Come si calcola il diametro delle particelle di un ciclone

tramite: O2O
Difficoltà: difficile
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Introduzione

Quando si parla di ciclone, si fa solitamente riferimento ad un depolveratore centrifugo. Si tratta di un macchinario che libera l'aria dalle polveri mediante l'azione della forza centrifuga. Questo validissimo strumento si utilizza generalmente per eliminare parzialmente gli elementi inquinanti che si trovano nell'aria.
Grazie a questa semplicissima guida sull'argomento, vedremo come si calcola il diametro delle particelle di un ciclone. Ai fini di una ricerca prettamente epistemologica, tale calcolo ci tornerà molto utile per fare una stima di quante particelle inquinanti si riescono a catturare con un meccanismo di questo tipo.

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Occorrente

  • Ciclone
  • Particelle da filtrare
  • Dimestichezza con i calcoli matematici
  • Conoscenze base sulla forza centrifuga
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Un comune ciclone è un sistema di abbattimento delle polveri inquinanti provvisto di una camera a forma cilindrica nella quale gli agenti dannosi si depositano grazie alla forza centrifuga. In particolare, la corrente di gas e polvere passa attraverso due cilindro concentrici. Il gas in entrata compie un moto a spirale discendente nell'intercapedine presente tra i due cilindri.
Il gas in uscita passeranno attraverso attraverso il cilindro interno, che è più basso di quello esterno.

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Le particelle inquinanti hanno maggiore inerzia rispetto al gas, quindi andranno ad urtare contro le pareti del cilindro più esterno. La loro caduta avverrà sul fondo del sistema, ove si trova una tramoggia per il recupero delle polveri.
Rispetto ad una camera di sedimentazione, un ciclone presenta un'efficienza maggiore per particelle di diametro compreso fra "2 e 50 um". Tuttavia, esso è responsabile di una perdita di carico superiore.
Le condizioni di alimentazione possono essere molto severe, perché le temperature tollerabili arrivano fino a "1000 gradi centigradi" e le pressioni raggiungono le "500 atm". Le velocità di ingresso invece devono essere costantemente sotto i "15 m/s".

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Dopo aver tenuto conto delle condizioni di cui sopra, consideriamo che le accelerazioni centrifughe che le particelle subiscono possono variare. Esse possono arrivare ad essere 5 volte quella della gravità. Pertanto, il diametro delle particelle si potrà ricavare applicando la formula D50 = K1 (uDc / VcPp) * 0,5.
Vediamo cosa rappresenta ciascun parametro di questa equazione. "Dc" è il diametro del ciclone, mentre "Vc" è la velocità delle particelle. La lettera "u" ci indica la viscosità del gas. "K1", infine, è una costante che dipende dall'apparecchiatura.

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Dalle relazioni che abbiamo appena analizzato, possiamo evincere che un'efficienza di rimozione più elevata si ottiene senza aumentare le perdite di carico. Ciò significa che la variabile "Vc" rimarrà costante, mentre il diametro del ciclone "Dc" andrà a diminuire.
In altre parole, una batteria di piccoli cicloni in parallelo avrà un'efficienza superiore a quella di un solo ciclone. A tal proposito dobbiamo ricordarci che le perdite di carico possono variare normalmente tra i 100 e i 200 mm di c. D. A.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Per chiarire eventuali dubbi, ripassiamo le nozioni relative alla forza centrifuga.
  • Se siamo curiosi di osservare più da vicino un separatore centrifugo, consultiamo un esperto del settore.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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