La pòrtada

Lecho fijo y fluidizado

Enviado por jarellanovarela

Nomenclatura

Sumario

Fundamentos teóricos

Descripción del equipo

Procedimiento experimental

Datos experimentales

Resultados experimentales

Discusión de resultados

Conclusiones

Referencias bibliográficas

Apéndices

NOMENCLATURA.

: Porosidad inicial del lecho, [adimensional].

: Porosidad, [adimensional].

Vo: Volumen ocupado por todas las partículas, [m3].

Vt: Volumen del lecho en un instante dado, [m3].

Lo: Altura inicial del lecho, [m].

L: Altura del lecho en un momento dado, [m].

: Viscosidad de fluido, [Pa·s].

: Velocidad superficial de fluidización, [m/s].

Dp: Diámetro de la partícula, [m].

r f: Densidad del fluido, [kg/m3].

: Caída de presión, [Pa].

L: Longitud del lecho, [m].

: Densidad de las partículas del lecho, [kg/m3].

g: Aceleración de gravedad, [ 9.81 m/s2].

Re: Número de Reynolds, [adimensional].

: Velocidad del fluido, [m/s].

gc: Factor de conversión gravitacional, [1 (kg·m/s2)/N].

gc: Factor de conversión gravitacional, [1 (kg·m/s2)/N].

Q: Caudal, [m3/s].

A: Área transversal, [m2].

Cd: Coeficiente de descarga, [adimensional].

Y: Factor de expansión [adimensional]

b : Razón del diámetro de la garganta y el diámetro de la tubería, [adimensional]

SUMARIO.

Durante el desarrollo de la sesión de práctica se realizó un estudio del proceso de fluidización para los sistemas líquido-sólido y gas-sólido, para lo cual se hizo la determinación de los principales parámetros que influyen en dicho proceso. El equipo experimental donde se llevó a cabo el estudio estuvo conformado principalmente por dos columnas de plexiglas rellenas con esferas de vidrio, cuyas características y propiedades físicas eran iguales para cada columna. En el primer compartimiento se llevó a cabo el estudio del sistema líquido-sólido, donde se usó agua como fluido de trabajo, y consistió en la variación del caudal que circulaba por el lecho para luego medir la caída de presión registrada por el manómetro correspondiente al sistema.

En el segundo compartimiento se realizó el estudio del sistema gas-sólido, para lo cual se hizo circular aire por el lecho, se registró la caída de presión en el manómetro inclinado correspondiente al medidor de placa orificio, para así determinar el caudal que pasaba por el lecho, y finalmente se registró la caída de presión en el manómetro correspondiente a este sistema. Con los datos experimentales obtenidos se determinó el número de Reynolds (Re), la fracción de vacío (ε) y el parámetro de correlación de Wilhelm y Kwauk (KΔP y KΔρ), también se calculó la caída de presión en el lecho por la ecuación de Ergun, se comparó con la obtenida experimentalmente y se calculó la velocidad mínima de fluidización. Finalmente se hizo la representación gráfica de algunos parámetros en función del número de Reynolds.

De acuerdo con lo resultados obtenidos se pudo concluir que el número de Reynolds aumenta a medida que el proceso de fluidización avanza, la fluidización particulada fue la característica del sistema líquido-sólido estudiado y la fluidización agregativa para el sistema gas-sólido, la porosidad mantiene un valor casi constante en las etapas de lecho fijo y lecho prefluidizado, para luego ir aumentando y tender a la unidad en la etapa de fluidización continua. También se concluyó que el parámetro KΔP aumenta rápidamente en las etapas de lecho fijo y luego toma un valor casi constante en la etapa de lecho fluidizado.

INTRODUCCIÓN.

Se da el nombre de fluidización al proceso de contacto que ocurre entre un sólido y un fluido (gas o líquido) en el cual el lecho formado por partículas sólidas finamente divididas se levanta y se agita por medio de una corriente ascendente de fluido.

Ahora bien, Mc Cabe y Smith señalan que se habla de fluidización particulada cuando existe una expansión grande pero uniforme del lecho a velocidades elevadas, la cual generalmente se manifiesta en sistemas líquido-sólido, para partículas muy finas y un rango limitado de velocidad. Dicen que también se habla de fluidización agregativa cuando los lechos de sólidos se encuentran fluidizados con gases, como el aire, donde la mayor parte del gas pasa a través del lecho en forma de burbujas o huecos que están casi exentos de sólidos, y solamente una pequeña fracción del gas fluyen por los canales existentes entre las partículas, las cuales se mueven de forma errática (1).

Durante la sesión de práctica se ha planteado como objetivos principales la observación del comportamiento del lecho fijo y fluidizado para los sistemas líquido-sólido y gas-sólido, además de la determinación de los principales parámetros que influyen en dicho comportamiento. En este sentido, se tiene que las principales ventajas de la fluidización consisten en que el fluido que circula a través del lecho agita en forma vigorosa el sólido, y la mezcla de los sólidos asegura que prácticamente no existen gradientes de temperatura en el lecho aun con reacciones fuertemente exotérmicas o endotérmicas (1).

La principal desventaja de la fluidización gas-sólido consiste en el desigual contacto del gas y el sólido. La mayor parte del gas pasa a través del lecho en forma de burbujas y sólo hace contacto directamente con una pequeña cantidad del sólido en una delgada envoltura ubicada alrededor de la burbuja. Una pequeña fracción del gas pasa a través de la fase densa, la cual contiene casi todo el sólido.

Existe algo de intercambio de gas entre las burbujas y la fase densa por difusión y por procesos turbulentos tales como la división y coalescencia de burbujas; pero la conversión global de un reactante gaseoso es en general mucho menor que la que tiene lugar en el contacto uniforme a la misma temperatura, como en un reactor ideal con flujo pistón (1).

Sin embargo, el flujo de fluidos a través de lechos de partículas sólidas (fluidización) es un proceso de uso amplio en operaciones industriales tales como: filtración, intercambio iónico, extracción de solventes, absorción y reactores catalíticos.

Mc Cabe y Smith señalan que aunque en la actualidad

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