Ciclón separador de polvo
Cargá el caudal y el polvo, elegí el diseño y mirá al instante las medidas del ciclón, cuánto separa, cuánta presión le pide al ventilador y cómo sale el polvo, con el desarrollo de las chapas listo para cortar. Con «Simular flujo» ves el modelo en movimiento. Es un predimensionado: los modelos dan estimaciones, no garantías.
Arrastrá para girar, rueda o dos dedos para acercar. Pasá el mouse por una pieza para ver qué es. Con varios ciclones en paralelo se dibuja uno: son iguales. «Simular flujo» anima el modelo de Lapple en cámara lenta: es ilustrativo, no una simulación de fluidos (CFD). Colores por tamaño: ● menos de 2,5 µm, ● 2,5 a 10, ● 10 a 25 y ● más de 25.
Elevación con cotas
Planta: la entrada tangencial
Desarrollo del cono
Sobre la fibra neutra. Las líneas de trazos van al centro del trazado.
Medidas de cada ciclón
Separación (estimada)
Eficiencia total por tamaños (estimada)
Descarga del polvo (estimada)
Línea y ventilador (estimado)
Chapas
Un ciclón es un preseparador
Separa por fuerza centrífuga: el aire entra tangente, gira, el polvo pesado se va contra la pared y cae por el cono, y el aire sale por el tubo central. Funciona muy bien con partículas grandes y cada vez peor con las chicas. En el ejemplo de la guía HSG258 de la HSE británica, un ciclón atrapa casi nada a 2 µm y cerca de la mitad a 5 µm.
Por eso va adelante de un filtro de mangas: le saca la carga gruesa y el filtro se ocupa de lo fino. Para humo de soldadura o PM2,5, el ciclón solo no sirve.
Cómo se calcula
El aire se toma a la temperatura y la altura del lugar: la presión sale de la atmósfera estándar, la densidad de la ley de los gases y la viscosidad de la ley de Sutherland.
El ciclón se dimensiona por la velocidad de entrada, y el corte se estima con el modelo de Lapple. La curva de eficiencia es el ajuste de Theodore y DePaola a la curva de Lapple; la pérdida de carga, la de Shepherd y Lapple.
Con esas proporciones, NH da 6,4 presiones dinámicas de entrada para el Stairmand de alta eficiencia y 8 para el Lapple y el Stairmand de alto caudal.
La eficiencia total pesa esa curva con la granulometría del polvo, supuesta log-normal por masa: es la suma de la masa de cada tamaño por su eficiencia. La animación usa el tiempo que el modelo de Lapple le da al gas en el remolino exterior.
La descarga sale del polvo que entra por la eficiencia total. Válvula esclusa: litros por vuelta = polvo apilado por hora / (rpm · 60 · llenado). Recipiente ciego: horas hasta la línea de llenado = volumen útil / polvo apilado por hora.
En la línea, el ducto se elige para no bajar de la velocidad de transporte. El rozamiento sale de Darcy–Weisbach con el factor de Colebrook (chapa galvanizada, rugosidad 0,09 mm); los codos y la boca de captación se cuentan en presiones dinámicas. La potencia en el eje es caudal por presión total, dividido el rendimiento total del ventilador.
Lo que el cálculo no dice
El modelo de Lapple supone partículas esféricas que se mueven en régimen de Stokes, y no tiene en cuenta la carga de polvo: con mucha carga, la eficiencia real sube (EPA, 1998). Un trabajo que comparó modelos publicados con ciclones medidos (Faulkner y colaboradores, 2007) no encontró ninguno que predijera bien los cortes, y los modelos de pérdida de carga difieren entre sí hasta en un 40 %. Por eso todo lo que sale acá es un predimensionado: el ciclón definitivo se ajusta con ensayos o con el dato del fabricante.
Como referencia, esto es lo que da la hoja técnica de ciclones de la EPA (EPA-452/F-03-005) para un ciclón solo:
| Tipo | Polvo total | PM10 | PM2,5 |
|---|---|---|---|
| Convencional | 70–90 % | 30–90 % | 0–40 % |
| Alta eficiencia | 80–99 % | 60–95 % | 20–70 % |
| Alto caudal | 80–99 % | 10–40 % | 0–10 % |
La velocidad del ducto es un mínimo
Las velocidades de transporte de la lista son mínimos para que el polvo no se deposite, y valen en cada ramal, no solo en el ducto principal. Por eso el diámetro se redondea para abajo: es preferible un poco más de velocidad que un ducto que se va tapando.
