transferencia de calor en lechos fluidizados

8/10/2019 Transferencia de calor en lechos fluidizados

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2.3.6.TRANSFERENCIA DECALOR EN LECHOS

FLUIDIZADOSUNIDAD 2


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Introduccin.

Los reactores de lecho fluidizado involucran una grancantidad de fenmenos, incluyendo la transferencia demasa y de energa.

Los procesos de transferencia de masa toman lugar entrelas burbujas y el gas en la emulsin, y entre partculasslidas y gas en la emulsin. Debe recordarse que no setoma en cuenta la transferencia directa entre las partculasy el gas en las burbujas, debido a la suposicin que lasburbujas estn libres de slidos. Sin embargo, no sedescartan los efectos de este intercambio pues estastransferencias se toman en cuenta indirectamente a travsdel gas en la emulsin.


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En la siguiente figura se pueden observar los distintos

procesos de transferencia de calor y de masa, as como el

flujo neto:


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Considerando el comportamiento global del lecho

fluidizado, se dan dos situaciones en funcin del tamao

de las partculas:

Partculas finas.

La mayor parte del gas que atraviesa el lecho pasa a

travs de ste como burbujas, por lo que las partculas

pasan desde la fase gaseosa de emulsin a la de nube

gaseosa, y de sta a la de burbuja; es decir, se trata de un

modelo trifsico. Asumiendo que el flujo tiene velocidad

constante (plug flow), se llega a la conclusin de que elcoeficiente de transferencia de una partcula (kg,partcula)es

mayor que el del lecho (kg, lecho) :

kg,partcula< kg, lecho


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Por lo tanto, slo es posible estudiarlo bajo la hiptesis de

flujo de reaccin continua (plug flow reactor model, PFR),

que es asumida en este modelo dentro de la fase de

emulsin. Luego el coeficiente de transferencia de masa

entre la burbuja y la fase de emulsin queda:


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Partculas gruesas:

En este caso el gas pasa a travs del lecho sin formar

nube gaseosa alrededor de las partculas. Por lo tanto,midiendo las concentraciones a la entrada y a la salida y

asumiendo que el flujo tiene velocidad constante, se

considera que:

kg,partcula

kg, lecho

Lo que no se corresponde con este modelo.


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Transferencia de calor

Muchos investigadores han estudiado la trasferencia de

calor entre el gas y las partculas del lecho, distinguiendo

entre el coeficiente de transferencia de una partcula hp , y

el de todo el lecho, hBE .

Coeficiente de transferencia de calor de una partcula.

Suponiendo que introducimos una partcula caliente a

temperatura Ts

en un lecho fluidizado fro, la velocidad de

enfriamiento de dicha partcula representa su coeficiente

de transferencia de calor, hp.


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Como hemos visto anteriormente, las partculas son de tipo

Geldart B, por lo que tenemos partculas gruesas, cuya

expresin se obtiene a partir de:

Tal y como seala, en donde se definen los nmeros de

Reynolds, Prandtl y Nusselt de la partcula:


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Coeficiente de transferencia de calor

del lecho.

Representa el coeficiente de intercambio de calor entre las

superficies de las fases de emulsin y de burbuja.

Este coeficiente depende del tipo de flujo de gas y delaspartculas presentes en el lecho. Adems, debe reflejar las

hiptesis de mezclado perfecto de los slidos en el lecho,

llamado CSTR (continuously stirred tank reactor); y la

consideracin de que las reacciones se considerancontinuas en todo el lecho,denominado PFR (plug flow

reactor).


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El siguiente coeficiente se utiliza con lechos fluidizados con

partculas finas quese hayan rodeadas por pequeas

nubes, que constituyen la fase gaseosa de emulsin, y en

las que el los gases atraviesan el lecho en forma de

burbujas.

Basndonos en la unidad de volumen de la fase de burbuja

se tiene:


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En donde el primer trmino se refiere al calor sensibletransportado por los gases que pasan de la fase de

emulsin a la de burbuja, es decir, el flujo neto; mientras

que el segundo trmino es el de la transferencia de calor

por conveccin.

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