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ClasificaciónCICLONES E HIDROCICLONES
El campo de la clasificación comprende
aquellas operaciones de separación por tamaños
que utilizan como principio de separación la
velocidad de sedimentación. Entendiéndose por
velocidad de sedimentación, la velocidad relativa
entre un fluido y un sólido que se produce por la
acción de un campo de fuerzas externo como el
gravitatorio o uno centrífugo.
Fundamentos
De acuerdo al tipo de fuerzas que se
aproveche para producir la separación, así como
también la forma como se apliquen estas fuerzas,
los diferentes equipos existentes se agrupan en:
- flujo vertical
- flujo horizontal.
- centrífugos.
Tipos de Clasificadores
Clasificadores Centrífugos Dentro del grupo de equipos centrífugos se
encuentra el ciclón o hidrociclón, que utiliza
un campo centrífugo generado por la rotación del
fluido, para acelerar la velocidad de
sedimentación de las partículas.
Hidrociclón El hidrociclón es un estanque cilindro - cónico, con una alimentación tangencial en la parte
superior. Posee dos salidas, una situada en el centro y en lo alto de la parte cilíndrica
denominada vortex, y una en el extremo inferior del cono denominada ápex.
La entrada tangencial produce un movimiento de vórtice en tres dimensiones. Las trayectorias
son hacia abajo para las partículas gruesas que se ubican cerca de las paredes, y hacia arriba
para las partículas finas que se ubican cerca del eje. Es decir existen dos vórtices concéntricos
actuando simultáneamente y con direcciones opuestas
Las partículas en suspensión están afectas a la
acción de dos fuerzas opuestas: una fuerza de
arrastre hidrodinámica dirigida radialmente hacia
adentro y una fuerza centrífuga dirigida
radialmente hacia afuera, como se indica en la
Figura.
Dependiendo del tamaño y peso específico de
las partículas, éstas tenderán a una posición de
equilibrio que es más cercana al eje del ciclón
mientras más pequeña o más liviana es la
partícula. Las partículas que se ubican en el radio
de acción del vórtice ascendente serán llevados al
rebose. Aquellas que se ubican a una distancia
mayor serán llevadas a la descarga del hidrociclón
o underflow.
FACTORES QUE AFECTAN LAOPERACIÓN DE UN HIDROCICLÓN
Las variables se clasifican en cuatro grupos: de diseño, parámetros del material, de operación y perturbaciones.
Variables de diseño
Tamaño de la unidad (diámetro de la parte cilíndrica). Cada modelo de hidrociclón tiene
asociado un rango de corte determinado, entendiéndose éste como el tamaño de gruesos
que se encuentra en el overflow.
Tamaño de la alimentación o área de entrada. Determina la velocidad de entrada de la pulpa.
En la mayoría de los ciclones la forma de la entrada se desarrolla desde una sección transversal hasta una sección rectangular, para extender el flujo a lo largo de la pared de la cámara.
Diámetro del vortex.
Según sea la presión de alimentación, si este diámetro aumenta, el corte o tamaño de separación será más grueso
y aumentará la capacidad del hidrociclón.
A > diámetro del vortex hay > valor de d50
Diámetro del apex.
Determina la densidad de la pulpa de descarga, y debe ser bastante grande para descargar los sólidos gruesos en
ella. Este orificio también debe permitir la entrada de aire a lo largo del eje del ciclón para establecer el remolino
de aire.
A > diámetro de apex <valor de d50
Un hidrociclón típico tiene:
Un área de entrada del alrededor del 7 % del área de la sección transversal de la cámara de
alimentación.
El vortex tiene un diámetro de 35 - 40 % del diámetro del hidrociclón.
El ápex generalmente no es menor del 25 % del diámetro del vortex.
DIMENSIONES DE UN HIDROCICLÓN
Parámetros del material
El más importante es la densidad del material, cuyo aumento disminuye el d50, y la composición si es que está constituido por una mezcla de distintas densidades. También la forma de la partícula es un factor importante en la separación.
Variables de Operación
Se puede distinguir entre variables de entrada y de salida. Entre las de entrada se tiene:
* Flujo de alimentación.
* Concentración de sólidos.
* Presión de alimentación.
La concentración, expresada como porcentaje de sólidos en peso, es la principal variable de
control que permite cambiar en forma inmediata el tamaño de corte.
Para separaciones finas, se logra con porcentajes de sólidos bajos y una gran caída de presión. El
porcentaje de sólidos en peso es normalmente de 30 %. Porcentajes de sólidos más altos
deteriorar la eficiencia de clasificación, debido a un aumento de la viscosidad de la pulpa y
disminución de la caída de presión efectiva.
La presión de alimentación y el flujo de material están relacionados íntimamente y determinan
la capacidad del equipo.
Un aumento en el flujo aumenta la fuerza centrífuga, así partículas más finas son llevadas al
underflow (corto-circuito) y el d50 disminuye. El sistema de bombeo se diseña, normalmente,
para alcanzar caídas de presión del orden de 10 psi (69 kPa), medida a la entrada del hidrociclón.
Un aumento en la caída de presión tiene un efecto similar al del aumento del flujo de
alimentación.
Entre las variables de salida interesa la granulometría del rebose y la proporción de agua que
aparece en la descarga.
Perturbaciones
La principal perturbación es la distribución granulométrica de la alimentación. Esto requiere de
un ajuste rápido del porcentaje de sólidos para mantener el d50 constante.
EFICIENCIA DE CLASIFICACIÓN
La eficiencia de clasificación que realiza el hidrociclón, se evalúa por la fracción de la alimentación que se va
a la descarga del hidrociclón, para cada intervalo de tamaño. Una clasificación ideal sería aquella en la que
todas las partículas más finas que un tamaño de corte sean seleccionadas para el rebose y las más gruesas
para la descarga del hidrociclón. Sin embargo en la práctica los hidrociclones no se comportan de esta
manera y siempre habrá partículas finas en la descarga. Esto se debe, seguramente, a que las partículas son
atrapadas y arrastradas por la pulpa densa de partículas gruesas que se mueve hacia la descarga.
La fracción de finos de la alimentación que se va a la descarga normalmente se interpreta como un
“cortocircuito" o " by-pass" directo de la pulpa de alimentación al flujo de descarga y se supone que afecta a
todos los tamaños por igual.
