Informe Fluidizacion.pdf

7/29/2019 Informe Fluidizacion.pdf

1/14

FLUIDIZACIN EN FRIO DE CAF Y ASERRN

SEBASTIN CISNEROS LVAREZEstudiante de ingeniera Qumica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medelln,[email protected].

LORENA GMEZ ORTIZEstudiante de ingeniera Qumica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medelln,

[email protected]

ALEJANDRA OSPINA GMEZEstudiante de ingeniera Qumica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medelln,

[email protected]

LAURA VELSQUEZ MIRAEstudiante de ingeniera Qumica, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Medelln,

[email protected]

Recibido para revisar D-M-A, aceptado D-M-A, versin final D-M-A.

RESUMEN

Se analizaron y compararon los principales parmetros como la velocidad mnima, presin y condiciones dellecho del proceso de fluidizacin con aire de una muestra de caf y otra de aserrn. Se observa un mejorcomportamiento de fluidizacin para el caf debido a su forma casi esfrica, lo que no sucede para el aserrncuya superficie se considera ms plana, lo que se refleja en la velocidad mnima de fluidizacin, la cual esmenor para el caf (10.66 m/s) que para el aserrn (33.96 m/s). Con respecto al empaquetamiento se observa

que a medida que aumenta el flujo de aire este se hace menor aumentando los espacios vacios del sistema porlos que puede fluir el aire.

PALABRAS CLAVE: Fluidizacin, porosidad del lecho, velocidad mnima.

ABSTRACT

Have been analyzed and compared the main parameters of the process of fluidization with air for coffee andsawdust, as the minimum speed, pressure and conditions of the bed. There is a better fluidization for coffeedue to its almost spherical shape, the contrary is for the sawdust which surface is considered flat, which isreflected in the minimum fluidization velocity, which is lower for coffee ( 10.66 m / s) than for sawdust(33.96 m / s). With respect to packaging is observed that with increasing air flow, the packaging is reduced,increasing the void spaces of the system through which air can flow.

KEYWORDS: Fluidization, porosity of the bed, minimum speed.

1. INTRODUCCIN

1.1 Marco Terico [5], [6]

Cuando un gas o lquido fluye de maneraascendente a travs de un lecho de partculas,la fuerza de arrastre sobre la partculasproducida por el fluido va aumentando amedida que aumenta el flujo de gas a travsde la cama, hasta que las fuerzas de arrastreson iguales a las del peso de la partcula yestas empiezan a moverse, en este punto sehabla de una velocidad mnima defluidizacin. Por encima de este mnimo develocidad, el lecho se dice fluidizado, dondeeste tiene propiedades similares de un lquido,como asumir la forma del recipiente que locontiene.

Los lechos fluidizados se empleanampliamente, debido a las ventajas quepresenta como su excelente transferencia decalor y masa debido al contacto intimo entreel slido y el fluido que proporciona, entreotras caractersticas.Los lechos fluidizados se utilizan con xito en

muchos procesos, como reacciones catalticas(craqueo, oxidacin de naftaleno a anhdridoftlico, la produccin de polietileno, etc.) yno catalticas (tostacin de sulfuro de losminerales, residuos de coque de petrleo, lacalcinacin de minerales, la combustin decarbn, la incineracin de lodo, secado, etc.).

A pesar de los numerosos estudios sobresistemas de fluidizacin, no es posible an


2/14

predecir con precisin el comportamiento deun sistema en trminos de las propiedadesfsicas de las partculas slidas, del fluido yde las condiciones de operacin. La mayorade los materiales dispuestos en la fluidizacin

presentan irregularidades que los alejan delcomportamiento ideal y aparecen levescanalizaciones del lecho.

En general, las siguientes propiedades delslido y fluido conducen a sistemas de buenafluidizacin:- Baja densidad de slidos- Pequeo tamao- Forma de partculas aproximadamenteesfricas- Alta densidad del fluido.

El comportamiento del lecho fluidizadodepende del dimetro de partcula y de lanaturaleza del fluido. En cuanto a tamao dela partcula se refiere, es posible fluidizarpartculas desde 1 m hasta 4 cm; el rango detamao de partcula ms utilizado es de 30m a ms de 2 cm. El tamao de laspartculas afecta el comportamiento de unlecho fluidizado ms que la forma de lapartcula y su densidad. Por ejemplopartculas con un tamao medio de 40 a 150m fluidiza sin problemas, ya que los

tamaos de burbuja son relativamentepequeos en este rango. Partculas msgrandes (ms de 150 m) producen grandesburbujas cuando fluidizan, ocasionando unlecho fluidizado menos homogneo y puedepresentar fluctuaciones de presin.

En partculas pequeas (menores a 30 m dedimetro) se presenta un gran efecto defuerzas entre las partculas, generalmentefuerzas de van der Waals, causando laaglomeracin de estas. Este tipo de slidos

fluidiza mal a causa de las aglomeracionesprovocadas por la cohesin. Para fluidizarestas partculas es necesario operar a altasvelocidades de gas, para que los esfuerzoscortantes sean ms grandes que las fuerzas decohesin entre las partculas.

Las velocidades del gas en lechos fluidizadosen general son de 0,1 a 3 m/s. La velocidaddel gas a que se refiere en lechos fluidizadosson las velocidades de gas superficial -el flujovolumtrico a travs del lecho, dividido por el

rea de este.

La fuerza de arrastre utilizada para generar lacada de presin en el lecho fluidizado esproporcional a la superficie de las partculas.Cuando la velocidad del gas a travs de unlecho aumenta, la cada de presin a travs deeste tambin aumenta. A altas velocidadesdel gas en el lecho, las burbujas estables serompen en los huecos que continuamente sedesintegran y la reforma. Este tipo de lecho se

dice que opera en rgimen de fluidizadoturbulento, y se caracteriza por el aumento dela transferencia de calor y de masa.

