ES2379935A1 - Method for separating and classifying particles suspended in a fluid - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
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Abstract
Description
Procedimiento de separación y clasificación de partículas suspendidas en un fluido.Separation and classification procedure of particles suspended in a fluid.
La presente invención se enmarca dentro de la mecánica de fluidos, en el sector técnico de la separación y clasificación de partículas suspendidas en el seno de un fluido.The present invention is framed within the mechanics of fluids, in the technical sector of separation and classification of suspended particles within a fluid.
Con aplicaciones tales como la limpieza de gases, la clasificación de partículas por tamaño, la eliminación de partículas de vertidos líquidos (por ejemplo, depuración de aguas residuales industriales), purificación de entornos de trabajo contaminados por partículas (por ejemplo, zonas de molienda, trituración, molturación, etc., en sectores tales como químicos, alimentarios o agrícolas), o la recuperación de partículas de carácter valioso (por ejemplo, pulido de metales preciosos).With applications such as cleaning gases, particle size classification, elimination of liquid discharge particles (for example, water purification industrial waste), purification of work environments contaminated by particles (for example, grinding areas, crushing, grinding, etc., in sectors such as chemicals, food or agricultural), or particle recovery from valuable character (for example, polishing of precious metals).
La presencia de flujos multifásicos dispersos es
muy común en el entorno medioambiental y en muchos procesos
industriales. Por citar algunos ejemplos se podría mencionar la
minería, el polvo resultante de la erosión, los residuos de las
combustiones, procesos de Ingeniería Química, etc. Por tanto los
procesos de separación de partículas de un fluido y su clasificación
constituyen en la actualidad un importante campo de investigación
[Frank T. H., Wassen E., Yu Q. & Schneider J., Proceedings of
the 3^{rd} ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conferences, 1999] y
de
aplicación.The presence of dispersed multiphase flows is very common in the environmental environment and in many industrial processes. To cite some examples, mining, dust resulting from erosion, combustion residues, chemical engineering processes, etc. could be mentioned. Therefore the processes of separation of particles of a fluid and its classification constitute at present an important field of investigation [Frank TH, Wassen E., Yu Q. & Schneider J., Proceedings of the 3 rd ASME / JSME Joint Fluids Engineering Conferences, 1999] and of
application.
Algunos métodos usualmente utilizados incluyen
la supresión de la producción de polvo, aceleración de la
sedimentación de partículas, ventilación [Dawson J. R., J.
Agricultural Eng. Res. 47, pp. 235-248, 1990] o bien
el empleo de filtros, precipitadores electrostáticos [Veenhuizen M.
A. & Bundy D. S., ASAE paper nº 904066, 1990] y ciclones [Frank
T. H., Wassen E., Yu Q., CD-Rom Proceedings of the
3^{rd} International Conference on Multiphase Flow, paper nº 217,
pp. 1-8, 1998; Ogawa A., Sugiyama K. & Nagasaki
K., Filtech Conference, pp. 627-640,
1993].Some methods usually used include suppression of dust production, acceleration of particle sedimentation, ventilation [Dawson JR, J. Agricultural Eng. Res. 47, pp. 235-248, 1990] or the use of filters, electrostatic precipitators [Veenhuizen MA & Bundy DS, ASAE paper No. 904066, 1990] and cyclones [Frank TH, Wassen E., Yu Q., CD-Rom Proceedings of the 3 ^ rd International Conference on Multiphase Flow, paper # 217, pp. 1-8, 1998; Ogawa A., Sugiyama K. & Nagasaki K., Filtech Conference, pp. 627-640,
1993].
Estos métodos existentes de separación de partículas son útiles en situaciones muy particulares y específicas, disminuyendo su rendimiento ante pequeñas desviaciones de su situación de rendimiento óptimo y además no resulta fácil la clasificación de las partículas separadas según su tamaño o densidad. Por ello sería deseable el desarrollo de una tecnología flexible ante la variación de las condiciones de funcionamiento y que además permitiera la clasificación de partículas de diferentes características suspendidas en diferentes fluidos.These existing methods of separation of particles are useful in very particular and specific situations, decreasing its performance before small deviations from its optimal performance situation and also it is not easy to classification of separated particles according to their size or density. Therefore, it would be desirable to develop a technology flexible before the variation of the operating conditions and which also allowed the classification of particles of different features suspended in different fluids.
