Diseño de un ciclón

Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria TECNOLOGÍAS LIMPIAS Y DE RECICLADO

DISEÑO SEPARADOR CICLÓNICO

Actividad N°1 Una corriente de aire a 50ºC y 1 atm arrastra partículas sólidas de r s = 1,2 g/cm3 con un caudal de 180 m3min. Se desea proyectar un ciclón para clasificar partículas de 50 mm en suspensión.

 Resolución: El diseño de un ciclón consiste esencialmente en determinar sus dimensiones, pérdida de carga o caída de presión y eficacia.

La especificación y diseño de un ciclón se basa en estudios empíricos. Se diseñará un ciclón de tipo inverso. Para el diseño se utilizó la ecuación desarrollada por Lapple, utilizada para predecir el tamaño de partícula que puede separarse con un 50% de eficacia: d 50 

9g h



2  N e v i   p   g



(1)

Donde: d50 = diámetro de partícula separada con un 50% de eficiencia, m. g = viscosidad del gas, kg/m.s h = ancho de entrada del ciclón, m.

Ne = número de giros efectivos dentro del ciclón. vi = velocidad de gas de entrada, m/s g = densidad del gas, kg/m3 p = densidad de partículas, kg/m3

El número de giros efectivos que da el gas dentro de un ciclón se obtiene mediante la ecuación: Ne 

1 c

2 d  e 

(2)

Las dimensiones de un ciclón de flujo inverso se observan en la figura.

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La velocidad de entrada está normalmente entre 15 y 30 m/s.

Datos: Para el aire a 50ºC y presión igual a 1 atm tendremos: g = 1,95.10 -5 kg/m.s g = 1,09 kg/m3 (Datos extraidos de “Ingeniería Ambiental” Gerard Kiely, Ed. MacGraw Hill, Apéndice B, pag.1306) vi = 25 m/s Q = 180 m3/min = 3 m3/s

p = 1,2 g/cm3= 1200 kg/m3

En primer lugar, y de acuerdo al principio de continuidad, determinamos el área de entrada: Q  v i .A



A

Q vi



3m3 / s



25 m / s

A = 0,15 m2

Sabemos que el área del conducto de entrada será: A = c x h (3) De acuerdo a las dimensiones dadas en la figura 3, vemos que: c = b y b = 0,5.a  c = 0,5.a vemos también que: a = 4.h  c = 2.h si reemplazamos este valor en la (3): Despejando tendremos: h 

A 2

A = 2.h x h = 2.h2 0 ,15 m 2



2

 h = 0,274 m

Entonces tendremos las siguientes dimensiones:

⇝ ⇝ ⇝ ⇝ ⇝ ⇝ ⇝

a = 4.h  a = 4 . 0,274 m

 a = 1,096 m

b = 0,5.a  b = 0,5 . 1,096 m

 b = 0,548 m

c=b

 c = 0,548 m

d = 2.a  d = 2 . 1,096 m

 d = 2,192 m

e = 2.a  e = 2 . 1,096 m

 e = 2,192 m

f = 0,25.a  f = 0,25 . 1,096 m  f = 0,274 m g = 0,65.a  g = 0,65 . 1,096 m  g = 0,714 m

Teniendo estas dimensiones es posible hallar el número de giros. Reemplazando en la (2): Ne 

1 0 , 548 m

 2  2 ,192 m  2 ,192 m   Ne = 12 giros Página 2 de 9

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Si reemplazamos este valor en la ecuación (1) d 50 

9  1 , 95 .10 5 kg / m . s  0 , 274 m 2    12  25 m / s  1 200  1 , 09  kg / m 3

 d50 = 4,6.10-6 m  5 m

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