ES2547287B2 - Ciclón de alta eficiencia de geometría variable - Google Patents

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ES2547287B2 ES201500310A ES201500310A ES2547287B2 ES 2547287 B2 ES2547287 B2 ES 2547287B2 ES 201500310 A ES201500310 A ES 201500310A ES 201500310 A ES201500310 A ES 201500310A ES 2547287 B2 ES2547287 B2 ES 2547287B2
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Fátima SOMOVILLA GÓMEZ
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Marcos ILLERA CUEVA
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    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
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Abstract

La presente invención describe un ciclán de alta eficiencia de geometría variable para separar material particulado de un flujo de aire, que comprende un cuerpo cilíndrico, una tapa superior, un tronco de cono acoplado a la parte inferior del cuerpo cilíndrico, una abertura lateral en la parte superior del cuerpo cilíndrico para la entrada de aire contaminado con material particulado, y una abertura de salida en la tapa superior para la salida de aire limpio. El cuerpo cilíndrico está constituido por una pluralidad de placas curvadas articuladas cada una en un eje de rotación a lo largo de uno de sus bordes laterales y sobresaliendo dicho eje de rotación tanto por la parte superior como por la inferior de dicho borde lateral de la placa. Las partes sobresalientes de dichos ejes están acopladas de manera deslizable en respectivas correderas ubicadas en la tapa superior y en el tronco de cono.

Description

CICLÓN DE ALTA EFICIENCIA DE GEOMETRíA VARIABLE
Campo de la invención
La presente invención se refiere de manera general al campo de los dispositivos de purificación de aire, y más específicamente a un ciclón de alta eficiencia para separar material particulado de una corriente de aire.
Antecedentes de la invención
En la técnica se conoce ampliamente el uso de ciclones de alta eficiencia para separar material particulado de un flujo de aire contaminado. Este tipo de ciclones están formados básicamente por un cuerpo cilíndrico en el que se introduce tangencialmente un flujo de aire con material particulado. En muchos casos, este material particulado se considera como un contaminante atmosférico, y por tanto debe eliminarse por las empresas que lo producen antes de liberarlo a la atmósfera.
Los ciclones de alta eficiencia se fabrican normalmente de acero, y presentan una geometría fija para un determinado diámetro de corte del ciclón (dd. El diámetro de corte del ciclón (de) se define como el diámetro de partícula de las partículas que pueden eliminarse del flujo de aire a filtrar con una eficiencia de retención del 50%. El diámetro de corte
(de) se determina a partir del diámetro del ciclón De tal como se describe por P. Rosin, E. Rammler, W. Intelmann (Fundamentals and Limitations of cyclone Dusting¡ 1968).
Además, el aire contaminado con dicho material particulado debe introducirse con una determinada velocidad al interior del ciclón mediante un ventilador de velocidad de giro variable.
En concreto, el diámetro de corte de para ciclones de alta eficiencia se calcula según la siguiente ecuación:
en la que:
•
p es la viscosidad del aire.
•
Be es el ancho de la entrada del ciclón.
•
Ns es el número de vueltas que efectúan las partículas en el interior del cicló hasta quedar retenidas.
•
VT es la velocidad de E~ntrada del aire al ciclón.
•
ps es la densidad de lc:tS partículas.
•
p es la densidad del aire.
Siendo la anchura de la entrada del ciclón Be calculada según:
En la técnica se conoce:n varios tipos de ciclones que pretenden aumentar sus prestaciones variando aspectos de la geometría de los mismos. Por ejemplo, el modelo de utilidad CN203598956U hace referencia a un ciclón de geometría variable que puede modific~lr su geometría al variar la entrada tangencial por la qul:!: se introduce el flujo de aire en el ciclón (en concreto su :posición y/ o tamaño de abertura) asi como la posición y el diámetro del tubo central de salida del aire purificado del ciclón.
El modelo de utilidad CN203061307U muestra un ciclón húmedo variable que puede modificar su geometría al variar la longitud del cuerpo central del ciclón. Los ciclones húmedos
(hidrociclones) retienen las partículas mediante el humedecimiento con agua de l ,as paredes internas del ciclón. Bl principal inc onveniente de este tipo de ciclones es que
contaminan el agua que se ha usado para la retención de las particulas.
