CAIDA DE PRESIÓN

La magnitud de la caída de presión a lo largo del ciclón representa un costo de operación en cuanto a capacidad de procesamiento de gases y pérdidas en sistemas posteriores. Las principales contribuciones a las pérdidas de presión son las siguientes [13].

1. Pérdidas (o recuperación) debidas a la aceleración (deceleración) del gas a la entrada al ciclón, provocadas por variaciones en el área de entrada.

2. Pérdidas debidas a la fricción de los gases con las paredes del ciclón. 3. Pérdidas debidas a fricción de los gases con el conducto de salida.

5. Recuperación de la energía de rotación del gas en presión en el conducto de salida.

La caída de presión a través de un ciclón es normalmente subdividida en tres partes las cuales son la caída de presión a la entrada, la caída de presión en el cuerpo del ciclón (en el espacio de separación) y por último la caída de presión en el buscador de vórtices.

La caída de presión en la entrada de los ciclones con entrada tangencial es despreciables comparada con las otras dos partes que es el cuerpo del ciclón y el buscador de vórtices. La caída de presión en el cuerpo del ciclón es muy alta pero en donde se da en mayor magnitud es en el buscador de vórtices al grado de que las pérdidas de presión pueden llegar a ser más grandes que sumando las del cuerpo del ciclón y la de la entrada tangencial [9].

Para entender la caída de presión dentro de un ciclón se deben hacer dos

distinciones entre presión estática (p) y presión dinámica (12(ρV2)_{) mientras el}

gas se mueve de la parte exterior hacia la parte interior del vórtice en el cuerpo del ciclón, es acelerado de acuerdo al principio de conservación de momento angular. También su presión estática decrece, se puede decir que el vórtice transforma la presión estática en presión dinámica. Para una determinada velocidad de la pared entre menos sea la pérdida por fricción más intenso será el vórtice, más eficiente será la conversión de presión estática en presión dinámica y más baja será la presión estática central con la que el gas entra al buscador de vórtices. El límite que nunca es obtenido en la práctica es un vórtice sin fricción. Ciclones de paredes lisas producen giros muy rápidos del vórtice y un gran decremento de presión estática dentro del núcleo.

La fricción en las paredes y en el núcleo del vórtice lleva a la disipación de la energía mecánica. En un separador ciclónico, la caída de presión decrece incrementando la carga de sólidos, la rugosidad de la pared, o la longitud del cuerpo del ciclón debido a que estos tres factores contribuyen a que el aire entre al buscador de vórtices sin un movimiento rotativo del vórtice interior lo que provoca menos conversión de presión estática a presión dinámica por lo que el aire entrará al buscador de vórtices con una presión estática mucho mayor; sin embargo, en la mayoría de las ocasiones se prefieren mantener las superficie interior del separador ciclónico lo mas liso posible ya que un giro mas rápido del vórtice dentro del separador ciclónico a pesar de provocar mayor caída de presión genera una mejor eficiencia de separación por lo que aquí se tiene que hacer un estudio para evaluar que es lo mas conveniente de acuerdo al proceso en el cual participe el separador ciclónico.

La presión dinámica acumulada en el movimiento rotacional del vórtice puede ser significativa por lo que en estos casos generalmente se utilizan rectificadores de flujo que son instalados en el buscador de vórtices para recuperar parte de la

presión estática perdida. En la figura 2.4 se muestra un dispositivo mecánico el cual se basa en el principio de que 80% de la caída de presión es directamente influenciada por la máxima velocidad tangencial. Por esa razón la idea es decrecer la velocidad tangencial máxima en el buscador de vórtices lo cual se logra dividiendo al vórtice principal en dos vórtices opuestos en el buscador por medio de dos entradas en espiral las cuales producen un choque entre las líneas de corriente ocasionando un incremento de la presión estática del sistema [23].

Fig. 2.4 Dispositivo para la reducción de la caída de presión en ciclones [23]

Existen discrepancias en la bibliografía sobre el término relevante de caída de

presión. Para algunos autores, como Shepperd y Lapple [13]; Stairmand [16];

Alexander [3]; Casal y Martínez-Benet [28], la contribución más importante es la

correspondiente a la entrada y al cuerpo del ciclón. Sin embargo, otros como

Barth [11]; Muschelknautz [11], tratan las pérdidas en la tubería de salida del

gas, concentrando el estudio en el buscador de vórtices.

La influencia de la concentración de sólidos es un factor muy importante a considerar. Existe evidencia experimental de que al aumentar la concentración de sólidos disminuye la caída de presión a lo largo del ciclón. Shepperd y Lapple [13] obtuvieron experimentalmente reducciones en la caída de presión de un 16% para concentraciones de entrada en el rango entre 50 y 70 g/m3, efecto que atribuyeron a la inercia de las partículas, las cuales al desplazarse perpendicularmente a la trayectoria del gas disminuían el exponente de la velocidad (n»0.5). Según Yuu et al. (1978)[17], la presencia de partículas en el gas reduce la velocidad tangencial del mismo, debido a un aumento global de la fricción con la pared.