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2015
CÁTEDRA: ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO CATEDRÁTICO: ING. ABEL MUÑIZ PAUCARMAYTA ALUMNOS: POMA CONDOR ANY
FABIAN BULLON DAVIS FLORES FLORES EBER CALDERON COLACHAGUA FRANZ HIDALGO RIVAS MIGUEL ANGUEL OLIVERA UCEDA JULIO NUÑEZ ALLPOCC JUAN CHACON QUINTO CHARLES PERALES SIMEON JOSE RODRIGUEZ MORAN MIGUEL TRIGOS BARRETO JOSEPH VILLANES ALCANTARA JOSE LUIS
SEMESTRE: VIII
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
HUANCAYO - PERÚ
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
CONTENIDO
I. MODELAMIENTO HIDROCICLON ........................................................................ 2
1.1. RESUMEN EJECUTIVO..................................................................................... 2
1.1.1. EXECUTIVE SUMMARY ................................................................................. 3
1.2. INTRODUCCION ................................................................................................ 4
1.3. OBJETIVOS ....................................................................................................... 5
1.4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 6
DEFINICION ................................................................................................ 6
FUNCIONAMIENTO .................................................................................... 6
APLICACIONES .......................................................................................... 7
VENTAJAS .................................................................................................. 8
VARIABLES GEOMÉTRICAS ...................................................................... 8
VARIABLES DE OPERACIÓN ................................................................... 10
GEOMETRÍA DEL HIDROCICLÓN............................................................ 14
1.5. METODOLOGIA ............................................................................................... 17
DISEÑO DE HIDROCICLON ..................................................................... 17
DISEÑO DE HIDROCICLON BILL PENTZ ................................................ 22
DISEÑO EN AUTOCAD ............................................................................. 24
DISEÑO EN SKETCHUP ........................................................................... 24
DISEÑO EN SOLIWORT ........................................................................... 26
1.6.1. DISEÑO DEL DIAMETRO DE ABERTURA PARA 50% DE EFICIENCIA . 27
1.13. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 29
1.14. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 30
1.15. ANEXOS ....................................................................................................... 31
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
I. MODELAMIENTO HIDROCICLON
1.1. RESUMEN EJECUTIVO Los hidrociclones son equipos indispensables, en la industria de la construcción para:
Lavado de arenas, eliminando las partículas finas nocivas inferiores a 50–150 micras.
Recuperación de arenas finas perdidas en el rebose de lavadores de arena convencionales como
tornillos, norias y elutriadores.
El hidrociclón no sirve para eliminar partículas de naturaleza orgánica como bacterias, algas y
materia orgánica dispersa ya que presentan una densidad específica menor a los sólidos en
suspensión. Estas partículas logran pasar el dispositivo.
El funcionamiento del hidrociclón a realizar será cuando la pulpa de alimentación entra
tangencialmente a la parte cilíndrica bajo una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor
del eje longitudinal del hidrociclón, formando un torbellino descendente hacia el vértice de la parte
cónica. Las partículas más gruesas debido a la aceleración centrífuga giran cercanas a la pared,
siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa. Debido a las reducidas
dimensiones de ésta, solamente se evacua una parte de la suspensión, creándose en el vértice del
cono un segundo torbellino de trayectoria ascendente, el cual transporta las partículas finas junto
con la mayor parte del líquido, abandonando el hidrociclón a través de un tubo central situado en
la tapa superior del cuerpo cilíndrico. Regulando la aceleración del torbellino y variando la
geometría y toberas del hidrociclón puede ajustarse el tamaño de separación entre 10 y 500 micras.
El presente trabajo constará de la realización de este modelo hidráulico (hidrociclón) empezando
a partir de una teoría previa, los cálculos pertinentes, el modelamiento y la construcción del
modelo.
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.1.1. EXECUTIVE SUMMARY The hydrocyclones are essential equipment in the construction industry for:
Sand washing, removing fine particles 50-150 microns less than harmful. Recovery of fine sand
lost in conventional scrubbers overflow arena as screws, wheels and elutriators.
The hydrocyclone not used to remove particulate organic nature as bacteria, algae and dispersed
organic matter as to have a lower specific gravity suspended solids. These particles make it through
the device.
The operation of the hydrocyclone to be performed when the pulp feed enters tangentially to the
cylindrical portion under a certain pressure, which causes rotation about the longitudinal axis of
the hydrocyclone, forming a whirling downward toward the apex of the conical portion. Coarse
particles by centrifugal acceleration rotate close to the wall, being evacuated through the nozzle in
the form of thick pulp. Because of the small size thereof, only a part of the suspension is evacuated,
being created at the apex of the cone one second whirl upward trajectory, which carries the fine
particles together with most of the liquid, leaving the hydrocyclone via a central tube located in
the top cover of the barrel. Whirlpool acceleration regulating and varying the geometry of the
hydrocyclone and nozzles can be adjusted gap size between 10 and 500 microns.
