Partes de un ciclón clasificador y su funcionamiento

Un ciclón clasificador es un equipo que utiliza la fuerza centrífuga para separar partículas sólidas de una corriente de gas o de una suspensión líquida, aprovechando las diferencias de tamaño, densidad e inercia. En los ciclones de gas, las partículas arrastradas se separan de la corriente gaseosa; en los hidrociclones, se separan sólidos de líquidos o líquidos de diferentes densidades.

El equipo está formado principalmente por una entrada tangencial, un cuerpo cilíndrico, una sección cónica, un tubo o puerto de salida superior y una descarga inferior. La corriente entra a alta velocidad, adquiere un movimiento helicoidal y genera un doble vórtice: uno exterior descendente, que transporta las partículas hacia las paredes y la descarga, y otro interior ascendente, que conduce el gas o el líquido separado hacia la salida.

Qué es un ciclón clasificador

Los ciclones son un tipo de equipo de extracción que se utiliza para separar partículas sólidas y líquidas de una corriente de aire o gas mediante la fuerza centrífuga generada por la rotación de la corriente. El funcionamiento principal de un ciclón se basa en el principio de que las partículas en suspensión tienen una inercia mayor que la del gas o aire que las transporta, lo que provoca que se desvíen hacia la pared del ciclón mientras que el gas o aire continúa su recorrido hacia la salida.

La separación ciclónica es un método para separar diferentes fases líquidas (diferentes densidades de líquidos) o para separar partículas de una corriente de gas. Los separadores ciclónicos suelen ser parte de una etapa de pre-limpieza antes de que un gas o líquido sea liberado.

Un separador ciclónico tiene varios nombres coloquiales. Estos nombres incluyen ‘separador de polvo’, ‘colector de polvo’, ‘extractor de polvo’, ‘extractor ciclónico’ y ‘separador ciclónico’. Generalmente, las unidades más pequeñas se denominan ‘separadores’ o extractores de polvo, mientras que los separadores industriales a gran escala se denominan ‘separadores ciclónicos’.

El equipo de recolección de polvo que se usa con mayor frecuencia es el ciclón. Los ciclones remueven el material particulado de la corriente gaseosa, basándose en el principio de impactación inercial, generado por la fuerza centrífuga.

Partes principales de un ciclón clasificador

Un separador ciclónico de flujo inverso es un ensamblaje industrial sin partes móviles y de diseño simple. La parte cilíndrica principal del separador ciclónico se conoce como el cuerpo o barril. La sección cónica que se estrecha gradualmente se conoce como el cono.

Entrada tangencial

El gas no tratado entra tangencialmente a través de la entrada en el lado del separador. El aire contaminado entra al ciclón a través de una entrada tangencial, lo que provoca que el aire gire alrededor del cuerpo del ciclón.

La entrada tangencial transforma el movimiento lineal de la corriente en un movimiento giratorio. Esta disposición es la que permite formar el vórtice exterior y generar la aceleración centrífuga necesaria para desplazar las partículas hacia la pared.

Cuerpo o barril cilíndrico

El cuerpo cilíndrico es la cámara superior en la que la corriente adquiere velocidad tangencial y comienza el movimiento helicoidal. El diámetro del ciclón identifica la dimensión básica de diseño, todas las demás dimensiones simplemente son una proporción del diámetro del ciclón.

La parte cilíndrica recibe la corriente de alimentación, estabiliza el vórtice y dirige el flujo hacia la sección cónica. La altura del cuerpo también influye en el tiempo de residencia y en la eficacia de separación.

Sección cónica

La sección cónica se estrecha gradualmente y obliga al vórtice descendente a cambiar de dirección. El diámetro del cono disminuye gradualmente lo que provoca que la velocidad del gas aumente.

En el cono se presenta la mayor colección de partículas, especialmente de las partículas pequeñas al reducirse el radio de giro. La eficiencia del separador aumenta a medida que disminuye el diámetro del cono.

Por lo tanto, reducir el diámetro del cono permite la eliminación de partículas cada vez más finas. Un cono de pequeño diámetro extraerá partículas mucho más finas de una corriente de gas que un cono de mayor diámetro.

Vortex finder o puerto de aceptación

El gas limpio sale a través del puerto de aceptación en la parte superior del separador. En un ciclón de flujo inverso, el vórtice interior asciende por el centro del equipo y abandona el cuerpo a través de un conducto vertical centrado.

