capitulo 3

CAPITULO 3.

PRINCIPIOS DE FLUIDIZACIÓN.

3.1 Definición y descripción de fluidización.
La fluidización se define como un proceso en el que, en un lecho con partículas sólidas, se
hace pasar un fluido hasta lograr una mezcla homogénea entre las partículas y el fluido. A
velocidades de gas arriba de la velocidad mínima de fluidización, algunos de los gases
fluyen como paquetes de gasllamados burbujas. Este movimiento de burbujas conduce a:
* Mezclas sólidas rápidas.
* Buen contacto entre partículas y gas.
* Uniformidad axial en temperatura y composición.

Estas propiedades hacen que los lechos sean útiles para operaciones, tales como:
•

Reacciones químicas.

•

Intercambio de calor.

•

Transferencia de masa.
Algunas aplicaciones típicas incluyen:

•Combustión y gasificación del carbón

•

Síntesis catalítica (Frischer Tropsch)

•

Secado de sólidos.

3.2 Características de los lechos fijos y fluidizados.

3.2.1 Esfericidad.
En principio se puede pensar que las partículas contenidas en el lecho fluidizado son
totalmente esféricas, sin embargo, estas son irregulares en su geometría y un parámetro que
nos permite definir dichageometría es la esfericidad (F) la cual se define de la siguiente
forma:
F = (área superficial de la esfera / área superficial de la partícula) volumen.
Es decir; lo anterior es un indicador que nos permite saber que tan esférica es una
partícula, así por ejemplo, para partículas como la arena, el carbón y el hierro se tiene que
su esfericidad se encuentra entre el siguiente rango: 0.5 > 1, sedesarrollan
burbujas grandes cuando Dburbuja → Dlecho.
* Harrison (citado Levy K. Edaward) formo una hipótesis que si la velocidad absoluta del
gas fluye a través de la burbuja excede la velocidad terminal de la partícula, las partículas
son atraídas dentro la burbuja desde abajo.
* El techo de la burbuja es también inestable a perturbaciones, y esto da como resultado la
desintegración yfragmentación de la burbuja.
Matsen (citado por Levy K. Edward) presento otra evidencia experimental de un tamaño
de burbuja estable. Mostró que Uo/Umf >> 1 donde la expansión del lecho era una función
linear de la velocidad superficial del gas. A partir de la ecuación de la expansión del lecho:

U − U mf
L
−1 = o
L mf
0.71 gDe

(3.12)

la cual sugiere que el diámetro de la burbuja permanezcaconstante cuando la velocidad del
gas es incrementada.

3.3.5 Flujo del gas a través de las burbujas.

Se han desarrollado diferentes modelos para estimar el flujo del gas a través de las burbujas
y el flujo de sólidos alrededor de las mismas. El modelo más simple es el que postula
Davidson (citado por Levy K. Edward) el cual postula que: [6]}

•

La burbuja es de forma esférica.

•Cuando la burbuja sube, las partículas se mueven al lado

como un fluido

incompresible de densidad rs (1 - emf). Esto permite el uso de la teoría de flujo
potencial para determinar el movimiento de los sólidos alrededor de la burbuja.
•

Fuera de la burbuja, el gas fluye a través de la emulsión de fase como un fluido de
arrastre viscoso incompresible. La distribución de presión en estaregión esta dada
por •2P = 0 y la velocidad relativa entre el gas y sólidos es (Ugas – Usolido)x = K

•

Dentro de la burbuja la presión es constante.

•

∂P
.
∂x

Lejos de la burbuja, existe un gradiente de presión un sin tocar.
∇P
= (1 - εmf )( ρ
L

s-

ρ g )g

(3.13)

El patrón del flujo de gas resultante depende de la siguiente razón:
Ubr/Uf
Donde:
Ubr - velocidadde la burbuja en la fluidización incipiente.
Uf – velocidad intersticial del gas en fase de emulsión.
Uf = Umf/emf.
Burbuja lenta (pequeña). (Ubr / Uf < 1)

El gas entra a través de la parte inferior y sale por la superior. Algunos gases forman
un patrón de recirculación en un lado de la burbuja.
Burbujas rápidas (grandes). ((Ubr / Uf > 1)

Todo el gas entra por la parte inferior y...