Cuando la velocidad del gas se incrementa

an ms, el lecho pasa de rgimen turbulentoa transporte de fase diluida. Este rgimen detransporte neumtico se compone de dosregiones: la de rgimen de menor velocidady el rgimen de transporte de ms altavelocidad (a menudo llamado el rgimen detransporte neumtico).

En la Figura 1 se presenta el esquema de lafluidizacin en frio.

Figura 1: Esquema para la fluidizacin en frio.

El procedimiento realizado es el siguiente:

Realizar una identificacin de todos loscomponentes del equipo, con el fin dedeterminar la ruta de las corrientes, sitios dealimentacin, elementos de medicin,vlvulas de paso y de regulacin. Verificar que todas las vlvulas quecomponen todo el equipo, se encuentrencerradas. Determinar la granulometra del materialcon el que se va a trabajar. Encender el comprensor por medio delsuiche tipo contactor ubicado en el cuarto decontrol (botn verde). Desmontar el cuerpo inferior o conodistribuidor del fluidizador, e introducir lamuestra de 400 ml asignada por el equipomaestro. Abrir lentamente la vlvula de regulacinV1, hasta alcanzar una presin de 15 psi. Abrir la vlvula V3 completamente, ycomience a manipular el caudal por medio dela vlvula V2. Realizar toma de datos de altura del lecho,presin y cadas de presin en el sistema paratodos los caudales aumentando de 5 en 5 en laescala del Rotmetro hasta llegar a 100. Medir la altura de lecho esttico. Debetenerse en cuenta que despus de cargar lacolumna hay que expandir el lecho y luego seprocede a medir la altura del lecho esttico. Cuando halla alcanzado 100 en la escala delrotmetro se contina con el procedimiento


3/14

de desfluidizacin. Disminuya el caudal realizando variacionesde 5 en 5 en la escala del Rotmetro. Cuando llegue a caudal igual a cero, cierrecompletamente todas las vlvulas del sistema.

Repetir el procedimiento anterior a para otromaterial distinto. Cerrar completamente todas las vlvulas delsistema. Apagar el compresor por medio del suichetipo contactor ubicado en el cuarto de control(botn rojo). Realizar la descarga del material del cuerpodel fluidizador. Entregue el sitio de trabajo limpio y enorden, lo mismo que los instrumentos detrabajo suministrados por el profesor o el

laboratorista.

1.2 Objetivo General

Analizar, determinar y comparar losprincipales parmetros en el proceso defluidizacin en fro utilizando dos materialesde diferente granulometra.

1.3 Objetivos Especficos

1. Identificar los elementos y las

caractersticas principales de un lechofluidizado.

2. Familiarizarse con la secuencia deencendido y apagado del equipo, paragarantizar un proceso seguro tanto para losintegrantes del grupo como para el procesomismo.

3. Distinguir las diferentes etapas del lecho enel proceso de fluidizacin.

4. Hallar la velocidad de mnima fluidizacin.

5. Calcular la porosidad de cada uno de losmateriales usados en la prctica.

6. Diferenciar fluidizacin continua defluidizacin discontinua.

7. Analizar el comportamiento de fluidizaciny desfluidizacin en las graficas obtenidas.

8. Comparar los resultados e informacin

tericos acerca de la operacin con losobtenidos durante la prctica y as formularhiptesis y llegar a conclusiones que permitandiscernir entre lo real y lo ideal.

2. TABLAS Y CUADROS DE DATOS

2.1 Tablas obtenidas directamente,condiciones de laboratorio ypropiedades

Se fluidizaron dos muestras de dos materialesdistintos: caf con un tamao medio departcula de 424,8 micrmetros y aserrn conun tamao medio de 636,9 micrmetros. Lamasa de la muestra de caf fue 145,98g de lacual 60,05g fueron slidos retenidos en unamalla 30 de un tamiz estndar serie Tyler y85,93g fueron slidos retenidos en una malla40 en un tamiz de la misma denominacinanterior. La masa total de aserrn fue 58,7 gde los cuales 31,19g fueron retenidos en unamalla 20 y 27,51g en una malla 25 en tamicesestndar Tyler.

La gravedad especfica de la muestra deaserrn fue determinada en el laboratorio conun picnmetro de 25 ml y usando aguadestilada, el valor hallado fue 0,63, lo queequivale a una densidad de 628,4 Kg/m3tomando como referencia la densidad delagua pura a las condiciones del laboratorio; lagravedad especfica de la muestra de caf,tomando la misma referencia, fue 2,4 lo que

equivale a una densidad de 2396,8 Kg/m3.

El dimetro del fluidizador es 8cm y la alturade 110cm. El aire para la fluidizacin fueimpulsado por un compresor a 20 bar depresin manomtrica.

Las tablas siguientes muestran los datosobtenidos en el laboratorio, tanto para lafluidizacin como para la desfluidizacin decada material, las unidades de losinstrumentos de medicin fueron

manipuladas para obtener los valoresreportados en unidades del sistemainternacional.

P1 es la cada de presin a travs deldistribuidor, P2 la cada de presin a travsde la columna, H la altura del lechofluidizado, P3 la cada de presin leda porel manmetro, al principio de la prctica stedaba una lectura de 1,5 Psig por lo cual setoma esta presin como 0 Psig manomtrica.


