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Lechos empacados, Fluidización

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  • Lechos empacados, Fluidizacin

  • El fluido ejerce una fuerza sobre el slido en la direccin de flujo, conocida como arrastre o rozamiento. Existen una gran cantidad de factores que afectan a los rozamientos de pared y de forma en cuerpos sumergidos, de manera que no se pueden predecir.

    /

    02/2

  • Coeficiente de arrastre

    =

    02

    2Reynolds para una partcula en un fluido

    =0

    Ley de Stokes (esferas, bajos Re, Re

  • Flujo en lechos slidos

    La resistencia al flujo de un fluido a travs de los huecos de un lecho slido se da como resultado del rozamiento de todas las partculas del lecho con el fluido. No hay una transicin brusca de rgimen laminar a turbulento.

    Flujo en lechos con Re1:

    =1500

    2

    2

    1 2

    3

    s es la esfericidad (relacin rea superficial/volumen de partcula)

    V0 es la velocidad superficial o con el lecho vaco

    e es la porosidad o fraccin hueca del lecho

    Ecuacin de Kozeny-Carman

  • Para nmeros de Reynolds Rep>1000, se usa la ecuacin de Burke-Plummer

    =1.750

    2

    1

    3

    La ecuacin de Ergun abarca un amplio intervalo de velocidades, para muchos tipos de partculas.

    =1500

    2

    2

    1 2

    3+1.750

    2

    1

    3

    Para anillos Raschig y silletas Berl, la ecuacin de Ergun predice resultados menores a los obtenidos. Se debe multiplicar esta ecuacin por un factor de correccin dado por proveedor

    Para mezclas de partculas de diferente tamao, se debe usar un dimetro corregido.

    N = nmero de partculasx = fraccin en masa

  • Movimiento de partculas en fluidos

    Las partculas alcanzan una velocidad constante al moverse en un fluido gracias al arrastre creciente, lo que se conoce como velocidad terminal.

    =2

    =

    4 3

    Para el movimiento centrfugo, la velocidad terminal es:

    = 2

    m es la masa de la partcula, w es la velocidad angular (rad/s) y r es el radio de la trayectoria de la partcula.

    La velocidad terminal se obtiene por ensayo y error, proponiendo un CD inicial.

    Asentamiento de esferas por gravedad

  • Para bajos nmeros de Reynolds

    =24

    = 3

    =

    2

    18

    Para Re= 1.0, CD=26.5/ReP.

    En un campo centrfugo:

    =2

    2

    18

    Para 1000

  • =3

    182

    Se suele usar un criterio K:

    =

    2

    13

    Si K

  • Asentamiento impedido

    La concentracin de partculas o la presencia de fronteras slidas afecta el movimiento de cada una de las partculas. Para una suspensin uniforme, la velocidad de asentamiento se obtiene por la relacin emprica de Maude y Whitmore.

    =

    Debe usarse esta ecuacin con precaucin; es preferible contar con datos experimentales.

    e es la fraccin hueca, o bien, la fraccin en volumen de la suspensin ms fina

  • Se asientan por gravedad partculas de esfalerita (sg=4.0) en CCl4 a 20C (sg=1.594). El dimetro de las partculas es de 0.1 mm. La fraccin en volumen de esfalerita es 0.2. Cul es la velocidad de asentamiento de las partculas?

    mCCl4=1.03 cP Calcular K Seleccionar ecuacin para ut Calcular ReP usando ut Obtener n de la figura Calcular us

  • Fluidizacin

    Cuando el fluido pasa a muy baja velocidad por el lecho de partculas, ste no se ve perturbado y se puede usar la ecuacin de Ergun para encontrar la cada de presin. Al aumentar la velocidad, aumenta la cada de presin y las partculas comenzarn a moverse para quedar suspendidas, haciendo que la suspensin se comporte como un fluido denso.

  • Para la velocidad mnima de fluidizacin:

    = 1

    Cuando se da la fluidizacin incipiente, e es la porosidad mnima em.

    = 1

    Y a partir de esta se obtiene una ecuacin para la velocidad de fluidizacin mnima.150

    2

    2

    1

    3 +

    1.752

    1

    3 =

    Para Re1000

    0

    3

    1.75

    1/2

  • Expansin de lechos

    En la fluidizacin con partculas, se sigue aplicando la ecuacin de Ergun de manera aproximada.

    3

    1 =

    150 0

    2

    2

    = 1 1

    Para partculas grandes0 =

    O en la forma00

    =

  • Un lecho de partculas de intercambio de iones de 8 ft de profundidad se lava con flujo ascendente de agua, con el fin de eliminar la suciedad. Las partculas tienen una densidad de 1.24 g/cm3 y un tamao medio de 1.1 mm. Cul es la velocidad mnima de fluidizacin si se usa agua a 20C, y qu velocidad se requiere para expandir el lecho un 25%? Se supone que los lechos tienen partculas esfricas y em= 0.40.

    m=0.01 P