FLUIDIZACI+ôN.informe

7/24/2019 FLUIDIZACI+N.informe

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FLUIDIZACIN.DETERMINACIN DEL PUNTO DE FLUIDIZACIN PARA LECHOS FORMADOS POR

DIFERENTES TIPOS DE PARTCULAS.

Anzola T Isabel C, Ramrez G, Krystal

Facultad de Ingeniera. Escuela de Ingeniera Qumica. ni!ersidad de los Andes. "#rida. $enezuela.

RESUMEN

La fluidizacin de lechos consiste en el paso de un fluido (lquido o gaseoso) a

travs de partculas slidas, provocando su movimiento, cuyo mecanismo puede

explicarse con la cada de presin que sufre el fluido al pasar a travs del lecho. sta

tcnica tiene diversas aplicaciones en la ingeniera qumica, entre las cuales destaca

los procesos de reaccin con cat!lisis en donde el !rea superficial aumenta cuando el

lecho cataltico se encuentra fluidizado. n esta experiencia se determino el punto de

fluidizacin de partculas de distintos di!metros y porosidad, al ser sometidas a

diferentes flu"os volumtricos de agua, se determino la cada de presin en cada

lecho mediante la diferencia entre la cada de presin o#servada en el mismo y lacada de presin que se o#serva en una columna sin partculas. $on las alturas

medidas del lecho se determino la porosidad del mismo para cada caudal en funcin

de su expansin. %inalmente se expres gr!ficamente la tendencia de la cada de

presin en funcin del n&mero de 'eynolds y el comportamiento de la porosidad en

funcin del mismo para cada tipo de partculas que conforman el lecho de cada

columna.

INTRODUCCION

$omo proceso tcnico, la fluidificacin o fluidizacinconsiste en situar una suspensin de partculas slidas en una

corriente vertical ascendente, ya sea lquida o gaseosa, la

cual conlleva a un ntimo contacto entre las fases.

$uando se estudia el comportamiento de la fluidizacin es

necesario determinar el comportamiento de un mismo fluidopara diferentes partculas, relacion!ndolo con la cada de

presin que experimenta el fluido a travs del lecho y de su

velocidad superficial. stas relaciones se determinan

comparando los lechos con una columna vaca.

La fluidizacin es una condicin inesta#le porque la

velocidad superficial ascendente del fluido es menor que lavelocidad final de sedimentacin de las partculas la

velocidad del fluido no #asta para arrastrar y transportar en

forma continua todos los slidos. l mismo tiempo, dentro de

la corriente del fluido se registran tur#ulencias que logran

elevar transitoriamente las partculas, como se o#serva en lafigura *. +u movimiento es repetidamente ascendente y

descendente, dando como resultado dos fases entremezcladas

que se comportan como un fluido en e#ullicin. *-

Fig.1 Lechos de sidos !"idi!ic#dos.$1%

La forma m!s com&n de fluidificacin de un lecho, es un

cilindro vertical, al cual se le de#e suministrar espacio para la

expansin vertical de los slidos y para la separacin del

material arrastrado. l volumen por arri#a del lecho seconoce como espacio de separacin, el !rea de la seccin

transversal se determina mediante el flu"o volumtrico del

gas o del lquido, y el flu"o m!ximo se determina #as!ndose

en el arrastre del slido.

La velocidad del fluido es un factor que incide de manera

determinante en el comportamiento del lecho. aravelocidades #a"as de fluido, el lecho se comporta como un

lecho empacado, ya que el relleno se encuentra est!tico. /n

aumento en la velocidad produce que el lecho de partculas

comience a expandirse y a aumentar su porosidad, esto trae

como consecuencia la disminucin de la velocidad del fluidoentre partcula y partcula, reducindose el impulso individual

que les confiere el fluido, hacindolas decantar, y en ese

momento la cada de presin experimentada por el fluido se

iguala a la fuerza que la gravedad e"erce so#re las partculas y

estas empiezan a moverse.