Por otro lado, el modelo de utilidad CN2165933Y hace referencia a un ciclón de geometria variable que puede modificar la geometría del t "ubo central del ciclón (elipse, circulo, óvalo) alterando de este modo la trayectoria que tienen que seguir las partículas para retenerse y aumentando en cierto modo su rendimiento de retención.
Sin embargo, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un ciclón de alta eficiencia de geometria variable
alternativo
que permita variar fácilmente el diámetro de
corte
del ciclón mediante una variación sencilla de la
geometría del mismo.
Sumario de la invención
La presente invención da a conocer un ciclón de alta eficiencia de geometria variable para separar material particu1ado de un flujo de aire. El ciclón de la invención comprende:
un cuerpo cilindrico; una tapa superior; un tronco de cono acoplado a la parte inferior del
cuerpo cilindrico para recoger material particulado; una abertura lateral de entrada en la parte superior del cuerpo ci1indrico para la entrada de aire contaminado con material particu1ado; y una abertura de salida en la tapa superior para la salida de aire limpio,"
El cuerpo cilindrico del ciclón de la presente invención está constituido por una pluralidad de placas curvadas, articuladas cada una en un e:ie de rotación a 10 largo de uno
de sus bordes laterales y sob:t'esaliendo dicho ej e de rotación tanto por la parte superior como por la inferior de dicho borde lateral de la placa.
Además, las partes sobrE~salientes de dichos ejes están acopladas de manera desliza.ble en respectivas correderas ubicadas tanto en la tapa sup~~rior como en el tronco de cono. Así, el desplazamiento de los ejes de rotación a lo largo de las correderas provoca la variación del diámetro del cuerpo cilíndrico, lo cual provoca la variación del diámetro de corte del ciclón tal como se desprende de las ecuaciones presentadas anteriormente.
Breve descripción de las figuras
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran una realización preferida de la invención, proporcionada a modo de ejemplo, y que no debe interpretarse como limitativa de la invención de ninguna manera.
La figura lA muestra una vista lateral así como una vista en planta de un ciclón de alta eficiencia de geometría variable según la realizac:ión preferida de la presente invención, dispuesto en una configuración de diámetro máximo.
La figura lB muestra una vista lateral así como una vista en planta del ciclón d~~ la figura lA dispuesto en una configuración de diámetro mín:imo.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una placa curvada que forma pa:rte del cuerpo cilíndrico del ciclón según la realización preferida de la presente invención.
La figura 3 muestra una vista en despiece ordenado del ciclón según la realización preferida de la presente
invención.
La figura 4 muestra una vista ampliada de una corredera empleada en el ciclón según la realización preferida de la presente invención.
La figura 5 muestra una v ista lateral así como una vista en planta del ciclón según la realización preferida de la presente invención, en las qUle se representa el recorrido del flujo de aire y del material particulado contaminante.
Descripción detallada de las :realizaciones preferidas
Tal como se observa en l.as figuras lA y lB adjuntas, el ciclón de alta eficiencia ele geometria variable según la realización preferida de la presente invención comprende un cuerpo cilíndrico (10), una tapa superior (12) y un tronco de cono (14) acoplado a la partE~ inferior del cuerpo cilíndrico
(10) para recoger en el mism.o material particulado separado de una corriente de aire que se desea purificar.
Además, el ciclón presenta una abertura lateral de entrada (16) de sección rectcmgular en la parte superior del cuerpo cilindrico (10) para la entrada de aire contaminado con material particulado, una abertura de salida (18) en la tapa superior (12) para la salida de aire limpio, y un tubo de salida (20) de sección circular situado en la parte inferior del tronco de cono (14) para la salida del material particulado recogido.
En las figuras lA y lB también puede apreciarse que el cuerpo cilíndrico (10) está en realidad constituido por 8 placas metálicas curvadas (22 ) (mostrada una de ellas con más detalle en la figura 2) . Es tas placas curvadas (22) están articuladas, cada una, en un eje de rotación (24) a lo largo de uno de sus bordes laterales, sobresaliendo dicho eje de
rotación (24) tanto por la parte superior como por la inferior de dicho borde later~al de la placa curvada (22).
