FLUIDIZACION

OPERACIN UNITARIA DE FLUIDIZACIN

1introduccinLa fluidizacin ocurre cuando pequeas partculas slidas son suspendidas por una corriente de un fluido que se dirige de abajo hacia arriba venciendo el peso de las mismas. Cuando la velocidad del fluido debe ser lo suficientemente alta como para suspender las partculas, pero a la vez no tan elevada como para expulsar las partculas fuera del recipiente. Las partculas slidas rotan en el lecho rpidamente, crendose un excelente mezclado.Marco tericoLECHO Un lecho consiste en una columna formada por partculas slidas, a travs de las cuales pasa un fluido (lquido o gas) el cual puede ser librado de algunas impurezas y sufre una cada de presin. Si el fluido se mueve a velocidades bajas a travs del lecho no producemovimientode las partculas, pero al ir incrementando gradualmente la velocidad llega un punto donde las partculas no permanecen estticas sino que se levantan y agitan, dicho proceso recibe el nombre de fluidizacin.

Lecho Fijo: las partculas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras, esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la fraccin de vaco en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En esta etapa el fluido experimenta la mayor cada de presin del proceso.

Lecho prefluidizado: tambin es conocido comofluidizacin incipiente, y se trata de unestadode transicin entre el lecho fijo y el fluidizado. Una de las caractersticas que presenta esta etapa es que la velocidad en este punto recibe el nombre develocidad mnima de fluidizacin. Tambin se caracteriza porque la porosidad comienza a aumentar.

Qu es la fluidizacin?Es la condicin de las partculas slidas de un lecho completamente suspendidas en un fluido (lquido o gas) que atraviesa el mismo en direccin vertical ascendente, el cual presenta una velocidad suficiente para que la fuerza de la cada de presin en el lecho por el rea de corte transversal donde pasa el fluido sea igual o relativamente mayor a la fuerza gravitatoria sobre la masa de las partculas.

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA DINMICA DE FLUIDOS EN LECHOS FLUIDIZADOSEl comportamiento caracterstico de un lecho fluidizado se enfoca en dos parmetros bsicos, la cada de presin del fluido que circula por el lecho para diferentes cantidades de flujo y la porosidad o fraccin vaca del lecho a diferentes caudales de operacin.

Tipos de fluidizacin

Fluidizacin Continua: Todas las partculas son removidas por el fluido, por lo que el lecho deja de existir como tal, mientras que la porosidad tiende a uno.Fluidizacin Discontinua: Si no hay arrastre. Tambin se conoce como fase densa y es cuando el movimiento de las partculas se hace ms turbulento formndose torbellinos. Dentro de esta etapa se pueden distinguir dos tipos de fluidizacin.Fluidizacin Particulada: Ocurre generalmente cuando el fluido es un lquidoFluidizacin Agregativa: Se presenta en sistemas gas-slido, las densidades de ambos son bastante diferentes, las partculas son grandes y las velocidades de flujo altasMecanismo de fluidizacin Cuando un gas un lquido fluye hacia arriba a travs de un lecho formado por partculas slidas a baja velocidad no da lugar a movimiento de las partculas. Si se aumenta progresivamente la velocidad del lquido gas aumenta la cada de presin del lquido gas que circula a travs del lecho, como lo indica el segmento rectilneo

PROCESO EXPERIMENTAL

MATERIAL Y EQUIPOS Agua. Antracita. Cuarzo Lechoso. Planta Piloto de Fluidizacin.

Caracterstica de la Antracita Densidad (Kg/m3 ): 1666.68 Porosidad (adimensional): 0.48 Dimetro de partcula (mm): 1.16 Esfericidad (adimensional): 0.75 Dimetro del Lecho (cm): 5.5 Altura del Lecho (cm): 22

Caracterstica del Cuarzo Lechoso

Densidad (Kg/m3 ): 2857.1 Porosidad (adimensional): 0.44 Dimetro de partcula (mm): 2.17 Esfericidad (adimensional): 0.95 Dimetro del Lecho (cm): 8.3 Altura del Lecho (cm): 12

EQUIPO EXPERIMENTAL

La planta piloto de fluidizacin consta de tres columnas de vidrio (C1, C2 y C3) provistos de un tanque (T) del mismo material, el cual tiene un tubo de rebose que indica el nivel de liquido; luego el agua se hace circular por una bomba centrfuga (P). Existe una vlvula de aguja reguladora (V5) de flujo que se encuentra despus de la descarga de la bomba.

