Ciclón

5/17/2018 Ciclón - slidepdf.com

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HO 6: Equipos de separación Alumno: Calvo Serrano, Raúl

Ciclón

El ciclón es un equipo de separación aplicable tanto para mezclas sólido-líquido(hidrociclon) como para sólido-gas (ciclón). En concreto, este sistema consiste en

separación de las partículas sólidas presentes en el corriente fluido mediante la

diferencia de afectación de la fuerza centrifuga al aplicarse un movimiento circular al

flujo (más adelante se explicará con más detalle.) Así pues el mecanismo es parecido al

aplicado en las separaciones mediante sedimentación, ya que se aprovecha como cierta

fuerza (en el caso de la sedimentación la gravitacional y en nuestro caso la centrifuga)

de forma más o menos notable según las características de las partículas del flujo.

Principios de funcionamiento

Como ya se ha indicado, la base de funcionamiento es la diferencia entre la fuerza

centrifuga sufrida por las partículas sólidas que la sufrida por el fluido (gas o líquido).

Para conseguirlo, se pueden presentar dos variantes, las de entrada del flujo

tangencialmente al equipo o directamente en el centro del equipo.

Para el primer caso, al alimentar el flujo tangencialmente por la parte cilíndrica superior

(barril), se consigue que este siga una trayectoria circular alrededor del eje del equipo,

generando así una fuerza centrífuga que empuja las partículas más pesadas ( el sólido en

este caso) hacia el exterior de la trayectoria del flujo ( hacia la pared del barril).

Por otro lado hay que considerar que el rozamiento que tiene el flujo con las paredes de

equipo hace disminuir la energía del flujo, haciendo que este descienda a medida que

“gira” dentro del equipo. De esta manera se genera el movimiento de ciclón

característico de estos equipos (espiral descendente), haciendo que durante todo el

recorrido del flujo se vayan separando las partículas de sólido de este.

Para el caso de que la entrada de flujo sea directamente sobre el eje central del equipo,

se aplican ciertos elementos de entrada para forzar la trayectoria en espiral del flujo,

generando la misma situación que en caso anterior.

Para quelas partículas sólidas separadas lleguen al fondo, tras la zona cilíndrica antesseñalada, se encuentra una zona con forma cónica invertida, haciendo caer el sólido

hacia el fondo del equipo, donde el sólido es recogido.

Por otra parte, el flujo ya sin partículas sólidas, al llegar al fondo del equipo, genera una

nueva trayectoria en espiral ascendente, saliendo por la parte superior del equipo ya sin

restos sólidos ( o con menor cantidad de ellos por lo menos).

Esto es debido a que en la entrada del flujo al equipo (parte superior) y en la zona

donde se encuentra el flujo descendente, se encuentra a una presión mayor que en el

centro de la espiral, haciendo que el flujo una vez llega al fondo a alta presión y con

gran turbulencia provocada por el roce con las paredes del equipo, se dirige a través de

la zona de menor presión ( parte central de la espiral anteriormente definida), hacia la parte superior del equipo, saliendo por esta.



Así, se obtiene una configuración como la siguiente:

Fig.1, ejemplo de trayectorias del flujo a través del equipo.

Como se aprecia en la figura, las dos trayectorias definidas por el flujo son contrarias,sin embargo, estas aparecen por separado debido a las condiciones anteriormente

citadas. Concretamente para el estudio de estos equipos se aplica el llamado Cilindro

ideal de Stairmand , que representa la frontera entre los dos flujos presentes en esta clase

de operaciones.

Criterios de diseño

Pese a que este sea el mecanismo de funcionamiento de este equipo, para cada caso

concreto (y está es una de las debilidades de este sistema de separación) hay que tener

en cuenta las dimensiones críticas para que el proceso sea efectivo. Esto es que ciertas

partículas de sólidos, dependiendo de sus características de tamaño y peso (y por endedel equilibrio dinámico de fuerzas presente en todo momento en las partículas entre las

fuerzas centrífugas y las de rozamiento), en su trayectoria de giro pueden cruzarse con

el flujo ascendente (ensuciando de nuevo la corriente de fluido). Usualmente, se suele

trabajar con partículas de sólidos cercanas a las 10 micras (para ciclones gas-sólido).

Por otro lado, hay que tener en cuenta que hay varios tipos de ciclones según la calidad

de operación que se quiera proceder (cantidad tratada, calidad de salida del flujo, etc.).

En general se pueden encontrar varios tipos de equipos según las condiciones de

operación que se deseen, sin embargo, los más usuales son:

a) Entrada axial y salida axial b) Entrada tangencial y salida axial (el más común)



a)

Fig.2, Ciclón de entrada y salida axial.

Como se observa en el diagrama, el flujo entra por la parte superior del equipo y tiene

que sr forzado mediante algún elemento a tomar una trayectoria de espiral. Este hecho,

implica que se necesite menos espacio para poder generar tal trayectoria, por lo que se

puede reducir su tamaño, y en este caso también aumentar su eficiencia. Sin embargo, al

tener que forzar la trayectoria a seguir, es necesario que los flujos aplicados a este tipo

de equipos sean pequeños.

b)

Fig.3, Ciclón de entrada tangencial y salida axial.

En este caso, que es el modelo tradicional y más ampliamente usado por su equilibrioentre capacidad y rendimiento, al entrar el flujo de forma tangencial al equipo, para que

este adopte por sí mismo la trayectoria en espiral, el equipo necesitará un mayor tamaño

(esto es un diámetro más grande) que el del caso anterior, teniendo sin embargo en este

caso una capacidad mayor de flujo, ya que no hay limitaciones de elementos que

influyan en el movimiento del flujo.

Ejemplos de aplicación

Como ya se ha indicado, los ciclones y los hidrociclones tienen la función característica

de separar partículas solidas en flujos. Por esto mismo son aplicados en procesos deseparación tales como la eliminación de partículas de polvo de corrientes de aire, para



operaciones tales como acondicionamientos de aire para procesos que necesitan que este

esté libre de partículas (procesos de combustión, refinerías, etc.).

Hay que remarcar que el uso de estos equipos, aunque a menor escala, ya los podemos

ver aplicados de forma domestica, concretamente para electrodomésticos de aspiración

de polvo, ya que al fin y al cabo se está aplicando el mismo concepto.A continuación se muestra el diagrama de un proceso de limpieza de humos, donde

entre otras operaciones, encontramos un ciclón para filtrar las partículas sólidas

presentes en el humo (primer paso de la limpieza).

Fig.4, diagrama de proceso de limpiado de los humos de combustión.

Por otro lado, cuando el flujo es de naturaleza líquida, se pueden utilizar estos equipos

para procesos de depuración de aguas (ya sea para el consumo o para procesos

industriales).

Fuentes de información:

- http://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclones.pdf

- http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/Func6.htm

- http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r60775.PDF - http://www.sil-sa.fr/industrie-en-environnement-process-traitement-fumees.html

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