Ciclones y multicilones
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Ciclones y multicilones Ciclones y multicilones Presentation Transcript

  • Ciclones y multiciclones Introducción  Los ciclones y los multiciclones pueden ser utilizados en procesos de filtración en sistemas que exijan la separación de partículas de gran volumétrica y también como precolectores a los filtros de mangas. Se fabrican con acero al carbón, con recubrimiento epóxico y/o con acero inoxidable ya sea en calidad 304 y/o 316 en calibres 14, 12, 10, 3/16" y 1/4". Su diseño modular permite ser ensamblados en campo con gran facilidad por medio de bridas y tornillos
  • Principio de operacion  El gas entra por el ciclón de forma tangencial. Al aumentar la velocidad periférica y las fuerzas centrífugas, hacen que las partículas más gruesas salgan por la parte inferior y el aire limpio por la parte superior. Para determinar la eficacia de los ciclones, se tienen en cuenta las dimensiones de los ciclones y las propiedades físicas de gases y partículas  Se pueden construir grupos de 2, 4 y ó ciclones en paralelo para tratar caudales elevados
  • Caracteristicas  Las principales características de los ciclones son:  - Gran sencillez de construcción, lo cual implica una gran economía.  - Baja eficacia para granulometrías bajas. Para granulometrías intermedias depende fundamentalmente de la pérdida de carga, con lo cual consumen comparativamente más energía.  - Son robustos y de fácil mantenimiento.
  • Ciclones y Multiciclones.Los sistemas de separación mecánica más empleados son los ciclones*. Otros tipos pueden ser los separadores de impacto o las cámaras de separación, que se utilizan muy poco por su bajo rendimiento. Los ciclones son colectores cilíndricos de partículas, cuya parte inferior tiene forma de cono invertido. En principio pueden estar construidos de cualquier material, pero la corrosividad de los gases emitidos, al igual que la emisión de partículas que desgastan el ciclón por rozamiento, son características a considerar en la selección del material. Los ciclones pueden ser de dos tipos: de entrada tangencial y de entrada centrífuga.
  • Ciclones y multiciclones  En ambos casos se aprovecha la fuerza centrífuga* para recoger las partículas. Esta fuerza es generada al introducir el gas dentro del ciclón y obligarlo a girar formando una espiral. Ello se consigue haciendo entrar el gas tangencialmente o bien instalando en el ciclón unas paletas giratorias. El gas cargado de partículas entra tangencialmente en el ciclón y se somete a un movimiento circular que provoca que las partículas más grandes, por efecto de la fuerza centrífuga, sean proyectadas hacia la cara interior de la pared del ciclón. La fuerza vertical de la espiral hace que las partículas caigan a través de la zona de sección cónica. Los gases depurados salen por la parte superior del eje vertical libres de partículas. La eliminación de partículas puede oscilar entre el 65 y el 99% según las características de las partículas y el diseño del ciclón.
  • Ciclones  Uno de los métodos más antiguos y más usados para separar polvo en suspensión en un gas (generalmente aire) es el CICLÓN.  Son de buena eficiencia si las partículas no son muy pequeñas, son de bajo costo de instalación y de operación y además, la posibilidad de regulación les permite una utilización bastante variedad en la recuperación de polvos industriales siempre que las fracciones debajo de los diez micrones sean tan solo un pequeño porcentaje del total.
  • Ciclones y algunos problemas de funcionamiento.  El principal problema de los ciclones es la rigidez de su diseño y el hecho de que la eficacia es en función de las condiciones de operación; es decir, de las variaciones en el caudal circulante, de la concentración y granulometría de las partículas, de la temperatura del gas, etc., que modifican sensiblemente la eficacia. Es por ello, que actualmente los ciclones se utilizan poco como equipos aislados. Se suelen usar para hacer una primera reducción fuerte de la concentración de partículas que se han de depurar posteriormente en otros equipos, como filtros o depuradores de gases. Los distintos sistemas son sensibles a la presencia de gran cantidad de partículas, ya que provocan obstrucciones cuando el gas pasa por el equipo
  • Ciclones  Los ciclones utilizados en la salida de los altos hornos tienen una capacidad de 100.000 m3 / hora, una temperatura de 250°C y una presión de 300 kg / m2.La caída de presión suele ser de 100 kg / m2. Mide entre 20 y 25 m de alto y tiene una sección cilíndrica de 5 a 6 m de diámetro.  Los ciclones son sedimentadores donde se reemplaza la fuerza de gravedad por la fuerza centrífuga. Los ciclones de diámetro grande suelen trabajar con aceleraciones centrífugas de 5 ges y los de diámetro pequeño suelen alcanzar aceleraciones de 2500 ges
  • Ciclones  Los ciclones también se utilizan para separar gotas de líquido en suspensión en un gas y partículas sólidas en suspensión en un líquido. En este último caso se llaman hidrociclones.  Los ciclones para separara sólidas o líquidas de gases trabajan con partículas de entre 5 a 200 micrones, en el caso de partículas de diámetro menor a 5 micrones el rendimiento de la separación es bajo y para el caso de d1ámetro de partículas superiores a 200 micrones es conveniente utilizar una cámara de sedimentación por que la abrasión es menor.
