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III UNIDAD : Fundamento de las operaciones con sólidos. Contenidos: 3.4 Características del proceso de fluidización. 3.4.1Condiciones para la fluidización.

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1 III UNIDAD : Fundamento de las operaciones con sólidos. Contenidos: 3.4 Características del proceso de fluidización Condiciones para la fluidización Velocidad de arrastre, capa fluidizada, velocidad crítica. Ing. Sandra Blandón Navarro 24 de septiembre, 2008 Operaciones mecánicas en la Ingenieria Agroindustrial

2 3.4 Características del proceso de fluidización. 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.

3 3.4 Características del proceso de fluidización. 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 la forma de partículas no esféricas e irregulares.

4 3.4 Características del proceso de fluidización. La fluidizacion puede ser particular o agregativa. En la fluidizacion particular la fase sólida está uniformente distribuida en todo el volumen del lecho y el fluido pasa a traves del lecho establemente. Se observa en sistemas S-L y S-G cuando la diferencia de densidades no es muy grande. En la agregativa se observan dos regiones diferentes en el lecho: la fase densa y la fase ligera.

5 3.4.1Condiciones para la fluidización. La resistencia al 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.

6 3.4.1Condiciones para la fluidización. Para explicar estos fenómenos se hacen varias suposiciones: a) las partículas están dispuestas al azar, sin orientaciones preferentes, b) todas las partículas tienen el mismo tamaño y forma y c) los efectos de pared son despreciables.

7 La pérdida friccional para flujo a través de lechos rellenos puede calcularse utilizando la expresión de Ergun: donde: ρ: densidad del fluido μ: viscosidad del fluido dp: diámetro de partícula L: altura de lecho ε: porosidad del lecho Uo: velocidad superficial del fluido. Velocidad que tendría el fluido si el recipiente no contuviera sólidos (uo = Q/S)

8 3.4.1Condiciones para la fluidización. Para fluidos que circulan a través de un lecho relleno de sólidos, el número de Reynolds de partícula se define como: Cuando Rep < 20, el término de pérdida viscosa domina y puede utilizarse solo con un error despreciable. - Cuando Rep > 1000, sólo se necesita utilizar el término de pérdida turbulenta.

9 Aplicaciones El procesamiento en lechos fluidizados implica el secado, enfriamiento, aglomeración, granulación y revestimiento de los materiales en gránulos. Es ideal para una amplia gama de productos sensibles y no sensibles al calor.

10 3.4.2Velocidad de arrastre, capa fluidizada, velocidad crítica. La velocidad del fluido para la que se alcanzan estas condiciones se denomina velocidad mínima de fluidización (Umf) y el lecho de partículas se conoce como lecho fluidizado. Fases del lecho al aumentar la velocidad

11 3.4.2Velocidad de arrastre, capa fluidizada, velocidad crítica. ; Re p < 20 ; Re p > 1000

12 Ejemplo1. Calcule la velocidad mínima de fluidización de partículas de silica-gel de 1.75mm de diámetro y 1100 kg/m 3 de densidad en un lecho de ebullición cuando se usa aire a 100ºC como agente fluidizante. Densidad del aire a 100ºC es kg/m3 y su viscosidad es de 0.022cp

13 3.4.2Velocidad de arrastre, capa fluidizada, velocidad crítica. Si el diámetro de la partícula en comparación con el del tubo, esta velocidad será igual a la de caída de la partícula en el seno del mismo fluido, y es llamada velocidad de arrastre. Un aumento pequeño de su valor provoca el arrastre, ya que las fuerzas de arrastre se hacen superiores.

14 3.4.2Velocidad de arrastre, capa fluidizada, velocidad crítica. El intervalo de velocidades útil para la fluidización está comprendido entre Umf y la velocidad de arrastre, Ua, para la cual las partículas sólidas son arrastradas fuera del lecho, la porosidad se aproxima a la unidad y el lecho deja de existir como tal.

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