El proceso de la presente invención aporta, frente a los procedimientos conocidos, una nueva técnica de separación y clasificación de partículas suspendidas en un fluido mediante el empleo de un campo de vorticidad periódico, teniendo como ventajas la clasificación de las partículas separadas según su tamaño o densidad, así como la flexibilidad ante las distintas condiciones de funcionamiento y ante las diferentes características de las partículas y del fluido; con el consiguiente ahorro económico y mayores facilidades de recuperación y eliminación de partículas.The process of the present invention provides, compared to known procedures, a new technique of separation and classification of particles suspended in a fluid by employing a periodic vorticity field, taking as advantages the classification of the separated particles according to their size or density, as well as flexibility in the face of different operating conditions and before the different characteristics of particles and fluid; with the consequent economic saving and greater recovery and disposal facilities for particles
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, ésta proporciona un procedimiento de separación de partículas suspendidas en un fluido y de clasificación de las mismas por la aplicación de un campo de vorticidad periódico inducido en el fluido. De este modo, con la aplicación del campo de vorticidad periódico en el fluido, se consigue la separación y, en función de las condiciones de aplicación del mismo, la clasificación de las partículas suspendidas en el fluido en función de su inercia.In accordance with a first aspect of the present invention, this provides a method of separating particles suspended in a fluid and classifying them by the application of a field of periodic vorticity induced in the fluid. Thus, with the application of the vorticity field periodic in the fluid, separation is achieved and, depending on the conditions of application thereof, the classification of particles suspended in the fluid based on their inertia.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona el uso de un campo de vorticidad periódico inducido en un fluido en la limpieza de gases, la clasificación de partículas por tamaño, la eliminación de partículas de vertidos líquidos, purificación de entornos de trabajo contaminados por partículas o en la recuperación de partículas de carácter valioso.In accordance with another aspect of the invention, provides the use of a periodic induced vorticity field in a fluid in gas cleaning, particle classification by size, the removal of particles from liquid spills, purification of work environments contaminated by particles or in the recovery of particles of valuable character.
En el contexto de la presente invención, el término "inercia" debe ser entendido como la propiedad de las partículas de no modificar su estado de movimiento si no es por la acción de una fuerza.In the context of the present invention, the term "inertia" should be understood as the property of particles of not modifying their state of motion if not for the action of a force.
El término "velocidad angular o de giro" hace referencia al ángulo descrito en la unidad de tiempo por cualquier elemento infinitesimal del fluido al girar alrededor del eje de un vórtice.The term "angular or turning speed" refers to the angle described in the unit of time by any infinitesimal element of the fluid when turning around the Vortex shaft.
El término "vorticidad" hace referencia al doble de la velocidad angular a la que un elemento infinitesimal de fluido gira como sólido rígido alrededor de un punto considerado.The term "vorticity" refers to the double the angular velocity at which an infinitesimal element of fluid rotates as a rigid solid around a point considered.
El término "campo de vorticidad periódico" hace referencia a la región del espacio en la que a cada punto le corresponde un determinado valor de la vorticidad, repitiéndose dicho valor de modo periódico en las direcciones horizontal y vertical.The term "periodic vorticity field" refers to the region of space in which each point a certain value of vorticity corresponds, repeating itself said value periodically in the horizontal directions and vertical.
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De modo que, se entiende que es equivalente separar o clasificar las partículas en función de su inercia que hacerlo en función de su tamaño o su densidad, puesto que:So, it is understood to be equivalent separate or classify the particles based on their inertia that do it based on its size or density, since:
- \bullet?
- para partículas de un tamaño dado, mientras mayor sea su densidad mayor es su tendencia a continuar en su estado de movimiento, es decir, mayor es su inercia;for particles of one size given, the higher its density the greater its tendency to continue in its state of movement, that is, the greater its inertia;
- \bullet?
- para partículas con una densidad determinada, mientras mayor es su tamaño mayor es su inercia.for particles with a density determined, the larger its size the greater its inertia.
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los cuales, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.For greater understanding of how much has been exposed Drawings are accompanied in which, schematically and only to non-limiting example title, a case study of realization.