This work will consist of the realization of this hydraulic model (hydrocyclone) starting from a
previous theory, the relevant calculations, modeling and model building.
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.2. INTRODUCCION Actualmente el medio ambiente ha sufrido cambios muy significativos, esto a raíz de la interacción
del hombre con la naturaleza. La contaminación del suelo, el aire y el agua son problemas
ambientales que se deben atender con rapidez e inteligencia.
Existen varias técnicas de remediación de suelos contaminados con hidrocarburos, biológicas,
químicas y fisicoquímicas.
Los hidrociclones son equipos muy útiles para la separación de partículas sólidas según la rapidez
de asentamiento en un fluido.
A pesar que la primera patente sobre hidrociclones se registró al principio del siglo pasado, no fue
hasta en la década del 50 que se tuvo un verdadero significado tecnológico. En la actualidad, los
hidrociclones se han convertido para los procesos de beneficio y en otras muchas más ramas
industriales en equipos de gran utilidad e imprescindibles para la clasificación, concentración y
clarificación.
Los HIDROCICLONES fueron originalmente diseñados para promover la separación sólido-
líquido, sin embargo, actualmente son también utilizados para separación de sólido – sólido,
líquido – líquido y/o gas – líquido.
La industria minera y civil son los principales usuarios de los HIDROCICLONES, siendo aplicado
en clasificación de líquidos, espesamiento, ordenamiento de partículas por densidad o tamaño y
lavado de sólidos.
Ciclones destinados a la clasificación se han instalados con éxito para las separación por
densidades de granos muy finos. El impetuoso desarrollo de la aplicación de hidrociclones ha sido
consecuencia directa de numerosos trabajos de investigación y desarrollo.
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1.3. OBJETIVOS
OBJETIVOS PRINCIPALES:
Realizar el correcto diseño de la estructura Hidrociclón con teoría, cálculos, modelamientos
previos.
Elaborar el modelo hidráulico de la estructura Hidrociclón utilizando instrumentos y materiales
adecuados para su correcta realización.
OBJETIVOS SECUNDARIO
Brindar conocimientos acerca de la utilización de software adecuados para este fin, todo esto
coordinado y trabajando en equipo.
Optimizar el laboratorio con este modelo hidráulico para su posterior uso en investigaciones
pertinentes.
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1.4. MARCO TEÓRICO
DEFINICION
El hidrociclón es un filtro diseñado para ser utilizado en cabezales de filtración, tanto para
aplicaciones agrícolas como industriales.
Su función es la de separar la arena y otras partículas compactas más pesadas que el agua, por
lo que es ideal como filtro previo en instalaciones que captan agua de pozo. La separación se
produce gracias a la velocidad de rotación que se genera al ser inyectada el agua de forma
tangencial en el interior del cuerpo del hidrociclón.
Como consecuencia de la fuerza centrífuga, las partículas sólidas se desplazan hacia la pared
del cono de hidrociclón, donde prosiguen una trayectoria espiral descendente debido a la fuerza
de gravedad. De esta forma, las partículas sólidas son arrastradas a la parte inferior del
hidrociclón donde se almacenan en un depósito colector. El agua limpia sale del hidrociclón a
través del tubo situado en la parte superior.
Las partículas sólidas acumuladas en el depósito colector deben ser eliminadas periódicamente.
Esta limpieza puede realizarse con una purga contínua o bien con un drenaje temporizado
FUNCIONAMIENTO
La función principal del Hidrociclón es separar los sólidos suspendidos en un determinado flujo
de la pulpa de “alimentación”, en dos fracciones, una que acompaña al flujo llamado “descarga”
que lleva en suspensión los sólidos más gruesos que un determinado tamaño de corte y otra
fracción que acompaña al flujo denominado “rebose” que lleva en suspensión los sólidos más
finos que el citado tamaño.
La pulpa de alimentación entra tangencialmente en la parte cilíndrica a una cierta presión, lo
que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formándose un “torbellino
primario” descendente hacia el vértice inferior del hidrociclón.
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
Las partículas más gruesas giran cercanas a la pared por efecto de la aceleración centrífuga,
siendo evacuadas a través de la boquilla en forma de pulpa espesa. Debido a las reducidas
dimensiones de dicha boquilla, solamente se descarga una parte de la suspensión, creándose en
el vértice inferior un “torbellino secundario” de trayectoria ascendente, que es donde se produce
la separación al generarse en este punto las mayores aceleraciones tangenciales.
Esta corriente arrastra hacia el rebose las partículas finas junto con la mayor parte del líquido,
que se descarga a través de un tubo central situado en el cuerpo cilíndrico superior del
hidrociclón.
