Diseño Optimo De Ciclones

Revis ta Ingenierías Universidad de Medellín 5(9): 123-139 julio-diciembre de 2006

DISEÑO ÓPTIMO DE CICLONES1
Carlos Alberto Echeverri Londoño* Recibido: 06/04/2005 Aceptado: 22/08/2006

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 funcionamientoadecuado del ciclón. Palabras clave: control de partículas, ciclones, equipos de control.

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.

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Este artículo estápublicado en internet en la siguiente dirección: www.mailxmail.com/curso/vida/ciclones/capitulo8.htm Ingeniero Químico, Magíster en Ingeniería Ambiental. Profesor Universidad de Medellín. E-mail: cecheverri@udem.edu.co

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Echeverri

INTRODUCCIÓN
El equipo de recolección de polvo que se usa con mayor frecuencia es el ciclón. Los ciclones remueven el material particulado de la corrientegaseosa, 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.

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 del radio 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 mayor consumo de energía.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Figura 1. Mecanismos de colección de partículas en un ciclón El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que laaceleración gravitacional se sustituye con la aceleración centrifuga. Los ciclones constituyen 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 amplia gama de materiales ypueden ser diseñados para altas temperaturas (que ascienden incluso a 1000 °C) y presiones de operación. Los ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores de 5 µm; aunque partículas muchos más pequeñas, en ciertos casos, pueden ser separadas. En un ciclón, la trayectoria del gas comprende un doble vórtice, en donde el gas dibuja una espiral descendente en el lado externo, yascendente, en el lado interno. Las figuras 2 y 3 ilustran dichos vórtices.

Figura 2. Vórtices en el ciclón

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Las principales familias de ciclones de entrada tangencial son: ciclones de alta eficiencia, ciclones convencionales y ciclones de alta capacidad. Los márgenes de la eficiencia de remoción para losciclones están con frecuencia basados en las tres familias de ciclones, es decir, convencional, alta eficiencia y alta capacidad. La tabla 1 presenta el intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones. Tabla 1. Intervalo de eficiencia de remoción para las diferentes familias de ciclones
Familia de ciclones Convencionales Alta eficiencia Alta capacidad Eficiencia de...