En los dibujos:In the drawings:
Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema para separar partículas suspendidas en un fluido, en el que el campo de vorticidad periódico viene dado por una disposición bidimensional periódica de los cilindros girando en el mismo sentido;Fig. 1 shows a schematic diagram of a system for separating particles suspended in a fluid, in which the field of periodic vorticity is given by a provision periodic two-dimensional rotating cylinders in it sense;
Fig. 2 muestra una representación gráfica de las trayectorias adimensionales de las partículas (obtenidas mediante simulación numérica para vórtice Rankine) sedimentando bajo la acción del campo de flujo generado por los cilindros periódicos girando en el mismo sentido, de acuerdo con la Fig. 1, para una inercia S_{t} > 100 (para una velocidad terminal adimensional de caída V_{t}^{AD} = 0,5);Fig. 2 shows a graphical representation of the dimensionless trajectories of the particles (obtained by numerical simulation for Rankine vortex) settling under the action of the flow field generated by the periodic cylinders rotating in the same direction, according to Fig. 1, for an inertia S t> 100 (for a dimensionless terminal drop velocity V t AD = 0.5);
Fig. 3 muestra un diagrama esquemático del sistema para separar partículas suspendidas en un fluido, en el que el campo de vorticidad periódico viene dado por una disposición bidimensional periódica de los cilindros girando con sentidos de giro alternados;Fig. 3 shows a schematic diagram of the system for separating particles suspended in a fluid, in which the field of periodic vorticity is given by a provision periodic two-dimensional rotating cylinders with directions of alternating turn;
Fig. 4 muestra una representación gráfica de las trayectorias adimensionales de las partículas (obtenidas mediante simulación numérica para vórtice Rankine) sedimentado bajo la acción del campo de flujo generado por los cilindros periódicos girando con sentidos de giro alternados, de acuerdo con la Fig. 3, velocidad terminal adimensional de caída V_{t}^{AD} = 0,5);Fig. 4 shows a graphical representation of the dimensionless paths of the particles (obtained by numerical simulation for Rankine vortex) sedimented under the action of the flow field generated by the periodic cylinders rotating with alternating directions of rotation, according to Fig. 3 , dimensionless terminal drop speed V t AD = 0.5);
Fig. 5 muestra una representación gráfica de la velocidad media de sedimentación obtenida mediante simulación numérica para vórtice Rankine, frente a la velocidad terminal adimensional de caída en fluido en reposo, en el caso de cilindros periódicos girando con sentidos de giro alternados, de acuerdo con la Fig. 3, para una inercia de S_{t} > 5.Fig. 5 shows a graphic representation of the average sedimentation rate obtained by simulation numerical for Rankine vortex, versus terminal velocity dimensionless drop in fluid at rest, in the case of cylinders newspapers rotating with alternating directions of rotation, according to Fig. 3, for an inertia of S_ {t}> 5.
En una realización preferida de la presente invención, la aplicación del campo de vorticidad periódico se genera por la acción de un conjunto de cilindros o conos, preferentemente dispuestos de tal modo que queden paralelos entre sí horizontalmente repetidos periódicamente tanto en la dirección horizontal como en la vertical. Alternativamente, es posible generar dicho campo de vorticidad periódico por la acción de un conjunto de cilindros o conos de ejes paralelos con cierta inclinación respecto al plano horizontal y/o vertical, repetidos periódicamente tanto en la dirección horizontal como en la vertical.In a preferred embodiment of the present invention, the application of the periodic vorticity field is generated by the action of a set of cylinders or cones, preferably arranged in such a way that they are parallel to each other horizontally repeated periodically both in the horizontal direction and in the vertical. Alternatively, it is possible to generate said field of periodic vorticity by the action of a set of cylinders or cones of parallel axes with some inclination with respect to the plane horizontal and / or vertical, repeated periodically both in the horizontal direction as in the vertical.
En una realización más preferida, los cilindros o conos, son accionados por unos motores, que hacen girar cada uno de los cilindros o conos alrededor de su propio eje creando un campo de vorticidad periódico.In a more preferred embodiment, the cylinders or cones, are powered by motors, which rotate each of the cylinders or cones around its own axis creating a field of periodic vorticity.
Los parámetros que caracterizan a este mecanismo son:The parameters that characterize this mechanism They are:
- \bullet?
- Vorticidad \omega (rad/s). Entendiéndose por este término: el doble de la velocidad angular con que un elemento infinitesimal de fluido gira como sólido rígido alrededor del punto considerado. Vorticity \ omega (rad / s) . Understanding this term: twice the angular velocity with which an infinitesimal fluid element rotates as a rigid solid around the point considered.