Para ajustar el tamaño de separación de las partículas sólidas entre 10 y 500 micras, se regula
la aceleración del torbellino y se modifica la geometría y/o toberas del hidrociclón.
APLICACIONES
Los Hidrociclones se emplean en las aplicaciones más diversas, como en el Lavado de arenas,
eliminando partículas nocivas inferiores a 50-150 micras.
La Recuperación de arenas finas, perdidas en el rebose de equipos de lavado
ineficientes u obsoletos.
La Producción de dos-arenas y Arenas ultra-finas.
La Clasificación de sólidos, en el rango de 10-300 micras, como en circuitos de molienda y pre-concentración de minerales.
La Clarificación parcial de efluentes.
Decantación de arena y otros contaminantes sólidos del agua destinada a uso doméstico, agrícola o industrial.
Como consecuencia de lo anterior, se consigue la protección de las bombas,
válvulas y sistemas de control contra los desgastes causados por los sólidos.
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Siempre recomendado en aguas procedentes de pozo.
VENTAJAS
Debido a su especial diseño, el hidrociclón funciona con una mínima pérdida de carga.
Construcción robusta recubierta en poliéster.
Los hidrociclones pueden colocarse en paralelo para aumentar así su capacidad de filtración.
Funcionan con una pérdida de carga constante, no existiendo posibilidad de
obturación
ESQUEMA DE TRABAJO DEL SEPARADOR DE HIDROCICLÓN
VARIABLES GEOMÉTRICAS
Las principales variables geométricas o de diseño (Figura 1) de un hidrociclón son:
1.4.5.1. DIÁMETRO DEL HIDROCICLÓN (O)
Es el diámetro de la sección o cámara cilíndrica de alimentación. Considerada la variable
de mayor importancia que controla los radios de órbita y la fuerza centrífuga que actúa
sobre las partículas (Londoño y Pérez, 1988),
1.4.5.2. DIÁMETRO DE ALIMENTACIÓN (Di):
Es el diámetro de entrada de la corriente de alimentación. Regula la velocidad de
inyección del momento de rotación (Sánchez, 1988), para una sección rectangular el
diámetro de entrada equivalente es:
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Algunos autores coinciden en limitar Di en el siguiente rango:
1.4.5.3. DIÁMETRO LOCALIZADOR DEL VÓRTICE (Do):
Es el diámetro interior de la descarga superior, controla tanto la separación como el
flujo en el hidrociclón.
1.4.5.4. DIÁMETRO DEL ÁPICE (Du):
Es el diámetro interior de la descarga inferior. Su tamaño debe ser tal que no obstruya
la evacuación de los sólidos. Bradley, citado por Londoño y Pérez (1988), plantea el
siguiente rango:
1.4.5.5. RELACIÓN Du/Do:
Bustamante (1989) propone el siguiente rango para lograr las condiciones normales de
operación:
1.4.5.6. ALTURA DEL LOCALIZADOR DEL VÓRTICE (h1v):
Distancia que penetra el Do dentro del hidrociclón. Su función es evitar el corto circuito
de las corrientes de alimentación y el flujo superior. Bradley y Rietema citados por
Bustarnante (1989). Proponen:
1.4.5.7. ALTURA DE LA SECCIÓN CILÍNDRICA (He):
Longitud del cuerpo cilíndrico del hidrociclón, permite el inicio del fenómeno de
separación y define el tiempo de residencia.
1.4.5.8. ALTURA DE LA SECCIÓN CÓNICA (Hco):
Longitud del cono del hidrociclón.
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1.4.5.9. ÁNGULO DE CONO (ϴ)
Ángulo que define la conicidad del hidrociclón. Conicidades mayores de 45°
se emplean para separación de sólidos de acuerdo a la gravedad específica
(Bustamante, 1992).
VARIABLES DE OPERACIÓN
Las principales variables de operación que intervienen en el funcionamiento del hidrociclón
son:
1.4.6.1. CAÍDA DE PRESIÓN (AP) Y CAUDAL DE SUSPENSIÓN (QS):
A mayor caudal se origina mayor pérdida de presión en el hidrociclón, entonces se
relaciona el caudal de la alimentación con la AP mediante la siguiente ecuación:
Qs = K x (AP)n
Mullar y Jull. Desarrollaron la siguiente expresión que sirve para diseños preliminares:
Qs = 0.0094 x (AP) ^0.5 x Di
Dónde:
ΔP: caída de presión [kPa]
Qs: caudal de suspensión [m3/h]
1.4.6.2. DENSIDAD (P):
Es necesario que exista diferencia de densidades entre el sólido y el medio fluido para
que haya separación. La densidad de la suspensión se calcula conociendo la densidad de
los sólidos (ps) y del fluido (pi) para una concentración en volumen (φv) está dada por:
Ilustración 1: Variables de Diseño de un Hidrociclón
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1.4.6.3. CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS:
Con altas concentraciones de sólidos las condiciones de sedimentación obstaculizada
son mayores y las velocidades de sedimentación se desvían de la ley de Stokes.