4/14

Escala

Flujo(m3/s)

P1(Pa)

P2(Pa)

H(m)

P3(Pa)

0 0 0 9,807 176,520 0,075 0,000

5 5 0,000158 29,420 147,100 0,085 0,0006 10,2 0,000269 39,226 176,520 0,085 0,000

7 15 0,000385 49,033 196,133 0,085 0,000

8 19 0,000478 58,839 225,553 0,085 0,000

9 25 0,000616 68,646 245,166 0,095 689,476

10 30 0,000733 78,452 254,973 0,11 689,476

11 35 0,000851 98,065 274,586 0,12 689,476

12 40 0,00097 107,872 284,393 0,13 689,476

14 45 0,00109 107,872 284,393 0,14 689,476

15 50 0,00122 127,485 294,200 0,15 689,47616 55 0,00134 137,291 304,006 0,155 3447,379

17 60 0,00147 147,098 313,813 0,165 3447,379

19 65 0,0016 156,904 323,619 0,175 3447,379

20 70 0,00173 176,517 343,233 0,185 4136,854

21 75 0,00187 196,130 353,039 0,195 4481,592

23 80 0,002 205,937 372,653 0,2 5515,806

24 85 0,00214 215,743 392,266 0,21 6894,757

26 90 0,00228 254,969 421,686 215 7584,233

28 95 0,00242 294,195 431,493 0,225 8273,708

29 100 0,00256 304,002 460,913 0,235 8963,184

Tabla 1. Fluidizacin de caf

Escala

Flujo P2 P1 H P3

(m3/s) (Pa) (Pa) (m) (Pa)

28 95 0,00242 421,686 313,813 0,225 8963,184

26 90 0,00228 392,266 274,586 0,22 8273,708

25 85 0,00219 362,846 235,360 0,215 7584,233

23 80 0,002 353,039 215,746 0,21 6894,757

22 75 0,00194 323,619 196,133 0,205 6205,281

21 70 0,00187 313,813 166,713 0,19 5515,806

19 65 0,0016 304,006 156,906 0,17 4826,330

17 60 0,00147 264,780 147,100 0,16 4136,854

15 55 0,00122 254,973 137,293 0,145 3447,379

13 50 0,00105 235,360 127,486 0,13 3102,641

12 45 0,00097 215,746 107,873 0,12 3102,641

11 40 0,000851 205,940 98,067 0,11 1378,951

10 35 0,000733 196,133 88,260 0,095 689,476

9 30 0,000616 186,326 78,453 0,085 689,476

8 25 0,000478 176,520 68,647 0,08 689,476

7 20 0,000385 147,100 49,033 0,08 689,476

6 15 0,000269 137,293 49,033 0,08 689,476

5 10 0,000158 107,873 29,420 0,08 689,476

4 5 0,000126 98,067 19,613 0,08 689,476

Tabla 2. Desfluidizacin de caf

Escala

Flujo(m3/s)

P2(Pa)

P1(Pa)

H(m)

P3(Pa)

4 5 0,000126 78,452 19,613 0,078 0,000

7 10 0,000385 88,259 29,420 0,078 0,00010 15 0,000733 88,259 49,033 0,078 0,000

12 20 0,00097 98,066 49,033 0,078 0,000

13 25 0,00105 98,066 58,839 0,078 0,000

14 30 0,00109 107,872 78,452 0,078 0,000

15 35 0,00122 117,679 88,259 0,078 0,000

16 40 0,00134 137,292 107,872 0,078 0,000

17 45 0,00147 156,905 137,292 0,078 0,000

18 50 0,00154 176,518 147,098 0,078 0,000

19 55 0,0016 186,324 166,711 0,078 0,000

20 60 0,00173 196,131 176,518 0,078 2757,903

21 65 0,00187 196,131 196,131 0,078 3447,379

22 70 0,00194 196,131 205,938 0,078 3447,379

23 75 0,002 205,938 196,131 0,078 3447,379

24 80 0,00214 225,551 215,744 0,115 4826,330

25 85 0,00219 245,164 225,551 0,12 5515,806

26 90 0,00228 274,583 245,164 0,135 6205,281

28 95 0,00242 294,197 284,390 0,21 6894,757

30 100 0,0027 304,003 343,229 0,23 758,423

Tabla 3. Fluidizacin de aserrn

Escala

Flujo(m3/s)

P2(Pa)

P1(Pa)

H(m)

P3(Pa)

28 95 0,00242 318,439 329,420 0,2 8273,708

26 90 0,00228 296,478 307,459 0,17 7584,233

25 85 0,00219 274,517 285,497 0,16 6894,757

24 80 0,00214 241,575 252,555 0,1 6894,757

23 75 0,002 219,613 230,594 0,1 6205,281

22 70 0,00194 197,652 197,652 0,1 4826,33021 65 0,00187 175,691 186,671 0,1 4826,330

20 60 0,00173 164,710 153,729 0,1 4136,854

19 55 0,0016 153,729 131,768 0,1 3447,379

18 50 0,00154 142,749 120,787 0,095 2757,903

17 45 0,00147 120,787 98,826 0,095 2757,903

16 40 0,00134 109,807 87,845 0,095 2068,427

15 35 0,00122 87,845 65,884 0,095 1378,951

14 30 0,00109 76,865 65,884 0,095 1378,951

13 25 0,00105 65,884 54,903 0,095 1378,95112 20 0,00097 54,903 32,942 0,095 1378,951

10 15 0,000733 43,923 21,961 0,095 689,476

7 10 0,000385 32,942 10,981 0,095 689,476

4 5 0,000126 32,942 10,981 0,095 689,476

Tabla 4. Desfluidizacin de aserrn


5/14

3. RESULTADOS

3.1 Modelo de Clculo y Presentacin deResultadosLas siguientes ecuaciones fueron utilizadascomo modelo de clculo para determinar lascondiciones del lecho:

=

2columna

ciclonatmlecho

PPPP (1)

lecho aireaire lecho

P PM

R T

=

(2)

12

aire rotametro

aire

Q Q

=

(3)

(4)

aire rotametrocorr

aire lecho

Q Q

=

(5)

Con la ecuacin (1) se calcula la presin en ellecho, Pcolumna es equivalente a P2 en lastablas de datos del experimento, Pcicln esequivalente a P3 en las tablas de datostomados del experimento y Patm es la presina las condiciones del laboratorio y se reportaen la tabla de datos obtenidos de labibliografa.

