Funzionamento

Il gas polveroso (temperatura fino a 1.000°C) entra in modo tangenziale, con un moto elicoidale discendente;
le particelle emigrano contro le pareti fino allo scarico inferiore, sottoposte alla forza centrifuga che vince la resistenza viscosa del gas;
il gas circola e discende fino al vertice del cono (moto principale), per poi invertire la direzione e risalire (moto secondario) fino alla uscita superiore (Vortex Finder).

La storia
Il primo brevetto di CicloneSeparatore risale al 1886.

E' un dispositivo semplice senza parti in movimento, ma oggetto nel corso degli anni, di innumerevoli ricerche e brevetti;
per migliorarne le prestazioni, si è sviluppato il Calcolo Numerico, formato dalle Equazioni Logistiche e garantito da test sperimentali.

Questo, ha reso possibile l'evoluzione del ciclone in IperCiclone.

Domande frequenti

Quale Filtro Separatore devo scegliere per la mia applicazione?

I Filtri a Maniche sono i più impiegati perché raccolgono polveri anche submicroniche, ma sono poco adatti con applicazioni impaccanti o umide; elevate concentrazioni di polvere possono inoltre causare problemi.
I Filtri a Cartucce sono più economici dei Filtri a Maniche, ma ancor meno adatti in applicazioni impaccanti o umide ed hanno un limite più basso nella concentrazione di polveri in entrata.
I Filtri Statici sono efficienti con basse concentrazione di polveri; quando sono intasati, vanno sostituiti.
Gli IperCicloni richiedono una minima manutenzione e possono raccogliere anche polveri microniche; l'efficienza aumenta con la concentrazione di polvere in entrata; sono spesso usati anche come pre-collettori a monte di filtri a maniche, a cartucce o statici.

Cos'è un IperCiclone?

Si tratta di un Ciclone Separatore ad altissimo rendimento, progettato e ottimizzato con il Calcolo Numerico per la specifica applicazione; da non confondere quindi con i normali Cicloni commerciali.

Come si calcola la portata di un IperCiclone?

La portata Q del gas trattato è espressa da:
Q=KDc2 ove Dc è il diametro dell'IperCiclone e K una costante che dipende dalla sua geometria.

Cos'è la perdita di carico di un IperCiclone?

E' la differenza (positiva) tra la pressione in entrata e la pressione in uscita, misurata spesso in mmH2O;
dipende anzitutto - ma non solo - dalla geometria dell'apparecchio e dalla portata del gas.

Cos'è la granulometria del Prodotto?

E' la percentuale in peso di particelle con lo stesso diametro, presenti in un campione significativo; si ottiene in laboratorio.

Cos'è il Rendimento o Efficienza di un IperCiclone?

Il rendimento η del singolo Ciclone è così definito:
η=Pr/Pe (0÷1) e Pu=Pe(1-η)
con Pr prodotto raccolto, Pe prodotto in entrata e Pu prodotto perso in uscita;
nel caso di 2 Cicloni in serie, il primo con rendimento ηC1 ed il secondo ηC2 , il rendimento finale risulta:
ηf=ηC1+ηC2-ηC1ηC2 con ηf(0÷1)
il rendimento η% si ottiene combinando il rendimento frazionale (η1 ... ηn) - cioè per ogni diametro delle particelle - con la granulometria della polvere e risulta dalla sommatoria dei rendimenti parziali:
η% = (η1 • %1 + ... + ηn • %n) con:
η1... ηn rendimento per le particelle con diametro d1 ... dn
%1 ... %n percento in peso nel prodotto, di particelle con diametro d1 ... dn

TABELLA ESEMPIO
dn micron ηn %n in peso ηn • %n
0 0 0 0
2 0,3 2 0,6
4 0,8 3 2,4 e così via.

la geometria dell'IperCiclone e la granulometria del Prodotto, insieme ad altri fattori, influenzano il rendimento.

Come si calcola il Rendimento Frazionale di un IperCiclone?

Il Calcolo Numerico dà i rendimenti η1 ... ηn per le particelle con diametro d1 ... dn, alle condizioni operative reali e con 2 diverse concentrazioni di polvere nel gas:
default = 2,3g/m3;
reale operativa (nell'esempio a lato = 720g/m3);
i corrispondenti 2 grafici del Rendimento Frazionale (cioè per ogni diametro delle particelle), mostrano che il rendimento di un IperCiclone aumenta con la concentrazione di polvere.

Come si individua l'IperCiclone ottimale?

Il Calcolo Numerico dà la configurazione che rende massimo il rendimento; queste, sono le misure dell'IperCiclone ottimale ed il relativo rendimento è il massimo possibile, per l'applicazione e la perdita di carico considerata.

Quali vantaggi avrò con un IperCiclone a monte del Filtro a Maniche o a Cartucce?

Se tratti prodotti pregiati oppure hai costi di manutenzione elevati, o devi evitare la contaminazione tra prodotti consecutivi, installa un IperCiclone a monte del Filtro;
l'IperCiclone raccoglie e scarica il prodotto in continuo; quindi pochissima polvere resta all'interno e la contaminazione con il prodotto successivo è minima;
puoi anche lavarlo e pulirlo rapidamente, per togliere ogni traccia della campagna precedente.

2 serie di IperCicloni operativi fino a 1.000°C:

• serie CAR per la massima portata, con alti rendimenti

• serie ICAAR per l'ultra raccolta del prodotto

Sulla base del nostro progetto certificato, puoi realizzare il dispositivo idoneo alle tue esigenze, per ogni condizione di pressione e temperatura, in Zone sicure o Atex.

