Lechos porosos

1. Introducción
En este tema, se va a analizar la circulación de fluidos en contacto con sólidos. Cuando el fluido
es un gas, los sólidos son lógicamente insolubles con el gas. Sin embargo, si el fluido es un
líquido, puede ocurrir que parte de ese líquido entre a formar parte de las partículas sólidas,
formando una entidad denominada agregado o flóculo, que tiene el comportamiento de unsólido, es decir, puede sedimentar. Por tanto, en primer lugar se describirán las partículas
sólidas y sus características, y posteriormente se introducirán los agregados.
1.1 Partículas sólidas
1.1.1. Caracterización de las partículas sólidas
El tamaño de las partículas sólidas esféricas queda perfectamente determinado por el valor de
su diámetro. Para partículas no esféricas, se definen variosconceptos, que se consideran a
continuación:
 Diámetro esférico equivalente, dsph, es el diámetro de aquella esfera que tiene el mismo
volumen que la partícula
3
sph
part sph
4 d
V = V
3 2

 
  
 
(1)
 Esfericidad, s, es la relación entre la superficie externa de la esfera con el mismo
volumen que la partícula y la superficie de la partícula. En la Tabla 1 se presentanalgunos
valores de esfericidad.
sph
s
part mismo
volumen
S
S
 
     
 
(2)
 Diámetro efectivo, deff, es el diámetro de aquella esfera que tiene la misma relación
superficie/volumen que la partícula considerada. La relación superficie/volumen "a" para
una partícula, se puede calcular como
2
3
6 / / 6
;
/ 6
part eff part sph s sph s
part eff eff part sph sph sph s
S SS S d
a a
V V d V V d d


 
      

(3)
La relación superficie/volumen para una partícula esférica es 6/diámetro efectivo. Por tanto,
se deduce que
eff s sph d  d (4)
OPERACIONES DE FLUJO DE FLUIDOS
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Tabla 1. Esfericidad de partículas
Normalmente, los conjuntos de partículas no se presentan con tamaños uniformes, sino con una distribución de tamaños. Por tanto, sedebe trabajar con un diámetro medio de partículas, que ha de determinarse experimentalmente.
1.2 Agregados de partículas y procesos de floculación
La distribución de tamaños y tamaños medios, caracterizan completamente un conjunto de partículas siempre y cuando el contacto sólido-fluido no altere las características de las mismas, es decir, que sean completamente insolubles en el fluido. Estoocurrirá en casi todos los contactos sólido-gas (cuando las partículas sean redondeadas), y en los contactos de sólido-líquido donde el sólido sea insoluble y las partículas sean gruesas (mayores de 200 m), dándoles comúnmente el nombre de partículas macizas. Sin embargo, en el caso de contacto líquido-sólido para partículas finas entran en juego interacciones químicas y electrostáticas que hacen queestos sólidos pierdan su identidad como tales, y formen agregados o flóculos, un ente de mayor tamaño formado por sólido y líquido, esponjoso, de densidad media superior a la del líquido. A continuación, se describe la formación de estos agregados.
1.2.1. Formación de agregados o flóculos de partículas
Considérese un agua bruta de pantano que es fuente de agua potable. Esta agua contienesustancias sólidas en suspensión, finamente divididas, y sustancias en estado coloidal. En el estado coloidal, las partículas pueden contener una estructura similar a la que se indica en la Figura 1. La partícula sólida en estado coloidal es tan fina que está electrostáticamente descompensada. Por ello, se forma a su alrededor una capa fija de disolución con iones y alrededor de ella otra capa difusa.La partícula cuando se mueve arrastra consigo mismo únicamente la capa fija. Esta unión de la partícula sólida y su capa fija, en la cual pueden unirse otras partículas con sus correspondientes capas fijas, constituye un agregado. Estos agregados
OPERACIONES DE FLUJO DE FLUIDOS
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pueden ser de un tamaño muy superior a la partícula sólida contenida en su interior, y de cara
al movimiento...