La ecuacin (2) da la densidad del aire en ellecho; PM es el peso molecular del aire, R laconstante de los gases, T la temperaturaabsoluta. Los valores de R y PM tambin sereportan en la tabla de datos obtenidos de labibliografa.La ecuacin (5) permite calcular el flujo realdel aire a travs del lecho.

Dato ValorP atmosfrica deMedelln[1]

85000 Pa

R (Constante de losgases)[2]

8,314 m3Pa/molK

Peso molecular delaire[3]

29 Kg/Kmol

Viscosidad del aire a25C[3]

1.85*10-4 Kg/ms

Tabla 5. Datos obtenidos de la bibliografa

Con base en las ecuaciones (1-5) seobtuvieron las siguientes tablas:

Tablas obtenidas con el modelo de clculopara las condiciones del lecho

Plecho(Pa)

airelecho

(Kg/m3)

Protmetro (Pa)

airerotmetro(Kg/m3)

Q'

(m3/s)

Qcorregido

(m3/s)

84911,740 0,994 84995,097 0,995 0 0

84926,450 0,994 84985,290 0,995 0,00017 0,00017

84911,740 0,994 84980,387 0,995 0,00029 0,00029

84901,934 0,994 84975,484 0,995 0,00041 0,00041

84887,224 0,994 84970,581 0,995 0,00051 0,00051

84187,941 0,985 84276,202 0,986 0,00065 0,00066

84183,038 0,985 84271,298 0,986 0,00078 0,00078

84173,231 0,985 84261,492 0,986 0,00090 0,00090

84168,328 0,985 84256,589 0,986 0,00103 0,00103

84168,328 0,985 84256,589 0,986 0,00116 0,00116

84163,425 0,985 84246,782 0,986 0,00130 0,00130

81400,618 0,953 81483,976 0,954 0,00140 0,00140

81395,715 0,953 81479,073 0,954 0,00154 0,00154

81390,812 0,953 81474,170 0,954 0,00167 0,00167

80691,529 0,944 80774,887 0,945 0,00180 0,00180

80341,888 0,940 80420,343 0,941 0,00194 0,00194

79297,868 0,928 79381,226 0,929 0,00206 0,00206

77909,110 0,912 77997,372 0,913 0,00219 0,00219

77204,924 0,904 77288,283 0,905 0,00232 0,00232

76510,545 0,896 76579,194 0,896 0,00245 0,00245

75806,360 0,887 75884,815 0,888 0,00258 0,00258

Tabla 6. Variables condiciones del lecho en lafluidizacin de caf.

Plecho(Pa)

airelecho

(Kg/m3)

Protmetro (Pa)

airerotmetro(Kg/m3)

Q'

(m3/s)

Qcorregido

(m3/s)

75825,973 0,888 75879,910 0,888 0,00244 0,00244

76530,159 0,896 76588,999 0,896 0,00231 0,00231

77234,344 0,904 77298,088 0,905 0,00223 0,00223

77928,723 0,912 77997,370 0,913 0,00204 0,00205

78632,909 0,920 78696,652 0,921 0,00199 0,00199

79327,288 0,929 79400,838 0,929 0,00193 0,00193

80021,667 0,937 80095,217 0,938 0,00166 0,00166

80730,756 0,945 80789,596 0,946 0,00153 0,00153

81425,135 0,953 81483,975 0,954 0,00127 0,00128

81779,680 0,957 81833,616 0,958 0,00110 0,00110

81789,486 0,957 81843,423 0,958 0,00102 0,00102

83518,079 0,978 83572,015 0,978 0,00090 0,00090

84212,458 0,986 84266,394 0,986 0,00078 0,00078

84217,361 0,986 84271,298 0,986 0,00065 0,00065

84222,264 0,986 84276,201 0,986 0,00051 0,00051

84236,974 0,986 84286,008 0,987 0,00041 0,00041

84241,878 0,986 84286,008 0,987 0,00029 0,00029

84256,588 0,986 84295,814 0,987 0,00017 0,00017

84261,491 0,986 84300,718 0,987 0,00013 0,00013


6/14

Tabla 7. Variables condiciones del lecho en ladesfluidizacin de caf

Plecho

(Pa)

airelecho

(Kg/m3)

Protmetro (Pa)

airerotmetro

(Kg/m3)

Q'

(m3

/s)

Qcorregido (m

3

/s)

84960,774 0,994 84990,193 0,995 0,00013 0,00013

84955,871 0,994 84985,290 0,995 0,00041 0,00041

84955,871 0,994 84975,484 0,995 0,00078 0,00078

84950,967 0,994 84975,484 0,995 0,00103 0,00104

84950,967 0,994 84970,580 0,995 0,00112 0,00112

84946,064 0,994 84960,774 0,994 0,00116 0,00116

84941,161 0,994 84955,871 0,994 0,00130 0,00130

84931,354 0,994 84946,064 0,994 0,00143 0,00143

84921,548 0,994 84931,354 0,994 0,00157 0,00157

84911,741 0,994 84926,451 0,994 0,00164 0,00164

84906,838 0,994 84916,644 0,994 0,00171 0,00171

82144,032 0,961 82153,838 0,962 0,00181 0,00181

81454,556 0,953 81454,556 0,953 0,00195 0,00195

81454,556 0,953 81449,653 0,953 0,00203 0,00203

81449,653 0,953 81454,556 0,953 0,00209 0,00209

80060,895 0,937 80065,798 0,937 0,00222 0,00222

79361,613 0,929 79371,419 0,929 0,00226 0,00226

78657,427 0,921 78672,137 0,921 0,00234 0,0023477958,145 0,913 77963,048 0,913 0,00247 0,00247