Para medir el caudal que circula por el equipo a cualquier apertura de la vlvula se utiliza el rotmetro 1 (ROT 1). El sistema es cerrado por lo que el fluido (agua) regresar al tanque por la tubera de retorno. Adems se tiene otra vlvula reguladora (V8) a la salida de la bomba (P), que permite recirculacin inmediata de agua al tanque. La vlvula (V6) y vlvula (V9) sirve como drenaje para que el agua salga del sistema si se encuentra abierta.

El equipo posee una fuente de agua o reservorio que permite el llenado del tanque (T) desde la tubera de agua principal. La unidad de fluidizacin posee la flexibilidad de que cada torre pueda independiente o simultneamente con sus respectivas conexiones al manmetro de mercurio tipo U (MAN), el cual permite determinar la cada de presin que sufre el fluido por el paso a travs de las columnas, cuando se conecten en las conexiones PI1 y PD1 para el caso de la columna C1 PI2 y PD2 para la columna C2. Las vlvulas V1, V2 y V3 permiten el paso de la corriente de agua a las columnas C1, C2 y C3. En la columna C1 se encuentra el lecho de cuarzo lechoso y en la columna C2 el lecho de antracita, siendo las cantidades de estos slidos de 1000 y 200 gr respectivamente; la columna C3 no contiene partculas slidas. Por otra parte la vlvula V4 permite la salida del agua que se encuentra en cualquiera de las columnas

leyendaT: Torre V: Vlvula MAN: Manmetro de mercurio, tipo U. P: Puntudo de conexin del nanmetro D(Derecho), I(Izquierdo), (vlvula de paso). ROT 1: Rotmetro para seleccin del caudal. ROT 2: Rotmetro de cada de presin. TAN:Tanque BOM: Bomba. INT: Interruptor.

Abrir la vlvula de de flujo de entrada de agua. Llenar el tanque hasta el nivel de rebose. Cerciorarse que las vlvulas V4, V5, V6, V9 y V10 estn completamente cerradas. Abrir la vlvula V7 toda su capacidad. Abrir la vlvula V8 a la mitad de su capacidad. Encender la bomba. Abrir la vlvula V5 a un cuarto de su capacidad. Abrir la vlvula V3 a la mitad de su capacidad. Cerrar la vlvula de reflujo V8. Abrir la vlvula V1 o V2 dependiendo con que columna opere en ese momento. Seleccione el caudal manipulando V10. Registrar las medidas de diferencia de altura en el manmetro y altura dellecho para cada caudal seleccionado en los estados de lecho fijo y fluidizado.Cerrar la vlvula V10. Abrir la vlvula V1, V2, V3, V4, V6, V7, V8 y V9. Apagar la bomba.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALECUACIONESDeterminacin de la porosidad mnima de fluidizacin: mediante la curva L vs v1/2 , se determina la altura mnima de fluidizacin (Lfm) en el primer cambio brusco de la pendiente, al comenzar a ascender, donde Lfm servir para hallar la porosidad mnima de fluidizacin con la ecuacin:

Determinacin de la constante n experimental para la relacin de

Richardson y Zaki: Se grafica la curva log() vs log(v) y se linealiza para determinar el comportamiento de la porosidad experimental de un lecho de partculas slidas con respecto a la velocidad a la porosidad terica (Richardson y Zaki) a diversas velocidades del agente fluidizante lquido:

Donde: n= pendiente de la recta. V= velocidad experimental del lquido (m/s)

Determinacin de la velocidad terminal

Experimental: Se clcula mediante la relacin de Richardson y Zaki para el termino independiente de la ecuacin linealizada

Terica: El mtodo empleado para la determinacin de la velocidad terminal es eles el mtodo del tanteo que consiste en asumir un valor de Cd y se calcula una velocidad terminal aparente mediante la ecuacin

Luego se calcula ReT a partir de:

Y con este valor de ReT se entra en la grfica de Cd vs Re y se halla Cd y en el momento que coincida ste con el supuesto valor se conseguir la velocidad terminal de la partcula

Determinacin de la constante n terico para la relacin de Richardson y Zaki: La n representa una funcin del radio d/D y el nmero de Reynolds terminal, involucra la velocidad terminal de las partculas y el tamao lineal de las partculas. A continuacin se muestran las siguientes relaciones para partculas uniformes que fueron obtenidas experimentalmente para n por Richardson y Zaki en funcin al nmero de Reynolds terminal terico

Determinacin de la velocidad mnima de fluidizacin

Terica: Para lechos fijos se utiliza la siguiente ecuacin (Ergun)

para lechos fluidizados se utiliza la siguiente

Al unir las dos se obtiene

Simplificado

Gracias