Preguntas frecuentes
¿Alcanza con un ciclón para el polvo fino?
No. Es un preseparador: le saca la carga gruesa al filtro, pero lo fino pasa. Para polvo fino, humo de soldadura o PM2,5 hace falta un filtro de mangas después del ciclón. Mirá en la tabla de eficiencias cómo cae la curva por debajo del diámetro de corte.
¿Por qué la entrada entre 15 y 22 m/s?
Por debajo de unos 12 m/s la eficiencia cae; por encima de unos 25 m/s aparecen la erosión y el re-arrastre del polvo que ya se había separado. La EPA toma 18,3 m/s como la mejor velocidad de operación. Y la pérdida de carga crece con el cuadrado de la velocidad: de 18 a 22 m/s sube casi la mitad.
¿Stairmand o Lapple?
El Stairmand de alta eficiencia tiene la entrada angosta: corta más fino y pide más presión. El de alto caudal tiene entrada y salida grandes: mueve mucho aire con poca pérdida, pero corta grueso (la EPA los garantiza solo por encima de unos 20 µm). El Lapple es el de propósito general, en el medio. Probá los tres con tu caudal y mirá el corte y la presión.
¿El ventilador va antes o después del ciclón?
Puede ir antes, pero entonces todo el polvo pasa por el rotor: tiene que ser radial de paletas, el más robusto y el menos eficiente. Después del ciclón sirven el radial o el de punta radial, que toleran una carga moderada de polvo. Después del filtro, con aire limpio, conviene el de álabes inclinados hacia atrás, el más eficiente. Los de álabes curvados hacia adelante y los de perfil aerodinámico no van nunca en aire con polvo.
¿Para qué sirven varios ciclones en paralelo?
Para cortar más fino sin pagar más presión. A la misma velocidad de entrada, un ciclón más chico tiene la entrada más angosta y el corte baja con la raíz del diámetro, mientras que la pérdida de carga depende de la velocidad, no del tamaño. Hay una condición: el caudal tiene que repartirse parejo, con una entrada simétrica.
¿Y si el polvo es combustible?
Madera, granos, plásticos y metales finos pueden explotar. La norma de referencia hoy es la NFPA 660, que desde diciembre de 2024 reúne, entre otras, a las viejas NFPA 652, 654 y 664; el venteo de explosiones sigue en la NFPA 68 y el aislamiento y la supresión en la NFPA 69. Y el polvo de aluminio no se mezcla con el del amolado de acero: va en su propio sistema.
¿Válvula esclusa o recipiente ciego debajo del ciclón?
Las dos andan si son estancas: el aire que entra por la descarga levanta el polvo ya separado y le baja la eficiencia al ciclón, sobre todo con lo fino (EPA). La válvula esclusa rotativa descarga en forma continua sin dejar pasar aire: es la opción cuando sale mucho polvo, cuando el sistema trabaja todo el día o cuando el polvo sigue a un transporte, una tolva o un big bag. Diseñada y ensayada para eso, además sirve de aislación pasiva contra la propagación de una explosión.
El recipiente ciego (cerrado, con tapa y junta) sirve cuando sale poco polvo: se vacía por tandas, pero el polvo nunca tiene que llegar a la boca de descarga, porque el final del remolino puede bajar hasta ahí y volver a levantarlo. La calculadora te dice cada cuánto llega a la línea de llenado; si es menos de un turno, conviene la válvula.
Algunos diseños suman, debajo de la descarga, un cono invertido o una placa que estabiliza el final del remolino para que el polvo no vuelva a subir. Aparece en estudios y patentes, pero no en las guías clásicas de diseño que usa esta calculadora, así que acá no lo calculamos.
¿Qué muestra «Simular flujo»?
Una animación del modelo de Lapple en cámara lenta. Cada punto es la misma masa de polvo, con tamaños sacados de la granulometría que cargaste: entra por la boca tangencial, baja girando las vueltas Ne del diseño a una velocidad proporcional a la de entrada y, según la curva η(d), se va contra la pared y cae por el cono (atrapado) o pasa al remolino interior y sale por el tubo (se escapa). Cambiá el diámetro, el diseño, el caudal o la densidad y vas a ver cambiar las vueltas, la velocidad y cuánto se escapa.
Es ilustrativa, no una simulación de fluidos (CFD): el flujo real tiene turbulencia, una parte del aire que se va derecho al tubo de salida y un final del remolino que se acomoda solo.
¿Te fabricamos el ciclón?
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