UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.DEPARTAMENTO DE OPERACIONES UNITARIAS Y PROYECTOSLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Dagert, Mara. Daz, Vernica. Selvi, Hernando. Tat, Yasmin.FluidizacinResumen

1. 2. Marco Terico.En varias operaciones industriales, encontramos una fase fluida (gas o lquido) que fluye a travs de una fase formada por partculas slidas. Como ejemplos podemos citar, la filtracin, la transmisin de calor en regeneradores, la transferencia de masa en columnas empacadas, las reacciones qumicas con el uso de catalizadores slidos, la adsorcin y el desplazamiento de aceites minerales a travs del subsuelo hacia un pozo petrolero. En muchos casos, la fase slida es estacionaria, como sucede en las columnas de destilacin empacadas; en otros casos, el lecho se desplaza a contracorriente con el flujo de gas, como sucede en los calentadores de guijarros o e ciertos reactores catalticos. En algunos casos, la velocidad del fluido es lo suficientemente grande para que la transferencia de cantidad de movimiento del fluido a las partculas slidas balancee la fuerza gravitacional opuesta sobre las partculas y el lecho se expanda en una fase aparentemente fluida. [1]El comportamiento de un lecho relleno viene caracterizado principalmente por las siguientes magnitudes: - Porosidad del lecho o fraccin de huecos, .- Esfericidad de una partcula, .- Tamao de partculas, dp. [3]En un lecho de partculas con flujo ascendente, la circulacin de un gas o un lquido a baja velocidad no produce movimiento de las partculas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presin. Esta cada de presin en un lecho estacionario de slidos viene dada por la ecuacin de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la cada de presin y el rozamiento sobre las partculas individuales. Se alcanza un punto en el que las partculas no permanecen por ms tiempo estacionarias, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, fluidizan por la accin del lquido o el gas. [2]La fluidizacin puede ser hidrulica si se trabaja con lquido y neumtica si se trabaja con gas como fluido.Se considera un tubo vertical, corto y parcialmente lleno de un material granular. A medida que aumenta gradualmente la velocidad, aumenta la cada de presin, pero las partculas no se mueven y la altura del lecho permanece invariable. Para una cierta velocidad, la cada de presin a travs del lecho equilibra la fuerza de gravedad sobre las partculas, o peso del lecho, y un posterior aumento de la velocidad provoca el movimiento de las partculas (Figura 1).Al aumentar ms la velocidad, las partculas estn suficientemente separadas entre s como para moverse en el lecho y comienza la verdadera fluidizacin. Una vez que el lecho est fluidizado, la cada de presin a travs del lecho permanece constante pero la altura del lecho contina aumentando al aumentar el flujo. [2]Figura 1. Formacin de un lecho fluidizado a partir de un lecho fijo de partculas.

Figura 2.Cada de presin vs Re en la fluidizacin de un lecho de partculas solidas. El comportamiento de la cada de presin en un lecho empacado, cuando la velocidad del flujo ascendente a travs de l aumenta, se ilustra en la figura 2. Entre los puntos A y B, el lecho es estable. En el punto B, la prdida de presin, esencialmente se balancea el peso de los slidos del lecho. Entre los puntos B y C el lecho es inestable y las partculas ajustan su posicin para presentar la menor resistencia posible al flujo. En el punto C, se obtiene la ltima posicin posible en la cual las partculas se encuentran en contacto. Despus de este punto, las partculas empiezan a moverse libremente, pero chocando frecuentemente, en tal forma que su movimiento es similar al de las partculas en sedimentacin retardada. El punto C recibe el nombre de punto de fluidizacin. En el tiempo en que se alcanza el punto D, todas las partculas se encuentran en movimiento, y arriba de este punto, el aumento del nmero de Reynolds da como resultado incrementos muy pequeos en la cada de presin. Por ltimo, las partculas son arrastradas con el fluido y el lecho cesa de existir. Esto ocurre en el punto D. [1]En los lechos fluidizados se pueden presentar los siguientes fenmenos: En los casos en que las densidades del fluido y los slidos no son muy diferentes, donde las partculas son muy pequeas, y por consiguiente donde la velocidad de flujo es baja, el lecho se fluidiza uniformemente. La fase solida tiene varias de las caractersticas de un gas. Este caso recibe el nombre de fluidizacin en partculas y se caracteriza por una expansin grande pero uniforme del lecho a velocidades elevadas. Cuando las densidades del fluido y del solido son considerablemente diferentes, o las partculas son grandes, la velocidad de flujo deber ser relativamente alta. En este caso, la fluidizacin es irregular y el fluido pasa a travs del lecho principalmente en grandes burbujas. En este caso, el lecho tiene varias de las caractersticas de un lquido, en el cual la fase fluida acta como un gas burbujeando a travs de l. Recibe el nombre de fluidizacin en agregados o de burbujeo. [1]La medicin del caudal que transita por los lechos se hace mediante un rotmetro. Un medidor de rea el cual consta esencialmente de un tubo cnico de vidrio. El fluido asciende a travs del tubo cnico y mantiene libremente suspendido un flotador. El flotador es el elemento indicador y cuanto mayor es la velocidad de flujo, mayor es la altura que alcanza en el tubo. El tubo est graduado y la lectura viene dada por el borde de lectura del flotador. Es necesario disponer de una curva de calibrado para convertir la lectura de la escala en velocidad de flujo. Los rotmetros pueden utilizarse tanto para la medida de flujo de lquidos, como de gases. [2]La utilizacin amplia de la fluidizacin comienza en la industria del petrleo con el desarrollo del cracking cataltico en lecho fluidizado. Aunque actualmente la industria utiliza reactores de transporte para el craqueo cataltico en vez de lechos fluidizados, la regeneracin del catalizador todava se realiza en reactores de lecho fluidizado.Las principales ventajas de la fluidizacin consisten en que el slido est vigorosamente agitado por el fluido que circula a travs del lecho, y la mezcla de los slidos asegura que no existen prcticamente gradientes de temperatura en el lecho aun con reacciones fuertemente exotrmicas o endotrmicas. [2]5. Referencias:[1] Foust, A. S. Principios de operaciones unitarias Compaa editorial continental. Mexico. (1980) Pag: 593-601.

[2] McCabe, W. L. y col. Operaciones unitarias en Ingeniera qumica. Cuarta edicin. Mc Graw Hill. Madrid. (1996) Pag: 171-185.

[3]http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/Fluid/Fluidizacion%202006-07.pdf (Visitado el 26-01-2010)