Otra forma de aumentar la eficiencia de un separador es reducir el diámetro del puerto de aceptación. Esto cambia la relación del diámetro del cuerpo del separador al puerto de aceptación y tiene el efecto de permitir que solo las partículas más finas salgan del separador a través del puerto de aceptación.

Ápice, espiga o puerto de rechazo

Las partículas arrastradas dentro de la corriente de gas se separan de la corriente de gas y se descargan a través del puerto de rechazo en la base del separador. Los sólidos se mueven radialmente hacia las paredes, se deslizan por las paredes, y son recogidos en la parte inferior.

En los hidrociclones, la salida en la parte inferior se denomina ápice o apex, y a través de ella se elimina el material más denso o grande; si es sólido, la salida se llama descarga.

Descarga superior

Los hidrociclones tienen una salida superior para eliminar el material menos denso o más pequeño, llamada rebalse. Los sólidos finos en el líquido, junto con la mayor parte del agua, se descargan a través del vortex finder, mientras que los sólidos gruesos, con una menor cantidad de agua, se descargan a través del apex.

Paredes internas y recubrimientos

La selección de material es una consideración muy importante al elegir un separador para una aplicación específica. Algunos sistemas de proceso pueden contener medios de flujo erosivos o corrosivos, por lo que es necesario agregar una capa de protección a las superficies internas del ciclón.

Los materiales adecuados para proteger el separador dentro de sistemas erosivos podrían incluir materiales como cerámica o alguna forma de esmalte. Los separadores que operan dentro de sistemas corrosivos pueden tener algún tipo de recubrimiento de esmalte o material a base de polímero para proteger el cuerpo metálico del ciclón debajo.

Cómo funciona un ciclón clasificador

El gas que contiene partículas arrastradas entra a alta velocidad a través de la entrada tangencial en la parte superior del ciclón. El gas fluye hacia el cuerpo/barril del ciclón en una tangente y comienza a fluir en una espiral circular descendente hacia el puerto de rechazo inferior; esta espiral descendente se conoce como vórtice espiral.

En un ciclón, la trayectoria del gas comprende un doble vórtice, en donde el gas dibuja una espiral descendente en el lado externo, y ascendente, en el lado interno.

En un ciclón, el gas entra en la cámara superior tangencialmente y desciende en espirales hasta el ápice de la sección cónica; luego, asciende en un segundo espiral, con diámetro más pequeño, y sale por la parte superior a través de un ducto vertical centrado.

Formación del vórtice exterior

La entrada tangencial hace que la corriente se desplace alrededor de la pared interna. El gas fluye en una espiral descendente y el diámetro progresivamente menor del cono aumenta la velocidad de la corriente.

El vórtice exterior crea un vórtice interior adicional más cerca del centro del cuerpo del separador y este vórtice interior fluye en espiral hacia arriba hacia el puerto de aceptación.

Desplazamiento de las partículas

Las partículas con más inercia impactarán con el lado del ciclón mientras que las partículas con menor inercia permanecerán dentro de la corriente de gas. La inercia puede considerarse como la capacidad de una partícula para continuar viajando en línea recta incluso cuando se aplican fuerzas externas.

Cuando se aplica una fuerza externa -como por el vórtice ciclónico- las partículas con baja inercia no continuarán viajando en línea recta, sino que viajarán en espiral al ser arrastradas por la corriente de gas.

Las partículas con mayor inercia serán menos afectadas por el vórtice y continuarán viajando en línea recta. Esta trayectoria en línea recta hace que las partículas de alta inercia se muevan fuera de la corriente de gas e impacten con el cuerpo del separador ciclónico.

Estas partículas luego caen a la base del separador ciclónico y salen por el puerto de rechazo. De esta manera, las partículas arrastradas de cierto tamaño pueden separarse de la corriente de gas.

Separación según densidad y forma

Otra forma de pensar en este proceso es pensar en partículas de mayor densidad colisionando con el cuerpo del ciclón mientras que las partículas menos densas se retienen dentro de la corriente de gas. Sin embargo, esto no es estrictamente cierto ya que tanto la densidad como la forma de la partícula afectarán su capacidad para ser separada de la corriente de gas.

