Diseño de ciclonés

Guía de diseño paso a paso y herramienta de cálculo rápido para ciclonés

 

1. Introducción

Ciclonés y su diseño

Existen diferentes procesos para la recolección de polvo en una corriente de gas (ver visión general aquí); entre ellos, los ciclonés son probablemente una de las soluciones más extendidas en cualquier industria. Los colectores de polvo tipo ciclón son mecánicamente simples y, por lo tanto, suelen ofrecer una solución rentable. Sin embargo, evaluar el rendimiento de un ciclón y diseñar un equipo nuevo para una aplicación particular no siempre está bien comprendido, 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 tipo ciclón. Esto puede ser suficiente para verificar rápidamente el rendimiento de un ciclón existente o durante el prediseño, sin embargo, debe tenerse en cuenta que la metodología a continuación no es adecuada para el diseño detallado, el cual debe realizarse con un proveedor de confianza que probablemente habrá refinado los códigos de cálculo originales proporcionados en la literatura y los habrá hecho más precisos. También debe señalarse que el método dado es solo uno entre varios modelos publicados que pueden tener diferentes niveles de precisión.

Artículo en desarrollo, por favor manténgase atento para actualizaciones

2. Aplicaciones de los ciclonés

¿Dónde se utilizan los ciclonés?

Los colectores de polvo tipo ciclón se utilizan particularmente en las siguientes aplicaciones:

• Plásticos: después del transporte de pellets, para capturar polvo plástico
• Industria de la madera: para recolectar polvo de aserraderos
• Químicos: para recolectar polvo de un proceso o al final de una línea de transporte neumático para controlar emisiones
• Agricultura: para desempolvar el aire utilizado para transportar material a un silo

3. Geometría estándar de ciclonés

¿Cuáles son las dimensiones estándar de los ciclonés?

La eficiencia de los ciclonés está directamente relacionada con su geometría, que ha sido objeto de diversas investigaciones. A partir de estos trabajos, se han definido un conjunto de dimensiones **ESTÁNDAR**. Estas dimensiones, o más bien proporciones, constituyen la base de la mayoría de los diseños en la industria.. Se recomienda mantener estas configuraciones estándar, o adaptaciones de proveedores de confianza, y no modificarlas. Diseños específicos aún pueden desarrollarse para aplicaciones de alto valor (como FCC), pero esto va más allá de la metodología presentada aquí, requiriendo modelización, pruebas piloto, etc.

La tabla a continuación se debe a Koch y Licht (1977) y resume el trabajo de diferentes autores (Lapple, Stairmand, etc.)

Tabla 1: Geometrías estándar de ciclonés para entrada tangencial

Todas las dimensiones de los ciclonés 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 de ciclón y nomenclatura de la geometría característica

4. Guía de diseño de ciclonés paso a paso

¿Cómo diseñar ciclonés?

Esta guía de diseño se basa en los trabajos publicados por Bohnet en 1997. El enfoque es válido para ciclonés estándar con entradas tangenciales cuadradas y con una carga de polvo baja, del orden de máximo 10 g/m^³. Para otros tipos de entrada o cargas de polvo más altas, son necesarias algunas correcciones.

Validez del modelo: como se mencionó anteriormente, es un buen modelo para estimar el rendimiento de un ciclón en diseño básico o solución de problemas, pero presenta errores de hasta un 40% frente a experimentos, dependiendo de las condiciones. Por lo tanto, los cálculos detallados deben realizarse con la ayuda de una empresa especializada en diseño de ciclonés y que haya mejorado los códigos de cálculo.

4.1 Calcular las relaciones K

Si diseña un nuevo ciclón, elija una de las geometrías estándar de la tabla 1 y asuma un diámetro Dc. Si prueba un ciclón existente, determine las diferentes relaciones para el equipo real que está evaluando.

Relaciones K: K_H, K_B, K_S, K_i, K_L, K_Z, K_D de la tabla 1 o de las dimensiones reales del ciclón

4.2 Calcular las siguientes dimensiones geométricas

4.3 Cálculo de velocidades de entrada y salida

4.4 Cálculo de coeficientes de fricción

4.5 Calcular las velocidades características

4.6 Calcular el diámetro de corte

Las partículas que tienen un diámetro igual al diámetro de corte son capturadas con una eficiencia del 50%. Esto significa que el ciclón capturará el 50% de las partículas con este diámetro en la corriente de gas y dejará pasar el otro 50%.

4.7 Calcule las eficiencias

Las eficiencias se calculan en relaci\u00f3n con el di\u00e1metro de corte. Part\u00edculas m\u00e1s grandes conducir\u00e1n a mejores eficiencias. Part\u00edculas m\u00e1s peque\u00f1as a eficiencias m\u00e1s bajas. Un factor \u0393 se utiliza en el c\u00e1lculo y suele estar en el orden de 3 (+/- 1).

4.8 Calcule la p\u00e9rdida de presi\u00f3n

5. Herramienta de c\u00e1lculo de dise\u00f1o de cicl\u00f3n en Excel

Una versi\u00f3n simplificada de la herramienta de c\u00e1lculo se puede encontrar aqu\u00ed - una herramienta m\u00e1s completa se desarrollar\u00e1 pronto. Tenga en cuenta que esta herramienta no se puede utilizar para el dise\u00f1o detallado como se establece en el archivo, siempre enlace con una empresa comercial para confirmar el dise\u00f1o.

Fuentes

Bohnet 1997