Fluidizacion

Mecánica de Fluidos

Tema 10

Contenido Tema 10

FLUIDIZACIÓN Introducción. Progreso de la fluidización

Estimación de la velocidad mínima de fluidización • Régimen viscoso • Régimen turbulento • Aplicación lavado de filtros de arena Mínima fluidización, lecho expandido y arrastre • Partículas ligeras y/o pequeñas • Partículas densas y/o grandes Clases de fluidización . • Fluidizaciónburbujeante • Fluidización particulada Aplicaciones de fluidización, Ventajas e inconvenientes

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Introducción. Progreso de la fluidización.
En el lecho fluidización se producen cambios en el lecho particulado a medida que se modifica la velocidad:

FIGURA 1. situaciones de fluidización de lecho de partículas

__ uo < umf __ uo = umf __ uo > umf

Lecho fijoLecho se hincha partículas bastante quietas Hay que distinguir entre fluidización con líquido o con gas. • En la fluidización con líquidos el lecho se expanden mas y mas con el aumento de la velocidad. Normalmente en fluidización particulada • En la fluidización con aire aparecen burbujas y el nivel del lecho cambia poco. Fludicación particulada o burbujeante.
El punto crítico e la fluidización esla velocidad mínima de fluidización . En esta situación se produce que:
 Fuerza de rozamiento   Peso neto de    ejercida por fluido  =  sólidos en el lecho        
∆P A = A L 1− ∈mf

)(ρ p − ρ ) g ∆P = (1− ∈mf )(ρ p − ρ ) g L

(

FIGURA 2. Caída de presión en fluidización

1

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Estimación de la velocidad mínima de fluidización
Lafluidización mínima puede considerarse como un lecho relleno ligeramente expandido en primera aproximación la ecuación de Ergun puede emplearse para la determinación de la umf al combinar con la expresión anterior

1,75 ∈3 mf

Remf +

150( 1− ∈mf ) ∈3 mf

Remf =

d3 ρp − ρ ρ g p

(

)

µ2

(1− ∈) H = H mf 1− ∈mf

(

)

La porosidad del lecho en mínima fluidización se calcula apartir de la medición experimental de Hmf y propiedades del lecho fijo.

A veces Hmf es difícil de determinar y puede recurrirse a la ecuación de Ergunn introduciendo simplificaciones

1

φ s ∈3 mf

= 14

1− ∈mf

φ s2 ∈3 mf

= 11

Para Rep < 20 régimen viscoso

150( 1− ∈mf ) ∈3 mf

Remf =

d3 p

(ρ p − ρ ) ρ g
µ2

u mf =

2 de ρ p − ρ g

(

)

1650 µ

Para Rep >1000 régimen turbulento

1,75 ∈3 mf

Remf =

d3 ρp − ρ ρ g p

(

)

2 u mf =

de ρ p − ρ g 24 ,5 ρ

(

)

µ2

Lavado de filtros de arena
En el lavado de filtros de arena se realizan normalmente condiciones de fluidización mínima, por consiguiente, la ecuaciones anteriores pueden emplearse para el cálculo de los caudales de retrolavado:

Qrv = u mf A
2

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Mínima fluidización y lecho expandido
Es interesante observa el grado de separación de la velocidad requerida para la mínima fluidización de la velocidad de arrastre representada por la velocidad terminal de sedimentación de la partícula Para la ut calculamos empleamos la ecuación de Stokes considerando flujo viscoso o turbulento según los casos

Partículas ligeras y/opequeñas
En estos casos se dan condiciones de flujo viscoso

gd 2 ρ p − ρ ut p = u mf 18µ

(

)•

150 µ

1− ∈mf

2 g ( ρ p − ρ )d p ∈3 mf

8,33 1− ∈mf ut = u mf ∈3 mf

(

)

ut según Stokes en régimen viscoso

1/umf en régimen viscoso

Si tenemos en cuenta valors típicos de ∈mf ~0,45 la velocidad necesaria para el arrastre es del orden de 50 veces superior a la mínima a la mínimade fluidización

Partículas densas y/o grandes
En estos casos la velocidad necesaria de fluidización es claramente superior y se dan condiciones de régimen turbulento

ut u mf

 4 gd p ( ρ p − ρ )   = 1,75   3ρ  
ut según Stokes en régimen turbulento considera CD ~0,4

1

2

  gd p ρ p − ρ ∈3 mf 

(

1,75 ρ

)

   

1

2

ut u mf

=

2,33
∈3 / 2...