COMPORTAMIENTO DEL LECHO FIJO Y FLUIDIZADO PARA LOS SISTEMAS GAS-SÓLIDO Y LIQUIDO-SOLIDO

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

Unidad de Laboratorios - Laboratorio A

Sección Fenómenos de Transporte

Laboratorio de Fenómenos de Transporte I (TF-2281)

COMPORTAMIENTO DEL LECHO FIJO Y FLUIDIZADO PARA LOS SISTEMAS GAS-SÓLIDO Y LIQUIDO-SOLIDO

Autores:

Marzocca, Pietro 11-10587

Olivares, Jorge  10-10503

Pérez, Jose  11-10762

Sartenejas, 09 de Noviembre de 2016

ÍNDICE

RESUMEN

En la siguiente investigación se observaron los principales parámetros que influyen en el comportamiento de lecho fluidizado y lecho fijo, determinando  para sistema gas-sólido y líquido-sólido caudal, altura del lecho y caída de presión, de forma que se estableciera el comportamiento del lecho respecto a estos parámetros, es decir, encontrar el número de Reynolds, la fracción de vacío, los parámetros de Wilhelm y Kwaub, la caída de presión según la ecuación de Ergun y, finalmente, la velocidad mínima de fluidización. En dichos experimentos se manifiesta por medio de gráficas la diferencia de la pendiente en el proceso de fluidización, desde lecho fijo a lecho fluidizado pasando por fluidización discontinua y luego estabilizando en fluidización continua. Para poder realizar la experiencia se utilizaron dos lechos sólidos compuestos de pequeñas esferas acrílicas colocados dentro de unas columnas de plexiglás por donde se trasladaban los flujos controlados de agua o gas, para luego medir las diferencias de presión con manómetros y la altura del lecho con una regla empacada en las columnas. Los resultados reflejaron las tendencias esperadas, mostrando un aumento elevado de la presión hasta entrar en fase prefluidizada, a su vez, el número de Reynolds y la fracción de vacío también aumentaron proporcionalmente a la magnitud  del caudal. Para finalizar, se obtuvieron unas velocidades mínimas de fluidización de 8,4E-02 para el sistema líquido-sólido y de 1,2E-01 para el sistema gas-sólido. Se pudo concluir que el sistema líquido-sólido alcanza más rápido la fluidización que el sistema gas-sólido del mismo lecho y que la velocidad mínima de fluidización es menor en el sistema líquido-sólido porque la caída de presión (ΔP) necesaria para igualar el efecto de la gravedad sobre las partículas es menor que en el sistema gas-sólido debido a que el agua posee valores de viscosidad y densidad superiores a los del aire.

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.

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.

Aunque en la actualidad la industria petrolera utiliza reactores de transporte para el craqueo catalítico en vez de lechos fluidizados, la regeneración del catalizador todavía se realiza en reactores de lecho fluidizado que tienen hasta 10 metros de diámetro. La fluidización también se emplea en otros procesos catalíticos, tales como la síntesis de acrilonitrilo, y para llevar a cabo reacciones gas-sólido. Existe mucho interés en la combustión de carbón en lecho fluidizado con el fin de reducir el costo en las caldera y disminuir la emisión de contaminantes. Los lechos fluidizados se utilizan también para el curtido de minerales, secado de sólidos finos y absorción de gases.

En esta experiencia se desea analizar los componentes y las variables que definen el fenómeno del lecho fluidizado con dos experimentos: líquido-sólido y gas-sólido

Esta práctica consta en el estudio del lecho y sus propiedades; la presión, el caudal de entrada y la altura del lecho fueron anotados para poder, a su vez, calcular y graficar los resultados que se requieren. Estos resultados incluyen el número de Reynolds (Re), la fracción de vacío, los parámetros de Wilhem y Kwauk y la caída de presión según la ecuación de Ergun. Al calcular las variables deseadas, el objetivo final de esta experiencia es descubrir las velocidades mínimas de fluidización y así comparar ambos sistemas (líquido-sólido y gas-sólido) con respecto a sus similitudes y diferencias.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Se le llama lecho a un tubo circular o rectangular que está colocado de manera vertical y parcialmente lleno de un material granular, por donde se hace circular un fluido (puede ser gaseoso o líquido) que generará un gradiente de presión en el mismo causado por el constante roce entre las partículas y el fluido. En ese momento, sobre las partículas del lecho actuarán las fuerzas viscosas e inerciales. Si se aumenta la velocidad del fluido, aumentará la caída de presión y la porosidad del lecho al hacerse mayor el roce antes mencionado. Llega un instante del tiempo en que las partículas empiezan a vibrar y separarse entre sí (fluidizan). De esta manera, al mantener constante el área de flujo, se puede estudiar el cambio de etapas en la fluidización, que son las siguientes:

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