Los materiales se separan por la acción centrífuga que obliga al material más denso a dirigirse hacia la superficie exterior (saliendo por la parte inferior), mientras que el material menos denso migra hacia el centro del vórtice y se descarga por la parte superior.

Descarga del material separado

Las partículas descargadas a través del puerto de rechazo generalmente se reciclan (fuera o en el sitio) o se eliminan.

En un hidrociclón, el material clasificado como grueso o denso sale por el apex, mientras que el material fino o menos denso sale junto con el líquido por el rebalse.

La fuerza que produce la separación

El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que la aceleración gravitacional se sustituye con la aceleración centrifuga.

Es un error común pensar que la fuerza centrífuga es la fuerza que separa las partículas de la corriente de gas, pero es la fuerza centrípeta la que hace que las partículas colisionen con el cuerpo del separador.

La siguiente ecuación se utiliza para calcular la fuerza centrípeta basada en la velocidad del aire (v), el tamaño de la partícula (m) y la distancia radial (r) desde la pared del ciclón.

F =(mv2)/r

Dónde: v = velocidad del aire, m = tamaño de la partícula, r = distancia radial.

Las fuerzas centrípetas generadas dentro del separador pueden ser entre cinco veces la gravedad para separadores de gran diámetro con baja caída de presión, hasta 2,500 veces la gravedad para separadores de muy pequeño diámetro con alta caída de presión.

La fuerza centrífuga generada por los giros del gas dentro del ciclón puede ser mucho mayor que la fuerza gravitacional, ya que la fuerza centrífuga varía en magnitud dependiendo de la velocidad de giro del gas y del radio de giro.

Tipos de ciclones clasificadores

Ciclones de gas e hidrociclones

Existen dos diseños principales de separador ciclónico, estos son el ciclón de gas y el hidrociclón. Los ciclones de gas se utilizan para eliminar partículas arrastradas de una corriente de gas.

Los hidrociclones se utilizan para separar fluidos de diferentes densidades.

Los separadores ciclónicos pueden instalarse como unidades individuales o en múltiples, conocidos como multi-ciclones. También es posible instalar ciclones en serie o en paralelo. Los separadores pueden instalarse con una orientación horizontal o vertical.

Ciclones de flujo inverso

Los separadores ciclónicos de gas se agrupan en dos categorías principales, flujo inverso y flujo axial. Los separadores ciclónicos de flujo inverso tienen forma de cono.

El gas entra por la parte superior del cuerpo del separador, fluye hacia abajo, luego fluye hacia arriba y se descarga.

Este artículo se centrará en el separador ciclónico de gas de flujo inverso porque este tipo de separador es el más común en uso hoy en día.

Ciclones de flujo axial

Para los separadores ciclónicos de flujo axial (también conocidos como de paso recto), el gas entra por un extremo y se descarga por el extremo opuesto. Los separadores de flujo axial no son tan comunes como los de flujo inverso.

Los ciclones de entrada axial y salida periférica proporcionan un flujo directo que es muy adecuado para conectarlos a fuentes de gran volumen, donde los cambios en la dirección del gas podrían ser un inconveniente.

Clasificación geométrica

De acuerdo a su disposición geométrica se distinguen los siguientes tipos de separadores ciclónicos:

• Entrada tangencial y descarga axial.
• Entrada tangencial y descarga periférica.
• Entrada y descarga axiales.
• Entrada axial y descarga periférica.

El principio de funcionamiento en el cual se basan estos tipos de ciclones es muy similar.

Los ciclones de entrada tangencial y descarga axial representan el ciclón tradicional y, aunque se pueden construir con diámetros más grandes, lo más frecuente es que éstos se encuentren entre los 600 y los 915 mm.

En los ciclones con entrada tangencial y descarga periférica, el gas sufre un retroceso en el interior del equipo al igual que ocurre en un ciclón convencional. Sin embargo, presenta el inconveniente de que el polvo no es eliminado en su totalidad de la corriente gaseosa, aunque sí se produce una concentración del mismo.

En los ciclones con entrada y descarga axial la diferencia fundamental se encuentra en que los diámetros son de menores dimensiones (entre 25 y 305 mm), con lo que gracias a esta característica su eficicencia es mayor aunque su capacidad es menor.

Clasificación según la eficacia

Otra posible clasificación de los ciclones se puede realizar en función de su eficacia.

