Marin Uc
Marin Uc
Marin Uc
= A (2.3)
15
n care v este viteza convenional a gazului n interiorul ciclonului considerat ca fiind
egal cu viteza aerului n racordul de alimentare, n m/s;
m
densitatea aerului (gaz) la
temperatura i presiunea de lucru, n kg/m
3
; - coeficient de rezisten, 2 = pentru alimentare
cu aer curat; 1 ~ pentru transport pneumatic la o concentraie exprimat prin raport de mas
material aer, > 1, [Banu, C., 2000].
2.3. Factorii de influen n separarea sistemelor eterogene solid-gaz
Literatura de specialitate evideniaz influenele pe care le prezint configuraia
geometric i diferitele valori ale dimensiunilor ale fiecrei pri componente a ciclonului
(lungimea i diametrul camerei cilindrice, lungimea prii conice, diametrul orificiilor de
evacuare i seciunea i forma racordului de alimentare) asupra performanelor de separare a
particulelor. n consecin, cunoscndu-se impactul formei i dimensiunilor fiecrei pri
componente asupra performanelor ciclonului s-au putut aduce mbuntiri semnificative n
activitatea de proiectare i realizare constructiv a acestora [Ipate, G., 2011; Marinuc, M.,2012].
Racordul de alimentare are un rol deosebit n asigurarea structurii uniforme a curentului
de fluid n punctul de intrare n ciclon. Acestui fapt i se datoreaz diferitele configuraii
geometrice ale racordului de intrare. Obiectivul principal l constituie alimentarea incintei
ciclonului cu amestec eterogen n aa fel nct s se obin o valoare ct mai ridicat a vitezei
tangeniale, reducndu-se maximul posibil efectul turbulenei, cderii de presiune i tensiunii
tangeniale. Acesta este un punct critic esenial n separarea sistemelor eterogene solid-fluid n
scopul de a permite ruperea forelor de legtur dintre particule, ce pot duce la o scdere a
eficienei de separare.
Din studiul efectuat a rezultat c varianta constructiv cea mai frecvent utilizat pentru
racordul de alimentare este cea tangenial cu seciunea n form dreptunghiular, cu o zon
constant de admisie de-a lungul lungimii sale. Acest tip de racord de alimentare este satisfctor
pentru majoritatea cicloanelor, n special pentru cele cu concentraie redus a particulelor solide
n amestecul bifazic (fig. 2.6,a).
Hoffman i al. (2001) au studiat efectul lungimii ciclonului asupra eficienei ciclonului i
au scos n eviden c eficiena ciclonului crete odat cu lungimea acestuia. De asemenea, n
lucrrile efectuate ei au demonstrat c de la o anumit valoare a lungimii ciclonului, eficiena
acestuia scade. Ei au remarcat faptul c eficiena ciclonului studiat a sczut brusc peste o
anumit lungime a ciclonului. Hoffman i al. (2001) au specificat faptul c motivul probabil
pentru scderea brusc a eficienei ciclonului a fost intensitatea vrtejului central care se
formeaz n interiorul ciclonului. Totodat, Hoffman i al. (2001) au mai evideniat i o scdere a
cderii de presiune n ciclon odat cu creterea lungimii ciclonului. Acest lucru se produce,
probabil, din acelai motiv pentru care cderea de presiune n ciclon scade odat cu creterea
concentraiei amestecului eterogen.
2.4. Tipuri constructive de cicloane i domenii de utilizare
Domeniile de aplicare ale separatoarelor centrifugale pot fi mprite n dou categorii:
- industriale:
.
;
;
comprimat aer cu sistemele pentru ulei de e separatoar
pneumatic l transportu
e industrial procese unor urma n rezultate eterogene lor amestecuri separarea
- casnice: aspiratoare.
Separatoarele ciclonice CYC (fig. 2.16) sunt printre cele mai eficiente i economice
colectoare de praf de pe pia. Cicloanele CYC au capaciti cuprinse ntre 1360 CFM i 22,000
m
3
/h i reduc eficient coninutul de particulele de dimensiuni foarte mari i medii din fluxul de
gaze. Ventilatoarele se cur automat i au palete radiale proiectate s furnizeze necesarul de
debit. Aciunea centrifugal a ciclonului, creat prin rotaia fluxului de gaze, precipit forat
praful la baza inferioar a ciclonului ntr-o ben colectoare n funcie de aplicaie. Capacitile
16
standard de colectare variaz ntre 0.2 m
3
i 1.1 m
3
, cu configuraii speciale ale benei disponibile.
Toate modelele pot fi amplasate att n interior ct i afar.
Cicloane prezentate n figura 2.17 sunt destinate echiprii morilor cu ciocane i pot fi
proiectate n diverse forme i game dimensionale n funcie de necesiti.
Fig. 2.16. Separatorul ciclonic CYC
Fig. 2.17. Cicloane destinate echiparii morilor cu
ciocnele
Ca i variante constructive ale cicloanelor destinate morilor pot fi:
- cu o singur gur de evacuare;
- cu dou guri de evacuare i doi saci filtrani.
Ciclonul Hurricane (fig. 2.18) este mai eficient dect alte modele de cicloane disponibile
pe pia, n mod normal avnd emisiile reduse la jumtate n comparaie cu cele mai eficiente
cicloane.
Caracteristicile tehnice ale acestui tip de ciclon constau n eficien foarte mare;
capaciti de lucru cuprinse ntre 4000 i 24 000 m/h; designul personalizat; cderea de presiune
sczut: <100 mm col. H O; evacuarea direct a produselor; evitarea degradrii produselor i
contactului cu filtrele; suprafaa de lucru foarte bine finisat pentru a respecta cerinele
industriale.
2
Aplicaiile ciclonului Hurricane sunt diverse, cel mai adesea sunt utilizate n cazul n care
se dorete recuperarea prafului n industrii precum industria farmaceutic, industria chimic,
industria alimentar i industria de prelucrare a mineralelor.
Fig. 2.18. Ciclonul Hurricane (http://www.advancedcyclonesystems.com/)
n figura 2.21 a, b sunt prezentate dou modele de cicloane proiectate pentru utilizarea n
industria uoar.
17
Fig. 2.21. Cicloane cu intrare tangenial a
amestecului utilizate n industria uoar.
a) Penn State Industries; b) Torit Products.
Fig. 2.24. Separator n dou etape aspirator
casnic. Bissell Homecare, Inc. US Patent 6810557
B2.
n figura 2.24. se pot observa primele dou etape ale separrii unei moderne instalaii de
curat cu vid n patru etape.
Amestecul de aer cu praf intr tangenial pe la partea superioar, putndu-se observa
acest lucru prin intermediul carcasei de plastic transparent. n aceast prim etap de separare,
fora centrifug rezultat acioneaz asupra particulelor de praf intrate provocnd separarea
majoritii particulelor de cele mai multe ori pe pereii carcasei i colectarea lor n recipientul din
partea inferioar a carcasei. n a doua etap de separare, aerul trece printr-un numr de palete sau
jaluzele care produc o inversare a fluxului de aer (la 180). Ineria particulelor mpiedic
antrenarea particulelor de ctre curentul de aer, iar paletele asamblate realizeaz separarea
particulelor care nu au fost reinute n prima etap. Un disc circular sau o plac de
separator(poziia 158), este utilizat pentru a mpiedica generarea curentului care ar putea
reantrena particulele separate din recipientul de colectare din partea inferioar a aparatului de
curare. Un filtru cu spum poroas i un filtru cu eficien nalt HEPA, sunt utilizate pentru
a separa particulele de dimensiuni mici (microni i sub-microni) din aer nainte ca acesta s ias
din aparatul de curare.
3. NECESITATEA I OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT
3.1. Necesitatea tezei de doctorat
Poluarea aerului cu praf, fum, vapori i gaze rezultate din surse industriale, transporturi
etc., ridic o problem cu numeroase implicaii economice, medicale i sociale, n centrele
populate urbane i chiar n unele localiti rurale nvecinate acestora.
n literatura de specialitate consultat, se prezint faptul c, construcia cicloanelor de
separare a amestecurilor eterogene de tip solid-gaz n cmp centrifugal, se bazeaz pe experiene
empirice i pe modelarea numeric i simularea cu ajutorul tehnicilor moderne de calcul i
programelor n domeniul dinamicii fluidelor, Computational Fluid Dynamics - CFD. ns,
modelele CFD necesit o cantitate mare de informaie necesar i putere de calcul ridicat, iar
simulrile sunt consumatoare de timp i uneori destul de costisitoare. Modelele fizice
experimentale reprezint o soluie intermediar rezonabil pe care se pot descrie comportarea
fizic a curentului de fluid n interiorul ciclonului. Totui, exist foarte puine lucrri n literatura
de specialitate, n care sunt dezvoltate modele fizice experimentale de cicloane ce ofer date
despre procesul de separare n cmp centrifugal a sistemelor eterogene de tip solid-gaz.
Necesitatea creterii eficienei i fiabilitii sistemelor de separare a particulelor solide din
industria mediului, au dovedit c cicloanele de separare a sistemelor solid-gaz sunt o alternativ
tehnologic de mare nsemntate. Printr-o proiectare adecvat a separatoarelor de tip ciclon se
asigur atingerea unei eficiene ridicate n separarea particulelor solide dintr-un amestec bifazic.
Fenomenele complexe care au loc n timpul procesului de separare a amestecului eterogen solid-
gaz, precum i comportarea fluidului n interiorul ciclonului, nu sunt elucidate n totalitate, fapt
pentru care apare necesitatea efecturii unor cercetri teoretice i experimentale mai amnunite
18
n scopul aprofundrii cunotinelor n domeniu referitor la influena unor anumii factori asupra
procesului de separare.
Fig. 3.1. Metodica general de studiu a temei abordate
3.2. Obiectivele tezei de doctorat
Scopul principal al lucrrii este efectuarea unor studii teoretice i experimentale privind
procesul de separare n cmp centrifugal a amestecurilor eterogene solid-gaz, pentru o gam
larg de configuraii geometrice i condiii de funcionare a echipamentelor de separare de tip
ciclon, care s elucideze n parte comportamentul din punct de vedere hidrodinamic al curentului
de fluid n ciclon, precum i s estimeze eficiena separrii cu un grad ridicat de predictibilitate.
Programul de cercetri experimentale, prelucrarea i verificarea datelor, precum i analiza
rezultatelor, sunt de asemenea parte integral a acestei teze.
Cercetrile experimentale urmresc, pe de o parte, verificarea veridicitii ipotezelor i
teoriilor care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate, iar pe de alt parte, permit
investigarea unor fenomene pentru care nu se pot obine rezultate cu aplicabilitate practic pe
cale teoretic datorit complexitii acestora. Cercetrile experimentale presupun msurarea unor
19
mrimi fizice, n regim dinamic, folosind aparatura i mijloace de msurare adecvate, prelucrarea
datelor obinute i n final, stabilirea concluziilor temeinice pe baza crora se poate trece la
diseminarea rezultatelor obinute.
Obiectivul principal al cercetrilor experimentale din cadrul acestei lucrri de doctorat l
reprezint optimizarea procesului de separare a sistemelor eterogene de tip solid-gaz n ciclon.
n vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetri a fost necesar parcurgerea
secvenial i rezolvarea mai multor obiective complementare, precum:
- realizarea unui studiu asupra caracteristicilor sistemelor eterogene de tip solid-gaz,
precum i a procedeelor i tehnicilor de separare a acestora;
- analiza stadiului actual al cercetrilor i realizrilor n domeniul echipamentelor pentru
separarea amestecurilor eterogene de tip solid-gaz n cmp centrifugal;
- ntocmirea unei metodici i stabilirea obiectivelor pentru cercetarea experimental, cu
luarea n considerare a echipamentelor tehnice accesibile;
- alegerea obiectului cercetrii experimentale;
- proiectarea i realizarea instalaiei experimentale care s permit studiul procesului de
separare n cmp centrifugal;
- conceperea i realizarea din material transparent a mai multor tipo-dimensiuni de
cicloane n vederea studiului influenei geometriei acestora asupra procesului de separare;
- efectuarea analizei granulometrice pentru dou tipuri de fin alb de gru: fin tip 000 i
fin tip 650;
- determinarea debitelor masice de material i de aer utilizate n cadrul cercetrilor
experimentale;
- determinarea influenei debitului de aer asupra eficienei separrii pentru fiecare model
de ciclon testat n cadrul cercetrilor experimentale;
- determinarea influenei lungimii prii cilindrice/ a lungimii prii conice/ a lungimii
tubului central de evacuare a aerului purificat asupra eficienei de separare;
- determinarea influenei concentraiei gravimetrice a particulelor solide asupra gradului de
separare pentru debite de aer diferite;
- compararea rezultatelor cercetrilor teoretice cu cele obinute n urma investigaiilor
experimentale n laborator, n scopul validrii acestora.