84089,575 0,984 84069,962 0,984 0,00286 0,00286

Tabla 8. Variables condiciones del lecho en lafluidizacin de aserrn

Plecho(Pa)

airelecho

(Kg/m3)

Protmetro (Pa)

airerotmetro(Kg/m3)

Q'

(m3/s)Qcorregido(m3/s)

76567,072 0,896 76561,582 0,896 0,00245 0,00245

77267,528 0,904 77262,038 0,904 0,00232 0,0023277967,985 0,913 77962,494 0,913 0,00224 0,00224

77984,456 0,913 77978,965 0,913 0,00219 0,00219

78684,912 0,921 78679,422 0,921 0,00205 0,00205

80074,844 0,937 80074,844 0,937 0,00201 0,00201

80085,825 0,937 80080,334 0,937 0,00194 0,00194

80780,791 0,946 80786,281 0,946 0,00180 0,00180

81475,757 0,954 81486,738 0,954 0,00167 0,00167

82170,723 0,962 82181,704 0,962 0,00162 0,00162

82181,704 0,962 82192,684 0,962 0,00154 0,00154

82876,670 0,970 82887,650 0,970 0,00141 0,00141

83577,126 0,978 83588,107 0,978 0,00129 0,00129

83582,616 0,978 83588,107 0,978 0,00115 0,00115

83588,107 0,978 83593,597 0,978 0,00111 0,00111

83593,597 0,978 83604,578 0,979 0,00103 0,00103

84288,563 0,987 84299,544 0,987 0,00078 0,00078

84294,053 0,987 84305,034 0,987 0,00041 0,00041

84294,053 0,987 84305,034 0,987 0,00013 0,00013

Tabla 9. Variables condiciones del lecho en ladesfluidizacin de aserrn

Modelo de clculo para la velocidad

mnima de fluidizacin

Las siguientes ecuaciones fueronutilizadas para el clculo de la velocidadmnima de fluidizacin para cada uno delos materiales: para las prdidasfriccionales a travs del lecho (6) [4]

Donde:

(7)

Es la ecuacin de Ergun que representa

las prdidas viscosas y las prdidas porturbulencia que se presentan a travs deun lecho relleno.

es la fraccin de vaco, calculadamediante la ecuacin

1o oL L L

L L

= = (8)

Donde L es la longitud del lecho despusde fluidizar y L0 es la longitud del lecho

antes de fluidizar.El factor dp es el tamao medio departcula, calculado mediante la relacin(8):

Donde xi es la fraccin msica de uno de

los tamaos de la mezcla.Uo es la velocidad superficial, calculadacomo (9):

Donde S es el rea transversal delfluidizador y es la viscosidad del gas alas condiciones de temperatura y presindel experimento, reportada en la tabla de


7/14

datos obtenidos de la bibliografa.La ecuacin 10 permite el clculo del fluxde aire a travs del lecho:

( )2 21 1 2224

2ln 0c aire Fg PMp f L

p pp G R T d

+ = (10)

Dondep1: Presin atmosfricap2: Presin en la columna o en eldistribuidor.

21c

g kg m s N= : Factor de conversin

necesario para tener un sistemaconsistente de unidades.G: Velocidad msica por unidad de rea

transversal del fluidizador.fF: Factor de friccin a travs del lechoL: Longitud del lecho.d: Dimetro del fluidizador.La velocidad mnima de fluidizacin secalcula mediante la ecuacin de Wen yYu:

2 2 2 3

2 2

1650 24.5 ( )f m p f m p p f p fv D v D D g

+ =

(11)

Donde: vm es la velocidad mnima defluidizacin del lecho.fes la densidad del fluido en el lecho.p es la viscosidad de las partculasg es la gravedad.

Dp es el dimetro medio de las partculasde slidos del lecho. es la viscosidad del aire en el lecho.

Tablas de factor de friccin, prdidas

friccionales y flux de aire en la columna ydistribuidor durante los experimentoscalculado con las ecuaciones (6-9)

P.f(J/Kg)* ff F.v*F.g.l

*(Kg/m2s)(columna)

Vg

(m/s)

- - 0 - -

21242,686 173,979 0,118 10,604 10,667

36349,542 102,688 0,118 13,727 13,81252291,895 72,113 0,118 16,292 16,394

65199,073 58,319 0,118 18,045 18,161

13333,706 41,486 0,211 20,127 20,425

4045,016 30,687 0,318 21,652 21,973

2680,090 24,697 0,375 23,015 23,360

2008,810 20,462 0,423 24,200 24,564

1628,807 17,365 0,464 25,221 25,600

1406,030 14,948 0,500 26,174 26,569

1404,105 14,070 0,516 26,512 27,8261271,896 12,502 0,545 27,196 28,545

1182,324 11,279 0,571 27,748 29,126

1123,185 10,415 0,595 28,066 29,715

1091,131 9,643 0,615 28,381 30,180

1125,333 9,226 0,625 28,637 30,852

1111,383 8,813 0,643 28,613 31,377

1155,709 8,468 0,651 28,844 31,918

1154,017 8,132 0,667 28,786 32,143

1161,672 7,862 0,681 28,680 32,323

Tabla 10. Prdidas friccionales, factor de fricciny flux de aire a travs del lecho durante la

fluidizacin de caf.*P.f: pedidas friccionales, F.v: fraccin de vaco,

F.g.l: Flux del gas en el lecho.


