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Ciclone de fluxo reverso com entrada tangencial retangular, para separação gás–sólido. O gás descreve um vórtice externo descendente ao longo do cilindro e do cone e sai pelo tubo de saída em um vórtice interno ascendente; as partículas migram para a parede sob ação da força centrífuga e são descarregadas pela saída de pó.
Métodos de cálculo
Dimensionar: diâmetro do corpo, número de ciclones em paralelo, dimensões principais, perda de pressão e potência do soprador necessários para atingir uma eficiência global de coleta alvo, para vazão de gás, concentração de pó e tamanho mediano de partícula dados.
Verificar um ciclone: eficiência global de coleta, diâmetro de corte, perda de pressão e curva de eficiência granulométrica de um ciclone de diâmetro conhecido.
Geometrias padrão
Geometria
a/D
b/D
De/D
S/D
h/D
H/D
B/D
Stairmand, alta eficiência
0,5
0,2
0,5
0,5
1,5
4,0
0,375
Stairmand, alta vazão
0,75
0,375
0,75
0,875
1,5
4,0
0,375
Swift, alta eficiência
0,44
0,21
0,4
0,5
1,4
3,9
0,4
Swift, uso geral
0,5
0,25
0,5
0,6
1,75
3,75
0,4
Lapple, uso geral
0,5
0,25
0,5
0,625
2,0
4,0
0,25
Peterson & Whitby
0,583
0,208
0,5
0,583
1,333
3,17
0,5
Muschelknautz D
0,52
0,15
0,33
0,89
0,73
2,42
0,55
a, b: altura e largura da entrada; De, S: diâmetro e comprimento do tubo de saída; h: altura do cilindro; H: altura total; B: diâmetro da saída de pó. Outras proporções podem ser informadas em Proporções personalizadas.
Modelo
Método de Muschelknautz (VDI Heat Atlas, L3.4), que considera o atrito nas paredes, o fluxo secundário junto ao teto e a carga de sólidos. Acima da razão de carga crítica μlim, o excesso de sólidos separa-se na parede logo após a entrada; o restante é classificado no vórtice interno:
em que μe é a razão de carga de sólidos (kg de pó por kg de gás), ηw e ηv as eficiências de separação na parede e no vórtice interno, Qsec o fluxo secundário, hs a altura da zona de separação abaixo do tubo de saída e ui a velocidade tangencial no seu raio. As paredes são consideradas hidraulicamente lisas. Todos os resultados intermediários constam dos passos do cálculo.
Critérios de projeto
Velocidade de entrada entre 15 e 25 m/s e perda de pressão de até 3 kPa; ambos os limites podem ser alterados em Coeficientes de projeto.
Propriedades padrão: ar a 20 °C e 1 atm, partículas de quartzo (2650 kg/m³).
Os resultados são previsões de modelo; o projeto final deve ser confirmado com dados do fabricante ou ensaios.
Referências
MUSCHELKNAUTZ, U. Cyclones for the separation of solid particles from gases. In: VDI Heat Atlas. 2. ed. Berlin: Springer, 2010. Chapter L3.4.
HOFFMANN, A. C.; STEIN, L. E. Gas Cyclones and Swirl Tubes: Principles, Design and Operation. 2. ed. Berlin: Springer, 2008.
KOCH, W. H.; LICHT, W. New design approach boosts cyclone efficiency. Chemical Engineering, v. 84, n. 24, p. 80-88, 1977.
SCHMID, M. Design and Characterization of Sampling Cyclones. Master's thesis, TU Wien, 2023.