- \bullet?
- Velocidad angular o de giro \Omega (rad/s). Entendiéndose por este término: el ángulo descrito en la unidad de tiempo por cualquier elemento infinitesimal de fluido al girar alrededor del eje del vórtice. Angular or turning speed \ Omega (rad / s) . By this term, the angle described in the unit of time by any infinitesimal fluid element when turning around the axis of the vortex.
- \bullet?
- Circulación de los cilindros \Gamma (m^{2}/s). Siendo esta la magnitud utilizada para caracterizar la intensidad de giro de un vórtice. Circulation of the cylinders γ (m 2 / s) . This being the magnitude used to characterize the intensity of rotation of a vortex.
- \bullet?
- Radio de los cilindros o vórtices R_{v} (m). Entendiéndose por este término: el valor de la coordenada radial (r) a partir de la cual se distinguen dos regiones diferenciadas en el espacio: Radius of the cylinders or vortices R v (m) . By this term: the value of the radial coordinate ( r ) from which two distinct regions in space are distinguished:
- --
- r < R_{v} donde los efectos de la viscosidad son importantes (es el llamado Núcleo Viscoso del Vórtice). r < R v where the effects of viscosity are important (it is called the Viscous Vortex Core).
- --
- r > R_{v} donde los efectos de la viscosidad son poco importantes, pero el movimiento sigue siendo rotacional y está gobernado por las ecuaciones de Euler. r > R v where the effects of viscosity are unimportant, but the motion remains rotational and is governed by Euler's equations.
- \bullet?
- Aceleración de la gravedad g (m/s^{2}). Entendiéndose por este término: la aceleración a que está sometido un cuerpo como consecuencia de la fuerza de atracción gravitatoria. Acceleration of gravity g (m / s2) . Understood by this term: the acceleration to which a body is subjected as a result of the force of gravitational attraction.
- \bullet?
- Número de stokes S_{t} o inercia de las partículas (adimensional). Este número adimensional representa la relación entre el tiempo que tarda la partícula en modificar su velocidad de manera apreciable (tiempo de respuesta viscosa de las partículas) y el tiempo característico de variación de las condiciones del medio fluido circundante a la partícula (tiempo de residencia característico del flujo). Number of stokes S t or particle inertia (dimensionless) . This dimensionless number represents the relationship between the time it takes for the particle to modify its velocity appreciably (viscous response time of the particles) and the characteristic time of variation of the conditions of the fluid medium surrounding the particle (characteristic residence time of the flow).
- \bullet?
- Velocidad terminal adimensional de caída de las partículas en fluido en reposo V_{t}^{AD} (adimensional). Entendiéndose por este término: la relación entre la velocidad terminal de caída en fluido en reposo V_{t} y la máxima velocidad en el flujo vortical. Adimensional terminal velocity of falling particles in resting fluid V t AD (adimensional) . By this term, the relationship between the terminal velocity of resting fluid fall at rest V t and the maximum velocity in the vortical flow.
- \bullet?
- Velocidad terminal de caída de las partículas en fluido en reposo V_{t} (m/s). Entendiéndose por este término: la velocidad que alcanza la partícula cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella es nula, es decir, la aceleración de la partícula es nula. Terminal velocity of falling particles in resting fluid V t (m / s) . Understood by this term: the velocity reached by the particle when the resultant of the forces acting on it is zero, that is, the acceleration of the particle is zero.
- \bullet?
- Densidad de las partículas \rho_{p} (Kg/m^{3}). Entendiéndose por este término: la relación entre la masa de una partícula y su volumen. Density of the particles? P (Kg / m3) . Understanding this term: the relationship between the mass of a particle and its volume.
- \bullet?
- Diámetro de las partículas d_{p} (m). Entendiéndose por este término: el doble del radio de las partículas, suponiendo que éstas tienen forma esférica. Diameter d {p} (m) particles. Understanding this term: twice the radius of the particles, assuming they are spherical in shape.
- \bullet?
- Densidad del fluido \rho (Kg/m^{3}). Entendiéndose por este término: la masa de fluido contenida en la unidad de volumen. Density of the fluid? (Kg / m3) . This term is understood as: the mass of fluid contained in the unit of volume.
- \bullet?