La eficacia de un ciclón está determinada en gran medida por su tamaño. Se ha comprobado que los ciclones de menor diámetro son los que proporcionan mejores eficacias en la separación de partículas. Asimismo se observa que la altura total del equipo también afecta a la eficacia, aumentando ésta con la altura.

• Muy eficientes: 98 - 99%.
• Moderadamente eficientes: 70- 80%.
• De baja eficiencia: 50%.

Familias de ciclones de entrada tangencial

Los ciclones son un dispositivo de control de material particulado bastante estudiado, el diseño de un ciclón se basa normalmente en familias de ciclones que tienen proporciones definidas.

Las principales familias de ciclones de entrada tangencial son: ciclones de alta eficiencia, ciclones convencionales y ciclones de alta capacidad.

Los ciclones de alta eficiencia están diseñados para alcanzar mayor remoción de las partículas pequeñas que los ciclones convencionales. Los ciclones de alta eficiencia pueden remover partículas de 5 µm con eficiencias hasta del 90%, pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partículas más grandes.

Los ciclones de alta eficiencia tienen mayores caídas de presión, lo cual requiere de mayores costos de energía para mover el gas sucio a través del ciclón. Por lo general, el diseño del ciclón está determinado por una limitación especificada de caída de presión, en lugar de cumplir con alguna eficiencia de control especificada.

Los ciclones de alta capacidad están garantizados solamente para remover partículas mayores de 20 µm, aunque en cierto grado ocurra la colección de partículas más pequeñas. Se ha reportado que los multiciclones han alcanzado eficiencias de recolección de 80 a 95 % para partículas de 5 µm.

Eficiencia de colección y punto de corte

La eficiencia de colección -también conocida como tasa de captura o tasa de recuperación- es una medida de la capacidad de un ciclón para separar partículas de la corriente de gas en flujo.

Debido a que las partículas tienen diferentes tamaños, la calificación de eficiencia generalmente se da para tamaños de partículas variables.

El caudal volumétrico y la geometría del separador ciclónico definen el punto de corte. El punto de corte es el punto en el que las partículas se eliminan de la corriente de gas con una eficiencia del 50%.

Esta medición es un estándar de la industria y generalmente puede obtenerse del fabricante original del equipo (OEM).

La eficiencia de colección de los ciclones varía en función del tamaño de la partícula y del diseño del ciclón. No existe un método teórico sencillo que permita el cálculo de la eficiencia (definido como el porcentaje de la masa de partículas entrante que es separado en el ciclón) de forma exacta.

Esto es, en parte, debido a que, en la práctica, partículas pequeñas que teóricamente deberían salir con el gas, debido a la aglomeración y al barrido y choque con partículas mayores, serán capturadas; mientras, partículas grandes que deberían ser retenidas rebotarán contra las paredes o serán capturadas por turbulencias, escapándose del ciclón.

Existen numerosas teorías sobre el cálculo de la eficiencia teórica de los ciclones, las cuales relacionan la eficiencia de colección y el tamaño de las partículas.

Factores que afectan la eficiencia

Hay varios factores que pueden afectar la eficiencia de un separador ciclónico. Estos incluyen densidad de partículas, tamaño de partículas, caudal volumétrico, caída de presión, longitud del cono, longitud del cuerpo, relación del diámetro del puerto de aceptación al diámetro del cuerpo, e incluso la suavidad de las superficies internas del ciclón.

Tamaño y densidad de las partículas

La densidad de partículas es uno de los factores más decisivos que afectan la capacidad de un ciclón para eliminar partículas arrastradas. Las partículas densas como los óxidos de hierro pueden separarse con una eficiencia del 99% o mayor, independientemente del tamaño de la partícula.

Cuando la densidad de la partícula disminuye, la eficiencia disminuye (suponiendo que no ocurran otros cambios en el sistema).

El tamaño de la partícula es una gran consideración de diseño que afecta la eficiencia de un separador. Las partículas más grandes pueden separarse más fácilmente que las más pequeñas.

Las partículas de menos de cinco micrones son difíciles de separar sin usar separadores muy pequeños. Los ciclones son adecuados para separar partículas con diámetros mayores de 5 µm; aunque partículas muchos más pequeñas, en ciertos casos, pueden ser separadas.

Las partículas que superan los 200 micrones a menudo pueden separarse utilizando otros medios como cámaras de sedimentación por gravedad. Una reducción en el tamaño de la partícula dará una reducción correspondiente en la eficiencia.