  • Ciclones  Cuando hay aglomeración de partículas o alta concentración de polvos, pueden separarse partículas de menor tamaño obteniéndose un rendimiento de hasta el 98% debido a las aglomeraciones.  Si bien los distintos ciclones tienen características propias, el que se ilustra en la figura es el tipo de ciclón mas común.  No tiene partes móviles, está formado por un cilindro vertical con el fondo cónico, una entrada tangencial en la parte superior y una salida para el polvo en el fondo cónico. El conducto de salida (Chimenea), se prolonga dentro del cilindro para impedir cortocircuito entre el aire de entrada y el de salida
  • Ciclones  La trayectoria de los gases es un torbellino descendente es espiral, adyacente a la pared, el cual trata de alcanzar el fondo del cono, pero a cierta altura cambia ascendiendo en espiral de menor diámetro en el centro del cuerpo. Esta espiral es concéntrica con la descendente y gira en el mismo sentido, finalmente el gas sale, todavía girando, a través de la chimenea.  La aceleración centrífuga de las partículas suspendidas depende del radio del camino seguido por el gas y es dada por la siguiente ecuación empírica.
  • Ciclones  La trayectoria de los gases es un torbellino descendente es espiral, adyacente a la pared, el cual trata de alcanzar el fondo del cono, pero a cierta altura cambia ascendiendo en espiral de menor diámetro en el centro del cuerpo. Esta espiral es concéntrica con la descendente y gira en el mismo sentido, finalmente el gas sale, todavía girando, a través de la chimenea.  La aceleración centrífuga de las partículas suspendidas depende del radio del camino seguido por el gas y es dada por la siguiente ecuación empírica.
  • Pic de un ciclón para necesidades pequeñas
  • Ciclones  Donde : r es el radio, K1 y n son constantes y n varía entre 2 y 2,4.  Esta ecuación nos indica que la eficiencia de un ciclón depende del radio seguido por las partículas. Las partículas gruesas, por la fuerza centrífuga, pasan a través del torbellino exterior, radialmente, hacia la pared del ciclón y caen hacia la salida del polvo que esta en la parte inferior del cono. Las mas pequeñas que no tienen tiempo de alcanzar la pared, son detenidas por el gas y o acompañan a la salida. Auque la posibilidad de separación de una partícula crece con el diámetro de la misma, la suerte de una partícula depende también de su posición en la sección de la corriente gaseosa, de manera que la separación de acuerdo con el tamaño no es muy definida.
  • Ciclones  Cuando los gases penetran en el ciclón ( lo hacen tangencialmente) su velocidad puntual sufre una redistribución de manera que su componente tangencial aumenta cuando disminuye el radio:  Donde: r es el radio, K y n son constantes. En las paredes se acerca a cero, adquiere un valor máximo a cierto radio y luego disminuye rápidamente a menor radio. N varía de 0.5 a 0.7 en una porción considerable del radio del ciclón.  La entrada de los gases al ciclón es, generalmente, rectangular y su velocidad varía entre 6 y 21m/ s.
  • Caída de Presión  Los estudios realizados han despreciado el efecto de la compresión del gas a la entrada y la expansión del mismo a la salida, de allí que las ecuaciones encontradas sean solo aproximadas.  Las pérdidas de presión dependen de las formas del mismo y son independientes del volumen.
  • Caída de Prensión  Se suelen expresar las pérdidas de presión por el número de carga de velocidad referidas al área de entrada al ciclo.  La carga de velocidad en la entrada es:  Donde : H son centímetros de agua, es la densidad del gas en kg / m3, VTG es la velocidad tangencial media del gas en la entrada en m / s .
