Fluidización

FLUIDIZACIN

Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.*

Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.

El fenmeno de fluidizacin

Lecho de partculas se suspenden en el seno de un gas o un lquido.

Si un fluido ascendente a baja velocidad atraviesa un lecho de finas partculas, y permanecen estacionarias; se denomina de lecho fijo

Con un incremento en la velocidad del fluido, las partculas se mueven de forma independiente por medio de pequeas vibraciones. Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Lecho fijo*


Aumentando la velocidad, se alcanza un punto donde todas las partculas se encuentran suspendidas por el flujo ascendente de gas o lquido.

En este punto la fuerza de friccin entre el fluido y las partculas se equilibra con el peso de stas.

De este modo, la prdida de carga a travs de un volumen determinado de lecho es igual al peso de las partculas existentes por unidad de rea. (se denomina de lecho en comienzo de fluidizacin y marca la transicin entre el lecho fijo y el lecho fluidizado).

La velocidad superficial del fluido en este punto se denomina velocidad de mnima fluidizacin, UmfDr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Lecho en comienzo de fluidizacin*


En sistemas fluidizados por lquido.Un incremento en la velocidad por encima de la correspondiente a la mnima fluidizacin, normalmente da lugar a una suave y progresiva expansin del lecho.

Las posibles inestabilidades provocadas por un flujo irregular se amortiguan y, en condiciones normales, no se observan heterogeneidades ni formacin de burbujas en el lecho.

Un lecho con estas caractersticas se denomina de fluidizacin particulada, no burbujeante u homognea (Figura c). Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing..Lecho en fluidizacin noburbujeante*

Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing..

En sistemas fluidizados por gas Poco frecuente comportamiento de fluidizacin homognea, teniendo lugar (partculas muy ligeras con gas denso a alta presin).

Un incremento en la velocidad del gas por encima de la correspondiente a la mnima fluidizacin, se observan inestabilidades con aparicin de burbujas y canales.

A mayores velocidades, la agitacin pasa a ser ms violenta y el movimiento de las partculas ms vigoroso; adems, el lecho no se expandeDr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Lecho en fluidizacinburbujeante*


MECANISMO DE FLUIDIZACION

Considera un tubo vertical, corto y parcialmente lleno de un material granular.

Si la velocidad del fluido ascendente es suficientemente grande, la fuerza de empuje sobre las partculas slidas se hace igual al peso neto de las partculas, momento en el cual stas empiezan a moverse libremente y a mezclarse unas con otras (paso de 1 a 2 en la Figura 2).

La velocidad del fluido para la que se alcanzan estas condiciones se denomina velocidad mnima de fluidizacin (Umf) y el lecho de partculas se conoce como lecho fluidizado. Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.*


Se observa una progresiva expansin del lecho, que va teniendo una porosidad , cada vez mayor a partir del punto de velocidad mnima de fluidizacin (Umf).

El intervalo de velocidades til para la fluidizacin est comprendido entre Umf y la velocidad de arrastre ua, para la cual las partculas slidas son arrastradas fuera del lecho, la porosidad se aproxima a la unidad y el lecho deja de existir como tal. Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.*


Como puede observarse en la figura 2, en un lecho fijo de partculas de seccin A y cuyo peso es W, cuando se alcanza la velocidad mnima de fluidizacin la prdida de carga adquiere su valor mximo (W/A) y se mantiene en l hasta que se produce el arrastre de las partculas, disminuyendo bruscamente en ese momento. Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Figura 2. Formacin de un lecho fluidizado a partir de un lecho fijo de partculas: a) fases del lecho al aumentar la velocidad; b) variacin de la prdida de presin y altura del lecho. *


AplicacionesSecado de partculasIntercambio de calorReacciones de sntesisCracking de hidrocarburosCombustin e incineracin, calcinacinDr. Danilo Lpez Valerio. Ing.*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.PARA LECHO INMVIL DE PARTCULAS SLIDASLa porosidad es la parte relativa del volumen no ocupado Despreciando la densidad del medioDonde:

Vrell: Volumen ocupado por las partculas, m3 V: el volumen del lecho, m3 Y rell : Densidad de las partculas y la densidad del lecho*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.PARA LECHO FLUIDIZADOLa porosidad es

Donde Vlf Es volumen del lecho fluidizado, m3Para que pase a un estado de suspensin, se debe igualar la fuerza de presin por parte del medio y del peso del lecho.La caracterstica principal del lecho fluidizadoes la cada de presin*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Donde:

Glf: Peso del material en el lecho, NS: rea de la seccin transversal, m2La cada de presin Pa, se determina por Donde h y ho (m) son las alturas de los lechos fluidizados e inmvilDensidad de las partculas solidas y del medio,Kg/m3*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Si el medio es un gas se puede despreciar la densidad del gas La cada de presin Pa, en la rejilla distribuidora del gas, se determina con la *


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.: seccin activa de la rejilla (0.01 0.05)Wor: w/, velocidad del flujo en los orificios de la rejillaw: velocidad del flujo referida a la seccin total del aparato, m/sC: Coeficiente de resistencia de la rejilla que depende de la relacin do/ y se determina con el grafico siguiente.dor dimetro del orificio en la rejilla, m: espesor de la rejilla, m*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Cuando las partculas del lecho inmvil pasan al estado de suspensin (fluidizado) (resistencia del lecho se hace igual al peso) se llama velocidad critica o de fluidizacin

La velocidad critica para lecho de partculas esfricas de un mismodimetro se determinaViscosidad cinemtico de velocidad m2/s*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Coeficiente dinmico de velocidad,Pa s*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Para el gas Para partcula de forma irregularLa Velocidad critica puede determinarseConsiderando el factor de formaV: volumen de la partcula m3S; superficie de la partcula m2*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Dimetro de la esfera, mPara lecho polidisperso que consta de varias partculas de distinto dimetron: Nmero de fraccionesdi: tamao medio de la fraccin ixi: Contenido msico de la fraccin iVolumen de la partcula, m3

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Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Al aumentar la velocidad del flujo W, aumenta la altura y la porosidad del lecho fluidizadoh, (m)ho, altura inicialLa porosidad se calcula mediante la siguiente ec.*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Nmero de fluidizacinVelocidad de trabajo efectiva del gasVelocidad criticaVelocidad real del flujo en la seccin libre entre las partculas del lecho*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Velocidad de planeo: (sustentacin) Es la velocidad del flujo a la cual una partcula unitaria pasa al estado fluidizadoEsta velocidad corresponde aproximadamente al comienzo de destruccin del lecho fluidizado monodispersoLa porosidad es igual a 1*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.Donde Repl Es Reynolds de planeoEn la siguiente figura se representa Ly =f(Ar, Porosidad)

La grafica permite determinar la velocidad del flujo, W necesaria para lograr la porosidad prefijada del lecho fluidizado que consta de partculas de dimetro conocido d, o bien resolver el problema inverso.*


Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing..*

Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing..

Dr. Danilo Lpez Valerio. Ing.El tiempo medio de permanencia (s) de las partculas del material slido en el aparato con lecho fluidizado Masa del material que se encuentra en el lecho, KgGasto de material slido, kg/s*


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