Diseño de Ciclones
Guía de Diseño Paso a Paso y Herramienta de Cálculo Rápido para Ciclones
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| Resumen de Sección |
|---|
| 1. Introducción |
| 2. Aplicaciones de los Ciclones |
| 3. Geometría Estándar de Ciclones |
| 4. Guía de Diseño Paso a Paso para Ciclones |
| 5. Herramienta de Cálculo Excel para Diseño de Ciclones |
1. Introducción
Ciclones y su diseño
Existen diferentes procesos para recolectar el polvo en una corriente de gas (ver descripción general aquí), entre ellos, los ciclones son probablemente una de las soluciones más extendidas en cualquier industria. Los colectores de polvo de ciclón son bastante simples desde un punto de vista mecánico y, por lo tanto, generalmente ofrecen una solución rentable. Sin embargo, evaluar el rendimiento de un ciclón y diseñar un nuevo equipo para una aplicación específica no siempre se comprende bien y a menudo solo se encuentra literatura parcial. El objetivo de esta página es proporcionar un enfoque paso a paso para el diseño de colectores de polvo de ciclón. Esto puede ser suficiente para verificar rápidamente el rendimiento de un ciclón existente o durante la pre-diseño, sin embargo, se debe tener en cuenta que la metodología a continuación no es adecuada para un diseño detallado que debe llevarse a cabo con un proveedor de renombre que probablemente haya refinado los códigos de cálculo originales proporcionados en la literatura y los haya hecho más precisos. También se debe tener en cuenta que el método proporcionado es solo uno de varios modelos publicados que pueden tener diferentes niveles de precisión.
Artículo en desarrollo, por favor estén atentos para actualizaciones.
2. Aplicaciones de los ciclones
¿Dónde se utilizan los ciclones?
Los colectores de polvo de ciclón se utilizan especialmente en las siguientes aplicaciones:
- Plásticos: después del transporte de gránulos, para atrapar el polvo plástico
- Industria maderera: para recoger el polvo de las aserradoras
- Productos químicos: para recoger el polvo de un proceso o al final de una línea de transporte neumático para controlar las emisiones
- Agricultura: para eliminar el polvo del aire utilizado para transportar material a un silo
Los
5 más populares
1.
Guía de diseño de transporte neumático
2. Mezcladoras de
cintas
3. Mezcla de polvo
4. Guía de diseño de tolvas
5. Medición del grado de
mezcla
--------------
--------------
Los 5 nuevos
1. Mezcla continua en
seco
2. Velocidad de mezcla
3. Optimización del tiempo
del ciclo del mezclador
4.
Comparación de mezcla por lotes y continua
5. Ahorro de energía
3. Geometría estándar de los ciclones
¿Cuáles son las dimensiones estándar de los ciclones?
La eficiencia de los ciclones está directamente relacionada con su geometría, que ha sido objeto de varias investigaciones. A partir de estos documentos de investigación, se han definido una serie de dimensiones ESTÁNDAR. Esas dimensiones, o más bien proporciones, constituyen la base de la mayoría de los diseños en toda la industria. Se recomienda mantener estas configuraciones estándar, o alguna adaptación proporcionada por proveedores de renombre, y no modificarlas. Aún se pueden desarrollar diseños específicos para aplicaciones de alto valor específicas (FCC, por ejemplo), pero esto va más allá de la metodología presentada aquí, y requiere modelización, pruebas piloto, etc.
La tabla a continuación se debe a Koch y Licht (1977) y resume el trabajo de diferentes autores (Lapple, Stairmand...)
Tabla 1 : Geometrías estándar de los ciclones con una entrada tangencial
Todas las dimensiones de los ciclones están relacionadas con el diámetro Dc. Luego se selecciona una geometría estándar y se ajusta el diámetro Dc para obtener el rendimiento deseado.
Figura 1 : Dibujo del ciclón y
nomenclatura de la geometría característica
4. Guía de diseño paso a paso de los ciclones
¿Cómo diseñar ciclones?
Esta guía de diseño se basa en los trabajos publicados por Bohnet en 1997. El enfoque es válido para ciclones estándar con entradas tangenciales cuadradas y con una carga de polvo pequeña del orden de un máximo de 10 g/m3. Para diferentes tipos de entradas o cargas de polvo más altas, se necesitan algunas correcciones.
Validez del modelo: como se mencionó anteriormente, es un buen modelo para estimar el rendimiento de un ciclón en el diseño básico o para solucionar problemas, pero tiene errores de hasta el 40% en comparación con los experimentos, dependiendo de las condiciones, por lo que los cálculos detallados deben hacerse con la ayuda de una empresa especializada en el diseño de ciclones y que haya mejorado el código de cálculo.