- stabilirea unor concluzii referitoare la influena unor parametrii geometrici ai ciclonului
asupra eficienei separrii i precizarea unor direcii viitoare de cercetare, legate de
aceast tem.
n figura 3.1. se prezint schema general a metodicii de cercetare n cadrul lucrrii de
doctorat.
4. CONTRIBUII TEORETICE LA OPTIMIZAREA PROCESULUI DE SEPARARE A
SISTEMELOR ETEROGENE DE TIP SOLID-GAZ N CMP CENTRIFUGAL
4.1. Bazele teoretice ale procesului de sedimentare n ciclon
n interiorul ciclonului, fora centrifug ia natere ca urmare a micrii n spiral pe
care o execut amestecul eterogen, introdus tangenial n corpul cilindric al ciclonului.
Particulele solide, datorit densitii mai mari, vor fi supuse unei fore centrifuge mai mari i
ca urmare se vor deplasa pe traiectorii foarte apropiate de peretele ciclonului. n momentul n
care particulele ating peretele, practic ele se pot considera sedimentate.
Datorit densitii mai reduse a fluidului, asupra elementelor de mas ale acestuia vor
aciona fore centrifuge cu valori mai reduse. Ca urmare a gradientului de presiune care se
creeaz ntre carcasa ciclonului i vrtejul central, faza fluid se deplaseaz pe direcie radial
spre centrul incintei ciclonului, unde formeaz curentul turbionar ascendent, care prsete
incinta ciclonului prin tubul central. Diametrul curentului ascendent este aproximativ egal cu
diametrul ecluzei de evacuare a fazei solide i care la rndul lui este aproximativ jumtate din
diametrul tubului central [Rus, F., 2001].
Momentul cinetic al unei particule de mas m care se deplaseaz cu viteza periferic u
x
20
pe o traiectorie circular de raz r
x
, este definit prin:
.
x x c
u r m M = (4.1)
Momentul cinetic al unui curent de fluid, care execut o micare circular se determin
prin:
,
x x v f c
u r Q M = (4.2)
,
m v f
Q Q = (4.3)
n care
f
este densitatea fluidului; Q
v
debitul volumic; Q
m
debitul masic.
Deoarece masa particulelor nu se modific pe perioada deplasrii lor n interiorul
ciclonului, n cazul micrii particulelor fr frecare cu pereii interiori ai ciclonului, legea
conservrii momentului cinetic are expresia:
. const r u = (4.4)
n cazul general, cnd se ia n considerare i frecarea, ca urmare a faptului c fora de
frecare este considerat ca for perturbatoare, legea conservrii momentului cinetic se
prezint sub forma:
, const r u
m
= (4.5)
unde m (0,50,9), valori care au fost determinate experimental.
Pentru majoritatea suspensiilor cu care se lucreaz m = 0,5, astfel c legea conservrii
momentului cinetic poate fi exprimat matematic prin una din urmtoarele relaii:
= =
= =
= =
= =
.
.
.
.
2
0
2
2
0
2
5 , 1
0
5 , 1
0
const R v r u
const R a r a
const R r
const R v r u
x x
c x cx
x x
x x
e e
(4.6)
n care u
x
,
x
i a
cx
sunt respectiv viteza periferic, viteza unghiular i acceleraia
centrifug a unei particule aflat n micare de rotaie pe o traiectorie circular oarecare de
raz r
x
; v
0
,
0
i a
c0
viteza periferic, viteza unghiular i acceleraia centrifug a unei
particule aflat n suspensie, n racordul de alimentare al ciclonului; R raza interioar a
mantalei cilindrice.
Viteza pe direcie radial a fazei fluide, nspre curentul central, nu trebuie s mpiedice
deplasarea particulelor solide n sens contrar (spre carcasa aparatului) cu viteza de
sedimentare v
sc.
n interiorul ciclonului, pe direcie radial, asupra unei particule acioneaz
fora centrifug ) , care imprim particulei tendina de deplasare spre carcasa (
2
r m F
c
= e
ciclonului, i fora de frecare de natur vscoas dintre particul i ) 2 / (
2
v S F
f
=
curentul de fluid care se deplaseaz pe direcie radial, spre centrul ciclonului. Echilibrul
forelor care acioneaz asupra unei particule, este dat de expresia:
( )
,
4 2 6
2 2
2
3
p rf rp
f
p
d v v
r
u
d
= A
t
t
(4.7)
n care d
p
este diametrul particulei;
densitatea aparent a materialului particulei n
fluid,
m p
= A (
p
densitatea particulei;
m
densitatea mediului); v
rp
viteza pe
direcie radial a particulei; v
rf
viteza pe direcie radial a fluidului; coeficientul
rezistenei hidraulice, = (Re), unde ( ) . / Re u
p rf rp
d v v =
4.1.1. Viteza de sedimentare
Din momentul n care forele care acioneaz asupra unei particule se echilibreaz,
micarea particulei devine o micare uniform (corpul se deplaseaz n mediul respectiv cu o
21
vitez constant), viteza de deplasare a particulei purtnd denumirea de vitez de sedimentare
[Rus, F., 2001].
Viteza de sedimentare n cmp de fore centrifug din ciclon se stabilete n baza
aceluiai raionament ca i la sedimentarea n cmp centrifugal, n aparate cu elemente
rotative.
Pentru a putea fi aplicate n cazul ciclonului, n relaiile respective acceleraia
centrifug se exprim n funcie de viteza v
0
cu care amestecul eterogen fin-aer ptrunde n
ciclon, prin racordul de alimentare:
a
c
= w
0
2
R
0
= v
0
2
/ R
0 ,
(4.12)
n care R
0
este raza traiectoriei circulare descrise de ctre particule la ptrunderea n in-
teriorul corpului ciclonului prin racordul de intrare, n m; w
0
viteza unghiular; v
0
viteza
periferic a unei particule aflat n suspensie, n racordul de alimentare al ciclonului, n m/s (fig.
4.1)
Fig. 4.1. Seciune orizontal prin ciclon
Dac n relaiile utilizate pentru determinarea vitezei de sedimentare, pentru cazul
regimurilor caracteristice de curgere, se introduce formula acceleraiei centrifuge, exprimat n
funcie de viteza periferic, se obin relaiile de calcul a vitezei de sedimentare pentru:
- regimul laminar de sedimentare, cnd Ar Fr < 36:
,
18
1
2
0
2
R
v d
v
m
m p
scl
u
(4.13)
n care d este diametrul particulei, n m; vscozitatea cinematic, n m
2
/s;
p
,
m
\
|
=
m
m p
sci
d
R w
v
u
(4.14)
- regimul turbulent de sedimentare, cnd Ar Fr > 84500:
. 74 , 1
0
m
m p
sct
R
d
v v
= (4.15)
4.1.2. Diametre critice
n vederea separrii, particulele solide trebuie s intre n contact cu pereii ciclonului.
Pentru aceasta, este necesar ca timpul n care particulele parcurg pe direcie radial distana
dintre punctul cel mai defavorabil sedimentrii (suprafaa vrtejului central i locul de
sedimentare peretele ciclonului, s fie mai mic dect timpul de tranzit n ciclon a fazei gazoase
[Rus, F., 2001].
Prin integrarea ecuaiilor difereniale rezultate n cadrul raionamentului matematic se
obin expresiile de calcul a timpului de sedimentare pentru fiecare din regimurile caracteristice:
- pentru regimul laminar de sedimentare, expresia timpului de sedimentare este:
22
( ,
9
2
1
2
2
2
0
2
R R
v d
t
m p
m
s
=
u
) (4.17)
- pentru regimul turbulent de sedimentare, timpul de sedimentare este:
.
55 , 2
0
5 , 1
1
5 , 1
2
m
m p
s
d v
R R
t
= (4.18)
unde R
1
reprezint raza de dispunere a suprafeei de separare, care se consider egal cu
raza tubului central prin care se evacueaz faza gazoas; R
2
- raza interioar a prii cilindrice a
ciclonului.
Din analiza relaiilor (4.17) i (4.18), rezult c timpul de sedimentare este cu att mai
mare cu ct raza R
2
a ciclonului este mai mare i cu ct viteza v
0
de ptrundere a amestecului
eterogen n ciclon este mai mic.
Dac se consider c R
1
=D / 4 iar R
2
=D / 2, dup simplificri se obine:
- pentru regimul laminar de sedimentare:
( )
( ) ( )
,
2
3
3
0 0
1 2
min
v n
D
v n
R R
d
m p
m
m p
m
=
=
t
u
t
u
(4.23)
- pentru regimul turbulent de sedimentare:
.
1
10 446 , 1
1
2 , 64
1
2
3
2
2
2 1
5 , 1
1
5 , 1
2
min
m p
m
m p
m
n
D
n R R
R R
d
|
|
.
|
\
|
+
=
(4.24)
Relaiile (4.23) i (4.24) scot n eviden faptul c diametrul critic al particulelor care se
depun este cu att mai mic cu ct diametrul D al aparatului este mai mic i cu ct viteza v
0
de
intrare a fluidului este mai mare. Aceasta observaie a stat la baza realizrii sistemelor de tip
multiciclon, n care diametrul fiecrui ciclon este redus, D = 100...300 mm [Rus, F., 2001].
4.1.4. Pierderea de presiune
Datorit frecrilor, de natur mecanic sau hidraulic, care se produc ntre curenii de fluid
i pereii racordului de intrare a suspensiei n ciclon, perei interiori ai ciclonului i pereii
tubului central prin care faza decantat iese din ciclon, ntre intrarea i ieirea fluidului din ciclon
exist o anumit diferen de presiune p. Valoarea pierderii de presiune depinde de construcia
ciclonului, de debitul de amestec eterogen care intr n ciclon i de concentraia suspensiei n
particule solide [Rus, F., 2001].
Fig.4.3. Msurarea pierderii de presiune static
ntre racordul de alimentare i cel de evacuare a
fazei fluide purificate
Fig. 4.4. Variaia coeficientului de rezisten
Pierderea de presiune n racordul de intrare i n interiorul ciclonului datorit frecrilor se
determin prin msurarea cderii de presiune static dintre racordul de intrare i peretele tubului
central (fig. 4.3).
23
Pentru calculul cderii de presiune dintre racordul de intrare i tubul central, se utilizeaz
relaia:
p= p
s0
p
s1,
(4.26)
n care p
s0
i p
s1
sunt presiunile statice n racordul de intrare respectiv n tubul central.
Pierderea de presiune dinamic din tubul central se determin prin:
.
2
2
1
u
m
d p
= A
(4.27)
Fig. 4.5. Variaia pierderilor de presiune n funcie de viteza aerului:
a)n cazul aerului curat; b)n cazul aerului ncrcat cu particule.
Pentru aerocicloane valoarea aproximativ a coeficientului de rezisten determin prin relaia:
, 1
2 , 1 = (4.28)
unde
1
se obine din diagrama prezentat n figura 4.4, n funcie de raportul dintre vitezele
periferic i axial a fluidului decantat din curentul care trece prin tubul central al ciclonului.
Cercetrile experimentale au scos n eviden faptul c n cazul amestecurilor solid-gaz,
pierderea de presiune pentru o aceeai vitez a fazei gazoase este mai mare pentru gazul curat (m=0)
dect n cazul unui amestec eterogen gaz-particule solide, cu o anumit concentraie gravimetric
n particule solide (fig. 4.5) [Rus, F., 2001].
4.1.5. Eficiena separrii n cicloane
Procesele de separare prin sedimentare n prezena unui cmp de fore sunt omniprezente
n procesele tehnologice ale diverselor sectoare industriale, aparinnd industriei chimice,
petrochimice, miniere, farmaceutice precum i n procesele agro-alimentare.
Eficiena ciclonului caracterizeaz capacitatea acestuia de a reine din mediul fluid
particulele solide de o anumit dimensiune minim impus.
Eficacitatea ciclonului se apreciaz prin randamentul de separare global i prin
randamentul de separare exprimat funcie de clasele de dimensiuni ale particulelor solide din
masa de fluid.
Randamentul de separare global se determin prin relaia:
.
1
i
f
G
c
c c
= q (4.30)
n care: c
i
reprezint concentraia masic iniial n faza solid a suspensiei; c
f
concentraia masic final a fazei lichide purificate.
Randamentul de separare pentru o anumit clas de dimensiuni a particulelor se
determin prin:
,
0 , 0
1 , 1 0 , 0
,
c R
c R c R
i
i i
i F
A
A A
= q (4.31)
n care R
0,1
reprezint frecvena relativ cumulat a refuzului (particule solide care
rmn n fluid) pentru fiecare clas de dimensiuni din curentul de alimentare (suspensie)
24
respectiv din curentul de fluid decantat, n procente; c
0
i c
1
reprezint concentraia masic de
substan solid n cele dou curente de fluid; i ordinea clasei de dimensiuni.
