TECNIFICACIÓN DE UN CICLÓN PARA MATERIAL PARTICULADO

(Technification of a cyclone for particulate matter)

Vanessa Moreno Cuy, Andrés Felipe Rodríguez, José Junior Díaz.

Resumen

Un separador ciclónico es un método de retirar partículas del aire, gas o flujo de líquido,

sin el uso de un filtro de aire, utilizando un vórtice para la separación, el proyecto tuvo

como fin construir un prototipo tecnificado de dispositivo purificador de aire de tipo

ciclón para la contaminación atmosférica generada por la industria carbonífera en la

vereda salamanca municipio samaca (Boyacá), para llegar a esto se tuvieron en cuenta

las variables involucradas dentro del proceso mediante el ciclón, sensores apropiados

para la obtención de una tecnificación adecuada, diseño de planos para tener el

prototipo adecuado, y pruebas de funcionamiento que tendría el prototipo en cuanto a la

purificación de aire. Con lo anterior y mediante este documento se evidenciara el

desarrollo y resultado de este prototipo ciclónico.

Palabras clave: contaminación, tecnificación, sensor, gases, partículas, filtro,

separación, dispositivo, ciclón.

Abstract

A cyclone separator is a method of removing particles from the air, gas or liquid stream,

without the use of an air filter using a vortex for separation, the project was to build a

prototype tech order of air purifying device type cyclone air pollution generated by the

coal industry in the village municipality Samaca Salamanca (Boyacá), to reach this were

taken into account the variables involved in the process through cyclone appropriate

sensors for obtaining a suitable modernization, design planes to have the adequate

prototype, and test runs that have the prototype in terms of air purification. With the

above and this document will be evidenced by the development and results of this

prototype cyclone.

Key words: Contamination, modernization, sensor, gases, particles, filter, separation,

device, cyclone.

INTRODUCCION:

El Ciclón es un dispositivo usado con frecuencia en las industrias y también en la vida

doméstica para separar partículas sólidas que son arrastradas por una corriente

gaseosa, para esta separación, el ciclón es esencialmente una cámara de

sedimentación en donde la aceleración gravitacional se sustituye por la aceleración

centrifuga.

“La fuerza centrífuga generada por los giros del gas dentro del ciclón puede ser mucho

mayor que la fuerza gravitacional, ya que ésta varía su magnitud dependiendo de la

velocidad del gas y del radio de giro. 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 re

suspensión 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.1”

Este dispositivo puede ser usado en lugares donde se produzcan o concentren gases

contaminantes con partículas en suspensión y lo que se pretende es tecnificarlo con

sensores ubicados en su interior que permitan ver su eficiencia en forma real y

determinar las condiciones efectivas de uso y aplicabilidad con estos cambios.

DISEÑO EXPERIMENTAL:

Determinación del proyecto:

Se observó la contaminación que se estaba generando desde empresas de sector

minero en el municipio de Samacá por medio de sus procesos y extracción de carbón

lo cual llevo a identificar como el ciclón de algún modo reduciría este impacto ambiental

que está siendo generado.

Planteamiento del problema: contaminantes que influyen en el efecto

invernadero en sus procesos.

Con lo anterior se planteó el problema el cual se identificó como: Las empresas

del sector minero en el municipio de Samacá producen gases contaminantes de

extracción y producción de Carbón.

En este planteamiento se realizó también una pregunta de investigación ¿Cómo reducir

el nivel de contaminación que generan los hornos de coquización de Samacá? La cual

es la base del desarrollo de este proyecto.

Se involucraron variables dentro del proceso ciclónico:

Se realizó la incorporación de variables como la temperatura, caudal de aire, CO2, pH

de la solución (hidróxido de sodio).

Para hallar las variables anteriores se utilizó la ecuación de Bernoulli para hallar la

velocidad de caudal de aire, se obtuvo de igual forma la ecuación de gases

incorporando la solución (NaoH) para saber que se obtiene mediante este proceso,

finalmente se utilizó la ecuación de acero para observar el respetivo proceso del

material en el que fue elaborado el ciclón.

