Hidrociclones para separação eficiente de sólidos líquidos
Os hidrociclones são projetados para melhorar o desempenho de separação e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de energia, alterando o fluxo de fluido dentro do dispositivo.
A separação primária ocorre na seção cilíndrica de um ciclone antes das partículas entrarem na seção cônica para processos de separação adicionais que dependem da densidade de alimentação.
Geometria Ciclone
Um ciclone é um equipamento circular que utiliza força centrífuga para separar partículas ou gotículas maiores de um meio.. Quando sua força centrífuga excede a força de arrasto dos fluidos, partículas maiores ou mais densas saem através de uma saída superior no topo, enquanto partículas mais finas ou rejeitadas saem através de saídas de rejeição inferiores na base.
Projetos de entrada tangenciais promovem forte formação de vórtices, aumentando a eficiência da separação. Além disso, o projeto evita o fluxo de curto-circuito que ocorre quando o gás em alta velocidade entra no separador.
Para máxima eficiência de separação, o corpo/cano de um ciclone deve ser dimensionado adequadamente para garantir a eficiência ideal de separação. Para determinar isso, procure por uma leve pulverização conforme o material sai do ápice do ciclone; isso indica que foi dimensionado corretamente. Se, em vez disso, o material vazar por baixo do seu separador, aumentar a pressão/fluxo de alimentação ou diminuir o tamanho do corte (ou seja. engrossar).
Fendas de estouro
O projeto das fendas de transbordamento tem uma enorme influência na eficiência de separação do hidrociclone e na taxa de divisão. Em geral, o desempenho aumenta com o aumento da largura da fenda de overflow e a diminuição da largura da fenda de underflow.
Quando alimentado em um ciclone, a pasta gira dentro de suas paredes cilíndricas criando força centrífuga para classificar os materiais por densidade. Partículas pesadas colidem contra a parede e são puxadas para baixo através de um tubo de saída chamado localizador de vórtice antes de sair através de um tubo de saída de fluxo inferior; os pesados permanecem presos contra ele e, portanto, acumulam-se ali até serem transbordados através do localizador de vórtice ou do tubo de saída do localizador de vórtice.
Para eficiência ideal de um hidrociclone, uma relação ideal entre a velocidade axial e tangencial deve ser alcançada para minimizar a intensidade da turbulência e as perdas de energia dentro de suas paredes, bem como permitir que as partículas leves acessem a força centrífuga suficiente para alcançar a saída de transbordamento.
Ângulos de orifício
Quando alimentado tangencialmente em um cilindro de ciclone, sua ação giratória converte a velocidade do líquido em força centrífuga que puxa as partículas mais pesadas em direção à parede, enquanto as partículas mais finas e mais leves se aglomeram e espiralam para cima para sair pela saída de transbordamento superior; partículas mais pesadas e grossas caem para trás em sua saída inferior de rejeição com algum líquido através de um tubo de extensão (chamado localizador de vórtice).
A separação do hidrociclone pode ser mais eficaz usando padrões de fluxo sem cisalhamento que minimizam as forças de cisalhamento; projetos sem cisalhamento podem oferecer outras vantagens em relação à filtragem de meios tradicionais, como maior vida útil do líquido refrigerante. Ao projetar o sistema, no entanto, cisalhamento também deve ser considerado.
Distribuição de velocidade axial
Quando a força centrífuga pode superar as forças de atrito experimentadas pelo fluido, partículas pesadas são separadas do líquido e saem através de uma saída inferior axial (estouro negativo) enquanto líquidos mais leves entram pela saída superior de um hidrociclone (transbordar).
Um ciclone possui duas saídas em seu eixo axial; um na parte inferior conhecido como “lado rejeitado,” e outra saída maior no topo conhecida como “lado de transbordamento.” A injeção tangencial em sua câmara cilíndrica cria um padrão de fluxo em turbilhão; a descarga do lado do transbordamento passa por um tubo axial que se projeta do ápice do ciclone.
No entanto, características inerentes ao fluxo de fluido levam à separação imperfeita e perda de energia, independentemente da geometria. Visando um design ideal, vários projetos de melhoria de fluxo de fluido foram propostos e testados – como inserir um corpo central9, cone interno11, tubos de transbordamento duplos12-13, fenda cone14 e overflow cap15 por exemplo; todos demonstraram reduzir o diâmetro do núcleo de ar e, ao mesmo tempo, aumentar o desempenho da classificação do tamanho das partículas.