Ensayo De La Practica De Lechos Fluidizados

INTRODUCCIÓN

El presente informe fue realizado para estudiar el fenómeno de fluidización de partículas sólidas de un lecho, por medio del análisis de los principales parámetros que caracterizan dicho proceso. El sistema a utilizar para el estudio del comportamiento de un lecho será un lecho de arena de mar y uno de catalizador CVP-R8 por los que fluye aire comprimido.

Para realizar este estudio se hace uso de un sistema de dos columnas de policarbonato, las cuales contienen una arena de mar y la otra un catalizador CVP-R8, a ambos se les pasa un flujo de aire que harán que el lecho se modifique de su condición estática a la de fluidización, en cada caudal tomamos valores de altura del lecho, altura del rotámetro y la diferencia de altura del líquido manométrico en cada uno de los manómetros que están conectados al equipo, para así obtener la diferencia de presión en la columna y en consecuencia obtener los resultados que permitan estudiar las distintas etapas de la fluidización y poder identificar el tipo de la misma.

En muchos procesos de una planta o industria está presente el movimiento de partículas en fluidos de operación, como por ejemplo en la decantación de partículas provenientes de tuberías, en la absorción de gases, en el secado de sólidos finos, así como también hay una amplia aplicación de estos lechos fluidizados, es elemental realizar estudios sobre estos fenómenos, ya que estos conocimientos forman parte de la formación para cada ingeniero.

Generalmente los lechos se utilizan para catalizar reacciones químicas como en el craqueo catalítico, la oxidación de naftaleno, así como también podemos usarlo para regenerar catalizadores y en otros procesos como los de combustión, secado y tostado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la siguiente sección se proseguirá con la discusión de los aspectos y objetivos más importantes de la experiencia, primero se analizaron las gráficas de comportamiento de lechos, entre ellos parámetro de Wilhelm y Kwauk vs Reynolds, fracción vacía vs Reynolds, altura de lecho vs Reynolds y caída de presión vs Reynolds, con dichos gráficos se determinó el punto de mínima fluidización para cada lecho, y se pudo observar el comportamiento de las variables: caída de presión y altura de lecho en función del flujo volumétrico. Se realizó un análisis comparativo para las mismas variables pero en los distintos lechos, al igual que se determinó el tipo de fluidización correspondiente para cada uno.

Lecho de Catalizador CVP-R8

A continuación se presentan los siguientes gráficos donde se observa el comportamiento obtenido de la altura del lecho de catalizador CVP-R8 y de la caída de presión del fluido, ambos en función de la velocidad del mismo, donde se puede apreciar las diferentes etapas de fluidización.

Gráfica Nº 1: Comportamiento de la Altura del Lecho de Catalizador CVP-R8 frente a la Velocidad del Fluido.

En la gráfica Nº 1 se aprecia el comportamiento de la altura del lecho frente a la velocidad del fluido, inicialmente el lecho se va a comportar de forma estática o fija, debido a que el aire que entra por debajo de la placa distribuidora presenta una baja velocidad de flujo y asciende a través del lecho sin dar movimiento alguno a las partículas del mismo(1), que para este caso es el Catalizador CVP-R8, es decir los caudales de operación trabajados para este caso son bajos, obteniéndose valores del número de Reynolds propios del régimen laminar (Re<2000)(2), el cual es el comportamiento esperado, ya que el tamaño de las partículas es muy pequeño y el flujo entre las mismas es de tipo laminar(3), posteriormente se alcanza el punto de mínima fluidización, en el cual las partículas vencen el comportamiento inicial del lecho y pasan a un estado de suspensión, presentando una fluidización incipiente que consecutivamente todo aumento de velocidad se traduce en un aumento de la altura del lecho, como se comprueba con los datos obtenidos experimentalmente, en el cual se presenta el lecho fluidizado.

Al observar los puntos rosados, que representan las alturas con fluidización previa, se puede concluir que no se evidenció el proceso de histéresis, debido a que el catalizador que se sedimentó después del proceso de fluidización, presentó el mismo empaquetamiento que el presentado inicialmente(1).

Gráfica Nº 2: Comportamiento de la Caída de Presión frente a la velocidad del Fluido.

En la gráfica Nº 2 se puede observar el comportamiento de la caída de presión frente a la velocidad del mismo, en la cual inicialmente se comporta de manera lineal hasta el punto de mínima fluidización, presentando una pendiente igual a 0,8; valor cercano a la unidad, el cual es el valor característico para un régimen de flujo laminar, posteriormente se establece un equilibrio sobre las fuerzas que actúan sobre la partícula, iniciando el proceso de fluidización, a partir del cual los cambios de presión no son significativos(1).

Seguidamente se presenta el gráfico del parámetro de Whilhem Kwauk vs el Número de Reynolds para la experiencia realizada con el catalizador CVP-R8.

Gráfica Nº 3: Comportamiento del parámetro de Whilhelm Kwauk para el lecho del catalizador CVP-R8.

Observando el comportamiento de la gráfica, se nota que existe un aumento lineal hasta cierto punto en el cual, luego tiene un comportamiento constante para el parámetro de Whilhelm Kwauk. Para interpretar este comportamiento es importante saber que dicho parámetro es proporcional a la carga de presion por unidad de altura de lecho y que el numero de Reynolds es proporcional a la velocidad de flujo de aire(1), entonces ese comportamiento de crecimiento lineal corresponde a la etapa antes de la fluidizacion, es decir, el punto donde el comportamiento cambia a ser constante debe corresponder al de velocidad mínima de fluidizacion; y efectivamente es así, el valor reportado del parámetro de Wilhelm Kwauk correspondiente al de mínima fluidizacion es de log(2,56) y el Reynolds es de log(1, 68); observando la gráfica se aprecia que apartir de este punto se inicia el comportamiento constante de la recta que se forma, el cual es debido a que en ese intervalo ( desde log(1,68) hasta log(2,30) para el Reynolds) la caída de presión es constante ya que el lecho se encuentra fluidizado. No existe un cambio de presión apreciable dentro de la columna debido a que las fuerzas ejercidas por el aumento del flujo de aire son contrarrestadas por las fuerzas gravitatorias existentes sobre las particulas fluidizadas.

Para las mediciones correspondientes a los puntos rosados, es decir, las mediciones hechas al lecho desde un caudal cero hasta el mínimo de fluidizacion, considerándolo

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