Análisis estadístico de las variables para la optimización de un ciclón de alta eficiencia

• Autores: Cocconi, Miriam Beatriz
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Barbosa, Mirta Raquel; Rodriguez, Edgardo Mario
• Materia: Variables geométricas; Ciclón de alta eficiencia; modelos estadísticos; Análisis univariado
• Institución: Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

En este trabajo de tesis se analizó la influencia conjunta de variables geométricas (diámetro del ciclón), de operación (temperatura y velocidad de entrada del fluido conteniendo polvo) y las que caracterizan el material a separar (diámetro y densidad de partícula), sobre la eficiencia fraccional de un separador ciclónico de partículas tipo Stairmand. Para obtener un diseño confiable y eficiente del dispositivo se utilizaron técnicas estadísticas de optimización. El análisis aportado por esta metodología abarca aspectos uni y multivariado, lo que constituye un procedimiento adecuado en el estudio del problema. Empleando el modelo de número de vórtices para el cálculo de la eficiencia fraccional, se realizó el análisis univariado. Este estudio mostró que la eficiencia de separación aumenta cuando lo hacen la velocidad de entrada al ciclón, el diámetro y la densidad de partícula y la temperatura. Por otra parte decrece con el incremento del diámetro del ciclón. Sin embargo, no es capaz de tener en cuenta la sinergia presente entre las variables. El análisis multivariado contempla la interacción entre las variables, con este objetivo se empleó el diseño de superficie de respuesta. Los resultados obtenidos, además de corroborar los del método univariado consideran el comportamiento conjunto de las variables. Se elaboró un modelo estadístico que proporciona la combinación de niveles de las variables. Se trata de un modelo predictivo capaz de obtener el conjunto de valores que conduce a la obtención de la máxima eficiencia de separación. La muy buena concordancia entre los valores óptimos obtenidos a partir del modelo de número de vórtices y el estadístico para la eficiencia fraccional de separación, indica que el método de superficie de respuesta es una herramienta potente y adecuada en el enfoque de este estudio. La metodología podría extenderse al diseño de otro tipo de ciclón empleando otros modelos físico-matemáticos como así también aplicarse al estudio de otras variables, tales como la caída de presión que ocurre en el interior del dispositivo o el tamaño de corte de partículas.
Fil: Cocconi, Miriam Beatriz. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.
Fil: Barbosa, Mirta Raquel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.
Fil: Rodriguez, Edgardo Mario. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.
In this thesis, the joint influence of geometric variables (diameter of the cyclone), operation (temperature and velocity of the fluid containing dust) and those that characterize the material to be separated (diameter and particle density), on the fractional efficiency of a Stairmand type cyclonic particle separator, was analyzed. Optimal statistical techniques were used to obtain a reliable and efficient device design. The analysis provided by this methodology covers uni and multivariate aspects, which constitutes an adequate procedure in the study of the problem. Using the vortex number model to calculate the fractional efficiency, the univariate analysis was performed. This study showed that the separation efficiency increases when the cyclone inlet velocity, diameter and density of the particle, and temperature increase. On the other hand it decreases with the increase of the cyclone diameter. However, it is not able to take into account the synergy present among the variables. The multivariate analysis contemplates the interaction between the variables, with this objective the response surface design was used. The results obtained, besides corroborating those of the univariate method, consider the joint behavior of the variables. A statistical model to obtainthe combination of levels of the variables was developed. It is a predictive model capable of calculate a values-set of variables to obtain the maximum separation efficiency. The very good agreement between the optimal values obtained from the vortex number modeland the statistic model for fractional separation efficiency, indicates that the surface response method is a powerful and adequate tool in this study. The methodology could be extended to the design of another type of cyclone, using other physic-mathematical models as well as being applied to the study of other variables, such as the pressure drop that occurs inside the device or the size of the particle cut.