FLUIDIZACION

Es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas.

Desde un punto de vista macroscópico, la fase sólida

(o fase dispersa) se comporta como un fluido, de

ahí el origen del término "fluidización".

Al conjunto de partículas

fluidizadas se le denomina también "lecho fluidizado".

LECHO Consiste en una columna formada por partículas

sólidas, a través de las cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser librado de algunas impurezas y sufre una caída de presión.

VELOCIDADBAJA +++++++++

A MEDIDA QUE SE INCREMENTA LA VELOCIDAD DEL FLUIDO, CON LO CUAL TAMBIÉN SE AUMENTA EL CAUDAL (SI EL ÁREA SE MANTIENE CONSTANTE), SE PUEDEN DISTINGUIR DIFERENTES ETAPAS EN EL LECHO:

Las partículas 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 fracción de vacío en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso.

LECHO FIJO

LECHO FLUIDIZADO

También es conocido como fluidización incipiente, y se trata de un estado de transición entre el lecho fijo y el fluidizado. Una de las características que presenta esta etapa es que la velocidad en este punto recibe el nombre de velocidad mínima de fluidización. También se caracteriza porque la porosidad comienza a aumentar.

PARAMETROS DE UN LECHO FLUIDIZADO

Los procesos internos son: la mezcla de las partículas sólidas entre sí, la transferencia de calor y masa, así como el transporte de partículas.

Las variables que debemos tener en cuenta son:

• Velocidad mínima de fluidización Umf

• La porosidad (ε)• El número de Reynolds (Re)• Esfericidad de la partícula(φ)

• Diámetros promedios

dp DE LECHO FLUIDIZADO

La caída de presión (dP), es una característica que se da en lechos fluidizados y que mas allá de la velocidad mínima de fluidización, se debe a la densidad de las partículas contenidas en el lecho y es expresada por la siguiente ecuación:

Lmf = altura de lecho de la velocidad mínima de fluidización

ε mf = porosidad a la velocidad mínima de fluidización

ρ s = densidad de la partícula.ρ g = densidad de fluido

g = aceleración de la gravedad

Considerar un lecho fijo de sólidos como se muestra en la figura. La caída de presión a través del lecho se debe al fluido a través de este y puede ser expresada por la ecuación de ergun.

Donde, U0 = velocidad superficial del gas.

ε = vacante del lechoDp =diámetro de la partícula

µ= densidad del gasᵨ= viscosidad del gas

dp del lecho fijo

VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN

La velocidad mínima de fluidización se observa cuando la

mezcla del lecho es totalmente homogénea. Pero, gráficamente y

matemáticamente es obtenida igualando las ecuaciones 1 y 2.

Igualando las ecuaciones nos da el cambio de presión, donde, la

primera es para lecho fijo y la segunda para lecho fluidizado y

por lo tanto, en el punto de intersección se obtiene en la Lmf .

USANDO LAS ECUACIONES DE WEN Y

YU: 𝑅𝑒𝑚𝑓 =ቈቆ1.507𝐾𝑛𝑝 +0.0340ቇ 2 +0.0529𝐴𝑦 −1/2 − 1.507𝐾𝑛𝑝 +0.0340

se obtiene la ecuación 3. para la

Además de las formas analizadas anteriormente, existe otro método para obtener la

En donde, los valores numéricos de la Umf para las partículas enteras en aire y agua estándar están trazadas.

ALTURA DEL LECHO FLUIDIZADOFIJO:

Cuando la diferencia de presión varía con respecto a la velocidad, esto es, en valores menores que la mínima de fluidización.

La altura del lecho permanece

constante debido a que las partículas no han sido aun

suspendidas.

FLUIDIZADO:Las partículas comienzan a suspenderse y la altura entre estas cambian.

La velocidad que alcanza es la velocidad mínima de fluidización.

• Cuando el fluido alcanza la velocidad mínima de fluidización, entonces su altura comienza a cambiar. El fenómeno de expansión es una característica de los lechos fluidizados.

Altu

ra d

el le

cho

Velocidad

FijoFluidiza

do Figura 1.1 Altura del lecho vs. Velocidad.

VELOCIDAD DE ARRASTRE, CAPA FLUIDIZADA, VELOCIDAD CRÍTICA.

La velocidad del fluido para la que se alcanzan estas condiciones se denomina velocidad mínima de fluidización (Umf) y el lecho de partículas se conoce como lecho fluidizado.