Dependena dintre randamentul de separare global i cel pe clase de dimensiuni este
exprimat matematic prin:
) (
, 0 , i i F G
R A E = q q (4.32)
Dimensiunile particulelor care au probabiliti egale de separare i respectiv de antrenare
de ctre faza fluid, se noteaz cu d i reprezint diametrul particulelor pentru care
randamentul separrii este de 50
50
% (fig.4.8).
Pe baza valorii diametrului d , eficiena de separare a ciclonului se determin prin relaia
empiric:
50
| |, 1 100
3 115 , 0
50
) / (
=
d d
e E n %. (4.36)
Fig. 4.8. Curba de variaie a randamentului separrii pentru aerociclon
(n funcie de particulele solide).
Cercettorii de-a lungul anilor au realizat un numr de modele predictive care utilizeaz
informaii empirice cu privire la geometria i condiiile de funcionare a modelelor ciclonului
specifice, acestea fiind destinate estimrii eficienei de colectare a ciclonului. Leith (1984) a
rezumat acest numr de modele, lista sa include modelele lui Stairmand (1951), Barth (1956),
Lapple (1951) i Leith i Licht (1972). Ogawa (1984) a revizuit, de asemenea, numrul de
modele predictive, inclusiv Lapple i Shepherd (1940), Barth (1956) i Stairmand (1951). El a
prezentat, de asemenea, propriile sale predicii teoretice [Kegg, 2008].
Eficiena colectrii particulelor este definit ca raportul dintre cantitatea de particule
colectate de ciclon i numrul total de particule care intr n ciclon [Dewil, R., 2008]. Lapple
(1950) a gsit o corelaie ntre eficiena colectrii i raportul D /D care a fost artat de
p p50
Theodore i Depaola (1980):
( )
2
50
/ 1
1
p p
D D +
= q , (4.37)
n care D
p50
se calculeaz cu relaia:
t i P
p
CN v
b
D
=
t
2
3
50
, (4.38)
unde v
i
este viteza gazului la intrare , n m/s; m vscozitatea dinamic a aerului,
m
2
/s; C - factor de corecie; N
t
numrul de rotaii pe care le execut particulele n interiorul
ciclonului pn la sedimentare; b - limea racordului de intrare n ciclon, n m;
p
densitatea particulelor, n kg/m
3
.
Barth (1956) a propus o corelare empiric pentru eficien pe baza rezultatelor
experimentale la proiectarea mai multor tipuri de cicloane:
25
2 , 3
2 2
9
1
1
|
|
.
|
\
|
+
=
Q
D v h
p p t
t
q , (4.39)
unde v
t
este viteza tangenial a gazului, n m/s; h nlimea central, n m; Q
debitul volumic, n m
3
/s.
Leith i Licht (1972) au recunoscut natura inerent turbulent a fluxului n ciclon i au
considerat un timp de tranzit mediu al particulelor n interiorul ciclonului. Acetia au presupus
c gazul i particule sunt amestecate uniform pe orice seciune transversal n ciclon. Ecuaia
propus de Leith i Licht este:
( ) | |
1
2 2
1 exp 2 100 %
m
C q
+
(
= +
(
, (4.40)
unde C este un parametru ce depinde de mrimea ciclonului; +- parametru inerial de
impact, ce depinde de natura sistemului gaz-solid; - criteriul de similitudine Alexander, a crui
valoare este n concordan cu mrimea ciclonului i temperatura gazului: m = 0,5 [Kuo i Tsai,
2001].
m
Gradul de separare se poate exprima i sub forma urmtoare:
( ) g r v d f
r g
, , , , , ,
2 1
q q = , (4.41)
unde g
1
este greutatea specific a solidului, n kg/m
3
; g
2
greutatea specific a
gazului, n kg/m
3
; d diametrul particulei, n m;
g
vscozitatea dinamic a gazului, n
Pas; v
r
viteza radial a particulei, n m/s; r raza de rotaie a curentului de gaz, n m; g
acceleraia gravitaional, n m/s
2
[Ursu, 1978].
4.2. Dezvoltarea modelului CFD. Calculul dinamicii fluidelor
Calculul dinamicii fluidelor (CFD - COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS) conine
metodele de calcul i analiz a sistemelor care cuprind curgerea fluidelor, transferul de cldur i
fenomenele asociate, cum ar fi reaciile chimice, cu ajutorul simulrilor pe calculator. Utilizarea
metodei CFD, pentru o mai bun nelegere a proceselor de curgere a fluidelor, reprezint un pas
important, atta timp ct acesta poate furniza informaii care nu pot fi obinute pe alt cale.
Metoda CFD devine din ce n ce mai utilizat n modelarea sistemelor care includ
curgerea fluidelor din domenii diverse. Codurile CFD fac posibil rezolvarea numeric a
bilanurilor de mas i energie, transportului fluidelor n sisteme cu geometrie foarte complicat.
Rezultatele prezint modele deosebite ale curgerii i transferului de cldur ce sunt foarte greu
de obinut experimental sau prin metode de modelare convenionale [Ipate, G., 2011].
Prin utilizarea tehnicii CFD de simulare i a modelului nestructurat de gril a geometriei
ciclonului, poate fi determinat i descris n detaliu procesul de curgere i separare a unui amestec
bifazic solid-fluid n ciclon, care poate fi utilizat apoi n realizarea de modele mult mai precise.
Geometria ciclonului de separare solid-fluid este att de complex nct poate fi utilizat numai
tipul de gril nestructurat de elemente. Simularea procesului de separare n ciclon necesit, de
aceea, ca modelul geometric 3D s fie ct mai precis [Ipate, G., 2011].
4.3. Modele matematice ale amestecului multifazic n CFD
Un model este o reprezentare izomorf a realitii, el oferind o imagine intuitiv, dar
riguroas, n sensul structurii logice a fenomenului studiat, facilitnd descoperirea unor legturi
imposibil sau foarte greu de gsit pe alte ci. Avantajele utilizrii modelelor matematice sunt
evidente n studierea proceselor, n vederea acumulrii de informaii ct mai precise despre
acestea [Ipate, G., 2011].
Notaiile amestecului multifazic. Diferitele faze ale fluidului multifazic sunt indicate prin
utilizarea indicilor literelor greceti , , etc. n general, o cantitate subscris cu , , etc. se
refer la valoarea cantitii pentru acea faz particular. De exemplu, fracia volumic pentru
26
faza este indicat prin r
. Astfel, volumul V
, n care
. .. 1
p
N = o Este foarte important s facem distincia ntre densitatea materialului i densitatea
efectiv a unui component . Densitatea materialului,
r
m
(4.48)
Presiunea total a amestecului multifazic este definit ca:
+ =
2
2
1
o o o o
U r p p
stat tot
(4.49)
4.4. Soluionarea numeric a curgerii - configurarea modelului de simulare
Codurile CFD sunt structurate n jurul algoritmilor care pot aborda problemele de curgere
a fluidelor. Toate codurile conin n principiu trei module operaionale principale: preprocesarea;
rezolvarea i postprocesarea.
Pentru realizarea simulrilor numerice ale curgerii fluidelor sunt disponibile cteva
programe comerciale CFD, printre care cele mai utilizate sunt: Ansys CFX-5, Fluent 5.x/6.x,
Comsol Multiphysics 3.x. Aceste programe realizate i furnizate de diferite companii (la fel ca i
multe alte programe comerciale CFD disponibile), prezint aspecte comune n structura lor de
operare, i constau dintr-un numr de module diferite, n care au loc diferite pri ale procesului
de simulare numeric [Ipate, G., 2011].
4.4.1. Pre-procesarea
Configurarea modelului unei probleme pentru rezolvarea cu programele CFD are trei pai
distinci:
1. Crearea sau importul modelului geometric 3D.
2. Crearea reelei de elemente finite.
3. Configurarea fizic a problemei.
Fig.4.12. Proiectarea modelului geometric 3D -
modelul 1 CICLON
Fig. 4.13. Discretizarea n elemente finite
tetraedrale (modulul CFXMesh)
27
Topologia modelului de simulare este stabilit n faza iniial de proiectare a modelului
geometric cu programele CAD. n aceast faz sunt stabilite interfeele de interaciune dintre
regiunile principale solid i fluid. Pentru proiectarea modelelor geometrice 3D ale cicloanelor a
fost folosit programul SolidWorks produs de Dassault Systmes (Frana), dup cum se poate
vedea n figura 4.12. Dup crearea modelului geometric i definirea corespunztoare a
domeniului fluid de simulare, se poate trece la realizarea reelei de elemente finite [Ipate, G.,
2011].
4.4.1.2. Generarea Reelei
Reeaua prezentat n figura 4.13, utilizeaz un tip de reea tetraedral pentru corpul
principal al ciclonului, un numr de 4384 de noduri i 19987 de elemente. Reeaua de elemente
tetraedrale se acomodeaz uor modelelor geometrice complicate, n particular n punctele n
care conducta de alimentare se unete cu corpul cilindric al ciclonului. n acest model, pentru
simplificarea modelrii, intrarea tangenial n ciclon a fost construit tot din elemente de reea
tetraedrale. Intrarea tangenial se unete cu corpul cilindric al ciclonului printr-o interfa non-
conformal de mici suprapuneri.
4.4.2.1. Impunerea condiiilor limit
Condiiile la limit determin variabilele de curgere i privesc limitele modelului fizic.
Definirea zonelor limit de curgere n modelul CFD realizat este prezentat n figura
4.14. Regiunea n care fluidul intr n conducta de alimentare a ciclonului a fost denumit
Intrare (inlet), regiunea n care particulele solide prsesc ciclonul prin partea inferioar a fost
denumit Scurgere iar regiunea superioar prin care aerul prsete ciclonul a fost denumit
Suprascurgere (outlet).
Fig. 4.14. Regiunile limit ale curgerii n ciclon
Regiunea limit de contact dintre zona de fluid din ciclon i exterior a fost denumit
Perete. Peretele exterior al ciclonului i exteriorul conductelor de alimentare i suprascurgere
sunt definite ca zone limit de Perete (wall). Limitele de perete separ zona de fluid de zonele
solide. n modelul realizat nu sunt utilizate graniele interne.
n afara condiiilor de frontier, la nceput trebuie s fie stabilite i condiiile fizice de
grani sau o soluie iniial a ecuaiilor curgerii. Aceast soluie iniial poate fi privit n mod
similar cu o stare iniial de timp. Pentru a obine o soluie rapid n regimul staionar de
funcionare este de mare ajutor stabilirea unor valori ale soluiei iniiale foarte apropiate de
soluia final.
Simulrile au fost efectuate pentru curgerea att n regim staionar ct i nestaionar,
utilizndu-se n marea majoritate un regim turbulent cu dou ecuaii k-.
Ca soluie iniial n zonele de ieire din ciclon s-a utilizat presiunea atmosferic. Setrile
condiiilor fizice ale simulrilor realizate (n marea majoritate a cazurilor) sunt prezentate n
tabelele 4.1-4.2.
28
Tabelul 4.1.
Condiiile fizice de funcionare n modelul CFD
Tabelul 4.2
Condiiile fizice iniiale de simulare pentru zonele de ieire i perete
29
Dup determinarea zonelor de frontier i stabilirea condiiilor la limit ale modelului
fizic se poate obine i o soluie numeric. n acest moment, este necesar s se determine modul
n care soluia va fi obinut, prin stabilirea parametrilor de iteraie.
4.4.3. Post-procesarea
Exist multe moduri de afiare a datelor, astfel nct este important s fie realizat o
selecie a reprezentrii datelor care sunt necesare, pentru a le putea compara cu alte date dorite.
Printre opiunile de vizualizare standard disponibile sunt reprezentrile grafice de contur sau ale
vectorului de vitez. Conturul va da reprezentarea grafic a unei variabile ntr-o colecie definit
de volume de control, care poate fi un plan sau un volum. Un plan poate fi definit cu o
coordonat constant (x a planului, planul YZ), pentru a putea face apoi o reprezentare a
diferitelor variabile n acest plan. n acelai plan cu reprezentarea conturului vitezei, de exemplu,
poate fi prezentat viteza absolut a fluidului n planul definit. Alte variabile care pot fi utilizate
pentru prezentarea grafic de contur sunt valorile componentelor vitezei, componentelor de
turbulen, presiunea local etc.
Figurile 4.16 i 4.17 prezint grafic vectorul vitezei corespunztor aerului, respectiv
particulelor solide de fin.