Diámetro y geometría

La geometría de un separador afecta en gran medida la eficiencia de la unidad. Un separador ciclónico de mayor diámetro no podrá separar partículas tan eficientemente como un separador de menor diámetro.

Los separadores ciclónicos pequeños tienen una calificación de eficiencia más alta, pero la caída de presión asociada es alta y el caudal volumétrico es bajo.

Los separadores ciclónicos grandes tienen una calificación de eficiencia más baja, pero la caída de presión asociada es baja y el caudal volumétrico es alto. Un separador de gran diámetro no es adecuado para eliminar partículas finas de una corriente de gas.

Caudal y caída de presión

Todos los separadores ciclónicos tienen una caída de presión asociada. La caída de presión puede considerarse como la cantidad de energía requerida para mover el gas a través del separador, alternativamente, puede considerarse como la cantidad de resistencia que el separador ciclónico agrega al flujo del sistema.

La caída de presión es un producto del caudal de gas, la densidad del gas y la geometría del ciclón.

La caída de presión puede expresarse como:

DR = Ra Entrada - Ra Salida

Dónde: DR = Caída de Presión del Ciclón, Ra = Presión Absoluta.

Velocidad de entrada y resuspensión

Teóricamente el aumento de la velocidad de entrada al ciclón implicaría un aumento de la fuerza centrífuga y, por lo tanto, un aumento de la eficiencia; sin embargo, velocidades de entrada muy altas generan la resuspensión de material particulado de las paredes internas del ciclón, lo cual disminuye la eficiencia del ciclón; adicionalmente, aumentar la velocidad de entrada implica mayor consumo de energía.

En los ciclones, la velocidad de entrada es un parámetro fundamental; velocidades muy bajas permiten la sedimentación de partículas y neutralizan el efecto de la fuerza centrífuga generando disminución en la eficiencia de colección; velocidades muy altas pueden resuspender partículas previamente colectadas, disminuyendo también la eficiencia.

La experiencia indica que la velocidad de entrada al ciclón debe situarse en el intervalo de 15.2 a 27.4 m/s.

Kalen y Zenz propusieron la existencia de una 'velocidad de saltación' en el ciclón para explicar por qué la eficiencia de colección algunas veces descendía con incrementos en la velocidad de entrada.

De lo anterior se puede observar que lo ideal es trabajar con velocidades de entrada lo suficientemente altas para aprovechar el efecto de la aceleración centrífuga, sin sobrepasar la velocidad que implica resuspensión del material ya colectado.

La máxima eficiencia de colección ocurre cuando la velocidad de entrada es 1.25 veces la velocidad de saltación.

Otros factores de diseño

La eficiencia del ciclón generalmente aumenta con:

• El tamaño de partícula y/o la densidad.
• La velocidad en el conducto de entrada.
• La longitud del cuerpo del ciclón.
• El número de revoluciones del gas en el ciclón.
• La proporción del diámetro del cuerpo del ciclón al diámetro del conducto de salida del gas.
• La concentración de las partículas.
• El pulimento de la superficie de la pared interior del ciclón.

La eficiencia del ciclón disminuirá con los aumentos en:

• La viscosidad del gas.
• El diámetro del cuerpo.
• El diámetro de la salida del gas.
• El área del conducto de entrada del gas.
• La densidad del gas.

Un factor común que contribuye a la diminución de eficiencias de control en los ciclones es el escape de aire en el conducto de salida del polvo.

Selección entre un ciclón grande y uno pequeño

Los separadores ciclónicos pequeños tienen una calificación de eficiencia más alta, pero la caída de presión asociada es alta y el caudal volumétrico es bajo. La velocidad del gas a través de separadores pequeños también es muy alta y esto llevará a un alto nivel de erosión si la corriente de gas contiene partículas abrasivas.

Los separadores ciclónicos grandes tienen una calificación de eficiencia más baja, pero la caída de presión asociada es baja y el caudal volumétrico es alto. Un separador de gran diámetro no es adecuado para eliminar partículas finas de una corriente de gas.

Ventajas y limitaciones

Los ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de polvo, tanto desde el punto de vista de operación como de la inversión. Estos son básicamente construcciones simples que no cuentan con partes móviles, lo cual facilita las operaciones de mantenimiento; pueden ser hechos de una amplia gama de materiales y pueden ser diseñados para altas temperaturas (que ascienden incluso a 1000 oC) y presiones de operación.

