hidraulica

FLUIDIZACIÓN

FLUIDIZACIÓN

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1. OBJETIVO

El objetivo de esta práctica es el estudio del flujo en lechos fijos y fluidizados. Se
determinarán las pérdidas por fricción en un lecho fijo y la porosidad y velocidad mínima
de fluidización correspondiente a un lecho fluidizado. La determinación de estos
parámetros se llevará a cabo en columnas rellenas con partículas esféricas de vidriode
diferentes tamaños. Se compararán los resultados experimentales obtenidos con los valores
teóricos esperados.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a
baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del
lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario desólidos viene
dada por la ecuación de Ergun.

Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el
rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas no
permanecen por más tiempo estacionarias, sino que comienzan a moverse y quedan
suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas.2.1. FLUJO A TRAVES DE LECHOS RELLENOS

El comportamiento de un lecho relleno viene caracterizado principalmente por las
siguientes magnitudes:

-

Porosidad del lecho o fracción de huecos, ε: Es la relación que existe entre el
volumen de huecos del lecho y el volumen total del mismo (huecos más sólido).

-

Esfericidad de una partícula, φ: es la medida más útil para caracterizar laforma de
partículas no esféricas e irregulares. Se define como:

FLUIDIZACIÓN

⎛ superficie de una esfera ⎞

φ =⎜
⎜ superficie de la partícula ⎟
⎟
⎝
⎠igual volumen

2

(1)

La esfericidad de las partículas y la porosidad del lecho están relacionadas. La Figura 1
muestra los datos típicos de fracción de huecos para lechos de relleno. La fracción de
huecos disminuye a medida quela esfericidad aumenta.

Figura 1. Fracción de huecos en función de la esfericidad de la partícula

-

Tamaño de partículas, dp: Si la partícula es esférica se emplea su diámetro. Para

partículas no esféricas, el tamaño viene expresado por:

d p = φ .d esf

(2)

donde desf es el diámetro equivalente de esfera (diámetro de la esfera que tiene el mismo
volumen que la partícula).

Enel caso de que se disponga de una distribución de tamaños de partículas, habría que
definir un tamaño de partícula promedio. Conviene hacer esta definición en relación a la
superficie de partícula, puesto que es esta superficie la que produce resistencia friccional al

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flujo. Por consiguiente, el diámetro de partícula dp, sería el tamaño único de partículas que
tendríala misma área superficial total que la mezcla de tamaños en cuestión (igual volumen
total de lecho e igual fracción de huecos en ambos casos). Esta definición conduce a la
expresión:
dp =

1
⎛ xi
∑ ⎜
todos los ⎜ d pi
⎝
cortes de

(3)

⎞
⎟
⎟
⎠

tamaños

donde xi es la fracción másica en un intervalo de tamaños.
2.1.1. Perdida friccional para lechos rellenos

La resistenciaal flujo de un fluido a través de los huecos de un lecho de sólidos es
la resultante del rozamiento total de todas las partículas del lecho. El rozamiento total por
unidad de área es igual a la suma de dos tipos de fuerza: i) fuerzas de rozamiento viscoso y
ii) fuerzas de inercia. Para explicar estos fenómenos se hacen varias suposiciones: a) las
partículas están dispuestas al azar, sinorientaciones preferentes, b) todas las partículas
tienen el mismo tamaño y forma y c) los efectos de pared son despreciables.

La pérdida friccional para flujo a través de lechos rellenos puede calcularse
utilizando la expresión de Ergun:
2
150 µ.u 0 .L (1 − ε ) 2 1,75.u 0 .L (1 − ε )
+
∑ F = d 2 .ρ
dp
ε3
ε3
p

KKKKKKK
pérdidas viscosas

donde:
ρ: densidad del fluido
µ: viscosidad...