Tecnologias de optimizacion de un hidrociclon en un sistema solido liquido

1. Hidrociclones en separación de mezclas solido-liquido: articulo revisión

 G. C. Maria Josea, J. M. Jessicab and V. M. Crissangiec

1. a Ingeniería Química, Universidad del Atlántico Km 7 vía Puerto Colombia, mjgeraldino@est.uniatlantico.edu.co. b Ingeniería Química, Universidad del Atlántico Km 7 vía Puerto Colombia, jjoya@mail.uniatlantico.edu.co. c Ingeniería Química, Universidad del Atlántico Km 7 vía Puerto Colombia,cvasco@mail.uniatlantico.edu.co.

Resumen

1. Los hidrociclones utilizan el principio de separación centrífuga para eliminar o clasificar partículas sólidas de un fluido, según el tamaño, la forma y la densidad de las partículas A lo largo de este trabajo se presentará las tecnologías de los hidrociclones de separación mejorada por medio de la optimización de parámetros geométricos, para obtener una mejor comprensión de estas tecnologías, sus mejoras se clasificaron en diez grupos: sección cilíndrica, entrada, filtro de vórtice, tubería de flujo de flujo, sección cónica, ángulo de inclinación del hidrociclón, inserción de hidrociclón, inyección de agua de la sección cónica / ápice, dispositivo de reflujo y disposición de multi-hidrociclones. Las tecnologías de separación mejoradas se analizaron de acuerdo con los parámetros clave de separación-rendimiento de los hidrociclones, como la eficiencia de separación, el tamaño de corte pequeño, la relación de división pequeña, el bajo consumo de energía y la alta capacidad.

Introducción

Los hidrociclones se han empleado durante más de 100 años para la separación de partículas,  engrosamiento en muchos procesos, espesamiento de líquidos, clarificación de líquidos, desgasificación de líquidos, lavado de sólidos y clasificación de sólidos o clasificación de acuerdo con las variaciones en la densidad de partículas, tamaño o forma. Los hidrociclones se pueden clasificar según el tipo de medio para su separación como sólido-líquido, líquido-líquido, gas-líquido, gas-líquido-sólido, líquido-líquido-sólido y gas-líquido-líquido; Gracias a esta, en los últimos años los hidrociclones se han aplicado ampliamente en el procesamiento de minerales, alimentos,  petroquímicos, electroquímicos, textiles y pulpa, ambientales, biológicos y otras industrias [1].

El principio básico de separación adoptado en los hidrociclones es la centrifuga, es decir, las partículas se someten a la aceleración centrífuga para eliminarlas de un fluido. A diferencia de las centrífugas que siguen el mismo principio, los hidrociclones no tienen componentes móviles, y el movimiento de vórtice necesario solo lo realiza el fluido. Por lo tanto, en comparación con otras tecnologías de separación tales como centrifugadoras y equipos de filtración, la aplicación de hidrociclones ofrece: una alta eficiencia de separación, tamaños de corte pequeños (unos pocos μm), ausencia de componentes móviles, bajo consumo de energía, amplio rango de operación, instalación y operación convenientes, bajo costo de mantenimiento y gran versatilidad [2].

 Los hidrociclones líquido-sólido son ampliamente utilizados en la industria química y en la industria del petróleo debido a sus ventajas, que incluyen geometría compacta, alta eficiencia de separación y fácil mantenimiento, etc. La figura 1 muestra la geometría de un hidrociclón. Como se puede observar, se compone principalmente de tubo de entrada, buscador de vórtice, parte cilíndrica, parte cónica y tubo de cola. Después de que la mezcla líquido-sólido ingresa en un hidrociclón, los componentes más densos tienden a acumularse cerca de la pared debido a un fuerte remolino y espiral hacia el tubo de la cola, mientras que un vórtice secundario aparece en la región central y sale del buscador de vórtice. Sin embargo, a pesar de su simplicidad en la geometría, los comportamientos de flujo de múltiples fases en un hidrociclón son en realidad muy complejos, y se han realizado muchos estudios en las últimas décadas [3].

Por esto, en este artículo se mostrará una revisión de algunas de las nuevas técnicas o las tecnologías de separación mejoradas con hidrociclones.

[pic 3]

Figura 1: estructura geométrica y flujo interno de un hidrociclón.

 Resultados y discusión

En la actualidad el rango de aplicación de hidrociclones se ha expandido notablemente debido a la adición de nuevas tecnologías de hidrociclones de separación mejorada, las cuales se pueden clasificar en diez grupos dependiendo los parámetros geométricos de optimización de la estrategia de mejora.

Sección cilíndrica

La sección cilíndrica hace parte de uno de los grupos mencionados anteriormente, y esta depende del diámetro de la sección, el cual oscila generalmente entre 10mm a 2,5 m dando como resultados tamaños de corte que varían entre 2 y 250 µm. Los tamaños de corte más pequeños suelen resultar en aceleraciones centrifugas más altas generadas por diámetros de sección cilíndrica más pequeños a velocidades tangenciales o presiones de alimentación más grandes que por diámetros más grandes. Por lo tanto, se establece entonces que el tamaño de corte es proporcional al diámetro de sección cilíndrica de un hidrociclón [4] por lo cual la reducción de este diámetro resulta ser un factor esencial para conseguir mejorar la eficiencia de separación [5].

Actualmente, debido al desarrollo de tecnologías modernas relacionadas con diferentes campos tales como la investigación de materiales, ingeniería ambiental, ingeniería energética, ingeniería de alimentos, análisis químicos, entre otros; se hace necesario la separación de materiales con diferencias de densidades cada vez más pequeñas, por lo que en consecuencia se desarrollan mini-hidrociclones que se caracterizan por operar a altas presiones de alimentación y obtener tamaños de corte mas pequeños. No obstante, el uso de grandes hidrociclones aún se mantiene pues estos presentan un bajo consumo energético y una alta capacidad.

Longitud de la sección cilíndrica

 La altura de la sección cilíndrica es un poco menos importante que el diámetro, sin embargo, un aumento en la longitud de la sección cilíndrica representa un aumento en el tiempo de residencia del fluido y en el espacio del hidrociclón. Por tanto, la eficiencia de separación y la capacidad aumentan mientras que el consumo de energía disminuye [6].

Entrada

El tamaño de la entrada presenta una gran influencia en el número de Euler y es inversamente proporcional al consumo de energía. Esto es debido a que la velocidad de entrada, la cual es inversamente proporcional al cuadrado del diámetro de la entrada, es directamente proporcional al consumo de energía. No obstante, la disminución drástica del diámetro de entrada consigue un aumento momentáneo de la eficiencia de separación seguido de una disminución. Esto se atribuye a lo siguiente: (i) cuando el diámetro de entrada se vuelve excesivamente grande, el caudal disminuye, lo que resulta en una disminución de la fuerza centrífuga en la fase discreta; y (ii) si el diámetro de entrada es excesivamente pequeño, la fuerza centrífuga en la fase discreta aumenta, lo que resulta en problemas de ruptura. [7]

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