Ciclones

DISEÑO ÓPTIMO DE CICLONES CYCLONES OPTIMAL DESIGN Por Carlos Alberto Echeverri Londoño1 , Medellín, 2006 RESUMEN. Este artículo presenta los criterios generales para el diseño de ciclones en el control de partículas e introduce el concepto de velocidad de saltación como parámetro que controla el funcionamiento adecuado del ciclón. Palabras claves: Control de partículas, ciclones, equipos decontrol. ABSTRACT This article presents the general criteria for the cyclones design in the particle control and introduces the concept of speed of saltación like parameter that controls the suitable operation of the cyclone. Key words: Particle control, cyclones, control equipment. 1. INTRODUCCIÓN. El equipo de recolección de polvo que se usa con mayor frecuencia es el ciclón. Los ciclones remueven elmaterial particulado de la corriente gaseosa, basándose en el principio de impactación inercial, generado por la fuerza centrífuga. La figura 1 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 ciclonesconstituyen 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
1 Ingeniero Químico, Magíster en Ingeniería Ambiental. Profesor Universidad de Medellín (Medellín,Colombia).

e-mail: cecheverri@udem.edu.co

amplia gama de materiales y pueden ser diseñados para altas temperaturas (que ascienden incluso a 1,000 °C) y presiones de operación.

Figura 1. Mecanismos de colección de partículas en un ciclón. Los ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores de 5 µm; aunque partículas muchos más pequeñas, en ciertos casos, pueden ser separadas.Los ciclones presentan eficiencias mayores que la cámara de sedimentación gravitacional y eficiencias menores que los filtros de talegas, lavadores y precipitadores electrostáticos. La fuerza centrífuga generada por los giros del gas dentro del ciclón puede ser mucho mayor que la fuerza gravitacional, ya que la fuerza centrífuga varía en magnitud dependiendo de la velocidad de giro del gas y delradio de giro. Teóricamente el aumento de la velocidad de entrada al ciclón implicaría un aumento de la fuerza centrífuga y por lo tanto un aumento de la eficiencia, sin embargo velocidades de entrada muy altas generan la resuspensión de material particulado de las paredes internas del ciclón, lo cual disminuye la eficiencia del ciclón; adicionalmente aumentar la velocidad de entrada implica mayorconsumo de energía. 2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En un ciclón, la trayectoria del gas comprende un doble vórtice, en donde el gas dibuja una espiral descendente en el lado externo y ascendente en el lado interno. Las figuras 2 y 3 ilustran dichos vórtices.

En un ciclón el gas entra en la cámara superior tangencialmente y desciende en espirales hasta el ápice de la sección cónica; luegoasciende en un segundo espiral, con diámetro más pequeño, y sale por la parte superior a través de un ducto vertical centrado. Los sólidos se mueven radialmente hacia las paredes, se deslizan por las paredes, y son recogidos en la parte inferior.

Figura 2. Vórtices en el ciclón. El diseño apropiado de la sección cónica del ciclón obliga al cambio de dirección del vórtice descendente, el vórticeascendente tiene un radio menor, lo que aumenta las velocidades tangenciales; en el cono se presenta la mayor colección de partículas, especialmente de las partículas pequeñas al reducirse el radio de giro. 3. FAMILIAS DE CICLONES Los ciclones son un dispositivo de control de material particulado bastante estudiado, el diseño de un ciclón se basa normalmente en familias de ciclones que tienen...