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Ciclon Clase 16
Ciclon Clase 16
Ciclon Clase 16
Es el equipo de recolección de
partículas que se usa con mayor
frecuencia.
Los ciclones remueven las
partículas de la corriente gaseosa,
basándose en el principio de
impactación inercial, generado por
la fuerza centrífuga.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Características
Características
Las partículas mayores se mueven hacia
las paredes del ciclón debido a la fuerza
centrífuga.
Dimensiones de un Ciclón
• El diámetro del ciclón identifica
la dimensión básica de diseño,
todas las demás dimensiones
simplemente son una proporción
del diámetro del ciclón.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Dimensiones de Ciclones
• En la cual:
• ni=Eficiencia fraccional por intervalos de tamaño
• G=Factor de configuración del ciclón
• Ti=Tiempo de relajación para cada partícula, s
• Q= Caudal de gas, m3/s
• Dc= Diámetro del ciclón, m
• n= Exponente del vórtice del ciclón
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
• Zhao indica que el modelo de Leith y Licht es uno de los modelos más
populares para estimar la eficiencia de remoción de un ciclón y
produce estimaciones relativamente moderadas, que puede
atribuirse a la estimación aproximada del tiempo de residencia de la
corriente gaseosa y la suposición de volver a mezclar completamente
las partículas.
• Como resultado, subestima la eficiencia de remoción para partículas
más grandes (entre 5 y 15 m) y la sobreestima para partículas más
pequeñas (menores de 15 m).
• Para partículas mayores de 15 m el modelo se ajusta bastante bien a
los datos experimentales
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
• Zhao propone el siguiente modelo para estimar la eficiencia de remoción
de partículas basándose en las propiedades físicas de estas y de la
corriente gaseosa y de algunas dimensiones del ciclón:
• En la cual:
• n𝑖=Eficiencia fraccional por intervalos de tamaño
• 𝑎=Altura de entrada al ciclón
• 𝑏=Ancho de entrada del ciclón
• 𝐷𝑆=Diámetro de salida del ciclón
• 𝑅𝑒=Número de Reynolds
• 𝑆𝑡𝑘=Número de Stokes
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Con el modelo de Zhao sucede lo contrario a lo que pasa con el modelo
de Leith y Licht y es que subestima la eficiencia de remoción para
partículas más pequeñas (menores de 5m) y la sobreestima para
partículas más grandes (entre 5 y 15m).
Por lo tanto, podría ser una buena alternativa para estimar la eficiencia
de remoción trabajar con los valores medios obtenidos al promediar las
eficiencias de estos dos modelos para partículas menores de 15 m y
de ahí en adelante trabajar con el modelo de Leith y Licht.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Número de Reynolds
En la cual:
• 𝑔=Densidad de la corriente gaseosa, kg/m3
• 𝑉𝑖=Velocidad de entrada de la corriente gaseosa al ciclón, m/s
• 𝐷𝐶=Diámetro del ciclón, m
• 𝑔=Viscosidad de la corriente gaseosa, kg/m·s
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Número de Stokes
• En la cual:
• 𝐶𝐶=Factor de corrección de Cunningham
• 𝑝=Densidad de la partícula, kg/m3
• 𝑑𝑝𝑖=Diámetro de la partícula, m
• 𝑉𝑖=Velocidad de entrada de la corriente gaseosa al ciclón, m/s
• 𝑔=Viscosidad de la corriente gaseosa, kg/m·s
• 𝐷𝐶=Diámetro del ciclón, m
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Factor de Corrección de Cunningham
• En la cual:
• =Trayectoria libre media de una molécula de gas, µm
• 𝑑𝑝𝑖=Diámetro de la partícula, µm
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Trayectoria libre media de una molécula de gas
• En la cual:
En la cual:
• n=Eficiencia total
• n i= Eficiencia fraccional por intervalos de tamaño
• mi= Porcentaje másico, %
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Advertencia
Para hallar la eficiencia de remoción con la teoría de Leith y Licht se
debe estar seguro que el ciclón no presenta resuspensión, ya que el
valor real de la eficiencia sería mucho menor que el estimado por estás
ecuaciones.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Factor de configuración
En la cual:
• Kc=Factor dimensional de las proporciones volumétricas del ciclón
• Ka=a/Dc
• Kb=b/Dc
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Factor dimensional de las proporciones volumétricas del ciclón
• En al cual:
• Vsc=Volumen evaluado sobre la salida del ciclón, m3
• VL=Volumen evaluado sobre la longitud natural del ciclón, m3
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Volumen evaluado sobre la salida del ciclón
L< H–S
• En la cual:
• L= Longitud natural del ciclón, m
• H= Altura total del ciclón, m
• S= Altura de la salida, m
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
• Factor de dimensiones lineales
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
• Tiempo de relajación:
En la cual:
• p=Densidad de la partícula, kg/m3
• dpi=Diámetro de la partícula, m
• µg=Viscosidad del gas, kg/ms
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
Exponente del vórtice
En la cual:
• n = Exponente del vórtice (valor adimensional)
• Dc= Diámetro del ciclón, m
• T = Temperatura del gas, K
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Eficiencia de Remoción
La eficiencia de remoción de los ciclones generalmente aumenta con un
aumento en:
En la cual:
• Vs= Velocidad de saltación, m/s
• Vi= Velocidad de entrada del gas en el ciclón, m/s
• W = Velocidad equivalente, m/s
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Velocidad de Saltación
Velocidad equivalente
• En la cual:
En la cual:
• DP=Caída de presión en el ciclón, Pa
• g=Densidad de la corriente gaseosa, kg/m3
• Vi=Velocidad de entrada del gas en e lciclón, m/s
• NH=Número de cabezas de velocidad
• 𝐶𝑝=Concentración de partículas, g/m3
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Caída de Presión
Número de cabezas de velocidad Dirgo y Ramachandran
En la cual:
• K=Constante, toma el valor de 20 para entrada tangencial
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Variación de condiciones operativas
Variación en las Condiciones de Operación
Variación de la Temperatura
Un incremento en la temperatura del gas tiene dos efectos principales
se incrementa tanto el caudal de gas como su viscosidad Por lo tanto, el
efecto total, es el producto de los efectos individuales.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Ciclones- Variación de condiciones operativas
Variación de la Concentración
Parámetros recomendados
Sistemas de Tratamiento de Aire
Diseño de Ciclones
𝜂=𝜂1+𝜂2(1−𝜂1)
En la cual:
• n=Eficiencia global, fracción
• n1=Eficiencia del ciclón primario, fracción
• n2=Eficiencia del ciclón secundario, fracción
Sistemas de Tratamiento de Aire
Diseño de Ciclones
Las siguientes son algunas de las características que debe cumplir la
corriente gaseosa para utilizar ciclones
Caudal de aire: Los caudales típicos para la corriente gaseosa son de
0,5 a 2,5 m3/s acondiciones de referencia.
Temperatura: Las temperaturas de la corriente gaseosa están limitadas
únicamente por los materiales de construcción de los ciclones.
Pueden alcanzar hasta los 540°C.
Concentración de partículas: Las concentraciones típicas de partículas
en la corriente gaseosa van de 2000 a 23000mg/m3 a condiciones de
referencia.
Sistemas de Tratamiento de Aire
Diseño de Ciclones
El procedimiento general de diseño es el siguiente