Generalmente se expresa la concentración en volumen (1\) como la relación entre el
volumen de sólidos presentes en la suspensión (Vs) y el volumen de la suspensión (Vm)
(12):
1.4.6.4. VISCOSIDAD DEL FLUIDO:
En suspensiones muy concentradas se debe considerar la viscosidad de la mezcla (μs) ya
que ésta es mucho mayor que la viscosidad de la fase continua (μo). La ecuación de Franken
y Acrivos, representa teóricamente el comportamiento de la viscosidad relativa de una
suspensión para concentraciones altas con muy buena aceptación.
1.4.6.5. TAMAÑO DE LA PARTÍCULA:
Este tiene efecto sobre la velocidad tangencial y la aceleración, partículas con igual
densidad en el mismo fluido alcanzan una velocidad terminal mayor cuando su tamaño es
superior.
1.4.6.6. FORMA:
Tiene efecto sobre la clasificación debido a la fricción entre partículas y los efectos sobre
el fluido. Partículas de forma laminar se comportan hidrodinárnicamente diferente a
panículas de forma esférica aunque sean de igual densidad. En un hidrociclón las partículas
muy planas tienden a ser evacuadas por el sobre flujo aunque. Sean relativamente gruesas
(Wills, 1987)
Conceptos Básicos: La trayectoria
de una partícula que se mueve en el
seno de un fluido dentro de un
hidrociclón, se puede predecir
asumiendo que la partícula se mueve
en una sola dirección (radial) en un pi
no horizontal, dicha partícula en una
órbita de equilibrio estará sujeta a la
acción de tres fuerzas, como lo indica
la Figura 2.
Ilustración 2: Fuerzas que Actúan Sobre una Partícula Orbitando en un Hidrociclón
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1.4.6.7. FUERZA EXTERNA (F ext.):
Corresponde a la fuerza centrífuga (Fc) debida a la aceleración centrífuga originada en
la velocidad tangencial del flujo y depende de la distancia «r» de la partícula al centro del
hidrociclón
1.4.6.8. FUERZA DE EMPUJE (Fe):
Es debida a la diferencia de presión sobre la partícula causada por el giro en el campo
centrífugo; esta fuerza está dirigida en dirección radial hacia el centro del hidrociclón,
por lo cual se toma como una fuerza radial (Fr) sobre la partícula.
1.4.6.9. FUERZA DE RESISTENCIA O FUERZA DE ARRASTRE (FD):
Es la fuerza de resistencia que opone el fluido al movimiento de la partícula. Esta
fuerza se origina en el hidrociclón debido a la diferencia de presión entre el vórtice y el
centro del ciclón:
Donde V es la Velocidad radial relativa del fluido, el coeficiente Cd normalmente es
expresado en función del número de Reynolds (Re) y del factor de forma de la
partícula.
Para un cuerpo en movimiento libre se tiene:
Reemplazando las ecuaciones 12, 13 y 14 en 15 y despejando la velocidad terminal radial
corregida para partículas sedimentando en una suspensión, según Sarquis (1981) se
obtiene:
Donde F es el factor de Steinov, expresado en función de la porosidad:
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1.4.6.10. RELACIÓN DE ISODROMÍA:
Partículas Isódromas o equidescentes, son las partículas que tienen la misma velocidad
terminal en el mismo fluido y campo de fuerzas. Si se tienen dos partículas de densidades
Pa y Pb y diámetros Da y Db, respectivamente, que están sedimentando en un campo
centrífugo exactamente a la misma velocidad, sus velocidades terminales deben ser las
mismas y por consiguiente:
Con:
n=1, para turbulento régimen
n=1/2, para régimen laminar
1/2 < n < 1, para régimen de transición
Se ha definido también la relación de separación (RE) como la relación del tamaño máximo
de la partícula liviana (Damax) y el tamaño mínimo de la partícula pesada (Dbmin) (7)
Habrá clasificación si se cumple la condición siguiente:
Tamaño de corte (dso)' En un hidrociclón las partículas con diámetros mayores al d50 serán
evacuadas por el bajo flujo y las partículas con diámetros menores al d50 serán evacuadas
por el sobreflujo. Plitt, citado por Wills (1987), ha desarrollado un modelo matemático
que da buenos pronósticos acerca del rendimiento de hidrociclones de gran diámetro, la
ecuación es:
Dónde:
D: Diámetro del hidrociclón [cm]
Di: Diámetro de alimentación [cm]
Do: Diámetro localizador del vórtice [cm]
Du: Diámetro ápice [cm]
φv: Porcentaje volumétrico de sólidos en la alimentación
Ht: Altura del hidrociclón [cm]
Q: Caudal de la alimentación [m3/hr]
ρs: Densidad de los sólidos [g/cm3]
ρf: Densidad del fluido [g/cm3]
d50: Diámetro de separación [um]
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
GEOMETRÍA DEL HIDROCICLÓN
Se mencionó anteriormente que existen dos tipos
de variables que van a definir el comportamiento
de un hidrociclón, y estas son las variables de
operación y las variables de diseño.
