Ciclones e Hidrociclones pronto

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Ciclones e Hidrociclones
Andressa Viana
Camila Peitz
Gabriela Ribeiro
Jessika Perancetta
Priscilla Lopes
Tatiana Bueno
Separadores centrífugos
Nesse tipo de separador, as partículas são separadas da corrente fluída sob a ação de uma força centrífuga.​
Ciclones e hidrociclones são dois exemplos desse tipo de separador, e a diferença entre eles é que o primeiro é utilizado para promover a separação de partículas em uma corrente gás-sólido, e o segundo, em uma corrente líquido-sólido.​
São equipamentos simples, sem partes móveis, empregados na remoção de partículas maiores que 5 µm.
Os dois equipamentos possuem o mesmo princípio de funcionamento.​
A corrente de gás (ou líquido, no caso dos hidrociclones) entra tangencialmente na câmara do equipamento a alta velocidade: de 6 a 20 m/s. As partículas experimentam as forças centrífuga e de arraste, opostas.​
Devido à configuração do equipamento, tem-se o estabelecimento de um campo centrífugo que proporciona a separação do fluído-partícula. As partículas maiores percorrem trajetórias helicoidais na direção radial e se chocam às paredes do recipiente, de forma que elas saiam do fluxo do fluído, escorregando até o fundo do trecho cônico (underflow).​
São amplamente utilizados no controle da poluição do ar e na recuperação de produtos com alto valor agregado.​
O equipamento é submetido à uma pressão para operar, portanto todo ciclone/hidrociclone opera em conjunto com uma bomba centrífuga.​
Os ciclones e os hidrociclones podem ser utilizados em configurações em série ou paralelo.
Ciclones: Vantagens
Fácil Construção;
Baixo custo de material e operação;
Ampla faixa de condições de operação;
Longa vida útil;
Não formam depósitos internos, por isso são higiênicos e seguros;
Pode ser utilizada desde uma unidade ou conjunto de vários Ciclones ligados paralelamente ou em série, atendendo assim uma ampla gama de vazões e tarefas;
Ciclones: Desvantagens
Se as condições operacionais não forem adequadas pode haver acúmulo de material dentro do equipamento ou baixa eficiência na separação;
Não é aconselhável para partículas muito viscosas ou pegajosas;
Apresentam menor eficiência na separação de partículas menores que 5 a 10 μm.
Hidrociclones: Vantagens
Apresentam capacidade elevada em relação ao seu volume e área ocupada;
Controle operacional relativamente simples; 
Apresentam pequeno custo de investimento;
Elevada disponibilidade, pois tem sempre unidades em stand-by devido ao baixo preço e pequeno espaço ocupado.
Hidrociclones: Desvantagens
Quando há variações nas condições de alimentação,o controle da não passagem de grosso para o overflow fica mais difícil, pois pode ocorrer sobrecarga no ápex e as partículas serem rejeitadas;
Não apresentam efeito regulador para minimizar oscilações operacionais de curto período na alimentação devido ao seu pequeno volume.
Aplicações industriais
Recuperar material arrastado;
Efetuar limpeza de gases e vapores de processo;
Separar impurezas (no petróleo);
Desmalagem (Tratamentos de minérios);
Recuperação de líquidos;
Pré-concentração;
Espessamento;
Separação de células do meio de cultivo;
Razões de segurança.
Princípio e Funcionamento: Ciclones
No ciclone, o gás carregado de pó entra tangencialmente na câmara cilíndrica ou cônica em alta velocidade (6 a 20 m/s), por um ou mais de um ponto e sai por uma abertura central.
Dentro do ciclone as partículas experimentam na direção radial dois tipos de forças opostas: a força centrífuga e de arraste.
A força centrífuga tende a empurrar partículas para as paredes do ciclone enquanto a força de arraste age no sentido de carregar as partículas junto com o gás na saída do ciclone.
Essas forças são dependentes do raio de rotação e do tamanho das partículas; partículas com tamanhos diferentes giram em raios diferentes.
Nas condições de operação comumente empregadas, a força centrífuga de separação pode ir de 5 (nos ciclones de diâmetro muito grande e pequena resistência) a 2.500 vezes a força gravitacional (em unidades muito pequenas, de alta resistência).
Princípio e Funcionamento: Hidrociclones
Seu funcionamento se deve à alimentação tangencial na parte cilíndrica do mesmo. Com isso forma-se um movimento em espiral descendente, arrastando as partículas maiores e mais pesadas para saída inferior do equipamento denominada underflow.
