Los ciclones

Ciclones

1.- Descripción.

Los ciclones son equipos mecánicos estacionarios, ampliamente utilizados en la

industria, que permiten la separación de partículas de un sólido o de un líquido que se

encuentran suspendidos en un gas portador, mediante la fuerza centrífuga. En tanto, los

hidrociclones son equipos que permiten la separación de líquidos de distintas densidades, o

de sólidos de líquidos.

Los ciclones son equipos muy sencillos, que al no poseer partes móviles son de fácil

mantenimiento. Tienen la desventaja de ser poco versátiles, ya que no se adaptan a cambios

de las condiciones de operación, por lo cual son poco flexibles a los cambios de

concentración de polvos, caudal de gas y distribución de tamaños de partículas.

El principio de funcionamiento de un ciclón se basa en la separación de las

partículas mediante la fuerza centrífuga (del orden de cientos de g), lo que lo hace mas

efectivo que las cámaras de sedimentación, además ocupan un espacio mucho menor que

éstas

La figura 1 muestra distintos tipos de ciclones.

En los ciclones el gas entra en el tope en forma tangencial (figura 1.a y 1.b) o axial

(figura 1.c y 1.d).

La descarga de los sólidos puede ser periférica (figuras.1.b y 1.d) o axial (figuras.

1.a y 1.c).

De acuerdo a las distintas combinaciones de entrada del gas se distinguen entonces:

(a)- entrada tangencial y descarga axial (Figura 1.a).

(b)- entrada tangencial y descarga periférica (figura 1 b).

(c)- entrada y descarga axiales ( figura 1.c).

(d)- entrada axial y descarga periférica (figura 1.d)

Los ciclones de entrada de gas axial funcionan de manera similar que los de entrada

tangencial, solo que en la entrada del gas (entrada anular) tienen dispuestos unos álabes

fijos que le imprimen el movimiento en espiral al gas sucio que entra al ciclón. Los ciclones

axiales tienen diámetros menores que los tangenciales ( 25 a 305 mm), debido a esto tienen

alta eficiencia, pero baja capacidad

Los ciclones de entrada tangencial y descarga axial representan el ciclón tradicional

y, aunque se pueden construir con diámetros más grandes, lo más frecuente es que éstos se

encuentren entre los 600 y los 915 mm.

En los ciclones con entrada tangencial y descarga periférica, el gas sufre un

retroceso en el interior del equipo al igual que ocurre en un ciclón convencional. Sin

embargo, presenta el inconveniente de que el polvo no es eliminado en su totalidad de la

corriente gaseosa, aunque sí se produce una concentración del mismo.

En los ciclones con entrada y descarga axial la diferencia fundamental se encuentra

en que los diámetros son de menores dimensiones (entre 25 y 305 mm), con lo que gracias

a esta característica su eficiencia es mayor aunque su capacidad es menor.

Por otra parte, los ciclones de entrada axial y salida periférica proporcionan un flujo

directo que es muy adecuado para conectarlos a fuentes de gran volumen, donde los

cambios en la dirección del gas podrían ser un inconveniente.

El principio de funcionamiento tanto de los ciclones axiales como los tangenciales

es el mismo.

Los más usados son los ciclones de entrada de gas tangencial y salida del sólido

axial, por lo cual nos limitaremos al estudio de estos.

En la figura 2 se presenta un ciclón convencional o standard. Las longitudes

características son referidas al diámetro del barril.

Figura 2 : ciclón standard

Dc : diámetro del ciclón

De : diámetro del conducto de salida del gas limpio, es la mitad del diámetro del ciclón

Lc : longitud del barril

Zc : longitud del cono del ciclón

Hc : altura del conducto de entrada rectangular.

Lw : ancho del conducto de entrada tangencial

Jc diámetro de la pierna del ciclón

Las partes principales son: la entrada de gas sucio, conectada tangencialmente en la

parte superior del cuerpo cilíndrico o barril del ciclón.

El barril cumple la función de imprimir al gas un movimiento en espiral

descendente.

Conectado al barril hay un cono invertido que cumple la función de conducir el

polvo separado hacia el tubo de descarga, de longitud variable, también denominado cola o

pierna del ciclón.

En la base del cono invertido se produce la inversión del flujo de gas, de modo que

el gas comienza allí una espiral en forma ascendente, concéntrica a la espiral descendente,

saliendo el gas limpio por el conducto superior de salida.

Los polvos separados son descargados en la pierna del ciclón. En la cola del ciclón

puede existir o no una válvula de chanela que se abre solamente por el peso de los sólidos

acumulados en la pierna del ciclón, produciendo de esta manera la descarga de los polvos.

Los ciclones pueden operar a altas temperaturas. La temperatura máxima depende

del material de construcción del ciclón. Para ciclones construidos en acero al carbono la

máxima temperatura de operación es de 800 C. En cuanto a la presión, lo importante es la

diferencia de presión a la cual está sometido el ciclón. Si es un ciclón interno, por ejemplo

en un lecho fluidizado que opera a altas presiones, la diferencia de presión interna y externa

del ciclón es nula, por lo cual no deben tenerse consideraciones de resistencia en su diseño.

En cambio si se trata de un ciclón es externo que procesa gas sucio a alta presión, tendrá

una presión interna mucho mayor que la externa, lo cual deberá tenerse en cuenta en el

diseño del mismo.

La fricción de las partículas sólidas erosionan severamente las paredes interiores del

ciclón. Para disminuir el deterioro del mismo suele colocarse mallas del tipo hexagonal que

se recubren con cemento.

2. Principio de Funcionamiento

El gas ingresa por el conducto de entrada del ciclón a una velocidad Vi (velocidad

de entrada al ciclón). Este conducto se halla ubicado en forma tangencial al barril o cuerpo

del ciclón. Entra al barril y comienza el movimiento en espiral descendente. El cambio de

dirección genera un campo centrífugo equivalente a cientos de veces el campo gravitacional

terrestre. (cientos de g). Las partículas transportadas por el gas debido a su inercia, se

mueven alejándose del centro de rotación o “eje del ciclón”, por acción de las líneas de

fuerza

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