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Hidrociclones1. Relaciones de Flujos2. Efectos de separacin3. Suministro de la suspensin4. Seleccin de las dimensiones de los hidrociclones5. Aspectos constructivos de hidrociclones6. Bibliografa

Hidrociclones

A pesar que la primera patente sobre hidrociclones se registr al principio del siglo pasado, no fue hasta en la dcada del 50 que se tuvo un verdadero significado tecnolgico. En la actualidad, los hidrociclones se han convertido para los procesos de beneficio y en otras muchas ms ramas industriales en equipos de gran utilidad e imprescindibles para la clasificacin, concentracin y clarificacin.

Ciclones destinados a la clasificacin se han instalados con xito para las separacin por densidades de granos muy finos. El impetuoso desarrollo de la aplicacin de hidrociclones ha sido consecuencia directa de numerosos trabajos de investigacin y desarrollo, cuyos resultados, en enorme parte, han sido recogidos por monografas.

Una descripcin grfica de un hidrocicln comn est representada en la figura 1. Este equipo est constituido por un cono la parte inferior y la parte superior por un cilindro.

La suspensin slido-lquida es introducida a presin en el interior del hidrocicln por la boquilla de entrada (1) por la parte cilndrica superior lateral y sometida a formar una corriente externa circulatoria (torbellino o remolino externo). A causa del efecto de reduccin (estrechez) de la parte cnica inferior del boquilla de salida (2) se transforma a partir de una parte del remolino exterior dirigido hacia abajo una corriente circulatoria interna (remolino interno) dirigida hacia arriba (figura 1 b).

El balance de extraccin de las partes del remolino exterior del hidrocicln se efecta de la siguiente manera: la parte que contina en el hidrocicln avanzando hacia bajo lo abandonar por la boquilla inferior, mientras la parte que asciende del remolino interior ser extrada por el boquilla exterior (3) (captador de remolino).

Sobre la accin clasificacin de los hidrociclones ha sido tratada de forma exclusiva desde sus inicios y actualmente tambin ha sido abordada por algunos autores esta caracterstica, pero dirigido a los efectos de corrientes transversales y tambin a las contracorrientes.

Se conoce, que el nmero de Reynolds de los fluidos en los hidrociclones se encuentra en el orden desde 105 hasta 106, es decir valores para fluidos altamente turbulentos.

El estudio de los modelos de clasificacin por fluidos turbulentos en hidrociclones ha contribuido a fundamentar fsicamente los efectos de separacin en el proceso.

Conforme al modelo de separacin de la clasificacin por hidrociclones se ha observado, que se establece, para cada clase granulomtrica independiente entre s, una distribucin radial de la concentracin bajo la accin del flujo de sedimentacin en el campo de fuerza centrifuga y el flujo difusivo turbulento (figura 2), que puede ser descriptos aproximadamente mediante los perfiles de concentracin en equilibrio conforme a la figura 3.

Por tanto se puede describir de este modo la accin de clasificacin, que conduce a que las clases granulomtricas ms gruesas se concentren ante todo en remolino exterior y son extradas por el boquilla de desage inferior.

Como las corrientes de flujos predominan por lo general significativamente hacia el rebosadero (parte superior) y el vertedero (parte inferior), as se logra que se distribuyan, en el flujo del hidrocicln, regularmente en todo el volumen del suspensin las clases ms finas sobre todo en rebosadero (ver figura 1).

Es caracterstico para el modo de trabajo de los hidrociclones, que se forme alrededor el eje de los mismos un ncleo de aire. El ncleo de aire es consecuencia del campo de la fuerza centrifuga, pudindose interpretar su formacin a causa del efecto que ocasiona la salida del suspensin por el vertedero y que, adems, une los boquillas de salida superior e inferior.

Relaciones de Flujos

Sobre las relaciones entre los flujos en los hidrociclones se han efectuado hasta la actualidad un sinnmero de investigaciones, cuyos resultados existentes se basan tanto sobre investigaciones experimentales alrededor de las limitantes necesarias e impuestas por los parmetros geomtricos u operacionales as como estudios tericos sobre la base de modelos simplificados. En consecuencia se representaran los resultados de este anunciado solo tan extenso como lo permita el estado actual del modelacin de procesos.

Para una descripcin de los fluidos de los hidrociclones se recomienda que se dividan, alrededor el eje del hidrocicln, fluidos volumtricos simtricos en tres componentes de velocidad: la velocidad tangencial utag, velocidad radial ur y la velocidad vertical uv. En la figura 4a se muestra primeramente una visin de las corrientes en el interior de un hidrocicln a travs de un plano vertical a lo largo del eje del cicln.

En la figura 4b se muestra el desarrollo correspondiente a las lneas de fluido. Se reconoce, que del remolino exterior durante su movimiento del fluido descendente la parte interna irrumpe hacia el remolino interior. En la envoltura del cicln, bajo esa influencia as como sobre la base de las propiedades reolgicas de la suspensin turbia, que varan mediante el enriquecimiento de los slidos, los componentes del gradiente de presin disminuyen grandemente en direccin radial y tangencial as como a causa tambin de los componentes de velocidad. De tal manera se incrementa all la velocidad vertical. Esto aclara la fuerte corriente del fluido a lo largo de la cubierta. Tambin los fuertes flujos en el techo y en el rebosadero (recolector) son consecuencias de fricciones en las paredes. Esto puede conducir a fuentes (portadores) de errores en los tamaos de granos.

En la figura 4c estn delimitados los rangos de los fluidos descendentes y ascendentes, as como tambin, en la figuras 4d los flujos radiales dirigidos hacia el exterior. En las zonas rayadas predominan los flujos verticales y las velocidades radiales pueden ser despreciadEn las figuras 5 a y b se proporciona una representacin cualitativa sobre el desarrollo de la velocidad tangencial utg y de la velocidad vertical uv en dependencia del radio en diferentes niveles sobre la base de mediciones a muy pequeas concentraciones. De la figura 5a se infiere primeramente que utg se mantiene coaxialmente constante al eje del cilindro. Al comparar el perfil utg = f(r) (figura 5 a) y uv = f(r) (figura 5b) debe tenerse en cuenta, que son usadas diferentes escalas de las ordenadas.

La velocidad tangencial utg se comporta igual a un mltiplo de la velocidad vertical uv. Es fcil reconocer, que en la parte cnica la velocidad tangencial utg es primeramente ms plana desde la pared exterior del cicln hacia su interior, despus aumenta ms empinadamente, para un radio que corresponda aproximadamente de 0.25 hasta 0.35 de Do, alcanzando un mximo , para al final caer bruscamente hacia el ncleo de aire. Un comportamiento parecido se presenta en la parte superior del cilindro. El encontrar la relacin entre utg y r ha sido objetivo de muchos investigadores, la cual se puede enunciar de una forma sencilla de la forma siguiente:

utgrn = const (1)Para un plano de declive del torbellino sera vlido en un rango de la corriente del torbellino n =1 y n el centro del torbellino n = -1, es decir w = const. Para una corriente real del cicln en el rango fuera de utg,max : 0< n