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

...

A. Lecho fijo: las partículas se encuentran en reposo pues se soportan por el contacto entre sí hasta el punto que se separan unas de las otras sin que haya agitación. La altura del lecho y la porosidad permanecen constantes. [1].

B. Lecho prefluidizado: comienza a haber movimiento en las partículas, pues la caída de presión es igual a los efectos gravitatorios. Empieza a aumentar la porosidad y la caída de presión aumenta lentamente. En este estado, la velocidad del fluido es conocida como velocidad mínima de fluidización. [1].

C. Fluidización discontinua: Las partículas del lecho se mueven de manera más intensa y aleatoria y se encuentran separadas unas de otras. Esta fase se puede presentar de dos maneras dependiendo del sistema:

C.1 Particulada: la expansión es suave y es característica del sistema sólido-líquido. [1].

C.2 Agregativa: el fluido puede moverse en forma de burbujas que arrastran partículas hasta la superficie del lecho o entre las partículas sólidas. Este tipo de fluidización es característica del sistema sólido-gas. [1].

D. Fluidización continua: El lecho deja de existir y pasa a ser un flujo simultáneo de dos fases, la sólida y la del fluido. En este caso, la porosidad tiende a 1. [1].

Las etapas de fluidización se pueden apreciar en orden en la figura 1.

[pic 2]

Figura 1: Fluidización de un lecho por etapas. [1].

Además, se puede plantear un gráfico que ilustra el comportamiento del sistema a medida que tiene lugar la fluidización que se puede apreciar en la figura 2:

[pic 3]

Figura 2: Caída de presión en lechos sometidos a fluidización [1].

El proceso de fluidización depende de muchas variables tales como la porosidad del lecho, que define la permisividad de un lecho para dejar pasar un fluido y viene dada por:

[pic 4]

(1)

Donde:

ε : Porosidad [adimensional]

ε0: Porosidad inicial [adimensional]

V0: Volumen ocupado por todas las partículas [m3]

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

Si se mantiene el área de flujo constante, se podrá obtener la porosidad del lecho a través de la expresión: [1].

[pic 5]

(2)

Donde:

l0: Altura de todas las partículas [m3]

lt: Altura del lecho en un instante dado [m3]

Cuando el lecho se encuentra en etapa fija, se puede obtener la caída de presión del mismo a través de la ecuación de Ergun:

[pic 6]

(3)

- (b)

El primer término (a) corresponde a la ecuación de Kozeny-Carman y representa a las fuerzas viscosas que actúan sobre el sistema. El segundo término (b) es el de la ecuación de Blacke-Plummer, el cual representa a las fuerzas inerciales. [1]

Donde:

L: Longitud del lecho [m]

V0: Velocidad superficial de fluidización [m/s]

ΔP: Caída de presión en el lecho [Pa]

μf: Viscosidad del fluido [Pa·s]

Dp: Diámetro de la partícula [m]

ρf: Densidad del fluido [kg/m3]

Para lechos fluidizados, es preciso usar la siguiente expresión: [1].

[pic 7]

(4)

Donde:

g :Aceleración de gravedad [m/s2]

ρp: Densidad de la partícula [kg/m3]

ρf: Densidad del fluido [kg/m3]

ε: Porosidad [adimensional]

L: Longitud del lecho [m]

Otros parámetros que rigen el fenómeno son el número de Reynolds que define la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas dado por: [1]

[pic 8]

(5)

Donde:

Re: Número de Reynolds [adimensional].

V: Velocidad media del flujo [m/s]

Dp: Diámetro de la particula [m]

ρf: Densidad del fluido [kg/m3]

μf: Viscosidad del fluido [Pa.s]

El número de Froude, que define la relación entre las fuerzas inerciales y las gravitatorias para distinguir si la fluidización es particulada (Fr1) y viene dado por la expresión: [1]

[pic 9]

(6)

Donde:

v: velocidad media del flujo [m/s]

Dp: diámetro de la partícula [m]

g : aceleración de la gravedad [m/s2]

Y los parámetros de Wilhelm y Kwauk que vienen dados por las expresiones siguientes: [1]

[pic 10]

(7)

[pic 11]

(8)

Donde:

KΔp y KΔρ : Parámetros de correlación de Wilhelm y Kwauk.

L0: Altura inicial del lecho [m]

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

La velocidad del fluido se puede