Los ciclones utilizan la inercia para eliminar partculas de la corriente del gas. Se imparte una fuerza centrfuga a la corriente dentro de una cmara de forma cnica, crendose un vrtice doble dentro del cuerpo del cicln. El gas que entra es obligado a descender por el cuerpo del cicln con movimiento circular cerca de las paredes internas. En el fondo del cicln, la direccin del gas se invierte y sube en espirales por el centro del tubo, saliendo por la tapa del mismo. Las partculas en la corriente del gas son enviadas contra la pared del cicln por la fuerza centrfuga del gas en rotacin, pero se les opone la fuerza de arrastre del gas que se dirige hacia la salida. Cuando las partculas son grandes, la inercia vence a la fuerza de arrastre, haciendo que las partculas alcancen la pared del cicln y sean recogidas. Para las partculas ms pequeas, la fuerza de arrastre es mayor que la de inercia y salen del cicln en la corriente del gas. Debido a la gravedad, las partculas ms grandes que llegan a la pared del cicln caen por la parte inferior del mismo.

Los ciclones son equipos mecnicos estacionarios, ampliamente utilizados en la industria, que permiten la separacin de partculas de un slido o de un lquido que se encuentran suspendidos en un gas portador, mediante la fuerza centrfuga.

Los ciclones son equipos muy sencillos, que al no poseer partes mviles son de fcil mantenimiento. Tienen la desventaja de ser poco verstiles, ya que no se adaptan a cambios de las condiciones de operacin, por lo cual son poco flexibles a los cambios de concentracin de polvos, caudal de gas y distribucin de tamaos de partculas. El principio de funcionamiento de un cicln se basa en la separacin de las partculas mediante la fuerza centrfuga (del orden de cientos de g), lo que lo hace mas efectivo que las cmaras de sedimentacin, adems ocupan un espacio mucho menor que stas La figura 1 muestra distintos tipos de ciclones.Los ciclones de entrada tangencial y descarga axial representan el cicln tradicional y, aunque se pueden construir con dimetros ms grandes, lo ms frecuente es que stos se encuentren entre los 600 y los 915 mm.