- Viscosidad cinemática del fluido \nu (m^{2}/s). Entendiéndose por este término: la relación entre la viscosidad dinámica del fluido \mu y su densidad \rho. Kinematic viscosity of the fluid [nu (m 2 / s) . Understanding this term: the relationship between the dynamic viscosity of the fluid and its density.
- \bullet?
- Masa de las partículas m_{p} (Kg). Entendiéndose por este término: aquella magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene la partícula. Mass of m _ {p} (Kg) particles. It is understood by this term: that physical magnitude that expresses the amount of matter that the particle contains.
- \bullet?
- Viscosidad dinámica del fluido \mu (Kg/m\cdots). Entendiéndose por este término: la resistencia de los fluidos a la velocidad de su deformación ocasionada por esfuerzos cortantes. Dynamic viscosity of the fluid µ (Kg / m \ cdots) . Understanding this term: the resistance of fluids to the speed of their deformation caused by shear forces.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Estos parámetros están relacionados por las siguientes ecuaciones:These parameters are related by following equations:
Las ecuaciones de movimiento han sido deducidas a partir de las ecuaciones de Maxey & Riley (1983) en forma adimensional, mientras que las ecuaciones que modelan el flujo del vórtice (es decir, los modelos matemáticos que representan el campo de velocidades del fluido dentro de un vórtice) se han deducido a partir de los trabajos de Rankine (1858) en forma adimensional. Es importante destacar que se podría haber utilizado cualquier otro modelo de vórtice, tal como el de Kaufmann, Lamb-Oseen o Vatistas. En todo caso, el modelo Rankine y el modelo Kaufmann representan la cota superior y la cota inferior, respectivamente, de la velocidad tangencial de los distintos modelos de vórtice recogidos en el estado de la técnica (Bhagwat & Leishman, 2002).The equations of motion have been deduced from the equations of Maxey & Riley (1983) in form dimensionless, while the equations that model the flow of vortex (that is, the mathematical models that represent the field of fluid velocities within a vortex) have been deducted at from the works of Rankine (1858) in a dimensionless way. Is important to note that any other could have been used Vortex model, such as Kaufmann's, Lamb-Oseen or Vatistas. In any case, the model Rankine and the Kaufmann model represent the upper bound and the bound lower, respectively, of the tangential velocity of the different vortex models collected in the state of the art (Bhagwat & Leishman, 2002).
Las combinaciones de giro de los diferentes cilindros o conos dan lugar a diferentes situaciones. Así, como se puede ver en la Fig. 1, un grupo de partículas 1 están suspendidas en el seno de un fluido, y unos cilindros 2 presentan una disposición bidimensional periódica y giran todos en el mismo sentido. Para dicha configuración, en la Fig. 2 se muestra un gráfico de las trayectorias adimensionales de las partículas 1 (obtenidas mediante simulación numérica para vórtice Rankine) sedimentando bajo la acción del campo de flujo generado por los cilindros 2 periódicos girando en el mismo sentido, más concretamente, para una inercia S_{t} > 100 (para una velocidad terminal adimensional de caída V_{t}^{AD} = 0,5).The combinations of rotation of the different cylinders or cones give rise to different situations. Thus, as can be seen in Fig. 1, a group of particles 1 are suspended within a fluid, and cylinders 2 have a periodic two-dimensional arrangement and all rotate in the same direction. For said configuration, a graph of the dimensionless trajectories of particles 1 (obtained by numerical simulation for Rankine vortex) is shown in Fig. 2, settling under the action of the flow field generated by the periodic cylinders 2 rotating in the same direction, more specifically, for an inertia S_ {t}> 100 (for a dimensionless terminal drop velocity V t AD = 0.5).
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, todos los cilindros o conos giran en el mismo sentido (Figura 1). Con esta disposición es posible tanto separar como clasificar las partículas, pudiéndose dar dos posibilidades:According to a preferred embodiment of the present invention, all cylinders or cones rotate therein sense (Figure 1). With this arrangement it is possible both to separate how to classify the particles, being able to give two possibilities:
- \bullet?
- Para valores pequeños de inercia de las partículas, del orden de S_{t} < 100 para V_{t}^{AD} = 0,5; las trayectorias de las partículas siguen las líneas de corriente del flujo, no rodeando los vórtices.For small values of inertia of the particles, of the order of S t <100 for V t AD = 0.5; The paths of the particles follow the flow stream lines, not surrounding the vortices.
- \bullet?
