یکی از مشکلات معمول در برخی صنایع، وجود ذرات معلق در سیال است، از این رو برای صنایعی که سرو کار آنها با سیالات است، وجود این ذرات ساینده مشکل ساز می‌باشد. به طور کلی مشکلاتی که ذرات جامد موجود در آب کارخانجات صنعتی ایجاد می‌کنند شامل فرسایش و آسیب‌های جدی به پمپ، گرفتگی لوله‌ها، صدمه‌های جدی به سیستم لوله کشی و...؛ بنابراین وجود این دانه‌های جامد در تاسیسات و دستگاه‌هایی که مستقیم به آب نیاز دارند خسارت‌های سنگینی را به آنها وارد می‌کند.

هیدروسیكلون یکی از تجهیزات و ابزارهای ساده و مؤثر برای حذف ذرات معلق و جامد موجود در آب کاربرد دارد. این دستگاه به دلیل سهولت استفاده و داشتن دقت بالا به عنوان یکی از روش‌های پر طرفدار پیش تصفیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیدروسیکلون به دلیل داشتن بازدهی بالا در از بین بردن ذرات، سهولت نصب و بهره‌برداری و قیمت مناسب دارای جایگاه ویژه‌ای در سیستم‌های تصفیه و آبرسانی است. یکی دیگر از مزایای آن این است که نیاز به نیروی برق و دستگاه‌های الکتریکی ندارد و با افت فشار ناچیز و بهره‌برداری آسان می‌توان از آن برای حذف و جداسازی ذرات جامد از جریان آب برگشتی واحدهای صنعتی و کارخانه‌ها استفاد کرد.

به طور کلی مزایای استفاده از هیدروسیکلون به شرح زیر می‌باشد

• عدم نیاز به انرژی الکتریکی
• افت فشار ناچیز
• هزینه بهره‌بردای و نگهداری پایین هیدروسیکلون
• توانایی بالا در از بین بردن ذرات جامد
• قابلیت نصب آسان
• تصفیه آب کشاورزی با هیدروسیکلون

از دیگر کاربردهای آن استفاده از هیدروسیکلون برای تصفیه آب کشاورزی است. از آنجا که چاه‌ها دارای مقدار زیادی دانه و مواد جامد هستند و این دانه‌های جامد می‌توانند منجر به مسدود شده لوله‌های انتقال آب و نیز نازل‌های آب پاش در مزارع شوند، استفاده از هیدروسیکلون جهت محافظت از پمپ‌های کشاورزی ضروری است. از این رو باید مخزن هیدروسیکلون را بر سر چاه گذاشته شود تا منجر به جداسازی ذرات شود. برای آنکه سیستم آبرسانی کشاورزان با مشکل رو به رو نشود بهتر است از دو هیدروسیکلون به طور موازی استفاده شود. بنابراین بر سر تمام چاه‌ها می‌توان از هیدروسیکلون استفاده کرد و منجر به افت فشار زیادی نمی‌شود. همچنین به دلیل آنکه چاه‌های شمال کشور دارای کدورت آب بالایی هستند، هیدروسیکلون بهترین روش حذف کدورت آنهاست. به طور کلی هیدروسیکلون‌ها دارای دامنه طراحی و کاربرد وسیع می‌باشند و بر طبق شرایط، آنها را می‌توان به صورت موازی یا سری با یکدیگر قرار داد تا جداسازی بهینه‌ای را انجام دهند.

نحوه کار دستگاه هیدروسیکلون

هیدروسیکلون دارای یک بدنه مخروطی شکل است که در قسمت بالایی استوانه‌ای شکل می‌شود. نحوه کار دستگاه بر اساس نیروی گریز از مرکز است. آب با فشار ایجاد شده توسط یک پمپ، از طریق یک مجرای جانبی وارد بخش استوانه‌ای بالای آن می‌شود و حول استوانه مرکزی هیدروسیکلون می‌چرخد. از طریق نیروی گریز از مرکز ذرات سنگین به سمت دیواره هیدروسیکلون حرکت کرده و به دلیل اختلاف چگالی موجود بین ذرات و آب، آب تمیز به واسطه چرخش از قسمت فوقانی خارج شده و ذرات و دانه‌ها از قسمت پایین قابل استخراج هستند. بهتر است برای بهبود شرایط نگهداری هیدروسیکلون چند وقت یکبار بسته به میزان ذرات داخل اب شستو داد. بدین طریق که مخزن شنگیر موجود در انتهای هیدروسیکلون را باز کرده و با تخلیه آن، مخزن هیدروسیکلون را به آب ورودی وصل نموده و کل مخزن را شستو دهیم.