4.1 Calcular las relaciones K
Si diseñas un nuevo ciclón, elige una de las geometrías estándar en la tabla 1 y asume un diámetro Dc. Si estás probando un ciclón existente, determina las diferentes relaciones para el equipo real que estás evaluando.
Relaciones K: KH, KB, KS, Ki, KL, KZ, KD de la tabla 1 o dimensiones reales del ciclón
4.2 Calcular las siguientes dimensiones geométricas
4.3 Calcular velocidades de entrada y salida
4.4 Calcular coeficientes de fricción
4.5 Calcular las velocidades características
4.6 Calcular el diámetro de corte
Las partículas con un diámetro igual al diámetro de corte se capturan con una eficiencia del 50%. Esto significa que el ciclón capturará el 50% de las partículas que tienen este diámetro en la corriente de gas y dejará pasar el otro 50%.
4.7 Calcular las eficiencias
Las eficiencias se calculan en relación con el diámetro de corte. Partículas más grandes llevarán a mejores eficiencias. Partículas más pequeñas a eficiencias más bajas. Se utiliza un factor Г en el cálculo y suele estar en el orden de 3 (+/- 1).
4.8 Calcular la caída de presión
Para evaluar la eficiencia de separación de un ciclón, se utiliza el siguiente proceso:
4.9 Comprobar la velocidad de corte
Las partículas más grandes se separarán, las más pequeñas pasarán. La eficiencia de separación se mejora seleccionando geometrías que permitan el uso de un diámetro de corte más grande, especialmente la relación KL.
4.10 Comprobar la caída de presión
Una caída de presión demasiado alta provocará una inversión en la corriente de gas, lo que resultará en una eficiencia de separación menor. La relación KH tiene un gran impacto en la caída de presión.
4.11 Comprobar la eficiencia de separación
La eficiencia de separación debe ser la necesaria para que el ciclón cumpla con su función. Esto se puede ajustar cambiando la relación KB y, en menor medida, Ki. Tener una eficiencia de separación demasiado alta llevará a un tamaño de ciclón mayor y una caída de presión más alta.
5. Herramienta de Cálculo Excel para Diseño de Ciclones
Una versión simplificada de la herramienta de cálculo se encuentra aquí; pronto se desarrollará una herramienta más completa. Ten en cuenta que esta herramienta no puede utilizarse para un diseño detallado, como se indica en el archivo. Siempre consulta a una empresa comercial para confirmar el diseño
Conclusiones
El diseño de ciclones es un campo de trabajo difícil y el diseño de equipos grandes como FCC también lo es. El enfoque presentado es un enfoque "rápido" que debería funcionar en el 80% de los casos. Para un diseño detallado, se debe recurrir a empresas especializadas y a pruebas piloto. Las siguientes recomendaciones generales deben mantenerse:
- Seleccione las geometrías estándar
- No haga modificaciones no estandarizadas
- Seleccione la relación KB según la eficiencia de separación deseada
- Seleccione la relación KH para obtener la caída de presión deseada
- Seleccione la relación Ki según las necesidades del sistema
- No disminuya la relación KS
- Reduzca la relación KL solo si necesita una eficiencia de separación alta
Este enfoque proporciona un valor de referencia, y el diseño debe mejorarse con una empresa que haya desarrollado su propio código de cálculo. La experiencia de un proveedor a menudo proporciona un diseño más eficiente. También debe tenerse en cuenta que los ciclones son sistemas muy integrados en un proceso, por lo que los cálculos precisos de un simple ciclón son solo una parte de la ecuación.
Este artículo es la base del enfoque de diseño. La presentación de las ecuaciones presentadas es la siguiente:
1. Seleccionar una geometría estándar de ciclón de la tabla 1.
2. Asumir una eficiencia de separación. Seleccionar la relación KB correspondiente en la tabla 1 y calcular Ai. Es necesario un valor mínimo de Ai para garantizar la buena recuperación del polvo.
3. Calcular el caudal de gas.
4. Determinar un valor razonable para la caída de presión (o el contrario) y seleccionar la relación KH. Calcular Ae.
5. Calcular el diámetro de corte.
6. Calcular las eficiencias a partir del diámetro de corte. La eficiencia de separación se ajusta en función de la aplicación y de la calidad del polvo.
7. Comprobar las velocidades.
8. Comprobar la caída de presión.
9. Comprobar la eficiencia de separación.
Referencias
Bohnet, J., 1997. Industrial Dust Removal. Design of efficient scrubbers. CRC Press.