UNIDAD TEMATICA 6 FLUJO A TRAVES DE LECHOS RELLENOS

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA - CATEDRA: OPERACIONES UNITARIAS I
UNIDAD TEMATICA 6: FLUJO A TRAVES DE LECHOS RELLENOS

FLUJO EXTERNO: LECHO RELLENO
Un lecho consiste en una columna formada por partículas sólidas, a través de las
cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser liberado de algunas impurezas y
sufre unacaída de presión.
El flujo de fluidos a través de lechos rellenos con partículas es frecuente en ámbitos
muy diferentes. Por ejemplo:
• En la industria química ocurre en los convertidores de SO2-SO3, en la reducción en
altos hornos.
• En la industria alimenticia, en las torres de secado de legumbres.
• En un laboratorio de química analítica, en el flujo de un gas a través de una columna de
uncromatógrafo.
• En purificación de aire con impurezas tales como humo, este último queda adherido en
la superficie del relleno.
Por este motivo es necesario desarrollar una metodología que permita evaluar
magnitudes de interés, como por ejemplo la diferencia de presión ("pérdida de carga") que
es necesario aplicar al lecho para lograr un determinado caudal.
En la actualidad, encontramos diversos tiposde rellenos comerciales, pudiendo ser
de cerámica, metal o plásticos, los más comunes son:

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 (lecho fijo). El fluido circula por
los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario
de sólidos viene dada por la ecuación deErgun, que se desarrollará a continuación…
Definiciones necesarias
Ecuación General del Factor de Fricción:
f =

∆P * D
4 * L * 1 * ρ* < v > 2
2

Reynold:
Re =

ρ * < v > *D h
µ

Autoras: Ing. Susana Santana – Ing. Agustina Zangrando

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA - CATEDRA: OPERACIONES UNITARIAS I
UNIDAD TEMATICA 6: FLUJO ATRAVES DE LECHOS RELLENOS

Porosidad
del lecho

Área especifica del sólido
Superficie especifica del relleno ≡ Superficie de una unidad de volumen de relleno

ε=

VHUECO
VLECHO

aV =

Superficie de relleno Superficie mojada
=
Volumen de relleno Volumen de relleno

Cuando las partículas no tienen una forma especifica, se calcula un diámetro específico.
2

4 *π * Rp
3
6
av =
=
=
3
4 *π * Rp
Rp Dp
3Determinación de la ecuación de ERGUN
Comencemos evaluando la situación laminar….
Para flujo laminar en tubos circulares de diámetro D:

< v >=

∆P * D 2
32 µL

Teniendo en cuenta que un lecho relleno es un tubo de sección muy complicada, la
velocidad media se encontrará afectada por un Diámetro Hidráulico Dh:
< v >=

∆P * Dh
32 µL

2

Esta seria la velocidad media de flujo en la sección disponiblepara el paso del fluido
Si el Dh es:
V HUECO
V LECHO
4 * sec ción disponible para flujo 4 *Volumen de hueco
4 *ε
Dh =
=
=
=
sup
erficie
mojada
perimetro mojado
sup erficie mojada
(1 − ε ) * aV
V LECHO
Ya que:
4*

SuperficieMojada SuperficieMojada VolumenSolido
=
*
VolumenLecho
VolumenSolido VolumenLecho
VolumenSol ido = VolumenLecho − VolumenHue cos
SuperficieMojada SuperficieMojada VolumenLecho −VolumenHue cos
=
*
VolumenLecho
VolumenSol ido
VolumenLecho

Autoras: Ing. Susana Santana – Ing. Agustina Zangrando

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UNIDAD TEMATICA 6: FLUJO A TRAVES DE LECHOS RELLENOS

SuperficieMojada SuperficieMojada
VolumenHue cos
=
* (1 −
) = a v * (1 − ε )
VolumenLechoVolumenSolido
VolumenLecho

Por lo tanto:

< v >=

∆P * ε 2
2

(1 − ε ) 2 * aV * 2 * µ * L

velocidad del fluido dentro del relleno

Como la velocidad dentro del lecho es un parámetro muy difícil de evaluar, se define:
v 0 =< v > *ε

Siendo:
V0 = velocidad del fluido antes de ingresar al lecho
Y recordando también que:
av =

6
Dp

Entonces:

v0 =

∆P * ε 3 * D p

2

(1 − ε ) 2 * 36 * 2 * µ *...

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