El gas ingresa por el conducto de entrada del cicln a una velocidad Vi (velocidad de entrada al cicln). Este conducto se halla ubicado en forma tangencial al barril o cuerpo del cicln. Entra al barril y comienza el movimiento en espiral descendente. El cambio de direccin genera un campo centrfugo equivalente a cientos de veces el campo gravitacional terrestre. (cientos de g). Las partculas transportadas por el gas debido a su inercia, se mueven alejndose del centro de rotacin o eje del cicln, por accin de las lneas de fuerza del campo centrfugo, alcanzando las paredes internas del barril del cicln, donde pierden cantidad de movimiento y se deslizan por la pared del barril hacia el cono y desde all a la pierna del cicln. El gas en su movimiento descendente va despojndose de las partculas slidas y al llegar a la base del cono, invierte el flujo, siguiendo una espiral ascendente ya libre prcticamente de partculas (gas limpio). El movimiento del gas en el interior del cicln consiste en una trayectoria de doble hlice. Inicialmente realiza una espiral hacia abajo, acercndose gradualmente a la parte central del separador, y a continuacin se eleva y lo abandona a travs de una salida central situada en la parte superior. Esta doble espiral es la que se denomina flujo ciclnico. Las partculas ms grandes y ms densas son forzadas hacia las paredes del cicln, dejando atrs las partculas. Una vez que el gas penetra tangencialmente en el equipo se distinguen dos zonas de caractersticas distintas de movimiento: En la zona prxima a la entrada del gas y en aquella ms exterior del cilindro predomina la velocidad tangencial, la velocidad radial es centrpeta y la axial de sentido descendente. La presin es relativamente alta. En la zona ms interior del cilindro, correspondiente al ncleo del cicln y con un dimetro aproximadamente igual a 0,4 veces el del conducto de salida del gas, el flujo es altamente turbulento y la presin baja. Se da el predominio de la velocidad axial con sentido ascendente. Estas dos zonas se encuentran separadas por el llamado cilindro ideal de Stairmand. Por tanto, cualquier partcula se encuentra sometida a dos fuerzas opuestas en la direccin radial, la fuerza centrfuga y la de rozamiento. Ambas fuerzas son funcin del radio de rotacin y del tamao de la partcula, por esta razn las partculas de tamaos distintos tienden a girar en rbitas de radios distintos. Como la fuerza dirigida hacia el exterior que acta sobre la partcula aumenta con la componente tangencial de la velocidad, y la fuerza dirigida hacia el interior aumenta con la componente radial, el separador se debe disear de manera que la velocidad tangencial sea lo ms grande posible mientras que la velocidad radial debe ser lo ms pequea posible. Donde: - Fc: fuerza centrfuga - Fd: fuerza de rozamiento - Vt: velocidad tangencial - Vr: velocidad radial - r: radio de la rbita Existe una rbita de dimetro 0,4De ( siendo De el dimetro del cilindro concntrico de salida de los gases), conocida como cilindro ideal de Stairmand, que separa la zona en la cual las partculas van a ser capturadas de aquella en la que los slidos escapan junto con el gas. Si la partcula sigue una trayectoria cuya rbita se encuentra dentro del cilindro de Stairmand y con una componente axial ascendente, la partcula abandonar el cicln sin ser retenida. Si en caso contrario la rbita es exterior a este dimetro 0,4De, entonces la componente axial ser descendente y la partcula acabar depositndose en el fondo del cicln. Luego del ingreso el gss con las partculas suspendidas forma una espiral descendente axial, por la cual descienden los slidos. Y una espiral ascendente que alcanza el tubo de descarga por el tope, en la cual sale el gas limpio. El aire entra cargado de polvo recorre un camino en espiral alrededor y hacia abajo del cuerpo cilndrico del cicln. La fuerza centrfuga desarrollada en el vrtice tiende a desplazar radialmente las partculas hacia la pared, de forma que aquellas que alcanzan la pared deslizan hacia abajo dentro del cono y se recogen. El gas al llegar al cono invierte su direccin iniciando su carrera ascendente en forma de espiral alrededor del eje del cicln hasta alcanzar el tubo de salida de gas limpio, en la parte superior del cicln. El cicln es entonces esencialmente un dispositivo de sedimentacin en el que una intensa fuerza centrfuga (de alrededor de cientos de g), que acta radialmente, es la que se utiliza en vez de una fuerza gravitacional relativamente dbil dirigida verticalmente, como se haba visto por ejemplo en las cmaras de sedimentacin. Los ciclones pueden separar partculas de polvo del orden de 10 micrones (10 a la menos 6 de metros). Este flujo de doble espiral descendente-ascendente constituye el llamado fenmeno ciclnico, y su descripcin desde el punto de vista matemtico es muy complejo, por lo cual el diseo del cicln se basa generalmente en la experiencia, es decir es de naturaleza emprica. La eficiencia de un cicln es de mucha importancia. Relaciona la cantidad de slidos descargados por la pierna del cicln, respecto a los alimentados. Tambin es importante la prdida de carga del cicln. La prdida de carga es la suma de varios factores. Los ciclones pueden ser sometidos a altas temperaturas, dependiendo del material de construccin. Si es acero al carbono o acero inoxidable, puede operarse hasta temperaturas de 800 C

Referenciahttp://www.ing.unlp.edu.ar/dquimica/paginas/catedras/iofq809/apuntes/Ciclones.pdf

superior del cuerpo cilndrico o barril del cicln. El barril cumple la funcin de imprimir al gas un movimiento en espiral descendente. Conectado al barril hay un cono invertido que cumple la funcin de conducir el polvo separado hacia el tubo de descarga, de longitud variable, tambin denominado cola o pierna del cicln. En la base del cono invertido se produce la inversin del flujo de gas, de modo que el gas comienza all una espiral en forma ascendente, concntrica a la espiral descendente, saliendo el gas limpio por el conducto superior de salida. Los polvos separados son descargados en la pierna del cicln. En la cola del cicln puede existir o no una vlvula de chanela que se abre solamente por el peso de los slidos acumulados en la pierna del cicln, produciendo de esta manera la descarga de los polvos. Los ciclones pueden operar a altas temperaturas. La temperatura mxima depende del material de construccin del cicln. Para ciclones construidos en acero al carbono la mxima temperatura de operacin es de 800 C. En cuanto a la presin, lo importante es la diferencia de presin a la cual est sometido el cicln. Si es un cicln interno, por ejemplo en un lecho fluidizado que opera a altas presiones, la diferencia de presin interna y externa del cicln es nula, por lo cual no deben tenerse consideraciones de resistencia en su diseo. En cambio si se trata de un cicln es externo que procesa gas sucio a alta presin, tendr una presin interna mucho mayor que la externa, lo cual deber tenerse en cuenta en el diseo del mismo. La friccin de las partculas slidas erosionan severamente las paredes interiores del cicln. Para disminuir el deterioro del mismo suele colocarse mallas del tipo hexagonal que se recubren con cemento.