Fig. 4.16. Reprezentarea vectorului vitez pentru
aer obinut cu CFD; vectorii sunt
colorai dup magnitudine [m/s].
Fig. 4.17. Reprezentarea vectorului vitez pentru
particulele de fin obinut cu CFD; vectorii sunt
colorai dup magnitudine [m/s].
4.5. Rezultate i discuii
Pentru determinarea eficienei de separare a cicloanelor cu diferite profile i optimizarea
parametrilor funcionali au fost efectuate o serie de experimente CFD n mediul CFX-5.7 cu
respectarea condiiilor de limit similare n ambele cazuri.
Fig. 4.18. Distribuia presiunii pe peretele ciclonului
Stabilirea acestor condiii n caz general prezint anumite dificulti legate de forma
constructiv i regimurile de funcionare. n mediul ANSYS Workbench-10 au fost discretizate
profilele cicloanelor ntr-o reea de elemente finite, care, n continuare, au fost exportate n
30
mediul CFX. n rezultatul stabilirii condiiilor de limit, alegerii modelului de turbulen,
preciziei de calcul etc., s-a determinat distribuia presiunii exercitate de fluid asupra peretelui
ciclonului (fig. 4.18).
a)
b)
Fig. 4.19. Liniile de curgere pentru cele dou faze ale amestecului eterogen:
a) pentru aer; b) pentru fin.
De asemenea, n modulul de vizualizare a rezultatului experimentului CFD (CFX-Post)
au fost analizate calitativ liniile de curgere a fluidului i particulelor solide de fin pe suprafee
plane verticale orientate pe direcia de curgere a amestecului (figura 4.19, a,b) i liniile de
curgere a aerului i particulelor solide de fin pe suprafee plane orizontale (figura 4.20).
a)
b)
Fig. 4.20. Liniile de curgere n plan orizontal, XZ:
a) pentru aer; b) pentru fin.
Analiza rezultatelor prealabile obinute permite planificarea optim a modelrilor
ulterioare, care vor asigura optimizarea geometriei ciclonului.
5. CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND PROCESUL DE SEPARARE N
CICLON
5.1. Obiectivele generale ale cercetrilor experimentale
Obiectivul principal al cercetrilor experimentale din cadrul acestei lucrri de doctorat l
reprezint optimizarea procesului de separare a sistemelor eterogene de tip solid-gaz n ciclon.
n vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetri a fost necesar parcurgerea
secvenial i rezolvarea mai multor obiective complementare, precum:
- realizarea unui studiu asupra caracteristicilor sistemelor eterogene de tip solid-gaz,
precum i a procedeelor i tehnicilor de separare a acestora;
- analiza stadiului actual al cercetrilor i realizrilor n domeniul echipamentelor pentru
separarea amestecurilor eterogene de tip solid-gaz n cmp centrifugal;
31
- ntocmirea unei metodici i stabilirea obiectivelor pentru cercetarea experimental, cu
luarea n considerare a echipamentelor tehnice accesibile;
- alegerea obiectului cercetrii experimentale;
- conceperea, proiectarea i realizarea standului experimental de laborator care s permit
studiul procesului de separare n cmp centrifugal;
- conceperea, proiectarea i realizarea din material transparent a mai multor tipo-
dimensiuni de cicloane n vederea studiului influenei geometriei acestora asupra
procesului de separare;
- compararea rezultatelor cercetrilor teoretice cu cele obinute n urma investigaiilor
experimentale n laborator n scopul validrii echipamentelor tehnice proiectate i
realizate;
- stabilirea unor concluzii solide referitoare la influena geometriei ciclonului asupra
eficienei separrii i precizarea direciilor viitoare de cercetare legate de aceast tem.
5.2. Obiectul cercetrilor experimentale
Pe plan internaional, n literatura de specialitate, se gsesc date experimentale n
domeniul separrii sistemelor eterogene cu ajutorul echipamentelor de tip ciclon, spre deosebire
de ara noastr, unde datele privind performanele cicloanelor n cazul purificrii aerului sunt
minime.
Tabelul 5.1
Dimensiunile geometrice ale cicloanelor studiate
Dimensiune
Lungime
(mm)
Diametrul corpului cilindric, D 240
Diametrul tubului central de evacuare a aerului
purificat, De
122
Diametrul ecluzei, Db
61
nlimea racordului de alimentare a ciclonului,
a
122
Limea racordului de alimentare a ciclonului, b 61
Adncimea de ptrundere a tubului central n
interiorul ciclonului, s
280
Lungime tub central
380
CS_1
CS_2
CS_3
CS_4
nlimea ciclonului, H CS_5
CS_6
CS_7
CS_8
CS_9
CS_4a
CS_4b
1060
875
750
1260
1075
950
1460
1275
1150
1260
1260
1- Corp cilindric;
2- Corp conic;
3- Ecluza de colectare a particulelor
solide;
4- Tub central de evacuare a aerului
purificat;
5- Racord de alimentare amestec
solid - gaz.
CS_1
CS_2
CS_3
CS_4
nlimea prii cilindrice a ciclonului, h CS_5
CS_6
CS_7
CS_8
CS_9
CS_4a
CS_4b
560
375
250
560
375
250
560
375
250
560
560
32
De aceea, pentru studierea influenei diferiilor parametri de funcionare asupra
performanelor cicloanelor n mod detaliat, au fost proiectate i construite 11 cicloane cu diverse
dimensiuni, variindu-se pe rnd, lungimea prii cilindrice, lungimea prii conice, lungimea
tubului central, dup cum se poate vedea n tabelul 5.1 denumite alfa-numeric CS_1-9, precum i
dou variante ale ciclonului CS_4: CS_4a i CS_4b. Pentru observarea ndeaproape a
fenomenelor caracteristice separrii i influenele acestora asupra procesului de separare,
cicloanele au fost realizate din materiale transparente.
Principalul obiectiv al prii experimentale din prezenta tez a constat n evaluarea
performanelor de separare ale unui ciclon cu geometrie variabil, care s conduc la
mbuntirea sistemelor actuale de separare a particulelor solide din aer ce au n componen
cicloane. De asemenea, printr-o analiz comparativ s se stabileasc tipul geometric de ciclon
cruia i corespunde cea mai ridicat eficien de eliminare a particulelor solide pentru a produce
un aer ct mai curat. Calitatea aerului ce urmeaz s fie evacuat n atmosfer trebuie s ating
anumite criterii pentru a corespunde exigenelor normelor actuale existente de calitate n scopul
prevenirii i combaterii polurii.
Evaluarea performanei cicloanelor s-a realizat prin utilizarea amestecurilor eterogene
fin - aer, n diferite condiii de funcionare ale acestora. Evaluarea performanei s-a realizat
prin intermediul parametrului denumit eficiena separrii.
5.3. Metodica cercetrii experimentale
n vederea atingerii obiectivului general al cercetrilor experimentale, precum i a
obiectivelor complementare specificate n subcapitolul 5.1, s-a conceput i urmrit metodica
general de cercetare prezentat n figura 5.1.
Fig. 5.1. Metodica cercetrii experimentale
33
Cu scopul ndeplinirii metodicii generale au fost realizate urmtoarele activiti:
aciuni preliminare cercetrilor experimentale;
cercetri experimentale n laborator.
5.4. Aparatura i echipamentele utilizate n cercetarea experimental
5.4.1. Aparate pentru msurarea vitezelor, debitelor i temperaturilor curenilor de
aer
Pentru msurarea vitezelor, debitelor curenilor de aer i a temperaturilor a fost utilizat
dispozitivul multifuncional VT 300 care permite msurarea acestor parametrii ai aerului cu
ajutorul a dou sonde: anemometrul cu fir cald i anemometrul cu elice prezentate n figura 5.3.
VT 300 este un instrument multifuncional, compatibil cu toate sondele SMART PRO i cu toate
sondele de temperatur termocuplu K.
Fig. 5.3. Instrument multifuncional VT 300: 1- anemometru cu elice;
2- anemometru cu fir cald.
5.4.2. Dispozitiv pentru analiza granulometric prin clasare mecanic (analiz la sit)
se utilizeaz pentru amestecuri eterogene polidisperse, de tip solid-solid, a cror particule au
dimensiunile mai mari de 50...70 m. Dispozitivul utilizat pentru efectuarea analizei la sit
(dispozitivul Makarov) este prevzut cu un numr prestabilit de site plane, cu carcasa de form
cilindric, dispuse n cascad (suprapuse, figura 5.5).
Cantitatea minim de material cu care se ncarc sita superioar se adopt n funcie de
dimensiunea maxim a particulelor din amestecul eterogen, supus analizei granulometrice.
Dup ncrcarea sitei superioare cu o cantitate M de material, ansamblului sitelor li se
imprim, o micare de scuturare, pe vertical. n urma operaiei de scuturare se obin n fiecare
compartiment al aparatului cantiti distincte de material, fiecare cantitate avnd granulaii
diferite.
a)
b)
Fig. 5.5. Dispozitiv cu site ENDECOTTS EFL 2000/2 , (http://www.materials.co.uk)
a) Schema de principiu a dispozitivului Makarov [Rus, F., 2001]
b) Dimensiunile ochiurilor sitelor.
34
5.4.3. Manometru cu tub U
Avnd o construcie simpl, aparatele cu lichid se utilizeaz pe scar larg pentru
msurarea presiunilor. Principiul de funcionare se bazeaz pe legea fundamental a hidrostaticii,
comparndu-se presiunea de msurat cu presiunea hidrostatic a unei coloane de lichid (mercur,
ap, alcool etilic etc.). Se utilizeaz pentru msurarea suprapresiunilor (manometre),
depresiunilor (vacuummetre), suprapresiunilor i depresiunilor (manovacuummetre) i
diferenelor de presiune (manometre difereniale).
Fig. 5.6. Manometru cu tub U (http://www.termo.utcluj.ro/)
Constructiv, manometrele cu tub U sunt cele mai simple aparate fiind compuse dintr-un
suport rigid 1 pe care sunt fixate cele dou brae ale tubului din sticl 2 i scara gradat 3 (figura
5.6).
5.4.4. Tahometru digital EBRO DT 2236 - msoar optic sau prin contact viteza de
rotaie sau viteza periferic i dispune de memorie intern (fig. 5.8).
Fig. 5.8. Tahometru digital EBRO DT 2236
[http://shop.micronplus.ro]
Fig. 5.9. Balan tehnic electronic
[www.sartorom.ro]
5.4.5. Aparat utilizat pentru msurarea masei probelor utilizate
Pentru msurarea masei boabelor de gru, n cadrul cercetrii experimentale de laborator,
s-a utilizat o balan tehnic electronic (fig. 5.9).
Principalele caracteristici ale acestui tip de cntar sunt: sarcina maxim, 6 kg; precizia de
msurare, 2 g; afiaj digital pe ecran LCD.
5.5. Desfurarea cercetrilor experimentale
Cercetrile experimentale asupra procesului de separare s-au desfurat n laboratorul
specializat NS11 al Facultii de Alimentaie i Turism din cadrul Universitii Transilvania din
Braov utiliznd probe de fin cu diferite granulaii ale particulelor constituente. n figura 5.10.
se prezint schema de desfurare a cercetrilor experimentale.
35
Fig. 5.10. Schema de desfurare a cercetrilor experimentale
n figura 5.11. a), b), este prezentat instalaia de experimentare i principalele ei pri
componente.
a)
36
b)
Fig. 5.11. Componentele instalaiei de experimentare
5.5.1. Descrierea instalaiei experimentale
Standul experimental de laborator a fost realizat pentru a determina eficiena separrii
solid-gaz a unor cicloane cu diferite configuraii geometrice. Prile componente se pot urmri in
figura 5.11.
Instalaia experimental este compus dintr-un cadru suport (1) pe care este montat
ventilatorul centrifugal (2) antrenat de un motor electric trifazic asincron (3) de 3 kW i 1425
rot/min. Captul opus al cadrului este prevzut cu un dispozitiv (4) care permite montarea i
demontarea rapid a cicloanelor de lucru. Pentru alimentarea cu material pulverulent, pe cadrul
respectiv, la ieirea din ventilator este montat un dozator cu melc (5) antrenat de un motor de 12
V curent continuu (6).
Pentru modificarea debitului de aer al ventilatorului, motorul de antrenare al acestuia
este prevzut cu un variator de frecven SV040iG5A-4 (7) de la firma Elgi Industrial Systems
care permite modificarea turaiei acestuia n limite foarte largi obinndu-se debite ale
ventilatorului cuprinse ntre 15 m
3
/h i 824 m
3
/h.
