fluidización de lecho

Introdución
La fluidización es un proceso particular de la circulación de los fluidos a través de un lecho poroso. El fluido circula a través del lecho, en nuestra práctica utilizaremos arena, y dependiendo del caudal ascendente se dará la expansión del lecho. Esto supone un incremento en la altura del lecho (Le) que conlleva un aumento de la porosidad hasta llegar al punto en el que se alcanzauna altura (Lmf) que es la altura de mínima fluidización. Esta se observa debido a las vibraciones de las partículas del lecho y observamos la fluidización del mismo.
El objetivo de esta práctica es es buscar la velocidad de mínima fluidización.
Fundamento Teórico
Un lecho está formado por una serie de partículas sólidas, a través de las cuales pasa un fluido. Este fluido, al pasar por ellecho, da lugar a una caída de presión. Si representamos la caída de presión en el lecho frente a la velocidad a la que circula el aire a través del mismo, observaremos que la caída de presión cuando reducimos la velocidad del aire, una vez alcanzada la fluidización del lecho, es constante. Esta es una característica de la fluidización.
Para poder realizar este proceso, primero tendremos que definiruna serie de conceptos.
-Porosidad (es la relación que existe entre el volumen del lecho y el volumen total del mismo, incluyendo los huecos.
-Esfericidad (es la relación que existe entre el área de la partícula respecto al área de la esfera (la expresión matemática viene desarrollada en los cálculos).
Si utilizamos los datos de reducción (bajada) del caudal una vez que hemosalcanzado la altura de mínima fluidización, observamos que se forman dos rectas con diferentes pendientes. Se prolongan dichas rectas y en el punto de corte de estas dos rectas obtendremos el valor experimental de la velocidad de mínima fluidización.


En función de cómo se echen las partículas del lecho dentro del mismo variará la porosidad.
Esto debemos valorarlo a partir de un modelo teórico.Este modelo se obtiene haciendo un balance:
Balance de fuerzas:
Fuerza de arrastre del fluido = Peso efectivo partículas (fluidización)
∆PT. AT = AT. Lmf.(1 – mf). (partícula - fluido). g
∆PT/ Lmf = Lmf.(1 – mf). (partícula - fluido). g
Además, utilizaremos la ecuación de Ergun para comparar dicha ecuación
=
Siendo:
: densidad del fluido
: viscosidad del fluido
esfericidad de lapartícula
dp: diámetro de la partícula
umf: velocidad de mínima fluidización
porosidad del lecho
∆PT: pérdida de presión en el lecho
La ecuación consta de un término lineal y otro cuadrático. El primer término expresa las pérdidas de flujo debido a la viscosidad y esto se da para velocidades bajas del fluido. El segundo término expresa las pérdidas de presión debido a la carga turbulenta.A partir del número de Reynolds de partícula determinaremos qué régimen predomina para cada medida de flujo del fluido. El número de Reynolds viene dado por la siguiente expresión:

Para Re < 20, predomina la pérdida por viscosidad.
Para Re > 1000, predomina la pérdida por régimen turbulento o pérdida cinética.



Desarrollo Experimental
Para este experimento utilizaremos la siguienteinstalación:


El fluido que utilizaremos es el aire. Este pasará por una soplante que aumentará la presión del fluido. Luego pasará a través de un rotámetro, que utilizaremos para regular el caudal del fluido. Este rotámetro lo regulamos con una válvula para poder estabilizar el medidor al inicio de la medición. Para medir la variación de la sobrepresión al pasar por el rotámetro tendremos elmanómetro de mercurio (Hg). Una vez que pasa por el rotámetro, se introduce el aire en un contenedor donde estará colocado el lecho. La sobrepresión en el mismo la mediremos con un manómetro de agua. La salida del manómetro de agua está conectada al exterior para medir la sobrepresión con respecto a la presión atmosférica. El manómetro de mercurio está conectado a un frasco de tal manera que, si se...