Operações Unitárias - Ciclones

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    Ciclones

    TA-631 Operações Unitárias I

    - Utilidade

    - Equipamentos- Equações de velocidade

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    Utilidade e equipamento

    separa partículas sólidas de gás.

    Utilizado para a separação depequenas partículas sólidas ounévoa de gases.

    É formado por um cilindro vertical

    com um fundo cônico onde amistura de partícula sólida de gásentra por uma entrada tangencial.

    http://www.electronic-wood-systems.com/images/1/54.jpghttp://www.electronic-wood-systems.com/images/1/54.jpg

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    Princípio de funcionamento

    Na entrada, o ar no ciclone flui parabaixo em uma espiral adjacente àparede. Quando chega perto dofundo do cone, ele move-se em

    espiral para cima em uma espiralmenor no centro do cone e do cilindro.

     As partículas são lançadas em

    direção à parede e caem para baixo,deixando o fundo do cone.

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    Princípio de funcionamento

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    http://mahp.ustu.ru/ccln.htmlhttp://mahp.ustu.ru/ccln.html

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    Vantagem

     A força externa sobre aspartículas com altasvelocidades tangenciais é

    muitas vezes superior àforça da gravidade.

    Portanto, os ciclones sãomuito mais eficazes do

    que as câmaras de

    decantação

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    SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS

    Relação de dimensões de um ciclone convencional:

    2

    C S 

     D D  

    2

    C  D H   4

    C  D J   4

    C  D B  4

    C  D D C  D L   2

    C  D Z    2

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    Equação de velocidade

    Para o movimento centrífugo, a velocidade radialterminal v 

    tR é dada Equação, com v 

    tR sendo usado

    para v t :

     

         

    18

    )(22

     p p

    tR

    rDv

    a equação empírica apresentada a seguir é muitasvezes utilizada

    n

     p p

    tR

     Dbv

     

        

    18

    )(21  

    onde b1

    e n sãoconstantes empíricas

    tR A

    Qv  

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    Eficiência de Captação

    Na prática, o que se especifica no projeto éa eficiência de separação desejada parapartículas de um determinado tamanho.

    O diâmetro de um ciclone depende daspropriedades do sólido, das propriedadesdo gás, do tamanho do ciclone e das

    condições operacionais.

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    Eficiência de Captação

    D’=Diâmetro de corte

    O diâmetro de corte (D’= Dcorte)especificado é o diâmetro no qual a metadeda massa das partículas alimentadas é

    retida.

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    Eficiência de Captação

    D’=Diâmetro de corte

    O diâmetro de corte (D’= Dcorte)especificado é o diâmetro no qual a metadeda massa das partículas alimentadas é

    retida.

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    SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS

    D’= Dcorte

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    Eficiência de Captação

    Para dimensionar o ciclone podemos utilizar aRelação empírica de Rosin, Rammler:

    )(2

    9'

         

     

     pv N 

     B

     Dn

     p p

    tRr 

    bDv

     

        

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    )(2

    D’= Dcorte = diâmetro de corte

    B = Largura do duto de entrada do cicloneN = Número de voltas feitas pelo gás no interior do ciclone (igual a 5)v = Velocidade de entrada do gás no ciclone baseada na área B.H(recomenda-se usar 15 m / s);μ = Viscosidade do gás;

    ρ = Densidade do gás;

    ρp = Densidade do sólido.

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    Eficiência de Captação

    Da equação proposta por Rosin e colaboradores...Temos...(subst. B)

    E se N=5, logo:Dc...

     

         

    9

    )(2

    4

    2' Dv N  D B

      pc

     

          2'

    3   )(10.396,1  Dv D  p

    c

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    Eficiência de Captação

    Depois de estabelecido o percentual da captação oufração mássica, para as partículas de diâmetro Despecificado da curva de eficiência, determina-seo valor Dp/D’.

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    Eficiência de Captação

     A partir deste valor determina-se D’ e pode-secalcular o diâmetro do ciclone (Dc). Sabendo-se Dcas demais dimensões podem ser especificadaspelas relações:

    2

    C S 

     D D  

    2

    C  D H   4

    C  D J   4

    C  D B  

    4

    C  D DC  D L   2

    C  D Z    2

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    Eficiência de Captação

     A altura do duto na entrada pode ser calculada pelafórmula...

    Para que o dimensionamento esteja correto éconsiderada a relação entre as dimensões H e Dc.Caso H for diferente de DC/2 será necessário

    reprojetar o ciclone.

    v B

    Q H 

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    Exemplo

    Uma corrente de ar a 50ºC e 1 atm arrasta partículassólidas de densidade 1,2 g/cm3 à razão de 180m3/min.Deseja-se projetar um ciclone para coletar 87% daspartículas de 50 µ em suspensão. Obs: Adotar V=10

    m/s e N=5, M=29 g/mol