Los hidrociclones, también llamados simplemente “ciclones”, separan las partículas según su tamaño y/o densidad utilizando la fuerza centrífuga para acelerar la velocidad de decantación de las partículas sólidas. Son dispositivos de forma cilíndrica-cónica con una entrada y dos salidas, y constan de una caja de alimentación, una entrada de alimentación, un buscador de vórtices, una extensión opcional de la caja de alimentación, una o varias secciones cónicas y una espiga.
Los ciclones se alimentan a presión, lo que hace que la pulpa se arremoline en el interior de la caja de alimentación cilíndrica. El movimiento de remolino produce un vórtice y un núcleo de aire generado a lo largo de la línea central del ciclón. El material grueso y pesado es arrastrado hacia la cubierta exterior del ciclón, donde se abre camino con un movimiento helicoidal descendente hacia la descarga de caudal inferior ubicada en la parte inferior del ciclón. El material fino y ligero es arrastrado hacia arriba en un movimiento helicoidal hacia la descarga de desbordamiento en la parte superior del ciclón.
Diferentes aplicaciones tienen diferentes requisitos para las especificaciones de desempeño de los ciclones. Dependiendo de la aplicación, el desempeño podría medirse por las partículas que acaban en el caudal inferior o por las partículas que acaban en el desbordamiento. Para algunas aplicaciones, como la fabricación de arena para hormigón C-33, el desempeño del hidrociclón se mide por el punto de corte, en el que el caudal inferior es más importante que el desbordamiento.
Para otras aplicaciones, como los minerales o la roca dura, la eficacia de la separación es más un indicador del desempeño del ciclón, en el que es más importante el desbordamiento , no el caudal inferior.
En todos los casos, el desempeño del ciclón puede verse afectado por seis factores, entre ellos:
- Tamaño
- Velocidad de flujo
- Área de entrada
- Diámetro del buscador de vórtices
- Diámetro del caudal inferior
- Longitud del ciclón
1. Tamaño
El tamaño de un hidrociclón juega un papel fundamental en su desempeño. Dentro del ciclón, cada partícula migra hasta una posición en la que la fuerza centrífuga es igual a la fuerza de arrastre. Si la fuerza centrífuga es mayor que la fuerza de arrastre, la partícula tiene más posibilidades de salir por el caudal inferior. Si la fuerza centrífuga es menor que la fuerza de arrastre, la partícula tiene más posibilidades de salir por el desbordamiento.
Piense en ello como si las fuerzas estuvieran en un tira y afloja, donde las fuerzas centrífugas y de arrastre están en extremos opuestos de una cuerda y la partícula es la bandera en el medio. La fuerza centrífuga del equipo intenta tirar de la bandera de partículas hacia la carcasa del ciclón, mientras que la fuerza de arrastre del equipo intenta tirar de la bandera de partículas hacia el núcleo de aire del centro.
La separación se produce cuando las dos fuerzas son iguales para un tamaño de partícula y la partícula puede decidir en qué dirección quiere ir, hacia la carcasa y salir por el caudal inferior o hacia el núcleo de aire y salir por el desbordamiento. Hay un 50 % de posibilidades de que vaya en una dirección o en otra, por lo que se denomina D50 o punto de corte.
El tamaño del ciclón afecta la cantidad de fuerza centrífuga que se utiliza para la separación. Cuanto menor sea el radio del ciclón, mayor será el efecto de la fuerza centrífuga sobre una partícula y más fuerte será esa fuerza en el tira y afloja. Las partículas se tiran más hacia la carcasa para crear un corte más pequeño.
Cuanto mayor es el radio del ciclón, menor es la fuerza centrífuga disponible para ganar el tira y afloja, por lo que el tamaño del corte es mayor.
Para la producción primaria de arena y el deslamado, se recomiendan ciclones de mayor tamaño. Las aplicaciones de recuperación de finos suelen emplear ciclones más pequeños y, potencialmente, varias unidades para obtener el nivel deseado de finos.
Conclusión: Los ciclones más pequeños producen un tamaño de corte más fino, mientras que los ciclones más grandes producen un tamaño de corte más grueso.
2. Velocidad de flujo
La velocidad de flujo es otro factor que juega un papel importante en el desempeño del hidrociclón. Esto se ocupa de la presión del material que se alimenta al ciclón.
Una presión de alimentación baja produce un corte más grueso, mientras que una presión de alimentación alta produce una separación más fina. La presión puede ser menor al reducir la velocidad de flujo o puede ser mayor al aumentar la velocidad de flujo.
A la hora de optimizar el desempeño del hidrociclón, ya sea que se trate de un corte más grueso o más fino, inspeccione la bomba que alimenta el ciclón. La bomba proporciona la presión necesaria para efectuar la separación en el ciclón. Al cambiar la velocidad de la bomba, cambian la presión y la velocidad de flujo.
