FLUJO EN LECHOS FLUIDIZADOS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
ING. AMBIENTAL – FISICOQUÍMICA DE FLUIDOS

Introducción

El fenómeno de la fluidización se da a partir de un flujo (líquido, gas o ambos) a través de un lecho compuesto por partículas sólidas, a medida que el flujo se incrementa, las partículas son elevadas levemente y dejan de estar en permanente contacto unas con otras, logrando un efecto final de mezcla donde se favorece el contra entre las fases presentes, generando en el sistema reaccionante alta conversión y eficiencia (Posada, 2011).
Este estado fluidizado se logra a medida que se aumenta progresivamente la velocidad del fluido que está circulando hacia arriba a través de una carga de sólidos, la resistencia friccional aumente y eventualmente se alcanza un punto en el que la resistencia iguala exactamente el peso de los sólidos, en este punto los sólidos quedan suspendidos, es decir, está fluidizado (Levenspiel, 1993).

Las principales ventajas de la fluidización consisten en que el sólido está vigorosamente agitado por el fluido que circula a través del lecho y la mezcla de los sólidos asegura que no existan prácticamente gradientes de temperatura en el lecho aun con reacciones fuertemente exotérmicas o endotérmicas.
Los lechos fluidizados presentan un mezclado más uniforme que el lecho fijo, debido al comportamiento fluidizado de las partículas sólidas.
En un lecho fluidizado las condiciones sonóptimas para un intenso intercambio de calor y transferencia de masas. El secado de lecho fluidizado es uno de los procesos de secado más eficaces, sobre todo si el lecho fluidizado está expandido, a través de la inyección de líquidos se pueden realizar varios procesos tales como la granulación, la aglomeración, el recubrimiento o


la micro-encapsulación (NEUHAUS NEOTEC, 2013).

Objetivo
Analizar los conceptos principales del Flujo en Lechos Fluidizados, tales como (Velocidad mínima de fluidización, Altura mínima de fluidización, Pérdida friccional, Potencia necesaria de bombeo para fluidizar un lecho de sólidos, Tipos de Lechos, Tipos de Fluidización, etc.) y determinar su aplicación en el campo industrial y ambiental.

Marco Teórico

Estado fluidizado
Cuando se logra que un fluido aumente su velocidad a través de un sólido, lo suficiente para provocar la separación de las partículas del sólido, dando lugar a una mezcla homogénea, haciendo que las partículas se encuentren en suspensión dentro del fluido y que se comporten como éste. Ese estado se denomina, estado fluidizado y tiene como objetivo, dar una movilidad general. (Gonzáles Hernandez, 2008)



Pérdida friccional

Como se mencionó anteriormente el estado fluidizado se logra una vez que al aumentar progresivamente la velocidad del fluido a través de la carga de sólidos, se aumenta la resistencia de fricción provocando que se iguale con el peso de los sólidos (Levenspiel, 1993).
El cálculo de las pérdidas por fricción o pérdidas de presión (pérdida de presión ficcional) permiten establecer el momento en elque los sólidos fluidizarán a través de la siguiente ecuación:



En donde:
: Pérdida de presión friccional
: Área de la sección transversal del lecho
: Longitud mínima de fluidización
: Fracción de huecos del lecho para la velocidad mínima de fluidización.
: Densidad del sólido
: Densidad del fluido
g: Gravedad (m/s2)
gc: Factor de corrección de unidades

Con el balance de energía mecánica, se obtiene para la unidad de área dela sección transversal del lecho:







Potencia necesaria de bombeo

Una bomba es una herramienta hidráulica que tiene la capacidad de transformar energía (por lo general mecánica) en energía hidráulica. Tiene por función transportar desde niveles de baja presión a niveles de mayor presión (Portela Hernández, 2009).
La energía suministrada para transportar fluidos debe ser considerada en términos de consumo de energía ya que en la medida de lo posible debe ser eficiente y para poder llevar a cabo el diseño apropiado, es necesario conócela potencia necesaria de bombeo (Portela Hernández, 2009).
Para conocer la potencia necesaria de bombeo nos referimos a la siguiente ecuación



En donde:
= Potencia de bombeo
=Perdidas friccionales para el lecho.

Naturalmente en situaciones más realistas deben tenerse en cuenta otras pérdidas friccionales que corren por parte del resto del equipo.


+ …


Para velocidades de flujo mayores que la pérdida friccional por unidad de fluido que pasa a través del lecho, permanece prácticamente invariable, sin embargo la potencia de bombeo necesaria cambiará en proporción a la velocidadde fluidización (Levenspiel, 1993).
El principal inconveniente del lecho fluidizado es el consumo de energía de bombeo, dado que por lo general es necesario operar con grandes relaciones de recirculación para alcanzar velocidades superficiales lo suficientemente elevadas como para mantener las partículas supendidas, pero incluso así, la caída de presión es baja comparada con el lecho fijo, por lo cual los costos son menores. (Hidalgo & García Encina, 2002).

Velocidad Mínima de Fluidización

Corresponde a aquella velocidad del fluido, a partir del cual, las partículas se separan unas de otras y son mantenidas individualmente en suspensión. La correlación más utilizada para determinar dicha velocidad es según (Levenspiel, 1993) la cual da la base para el cálculo de la velocidad mínima de fluidización, planteando que la pérdida de presión del fluido se igualará al valor del peso del lecho.

Fuerza ascendente del fluido = Peso de las partículas

Para el cálculo de la velocidad mínima de fluidización (Levenspiel, 1993) propone que, dicho valor se determina según la ecuación (1), involucrando el número de Arquímedes (Ar) y Reynolds (Rep,mf) así:



Donde:
Ar: Número de Arquímedes
Rep,mf: Número de Reynolds
umf: Velocidad mínima de fluidización (m/s)
ϵmf: Fracción de huecos del lecho para la velocidad mínima de fluidización
ρg: Densidad del fluido (Kg/m3)
ρp: Densidad aparente de la partícula (Kg/ m3)
g: Aceleración de la gravedad (m/s2)
dp: Diámetro de la partícula (m)
µ: Viscosidad de un fluido newtoniano (kg/ms)

La ecuación (1) debe cumplir la condición de 20