Estas últimas son las que dependen del tamaño y
las proporciones del hidrociclón y van
directamente relacionadas con la geometría que se
ajuste a la operación que se pretende realizar; en
este caso se procurará alcanzar la máxima
eliminación de agua de la pulpa generada en el
lavado de suelos.
En el diseño de un hidrociclón el localizador del
vórtice es una parte muy importante, ya que ésta
pretende minimizar la corriente en corto circuito,
como se aprecia en la Figura 4.4. Para lograr esto,
el localizador del vórtice debe ser mayor que el
lugar geométrico de la velocidad tangencial
máxima para que las partículas grandes puedan ser
arrastradas hacia afuera.
En el otro extremo, el localizador del vórtice no
debe quedar fuera de la sección del manto del
lugar geométrico de la velocidad vertical cero, ya
que algunas partículas podrían entonces quedar
sujetas a una velocidad radial hacia adentro en la
sección cilíndrica, y ésta podría arrastrarlas hacia
la corriente de derrame.
El análisis del diámetro de la alimentación no acepta la lógica con tanta facilidad,
particularmente porque afecta tanto al d como a la caída de presión. Rietema (1960) sugiere
que DI (y otras proporciones) pueden seleccionarse para un fin particular sobre la base de
minimizar su Cy50 (Kelly, et. al., 1990).
En general, para un hidrociclón no importa la variación de las proporciones. A continuación
se muestra una configuración (Castilho, et. al., 2000).
DI =Dc/7 ϴ = 10°-30°
Lc/Dc = 3 D (-) =Dc/5
Lv/Dc = 0.4 D (+) = Dc/15
Para identificar las proporciones que se indican en las diferentes estructuras de un
hidrociclón, según las necesidades del proceso, se presentan en el siguiente esquema las
dimensiones del hidrociclón, aunque muchos autores las han definido con diferente
nomenclatura como se presenta en la Figura 3.
Ilustración 3: Dimensiones del Hidrociclón
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
Se han propuesto muchas configuraciones por familias de hidrociclones, las cuales son
representativas por el autor, como las que se muestran en la Tabla 1
Tabla 1: Proporciones Geométricas de dos Familias de Hidrociclones
Actualmente se han propuesto nuevas configuraciones que procuran el mezclado y la
clasificación, tal como la que presenta en la Tabla 2.
Tabla 2: Proporciones Geométricas para Hidrociclón
Los ángulos de cono más grandes son mejores para la clasificación, pero hay un límite
superior debido a que ocasionan que el d50 aumente con una disminución de la capacidad
de procesamiento. El efecto puede contrarrestarse parcialmente alargando la sección
cilíndrica.
Si el hidrociclón se va a usar para operaciones de eliminación de agua, es conveniente que
tenga unas proporciones ligeramente diferentes (Rietema, 1960):
DI =Dc/4 Lc/Dc = 5
D(-) =Dc/3 Lv/Dc = 0.4
En la práctica se emplean también a menudo estas proporciones para la clasificación en
molienda en circuito cerrado, porque las aberturas más grandes reducen la caída de presión.
En el tamaño de la abertura ocurre un límite superior cuando la corriente de entrada
comienza a incidir sobre el localizador del vórtice, es decir: 2 DI + D(-) < Dc
La entrada no debe estar abajo del centro del localizador del vórtice, y una entrada de
involuta de forma rectangular contra la cubierta superior tiene ventajas sobre una entrada
circular, si bien pueden no justificarse las complicaciones adicionales de manufactura y
ajuste. En algunos casos, los diámetros de los tubos de entrada y del derrame deben ser
mayores que el tamaño real de la abertura del hidrociclón, y en el caso de este último tubo,
debe tenerse cuidado de evitar efectos de sifón que pudieran alterar los patrones de flujo
dentro del hidrociclón.
La descarga inferior es normalmente una de tipo libre, y el tamaño de la abertura se ajusta
por lo general de manera que satisfaga la aplicación. La apariencia de la descarga puede
adoptar tres formas:
1.- “De remolino" o "de rociado", en la cual el sólido y el líquido se descargan en un rocío
violento que adopta la forma de cono hueco. Esta se utiliza para obtener la máxima
separación de sólidos.