El término "borde lateral" de una placa curvada (22) tal como se usa en el presente documento se refiere al borde de la placa curvada (22) en el sentido de altura del cuerpo cilíndrico (10) una vez formado.
Las partes sobresalientes de dichos ej es de rotación
(24) están acopladas de manera deslizable en respectivas correderas ubicadas tanto en la tapa superior (12) como en el tronco de cono (14).
En concreto, en la figura lA se muestran los ejes de rotación (24) dispuestos en ~m extremo de dichas correderas, de modo que el cuerpo cilíndrico (10) del ciclón de alta eficiencia presenta un diámetro máximo (~.) .
Por su parte, en la figura lB los ejes de rotación (24) se encuentran dispuestos en el extremo opuesto de dichas correderas, de modo que el cuerpo cilíndrico (10) del ciclón de alta eficiencia presenta un diámetro mínimo (Dmin. ).
Por tanto, puede apreciarse que el desplazamiento de los ejes de rotación (24) a lo largo de las correderas provoca la variación del diámetro del cuerpo cilíndrico (10).
Los elementos anteriormente descritos se aprecian más detalladamente en la figura 3, que muestra una vista en despiece ordenado del mismo ciclón de alta eficiencia de geometría variable descrito anteriormente con referencia a las figuras lA y lB.
En la figura 4 se muestra más detalladamente una corredera del ciclón según la realización preferida de la presente invención. Tal como puede apreciarse, la corredera comprende una ranura (26), una pieza prismática (28)
dispuesta para deslizarse po:r dicha ranura (26) y una placa
metálica de cierre (30) acoplada sobre la pieza prismática (28), de modo que se evitan escapes indeseados del flujo de aire. La placa de cierre (30) se fija a la pieza prismática
(28) mediante tornillos (32). Tanto la pieza prismática (28) como la placa de cierre (30) presentan un orificio dispuesto para atravesarse por una parte sobresaliente de un ej e de rotaci ón (24), de modo que se realiza e l acoplamiento entre l a pieza prismática (28), la p laca de cierre (30) y el eje de rotación (24).
Haciendo ahora referencia a la figura 5, se muestran una vista lateral y una vista en planta en las que se representa mediante flechas e l fluj o de aire así como el del material particulado contenido en el mismo. El f lujo de aire contaminado con material particulado (34) se introduce de manera tangencial al cuerpo cilí ndrico (1 0) del ciclón por la abertura lateral (16) anteriormente mencionada. Dicho flujo de aire contaminado se introduce mediante un ventilador (no mostrado), el cual puede variar su vel ocidad de giro con el
propósito
de introducir el f luj o de aire a diferentes
velocidades.
Esta variación de velocidad de giro del
ventilador
permite en c ierto modo ajustar el grado de
retención del material part i culado
en el cicl ón .
El
f l u j o de aire con material particulado se dirige
hacia e l tronco de cono (14 ) describiendo giros a una elevada velocidad tangencial. Estos giros hacen que el material particulado (más denso que el a i re) se retenga , debido a la fuerza centrifuga, en el cuerpo cilíndrico (10) del cicl ón así como en una parte import ante del tronco de cono ( 14). Finalmente, el material particulado se recoge en el tubo de salida (20) . El aire limpio y libre de material particulado cambia de dirección de giro debido a la propia geometría del
tronco de cono (14) y se expulsa hacia el exterior por la abertura de salida (18) . Haciendo referencia a un ejemplo concreto de realización del ciclón de geometría variable de la presente invención, en
5 la siguiente tabla se muest,ran los diámetros de corte de obtenidos para distintos diámetros del cuerpo cilíndrico del mismo De (correspondientes a diversas posiciones de los ejes de rotación a lo largo de las correderas).
Diámetros, De (mm)
Ele (mm) de (nun)
60
1.5 0,207421
65
1.6,25 0,215891
70
1.7,5 0,224041
75
1.8,75 0,231904
80
20 0,239510
85
2 1,25 0,246881
90
22,5 0,254038
95
23,75 0,261000
100
2:5 0,267780
10 Como se observa en la tailila anterior, para el ciclón de geometria variable según la realización preferida de la presente invención, cuyo diámetro De puede variar de 60 a 100 mm, permite trabajar con diámetros de corte de partículas de entre 0,2074 mm y 0,2677 mm.