Debitul dozatorului melcat poate fi de asemenea modificat prin varierea turaiei
motorului cu ajutorul unui rezistor variabil de 29 (8). Motorul de antrenare al dozatorului este
alimentat de un acumulator de 12 V i 65 A (9) i o surs stabilizat (10) de curent continuu de
40 V i 5 A.
Debitul de aer furnizat de ventilator asigur transportul particulelor solide prin conducta
de transport (11) n ciclonul de lucru (12). Alimentarea cu material pulverulent se face printr-o
gur de alimentare (13) montat dup diafragma poziionat la ieirea din ventilator. Diafragma a
fost conceput n aa fel nct s nu permit acumularea de material n conducta de transport.
Comenzile dozatorului cu melc i a motorului electric trifazat sunt poziionate pe panoul
principal de comand (14) al standului experimental.
5.5.2. Analiza granulometric a materialului supus separrii
Pentru aprecierea din punct de vedere al fineii mrunirii materialelor obinute de la
diverse mori, este necesar s se fac analiza granulometric a acestora. Ca rezultat al analizei
granulometrice se pot stabili dimensiunile limit (minime i maxime) ale materialului mrunit
analizat, precum i ponderea cantitativ a fiecrei fracii n materialul analizat. De asemenea,
analiza granulometric permite determinarea i a altor indici ce caracterizeaz calitatea
produsului i anume: dimensiunea medie a particulelor materialului mrunit, gradul de
37
mrunire al acestuia, suprafaa specific etc.
Analiza granulometric s-a efectuat pentru dou tipuri de fin alb de gru: fin tip 000 i
fin tip 650. Din fiecare tip de fin s-au prelevat un numr de trei probe a cte 100 g fin pentru
analiza granulometric. Aspecte din timpul determinrilor se pot observa n figura 5.22.
Fig. 5.22. Aspecte din timpul determinrilor
5.5.2.1. Analiza granulometric pentru fina tip 000
n tabelul 5.6. sunt nregistrate rezultatele msurtorilor pentru fina alb de gru tip 000,
pentru proba 1, iar n tabelul 5.7. sunt nregistrate datele experimentale obinute n urma analizei
granulometrice.
Tabelul 5.6.
Rezultatele msurtorilor pentru fina tip 000 PROBA 1
Dim.ochi
[mm]
Masa sita
[g]
Masa totala [g]
Masa macinis
[g]
0,16 400,5 425,00 24,50
0,125 392 430,80 38,80
0,09 366,4 388,80 22,40
0,063 368,4 382,30 13,90
0,045 376,1 376,30 0,20
0 510,2 510,40 0,20
100,00
Tabelul 5.7.
Datele experimentale fin tip 000 PROBA 1
l
i
[mm] d
i
[mm] a
i
(%) T
i
(%) R
i
(%)
0 0,023 0,20 0 100,00
0,045 0,054 0,20 0,2 99,80
0,063 0,077 13,90 0,4 99,60
0,09 0,108 22,40 14,3 85,70
0,125 0,143 38,80 36,7 63,30
0,16 0,170 24,50 75,5 24,50
0,18 0,180 100,00 100 0,00
Analiza granulometric a finii tip 000 - PROBA 1
100,00 99,80 99,60
85,70
63,30
24,50
0,00 0 0,2 0,4
14,3
36,7
75,5
100
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
0 0,045 0,063 0,09 0,125 0,16 0,18
Ochi sita[mm]
R
,
T
[
%
]
Refuz sita
Trecere sita
Fig.5.23. Variaia lui T i R (%) n funcie de dimensiunea orificiilor sitei pentru fina tip 000 - PROBA 1
38
n tabelul 5.7, R
i
reprezint procentul de material cu dimensiunea mai mare dect
dimensiunea orificiului sitei li (rmas pe sit); Ti (%) - procentul de material cu dimensiunea
mai mic dect dimensiunea orificiului sitei li (trecut pe sit); a
i
(%) - procentul de material cu
dimensiunea cuprins ntre dimensiunile li i li+1 ale sitelor alturate; di[mm] - dimensiunea
medie a particulelor fraciei; li[mm] - dimensiunea ochiului sitei; a
i
(%)=(m
i
/m
prob
)*100; m
i
(g)
- masa de material pe sita cu orificiul sitei li; m
proba
(g) - masa probei.
Diametrul mediu al particulelor de material obinut n urma calculelor pentru proba 1 din
fina tip 000 este d
m
=0,131807 [mm], iar suprafaa specific medie obinut este S
sm
= 0,037803
[m
2
/kg].
5.5.2.2. Analiza granulometric pentru fina tip 650
n tabelul 5.15 sunt nregistrate rezultatele msurtorilor pentru fina alb de gru tip 650,
pentru proba 1, iar n tabelul 5.16 sunt nregistrate datele experimentale obinute n urma analizei
granulometrice.
Tabelul 5.15.
Rezultatele msurtorilor pentru fina tip 650PROBA 1
Dim.ochi
[mm]
Masa sita
[g]
Masa totala [g]
Masa macinis
[g]
0,16 400,5 419,80 19,30
0,125 392 435,00 43,00
0,09 366,4 393,70 27,30
0,063 368,4 378,50 10,10
0,045 376,1 376,30 0,20
0 510,2 510,30 0,10
100,00
Tabelul 5.16.
Datele experimentale fin tip 650 PROBA 1
l
i
[mm] d
i
[mm] a
i
(%) T
i
(%) R
i
(%)
0 0,023 0,10 0 100,00
0,045 0,054 0,20 0,1 99,90
0,063 0,077 10,10 0,3 99,70
0,09 0,108 27,30 10,4 89,60
0,125 0,143 43,00 37,7 62,30
0,16 0,170 19,30 80,7 19,30
0,18 0,180 100,00 100 0,00
Analiza granulometrica a finii tip 650 - PROBA 1
100,00 99,90 99,70
89,60
62,30
19,30
0,00 0 0,1 0,3
10,4
37,7
80,7
100
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
0 0,045 0,063 0,09 0,125 0,16 0,18
Ochi sita[mm]
R
,
T
[
%
]
Refuz sita
Trecere sita
Fig.5.29.Variaia lui T i R (%) n funcie de dimensiunea orificiilor sitei pentru fina tip 650- PROBA 1
Diametrul mediu al particulelor de material obinut n urma calculelor pentru proba 1 din
fina tip 650 este d
m
= 0,13129 [mm], iar suprafaa specific medie obinut este S
sm
= 0,037357
[m
2
/kg].
5.5.3. Metodica de experimentare
Dup pornirea instalaiei, se ateapt atingerea strii de echilibru a sistemului, dup care
39
se msoar cu anemometrul temperatura curentului de aer i se ncepe monitorizarea
parametrilor. Parametrii care prezint importan n acest studiu experimental sunt urmtorii:
debitul de alimentare cu amestec, debitele de evacuare, cderea de presiune n ciclon,
concentraia amestecurilor eterogene la alimentarea i la ieirea din ciclon, vitezele curenilor de
aer. n tabelul 5.24 sunt nregistrate valorile principalilor parametri specifici mersului n gol al
instalaiei experimentale, n
v
reprezint turaia ventilatorului centrifugal n [rot/min], v viteza,
[m/s]; Q debitul volumic de aer, [m
3
/h] i T- temperatura curentului de aer n [C].
Tabelul 5.24.
Valorile nregistrate la mersul n gol al instalaiei experimentale
Ieire ventilator Ieire tub central Ieire ecluz
n
v
[rot/min]
v
[m/s]
Q
[m
3
/h]
T
[C]
v
[m/s]
Q
[m
3
/h]
T
[C]
v
[m/s]
Q
[m
3
/h]
T
[C]
p
[mm col
H
2
O]
1600 22.7 556 26.1 0.8 35 26.8 0.8 9 26.4 29
2126 30 738 30.5 5.2 125 29.1 0.7 17 29 22
2373 33.6 824 29.3 6.1 149 28.7 0.8 19 28.7 17
1000 14.1 340 26 0.4 18 26.9 0.4 4 26.5 8
500 7 171 26.2 0 0 27 0 0 26 3
n cadrul cercetrilor experimentale s-au utilizat doar primele trei valori ale debitelor de
aer (556, 738 i 824 [m
3
/h]), ntruct debitele de 340 i 171 [m
3
/h] s-au dovedit a fi ineficiente,
realizarea transportului materialului supus separrii fiind vizibil ngreunat, aproape imposibil,
determinnd depunerea acestuia n conducta de transport situat ntre ventilator i racordul de
intrare al ciclonului.
Principala component a instalaiei supus observaiei este ciclonul de separare solid-gaz.
Proprietile fazei continue, n acest caz, aerul, sunt urmtoarele:
- Temperatura: 26 29 [ C];
- Densitatea aerului: 1,2 [kg/m
3
].
Proprietile fazei discontinue, a particulelor de fin, sunt urmtoarele:
- Densitatea finii: 1110 [kg/m
3
];
- Umiditatea finii: 12 %.
Obiectivul principal al studiului prezent a fost comparaia performanelor de separare a
11 tipo-dimensiuni de cicloane a cror configuraie geometric este prezentat n tabelul 5.25.
Cicloanele au fost testate n dou cazuri: primul caz - debite diferite, concentraia
solidului constant i n cel de-al doilea caz debit constant, concentraii de solid diferite.
Tabelul 5.25.
Configuraia cicloanelor testate
Ciclon H[m] h [m] h
1
[m] Lungime tub central[m] s[m]
CS_1 1.060 0.560
CS_2 0.875 0.375
CS_3 0.750 0.250
0.500
CS_4 1.260 0.560
CS_5 1.075 0.375
CS_6 0.950 0.250
0.700
CS_7 1.460 0.560
CS_8 1.275 0.375
CS_9 1.150 0.250
0.900
0.19 0.152
CS_4a 1.260 0.560 0.35
CS_4b 1.260 0.560
0.700 0.38
0.28
n primul caz, pentru fiecare tip de ciclon studiat s-au folosit cte 1000 grame de fin tip
000 cntrit cu balana tehnic electronic. Msurtorile s-au efectuat pentru trei debite de aer
diferite i anume: 556 [m
3
/h]; 738 [m
3
/h] i 824 [m
3
/h] pentru care s-au utilizat cte 5 probe de
material pulverulent, fin, cu dimensiuni cuprinse ntre 20 i 170 [m], pentru care s-a fcut
analiza granulometric.
40
n cel de-al doilea caz, pentru fiecare tip de ciclon studiat, s-au folosit trei cantiti de
fin: 1500, 2000 i respectiv 2500 grame. Msurtorile s-au efectuat pentru un debit de aer
constant 738 [m
3
/h] pentru care s-au utilizat ca i n cazul precedent cte 5 probe de material
pulverulent.
5.6. Rezultatele cercetrilor experimentale
5.6.1. Ciclon CS_1
Ciclonul CS_1 const dintr-un corp cilindric cu diametrul de 240 mm i lungime de 560
mm n care aerul intr tangenial printr-un racord de alimentare cu seciune dreptunghiular, cu
lungimea de 122 mm i limea de 61 mm. Corpul cilindric se continu la partea inferioar cu un
corp conic cu lungimea de 500 mm. Ciclonul este prevzut la partea superioar cu un tub central
concentric cu corpul cilindric destinat evacurii fazei cu densitate mai mic, precum i cu o
ecluz la partea inferioar pentru evacuarea fazei cu densitate mai mare.
Ciclonul este construit din material plastic transparent pentru vizualizarea ndeaproape a
procesului de separare n cmp centrifugal.
Masa de material recuperat pe la partea inferioar a ciclonului se obine prin diferena
dintre masa sacului plin cu material cntrit dup oprirea instalaiei i masa sacului gol cntrit
nainte de pornirea instalaiei. Alimentarea cu fina cntrit se face prin plnia dozatorului cu
melc. Cteva aspecte din timpul experimentelor sunt prezentate n figura 5.36.
Fig. 5.36. Aspecte din timpul determinrilor
Valorile obinute n urma msurtorilor, precum i a calculelor efectuate, n primul caz
studiat (debite diferite, concentraia de solid constant), pentru ciclonul CS_1 sunt nregistrate n
tabelul 5.26.
Tabelul 5.26.