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2.- "De chorizo" o de "cable", en la cual la descarga es una espiral sólida giratoria, que
representa el contenido mínimo de líquido.
3.- "De sobrecarga", en la cual la descarga es una corriente recta, sin gran energía y sin
movimiento en espiral.
Si la abertura del ápice es demasiado pequeña, no es posible lograr la descarga completa
del material de sobre tamaño, lo cual tiene como consecuencia un acarreo de partículas al
derrame. Si el tamaño del ápice es demasiado grande, la descarga inferior contendrá
demasiada agua, y consecuentemente llevará consigo demasiadas partículas finas.
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1.5. METODOLOGIA
DISEÑO DE HIDROCICLON
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MODELAMIENTO HIDROCICLON
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MODELAMIENTO HIDROCICLON
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DISEÑO DE HIDROCICLON BILL PENTZ
Motor Size +
Impeller factor 5.0
From To
vaccum 0 6
minimum 1.5 24
1.5 1.99 24
2 2.99 22
mm/inch 2.99 3.99 20
25.4 4 5 18
Pi (π) * = for use with vaccum cleaners
3.1415927 6.0 inches = 152.4
AirRamp Tolerance 7.5%
0=no 1=yes Limits Hose Ø
SAR 0.0 25.4
1 inches = 0.0 27.3 31.8
34.1 38.1
41.0 44.5
47.8 50.8
TW 54.6 57.2
20.0 61.4 63.5
68.3 69.9
75.1 76.2
81.9 101.6
109.2 127.0
136.5 152.4
163.8 203.2
218.4 254.0
273.1 304.8
Air Ramp Annular Ring
Inner RadiusARI=1/(((4*pi^2)*OR)
/*(ID^2+(2*PI*OR)^2))+SC
seam clearance (SC) = 3
129.60
Y Coordinate
Not Used
Cyclone diameter selection based on
Motor size + impeller type
Recommended
Diameter
(inches)
Hose Diameter
For Fixed Inlet - Enter Width or
Leave Zero for Auto
For Fixed Inlet - Enter Height or
Leave Zero for Auto
Page 1 of 2
Version
09/01/07
Outlet Dia
152.4
76.2
Cyclone Cone
Bottom Radius
CCBR=CCBD/2
57.2
Cyclone
Cone
© Copyright 2005 - William F. Pentz.
749.8
Dust Chute
Width
DCW=DCC+TW
Dust Chute
Circumference
374.9
50.0
Cyclone
Dust
Chute
CCS=(CT-CCBR)/CL CBY=sin(CBL/360*2*pi)*CBR
CSBL=((CBR-CBX)^2+(CBY)^2)^0.5
363.2
Dust Chute
Bill's Site: http://billpentz.com/woodworking/cyclone/CyclonePlan.cfm
Dust Chute
Diameter
DCD=hose Ø closest to (D/3)
CCBH=CCBR/CCS
Cyclone Chord
478.8
448.1
DCC=PI*D/3
498.8
DCH
Bottom Length
0.2
Cyclone Cone
Bottom Height
C STL=( ( C TR - C TX ) ^2 +( C TY ^2 ) ) ^0 .5
1344.4
71.7
Cyclone Cone Bot
Length Degrees
CBL=CCBC/(PI*CBR*2)*360
CCTH=(CTR-CCBR)/CCTS
Cyclone Cone
Cyclone Cone
TCircumference
CCTC=CTD*pi
1436.3
Circumference
CCBC=CCDB*pi
478.8
X Coordinate
CBX=cos(CBL/360*2*pi*CBR
120.1
Cyclone Cone
Slope
Cyclone Cone
Top Slope
0.2
Top Height
CCTS=(CTR/CCBR)/CL
Cyclone Cone Bot
Cyclone Cone
Top Radius
CTR=CTD/2
228.6
CTD=D
152.4 382.6 457.2
CBR=(CCBR^2+CCBH^2)^0.5CCBD=hose Ø closest to (D/3)
Cyclone
Upper
Cylinder
Air Ramp Helix
Offset (from the top)
SARO=IH/4
Cyclone
Outlet
Cyclone
Diameter
D
457.2
Air Ramp
CTL=CCTC/(pi*CTR*2)*360
71.7
360.3
Height
CTY=sin(CTL/360*2*pi)*CTR
1089.7
Cyclone Chord
Top Length
Y Coordinate
Cyclone Cone Top
Cyclone Cone Cyclone Cone Cyclone Cone
Bot Diameter Bottom Radius Top Diameter
Cyclone Cone Cyclone Arc Bot
Cyclone Cone
Cyclone
Outlet Height
OH=WT+SARO*2+ID+D/8
457.1
Cyclone
Outlet Radius
OR=OD/2
114.3
Inlet
Cyclone
Size
Calculated Minimal
Inlet Height
CIH=IW*2
191.0
Calculated Minimal
Inlet Width
CIW=(ICA/2)^½
95.5
Inlet
Height
IH=IW*2
228.6
Inlet
Width
IW=D/4
114.3
Cyclone Cone
Length
CL=CLK*D
749.8 1354.2
Total Cyclone
Height (Including Wood Top)
CH=CL+H+DCH-TW/2
564.4228.6
Cyclone
Radius
CR=D/2
Cyclone Upper
Cylinder Height
H=WT+SARO+D
IH Fixed
9/1/07 12:43 p.m.