Existen muchas ventajas asociadas con los separadores ciclónicos, algunas de estas incluyen:

• Baratos de adquirir.
• Bajo mantenimiento.
• Adecuados para altas temperaturas.
• Adecuados para nieblas líquidas.
• No requieren mucho espacio.
• No requieren bolsas ni filtros.

Los ciclones presentan eficiencias mayores que la cámara de sedimentación gravitacional, y eficiencias menores que los filtros de talegas, lavadores y precipitadores electrostáticos.

Algunas desventajas están asociadas con los separadores ciclónicos, pero estas desventajas pueden reducirse en severidad si se selecciona el separador correcto para la aplicación correcta.

• Costos operativos aumentados asociados con la caída de presión (suponiendo una gran caída de presión).
• Ineficientes al manejar partículas pequeñas/finas.
• No adecuados para sustancias ‘pegajosas’.
• Posible erosión cuando la corriente contiene partículas abrasivas.
• Posible resuspensión de partículas si la velocidad de entrada es excesiva.

Aplicaciones de los ciclones de gas

Los separadores ciclónicos se utilizan en muchas aplicaciones debido a su bajo costo, diseño simple y alta eficiencia. Los separadores ciclónicos no requieren bolsas ni filtros y requieren solo bajo mantenimiento.

Aserraderos

Una aplicación típica incluiría un aserradero. Los aserraderos generan mucho polvo que debe ser extraído del molino.

El polvo es aspirado al sistema de extracción principal por una presión negativa creada por un ventilador -generalmente un ventilador centrífugo-. El aire cargado de polvo luego pasa a través de un separador ciclónico donde la mayor parte del polvo de madera se separa de la corriente de aire; el aire limpio se descarga directamente al aire ambiente mientras que el polvo de madera se recicla o se elimina.

Aspiradoras domésticas

Otra aplicación común es la aspiradora doméstica. Un motor eléctrico impulsa un ventilador que aspira aire y partículas al cuerpo de la aspiradora.

Hay pocas partes que mantener y la aspiradora tiene la ventaja adicional de no tener bolsas que necesiten ser reemplazadas.

Control de polvo industrial

Los ciclones son ideales para partículas de gran tamaño y densidad, ya que su capacidad de separación disminuye a medida que el tamaño de las partículas se reduce.

Por lo tanto, se recomienda utilizar ciclones en procesos con partículas de tamaño medio a grande y densidad alta, como la separación de polvos metálicos, cenizas y otros sólidos abrasivos.

Hidrociclones: partes y funcionamiento

Existen también los denominados hidrociclones que se encargan de separar las partículas sólidas de líquidos.

Los hidrociclones son equipos utilizados para separar sólidos de líquidos o líquidos de diferentes densidades. Este activo tiene un recipiente cilíndrico-cónico con un flujo de entrada tangencial en la parte superior, una salida en la parte inferior (el ápice o apex) a través del cual se elimina el material más denso o grande, si es sólido - la salida se llama descarga.

Hay, además, una salida superior para eliminar el material menos denso o más pequeño - llamado el rebalse.

Los materiales se separan por la acción centrífuga que obliga al material más denso a dirigirse hacia la superficie exterior (saliendo por la parte inferior), mientras que el material menos denso migra hacia el centro del vórtice y se descarga por la parte superior.

Presión de entrada y punto de corte

En cuanto al funcionamiento de los hidrociclones, un punto de atención es la presión de entrada. Aunque otros factores, como el diámetro del cono e incluso el material, pueden interferir en el punto de corte, la presión es uno de los principales factores.

Esto se debe a que influirá en el punto de corte (o d50): si está por debajo del valor adecuado, el d50 será mayor de lo deseado. Del mismo modo, si la presión es superior al valor adecuado, el d50 será inferior al deseado.

El punto de corte o corte en la clasificación se refiere a la definición de la separación granulométrica de las partículas, que divide el material que pasa por el rebalse y el por la descarga.

Clasificación minera

A pesar de la posibilidad de aplicación en diferentes sectores industriales, el hidrociclón se encuentra comúnmente en las industrias de procesamiento de minerales y de papel y celulosa.