*(Kg/m2s)(columna)

Vg

(m/s)

955,981 6,802 0,6667 31,049 34,983

932,885 7,158 0,6591 30,619 34,181

935,372 7,432 0,6512 30,373 33,598

884,486 8,034 0,6429 29,632 32,486

903,383 8,298 0,6341 29,497 32,048

1054,540 8,982 0,6053 29,406 31,669

1219,954 11,075 0,5588 28,150 30,053

1352,576 12,395 0,5313 27,494 29,095

1588,345 15,722 0,4828 25,821 27,092

2203,995 19,742 0,4231 24,462 25,555

3126,029 22,845 0,3750 23,712 24,768

4783,635 27,171 0,3182 22,780 23,302

16141,634 35,502 0,2105 21,534 21,84685812,404 46,634 0,1176 19,965 20,253

467089,796 63,202 0,0625 17,795 18,051

374121,835 78,032 0,0625 16,081 16,309

259602,889 110,928 0,0625 13,579 13,771

151461,671 187,596 0,0625 10,505 10,652

120554,251 234,774 0,0625 9,406 9,537

Tabla 11. Prdidas friccionales, factor de friccin


8/14

y flux de aire a travs del lecho durante ladesfluidizacin de caf.

*P.f: pedidas friccionales, F.v: fraccin de vaco,F.g.l: Flux del gas en el lecho.


*(Kg/m2s)(columna)

Vg(m/s)

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

- - 0 - -

13367,592 12,474 0,322 31,807 33,942

10306,963 11,925 0,350 31,873 34,312

5582,694 10,553 0,422 31,977 34,732

1280,361 7,155 0,629 31,275 34,274

1177,380 5,700 0,661 33,180 33,710


fluidizacin de aserrn.*P.f: pedidas friccionales, F.v: fraccin de vaco,

F.g.l: Flux del gas en el lecho.


*(Kg/m2s)(columna)

Vg (m/s)

1457,383 2,138 0,610 50,971 56,873

2202,855 3,607 0,541 44,884 49,628

2591,934 4,559 0,513 41,999 46,021

47587,533 87,640 0,220 13,710 15,019

43995,397 91,939 0,220 13,391 14,539

42288,210 92,272 0,220 13,364 14,259

40588,189 95,324 0,220 13,151 14,029

37136,953 100,988 0,220 12,784 13,521

33978,193 107,080 0,220 12,422 13,026

63235,388 213,294 0,179 9,079 9,440

60106,674 222,480 0,179 8,891 9,242

54192,454 239,373 0,179 8,574 8,83948819,263 257,967 0,179 8,261 8,445

43259,383 286,403 0,179 7,844 8,018

41566,426 296,541 0,179 7,709 7,880

38209,596 319,327 0,179 7,431 7,595

28341,120 411,360 0,179 6,553 6,642

14549,626 765,447 0,179 4,812 4,877

4679,900 2298,689 0,179 2,781 2,819


desfluidizacin de aserrn.*P.f: pedidas friccionales, F.v: fraccin de vaco,F.g.l: Flux del gas en el lecho.

F.g.l (Kg/m2s)(distribuidor)*

Vg (m/s) F.v*

- - 0

10,581 10,644 0,118

13,682 13,766 0,118

16,221 16,323 0,118

17,952 18,068 0,118

20,006 20,302 0,21121,512 21,831 0,318

22,868 23,211 0,375

24,039 24,401 0,423

25,039 25,415 0,464

25,999 26,391 0,500

26,339 27,644 0,516

27,017 28,358 0,545

27,567 28,936 0,571

27,894 29,533 0,59528,224 30,012 0,615

28,473 30,677 0,625

28,449 31,197 0,643

28,702 31,761 0,651

28,679 32,023 0,667

28,565 32,193 0,681

Tabla 14. Factor de friccin y flux de aire a travsdel distribuidor durante la fluidizacin de caf.


9/14

* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en ellecho.


Vg (m/s) F.v*

31,049 34,983 0,666730,619 34,181 0,6591

30,373 33,598 0,6512

29,632 32,486 0,6429

29,497 32,048 0,6341

29,406 31,669 0,6053

28,150 30,053 0,5588

27,494 29,095 0,5313

25,821 27,092 0,4828

24,462 25,555 0,4231

23,712 24,768 0,3750

22,780 23,302 0,3182

21,534 21,846 0,2105

19,965 20,253 0,1176

17,795 18,051 0,0625

16,081 16,309 0,0625

13,579 13,771 0,0625

10,505 10,652 0,0625

9,406 9,537 0,0625

Tabla 15. Factor de friccin y flux de aire a travsdel distribuidor durante la desfluidizacin de caf.* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en el

lecho.

F.g.l (Kg/m s)(distribuidor)*

Vg (m/s) F.v*

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

- - 0

31,790 33,924 0,322

31,841 34,277 0,350

31,933 34,684 0,422

31,263 34,261 0,629

33,232 33,764 0,661

Tabla 16. Factor de friccin y flux de aire a travsdel distribuidor en la fluidizacin de aserrn.* F.v:fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en el lecho.


Vg (m/s) F.v*

51,024 56,932 0,610

44,923 49,671 0,541

42,034 46,059 0,513

13,711 15,021 0,220

13,392 14,541 0,220

13,364 14,259 0,220

13,153 14,031 0,220

12,783 13,519 0,220

12,419 13,022 0,220

9,078 9,438 0,179

8,889 9,241 0,179

8,573 8,837 0,1798,259 8,443 0,179

7,843 8,017 0,179

7,708 7,879 0,179

7,429 7,592 0,179

6,551 6,640 0,179

4,811 4,876 0,179

2,781 2,818 0,179

Tabla 17. Factor de friccin y flux de aire a travsdel distribuidor durante la desfluidizacin de

aserrn

Grficos a partir de los datos de las tablas

Grfico 1. Log V vs Log P en la columna parala fluidizacin de caf.

Grfico 2. Log V vs Log P en el distribuidorpara la fluidizacin de caf.


10/14

Grfico 3. Log V vs Log P en la columna para

la desfluidizacin de caf.

