FLUIDIZACIÓN

REYES FLORES GUZMÁN

FLUIDIZACIÓN La fluidización se refiere al proceso por el cual se

imparte a partículas solidas granulares un estado

semejante al de un fluido, por la aplicación de fuerzas

externas apropiadas.

Desde un punto de vista macroscópico la fase solida se

comporta como un fluido. Al conjunto de partículas

fluidizadas se les denomina “lecho fluidizado”

CARACTERISTICAS DE LOS LECHOS FIJOS Y FLUIDIZADOS1) ESFERICIDAD:

La esfericidad (F) es el parámetro que nos

permite definir la geometría de las partículas

contenidas en el lecho fluidizado ya que estas

son irregulares geométricamente. Se define de

la siguiente forma:

F=(área superficial de esfera/ área superficial de la partícula) volumen

2. CAIDA DE PRESION (ΔP) DE LECHO FIJO

Esta caída de presión se debe a al fluido fluyendo a través

del lecho y puede ser expresada en mediante la ecuación de

Ergun.

Ec. 1

U0= velocidad superficial del fluido

ε= vacante del lecho

dp = diámetro de la partícula

ρ= densidad del fluido

µ= viscosidad del fluido

p

g

p d

U

d

U

LP

2

032

03

2 )1(75.1

)()1(

150

3) CAIDA DE PRESION (ΔP) DE LECHO FLUIDIZADO

La caída de presión se debe a la densidad de partículas

contenidas en el lecho y es expresada con la siguiente

formula:

Ec. 2

Donde Lmf= altura del lecho a la velocidad mínima de fluidizaciónε = vacío a la velocidad mínima de fluidizaciónρs = densidad de la partícula

ρg = densidad del fluido

))(1( gsmfmfLP

4. Velocidad mínima de fluidización.

La velocidad mínima de fluidización se observa cuando la

mezcla en el lecho es totalmente homogénea.

Se obtiene igualando las ecuaciones (1) y (2).

La igualación de las ecuaciones nos da el cambio de

presión. En el punto de intersección se obtiene Umf

Entonces se muestra a continuación las ecuaciones igualadas y usando consideraciones importantes.

Usando aproximaciones de Wen y Yu:

Se obtiene la siguiente ecuación para la Umf

2

3

3

2

3

)()1(15075.1

gdUdUd gspmfp

mf

mfmfp

mf

141

3 mf 11

12

mf

mf

7.33)(

0408.0)7.33(21

2

3

gdUd gsgpgmfp

Regímenes de fluidizaciónLos lechos de partículas pueden ser operados en una

variedad de diferentes regímenes de flujo, dependiendo del

tamaño de partícula y densidad, presión del fluido y

temperatura, velocidad de fluidización diámetro del lecho

Los regímenes de fluidización son:

- Régimen de mínima fluidificación

- Régimen burbujeante

- Régimen de efecto de Slugging

- Régimen turbulento

a) Régimen de mínima fluidificación

Se define el régimen de mínima fluidificación como aquel

en el que se encuentra el lecho cuando sobre él se inyecta

una corriente de aire a una velocidad tal que la

fluidificación del mismo comienza a ser patente.

De este modo la más mínima disminución en la velocidad

del flujo inyectado provocaría un estado en el que el lecho

no estaría fluidificado y se encontraría en el estado de

fluidización incipiente

b) Régimen burbujeante

En este régimen aparecen burbujas que se desplazan

hacia la superficie libre del lecho, creciendo de forma

significativa en su recorrido al producirse coalescencia

entre las mismas y arrastrando con ellas partículas que

vuelven a caer sobre el propio lecho. Pudiendo existir

transporte, si bien este no es significativo

c) Régimen del efecto de Slugging

El régimen o efecto de Slugging consiste en la

coalescencia de burbujas hasta que estas ocupan toda la

sección del lecho en una altura determinada. De este

modo se produce el levantamiento de un “conjunto de

partículas” del lecho, que se produce de forma periódica o

cuasiperiódica e incontrolada. Este efecto provoca

grandes variaciones en la presión del lecho que pueden

ser o no deseados en función de la aplicación del lecho.

d) Regimen turbulento

En este régimen, debido a la mayor inyección de aire, el

porcentaje de burbujas que en él aparecen es mayor al del

régimen burbujeante.

En este régimen de funcionamiento la velocidad de

inyección del aire es superior a la velocidad terminal de las

partículas (velocidad a partir de la cual aparece transporte

de las mismas), se caracteriza por una superficie libre más

irregular, un mayor porcentaje de burbujas que se unen

entre sí y generan otras de mayor tamaño.

Aplicaciones Principalmente las aplicaciones se pueden dividir en

a) Operaciones físicas:

Hacer que el mezclado de las sustancias en el lecho fluidizado sea

eficiente, para maximizar procesos como transferencia de masa y

calor.

b) secado

El empleo de lechos para llevar a cabo procesos de secado permite

tanto el secado por aporte de calor a través del fluido introducido

como por el llevado a través de las partículas del mismo.

c) E. Combustión y gasificación

Gracias a las características de los lechos fluidos, como son

las de su alta capacidad de mezclado, transferencia de

propiedades y homogeneización de las mismas en las zonas

del lecho donde el régimen de funcionamiento se controla, su

empleo en sistemas de combustión es altamente eficiente. Si

a este hecho le unimos la capacidad de capturar ciertos

productos de la combustión, como el CO2, al añadir como

partículas sólidas reactivos, son claramente sistemas

ventajosos. De este modo se controlan y fijan estos productos

en sustancias sólidas tratables posteriormente.

BIBLIOGRAFÍA

HERNÁNDEZ RUELAS P., CRUZ FIERRO C. F., PINTO ESPINOZA J. “Hydrodynamic study of the fluidization of cylindrical particles”. Instituto Tecnólogico de Durango, 2007

http://cheis.cruzfierro.com/2007/sessions/proc01m

IBARS RIVAS, “Operaciones Unitarias en la ingenieria de alimentos” ED. Mundi-Prensa. Madrid España 2005

http://books.google.com.mx/books?id=EnymzxtnscYC&pg=PA256&dq=regimen+turbulento+de+fluidizacion&hl=es&ei=BC7LTIbFMIH98AaZzcjUAQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCsQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false

McCabe, W. L. y col. (1996). “Operaciones unitarias en Ingeniería química” (4ª ed.). Ed.Mc Graw Hill. Madrid.

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/Fluid/Fluidizacion%202006-07.pdf