IN-VIVO EVALUATION a) Radiology

Lo primero que se puede observar en todas las gráficas es que conforme se va incrementando el Reynols, las tres componentes de velocidad crecen.

Cabe mencionar que en las gráficas de los perfiles de velocidad tangencial y radial, el ciclón corto aparece un radio mayor de la zona de medición en algunas gráficas. Esto se debe a que a la hora de tomar las fotografías para el plano tangencial-radial con el PIV, se alcanzó a visualizar mayor área en este ciclón por efectos ópticos que en el alargado y en el predeterminado; a estos otros dos solo se pudo obtener un detalle de toda la zona que se deseaba medir y es por ello que estos ciclones tienen valores similares para la coordenada radial.

Para los perfiles de velocidad tangencial, sobresale el ciclón corto por sus elevadas velocidades en comparación con los otros dos ciclones. Sin embargo, la velocidad tangencial para este ciclón se va ajustando a los otros ciclones conforme varía la posición, es decir, conforme las posiciones se van acercándose al extremo del cono, los perfiles presentan comportamientos similares. Aparentemente el ciclón corto resulta ser el más inestable en cuanto a los valores de velocidad tangencial se refiere, ya que se comporta aleatoriamente.

Por otro lado, el ciclón alargado resulta ser el que obtiene los valores de velocidad tangencial más bajos, pero muy parecidos a los del ciclón predeterminado y los tres ciclones presentan perfiles de velocidad con tendencias y valores similares en la posición cercana al extremo del cono.

Otro punto a notar en la velocidad tangencial es que se incrementa a medida que se va acercando a la salida del cono y las velocidades de los tres ciclones parecen uniformarse. En las tres condiciones experimentales (números de Reynolds) se verifica esta tendencia.

En los perfiles de velocidad radial nuevamente sobresale el ciclón corto por sus valores elevados de velocidad. Además de que este ciclón vuelve a mostrar un comportamiento aleatorio en las distintas posiciones, pero sobre todo cuando se tiene un número de Reynolds de 9.15x10-4.

Con los perfiles de velocidad radial también se puede notar que en la posición dos o en el centro del cono, la velocidad radial en los tres ciclones decrece en comparación con los otros dos posiciones (plano tangencial-radial), en lugar de continuar con la tendencia creciente al irse acercando a la salida del cono.

En la posición tres o a la salida del cono, los perfiles de velocidad radial no presentan un comportamiento que permita distinguir una tendencia clara. Incluso se puede ver que los perfiles se cruzan entre sí y únicamente con caudal mayor se comportan de manera similar.

Finalmente en los perfiles de velocidad axial, en la posición 4(a) se puede observar que el ciclón largo y el corto son los que muestran el valor más alto en ordenes de magnitud sobre todo a los números de Reynolds más altos, pero conforme se va hacia la orilla o hacia la pared interna del ciclón, los perfiles de los tres ciclones se uniformizan. En cuanto al ciclón predeterminado tiene velocidades muy pequeñas y en la gráfica oscila sobre el cero en la parte positiva y negativa.

Para la posición 4(b) o aproximadamente el centro del cono, la velocidad axial tiene valores menores que en la posición 4(a) y tiene oscilaciones considerables a lo largo del eje “z”.

En general, los tres ciclones parecen desarrollar mejor el flujo y trabajar de una manera más estable y eficiente a las condiciones del número de Reynolds más grande.

Al observar los resultados finales de la caída de presión en los tres ciclones, se determinó que el ciclón que presentó la menor caída de presión estática fue el ciclón de cono alargado.

La rugosidad no alteró los resultados obtenidos para la caída de presión estática, ya que se utilizó el mismo material de trabajo para los tres prototipos que en este caso es vidrio.

El factor determinante de esta variación de presión es la geometría. Para el ciclón largo la velocidad tangencial fue la menor y por la baja velocidad, la fricción entre la pared y el fluido disminuye alrededor de un 49%, lo que indica que debido a esa geometría la presión estática fue la menor a causa de la velocidad tangencial. Como el ciclón corto es el que tiene la contracción más brusca de los tres ciclones, entonces este tiene la caída de presión más elevada y en consecuencia la velocidad más alta de los tres ciclones.