Grfico 4. Log V vs Log P en el distribuidorpara la desfluidizacin de caf.

Grfico 5. Log V vs Log P en la columna parala fluidizacin de aserrn.

Grfico 6. Log V vs Log P en en el distribuidorpara la fluidizacin de aserrn.

Grfico 7. Log V vs Log P en en la columnapara la desfluidizacin de aserrn.

Grfico 8. Log V vs Log P en en el distribuidorpara la desfluidizacin de aserrn.

Grfico 9. Porosidad vs velocidad para lafluidizacin de caf.


11/14

Grfico 10. Porosidad vs velocidad para la

desfluidizacin de caf

Grfico 11. Porosidad vs velocidad para lafluidizacin de aserrn.

Grfico 12. Porosidad vs velocidad para ladesfluidizacin de aserrn.

Grfico 13. Altura del lecho vs Log v en ladesfluidizacin de caf.

Grfico 14. Altura del lecho vs Log v en lafluidizacin de aserrn.

Grfico 15. Altura del lecho vs Log v en ladesfluidizacin de aserrn.

Presentacin de resutados

Con base en la ecuacin (11) y los datos delas tablas se ha calculado la velocidad mnimade fluidizacin para cada uno de losmateriales tanto durante la fluidizacin comodurante la desfluidizacin. En las tablas develocidad mnima de fluidizacin, 18-21, secompara este valor obtenido mediante laecuacin (11) y la velocidad del gas en lechoreportada en las tablas 10-17.


12/14

Tablas velocidad mnima de fluidizacin

F.v*F.g.l *(Kg/m2s)

(columna)Vg (m/s) Vm (m/s)

0 - - 46,8724

0,118 10,604 10,667 46,8723

0,118 13,727 13,812 46,8724

0,118 16,292 16,394 46,8724

0,118 18,045 18,161 46,8725

0,211 20,127 20,425 46,8762

0,318 21,652 21,973 46,8762

0,375 23,015 23,360 46,8762

0,423 24,200 24,564 46,8763

0,464 25,221 25,600 46,8763

0,500 26,174 26,569 46,8763

0,516 26,512 27,826 46,8908

0,545 27,196 28,545 46,8908

0,571 27,748 29,126 46,8909

0,595 28,066 29,715 46,8945

0,615 28,381 30,180 46,8964

0,625 28,637 30,852 46,9019

0,643 28,613 31,377 46,9092

0,651 28,844 31,918 46,9129

0,667 28,786 32,143 46,91660,681 28,680 32,323 46,9203

Tabla 18. Comparacin entre velocidad mnimade fluidizacin y velocidad del gas en el lecho

para la fluidizacin de caf.* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en el

lecho.

F.v*F.g.l *(Kg/m2s)


0,6667 31,049 34,983 46,9202

0,6591 30,619 34,181 46,9165

0,6512 30,373 33,598 46,9127

0,6429 29,632 32,486 46,9091

0,6341 29,497 32,048 46,9054

0,6053 29,406 31,669 46,9017

0,5588 28,150 30,053 46,8981

0,5313 27,494 29,095 46,8943

0,4828 25,821 27,092 46,8907

0,4231 24,462 25,555 46,8888

0,3750 23,712 24,768 46,8888

0,3182 22,780 23,302 46,87970,2105 21,534 21,846 46,8760

0,1176 19,965 20,253 46,8760

0,0625 17,795 18,051 46,8760

0,0625 16,081 16,309 46,8759

0,0625 13,579 13,771 46,8759

0,0625 10,505 10,652 46,8758

0,0625 9,406 9,537 46,8758


para la desfluidizacin de caf.* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en el

lecho.

F.v*F.g.l *(Kg/m2s)


0

- - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,35840 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3584

0 - - 12,3600

0 - - 12,3604

0 - - 12,3604

0 - - 12,3604

0,322 31,807 33,942 12,3612

0,350 31,873 34,312 12,3616

0,422 31,977 34,732 12,3620

0,629 31,275 34,274 12,3625

0,661 33,180 33,710 12,3589


para la fluidizacin de aserrn.* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en el

lecho.


13/14

F.v*F.g.l *(Kg/m2s)


0,610 50,971 56,873 12,3633

0,541 44,884 49,628 12,3629

0,513 41,999 46,021 12,36250,220 13,710 15,019 12,3624

0,220 13,391 14,539 12,3620

0,220 13,364 14,259 12,3612

0,220 13,151 14,029 12,3612

0,220 12,784 13,521 12,3608

0,220 12,422 13,026 12,3604

0,179 9,079 9,440 12,3600

0,179 8,891 9,242 12,3600

0,179 8,574 8,839 12,3596

0,179 8,261 8,445 12,3592

0,179 7,844 8,018 12,3592

0,179 7,709 7,880 12,3592

0,179 7,431 7,595 12,3592

0,179 6,553 6,642 12,3588

0,179 4,812 4,877 12,3588

0,179 2,781 2,819 12,3588

Tabla 21.Comparacin entre velocidad mnima defluidizacin y velocidad del gas en el lecho para la

desfluidizacin de aserrn.

* F.v: fraccin de vaco, F.g.l: Flux del gas en ellecho.

4. CONCLUSIONES

4.1 Anlisis de Resultados

En el fenmeno de fluidizacin se presentanvarias etapas, en las que las partculas slidaspuestas en contacto con un fluido, comienzan

a vencer la fuerza de gravedad, la friccin yla interaccin entre partculas, debido a que lafuerza de empuje producida por dicho fluidocomienza a ser mayor.