Se instala en un circuito cerrado entre los trayectos de molienda y acondicionamiento para la flotación, y la alimentación se bombea a presión a través de la entrada tangencial, contribuyendo al movimiento de giro.

De este modo, el material que ya tiene el tamaño adecuado sigue el flujo de producción y el material demasiado grande vuelve al molino. El hidrociclón cierra así el ciclo de molienda.

A veces puede haber incluso un segundo ciclón para separar los finos del material. La eliminación del exceso de finos evita una serie de problemas de flotación, como los slimes coating (cuando las partículas finas se adhieren a la superficie de las más grandes), los cambios en la reología de la pulpa, que se vuelve más viscosa, el desbordamiento del tanque de flotación y el elevado consumo de reactivos.

Deshidratación y separación por densidad

Entre los tipos relevantes se encuentran los ciclones utilizados en procesos de deshidratación, como los empleados en las plantas de Hydraulic Dewatered Stacking (HDS), donde desempeñan un rol clave en la recuperación de agua y manejo de relaves.

También se utilizan ciclones de Separación por Medio Denso (DMS, por sus siglas en inglés), ideales para separar minerales que contienen componentes valiosos y no valiosos con una diferencia de densidad que puede ser aprovechada con fines de beneficio.

Problemas de funcionamiento y mantenimiento

La simplicidad del diseño no elimina la necesidad de inspeccionar el equipo, la entrada, las paredes, el cono, las salidas y el sistema de descarga. Un funcionamiento inadecuado puede modificar la presión, el caudal, la velocidad de entrada o la descarga de sólidos.

En los hidrociclones, entre los problemas comunes se encuentran el bajo caudal de fluido, el bajo nivel del tanque, la presencia de aceite en el agua, los olores en el separador y una gran cantidad de residuos.

Bajo caudal de fluidos

Bajo caudal de fluidos: puede deberse a problemas con la bomba, agua insuficiente en el depósito, obstrucciones en la aspiración, filtros obstruidos o lubricantes inadecuados.

Bajo nivel en el tanque

Bajo nivel en el tanque: es importante comprobar que no haya obstrucciones en las tuberías y el filtro, limpiar los lodos del tanque de decantación y, sobre todo, ajustar la válvula reguladora de presión.

Aceite en el agua

Aceite en el agua: puede indicar que el sistema está sobrecargado o que el tanque de decantación está lleno. También puede haber obstrucciones en la descarga de agua.

Olores y acumulación de residuos

Presencia de olores en el separador: puede ser un indicio de lodos acumulados o agua estancada.

Gran cantidad de residuos: este problema suele estar relacionado con filtros sucios o con la acumulación de lodos.

Estos problemas pueden detectarse mediante inspecciones (análisis visual, olfativo y auditivo de los activos). Para ello, las inspecciones deben realizarse periódicamente a fin de evitar el agravamiento de situaciones que pueden convertirse en fallas graves.

Aspectos de diseño y operación que deben revisarse

La selección de un ciclón depende de la naturaleza de la corriente, el tamaño y la densidad de las partículas, el caudal, la presión disponible, la temperatura, la abrasividad, la corrosividad y el nivel de separación requerido.

La eficiencia 'corregida' puede obtenerse de la ecuación 22. La eficiencia de colección de los ciclones varía en función del tamaño de la partícula y del diseño del ciclón.

Para utilizar las ecuaciones 1 y 2 se debe estar seguro de que el ciclón no presenta resuspensión, ya que el valor real de la eficiencia sería mucho menor al estimado por estas ecuaciones.

La eficiencia 'al vacío' o sin carga de partículas se debe corregir cuando la concentración de partículas es mayor de 2 g/m3 a condiciones de referencia.

La eficiencia obtenida por cualquiera de estos métodos es la eficiencia 'al vacío', es decir, la que se obtendría separando partículas aisladas.

En la práctica, la interacción entre partículas hace que la eficiencia aumente con la concentración de partículas. Por lo tanto, las ecuaciones 1 y 13 son válidas solamente para concentraciones de partículas que se encuentran por debajo de 2.0 g/m3, medidos a condiciones de referencia.

La elección correcta de las dimensiones y del régimen de operación permite aprovechar la separación inercial sin generar una caída de presión excesiva, desgaste acelerado o resuspensión del material depositado.

tags: #partes #de #un #ciclon #clasificador