6. SEPARACIÓN DE SÓLIDO-GAS: CICLONES
Operaciones Unitarias I
Erika L. Zambrano Moreno
6.1 CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE SEPARACIÓN SEGÚN LAS FASES
INVOLUCRADAS
6.2 SEPARACÓN SÓLIDO-GAS CICLONES
Dispositivo para la separación desólidos de corrientes gaseosas.
Entrada de aire con polvo
Fuerza centrifuga
Separación de partículas entre 5-200 µm.
Fuente: http://www.criba.edu.ar/cinetica/solidos/Capitulo11.pdf
…SEPARACÓN SÓLIDO-GAS CICLONES
6.3 BALANCE DE MASA
gfS MMM
ggffSS XMXMXM
6.4 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN
f
g
TM
ME
si
gi
T
sis
gig
iX
XE
XM
XME
6.5 CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO
2/2u
PEu
2
4
D
qu
6.6 EFICIENCIA REAL
6.7 ESCALADO DE CICLONES
Número de Stokes para el tamaño de separación real:
D
uxStk s
18
2
5050
…ESCALADO DE CICLONES
…ESCALADO DE CICLONES
6.8 RANGO DE OPERACIÓN
6.9 RELACIÓN ENTRE EL NÚMERO DE EULER Y EL DE STOKES
6.10 DETALLES OPERATIVOS PRÁCTICOS
AbrasiónBloqueo
de la descarga
Ciclones en serie
Ciclones en
paralelo
…DETALLES OPERATIVOS PRÁCTICOS
Abrasión: Selección adecuada del ciclóndebido al desgaste que ocasiona el continuopaso del material sólido.
Bloqueo de la descarga: Una sobrecargapuede recargar de sólidos el orificio de salida.La caída de presión aumenta y la eficienciadisminuye.
Ciclones en serie: Para aumentar la eficienciadel proceso.
Ciclones en paralelo: Puede ser convenientedividir el caudal de gas original.
6.11 Ejemplo
Determine el diámetro y el número de ciclones (tipo
Stairmand de alta eficiencia) necesarios para tratar 2 m3/s
de aire (μ=18,25*10-6 Pa s, ρf= 1,2 Kg/m3) cargado con
sólidos de densidad de 1000 kg/m3. La caída de presión
óptima es de 1177 Pa, y el tamaño de corte deseado es
x50=4μm.
Datos:
ρf = 1,2 Kg/m3
ρp = 1000 Kg/m3
µ = 1,83*10-5 Pa*s
q =2 m3/s
∆P = 1.18*103 Pa
Eu = 3,20*102
Stk = 1,40*10-4
n = 1
…Ejemplo
Cálculo de velocidad
𝐸𝑢 =∆𝑃
𝜌𝑓∗𝑢2/2
𝑢 =∆𝑃
𝐸𝑢 ∗ 𝜌𝑓∗ 2
𝑢 =1.18∗103
3,20∗102 ∗ 1,2∗ 2 = 2,476 𝑚/𝑠
…Ejemplo
Cálculo de diámetro
𝑢 =4𝑞
𝜋𝐷2
𝐷 =4𝑞
𝑢𝜋
𝐷 =4 ∗ 2
2,476 ∗ 𝜋= 1,014 𝑚
…Ejemplo
Cálculo de tamaño de corte
𝑆𝑡𝑘50 =𝑥50
2 ∗ 𝜌𝑝 ∗ 𝑢
18𝜇𝐷
𝑥50 =𝑆𝑡𝑘50 ∗ 18 ∗ 𝜇 ∗ 𝐷
𝜌𝑝 ∗ 𝑢
𝑥50 =1,40∗10−4 ∗ 18 ∗ 1,83∗10−5 ∗ 1,014
1000 ∗ 2,476
= 4,34 ∗ 10−6𝑚 = 4,34 𝜇𝑚
…Ejemplo
Como 4,34 µm > 4,00 µm, calculo el diámetro apropiado
para un tamaño de corte x50 = 4,00 µm.
𝐷 =(4 ∗ 10−6)2∗ 1000 ∗ 2,476
18 ∗ 1,83 ∗ 10−5 ∗ 1,40 ∗ 10−4= 0,8590 𝑚
𝑢 =4𝑞
𝑛𝜋𝐷2
𝑛 =4𝑞
𝑢𝜋𝐷2
𝑛 =4 ∗ 2
2,476 ∗ 𝜋 ∗ 0,85902= 1,3938
…Ejemplo
Calculo de diámetro para n=2 cuando la u=2,476:
𝐷 =4𝑞
2𝜋𝑢
𝐷 =4 ∗ 2
2𝜋 ∗ 2,476= 0,717 𝑚
…Ejemplo
Cálculo de tamaño de corte
𝑆𝑡𝑘50 =𝑥50
2 ∗ 𝜌𝑝 ∗ 𝑢
18𝜇𝐷
𝑥50 =𝑆𝑡𝑘50 ∗ 18 ∗ 𝜇 ∗ 𝐷
𝜌𝑝 ∗ 𝑢
𝑥50 =1,40∗10−4 ∗ 18 ∗ 1,83∗10−5 ∗ 0,717
1000 ∗ 2,476
= 3,65 ∗ 10−6𝑚 = 3,65 𝜇𝑚
…Ejemplo