- Para valores altos de inercia, del orden de S_{t} > 100 para V_{t}^{AD} = 0,5; las trayectorias de las partículas van a parar siempre a unas líneas verticales situadas aproximadamente en la zona central entre dos hileras verticales de cilindros que separan dos tipos de regiones (Figura 2):For high inertia values, of the order of S t> 100 for V t AD = 0.5; The particle paths will always stop at vertical lines located approximately in the central zone between two vertical rows of cylinders that separate two types of regions (Figure 2):
- a)to)
- Región vacía (situada debajo de cada hilera vertical de cilindros), donde al cabo del tiempo no va a encontrarse ninguna partícula. Por lo tanto, ahí no se produciría sedimentación.Empty region (located below each vertical row of cylinders), where after a while it will not No particle found. Therefore, there would not occur sedimentation.
- b)b)
- Franja de baja vorticidad del flujo (situada entre las líneas verticales mencionadas), en las que no pueden entrar las partículas que inicialmente estaban fuera de ellas. Estas partículas acaban depositándose en la frontera de esta franja, que es donde tendría lugar la sedimentación.Low flow vorticity strip (located between the mentioned vertical lines), in which no particles that were initially out of they. These particles end up depositing at the border of this strip, which is where the settling would take place.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
La anchura de ambas regiones depende de la inercia de las partículas. De este modo, es posible separar las partículas puesto que todas van a sedimentar en una misma posición, pero además es posible clasificarlas porque, según su inercia, irán a parar a diferentes valores de la abscisa que, opcionalmente, pueden ser determinados previamente mediante simulación numérica.The width of both regions depends on the inertia of the particles. In this way, it is possible to separate particles since all are going to settle in the same position, but it is also possible to classify them because, according to their inertia, they will go to stop at different values of the abscissa that, optionally, can be determined previously by simulation numerical
Según una realización más preferida de acuerdo con la disposición de la Fig. 1, se consigue la sedimentación de las partículas en la frontera de la franja de baja vorticidad de flujo y con ello su separación del fluido.According to a more preferred embodiment according with the arrangement of Fig. 1, sedimentation of the particles at the border of the low-flow vorticity strip and with it its separation of the fluid.
Según otra realización preferida de la presente invención, cada par de cilindros adyacentes, giran con sentidos de giro alternados (Figura 3). La Fig. 3 muestra esquemáticamente las partículas 1' suspendidas en el fluido y una disposición bidimensional periódica de los cilindros 2' girando con sentidos de giro alternados. Ante dicha configuración, la Fig. 4 muestra un gráfico de las trayectorias adimensionales de las partículas 1' (obtenidas mediante simulación numérica para vórtice Rankine) sedimentando bajo la acción del campo de flujo generado por los cilindros 2' periódicos girando con sentidos de giro alternados, para una inercia de S_{t} > 5 (para una velocidad terminal adimensional de caída V_{t}^{AD} = 0,5). La Fig. 5 muestra gráficamente la velocidad media de sedimentación obtenida mediante simulación numérica para vórtice Rankine, frente a la velocidad terminal adimensional de caída en fluido en reposo V_{t}^{AD} en el caso de cilindros 2' periódicos girando con sentidos de giro alternados para una inercia de S_{t} > 5.According to another preferred embodiment of the present invention, each pair of adjacent cylinders rotate with alternating directions of rotation (Figure 3). Fig. 3 schematically shows the particles 1 'suspended in the fluid and a periodic two-dimensional arrangement of the cylinders 2' rotating with alternating directions of rotation. Given this configuration, Fig. 4 shows a graph of the dimensionless trajectories of the 1 'particles (obtained by numerical simulation for Rankine vortex) settling under the action of the flow field generated by the periodic 2' cylinders rotating with alternating directions of rotation for an inertia S_ {t}> 5 (for a terminal velocity dimensionless drop V _ {t} ^ {AD} = 0.5). Fig. 5 graphically shows the average sedimentation rate obtained by numerical simulation for Rankine vortex, versus the terminal terminal velocity of resting fluid drop V t AD in the case of periodic 2 'cylinders rotating with alternating directions of rotation for an inertia of S_ {t}> 5.
En el caso de la configuración de la Fig. 3, sólo se pueden separar partículas 1', pero no clasificarlas.In the case of the configuration of Fig. 3, only 1 'particles can be separated, but not classified.