En las grficas 1 a 4 se tiene la fluidizacin ydesfluidizacin para el caf en la columna ydistribuidor y se deduce que tiene puntos defluidizacin porque al ir aumentando lavelocidad del aire se tienen cambios muypequeos en la presin, mientras que en lasfiguras 5 y 6 que son las correspondientes a la

fluidizacin del aserrn en la columna y en eldistribuidor se observa un punto constante enla presin pero un cambio grande en lavelocidad debido a la forma de la partcula,ya que tiene menos lugares por donde puedapasar el aire para llevar a cabo la fluidizacin.

Con las curvas de fluidizacin en la columna,grficas 1 para el caf y la grfica 5 para elaserrn se conocen la velocidad mnimacorrespondiente a 10.66 y 33.96 m/s

respectivamente. Al hacer la comparacincon las tablas 18 y 20 se encuentra que setienen unos porcentajes de error muy altoscorrespondientes a 77% y 175%.

De las grficas 9, 10, 11 y 12 que son lascorrespondientes a la porosidad respecto a lavelocidad de fluidizacin y desfluidizacindel caf y del aserrn, se puede observar quepara el lecho descendente la porosidad bajamas constantemente y esto se debe a que elaire est entre las partculas slidas y no estntan empaquetadas como al principio del lechoascendente, debido a esto tambin se puedeobservar que las grficas de fluidizacincomienzan con una porosidad cero.

Durante el desarrollo de la prctica se pudoobservar que a medida que se incrementaba ella velocidad a la entrada del aire aumentabala altura del lecho, aunque para el aserrn alprincipio no se tuvo un arrastre considerablede slidos. Esto se puede observar claramenteen las figuras 13, 14 y 15.

4.2 Causas y Fuentes de Error

El punto donde se une la columna cargada

con el material a fluidizar con el resto de lacolumna existe una fuga de aire llevando aerrores en las medidas ya que no se alcanza laverdadera altura de fluidizacin.Al ver que el aserrn no fluidizaba se movila columna y se empez a ver paso del airepor el aserrn.La dificultad para leer la altura del lechofluidizado debido a los grandes saltos y lamala calibracin del manmetro tambinpuede conllevar a errores en los resultadospresentados.

El modelo de clculo para la porosidadpresentado por el equipo capitn no estuvobien aplicado.

4.3 Conclusiones

1. Durante la realizacin de la prcticapara cada uno de los compuestos aanalizar se pudo identificar las tresetapas de la fluidizacin que sonlecho esttico, estado intermedio,

lecho hirviente.2. La velocidad mnima de fluidizacin

para el caf es de 10.66 m/s mientrasque para el aserrn es de 33.96 m/s,demostrando que mientras aumente eltamao de las partculas conllevar auna mayor velocidad de fluidizacin.

3. Se pudo notar que al ir aumentando lavelocidad del gas la porosidadtambin se va incrementando, esto se


14/14

debe a que al aumentar la velocidadel lecho se expande y crea un mayornmero de espacios de volumen devacos.

4. La porosidad en las grficas defluidizacin comienzan en cerodebido a las diferentes condicionesiniciales (mayor empaquetamiento)en el lecho ascendente comparadocon el descendente, vindose que sonmenores la del ascendente.

4.4 Sugerencias

Para quienes vayan a realizar esta prctica seles recomienda lo siguiente:

1. Realizar las manipulaciones decaudal con sumo cuidado, con el finde prevenir cambios bruscos en lacada de presin y con ello accidentesen los manmetros (escape dellquido manomtrico).

2. Verificar antes de comenzar larealizacin de la practica que todaslas conexiones entre las lneas estnbien ajustadas y el cuerpo cilndricodel fluidizador bien sellado paraevitar fugas del sistema.

3. Verificar al comienzo de la prcticaque el nivel del fluido manomtricodentro de los tubos en U sea eladecuado, de no ser as proceda a sullenado.

4. Al realizar el desmonte de alguno delos cuerpos del fluidizador, trabajecon la ayuda de un compaero, con elfin de evitar que este sufra algndao.

5. Dependiendo del tamao y ladensidad del material de trabajo, ser

necesario mas o menos caudal de airepara alcanzar la velocidad de mnimafluidizacin, si es del caso que almanipular la vlvula V2 (vlvula decontrol de flujo) sta estcompletamente abierta y an no se haalcanzado la condicin de cada depresin en el lecho constante,continu adicionando airemanipulando la vlvula de regulacinV1.

6. No cierre el caudal de aireinmediatamente, lleve el caudal a unvalor de cero lentamente para evitardaos en los manmetros.

7. No exceda la presin del mximopermitido por el manmetro decartula instalado en la vlvula deregulacin V1.

8. De ocurrir algn derrame de lquidomanomtrico, proceda a retirarlo dela trampa o de la lnea en la cual se

encuentra y proceder a llenar elrespectivo manmetro nuevamente.

9. Realizar una purga al compresor alterminar la experiencia, con el fin deretirarle todo el lquido condensado

durante la realizacin de la prctica.

4.5 Cuestionario

Por qu se observ un comportamientodiferente al fluidizar caf y al fluidizaraserrn?

En la prctica se le atribuy estoprincipalmente a la densidad y la forma de laspartculas.

5. BIBLIOGRAFA[1]. lvarez, H.D., tablas de conversiones,Apuntes del profesor.[2]. Principios elementales de los procesosqumicos, 3a ed., R. Felder, I.J. Rosseau.[3]. Chemical engineers handbook, 7a ed.,Perry, chapter 2.[4]. Flujo de fluidos e intercambio de calor, 1aed, O. Levenspiel.[5]Hincapi Y. Readecuacin y puesta en

marcha del laboratorio de operacionesunitarias y de control [Tesis de Maestra].Medelln, Universidad Nacional deColombia, 2004.[6]Perry's Chemical Engineering Handbook8th Edition. Captulo 17.

Informe Fluidizacion.pdf

Documents

Transcript of Informe Fluidizacion.pdf