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6. SEPARACIÓN DE SÓLIDO- GAS: CICLONES Operaciones Unitarias I Erika L. Zambrano Moreno

6. Ciclones

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ciclones operaciones unitarias

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Page 1: 6. Ciclones

6. SEPARACIÓN DE SÓLIDO-GAS: CICLONES

Operaciones Unitarias I

Erika L. Zambrano Moreno

Page 2: 6. Ciclones

6.1 CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE SEPARACIÓN SEGÚN LAS FASES

INVOLUCRADAS

Page 3: 6. Ciclones

6.2 SEPARACÓN SÓLIDO-GAS CICLONES

Dispositivo para la separación desólidos de corrientes gaseosas.

Entrada de aire con polvo

Fuerza centrifuga

Separación de partículas entre 5-200 µm.

Page 4: 6. Ciclones

Fuente: http://www.criba.edu.ar/cinetica/solidos/Capitulo11.pdf

…SEPARACÓN SÓLIDO-GAS CICLONES

Page 5: 6. Ciclones

6.3 BALANCE DE MASA

gfS MMM

ggffSS XMXMXM

Page 6: 6. Ciclones

6.4 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN

f

g

TM

ME

si

gi

T

sis

gig

iX

XE

XM

XME

6.5 CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO

2/2u

PEu

2

4

D

qu

Page 7: 6. Ciclones

6.6 EFICIENCIA REAL

Page 8: 6. Ciclones

6.7 ESCALADO DE CICLONES

Número de Stokes para el tamaño de separación real:

D

uxStk s

18

2

5050

Page 9: 6. Ciclones

…ESCALADO DE CICLONES

Page 10: 6. Ciclones

…ESCALADO DE CICLONES

Page 11: 6. Ciclones

6.8 RANGO DE OPERACIÓN

Page 12: 6. Ciclones

6.9 RELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE EULER Y EL DE STOKES

Page 13: 6. Ciclones

6.10 DETALLES OPERATIVOS PRÁCTICOS

AbrasiónBloqueo

de la descarga

Ciclones en serie

Ciclones en

paralelo

Page 14: 6. Ciclones

…DETALLES OPERATIVOS PRÁCTICOS

Abrasión: Selección adecuada del ciclóndebido al desgaste que ocasiona el continuopaso del material sólido.

Bloqueo de la descarga: Una sobrecargapuede recargar de sólidos el orificio de salida.La caída de presión aumenta y la eficienciadisminuye.

Ciclones en serie: Para aumentar la eficienciadel proceso.

Ciclones en paralelo: Puede ser convenientedividir el caudal de gas original.

Page 15: 6. Ciclones

6.11 Ejemplo

Determine el diámetro y el número de ciclones (tipo

Stairmand de alta eficiencia) necesarios para tratar 2 m3/s

de aire (μ=18,25*10-6 Pa s, ρf= 1,2 Kg/m3) cargado con

sólidos de densidad de 1000 kg/m3. La caída de presión

óptima es de 1177 Pa, y el tamaño de corte deseado es

x50=4μm.

Page 16: 6. Ciclones

Datos:

ρf = 1,2 Kg/m3

ρp = 1000 Kg/m3

µ = 1,83*10-5 Pa*s

q =2 m3/s

∆P = 1.18*103 Pa

Eu = 3,20*102

Stk = 1,40*10-4

n = 1

…Ejemplo

Page 17: 6. Ciclones

Cálculo de velocidad

𝐸𝑢 =∆𝑃

𝜌𝑓∗𝑢2/2

𝑢 =∆𝑃

𝐸𝑢 ∗ 𝜌𝑓∗ 2

𝑢 =1.18∗103

3,20∗102 ∗ 1,2∗ 2 = 2,476 𝑚/𝑠

…Ejemplo

Page 18: 6. Ciclones

Cálculo de diámetro

𝑢 =4𝑞

𝜋𝐷2

𝐷 =4𝑞

𝑢𝜋

𝐷 =4 ∗ 2

2,476 ∗ 𝜋= 1,014 𝑚

…Ejemplo

Page 19: 6. Ciclones

Cálculo de tamaño de corte

𝑆𝑡𝑘50 =𝑥50

2 ∗ 𝜌𝑝 ∗ 𝑢

18𝜇𝐷

𝑥50 =𝑆𝑡𝑘50 ∗ 18 ∗ 𝜇 ∗ 𝐷

𝜌𝑝 ∗ 𝑢

𝑥50 =1,40∗10−4 ∗ 18 ∗ 1,83∗10−5 ∗ 1,014

1000 ∗ 2,476

= 4,34 ∗ 10−6𝑚 = 4,34 𝜇𝑚

…Ejemplo

Page 20: 6. Ciclones

Como 4,34 µm > 4,00 µm, calculo el diámetro apropiado

para un tamaño de corte x50 = 4,00 µm.

𝐷 =(4 ∗ 10−6)2∗ 1000 ∗ 2,476

18 ∗ 1,83 ∗ 10−5 ∗ 1,40 ∗ 10−4= 0,8590 𝑚

𝑢 =4𝑞

𝑛𝜋𝐷2

𝑛 =4𝑞

𝑢𝜋𝐷2

𝑛 =4 ∗ 2

2,476 ∗ 𝜋 ∗ 0,85902= 1,3938

…Ejemplo

Page 21: 6. Ciclones

Calculo de diámetro para n=2 cuando la u=2,476:

𝐷 =4𝑞

2𝜋𝑢

𝐷 =4 ∗ 2

2𝜋 ∗ 2,476= 0,717 𝑚

…Ejemplo

Page 22: 6. Ciclones

Cálculo de tamaño de corte

𝑆𝑡𝑘50 =𝑥50

2 ∗ 𝜌𝑝 ∗ 𝑢

18𝜇𝐷

𝑥50 =𝑆𝑡𝑘50 ∗ 18 ∗ 𝜇 ∗ 𝐷

𝜌𝑝 ∗ 𝑢

𝑥50 =1,40∗10−4 ∗ 18 ∗ 1,83∗10−5 ∗ 0,717

1000 ∗ 2,476

= 3,65 ∗ 10−6𝑚 = 3,65 𝜇𝑚

…Ejemplo

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