IW Fixed
0.0
Ducting Size ( ≥ 6")
(Used to Size Cyclone Only)
Impeller Type
0 if Regular or 1 if Airfoil
D Fixed
( Zero if used w ith vaccum cleaner)
1.64
Inlet Intercept
Enter only values in blue
Improved the Ciclone Cone Botton diameter calculation based on the hose size
Wood Lid ThicknessMotor Size in HP » 1.5 ≤ motor ≤ 5
0.0
CLK
Cone Length Ratio
3 - normal (1.64 for short)
Tab
Overlap
DS
Rounded
ICA=pi*(DS/2)^2
IT
For Fixed Cyclone Diameter
Enter Width or Leave 0 for Auto
0
Inlet Circle Area
MS
5.0
C=D*pi
IY=-IW
Full Arc Length
IX=((D/2)^2-IY^2)^0.5
198.0
IL=(IW^2+IX^2)^0.5
239.4
IA=ATAN((IL/2)/IS)
235.6
Outer Radius
ARO=ARI+D/4-SC
240.905
Cyclone
Cyclone Arc Top
1436.3
CAL=(CCTH^2+CTR^2)^0.5
1147.7
Length Degrees
228.6
IS=(CR^2-(IL/2)^2)^0.5
198.0
ID=(SARO^2+IH^2)^0.5
Cyclone Upper Cylinder
Outlet Circumference
OW=pi*OD
Circumference
Air Ramp Annular Ring
Cyclone Design Tool
Metric Version - Ducts and Hoses in InchesAuthor: Bill Pentz
Site always in progress, so be patient and check back often..
In Top of Cyclone
WT
50.0
29/10/2015 02:03Today's Date & Time:Last updated by A. Cortada
18241.5
Cyclone
Cyclone Cone Top
X Coordinate
CTX=cos(CTL/360*2*pi)*CTR
OD=D-2*DW
228.6 718.2
1
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
57.2 57.2
705.8
198.0 228.6 114.3 228.6 10.0
20.0
114.3
198.0 457.2 514.4 Joints:
Overlaps center to center
So joint width = 2x tab228.6
1456.3
457.2 457.2 10.0 1436.3 10.0
50.0 10.0
57.2 57.2
228.6
457.2
235.6 235.6 584.4
564.4
514.4
57.2 10.0
114.3
114.3 228.6 114.3 20.0
228.6 228.6 20.0
10.0 239.4 10.0
259.4
738.2 10.0
10.0 718.2
457.1
749.8
765.1
1354.2
126.60 w as computed from Cornell University + 3 for seam clearance
http:/ /www.math.cornell.edu/~dwh/papers/EB-DG/EB-DG-web.htm
1147.7 NOT USED 10.0
10.0 10.0
50.0
152.4 129.6
374.9
240.9
10.0
70.0 50.0
10.0 478.8 10.0
498.8
10.0 448.1 1344.4
71.7 o10.0
765.1 10.0
1147.7
1157.7
457.2
Cutting Information
Note: MS Excel computes
correct values but will not
scale pictures, so pictures not
to scale. Cone can be more
open, etc.
Dimensions
Solder Lines10.0
9/1/07 12:43 p.m.
Fold Lines
Cut Lines
Author: Bill Pentz
Cyclone Cone
Cyclone Outlet
Dust Chute fits to
inner curve
Lines:
Cyclone Design ToolPage 2 of 2
57.2
© Copyright 2005 - William F. Pentz.
Dust Chute
382.6
114.3
382.6
362.6
20.0
Air Ramp
Arc Check
Measures
Caution: Your
Upper Cylinder fits
to the inner curve!!