Escoger sensores apropiados para el proceso:

Se utilizó dos sensores de calidad de aire MG811 - 0 a 10000 ppm, su

funcionamiento es detectar el gas CO2 y mandar un registro al LCD de cuantas

ppm hay en el medio ambiente interno del prototipo, se ubicaron estos dos

sensores al comienzo del proceso y en la salida de aire puro.

Por medio de un anemómetro digital se detectó la velocidad o caudal de aire

generado por el horno de coquización.

Se implementó un sensor de temperatura Termocupla Tipo K – 0 a 1200℃ , este

dispositivo se ubicó en la entrada para dar un registro a un LCD de cual es la

temperatura que ingresa al proceso.

Se automatizó la compuerta de salida del material particulado por medio de un

electroimán y un circuito en serie y un switch para mandar impulsos de corriente

para que se active y desactive la puerta.

Diseño de planos en 3D prototipos ciclónico con la tecnificación planteada:

En este diseño fueron creadas estructuras cónicas y cilíndricas para darle la forma

al ciclón, se realizaron partes posteriores donde se incorporó el caudal de entrada

de aire, caudal de salida de material partciculado, y el caudal de salida de aire

puro, también se hizo un conducto el cual está unido a una figura cónica donde se

agrega la solución química.

Se evaluó el funcionamiento que tuvo el prototipo ciclónico en la

purificación del aire:

Se hicieron pruebas de funcionamiento del prototipo en la industria carbonífera en la

vereda salamanca en el municipio de samacá donde el prototipo ciclónico funciono

correctamente mostrando eficiencia en cuanto a su tecnificación y elaboración con el fin

que se inició a trabajar en el proyecto, donde se logró de igual forma evidenciar que las

limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente del material con el cual se

realice la construcción.

RESULTADOS:

El día 11 de mayo del año 2013, se puso a prueba el prototipo, sus resultados fueron

satisfactorios ya que la salida de aire puro tuvo niveles bajos de contaminación por

debajo de 400 ppm por lo que su ingreso de CO2 era de 1093 ppm, gracias a la ayuda

de la solución química que reduce el CO2 y lo convierte en H2O + CaCO3, formando una

sal comercial.

El material particulado se extrajo de la compuerta de salida, dando como evidencia que

el ciclón cumplió con su proceso de separador de partículas.

Por lo tanto, es un prototipo capaz de retener material particulado y tratar gases, que

reporta datos en tiempo real de variables como: temperatura, CO2 y caudal a través de

la instalación de sensores.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

.

CONTROL DEL CICLÓN

SENSORES VOLTAJE

CO2 MG811 (0-10.000)PPM

AMPLIFICADOR

9.8

5

TERMOCUPLA TIPO K (0-1260)℃ 5

ANEMOMETRO (0-40)ms

3

ELECTROIMAN 12

CONCLUSIONES

Se identificó las variables involucradas para poder tecnificar el

funcionamiento del ciclón.

Se adecuaron los sensores de tal forma que al captar su sistema de

funcionamiento tuviera un óptimo desempeño de análisis.

El diseño del ciclón es acorde con la estructura del horno de coquización ya

que su material de acero inoxidable y antiácido resiste altas temperaturas y

gracias a su entrada tangencial hace que el proceso sea de alto rendimiento.

La solución química llego a su punto neutro, lo cual indica que en ella no hay

saturación en su mezcla y su funcionamiento es óptimo.

Se determinó el Ph de la sustancia química (en este caso Hidróxido de calcio)

el cual arrojo como resultado un Ph acido del cual se derivaron ecuaciones

para neutralizarlo para que el proceso sea eficiente.

Se obtuvo sal por medio del óxido de calcio.

la temperatura se encuentra en el primer día en 1200C al hacer el

procedimiento llega a la solución a 512C lo cual se produce una base que

permite la formación de la sal.

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