/no de los par!metros importantes que de#e tomarse en

cuenta a la hora de estudiar la fluidizacin de lechos es la

porosidad. La porosidad es la propiedad fsica de los cuerpos

de poseer entre sus partculas espacios li#res, llamados poros

fsicos. La porosidad de un lecho aumenta cuando ste se

expansiona de#ido al paso del fluido. partir del momentoen que ocurre el arrastre del lecho, la porosidad va


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acerc!ndose a la unidad, hasta que el lecho finalmente de"a de

existir.

xisten #!sicamente dos tipos de fluidizacin, las cuales

dependen de la forma, tama0o y peso de las partculas, y ladensidad del fluido. +i la densidad del fluido y la densidad

de las partculas son similares, el lecho se fluidiza de manera

uniforme este tipo de fluidizacin se conoce como

fluidizacin en partculas. $uando las densidades de laspartculas y el fluido difieren nota#lemente, o cuando el

tama0o de las partculas es tal que requiere una alta velocidadpara fluidificarse, la fluidificacin del lecho se realiza de

manera desigual, lo que se conoce como fluidizacin en

agregados.1-

n la figura 1 se muestra el comportamiento de la cada de

presin en un lecho empacado con respecto al n&mero de'eynolds, cuando la velocidad del flu"o ascendente a travs

de l aumenta. ntre los puntos y 2, el lecho es esta#le y,

como se puede apreciar, la cada de presin vara en forma

lineal con el 3'ey el lecho se comporta como un lecho fi"o.

ntre los puntos 2 y $ el lecho es inesta#le y las partculas

a"ustan su posicin para presentar la menor resistenciaposi#le al flu"o. n el punto $, se o#tiene la &ltima posicin

posi#le en la cual las partculas se encuentran en contacto.

4espus de este punto, las partculas empiezan a moverse

li#remente, pero chocando frecuentemente. l punto $

reci#e el nom#re de 5punto de fluidizacin6. n el tiempo en

el que se alcanza el punto 4, todas las partculas seencuentran en movimiento, y arri#a de ese punto, el aumento

en 3'eda como resultado incrementos muy peque0os en 7,

conforme contin&a expandindose el lecho y las partculas se

mueven con desplazamientos mas r!pidos y mas

independientes. or &ltimo, las partculas son arrastradas conel fluido y el lecho cesa de existir. sto ocurre en el punto .

Fig" '. F"idi(#ci) de ") echo de *#&+,c"#s sid#s.

n el siguiente informe se eval&a el comportamiento de la

fluidizacin discontinua de lechos de partculas slidas,

midiendo la cada de presin para diferentes velocidades delfluido a travs de cuatro lechos con partculas de diferentes

tama0os y densidades.

La fluidizacin discontinua asegura el contacto del fluido con

todas las partes de las partculas slidas, as como mantiene

una uniformidad completa de los slidos de#ido a la total

agitacin del lecho y hace que las variaciones de temperatura

sean mnimas en reactores de gran tama0o, a causa tam#inde la vigorosa agitacin. 1-

n el momento de fluidizacin de un lecho, existe un

excelente contacto entre las partculas slidas y el fluido. +i

hay una diferencia de temperatura, se produce una ptima

transferencia entre las fases, y existe una excelenteoportunidad para la transferencia de masa.

Los lechos fluidificados se utilizan en forma satisfactoria en

varios procesos catalticos, como la desintegracin y

reformacin de hidrocar#uros, y las reacciones en fase

gaseosa, en las que las condiciones para la transferencia decalor y masa entre el catalizador y la fase gas ofrecen un

rendimiento que no puede ser o#tenido por ning&n otro

mtodo.

lgunos empleos no catalticos son el tostado de minerales de

sulfuro, coquizacin de residuos de petrleo, secado y otros

procesos que impliquen descomposicin qumica de

partculas slidas por accin del calor. n la actualidad existe

un gran inters en las del car#n y los desperdicioscom#usti#les para generar vapor, as como en la gasificacin

de car#n.

MATERIALES

* $ronmetro.

1 8arras de 1 litros.

continuacin se presenta el diagrama del equipo utilizado

seguido del mtodo #a"o el cual se o#tuvieron los resultados9

Fig" -. E"i*o de !"idi(#ci) sido/,"ido.

3:;3$L


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volumen recogido en un cilindro graduado para un tiempo

determinado medido con el cronmetro.

aralelamente se tomaron las lecturas de cada de presin en

el manmetro instalado. +e grafic la cada de presin As.

caudal.

F"idi(#ci) de os echos9

+e a#rieron las v!lvulas que desvan el fluido hacia lacolumna de vidrio con esferas de menor di!metro ($*) y se

mantuvieron cerradas las restantes.

+e midi para diferentes valores de caudal el valor de la

diferencia de presin en la columna $* (para o#tener la cada

de presin de#ida al empaque) y la altura (aproximada) que

alcanzan las partculas en el lecho.

$on los datos o#tenidos se construyeron las gr!ficas cada de

presin vs. 'eynolds y porosidad As caudal.

+e verific la presencia del punto de inicio de la fluidizacin

del lecho para el rango de caudales empleados en lasmediciones.

RESULTADOS

n la primera experiencia, se determina la cada de presin

entre la entrada del lecho sin partculas y la descarga del

tanque a la atmsfera para distintos caudales. Los resultados

de esta experiencia se pueden ilustrar en la figura 1.

Fig.2. C"&3# de C#i0ci).

partir de la data experimental se realiza una regresin lineal

de los datos para o#tener una funcionalidad entre la cada de

presin (medida desde la entrada al lecho hasta la descarga ala atmsfera y el caudal cuya ecuacin es de igual forma

mostrada en la figura @.. s importante destacar que la cada

de presin no representa &nicamente las prdidas por friccin

en el lecho sino que adem!s incluye las prdidas hasta la

descarga del tanque en donde la presin es conocida e igual a

la presin atmosfrica.

La cada de presin en funcin del 'eynolds para las

columnas *, 1, ?, y @ se muestran a continuacin9

Fig 4. C"&3# de !"idi(#ci) de echo 1.5D*678.'98c:

n la figura B se puede o#servar un primer tramo es lineal en

donde no se o#serv la fluidizacin del lecho *.+e puede

o#servar que el caudal de fluidizacin que correspondera al

punto $ de la fig.1 se alcanza en el punto (@.CD, 7E.FF) queapoyados en los datos que se refle"an en la ta#la *

corresponde a un caudal de fluidizacin de DE.1EmlGs.


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Fig. > C"&3# de !"idi(#ci) de echo '. 5D*67 8.>48 c:

n la figura D, se o#serva que la zona en donde el lecho 1

permanece est!tico est! constituida &nicamente con ? puntos

experimentales, que corresponden al 'eynolds en donde ellecho no se ha fluidizado. l punto de fluidificacin se

encuentra entre los puntos de 'eynolds entre ?1 7D*x *E @, lo

que a su vez como se o#serva en la ta#la 1 corresponde a uncaudal de fluidizacin de *DC.F@ mlGs. /n comportamiento

similar se tiene en el lecho ? (figura C).

l punto de fluidizacin para el lecho ? se o#tiene cerca del

tercer punto de los datos experimentales de izquierda a

derecha correspondientes como se o#serva en la ta#la ? a uncaudal de HF.E1 mlGseg para un 'eI *E@1C*.?1@ y con una

cada de presin de E.*EBE psi.

J4p9 di!metro de las partculas que conforman el lecho.


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Fig. @ C"&3# de F"idi(#ci) de echo 2.5D*671.4?2c:

n la figura H se o#servan fluctuaciones en la tendencia de la

curva por lo que no es posi#le determinar gr!ficamente el

punto de fluidizacin, ahora si tomamos el punto en el cual el

lecho de separ por completo seria el punto m!ximo de lafuncin.

continuacin se presentan los gr!ficos de porosidad del

lecho en funcin del n&mero de 'eynolds para cada lecho

con partculas. 3tese que sin importar el di!metro de

partcula utilizado el comportamiento del lecho cuando seestudian los par!metros de porosidad y 'e sigue la tendencia

de una curva polinmica, de la cual su grado depende de la

fuerza de resistencia que presentan las partculas para ser

fluidizadas. n las figuras F,*E,**,*1 se o#serva con claridad

este comportamiento, las lneas de tendencia con las

ecuaciones de porosidad como una funcionalidad del'eynolds, esto es, la expansin del lecho a medida que

aumenta el caudal.

Fig. 9 #&i#ci) de # Po&osid#d e) !")ci) de ReB)ods*# e echo 1. 57 8.-@8:

Fig.18.#&i#ci) de # Po&osid#d e) !")ci) de ReB)ods

*# e echo '. 5 78.21@:

Fig.11 #&i#cio) de # Po&osid#d e) !")ci) de ReB)ods

*# e echo -. 578.284:

Fig.1' #&i#ci) de # Po&osid#d e) !")ci) de ReB)ods

*# e echo 2. 5 78.294:ANALISIS DE LOS RESULTADOS


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n las figuras que representan el comportamiento de los

lechos fluidizados cuando se estudian los par!metros de cada

de presin en el lecho y el rgimen en el cual se encuentran

las partculas podemos o#servar que una vez que se alcanzael punto equivalente al punto $ de la figura 1 el sistema

arro"a un seria de fluctuaciones lo cual es coherente pues el

lecho no se mantiene fluidizado en un mismo punto con una

misma presin, sin em#argo sigue la tendencia a conseguir elpunto en que la fluidizacin del lecho sea completa, el me"or

caso para ver este fenmeno es el estudio realizado en lecho3K @, figura H, en el cual se utilizaron como partculas a

fluidizar metras, cuyo tama0o y peso influyen directamente

en la o#tencin del punto de fluidizacin como ya se

menciono anteriormente.

4e o#servar con detenimiento estas figuras podemos deducirque a medida que se aumenta el di!metro de la partcula que

compone el lecho se requiere de una mayor caudal , este a su

vez influye directamente en el numero de 'eynolds, para

lograr que el lecho fluidice, es decir, para lograra alcanzar el

punto de fluidizacin, ya que a medida que aumentamos el

di!metro de las partculas aumentamos de forma directa lamasa del las mismas y por lo tanto las atracciones

gravitacionales entre las partculas y la tierra ser!n mayores.

/n caso particular es el ocurrido en la experiencia donde se

trato de fluidizar el lecho 3K 1, ntese en la figura D que

luego de que se alcanza el punto de fluidizacin se o#tieneun punto mnimo en la grafica dando como resultado un

comportamiento que en primera instancia podra considerarse

como errneo, sin em#argo la explicacin a este

comportamiento es el reordenamiento de la gran cantidad de

partculas que conforman este lecho mientras estas se

encuentran en movimiento.

La porosidad del lecho estatico depende directamente del

diametro de la particula que lo compone, pues a mayor

diametro se disminuyen los puntos de contacto entre las

particulas implicando esto un mayor espacio vacio que puedeser ocupado con facilidad por el fluido sin em#argo a menor

diametro de la particula que compone el lecho mayor sera la

porosidad del mismo ya que las partculas de menor tama0o

son arrastradas con mayor facilidad que las de di!metro masgrande a un determinado del caudal.

CONCLUSIONES

n el estudio de la fluidizacin de lechos se encuentra

que el punto de fluidizacin de los mismos se presentacuando las cadas de presin de#ido al flu"o ascendente

son iguales al peso del empaque.

+in importar el di!metro de partcula que se tenga se

o#serva por de#a"o del punto de fluidizacin la

porosidad del lecho se mantiene constante, una vez que

el lecho fluidiza esta aumenta.

n el perodo en el que los lechos est!n est!ticos, el

di!metro de partcula y la porosidad son varia#les

directamente proporcionales a medida que aumenta el

di!metro de partcula aumenta la porosidad del lecho

est!tico.

n el punto de fluidizacin la cada de presin de#ido al

lecho presenta un m!ximo. 4espus de este punto la

cada de presin disminuye un poco y tiende permanecer

constante, sin em#argo no en todos los lechos se o#servo

el mismo comportamiento de#ido quiz!s a la falta de

puntos experimentales para construir una grafica que

refle"e el adecuado comportamiento.

$omo #ien se refle" en la introduccin en la

fluidizacin existen dos tipos de fluidizacin por

partculas y fluidizacin en agregados, los lechos

constituidos por partculas de di!metro relativamente

peque0o, presentan una fluidizacin en partculas, y los

de partculas muy grandes presentan una fluidizacin en

agregados como fue el caso del lecho n @.

REFERENCIAS

*-erry, '. Perry Manual del Ingeniero Qumico. (+exta

dicin) raM7NillG=nteramericana de

;xico. $olom#ia, *FFH.pp9 1E7?

1- ;c$a#eG+mith, Operaciones bsicas de Ingeniera

Qumica.

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