Un hidrociclón (a menudo denominado hidroclón o ciclón de forma abreviada ) es un dispositivo para clasificar, separar o clasificar partículas en una suspensión líquida en función de la relación entre su fuerza centrípeta y la resistencia a los fluidos . Esta relación es alta para partículas densas (donde se requiere separación por densidad) y gruesas (donde se requiere separación por tamaño), y baja para partículas finas y ligeras. Los hidrociclones también encuentran aplicación en la separación de líquidos de diferentes densidades.
Una descripción diferente: Un hidrociclón es un dispositivo mecánico diseñado para reducir o aumentar la concentración de una fase dispersa, sólida, líquida o gaseosa de diferente densidad, mediante fuerzas centrípetas o fuerzas centrífugas dentro de un vórtice. [1]
La mezcla se inyecta en el hidrociclón de manera que se cree el vórtice y, dependiendo de las densidades relativas de las dos fases, la aceleración centrífuga hará que la fase dispersa se aleje o se acerque al núcleo central del vórtice.
Un hidrociclón normalmente tendrá una sección cilíndrica en la parte superior donde el líquido se alimenta tangencialmente , y una base cónica . El ángulo, y por tanto la longitud de la sección cónica, juega un papel en la determinación de las características operativas.
Diseño
Un hidrociclón es un clasificador que tiene dos salidas en el eje: una en la parte inferior ( desbordamiento o rechazo ) y otra en la parte superior ( desbordamiento o aceptación ). El subdesbordamiento es generalmente la fracción más densa o más gruesa, mientras que el desbordamiento es la fracción más ligera o más fina. No tiene partes móviles y su funcionamiento depende de dos parámetros principales:
- Las características de la corriente de alimentación.
- La geometría del ciclón.
Las características de la corriente de alimentación incluyen la distribución del tamaño de los sólidos en la corriente de alimentación, la densidad de la pulpa (porcentaje de sólidos en la suspensión), la viscosidad de la pulpa y la presión de entrada para la separación sólido / líquido. En corrientes de alimentación líquido / líquido, por ejemplo en agua aceitosa, las principales características de alimentación se basan en el tamaño y distribución de las gotas de aceite, la densidad del aceite, la densidad del agua, la concentración de aceite, la viscosidad y la temperatura.
La geometría del ciclón incluye la forma y el área de la entrada, las dimensiones del ciclón (ángulo del cono, la longitud de la sección cilíndrica y la longitud total del ciclón) y los diámetros de la entrada, el vórtice y el ápice.
Internamente, la inercia es contrarrestada por la resistencia del líquido, con el efecto de que las partículas más grandes o más densas se transportan a la pared para una eventual salida por el lado del flujo inferior con una cantidad limitada de líquido, mientras que las partículas más finas o menos densas permanecen en el interior. el líquido y salir por el lado de desbordamiento a través de un tubo que se extiende ligeramente hacia el interior del cuerpo del ciclón en el centro. [2]
Los hidrociclones directos eliminan las partículas que son más densas que el fluido circundante, mientras que los hidrociclones inversos eliminan las partículas que son menos densas que el fluido circundante. En un hidrociclón inverso, el desbordamiento está en el vértice y el desbordamiento en la base. También hay hidrociclones de flujo paralelo en los que tanto la aceptación como el rechazo se eliminan en el vértice. Los hidrociclones de flujo paralelo eliminan las partículas que son más ligeras que el fluido circundante. [3]
Los hidrociclones pueden estar hechos de metal (principalmente acero ), cerámica o plástico (como poliuretano , polipropileno u otros tipos). Los hidrociclones de metal o cerámica se utilizan para situaciones que requieren más resistencia o durabilidad en términos de calor o presión. Cuando hay mucha abrasión (como ocurre con las partículas de arena ), el poliuretano se comporta mejor que los metales o la cerámica. El metal revestido con poliuretano se utiliza en casos de abrasión combinada y alta presión.
En una suspensión de partículas con la misma densidad, se puede realizar un corte relativamente agudo. El tamaño al que se separan las partículas es función del diámetro del ciclón, las dimensiones de salida, la presión de alimentación y las características relativas de las partículas y el líquido. La eficiencia de la separación es función de la concentración de sólidos: cuanto mayor es la concentración, menor es la eficiencia de la separación. También hay una diferencia significativa en la densidad de la suspensión entre la salida de la base (finos) y la salida del ápice, donde hay poco flujo de líquido.