114.3
Side View
Top View
Cyclone
Inlet
Latest changes in
Upper Cylinder
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
DISEÑO EN AUTOCAD
DISEÑO EN SKETCHUP
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
DISEÑO EN SOLIWORT
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.6. CÁLCULOS Y RESULTADOS FINALES
1.6.1. DISEÑO DEL DIAMETRO DE ABERTURA PARA 50% DE EFICIENCIA
MALLA EFICIENCIA Ecorregida
53 25.96 0.00
74 29.18 3.23
104 47.50 21.54
147 66.46 40.51
208 92.86 66.91
295 100.00 74.04
417 100.00 74.04
MALLA
417
295
208
147
104
74
53
DEL GRAFICO:
Ingrese Diametro de Aberturapara el 50% de Eficiencia Corregida:
C1 = 1 E50c = 150 micras
C2 = 1.24534835
C3 = 1.2792043
D50c(base)
= 238.96
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
53 74 104 147 208 295 417
Efic
ien
cia
(%)
Abertura (micras)
Eficiencia vs Abertura
Laboratorio Corregido
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
D = 74.11 cm
Des = 9.26 cm
A = 12.35 cm
R = 10.59 cm
H = 185.28 cm
1.7. PRESUPUESTO
HIDROEXPO-2015
PROYECTO: PROYECTO HIDROCICLON
ITEM DENOMINACION UNITARIO SUB TOTAL
01.00 MATERIALES
01.01 APEX 30.00 30.00
01.02 BOQUILLA DE ALIMENTACION 30.00 60.00
02.01 VORTEX FINDER 65.00 125.00
02.02 BOQUILLA DE DESCARGA 50.00 175.00
02.03 CABEZA O MANIFOLD 55.00 230.00
02.04 BOMBA 120.00 350.00
02.05 CUERPO 245.00 595.00
COSTO DIRECTO 595.00
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se realizará el correcto diseño de la estructura Hidrociclón con teoría, cálculos, modelamientos
previos.
Se elaborará el modelo hidráulico de la estructura Hidrociclón utilizando instrumentos y materiales
adecuados para su correcta realización.
Se brindará conocimientos acerca de la utilización de software adecuados para este fin, todo esto
coordinado y trabajando en equipo.
Se optimizará el laboratorio con este modelo hidráulico para su posterior uso en investigaciones
pertinentes.
Es necesario realizar la teoría, cálculos y modelamientos en las fechas establecidas y con un debido
orden para que la estructura hidráulica tenga éxito en su funcionamiento.
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.9. BIBLIOGRAFÍA
S. Altmeyer, V. Mathieu, S. Jullemier, P. Contal, N. Midoux, S. Rode, J.-P. Leclerc,
Comparison of different models of cyclone prediction performance for various operating
conditions using a general software.
M. Bohnet, influencia de la temperatura del gas en la eficiencia de separación de
hidrociclones, Chem. Eng. Process. 34 (1995) 151–156
H.Trawinsky,SÓLIDO,EQUIPO DE SEPARACIÓN LÍQUIDO.Capítulo 7.Hidrociclones
H.Trawinski. PRACTICAL HYDROCYCLONE OPERATION.
J. D. Miller ,FLUIDO -FLOW FENÓMENOS EN EL AIRE - hidrociclón .
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
1.10. ANEXOS
57.2 57.2
705.8
198.0 228.6 114.3 228.6 10.0
20.0
114.3
198.0 457.2 514.4 Joints:
Overlaps center to center
So joint width = 2x tab228.6
1456.3
457.2 457.2 10.0 1436.3 10.0
50.0 10.0
57.2 57.2
228.6
457.2
235.6 235.6 584.4
564.4
514.4
57.2 10.0
114.3
114.3 228.6 114.3 20.0
228.6 228.6 20.0
10.0 239.4 10.0
259.4
738.2 10.0
10.0 718.2
457.1
749.8
765.1
1354.2
126.60 w as computed from Cornell University + 3 for seam clearance
http:/ /www.math.cornell.edu/~dwh/papers/EB-DG/EB-DG-web.htm
1147.7 NOT USED 10.0
10.0 10.0
50.0
152.4 129.6
374.9
240.9
10.0
70.0 50.0
10.0 478.8 10.0
498.8
10.0 448.1 1344.4
71.7 o10.0
765.1 10.0
1147.7
1157.7
457.2
Cutting Information
Note: MS Excel computes
correct values but will not
scale pictures, so pictures not
to scale. Cone can be more
open, etc.
Dimensions
Solder Lines10.0
9/1/07 12:43 p.m.
Fold Lines
Cut Lines
Author: Bill Pentz
Cyclone Cone
Cyclone Outlet
Dust Chute fits to
inner curve
Lines:
Cyclone Design ToolPage 2 of 2
57.2
© Copyright 2005 - William F. Pentz.
Dust Chute
382.6
114.3
382.6
362.6
20.0
Air Ramp
Arc Check
Measures
Caution: Your
Upper Cylinder fits
to the inner curve!!
114.3
Side View
Top View
Cyclone
Inlet
Latest changes in
Upper Cylinder
MODELAMIENTO HIDROCICLON
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO