separador ciclonico
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TEMA 1
ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (parte II)
3. SEPARADORES MECÁNICOS
3.1. Introducción
Fundamento:
Fuerzas mecánicas débiles
PRETRATAMIENTOS (DP>5µm)
� Cámaras de gravedad
� Separadores inerciales o de impacto
� Separadores ciclónicos
TEMA 1. ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
• Descripción:
3. SEPARADORES MECÁNICOS
• Ventajas y limitaciones
• AplicacionesDP> 100 micras
Tolvas derecogidade polvo
Entrada de gas sucio Salida de
gas limpio
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
• Principios teóricos de operación y ecuaciones básicas:
- Flujo Pistón
- Distribución uniforme de PS
- Régimen laminar
- Partículas retenidas al alcanzar el fondo de la cámara. No reintegración.
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Entrada de gas a tratar
Vh
Vh
Vt
Vti
Hi
H
L
B
Salida de gas limpio
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
3. SEPARADORES MECÁNICOS
V
H = t
ts
Partículas:
Q
H B L =
V
L = t
hr
Aire:
ts ≤≤≤≤ tr
� Tamaño mínimo de separación total
� Eficacia (fraccional)
))(
( 1/2
gPmin
L B g
Q 18 = D ρρ
µ−
HH = i
Di
′ηQ 18
L B ) ( D g = gPP
2
D µρ−ρ
η
[1.3]
[1.4] [1.5]
�Diámetro de corte (D50)
L B ) - ( g
Q 9 = D
gP50 ρρ
µ
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
3. SEPARADORES MECÁNICOS
� Diseño:
� Velocidad del gas ≤ 3 m/s
� H = 0.5 a 0.9 m
EJEMPLO 1.2
[1.6]
� Pérdida de carga
Valores bajos
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Σf1 Σf2 Σf3
++= OUTIN
h
2xg KKf
R
L
2g
vρ∆P
(Rh = sección de paso/perímetro)
2
tIN A
BHK
= 0.45
BH
A10.45K t
OUT ≈
−=
0.010.099Re0.000135f 0.3h ≈+= −
g
gxhh
µ
ρvDRe =
Donde:(Dh=4Rh)
[1.7]
� Otros aspectos
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Cámara de HOWARD
Entrada de gas sucio
Salida degas limpio
H
1)(NH
1)(NH
H
HH = η ii
'i
Di
+=
+=′
HH’
(Ejemplo 1.3)
[1.8]
� Otros aspectos: costes (EPA, 2000)
a) Equipo: 330 a 11000 $ por m3/s
b) Operación y mantenimiento anual: 13 a 470 $ / m3 s
3.2. CÁMARAS DE GRAVEDAD
3. SEPARADORES MECÁNICOS
3.3. SEPARADORES INERCIALES O DE IMPACTO
• Descripción:
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Gas atratar
Gaslimpio
Sólidocaptado
Gas atratar
Gaslimpio
Sólidocaptado
Gas atratar
Sólidocaptado
Gaslimpio
Gaslimpio
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
• Descripción:
3. SEPARADORES MECÁNICOS
BC
LC
ZC
JC
DC
De
S
SC
HC
Salida de gas limpio
Entrada de gas a tratar
Salida de sólido
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
• Descripción:
3. SEPARADORES MECÁNICOS
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
• Análisis matemático y eficacia:
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Velocidad terminal (campo centrífugo y régimen laminar):
ts ≤≤≤≤ tr
r18
VDV
2gp
2P
t µρ
=
Partículas: Aire:
2gp
2P
c
t
cs VD
rB18
V
Bt
ρµ==
g
tr V
rNt
π2=
Diámetro mínimo de separación total:
1/2
ptg
cmin )
NV
B9(D
ρπµ= [1.9]
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Eficacia fraccional teórica de captación:
c
ptg2Pi
i B9
NVD
µρπ
=η
Cálculo de eficacia fraccional conociendo D50
50
Pii D
Dlog2
2
1loglog +=η
0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 2 3 4 5 6 7 8 9 10D / D50
100
80
6050
ηηηηD 40
30
20
Eficacia teórica
Eficacia real
[1.10]
[1.11]
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Eficacia fraccional de captación basada en datos experimentales:
(Leith y Licht)( )B
Pi DAexp1η ⋅−−=
�Viscosidad del gas
�Densidad del sólido
�Tamaño del ciclón
�Caudal de gas
�Velocidad del gas:
Aumento inercia ☺
Disminución del tiempo de residencia �
Remolinos �
Mayor pérdida de presión �
• Factores que influyen sobre la eficacia:
Optimo:15 m/s aprox
[1.12]
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Tipos de ciclones y dimensiones estandarizadas
• Convencionales• Alta eficacia• Alto caudal
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Pérdida de carga
[ ]3vg
2g J/mHρV
2
1P =∇
2c
ccv D
BHKH = ( K entre 12 y 18 )
Cálculo de DC y resto de dimensiones:
Caso a) Dato: D50
Diseño
µρ 2
5014 DVD
pgc =
[1.13]
[1.14]
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Diseño
Caso b) Dato: ηG exigida
DC D50 ηDη ηG D Dx= ∑
ηG,calculada≤ηG,exigida?SI
Disminuir D C
FIN
NO
Fig.Distribución diferencial[1.14]
[1.1]
Entrada de gas a tratar
Salida de gas limpio
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Multiciclones
-Serie (aumento progresivo de eficacia)
-ParaleloRequieren perfecta distribución de gas para mantener idénticas ∆P
3.4. SEPARADORES CICLÓNICOS
3. SEPARADORES MECÁNICOS
Otros aspectos
-Ciclones húmedosMayor eficacia
Mayor coste por gestión del agua
- Costes (EPA, 2000)
a) Equipo: 4500 a 7500 $ por m3/s
b) Operación y mantenimiento anual: 1500 a 18000 $/ m3 s