Valorile obinute n primul caz pentru CS_1
Qv
[m
3
/h]
Proba
m
i
[g]
m
e
[g]
Timp
descrcare
dozator
[min]
Timp
total
[min]
p
[mm col
H
2
O]
E
[%]
Qs
[kg/h]
Qamestec
[kg/h]
v
[m/s]
P1 1000 898 3,15 4,3 12 89,8 19,04 685,76 22,7
P2 1000 875 3,15 4,38 12 87,5 19,04 685,76 22,7
556 P3 1000 882 3,15 4,2 12 88,2 19,04 685,76 22,7
P4 1000 901 3,15 4,42 12 90,1 19,04 685,76 22,7
41
P5 1000 906 3,15 4,29 12 90,6 19,04 685,76 22,7
P1 1000 978 3,15 4,3 22 97,8 19,04 904,64 30
P2 1000 981 3,15 4,31 22 98,1 19,04 904,64 30
738 P3 1000 989 3,15 4,34 22 98,9 19,04 904,64 30
P4 1000 985 3,15 4,31 22 98,5 19,04 904,64 30
P5 1000 983 3,15 4,36 22 98,3 19,04 904,64 30
P1 1000 970 3,15 4,2 29 97 19,04 1001,84 33,6
P2 1000 974 3,15 4,12 29 97,4 19,04 1001,84 33,6
824 P3 1000 971 3,15 4,26 29 97,1 19,04 1001,84 33,6
P4 1000 978 3,15 4,29 29 97,8 19,04 1001,84 33,6
P5 1000 975 3,15 4,2 29 97,5 19,04 1001,84 33,6
Influena debitului de aer asupra eficienei de separare, CS_1
80
85
90
95
100
556 556 556 556 556 738 738 738 738 738 824 824 824 824 824
Debit de aer, m3/h
E
f
i
c
i
e
n
a
s
e
p
a
r
r
i
i
,
%
Fig. 5.37.Influena debitului de aer asupra eficienei de separare pentru CS_1
n figura 5.37 este prezentat graficul influenei debitului de aer asupra eficienei de separare
pentru modelul de ciclon CS_1. Graficul evideniaz faptul c pentru valoarea cea mai mic a
debitului utilizat n cercetare s-au obinut cele mai mici valori ale eficienei separrii, separarea
particulelor fiind ngreunat i formarea curenilor turbionari n interiorul ciclonului fiind mai
dificil, lucru ce se poate observa i n figura 5.38 a). La o valoare a debitului volumic de aer de
738 m
3
/h, s-au nregistrat rezultatele cele mai bune ale eficienei separrii (98,9 %), formarea
vrtejurilor n interiorul ciclonului s-a produs fr dificultate, figura 5.38, b). Din grafic se mai
poate observa c eficiena separrii descrete dac se mrete debitul volumic la valoarea de 824
m
3
/h, figura 5.38, c).
a) debit 556 [m
3
/h]; b) debit 738 [m
3
/h]; c) debit 824 [m
3
/h].
Fig. 5.38. Vizualizarea procesului de separare n ciclon
n figura 5.39 este prezentat graficul de variaie a eficienei separrii cu viteza de intrare
n ciclon pentru modelul de ciclon CS_1. Din grafic se poate observa faptul c pentru viteza de
30 m/s s-au obinut cele mai ridicate valori ale eficienei separrii, separarea n acest caz avnd
42
loc fr dificultate. La creterea vitezei de intrare la o valoare de 33.6 m/s se constat o scdere a
valorilor eficienei de separare. Separarea amestecului eterogen a fost ineficient, dup cum
rezult din grafic, la utilizarea vitezei de 22.7 m/s.
80
85
90
95
100
Eficiena separrii,
%
P1 P2 P3 P4 P5
Proba de material
Variaia eficienei separrii cu viteza de intrare n ciclon, CS_1
v=22,7 m/s
v=30 m/s
v=33,6 m/s
Fig. 5.39. Variaia eficienei separrii cu viteza de intrare n ciclon model CS_1
5.7. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor cercetrilor experimentale
Rezultatele cercetrilor experimentale pentru cele dou cazuri studiate sunt nregistrate n
tabelul 5.31.
Tabelul 5.31.
Rezultatele cercetrilor experimentale
Debite diferite [m
3
/h] Concentraii diferite [kg/h]
Ciclon
556 738 824 22.38 23.80 24.75
Media
E[%]
CS_1 89.24 98.32 97.36 98.58 99.04 99.35 96.98
CS_2 97.14 98.48 98.5 98.99 99.18 99.32 98.60
CS_3 92.22 98.56 99.06 98.70 99.25 99.25 97.84
CS_4 96.28 98.84 99.04 99.19 99.17 99.41 98.65
CS_5 93.18 97.96 96.68 97.03 99.43 99.24 97.25
CS_6 93.06 95.10 94.88 96.14 97.19 97.60 95.66
CS_7 91.68 99.22 99.24 98.69 98.86 96.45 97.35
CS_8 94.26 96.62 95.98 98.70 98.10 98.06 96.95
CS_9 88.40 94.22 93.52 95.79 97.71 98.00 94.60
CS_4a 97.16 98.54 98.16 98.48 98.60 98.53 98.24
CS_4b 98.26 98.72 98.38 98.61 98.24 98.68 98.48
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
E
f
i
c
i
e
n
a
s
e
p
a
r
r
i
i
,
%
CS_1 CS_2 CS_3 CS_4 CS_5 CS_6 CS_7 CS_8 CS_9 CS_4aCS_4b
Tipul de ciclon
Influena debitului volumic de aer asupra tipo-dimensiunilor de cicloane
Qv=556 m3/h
Qv=738 m3/h
Qv=824 m3/h
Fig. 5.49.Influena debitului volumic de aer asupra tipo-dimensiunilor de cicloane
n figura 5.49 se prezint graficul influenei debitului volumic de aer asupra tipo-
dimensiunilor de cicloane. Din grafic se poate observa faptul c pentru debitul volumic de 556
m
3
/h s-a obinut valoarea cea mai ridicat a eficienei separrii de 98.26 % corespunztoare
modelului de ciclon CS_4b, n timp ce pentru debitele volumice de aer 738 m
3
/h, respectiv 824
m3/h, s-au obinut valorile cele mai ridicate ale eficienei separrii de 99.22 % , respectiv 99.24
%, corespunztoare modelului de ciclon CS_7.
43
93
94
95
96
97
98
99
100
E
f
i
c
i
e
n
a
s
e
p
a
r
r
i
i
,
%
CS_1 CS_2 CS_3 CS_4 CS_5 CS_6 CS_7 CS_8 CS_9 CS_4aCS_4b
Tipul de ciclon
Influena concentraiei de solid asupra tipo-dimensiunilor de cicloane
Qs=22,38 kg/h
Qs=23,8 kg/h
Qs=24,75 kg/h
Fig. 5.51.Influena concentraiei de solid asupra tipo-dimensiunilor de cicloane
n figura 5.51 se prezint graficul influenei concentraiei de solid asupra tipo-
dimensiunilor de cicloane. Din grafic se poate observa faptul c la o concentraie de 22.38 kg/h
s-a obinut valoarea cea mai ridicat a eficienei separrii de 99.19 % corespunztoare modelului
de ciclon CS_4; la o concentraie de 23.8 kg/h s-a obinut o valoare ridicat a eficienei separrii
de 99.43 % corespunztoare modelului de ciclon CS_5, iar pentru concentraia de 24.75 kg/h s-a
obinut valoarea cea mai ridicat a eficienei separrii de 99.41 % pentru modelul de ciclon
CS_4.
Influena tipo-dimensiunilor de cicloane asupra eficienei de
separare
92
93
94
95
96
97
98
99
CS_1 CS_2 CS_3 CS_4 CS_5 CS_6 CS_7 CS_8 CS_9 CS_4a CS_4b
Tipul de ciclon
M
e
d
i
a
e
f
i
c
i
e
n
e
l
o
r
s
e
p
a
r
r
i
i
,
%
Fig. 5.53. Influena tipo-dimensiunilor de cicloane asupra eficienei de separare
n graficul din figura 5.53 se prezint influena tipo-dimensiunilor de cicloane asupra
eficienei de separare. Din grafic se poate observa faptul c pentru modelul de ciclon CS_4 s-a
obinut valoarea cea mai bun a eficienei separrii, 98.65 %, ceea ce l recomand ca fiind cel
mai bun tip de ciclon dintre cele studiate n cadrul tezei de doctorat. Modelul de ciclon pentru
care eficiena separrii a fost cea mai redus, nregistrnd o valoare de numai 94.60 %, a fost
reprezentat de ciclonul CS_9, dup cum reiese i din grafic.
86,00
88,00
90,00
92,00
94,00
96,00
98,00
100,00
Eficiena separrii,
%
0,250 0,375 0,560
Lungimea prii cilindrice a ciclonului, m
Influena lungimii prii cilindrice asupra eficienei de separare n
funcie de debitul de aer
Qv=556 m3/h
Qv=738 m3/h
Qv=824 m3/h
Fig. 5.54. Influena lungimii prii cilindrice asupra eficienei de separare n funcie de debitul de aer
44
n figura 5.54. se prezint graficul influenei lungimii prii cilindrice asupra eficienei de
separare n funcie de debitul de aer. Conform graficului rezult faptul c pentru lungimea de
0.560 m (corespunztoare modelelor de cicloane: CS_1, CS_4, CS_7, CS_4a i CS_4b) s-au
nregistrat valorile cele mai ridicate ale eficienei separrii indiferent de debitul de aer utilizat n
cercetare. De asemenea, se constat c pentru o lungime a prii cilindrice a ciclonului de 0.560
m i un debit volumic de aer de 738 m
3
/h s-a obinut cea mai ridicat valoare a eficienei
separrii.
95,5
96
96,5
97
97,5
98
98,5
99
Eficiena de
separare, %
0,250 0,375 0,560
Lungimea prii cilindrice a ciclonului, m
Influena lungimii prii cilindrice asupra eficienei de separare n
funcie de concentraia de solid
Qs=22,38 kg/h
Qs=24 kg/h
Qs=24,75 kg/h
Fig.5.55.Influena lungimii prii cilindrice asupra eficienei de separare n funcie de
concentraia de solid
90,00
92,00
94,00
96,00
98,00
100,00
Eficiena separrii,
%
0,500 0,700 0,900
Lungimea prii conice a ciclonului, m
Influena lungimii prii conice asupra eficienei separrii n funcie
de debitul de aer
Qv=556 m3/h
Qv=738 m3/h
Qv=824 m3/h
Fig. 5.56.Influena lungimii prii conice asupra eficienei separrii n funcie de debitul de aer
96,5
97
97,5
98
98,5
99
99,5
Eficiena separrii,
%
0,500 0,700 0,900
Lungimea prii conice a ciclonului, m
Influena lungimii prii conice asupra eficienei de separare n
funcie de concentraia de solid
Qs=22,38 kg/h
Qs=24 kg/h
Qs=24,75 kg/h
Fig. 5.58. Influena lungimii prii conice asupra eficienei de separare n funcie de concentraia de solid
Conform graficului influenei lungimii prii cilindrice asupra eficienei de separare n
funcie de concentraia de solid, ilustrat n figura 5.55, se poate constata faptul c pentru valoarea
concentraiei de solid de 24 kg/h s-au obinut rezultatele cele mai bune ale eficienei separrii.
Totodat, se constat din grafic faptul c lungimea prii cilindrice a ciclonului de 0.375 m este
45
mult mai eficient n comparaie cu celelalte lungimii utilizate n cadrul cercetrilor
experimentale.
n graficul din figura 5.56 se prezint influena lungimii prii conice asupra eficienei
separrii n funcie de debitul de aer. Din grafic rezult c lungimea de 0.700 m (corespunztoare
modelelor de cicloane: CS_1, CS_2 i CS_3) i valoarea debitului volumic de aer 738 m
3
/h, sunt
mult mai eficiente n procesul de separare.
n figura 5.58 se prezint graficul influenei prii conice asupra eficienei separrii n
funcie de concentraia de solid. Din grafic se constat faptul c pentru lungimea de 0.500 m i
concentraia de solid de 24.75 kg/h utilizat s-a nregistrat cea mai bun eficien a separrii. De
asemenea, conform graficului, pentru lungimea cea mai mare utilizat, 0.900 m, s-au obinut cele
mai sczute valori ale eficienei.
88
90
92
94
96
98
100
Eficiena de
separare, %
0,190 0,380
Lungimea tubului central de evacuare, m
Influena lungimii tubului central asupra eficienei separrii n
funcie de debitul de aer
Qv=556 m3/h
Qv=738 m3/h
Qv=824 m3/h
Fig. 5.60. Influena lungimii tubului central asupra eficienei separrii n funcie de debitul de aer
n figura 5.60 se prezint graficul influenei lungimii tubului central de evacuare asupra
eficienei separrii n funcie de debitul de aer. Din grafic se poate observa faptul c pentru
lungimea tubului central de 0.380 m (corespunztoare modelelor de cicloane CS_4a i CS_4b) s-
au obinut cele mai bune valori ale eficienei separrii. De asemenea, din grafic se mai poate
observa faptul c debitul volumic de aer de 738 m
3
/h a avut cel mai bun randament.