15 La presente invención se ha descrito anteriormente con referencia a un ejemplo de realización específico de la misma; sin embargo el expert,o en la técnica podrá concebir modificaciones y variaciones de dicha realización sin por ello apartarse del alcance de la presente invención.
20 Por ejemplo, aunque se han descrito placas curvadas y placas de cierre metálicas, deberá entenderse que en función de los requisitos de la aplicación específica dichos elementos (así como cualquier otro elemento del ciclón de la presente invención) podrán fabricarse de cualquier otro
5 material adecuado, tal como materiales de plástico.
Aunque se ha descrito un cuerpo cilíndrico constituido por 8 placas curvadas, deh: entenderse que la invención abarca igualmente cuerpos cilíndricos constituidos por una pluralidad mayor o menor de placas curvadas.
10 Por otro lado, aunque se ha descrito que la placa de cierre se fija a la pieza prismática mediante tornillos, debe entenderse que puede usarse cualquier otro medio de acoplamiento sin apartarse del alcance de la invención, tal como por ejemplo mediante soldadura, adhesivo, etc.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Ciclón de alta eficiencia de geometria variable para separar material particulado de un fluj o de aire I que comprende
    un cuerpo cilindrico (10); una tapa superior (12); un tronco de cono (1~l) acoplado a la parte inferior del cuerpo cilíndrico (10) para recoger material particuladoi una abertura lateral (16) de entrada en la parte superior del cuerpo cilindrico (10) para la entrada de aire contaminado con material particuladoi y una abertura de salida (18) en la tapa superior (12) para la salida de aire limpio;
    caracterizado por que el cuerpo cilíndrico (10) está constituido por una plural idad de placas cu~vadas (22) articuladas cada una en un eje de rotación (24) a lo largo de uno de sus bordes laterales y sobresaliendo dicho eje de rotación
    (24)
    tanto por la parte superior como por la inferior de dicho borde lateral de la placa (22), estando además las parte!s sobresalientes de dichos ejes de rotación (24) acopJ.adas de manera deslizable en respectivas correderas ubicadas tanto en la tapa superior (12) como en el tronco de cono (14), de manera que e l desplaz:amiento de los ejes de rotación
    (24)
    a lo largo de las correderas provoca la variación del diámetro del cuerpo cilindrico (lO), dicho ciclón comprende además un tubo de salida (20) situado en la parte inferior del tronco de cono (14) para la salida del material particulado recogido.
  2. 2.
    Ciclón según la reivindicación 1, caracterizado por que
    las
    correderas comprendEm, cada Wla, una ranura (26),
    una
    pieza prismática (28) dispuesta para deslizarse por
    dicha
    ranura (26) y una placa de cierre (30) acoplada
    5
    sobre la pieza prismática (28), estando la pieza
    prismática
    (28) y la placa de cierre (30) acopladas
    además
    a Wla parte sobn~saliente correspondiente de Wl
    eje de
    rotación (24) de placa curvada (22) .
  3. 3.
    Ciclón según la reivindicación 2, caracterizado por que
    JO
    tanto la pieza prismática (28) como la placa de cierre
    (30)
    presentan un orificio dispuesto para atravesarse
    por
    una parte sobresaliente de un eje de rotación (24),
    de
    modo que se realiza el acoplamiento entre la pieza
    prismática
    (28) I la placa de cierre (30) y el eje de
    15
    rotación (24).
  4. 4.
    Ciclón según cualquie:ra de las reivindicaciones
    anteriores,
    caracterizado por que el cuerpo de cilindro
    (10)
    está constituido por 8 placas curvadas (22).
  5. 5.
    Ciclón según cualquie~ra de
    20
    anteriores, caracterizado por que
    cilíndrico De puede varia.r de
    60 a
  6. 6.
    Ciclón según cualquie~ra de
    anteriores,
    caracterizado por que
    presenta sección circular.
    25
    7. Ciclón según cualquiE~ra de
    anteriores,
    caracterizado por que
    las reivindicaciones
    el diámetro del cuerpo 100 mm. las reivindicaciones
    el tubo de salida (20)
    las reivindicaciones la abertura lateral de
    entrada (16) presenta una sección rectangular.
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