Si el rango de tamaño de las partículas es limitado, pero existen diferencias de densidad entre los tipos de partículas, las partículas más densas saldrán preferentemente por el vértice. Por tanto, el dispositivo es un medio de concentración selectiva de, por ejemplo, minerales.
Este dispositivo también está relacionado con la centrífuga ; ambos están destinados a separar los pesos pesados y ligeros en líquido mediante la aplicación de fuerza centrífuga. [4] Las centrífugas generan la fuerza de separación mediante la rotación de todo el equipo; Los hidrociclones utilizan fuerzas centrífugas del movimiento de los fluidos para lograr la separación.
Ecuaciones de diseño
Para un hidrociclón de Bradley, las dimensiones de cada pieza están siempre en las mismas proporciones. La caída de presión debe estar entre 20 psi y 60 psi.
- Di es el diámetro de entrada
- Do es el diámetro de desbordamiento
- Du es el diámetro del caudal inferior
- Dc es el diámetro de la cámara
- L es la altura del hidrociclón
- l es la altura de la parte del cilindro del hidrociclón
- ℓ es la altura del tubo de vórtice del hidrociclón
- Le es la longitud del tubo de salida
- Theta es el ángulo en la base del hidrociclón
- Di / Dc = 1/90
- Hacer / Dc = 1/5
- Du / Dc = -
- L / Dc = -
- l / Dc = 1/2
- ℓ / Dc = 1/3
- Theta = 9 grados
Usos
Un hidrociclón se utiliza con mayor frecuencia para separar "pesados" de una mezcla líquida que se origina en una bomba centrífuga o alguna otra fuente continua de líquido presurizado, o sistemas de dos fases (gas-líquido). [5] Es muy probable que un hidrociclón sea la elección correcta para procesos en los que las "ligeras" son la mayor parte de la mezcla y donde las "pesadas" se depositan con bastante facilidad.
Generalmente, los hidrociclones se utilizan en sistemas de flujo continuo de modo que la entrada de líquido instantáneo al hidrociclón es igual a la salida instantánea total de "ligeros" más "pesados". En los casos en los que los "materiales pesados" son una parte muy pequeña del líquido total, a veces es ventajoso acumularlos en el fondo del hidrociclón para su eliminación por lotes.
Las aplicaciones incluyen:
- En la industria de la papa , yuca , trigo y almidón de maíz tanto para la concentración como para el lavado de la leche de almidón cruda. El hidrociclón reemplaza a los separadores como una técnica de separación más económica.
- En molinos de pulpa y papel para remover arena, grapas, partículas plásticas y otros contaminantes.
- En la industria de la perforación para separar la arena de la arcilla cara que se utiliza para la lubricación durante la perforación.
- En la industria petrolera para separar el aceite del agua o viceversa .
- En metalurgia para separar partículas metálicas del líquido refrigerante.
- En plantas de patatas fritas y patatas fritas para la recuperación de almidón en línea del agua de corte y de las aguas residuales.
- En el procesamiento de minerales, los hidrociclones se utilizan ampliamente tanto para clasificar partículas para su recirculación en circuitos de molienda como para diferenciar entre el mineral económico y la ganga .
- Para eliminar partículas de arena y limo del agua de riego con fines de riego por goteo .
Ver también
Referencias
- ^ El hidrociclón: Dr. Derek Alan Colman, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Southampton, Inglaterra
- ^ Comportamiento del hidrociclón
- ^ Principio de separación Archivado el 10 de junio de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ "Separador de partículas rotacional: un método eficaz para separar partículas y gotas de tamaño micrónico de los fluidos" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de febrero de 2015 . Consultado el 15 de agosto de 2013 .
- ^ Colli, AN; Fornés, JP; González Pérez, O .; Bisang, JM (junio de 2019). "Evaluación de un hidrociclón modificado como reactor electroquímico para el procesamiento de sistemas bifásicos (gas-líquido)". Electrochimica Acta . 309 : 219-227. doi : 10.1016 / j.electacta.2019.04.056 .