Igual que en el caso anterior, se pueden dar dos posibilidades:As in the previous case, two can be given possibilities:
- \bullet?
- Hasta un cierto valor de la inercia de las partículas, del orden de S_{t} < 5 para V_{t}^{AD} = 0,5; las trayectorias de las partículas van rodeando los vórtices siguiendo las líneas de corriente del flujo;Up to a certain value of the inertia of the particles, of the order of S t <5 for V t AD = 0.5; the trajectories of the particles go around the vortices following the flow current lines;
- \bullet?
- Para inercias más altas, es decir del orden de S_{t} > 5 para V_{t}^{AD} = 0,5; todas las partículas acaban oscilando alrededor de la línea central situada entre dos hileras verticales de cilindros, que es donde tiene lugar la sedimentación (Figura 4).For higher inertia, that is of the order of S t> 5 for V t AD = 0.5; All the particles end up oscillating around the central line between two vertical rows of cylinders, which is where sedimentation takes place (Figure 4).
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
De acuerdo con esta realización, la sedimentación de las partículas se consigue de manera más rápida que en el caso de mantener el fluido en reposo (Figura 5). Así, para bajas velocidades de caída de las partículas (V_{t}), se acelera la sedimentación de las partículas.According to this embodiment, the sedimentation of the particles is achieved more quickly than in the case of keeping the fluid at rest (Figure 5). Thus, for low particle fall rates ( V t), the sedimentation of the particles is accelerated.
Aplicaciones prácticas de separación y, opcionalmente también, clasificación de partículas suspendidas en un fluido, son la limpieza de gases, la clasificación de partículas por tamaño, la eliminación de partículas de vertidos líquidos (depuración de aguas residuales industriales...), purificación de entornos de trabajo contaminados por partículas (zonas de molienda, trituración, molturación... en sectores químicos, alimentarios, agrícolas...), recuperación de partículas de carácter valioso (pulido de metales preciosos -oro, plata...-, catalizadores...).Practical applications of separation and, optionally also, classification of suspended particles in a fluid, are the cleaning of gases, the classification of particles by Size, removal of particles from liquid spills (industrial wastewater purification ...), purification of work environments contaminated by particles (grinding areas, crushing, grinding ... in chemical, food, agricultural ...), recovery of valuable particles (polished precious metals -oro, silver ...-, catalysts ...).
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos.Throughout the description and the claims the word "comprises" and its variants not they intend to exclude other technical characteristics, additives, components or steps.
A pesar de que se han descrito y representado realizaciones concretas de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.Although they have been described and represented specific embodiments of the present invention, it is evident that the subject matter expert may introduce variants and modifications, or replace the details with technically equivalent ones, without depart from the scope of protection defined by the claims attached.
Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be partly detached of the description and in part of the practice of the invention. The The following examples are provided by way of illustration, and are not It is intended to be limiting of the present invention.
En una instalación de un campo de vorticidad periódico, simulado mediante vórtices Rankine girando en el mismo sentido, se fijó una inercia de las partículas, es decir, un valor del número de Stokes y una velocidad terminal adimensional de caída de las partículas en fluido en reposo; ambos, previamente obtenidos mediante simulación numérica. De este modo se pudo predecir el diámetro de las partículas (d_{p}) que pueden separarse en función del radio de los vórtices o cilindros (R_{v}) o bien en función de la velocidad angular o de giro de los vórtices o cilindros (\Omega).In an installation of a periodic vorticity field, simulated by Rankine vortexes rotating in the same direction, an inertia of the particles was set, that is, a value of the number of Stokes and a terminal terminal velocity of falling particles in fluid in repose; both, previously obtained by numerical simulation. This was predicted the particle diameter (d {p}) which can be separated according to the radius of the vortices or rollers (R {v}) or depending on the angular velocity of rotation of the vortices or cylinders (\ Omega).
Datos conocidos (partículas de plomo en aire):Known data (lead particles in air):
Si se fija el radio del vórtice R_{v}, de las ecuaciones (2) y (3) se obtiene el valor de la velocidad angular \Omega y con la ecuación (1) la vorticidad del campo aplicado \omega. La ecuación (7) proporcionaría el diámetro de las partículas d_{p}.If the radius of the vortex R v is set, from equations (2) and (3) the value of angular velocity Ω is obtained and with equation (1) the vorticity of the applied field Ω. Equation (7) provide the diameter d {p} particles.
