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Características de los ciclones convencionales
Dimensión	Nomenclatura	Tipo de ciclón
		Lapple	Swift	Peterson-Whitby	Zenz
Diámetro del ciclón	Dc/Dc	1.0	1.0	1.0	1.0
Altura de entrada	a/Dc	0.5	0.5	0.583	0.5
Ancho de entrada	b/Dc	0.25	0.25	0.208	0.25
Altura de salida	S/Dc	0.625	0.6	0.583	0.75
Diámetro de salida	Ds/Dc	0.5	0.5	0.5	0.5
Altura parte cilindrica	h/Dc	2.0	1.75	1.333	2.0
Altura parte cónica	z/Dc	2.0	2.0	1.837	2.0
Altura total del ciclón	H/Dc	4.0	3.75	3.17	4.0
Diámetro salida partículas	B/Dc	0.25	0.4	0.5	0.25
Factor de configuración	G	402.88	381.79	342.29	425.41
Número cabezas de velocidad	NH	8.0	8.0	7.76	8.0
Número de vórtices	N	6.0	5.5	3.9	6.0

 

    Eficiencia de separación: Se proponen las siguientes fórmulas para calcular la eficiencia de separación para un determinado diámetro de partícula, el diámetro de corte que representa el diámetro para el cual la eficiencia de separación es del 50% y el diámetro crítico que es el diámetro de partícula a partir del cual la eficiencia de separación es del 100%.

Eficiencia de separación

Diámetro de corte

Diámetro crítico

Viscosidad del fluido

Factor de proporcionalidad definido por la geometría de la partícula

Densidad del gas

Densidad de las partículas

Velocidad del gas a la entrada del ciclón

Número completo de vueltas que da el gas a través del ciclón en su  vórtice inicial, para la eliminación de partículas.

Otra alternativa para calcular la eficiencia es:

Donde:

hi = Eficiencia fraccional por intervalos de tamaño.

G = Factor de configuración del ciclón.

Ti = Tiempo de relajación para cada partícula, s.

Q = Caudal de gas, m3/s.

Dc = Diámetro del ciclón, m.

n = Exponente del vórtice del ciclón

En la cual:

Dc = Diámetro del ciclón, m.

T = Temperatura del gas, K.

 

Nota: El cálculo de la eficiencia de separación para todo el efluente hay que hacerlo para todos los rangos de diámetros de las partículas que contiene el aire a tratar, y teniendo en cuenta el porcentaje en masa que ocupa cada rango en el total de la masa de las partículas arrastradas por el efluente.

 

Eficiencia aproximada de los distintos ciclones:

 

    Pérdida de carga: Es la pérdida de presión que se produce en un efluente gaseoso al pasar por un separador ciclónico debido a la fricción con las paredes, los cambios de volúmen, etc... El cálculo total de pérdidas es muy complicado (se incluye una tabla con cálculos totales), tomaremos una aproximación considerando las pérdidas de presión debido a la pérdida de energía cinética. En concreto una estimación propuesta por Shepherd y Lapple.

Densidad del gas portador, kg/m3

Velocidad de entrada del gas en el ciclón, m/s

Número de cabezas de velocidad a la entrada del ciclón. Éste dato es común para cada familia de ciclones.

Cálculo total de la pérdida de presión para un ciclón:

ΔPe Pérdidas en la entrada del ciclón.
ΔPk Pérdidas de energía cinética.
ΔPf Pérdidas por rozamiento en el vórtice exterior.
ΔPr Pérdidas de energía cinética debidas al campo rotacional.
ΔPo Pérdidas de presión en el vórtice interior y salida del ciclón.

Cálculos de pérdidas de presión para  un ciclón convencional de Lapple (la pérdida de presión depende principalmente de la familia de ciclones y de la velocidad de entrada del efluente) y distintas velocidades de entrada del efluente gaseoso:

Velocidad (m/s)	ΔPe	ΔPk	ΔPf	ΔPr	ΔPo	Total (Pa)
5	16	9	37	31	11	104
8	35	21	84	70	26	235
10	62	37	149	124	45	417
13	97	58	232	194	71	652
15	140	83	335	279	102	939
16	159	95	381	319	117	1071
18	190	113	456	380	139	1279
20	248	148	596	497	181	1670

    Tiempo de relajación: Tiempo necesario para que una partícula alcance la velocidad terminal de caída.

Donde:

rp = Densidad de la partícula, kg/m3.

Dpi = Diámetro de la partícula, m.

μ = Viscosidad del gas, kg/ms.

 

    Velocidad de saltación: La velocidad de saltación es la velocidad de entrada de aire al ciclón a la que empieza a resuspenderse la materia particulada, produciendo una disminución en la eficiencia de captación del ciclón.

W Velocidad equivalente:             

 

    Consideraciones en el diseño del ciclón:

Seleccionar los tipos de ciclón adecuados, dependiendo del funcionamiento o necesidades requeridas, tamaño de partícula a limpiar, etc...

Obtener un estimativo de la distribución de tamaño de las partículas en la corriente gaseosa a ser tratada.

Calcular la eficiencia y la caída de presión de los ciclones para estimar cual es el que mejor se adapta a las necesidades del efluente.

Calcular el diámetro del ciclón para una velocidad de entrada que no permita la resuspensión de material y que minimice la pérdida de carga (principal coste de funcionamiento del ciclón), y determinar las otras dimensiones del ciclón con las relaciones establecidas para las familias de ciclones con base en el diámetro.

En ciertos casos los requerimientos de caudal o de distribución de partículas propician la necesidad de trabjar con cilones en paralelo, para grandes efluentes, o en serie, para conseguir una mayor eficiencia en la recolección de partículas. 
 

    Fuentes:

• Theoretical Study of Cyclone Design. (May 2004)
  Lingjuan Wang,
  B. Eng., Anhui Institute of Finance and Trade, China;
  M.S., Texas A&M University

• Diseño óptimo de ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoño. Medellín, 2006

 

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