Circulación De Fluidos A Través De Lechos Porosos

Experimentación en Ingeniería Química II



Circulación de fluidos a través de lechos porosos







INDICE

INDICE 2
1 Introducción 3
2 Objetivo 5
3 Esquema experimental 5
4 Procedimiento experimental 5
5 Datos experimentales 6
6 Resultados 8
7 Conclusión 13
8 Bibliografía 13
1 Introducción

El flujo de fluidos a través de lechos de partículas sólidas aparece ennumerosos procesos del área de Ingeniería Química. Así, en operaciones de filtración y flujo a través de columnas de relleno, utilizadas en operaciones de destilación, absorción, adsorción e intercambio iónico, se presentan ejemplos de este tipo de circulación.
Así, en esta práctica se considerará el flujo de un fluido a través de un lecho fijo de partículas sólidas.
Un caso especial demovimiento de fluidos lo constituye el flujo a través de lechos porosos formados, bien por un cuerpo sólido atravesado por poros o canales de pequeño tamaño. O bien por un conjunto de partículas en contacto unas con otras que dejan espacios huecos por los que se desplaza el fluido. En este caso, que es el que estudiaremos en esta práctica, el concepto de lecho implica que las partículas no son arrastradaspor el fluido aunque se permita un ligero desplazamiento de las mismas.
Con esto, se persigue el efecto de aumentar la porosidad del lecho, es decir, conseguir el máximo contacto entre sólido-fluido, llegando incluso a una situación en que las partículas no se tocan entre ellas. Este fenómeno, denominado fluidización, aumenta considerablemente la superficie específica del conjunto departículas.
Sin embargo, el paso del fluido a través de los huecos que dejan las partículas sólidas en el lecho, determina una pérdida de carga, la cual debe ser mínima. Por lo que hay que llegar a una condición en la que se cumplan estos dos requisitos, contacto máximo entre sólido-fluido y mínima pérdida de carga, para obtener así un rendimiento óptimo.
A su vez, el flujo de fluidos a través de lechosporosos se ve influenciado por determinadas variables características del lecho, como son:
- La forma geométrica del sólido y de la relación entre el tamaño de las partículas y el de la columna que las contiene.

- La porosidad de la capa de partículas.

- La orientación o disposición del empaquetado de partículas.

- La rugosidad de las partículas.

Así, definimos lossiguientes parámetros:
• Diámetro de partícula, dp: diámetro de la esfera que posee el mismo volumen que la partícula.

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• Porosidad (ε): fracción de huecos en un lecho.




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De esta manera, como ya sabemos, para definir el régimen de circulación de un fluido es necesario calcular el número de Reynolds. En el caso de la circulación de fluidos através de lechos porosos, el número de Reynolds se modifica en función de los parámetros utilizados en el lecho poroso, quedando:
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Donde v0 es la velocidad media del fluido referida a la columna vacía (Q/A).
Además, mediante un análisis geométrico del tubo, puede llegarse a las correspondencias:
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En el caso de trabajar en Régimen Laminar (Re < 10), empleamos la ecuación deCarman-Kozeny, que es obtenida a partir de la ecuación de Poiseuille:
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Si por el contrario, trabajamos en Régimen Turbulento (Re > 1000), empleamos a ecuación de Burke-Plummer, obtenida a través de la ecuación de Fanning:
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Combinando linealmente las dos ecuaciones anteriores con el fin de disponer de una ecuación general que abarque un amplio intervalo de circulación del fluido,obtenemos la ecuación de Ergun-Orning:
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Donde los valores promedios para las constantes, determinadas experimentalmente a partir de diversos tipos de sólidos y distintos tamaños y formas de partículas, pueden tomarse como K1=150 y K2=1,75, al igual que para las ecuaciones individuales.



2 Objetivo


Esta práctica tiene como objetivo principal analizar el comportamiento de un lecho...