Para el caso de la eficiencia de separación el ciclón con mayor eficiencia (75.2%) fue el ciclón predeterminado, seguido del ciclón alargado (40.6%) y finalmente el ciclón corto (36.6%). En los resultados se puede observar una tendencia que indica que existe una mayor eficiencia de separación si se alarga el cono del ciclón comparado con disminuir la longitud del mismo.

Por el lado de las velocidades la que sobresale de las otras dos es la velocidad tangencial, la cual se ve reflejada en la caída de presión. El valor máximo de la velocidad tangencial es aproximadamente 5.5 veces el de la velocidad radial y 5 veces el de la velocidad axial para Re=1.46x105 en la misma posición.

Finalmente, algo importante que se verificó con las tres velocidades y los campos de vorticidad es que a las condiciones de trabajo a velocidades más altas (Re = 1.46x105), el ciclón trabaja de mejor manera. Los perfiles de velocidad llevan una tendencia más clara y se uniformizan y en los campos de vorticidad se visualizan claramente las distintas zonas que se crean en el interior de un separador ciclónico.

[1] A. G. Martínez, “Modelo experimental de flujo frío del ciclón primario de una planta de lecho fluido a presión” Tesis Doctoral, Dpto. de Ingeniería Mecánica, Universidad de Zaragoza, 2000.

[2] A. C. Hoffmann, L. E. Stein, “Gas Cyclones and Swirl Tubes. Principles, Desing and Operation” Springer-Verlas Berlin Heiderlberg, 2002.

[3] http://www.wsu.edu:8080/~gmhyde/433_web_pages/cyclones/-

CycloneOverview.html

[4] B. Zhao, H. Shen, Y. Kang, “Development of a symmetrical spiral inlet to improve cyclone separator performance”, Powder Technology, Vol. 145, pp. 47- 50, 2004.

[5] A. C. Hoffmann, M. De Groot, W. Peng, H. W. A. Dries, J. Kater, “Advantages and risks in increasing cyclone separator length”, AIChE Journal, Vol. 47, No. 11, pp. 2452-2460, 2001.

[6] A. Gorton-Hülgerth, J. Woisetschläger, G. Wigley, G. Staudinger, “Investigation of the flow field in the upper part of a cyclone with laser and phase Doppler anemometry”, Part. Part. Syst. Charact., Vol. 17, pp. 21-27, 2000.

[7] A. Avci y I. Karagoz, “Effects of flow and geometrical parameters on the collection efficiency in cyclone separators”, Journal of Aerosol Science, Vol. 34, pp. 937-955, 2003.

[8] K. Pant, C. T. Crowe, P. Irving, “On the design of miniature cyclones for the collection of bioaerosols”, Powder Technlology, Vol. 125, pp. 260-265, 2002.

[9] A. S. Foust, “Principios de operaciones unitarias” Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V., 1998.

[10] W. L. McCabe, J. C. Smith, M. Harriott, “Operaciones básicas de Ingeniería Química” Editorial Mc Graw Hill, 1991.

[11] R. B. Castillo, “Diseño del sistema de colección de polvos en una planta de secado de fluorita”, Tesis Profesional, ESIQUIE, Instituto Politécnico Nacional, 1987.

[12] http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/

PAG8.htm

[13] Y. A. Cengel, J. M. Cimbala, “Mecánica de fluidos, fundamentos y aplicaciones” Editorial Mc Graw Hill, 2006.

[14] C. del C. G. Torres, “Estudio del comportamiento de un sistema de separación de partículas metálicas por medio de separadores tipo ciclón” Tesis de Maestría, Ingeniería Mecánica, ESI ME, Instituto Politécnico Nacional, 2000.

[15] C. del C. G. Torres, J. G. B. Saldaña, J. A. J. Bernal, P. Q. Diez, “Estudio de los parámetros que afectan la eficiencia de separación de los separadores tipo ciclón”, Científica, Vol. 10, pp. 59-63, 2006.

[16] J. D. Martínez, F. J. González, “Velocímetro de partículas basado en imágenes digitales”, Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, SLP, México.

[17] http://www.woodsymposium.wsu.edu/Proceedings05/Session%20II%20pdf%

20files/Larson.pdf

[18] Dantec Dynamics A/S, “Flow Map PIV Installation & User’s guide”, Publicaction no.: 9040U3625, 2002.

[19] T. Allen, “Particle Size Measurement”, Vol. 1-Powder Sampling and Particle Size Measurement, Fifth ed., Ed. Chapman & Hall, London, 1997.

APENDICE A

EQUIPO UTILIZADO EN