IperCicloni ad Alto Rendimento CAR

Trattano portate di gas e/o concentrazioni di polvere anche elevate, con ΔP=10mbar, a fronte di un ottimo rendimento.

L'entrata tangenziale esterna (wrap_around) e la coclea di uscita gas (scroll outlet) a recupero cinetico, consentono tali prestazioni.

La camera scarico inferiore (Dust Trap), è standard per il singolo ciclone.

Parametri principali con aria 20°C _ ΔP 10mbar _ spessore lamiera 3mm

Size Portata
m3/h
Peso
Kg
Dc mm P mm
14 1800 90 355 2180
16 2300 110 405 2415
18 2900 125 455 2640
20 3600 145 510 2870
22 4300 170 560 3100
26 6400 240 660 3530
28 6800 275 710 3760
32 9700 370 810 4190
36 11500 450 915 4650
40 14000 540 1015 5090
44 18000 630 1120 5540
50 22700 765 1270 6220
56 28700 965 1420 6910
64 36900 1240 1625 7800
68 43000 1450 1725 8255

IperCicloni ad Altissimo Rendimento ICAAR

Come prodotto dell'evoluzione della Tecnologia Ciclonica, sono progettati e personalizzati con il Calcolo Numerico (Equazioni Logistiche) per risolvere problemi critici di separazione gas/solido, quali in particolare: polveri finissime o pregiate o infiammabili, alte temperature, umidità, no contaminazioni,...

il rendimento di raccolta, la geometria e la perdita di carico sono calcolati in base all'applicazione; all'interno dell'IperCiclone, si realizzano tempi di permanenza elevati e accelerazioni a 1800g per attivare anche l'agglomerazione delle particelle: il rendimento è così massimo, comparabile con un elettrofiltro (30mg/Nm3).

Riferimenti
The Logistic Function and Cyclone Fractional Efficiency
Iozia _ Leith, Department of Environmental Sciences and Eng. University of North Carolina
Dimensionless Logistic Model for Predicting Cyclone Separation Efficiency
B. Zhao, University of Shanghai for Science and Technology
A New Collection Theory of Cyclone Separators
Li_Wang, University of Technology Shenyang

scopri di più: info@cicloniseparatori.it

Il caso di una possibile bio-contaminazione del prodotto, qualora fosse recuperato in un filtro finale, è un esempio di utilizzo:

il prodotto che raccogli con l'IperCiclone è sempre utilizzabile.

I test condotti sull'IperCiclone ultraefficiente ICAAR, evidenziano un elevato rendimento: considera che anche le polveri da 1micron sono raccolte.
Il prodotto testato è Calce Idrata fine, con la granulometria seguente:

 

Polveri e granulari (powder & bulk solids) sono separati con IperCicloni anche in modo asettico e senza biocontaminazione ed anche in situazioni critiche, dove altri filtri non sono utilizzabili:

composti chimici e da processi petrolchimici,
materie plastiche e tecnofibre,
farmaceutici ed alimentari,
pigmenti, fertilizzanti, polimeri
polveri metalliche, da syngas, da inceneritori, gas di sintesi,
prodotti pregiati, polveri infiammabili, ...

Per polveri anche inferiori a 5micron e/o abrasive, progettiamo IperCicloni con il massimo rendimento ottenibile.

IperCiclone con Agglomeratore di Flusso

Un dispositivo statico Agglomeratore di Flusso, installato a monte dell'IperCiclone, provoca la turbolenza necessaria per favorire l'agglomerazione ed il raggruppamento delle particelle fini (in particolare nel range 0,5-30µm);

in uscita all'Agglomeratore, cioè all'entrata dell'IperCiclone, la massa totale di particelle fini risulta diminuita, a favore della massa delle particelle più grandi che è maggiore:

2 diversi fenomeni fisici sono quindi utilizzati:

nell'Agglomeratore di Flusso le particelle collidono e si raggruppano, in base alla turbolenza ottimale interna realizzata;

nell'IperCiclone, l'agglomerazione dei fini prosegue e la forza centrifuga può agire con il massimo rendimento, per le maggiori dimensioni del particolato;

grazie alla geometria dei due apparecchi, il tempo di permanenza del gas polveroso al loro interno è prolungato, per consentire la migliore efficacia delle forze attive (attrazione, adesione, centrifuga,...) sulle particelle;

il rendimento di raccolta del prodotto ottenibile è altissimo.

Raggruppamento Agglomerazione delle particelle

La configurazione dell'Agglomeratore di Flusso e dell'IperCiclone e le condizioni di funzionamento, determinano lo stato della turbolenza e il tempo di permanenza del gas polveroso all'interno di tali apparecchi;

configurazione e funzionamento ottimali favoriscono l'impatto e l'agglomerazione delle particelle fini e l'adesione tra le particelle fini e le grosse;

dai risultati sperimentali e teorici risulta che il fenomeno del raggruppamento delle particelle produce un consistente miglioramento nella raccolta del prodotto, anche finissimo.

Riferimenti
Investigation of different techniques for particle agglomeration
J.Ziolkowski DTU Mechanical Eng. Section of Fluid Mechanics; Tech. University of Denmark, 2010
Particles Agglomeration in Cyclones
Paiva _ Araujo, Engegneria Quimica Universidade do Porto
Modelling of microparticle agglomeration in turbulent flows
Ho _ Sommerfeld, Chemical Engineering Science, 2002
Particle grouping, a new method for reducing emission of submicron...
Ruzal _ Shakked _ Sher; Ben-Gurion University, Israel

scopri di più: info@cicloniseparatori.it