6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUII ORIGINALE. DISEMINAREA
REZULTATELOR. DIRECII VIITOARE DE CERCETARE
6.1. Concluzii generale
Amestecurile eterogene sunt formate din dou sau mai multe faze, una majoritar i
celelalte minoritare, de aceeai natur sau de natur diferit (solid, lichid sau gazoas). Natura
fazelor amestecului eterogen influeneaz asupra proprietilor amestecului eterogen i prin
aceasta se influeneaz asupra mecanismului de producere a operaiei de separare a amestecului
eterogen n fazele constituente.
Alegerea metodei i a utilajului de separare depinde de proprietile sistemului eterogen:
viteza de sedimentare, dimensiunile fazei discontinue, starea de agregare i debitul fazei
continue, concentraia fazei discontinue etc.
Un sistem eterogen se poate gsi la un moment dat ntr-un cmp oarecare de fore:
gravitaional, centrifugal, electric etc., iar urmare a aciunii difereniate a cmpului asupra fazelor
componente ale sistemului eterogen ele se vor separa putnd fi colectate separat.
Sedimentarea const n depunerea particulelor fazei discontinue la baza sau pe pereii
utilajelor de separare, sub aciunea difereniat asupra fazelor constituente a unei fore exterioare,
care poate fi: fora gravitaional, centrifug, fora de inerie sau cea creat de un cmp electric
ca urmare a densitii diferite pe care le prezint fazele amestecului eterogen respectiv.
n suspensiile concentrate, micarea particulelor solide este influenat de prezena
celorlalte particule, fapt ce se manifest prin ciocniri ntre particule, se creeaz un flux ascendent
de fluid n sens contrar celui de deplasare a particulelor, gradieni de vitez mai mari. n aceste
condiii se poate lua n considerare o vitez de sedimentare n raport cu pereii separatorului,
46
denumit viteza de sedimentare aparent i o vitez de sedimentare n raport cu fluidul,
denumit viteza de sedimentare relativ.
Sistemele eterogene solid-gaz (suspensii gazoase) se prezint sub forma unui mediu
gazos n care se gsesc n suspensie particulele solide sau lichide. n acest sens, n funcie de
provenien, sistemele eterogene gazoase se mpart n dou categorii: dispersii mecanice i
dispersii condensate.
6.2. Concluzii privind cercetrile teoretice i experimentale
Utilizarea mediilor de analiz numeric CFD, n cazul dat ANSYS CFX-5.7, n cadrul
cercetrii sistemelor de purificare a aerului cu cicloane, permite determinarea parametrilor
importani cum ar fi: distribuia presiunii si cmpului de viteze in interiorul ciclonului;
determinarea liniilor de curgere ale curentului generat de alimentarea tangenial; aprecierea
performanei de separare a cicloanelor i muli ali parametri. Acest fapt permite aprecierea
performanei obiectului studiat fr cheltuieli considerabile, cu efort minim i maxim
operativitate.
Calculele tridimensionale sunt de un real ajutor pentru a explica procesul de separare,
care s cuprind toate elementele sale eseniale, inclusiv interaciunea particulelor cu peretele
ciclonului sau acumularea acestora n apropierea orificiului de scurgere inferior.
n mediul ANSYS Workbench-10 au fost discretizate profilele cicloanelor ntr-o reea de
elemente finite, care, n continuare, au fost exportate n mediul CFX. n rezultatul stabilirii
condiiilor de limit, alegerii modelului de turbulen, preciziei de calcul etc., s-a determinat
distribuia presiunii exercitate de fluid asupra peretelui ciclonului. De asemenea, n modulul de
vizualizare a rezultatului experimentului CFD (CFX-Post) au fost analizate calitativ liniile de
curgere a fluidului i particulelor solide de fin pe suprafee plane verticale orientate pe direcia
de curgere a amestecului i liniile de curgere a aerului i particulelor solide de fin pe suprafee
plane orizontale. De asemenea, s-a analizat distribuia vitezei superficiale a aerului i a finii.
Pentru modelul de ciclon CS_4 s-a obinut valoarea cea mai bun a eficienei separrii,
98.65 %, ceea ce l recomand ca fiind cel mai bun tip de ciclon dintre cele studiate n cadrul
tezei de doctorat. Modelul de ciclon pentru care eficiena separrii a fost cea mai redus,
nregistrnd o valoare de numai 94.60 %, a fost reprezentat de ciclonul CS_9.
Pentru debitul volumic de 556 m
3
/h s-a obinut valoarea cea mai ridicat a eficienei
separrii de 98.26 % corespunztoare modelului de ciclon CS_4b, n timp ce pentru debitele
volumice de aer 738 m
3
/h, respectiv 824 m3/h, s-au obinut valorile cele mai ridicate ale
eficienei separrii de 99.22 % , respectiv 99.24 %, corespunztoare modelului de ciclon CS_7.
n cazul utilizrii lungimii de 0.560 m (corespunztoare modelelor de cicloane: CS_1,
CS_4, CS_7, CS_4a i CS_4b) s-au nregistrat valorile cele mai ridicate ale eficienei separrii
indiferent de debitul de aer utilizat n cercetare. Totodat, s-a constatat faptul c pentru o
lungime a prii cilindrice a ciclonului de 0.560 m i un debit volumic de aer de 738 m
3
/h s-a
obinut cea mai ridicat valoare a eficienei separrii.
6.3. Contribuii personale
1. Evidenierea oportunitii i utilitii temei de doctorat, precizndu-se obiectivul
principal al lucrrii ca fiind optimizarea procesului de separare a sistemelor eterogene de tip
solid-gaz n ciclon, precum i obiectivele complementare, pe baza crora s se asigure
ndeplinirea obiectivului propus n totalitate.
2. Efectuarea unei sinteze asupra stadiului actual i perspectivelor referitoare la
tehnologiile i echipamentele de separare a sistemelor eterogene solid-gaz, pe baza creia s se
poat defini mai bine necesitatea i oportunitatea tezei de doctorat.
3. Conceperea, proiectarea i realizarea standului experimental de laborator care s
permit efectuarea cercetrilor experimentale cu scopul studiului procesului de separare n cmp
centrifugal a amestecurilor eterogene.
4. Conceperea, proiectarea i realizarea din material transparent a mai multor tipo-
dimensiuni de cicloane n vederea studiului influenei geometriei acestora asupra procesului de
separare i mbuntirii performanelor instalaiilor existente.
5. Elaborarea metodologiei de experimentare i a modului de lucru.
47
6. Efectuarea cercetrilor experimentale pe standul realizat cu scopul stabilirii celui mai
eficient tip de ciclon din punct de vedere al eficienei separrii.
7. Compararea rezultatelor cercetrilor teoretice cu cele obinute n urma investigaiilor
experimentale n laborator n scopul validrii echipamentelor tehnice proiectate i realizate.
9. Elaborarea unui numr de 12 lucrri tiinifice n domeniul tematicii tezei de doctorat.
6.4. Direcii viitoare de cercetare
Continuarea cercetrilor experimentale asupra procesului de separare a amestecurilor
eterogene de tip solid-gaz n instalaii complexe de tipul bateriilor de cicloane.
Conceperea, proiectarea i realizarea unor noi tipuri de cicloane de separare cu diametrul
prii cilindrice variabil i urmrindu-se influena acestuia asupra eficienei separrii.
Continuarea cercetrilor experimentale asupra procesului de separare utiliznd materiale
pulverulente cu diferite granulaii: mlai, zahr pudr etc.
Studierea procesului de separare a sistemelor eterogene de tip solid-gaz n cicloanele cu
aplicaie n domeniul casnic i anume la aspiratoare.
BIBLIOGRAFIE SELECTIV
1. Angelescu, A., Ponoran, I., Ciobotaru, V. Mediul ambiant i dezvoltarea durabil, Ed.
A.S.E, Bucureti, 1999.
2. Backhurst, J. R., Harker, J. H., Richardson, J. F. Chemical Engineering, Solutions to
Problems in Volume 2, Butterworth-Heinemann, ISBN 0 7506 5639 5, 2002.
3. Banu, C. Manualul inginerului de industrie alimentar, Vol. I i II, Editura Tehnic,
Bucureti, 2000.
4. Bic, C. Exploziile datorate pulberilor din industria alimentar, Editura Universitii
Transilvania, 2004.
5. Bird, R. B., Stewart, W. E. and Lightfoot, E. N. Transport phenomena 2 edn John Wiley
& Sons New York, 2002.
6. Bloor, M.I.G., Ingham, D.B. The flow in industrial cyclone, Journal of Fluid Mechanics,
pp. 507-519, 1987.
7. Brtucu, Gh. Maini i instalaii de ridicat i transportat n industria alimentar i
agricultur, Universitatea Transilvania din Braov, 1994.
8. Cheremisinoff, N. P. Handbook of Chemical Processing Equipment, Ed. Butterworth-
Heinemann, S.U.A., ISBN 0-7506-7126-2, 2000.
9. Colda, I., Damian, A. Instalaii i echipamente de desprfuire, Editura Conspress,
Bucureti, 2005.
10. Florea, J., Robescu, D. Hidrodinamica instalaiilor de transport hidropneumatic i de
depoluare a apei i a aerului, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982.
11. Florescu I. Mecanica fluidelor - Note de curs pentru uzul studenilor, Editura Alma
Mater, Bacu, 2007.
12. Fontein, D. F. Cyclone separator of solid mixtures of different grain size and specific
gravity, U.S. patent No. 2,550,341, 1951.
13. Hoffmann, A. C., Stein, L. E. Gas Cyclones and Swirl Tubes - Principles, Design and
Operation, 2nd Edition Springer Berlin Heidelberg New York, 2008.
14. Ipate, G. Studii i cercetri privind procesul de separare a suspensiilor n vederea
modernizrii echipamentelor din instalaiile de epurare a apelor uzate, tez de doctorat,
Bucureti, 2011.
15. Ipate, G., Casandroiu, T. Numerical study of liquid-solid separation process inside the
hydrocyclones whit different generatrix of the cone, MOCM-14, vol.2, Romanian
Technical Sciences Academy, 2008.
16. Ipate, G., Casandroiu, T. A three-dimensional simulation of separation proces in
hydrocyclones whit different generatrix of the cone, INMATEH Agricultural
Engineering, Vol.2, No. 25, pp 168-176, 2008.
17. Kegg, S. A numerical investigation of gas cyclone separation efficiency with comparison
to experimental data and presentation of a computer-based cyclone design methodology,
Thesis, 2008.
48
18. Klinzing, G.E., Rizk, F. et al. Pneumatic Conveying of Solids, Third edition, Springer
Dordrecht Heidelberg, ISBN 978-90-481-3608-7, London, New York, 2010.
19. Knowlton, T. M. Handbook of Fluidization and Fluid-Particle Systems, Edited by Wen-
Ching Yang, ISBN: 978-0-8247-0259-5, CRC Press, 2003.
20. Lapple, C. E. Fluid and particle mechanics, University of Delaware, Newark, Delaware,
U.S.A., 1951.
21. Lzroiu, Gh., Soluii moderne de depoluare a aerului, Editura: A.G.I.R, 2006.
22. Leith, D. Cyclones. In M. E. Fayed, L. Otten (Eds.) Handbook of Powder Science and
Technology, pp.730-745, City: Van Nostrand Reinhold Company, 1984.
23. Licht, W. Air pollution control engineering, Marcel Dekker Inc., New York, 1980.
24. Martignoni, W. P., Bernardo, S., Quintani, C. L. Evaluation of cyclone geometry and its
influence on performance parameters by computational fluid dinamics (CFD), vol. 24,
no. 01, pg. 83 - 94, Brazilian Journal of Chemical Engineering, ISSN 0104-6632, 2007.
25. Manea, D. Studii i cercetri privind optimizarea procesului de distribuie al unei
semntori de cereale pioase cu dozare centralizat, Universitatea Transilvania,
Braov, 2011.
26. Moraru, C., Georgescu, D., Danciu, I. Metode de analiz la cereale, finuri i produse
derivate, vol.3, Galai, 1983.
27. Narasimha, M., Brennan,M.S., et al. A comprehensive CFD model of dense medium
cyclone performance, ScienceDirect, Minerals Engineering 20, pg. 414426, 2007.
28. Nedeff, V. Maini i instalaii pentru industria alimentar, Vol. I, Editura Universitii
din Bacu, Bacu, 1997.
29. Olga Bancea, Sisteme de ventilare industrial, Editura Politehnic, Timioara, 2009.
30. Rhodes, M. Introduction to Particle Technology, 2nd ed, Monash University, Australia,
ISBN 978-0-470-01428-8, 2008.
31. Richardson, J. F. and Zaki, W. N. Sedimentation and fluidization, Trans. Inst. Chem.
Eng., 32, 35, 1954.