La otra opción sería fijar la velocidad angular \Omega y por consiguiente el campo de vorticidad \omega (ecuación 1) y mediante las ecuaciones (2) y (3) se obtiene el valor del radio del vórtice R_{v}. La ecuación (7) proporcionaría de nuevo el diámetro de las partículas d_{p}.The other option would be to set the angular velocity \ Omega and therefore the vorticity field \ omega (equation 1) and by means of equations (2) and (3) the value of the vortex radius R v is obtained. Equation (7) provide again the diameter d {p} particles.
De este modo, se obtuvieron los siguientes valores (Tabla 1a y 1b) para este ejemplo de la sedimentación de partículas de plomo en aire.In this way, the following were obtained values (Table 1a and 1b) for this example of sedimentation of Lead particles in air.
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En una instalación de un campo de vorticidad periódico, simulado mediante vórtices Rankine girando en el mismo sentido, se fijó una inercia de las partículas, es decir, un número de Stokes (S_{t}) y una velocidad terminal adimensional de caída en fluido en reposo (V_{t}^{AD}); ambos, previamente obtenidos mediante simulación numérica. De este modo se pudo predecir las características de los cilindros que generan dicho campo de vorticidad; es decir: el radio de los vórtices o de los cilindros (R_{v}) y la velocidad angular o de giro de los mismos (\Omega); ambos en función del diámetro de las partículas a separar (d_{p}).In an installation of a periodic vorticity field, simulated by Rankine vortices rotating in the same direction, an inertia of the particles was set, that is, a Stokes number ( S t) and a terminal terminal velocity of fall in resting fluid ( V t AD); both, previously obtained by numerical simulation. In this way it was possible to predict the characteristics of the cylinders that generate said vorticity field; that is: the radius of the vortices or cylinders ( R v) and the angular or rotational speed thereof (de); both depending on the diameter of particles to be separated (d {p}).
Datos conocidos (partículas de plomo en aire):Known data (lead particles in air):
En primer lugar es necesario calcular la velocidad terminal de caída de las partículas en fluido en reposo V_{t} en función del diámetro de dichas partículas d_{p}. Para ello se utiliza la ecuación (5). Conocida V_{t} y con el valor de la inercia de las partículas S_{t} y utilizando la ecuación (4), se obtiene el valor de la velocidad de giro de los cilindros \Omega.First it is necessary to calculate the terminal falling velocity of the particles in the fluid at rest V _ {t} depending on the diameter of the particles d {p}. For this, equation (5) is used. Known V t and with the value of the inertia of the particles S t and using equation (4), the value of the rotation speed of the cylinders Ω is obtained.
Con los valores ya calculados de V_{t} y \Omega y con el valor de la velocidad terminal adimensional de caída en fluido en reposo V_{t}^{AD} y utilizando la ecuación (6), se obtiene el valor del radio de los cilindros R_{v}.With the values already calculated of V t and Ome and with the value of the terminal terminal velocity of fluid fall at rest, V t AD and using equation (6), the value is obtained of the radius of the cylinders R v.
Consecuentemente el valor del campo de vorticidad a aplicar vendrá dado por la ecuación (1), es decir por el doble de la velocidad de giro de los cilindros \Omega.Consequently the value of the field of Vorticity to be applied will be given by equation (1), that is to say by twice the speed of rotation of the cylinders \ Omega.
De este modo, se obtuvieron los siguientes valores (Tabla 2) para este ejemplo de la separación de partículas de plomo en aire.In this way, the following were obtained values (Table 2) for this example of particle separation of lead in air.
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Claims (13)
- a)to)
- paralelos entre sí horizontalmente repetidos periódicamente tanto en la dirección horizontal como en la vertical; oparallel to each other horizontally repeated periodically both in the horizontal direction and in the vertical; or
- b)b)
- paralelos entre sí con cierta inclinación respecto al plano horizontal y/o vertical, repetidos periódicamente tanto en la dirección horizontal como en la vertical.parallel to each other with certain inclination with respect to the horizontal and / or vertical plane, repeated periodically both in the horizontal direction and in the vertical.
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Citations (5)
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2010
- 2010-03-17 WO PCT/ES2010/000106 patent/WO2010106203A1/en active Application Filing
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| Publication number | Publication date |
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| WO2010106203A1 (en) | 2010-09-23 |
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