Para realizar un corte más grueso, disminuya la velocidad de la bomba para reducir la velocidad de flujo y la presión. Para realizar un corte más fino, aumente la velocidad de la bomba para aumentar la velocidad de flujo y la presión.
Conclusión: Una presión de alimentación baja produce una separación más gruesa, mientras que una presión de alimentación alta produce una separación más fina.
3. Área de entrada
El tamaño del área de entrada determina la capacidad del hidrociclón. Los tamaños de entrada más grandes permiten un mayor desempeño sin tener que cambiar la presión.
Para aumentar o disminuir la capacidad funcionando a la misma presión, considere cambiar el tamaño del área de entrada.
Conclusión: Los tamaños de entrada más grandes permiten una mayor capacidad, mientras que los tamaños de entrada más pequeños permiten una menor capacidad.
4. Diámetro del buscador de vórtices
Al igual que el área de entrada, el diámetro del buscador de vórtices puede afectar la capacidad y el punto de corte.
El buscador de vórtices, que se extiende parcialmente hacia abajo en el centro de la caja de alimentación, actúa como una cortadora. Un buscador de vórtices de mayor diámetro permite arrastrar más material al núcleo de aire y sacarlo por el desbordamiento , lo que permite crear un corte más grueso. Un buscador de vórtices más pequeño permite que menos material sea arrastrado hacia el núcleo de aire y salga por el desbordamiento , lo que permite crear una separación más fina.
Al cambiar el diámetro del buscador de vórtices, cambia la presión en el interior del ciclón. Un área de vórtice mayor disminuye la presión, por lo que pasa más material al desbordamiento para crear un corte más grueso. Un área de vórtice más pequeña aumenta la presión, por lo que pasa más material al caudal inferior, lo que crea una separación más fina.
Conclusión: Un diámetro de vórtice grande equivale a una separación más gruesa, mientras que un diámetro de vórtice pequeño equivale a una separación más fina.
5. Diámetro del caudal inferior
El diámetro del caudal inferior del vértice del ciclón debe coincidir con las toneladas por hora. Si el vértice es demasiado pequeño, el núcleo de aire no puede formarse correctamente, y el caudal inferior se encordará. En estos casos es cuando el ciclón funciona peor.
Si el vértice es demasiado grande, entrará demasiado aire en el ciclón y saldrá mucha más agua y, en consecuencia, más finos por el caudal inferior, lo que afecta el punto de corte.
Aquí es donde se destacan los Separators™. Los Separators™ son hidrociclones modificados con un regulador de caudal inferior en el vértice (o llave), una tubería de desbordamiento y una válvula de sifón. Se desarrollaron para garantizar una densidad de caudal inferior constante incluso con sólidos de alimentación variables, proporcionar un control en línea del caudal inferior y del tamaño de corte, garantizar la mayor densidad de caudal inferior posible y eliminar las obstrucciones del vértice.
La mayoría de los operadores no pueden mantener un ritmo constante de toneladas por hora, especialmente, en aplicaciones de dragado en las que cambian la velocidad de flujo que llega al ciclón y el porcentaje de sólidos en la alimentación. Con los Separators™, el regulador de caudal inferior permanece cerrado a través del sifón y solo se abre con un peso suficiente de sólidos.
Para reducir el material de derivación y aumentar la concentración en el caudal inferior del ciclón, instale un vértice más pequeño. Si hay partículas gruesas en el desbordamiento y el caudal inferior parece una cuerda vieja, instale un vértice más grande.
Conclusión: Se debe elegir el vértice en función de las toneladas por hora.
6. Longitud del ciclón
La longitud del ciclón también afecta a su desempeño. Los ciclones más largos permiten separaciones más finas porque el material tiene más tiempo en el ciclón para decidir qué camino va a tomar. Los ciclones más cortos hacen cortes más gruesos porque el material tiene menos tiempo en el ciclón antes de la descarga.
La longitud de un ciclón se determina según las secciones cónicas, o cajas de alimentación extendidas, y los ángulos de los conos. Un ángulo de cono de 10 grados lo convierte en un ciclón más largo, mientras que un ángulo de cono de 40 grados lo convierte en un ciclón más corto. Si se añaden cajas de alimentación extendidas, aumenta la longitud del ciclón.
Conclusión: Los ciclones más largos realizan separaciones más finas, mientras que los más cortos hacen cortes más gruesos.
Para evaluar el desempeño de un hidrociclón, mida la alimentación, el desbordamiento y el caudal inferior. A continuación, en función de los objetivos de la aplicación, se puede mejorar el desempeño introduciendo cambios en uno o varios de los componentes mencionados.