Já as partículas menores e menos densas são arrastadas para o centro do equipamento, onde forma-se um movimento em espiral ascendente e estas saem por um orifício denominado overflow.
As vazões do underflow e overflow são obtidas pelo diâmetro dos mesmos e pela pressão em que o equipamento é submetido para operar. Todo hidrociclone opera em conjunto com uma bomba centrífuga que é responsável por manter essa "pressão de trabalho“ do mesmo.
A polpa é injetada sobre pressão e penetra tangencialmente na parte cilíndrica. Cria-se então um fluxo descendente em espiral ao longo das paredes internas do ciclone e um vórtice de baixa pressão ascendente na região central, que aspira o ar pelo apex e gera um fluxo de polpa que se descarrega pelo vortex.
As forças atuantes no hidrociclones são a força centrífuga e uma força de arraste gerada pelo fluxo de polpa que se dirige ao overflow. A força centrífuga atua radialmente, tendendo lançar partículas contra as paredes do ciclones.
Para partículas mais grosseiras, (possuindo massas maiores, conseqüentemente gerando maiores forças centrífugas), a força centrífuga supera a força de arraste. Essas partículas são então impelidas em direção as paredes do ciclone, entrando no fluxo descendente e descarregando através do ápex.
As partículas finas, sofrendo menos o efeito da força centrifuga em função de sua pequena massa, serão arrastadas para o vórtice central ascendente e descarregadas pelo vortex
Vídeo: Ciclone
Vídeo: Hidrociclone
Dimensionamento
	A metodologia para se dimensionar um ciclone varia de acordo com as necessidades de cada projetista, entretanto, 5 passos são fundamentais:
a) Cálculo das dimensões do ciclone;
b) Cálculo da perda de carga do ciclone
c) Cálculo da potência do exaustor
d) Determinação das curvas de eficiência fracionária do ciclone
e) Determinação da eficiência global do ciclone
Cálculo das dimensões do ciclone
Para dimensionar o ciclone podemos utilizar a relação empírica de Rosin, Rammler e Intelmann, na qual o diâmetro de corte é calculado pela relação:
	
	Para o dimensionamento do ciclone é considerada a relação entre o diâmetro igual a quatro vezes a largura da entrada (B=Dc/4) e um número de voltas da partícula (N) igual a 5.
	Da equação proposta por Rosin e colaboradores, temos :
L = 2Dc ; z = 2Dc; Ds = Dc /2 ; J = Dc/4 ; B = Dc/4 e H = Dc/2
A altura do duto na entrada pode ser calculada pela fórmula:
Onde Q = Vazão de projeto e v = Velocidade admitida no projeto.
Para que o dimensionamento esteja correto é considerada a relação entre as dimensões H e Dc.
Cálculo da perda de carga do ciclone
A perda de carga nos ciclones é importante para determinar a potência necessária ao ventilador, utilizado para a movimentação da mistura gás – sólido particulados. O ciclones consomem energia devido a perda de carga. 
∆P = ρ.g.∆h
∆P = Perda de Carga 
ρ = Densidade aparente do fluido manométrico
g = Aceleração da gravidade 
∆h =Perda de carga admissível 
Potencia do exaustor
Onde
n = rendimento do resistor
Q = vazão do ar que passa pelo ciclone
PL = queda de pressão na ausência do pó 
Onde:
ρar = densidade do ar
Vi = velocidade de entrada do ar no sistema
∆H = parâmetro geométrico que depende da configuração do sistema
E são dados pelas equações:
Onde:
P = pressão absoluta do ar na corrente de ar
MMar = é a massa molar do ar
R = constante dos gases ideais
T = temperatura absoluta do ar
Q = vazão volumétrica de ar que entra no ciclone 
 a, b, B, Dc, De, H, h e S = dimensões do ciclone
Curvas de eficiência fracionaria dos ciclones
Onde:d50 = diâmetro de Stokes para a partícula com 50% de eficiência de coleta
dpi = diâmetro da partícula cuja eficiência de coleta está sendo calculada 
β = dependede do valor d50.
Sendo que os valores de µar, Vtmax, Zc (comprimento natural do vórtex), dc (diâmetro do vórtex) e β são dados pelas equações:
Determinação da Eficiência de Coleta Global do Ciclone
Sendo:
Ce= concentração de particulados na entrada do ciclone
Cs= concentração de particulados na saída do ciclone