Ciclón purificador de aire

XXII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN
Título: Ciclón purificador de aire “Diseño, construcción y funcionamiento de un ciclón
colector de partículas contaminantes con entrada y descarga axial”.
Autores: Rebeca Chavéz Flores, Lorena Labra Sanatana, Roberto Santín
Márquez
Profesores: Mónica Guadalupe Borja Gallegos y Benjamín Gamiño Calvillo
Escuela de procedencia: Colegio Anglo Americano Lomas
Área: Construcción de prototipos, modalidad proyecto escolar.
Antecedentes:
El problema principal del aprovechamiento de la madera como combustible son los altos contenidos de polvo
(0.5 a 5 g/m3 de gas) y alquitranes (100 mg/m3 – 2,000 mg/m3) que acompañan al gas producido.
La Norma Oficial Mexicana NOM-043-ECOL-1993 establece que los niveles máximos permisibles de
partículas sólidas emitidas por fuentes fijas no deben exceder los 1.536 g/m3 de gas; en cuanto al contenido
de alquitranes cabe destacar que actualmente estos no son regulados en nuestro País, sin embargo, contenidos
de 10-100 mg/m3 de gas podrían considerarse como aceptables conforme a experiencia obtenidas en países
desarrollados.
Para lograr esta disminución se propone el diseño e implementación de un ciclón colector de partículas con
entrada axial del gas contaminado y descarga axial, única en su tipo, ya que actualmente los ciclones
comerciales a nivel mundial obedecen a una entrada tangencial de gas y descarga axial. Con los ciclones
comerciales, donde la entrada del gas es tangencial es posible obtener eficiencias del 70 al 90, mientras que
con el ciclón obtenido a través de este proyecto se esperan eficiencias del 99.
Objetivos:
Realizar el diseño y construcción de un ciclón colector de partículas con entrada axial del gas contaminante a
fin de mejorar la eficiencia de los ciclones convencionales.
Obtener eficiencias de recolección del 99% durante las pruebas de funcionamiento del ciclón.
Recudir el contenido en polvos a concentraciones inferiores de 1.536 g/m3 de gas que resulten satisfactorias
conforme a la legislación aplicable en nuestro País para partículas sólidas emitidas por fuentes fijas.
Marco teórico:
Los ciclones utilizan la inercia para eliminar partículas de la corriente del gas. Se imparte una fuerza
centrífuga a la corriente dentro de una cámara de forma cónica, creándose un vórtice doble dentro del cuerpo
del ciclón. El gas que entra es obligado a descender por el cuerpo del ciclón con movimiento circular cerca
de las paredes internas. En el fondo del ciclón, la dirección del gas se invierte y sube en espirales por el
centro del tubo, saliendo por la tapa del mismo. Las partículas en la corriente del gas son enviadas contra la
pared del ciclón por la fuerza centrífuga del gas en rotación, pero se les opone la fuerza de arrastre del gas
que se dirige hacia la salida.
Cuando las partículas son grandes, la inercia vence a la fuerza de arrastre, haciendo que las partículas
alcancen la pared del ciclón y sean recogidas. Para las partículas más pequeñas, la fuerza de arrastre es
mayor que la de inercia y salen del ciclón en la corriente del gas.
Debido a la gravedad, las partículas más grandes que llegan a la pared del ciclón caen por la parte inferior
del mismo.
Metodología:
La metodología de trabajo desarrollada en este proyecto de investigación consistió en siete etapas, mismas
que fueron desarrolladas en el transcurso de cinco meses (noviembre a marzo del 2010):
1. Estudio bibliográfico.
2. Definición del estado actual de la tecnología.
3. Diseño del ciclón colector de partículas con entrada axial del gas contaminante.
4. Adquisición de los materiales y construcción del prototipo.
5. Elaboración de metodología para las pruebas experimentales en condiciones equiparables a una
combustión real de la madera.
6. Pruebas experimentales del funcionamiento generalizado del ciclón.
7. Cuadro comparativo para el funcionamiento de un ciclón convencional.
Desarrollo:
La metodología empleada en el diseño del ciclón fue la siguiente:
1. Caracterización de la corriente del gas.
2. Caracterización y captación del polvo contaminante.
3. Sustitución del polvo contamínate con material equiparable.
4. Determinación del diámetro de corte.
5. Definición de la velocidad de trabajo.
6. Cálculo del diámetro del ciclón.
7. Proyección del resto de las dimensiones del ciclón mediante procedimiento iterativo.
Resultados:
Diseño
12
12
15
48
24
48
6
12
6
Dimensionamiento del ciclón (elaboración propia).
Construcción
Vista superior
Vista del ciclón colector de partículas (elaboración propia).
Pruebas experimentales
Se realizaron diversos prototipos de distintas medidas con cartulina, el primero fue de papel para tener una
idea de cómo se debería armar, posteriormente se diseñaron otros de tamaño modificando los diámetros
como 8cm, 16cm y 24cm.
Se realizaron 2 ciclones de 24 cm de diámetro uno con entrada tangencial y otro con entrada axial, ambos se
armaron con papel caple y se usó una compresora pequeña.
Una vez construido el prototipo nos dedicamos a experimentar con polvos para ver cuál de ellos nos permitía
obtener la eficiencia que nos propusimos, se usó yeso, harina, arena, bicarbonato y por lo grueso de las
particular de estos se opto por trabajar con el bicarbonato.
Los resultados arrojados los presentaremos en gráficos con el fin de comparar las eficiencias, de ambos
ciclones y seguir modificándolos tener a un 99% de eficiencia.
Conclusiones:
(en proceso)
Bibliografía:
Libros y revistas
1. Earl W. Swokowski. “Cálculo con Geometría Analítica”. México D.F. 1989. 414 p.
2. Javier Gil. “El problema de los alquitranes en la gasificación de biomasa”. Centro Nacional de Energías
Renovables. España.
3. Jaime A. Moragues y Alfredo T. Rapallini. “Energía de la biomasa”. España, 2002. 18-21 p.
4. OLADE. “Manual de gasificación: Gasificación de madera para Centro América y el Caribe”. Costa
Rica. Noviembre, 1993. Paginas 82-169 y 241-279.
5. Omar R. Masera, Javier Aguillón, José Luis Arvizu, Benjamín Gamiño, entre otros. “Libro blanco de la
bioenergía en México”. Red Mexicana de Bioenergía. México. Junio 2005.
Sitios de internet genéricos
6. http://www.miliarium.com
7. http://www.monografias.com
Sitios de internet particulares
8. http://www.miliarium.com/Paginas/Prontu/MedioAmbiente/Atmosfera/Ciclon.htm
9. http://www.monografias.com/trabajos14/ciclon-disenio/ciclon-disenio.shtml
10. http://www.monografias.com/trabajos16/biomasa/biomasa2.shtml