclones en paralelo
colocados dentro de una caracasa
P  K
g u
2
2
dp50
1
2

9  Wi


 2  N u (p  ) 


PRECIPITADOR CICLÓNICO DINÁMICO
•
La fuerza centrífuga se genera por un impulsor rotatorio centrífugo tipo turbina
•
Se consiguen fuerzas de hasta siete veces mayores que en un ciclón convencional y mayores
eficacias para partículas finas
•
El propio equipo actúa como impulsor del gas, pero hay que tener en cuenta que el gasto
energético es superior a un simple ventilador centrífugo (sin separación de partículas)
Separadores de ciclón para gas-sólido
Para separar partículas sólidas pequeñas o polvo fino de los gases,
el tipo de equipo de uso más común es el separador de ciclón.
Separadores de ciclón para gas-sólido
El ciclón consta de un cilindro vertical con 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 ciclón 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.
Las partículas son arrastradas hacia la pared
y caen al fondo, saliendo por la parte inferior
del cono. Un ciclón es un dispositivo de
precipitación, en el que, las fuerzas que
arrastran a las partículas hacia afuera 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 alta
resistencia. Estos equipos son muy comunes
en ciertas aplicaciones, como el secado de
alimentos por rociado, en el que las
partículas secas se separan con ciclones; en
equipos separadores de polvos ambientales;
y en la separación de rocíos finos de los
gases.
Los ciclones constituyen uno de los sistemas
más económicos para la separación de
gases y partículas. Se pueden usar para la
extracción de partículas de más de 5 μm de
diámetro suspendidas en gases, para
partículas de más de 200 μm, se prefieren las
cámaras de precipitación por gravedad.
Algunas veces se usan ciclones de
purificación en húmedo, en los cuales se
rocía agua para ayudar a separar los sólidos.
Teoría de los separadores de ciclón
Se supone que 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.
Cuanto más alta sea la velocidad terminal, mayor será la
velocidad radial y más fácil resultará "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, de la posición radial y
axial en el ciclón.
EJERCICIO
En un separador ciclónico, una
corriente de aire fluye a 100 m3/h a una
temperatura de 50ºC. La densidad de
las partículas es de 1200 kg/cm3.
Determine el diámetro de las partículas
que
serán
removidas
con
una
eficiencia de un 50% de eficiencia, si la
velocidad del aire no puede exceder
los 10 m/s.