Fases del lecho al aumentar la velocidad

; Rep < 20

; Rep > 1000

VELOCIDAD DE ARRASTRE, CAPA FLUIDIZADA, VELOCIDAD CRÍTICA.

La pérdida friccional para flujo a través de lechos rellenos puede calcularse utilizando la expresión de Ergun:

donde:ρ: densidad del fluido

μ: viscosidad del fluidodp: diámetro de

partículaL: altura de lecho

ε: porosidad del lecho

Uo: velocidad superficial del fluido. Velocidad que tendría

el fluido si el recipiente no contuviera sólidos

(uo = Q/S)

COMPORTAMIENTO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN EN LECHO

RESPECTO A LA VELOCIDAD

Este concepto comprende la relación del área de una esfera con el área de la partícula, ambas partículas con el mismo volumen.

ESFERICIDAD DE LA PARTÍCULADebido a que las partículas que se introducen un lecho son irregulares, es decir, no son redondas completamente, es necesario definir un parámetro que permita saber la forma real de la partícula.

DIÁMETRO DE LA PARTÍCULAEl método mas utilizado a los lechos

fluidizados es que relaciona la superficie volumen diámetro, dsv, y el peso de una fracción de la partícula.

dp= Tamaño promedio de la partícula

Xi ={ peso fracción de tamaño pantalla

promedio dpi

POROSIDAD

Se le llama así al espacio libre que existe entre las partículas que se encuentran dentro de un lecho, este espacio libre entre moléculas es afectado por el tamaño y la forma de la partícula:

En la fluidización de los gases algunos de estos fluyen como paquetes de gas llamado burbujas y esto ocasiona:

Buen contacto entre partículas

y el gas.

Mezclas rápidas

Usos

Reacciones químicas

Intercambio de calor

Transferencia de masa

TIPOS DE

FLUIDIZACION

Fluidización liquido –solido:

resulta una operación

estable y lechos homogéneos,

con una concentración espacialmente

uniforme de partícula.

Fluidización gas-solido : por lo general los lechos no son homogéneos y tienen vacios

importantes. Si estos son de

tamaño pequeño se le conoce

como burbujas.

PARTICULATIVA

AGREGATIVA

Para calcular el tipo de fluidización se emplea el Freud

gdV

P

mfFr

2

donde:Vmf = velocidad mínima de

fluidizacióng = aceleración de la gravedad

dp = diámetro de partícula 

COMPONENTES DEL LECHO FLUIDIZADO

Columna de fluidización

Distribuidor Sección

uniformadora

Sistema de medición de

presión

Sistema de suministro de

fluido

Sistema de medición de

temperaturas

Suministro del Fluido

Medidor de temperaturas

Columnas

Difusor

Distribuidor

Altura de lecho

Salida de fluido

∆P

CLASIFICACIÓN DE LAS PARTÍCULAS

Tamaño de partícula = Velocidad mínima de fluidización

Grupo A : Materiales de tamaño medio pequeño o de baja densidad < 1.4 g/cm3. Se fluidizan rápidamente.

Grupo B: Parecidos a la arena o con diámetro de 40 a 500 μm y densidad de 1.4 a 4 g/cm3

Grupo C: Polvos muy finos y estos son difíciles de fluidizar

Grupo D: Partículas grandes y/o densas, son difíciles de fluidizar en

lechos profundos

REGÍMENES DE FLUJO

Gas fluye depende de la presión ya que puede estar en molecular, intermedio o viscoso y se calcula mediante Knudsen

Kn = Trayectoria libre promedio de la molécula / Diámetro del ducto

D

Kn

Kn > 1 = Flujo molecular el gas esta muy disperso por ende no hay aplicación de la viscosidad y no hay fluidización.

Kn = 1: Flujo intermedio, el comportamientos se rige por la viscosidad y se puede operar

en un lecho fluidizado

Kn < 1 el gas esta en estado viscosos , el flujo puede ser

laminar, de transición o turbulento, dependiendo del Re y

por lo general en estas condiciones trabajan los lechos

fluidizado

REGIMENES DE FLUIDIZACION

SUAVE CON BURBUJEO TURBULENTO

SLUGGIN AXIAL SLUGGIN PLANO

FASE DILUIDA CON TRANSPORTE DE

NEUMATICO