  • Ciclones Ventajas  Eficiencia de 99% para partículas de 5 micras o más.  Libre de mantenimiento, no contiene partes móviles o mecánicas.  Operación con gases a altas temperaturas.  Puede ser construidos con materiales resistentes la abrasión.  Separa gran variedad de partículas.  Instalación fácil económica, ensamblaje compacto.  Unidades múltiples con variados diseños disponibles.
  • MultiCiclones  Separadores centrífugos inerciales utilizan ciclones múltiples en serie o en paralelo para tratar gran volumen de gas. Disponibles en diseños personalizados para ofrecer combinación óptima de eficiencia de colección y caída de presión. Alta eficiencia de colección varía en función del tamaño de las partículas y generalmente aumenta con su tamaño – de 85 a 90% para partículas menor o igual a 20 mm y 100% para partículas mayores de 20 mm. Se aplican en numerosos procesos industriales por su alta eficiencia, construcción simple, mantenimiento mínimo y otras ventajas
  • Multi-ciclones  El separador multiciclónico se ha diseñado para conseguir elevadas eficacias de separación para caudales de gases elevados. Esta elevada eficacia se consigue a través de ciclones de muy pequeño diámetro que unidos forman una unidad compacta. En operación el gas con el polvo entra a las celdas colectoras axialmente a través de rodetes estáticos. Los alabes curvados del rodete hacen una cetrifugación en el polvo, que se deposita en una tolva mientras que el gas limpio sale por la parte superior. Tanto los ciclones como los rodetes estáticos están construidos en acero fundido, por lo que dependiendo de la aleación que se construya pueden tener una gran resistencia a la abrasión
  • Multi-Ciclones  Alta eficacia de separación para polvos  Bajo coste debido a su construcción sencilla  Bajo coste mantenimiento, no existen elementos móviles  Bajo coste de operación por su pérdida de carga constante  Poco espacio ocupado incluso para grandes caudales
  • PIC de un multiciclon.
  • Especificaciones del funcionamiento de los multiciclones y ciclones.  Cuando es necesario separar partículas de diámetro superior a 5 µ m suelen emplearse el  dispositivo denominado ciclón. El cual es de gran sencillez, compacidad, fácil  mantenimiento y elevada eficacia. El funcionamiento podemos apreciarlo en la Fig Nº 1  Los gases cargados de polvo entran tangencialmente por la parte superior cilíndrica. La  corriente de gases sigue una trayectoria en espiral que primero se dirige hacia el fondo del  tronco de cono, ascendiendo después por el centro del mismo. Los gases una vez depurado  abandonan el ciclón por la parte superior. Las partículas separadas se descargan por el  fondo del ciclón.
  • Funcionamiento especificado.
  • Funcionamiento dependiendo del diámetro del multiciclon. Diámetro del ciclón mm Rendimiento total % Tamaño de particulas µ m Rendimiento en % 150 90 <5 98 230 83 <10 90 610 70 <20 98
  • La velocidad tangencial en la espiral principal puede ser varias veces la del flujo de los gases. Hay un gradiente de velocidad desde la tangencial hasta la velocidad casi cero en el fondo del ciclón. Los ciclones de pequeño diámetro tienen pequeños radios de curvatura por lo que producen mayores aceleraciones radiales para una misma velocidad tangencial. Esto unido a la menor distancia radial que el polvo debe recorrer hasta alcanzar la pared del ciclón hace que los pequeños ciclones sean mucho más eficientes para colectar pequeñas partículas que los ciclones mayores.
  • Por el contrario, ciclones de pequeño tamaño sólo son aptos para el tratamiento de pequeñas cantidades de gases. Una solución al anterior dilema se ha conseguido instalando un conjunto de pequeños ciclones en paralelo con lo que, sin disminuir el rendimiento y el poder separador, se pueden tratar caudales de cualquier orden. En la figura Nº 2 se muestra un esquema de una instalación de este tipo de multiciclón.
  • Ventajas de los multiciclones Considerando que tienen una eficiencia del 90 % Dependiendo de las necesidades del diámetro y se vera reflejado en su rendimiento. Fácil mantenimiento ofreciendo alta eficacia. Después de no poner en funcionamiento los multiciclones con partículas adhesivas y aceitosas se contara con un buen funcionamiento
  • Gracias