هیدروسیکلون معمولی متشکل است از یک محفظه استوانه‌ای متصل به بدنه مخروطی که به دریچه پایینی راس مخروط منتهی می‌شود. این قسمت جریان زیرین را تخلیه می‌کند. جریان معکوس با یک لوله که در قسمت فوقانی اتاق متمرکز است؛ «یابنده گرداب» نامیده می‌شود و «سرریز» را تخلیه می‌کند. عبارات «پایین» و «بالا» در این زمینه تنها برای ساده‌سازی توصیف مورد استفاده قرار می‌گیرند. هیدروسیکلون می‌تواند وارونه یا با یک محور مایل یا افقی کار کند.

عبارات «پایین» و «بالا» در این زمینه تنها برای ساده‌سازی توصیف مورد استفاده قرار می‌گیرند. هیدروسیکلون می‌تواند وارونه یا با یک محور مایل یا افقی کار کند.

وجود هر دو جریان رو به پایین و رو به بالا به این معنی است که در یک مکان سرعت عمودی صفر وجود دارد . در همان زمان هر دو جریان یک سرعت مماسی دارند؛ که در حلقه بیرونی با افزایش شعاع کاهش یافته و در حلقه داخلی با کاهش شعاع کاهش می‌یابد. سرعت‌ها را می‌توان با یک معادله نشان داد. urn = constant است که در آن n=-1  در حلقه داخلی است و در حلقه بیرونی می‌تواند مقادیری بین ۰.۵+ تا ۰.۸+ داشته باشد (جریان گرداب را ببینید).این موضوع به این معنی است که سیال خارجی به یک گرداب آزاد نزدیک می‌شود و برشی را تجربه می‌کند در حالی که سیال داخلی به مانند یک جسم جامد عمل کرده و با سرعت زاویه‌ای ثابت در حال چرخش است. سرعت مماسی در قله لزوماً در موقعیت سرعت عمودی صفر نیست.این الگوها و روابط به طور آزمایشی توسط کلسال (۱۹۵۲) و بردلی (۱۹۶۵) ایجاد شده‌اند و اخیراً با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به اثبات رسیده‌اند. 

با توجه به این پیچیدگی، بسیاری از سازندگان برای افزایش کارایی جداسازی و افت فشار در هیدروسیکلون‌ها همبستگی ایجاد کرده‌اند. بررسی‌ها توسط بردلی (۱۹۶۵) و ساروفسکی (۱۹۸۴) منتشر شده است.نیروی گریز از مرکزی که تولید می‌شود، قادر به جداسازی ذرات معلق با قطر حدوداً ۵ تا ۱۰ میکرون است. هر چه قطر این سیکلون کوچک‌تر باشد، نیرو بالاتر می‌رود و بازده تفکیک ذرات کوچک بیشتر می‌شود. طراحی‌های مخروطی بلند نیز وجود دارند که ادعا می‌کنند بازده خوبی برای ذرات کم‌تر از ۵ میکرون دارند. با این حال، یک قطر کوچک ظرفیت سیال پایینی دارد و در بیشتر موارد، چنین هیدروسیکلون‌هایی باید چندراهه‌شده باشند و به موازات متصل شوند تا استفاده صنعتی پیدا کنند.

کاربردهای هیدروسیکلون در ابتدا در صنعت فرآوری مواد معدنی برای جداسازی جامد- مایع، یعنی، آب‌گیری ذرات معلق جامد در جریان آب بود. با این حال، مکانیزم جداسازی به تفاوت در وزن مخصوص ذرات و نیز محیط مایع و همچنین اندازه ذرات بستگی دارد. (قانون استوکس را ملاحظه کنید)

موارد استفاده و کارایی هیدروسیکلون در ته نشین‌سازی ذرات جامد

همانطور که گفته شد، هیدروسیکلون موجب جداسازی ذرات ساینده و ماسه از آب چاه‌ها و رودخانه‌ها می‌شود. در بهینه‌ترین حالت، می‌تواند ذراتی را تا ابعاد 75 میکرون حذف و ته نشین کند. همچنین هیدروسیکلون تأثیری بر کاهش شوری آب نمی‌گذارد. به طور کلی از هیدروسیکلون می‌توان برای پیش تصفیه آب جهت اسمز معکوس، تصفیه آب چاه کشاورزی، کارخانه شن و ماسه، کارخانه تولید نشاسته و آرد و کارخانه کاشی و سرامیک استفاده کرد.