Dimensionamiento de ciclones para separación de polvo

Método Leith & Licht

Guía de cálculo paso a paso: cómo diseñar un ciclón para separación de polvo

 

1. Introducción

Método Leith & Licht

Existen diferentes métodos publicados en la literatura para diseñar ciclones. El método presentado en esta página fue desarrollado por Leith & Licht en la década de 1970. El principio de cálculo se basa en un balance de fuerzas sobre las partículas que deben separarse en el ciclón [Altmeyer]. A partir de comparaciones de métodos de diseño de ciclones publicados en la literatura, el método de Leith & Licht no siempre es el más preciso [Altmeyer] [Dirgo]. Sin embargo, su método de cálculo bastante simple lo convierte en un método interesante para una evaluación rápida.

El método presentado proporciona resultados aproximados y no debe utilizarse para un diseño detallado. Se presenta para ilustrar los principios del diseño de un ciclón y para una estimación aproximada del rendimiento de diseño. Siempre se debe consultar a una empresa especializada para un diseño detallado antes de la construcción de un ciclón.

Otro método se presenta en esta página, puede ser interesante comprobar diferentes modelos.

2. Dominio de validez

¿En qué condiciones se puede utilizar el método de Leith & Licht para diseñar ciclones?

El método de Leith & Licht se basó en el siguiente rango de datos experimentales [Altmeyer]:

• Caudal de gas: 0,06 < V < 0,13 m3/s
• Temperatura: 310 < T < 422 K
• Presión: atmosférica
• Carga de carga no especificada

3. Geometría estándar de 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 diversas investigaciones. A partir de estos artículos de investigación, se ha 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 alguna adaptación de proveedores confiables, y no modificarlas. Todavía se pueden desarrollar diseños específicos para aplicaciones de alto valor (FCC, por ejemplo), pero esto va más allá de la metodología presentada aquí, requiriendo modelización, ensayos piloto...etc...

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

Tabla 1: Geometrías estándar de ciclones para una entrada tangencial

Todas las dimensiones de los ciclones están relacionadas con el diámetro D. Luego se selecciona una geometría estándar y se ajusta el diámetro D para obtener el rendimiento deseado.

Figura 1: Dibujo de ciclón y nomenclatura de la geometría característica

4. Modelo de Leith & Licht: método de cálculo del rendimiento del ciclón paso a paso

¿Cómo diseñar ciclones?

4.1 Recopilar datos de entrada

Se requiere la siguiente información para calcular la eficiencia y el diámetro de corte de un ciclón con el modelo de Leith y Licht:

• Flujo de gas de entrada
• Diámetro de la partícula
• Densidad de la partícula
• Temperatura
• Presión
• Densidad del gas
• Viscosidad del gas

El método de cálculo propuesto se encuentra en [Dirgo]

4.2 Calcular las dimensiones del ciclón

Si diseñas un nuevo ciclón, elige una de las geometrías estándar en la tabla 1 y asume un diámetro D. Si pruebas un ciclón existente, determina los diferentes ratios para el equipo real que estás evaluando.

Todas las longitudes individuales (a, b, S, D_e, B, h, H) deben determinarse.

4.3 Calcular la longitud natural l del ciclón

La longitud natural l de un ciclón es la distancia más lejana desde la salida de gas que el gas recorre mientras gira.

4.3 Calcular el diámetro del cono d en la longitud natural_c en la longitud natural

4.4 Exponente de vórtice n

4.5 Calcular el parámetro de inercia del ciclón Ψ

4.6 Calcular el parámetro geométrico del ciclón C

4.7 Calcular la eficiencia

La eficiencia del ciclón puede calcularse gracias a los parámetros mencionados anteriormente.

4.8 Cálculo del diámetro de corte

El cálculo del diámetro de corte en el modelo de Leith y Licht se da por las siguientes ecuaciones [Altmeyer]:

4.9 Cálculo de la caída de presión

5. Herramienta de cálculo de Excel para el modelo de Leith & Licht

Una versión simplificada de la herramienta de cálculo se puede encontrar aquí. Nota que esta herramienta no puede ser utilizada para el diseño detallado, como se indica en el archivo, siempre se debe vincular con una empresa comercial para confirmar el diseño.

Fuentes

[Dirgo] Cyclone Collection Efficiency: Comparison of Experimental Results with Theoretical Predictions, Dirgo & Leith, Aerosol Science and Technology, 2007

[Altmeyer] Comparison of different models of cyclone prediction performance for various operating conditions using a general software, Altmeyer et al, Chemical Engineering and Processing, 2004
various operating conditions using a general software, Altmeyer et al, Chemical Engineering and Processing, 2004