32. Rus, F. Bazele operaiilor din industria alimentar, Editura Universitii Transilvania,
Braov, 2001.
33. Rus, F. Operaii de separare n industria alimentar, Editura Universitii Transilvania,
Braov, 2001.
34. Rus, F., Bic, C., erban, E. Operaii unitare. Amestecarea i aglomerarea, Editura
Universitii Transilvania, Braov, 2008.
35. Srbu, S. Cercetri teoretice i experimentale privind optimizarea proceselor de dozare
gravimetric a produselor solide agroalimentare, tez de doctorat, Univ. Transilvania,
Braov, 2010.
36. Svarovsky, L. SolidGas Separation, Elsevier, Amsterdam, 1981.
37. Svarovsky, L. SolidGas separation, in Principles of Powder Technology, ed. M. J.
Rhodes, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, pp. 171192, 1990.
38. Tan, Z. C., Zhang, Y. Advances in Centrifugal Separators for Particulate Matter Control
from Stationary Sources, University of Illinois, Journal of Thermal Science, Volume 11,
Nr. 3, pp. 283-288, 2002.
39. ane, N. Maini i instalaii pentru produse de origine vegetal, Vol. I, Editura
Universitii Transilvania. Braov, 1998.
40. Ursu, P.D. Protejarea aerului atmosferic, ndrumar practic, Editura Tehnic,
Bucureti, 1978.
41. Vitan, F. Ingineria proceselor n textile i pielrie, Vol. II, Editura Tehnic, Bucureti,
2002.
42. Vian, S., Angelescu, A., Alpopi, C., Mediul nconjurtor poluare i protecie, Ed.
Economic, Bucureti, 2000.
43. Voicu, V. Agend pentru combaterea noxelor din industrie, Editura Tehnic, Bucureti,
1994.
44. Wang, L. Theoretical study of cyclone design, tez de doctorat, Texas A&M University,
2004.
49
Curriculum vitae
Europass
Informaii personale
Nume / Prenume
MARINUC Mirela
Adres Str. L.C.Babe, Nr. 4, Bl.16, Braov
E-mail mimy_85@yahoo.com
Naionalitate Romn
Data naterii 04.06.1985
Sex Feminin
Experiena profesional
Perioada 2006-2009
Funcia sau postul ocupat Asistent manager
Activiti i responsabiliti
principale
Secretariat (nregistrare facturi, corespondena, aprovizionarea cu consumabile);
relaia cu furnizorii, la cererea directorului, prezentare de diferite oferte; relaia cu
clienii, pontaje pentru angajai.
Numele i adresa angajatorului S.C. Trimland S.R.L. , Str. Avram Iancu, Nr. 62, Braov
Tipul activitii sau sectorul de
activitate
Comer accesorii de mbrcminte
Educaie i formare
Perioada 2009 - prezent
Calificarea / diploma obinut Doctor n tiine Inginereti
Numele i tipul instituiei de
nvmnt
Universitatea Transilvania din Braov, Facultatea de Alimentaie i Turism,
Catedra Ingineria Produselor Alimentare
Perioada 2009-2011
Calificarea / diploma obinut Master program: Eco-Biotehnologii Agricole i Alimentare
Numele i tipul instituiei de
nvmnt / furnizorului de
formare
Universitatea Transilvania din Braov, Facultatea de Alimentaie i Turism
Perioada 2004-2009
Calificarea / diploma obinut Inginer diplomat
Numele i tipul instituiei de
nvmnt / furnizorului de
formare
Universitatea Transilvania din Braov, Facultatea de Inginerie Mecanic, Utilaje i
instalaii de proces n industria alimentar
Perioada 2000-2004
Calificarea / diploma obinut Tehnician n Industria Alimentar
Numele i tipul instituiei de
nvmnt
Colegiul Tehnic Astra din Braov, profilul Utilaje n Industria Alimentar
Limba(i) strin(e)
cunoscut(e)
Englez, Francez
Permis(e) de conducere Categoria B
Informaii suplimentare
Prim autor sau co-autor a 14 articole publicate n reviste de specialitate din
Romnia.
50
Curriculum vitae
Europass
Personal information
First name / Surname
MARINUC Mirela
Address Str. L.C.Babe, Nr. 4, Bl.16, Braov
E-mail mimy_85@yahoo.com
Nationality Romanian
Date of birth 04.06.1985
Gender Female
Professional experience
Dates 2006-2009
Occupation or position held Assistant Manager
Main activities and
responsibilities
Secretariat (registration bill, correspondence, consumable supplies); relationship
with suppliers, at the request of the Director, presenting various offers to replace
various suppliers; customer relationship, timesheets for employees.
Name and address of employer S.C. Trimland S.R.L. , Str. Avram Iancu, Nr. 62, Braov.
Type of business or sector Trade clothing accessories
Education and training
Dates 2009 - present
Title of qualification awarded PhD of Engineering Sciences
Name of organisation
providing education and training
Transylvania University of Brasov, Faculty of Food and Tourism,
Department: Food Engineering.
Dates 2009-2011
Title of qualification awarded Master Agricultural and Food Eco-Biotechnology
Name of organisation
providing education and training
Transylvania University of Brasov, Faculty of Food and Tourism
Dates 2004-2009
Title of qualification awarded Engineer diplomat
Name of organisation
providing education and training
Transylvania University of Brasov, Faculty of Food and Tourism, Equipment in
food industry
Dates 2000-2004
Title of qualification awarded Technician in the Food Industry
Name of organisation
providing education and training
Technical College Astra Braov, Profile Equipment in Food Industry
Foreign languages English, French
Driving license Category B
Suppplementary information First author or co-author at 14 scientifically papers published in specialized
magazines in Romnia.
51
LUCRRI elaborate de autor n domeniul tezei de doctorat
1. Marinuc, M., Ciulic, L., G., Cpn, I.:
Experimental research regarding the floating
speed determination for different types of cereal in cyclone, 3
rd
International Conference
Advanced Composite Materials Engineering COMAT 2010, ISSN 1844-9336, 2010.
2. Marinuc, M., Hodrnu, M.: Determination of floating rate cereal grain, Journal of
EcoAgriTourism, nr.2(19), vol.6, pg.72-76, ISSN 1844-8577, 2010.
3. Marinuc, M., Rus, F., Ciulic, L. G.: Particularities of heterogeneous systems
separation in cyclone-type devices, Journal of EcoAgriTourism, nr.2(19),vol.6, pg.77-80,
ISSN 1844-8577, 2010.
4. Marinuc, M, Rus, F., Ciulic, L., G.: Experimental research regarding the influence of
inlet geometry and air stream characteristics over separation efficiency, Journal of
Engineering Studies and Research, vol. 17, no. 2, pg. 83-88, ISSN 2068-7559, 2011.
5. Marinuc, M., Rus, F.: The effect of particle size and input velocity on cyclone separation
process, Bulletin of the Transilvania University of Braov, vol.4(53), no.2, pg. 117, ISSN
2065-2135, 2011.
6. Marinuc, M.: Research regarding the influence of particle size and temperature on the
cyclone efficiency, Journal of EcoAgriTourism, vol. 7, nr. 1(22), pg.25, ISSN 1844-8577,
2011.
7. Marinuc, M., Rus, F.: Influence of particle size and inlet geometry in cyclone over the
separation efficiency, Proceedings of the 4
th
International Conference Computational
Mechanics and Virtual Engineering-COMEC 2011, ISBN 978-973-131-122-7, Editura
Lux Libris Publishing House, pg. 157, 2011.
8. Marinuc, M., Rus, F.: The influence of inlet section over the cyclone performance,
Proceedings of the 4
th
International Conference Computational Mechanics and Virtual
Engineering-COMEC 2011, ISBN 978-973-131-122-7, Editura Lux Libris Publishing
House, pg. 151, 2011.
9. Marinuc, M.: Cyclone geometry influence on the number of revolutions in the outer
vortex, Journal of EcoAgriTourism, vol. 8, nr. 1(24), ISSN 1844-8577, pg. 71-76, 2012.
10. Marinuc, M.: Effect of input velocity over the cyclone separation process, Journal of
EcoAgriTourism, vol. 8, nr. 1(24), ISSN 1844-8577, pg. 77-82, 2012.
11. Marinuc, M., Rus, F.: Effect of solid particle size concerning time and sedimentation
rate, Bulletin of the Transilvania University of Braov, vol. 5(54), nr. 1, ISSN 2065-
2135, 2012.
12. Marinuc, M., Ipate, G., Rus, F.: Numerical modeling and simulation of separation
process in cyclone, INMATEH, 2012, (n curs de publicare).
Lucrri prezentate n cadrul pregtirii la coala Doctoral
1. Marinuc, M.: Stadiul actual al realizrilor n domeniul echipamentelor de separare a
sistemelor eterogene solid gaz, Referat de cercetare tiinific pentru doctorat,
Universitatea Transilvania din Braov, 2010.
2. Marinuc, M.: Cercetarea teoretic prin modelare matematic a fenomenelor
caracteristice procesului de separare a sistemelor eterogene de tip solid gaz n cmp
centrifugal n separatoare statice, Referat de cercetare tiinific pentru doctorat,
Universitatea Transilvania din Braov, 2012.
3. Marinuc, M.: Cercetri experimentale privind influena caracteristicilor funcionale i
constructive ale ciclonului i a proprietilor fizico-mecanice ale sistemului eterogen
asupra eficienei procesului de separare, Referat de cercetare tiinific pentru doctorat,
Universitatea Transilvania din Braov, 2012.
52
53
Contribuii privind optimizarea procesului de separare a sistemelor eterogene
de tip solid-gaz n cmp centrifugal
REZUMAT
Conductor tiinific, Doctorand,
Prof. univ. dr. ing. RUS Florean Ing. MARINUC Mirela
Obiectivul principal al lucrrii de doctorat l reprezint optimizarea procesului de
separare a sistemelor eterogene de tip solid-gaz n ciclon, pentru rezolvarea cruia s-a efectuat
mai nti o sintez asupra stadiului actual al cercetrilor i realizrilor n domeniul
echipamentelor pentru separarea amestecurilor eterogene de tip solid-gaz n cmp centrifugal.
Cercetrile teoretice au constat n discretizarea cicloanelor n reele de elemente finite n
mediul ANSYS Workbench-10, care, n continuare, au fost exportate n mediul CFX. n
rezultatul stabilirii condiiilor de limit, alegerii modelului de turbulen etc., s-a determinat
distribuia presiunii exercitate de fluid asupra peretelui ciclonului. De asemenea, n modulul de
vizualizare a rezultatului experimentului CFD (CFX-Post) au fost analizate calitativ liniile de
curgere a fluidului i particulelor solide de fin pe suprafee plane verticale orientate pe direcia
de curgere a amestecului i liniile de curgere a aerului i particulelor solide de fin pe suprafee
plane orizontale.
Cercetrile experimentale au fost efectuate pe instalaia de laborator realizat de autoare
n cadrul tezei de doctorat i au avut ca obiectiv studierea influenei diferiilor parametri de
funcionare asupra performanelor cicloanelor. Pentru aceasta, au fost proiectate i construite 11
cicloane cu diverse dimensiuni, variindu-se pe rnd, lungimea prii cilindrice, lungimea prii
conice i lungimea tubului central. n urma prelucrrii rezultatelor obinute se constat faptul c
ciclonul CS_4 este cel mai eficient model de ciclon studiat n cadrul cercetrilor experimentale.
Contributions to optimize the separation of heterogeneous systems
solid-gas in centrifugal field
ABSTRACT
Scientific coordinator, Ph. D. Student,
Prof. univ. dr. ing. RUS Florean Eng. MARINUC Mirela
The main objective of this thesis is the optimization of the separation of heterogeneous
systems solid-gas in the centrifugal field, for its resolving was made firstly a study over the
actual stage of research and achievements in the field of equipment for separating mixtures
heterogeneous solid-gas in the centrifugal field.
The theoretical research consisted in cyclone mesh in the networks finite element in
ANSYS Workbench-10, which still was exported in the CFX. In the selection of the boundary
conditions, choice of turbulence model was determined distribution of fluid pressure on the
cyclone wall. Also, in the visualization module of the experiment results CFD (CFX-Post) were
analyzed qualitatively the flow lines and solid particles of flour on vertical plane surfaces facing
the direction of flow of the mixture and air flow lines and solid particles of flour on flat
horizontal.
Experimental investigations were conducted on laboratory installation carried out by the
author in the thesis and were aimed at studying the influence of various operating parameters on
the performance of cyclones. To do this, have been designed and built 11 cyclones with different
sizes varying the length of the cylindrical, conical and length of the central tube length. After
processing the results research it appears that the CS_4 cyclone is the most efficient model
studied in experimental research.