Fluidizacion

November 6, 2018 | Author: Alexander Kevin Ramirez Trejo | Category: Viscosity, Permeability (Earth Sciences), Fluidization, Reynolds Number, Friction
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se tiene un trabajo experimental sobre fluidizacion...

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Laboratorio de Ingeniería Química II

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química Escuela Proesional de Ingeniería Química

Laboratorio de Ingeniería Química II !E"A# GUIA Fluidizaciòn PROFESOR# Ing. Carlos Ángeles Queirolo IN!E$RAN!ES# -

Berrospi íaz! a"is Cauti C*occe! Adita +oemí -aael /aipe! Lorena -ami -amire rezz /re /re0o 0o!! Ale Ale1a 1and nder er 2e" 2e"in in -odríguez Castillo! I"an 5antari 5antaria a 6argas argas!! /eodoro odoro a"id a"id 6illacorta Grandez! a"id

FEC%A DE PRESEN!ACI&N# #& 7 #& 7 ( 8

'ella(ista ) Callao *+,- . A

1

#$%&'() (#%,(%#(#, #$#&',B (#%, (#%,(% (%#3 #3%' %' #4#$(,B (#%,(% (#%,(%#3' #3'% % #$%$($C

Laboratorio de Ingeniería Química II

INTRODUCCIÓN

La fluidización es un fenómeno que ocurre cuando pequeñas partículas sólidas son suspendidas por una corriente de un fluido que se dirige de abajo hacia arriba venciendo el peso de las mismas, esto se da cuando la velocidad del fluido se encuentra lo suficientemente alta como para suspender las partículas, pero a la vez no tan elevada como para expulsar las partículas fuera del recipiente

Las partículas sólidas rotan en el lecho r!pidamente, cre!ndose un excelente mezclado "l material que se fluidiza es casi siempre un sólido # el medio que fluidiza puede ser tanto líquido como gas Las características # comportamiento de los lechos fluidizados dependen fuertemente de las propiedades del sólido # del fluido, tal como se observara a continuación en la siguiente experiencia

2

Laboratorio de Ingeniería Química II

I.

OBJETIVOS



"studiar el flujo en lechos fijos # fluidizados



$eterminar las p%rdidas por fricción en un lecho fijo, la porosidad # velocidad mínima de fluidización correspondiente a un lecho fluidizado

II.

MARCO TEÓRICO

II.1. FLUJO DE FLUIDOS A TRAVES DE PARTICULAS SOLIDAS

La velocidad de transferencia de momento del fluido a las partículas sólidas #, en consecuencia, la caída de presión del flujo a trav%s del lecho, est! relacionada con los mecanismos físicos del flujo "n un lecho empacado, la tra#ectoria del flujo est! formada por muchos canales paralelos e interconectados Los canales no tienen un di!metro fijo sino que se ensanchan  # estrechan en forma repetida llegando a desviarse # dar vuelta en direcciones diferentes a medida que las partículas obstru#en el paso Los canales no tienen la misma sección transversal promedio o longitud total &l fluir a trav%s de estos pasajes, la fase fluida se acelera # desacelera en forma repetida experimentando p%rdidas repetitivas de energía cin%tica &dem!s, las superficies rugosas de las partículas producen las p%rdidas usuales de arrastre de forma # fricción de superficie Fig. 1: fluido din!i"# # $%#&'( d) un l)"*o fi+o 

3

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'uente( Im!genes de )oogle "l flujo a trav%s de grandes canales abiertos ser! a una velocidad m!s alta que el flujo a trav%s de canales estrechos restringidos # paralelos, debido a que la caída de presión por pie de longitud de lecho debe ser constante sin importar el canal que se est% considerando *or esta razón, la transición de flujo laminar a turbulento se presentar! a una velocidad de flujo global sensiblemente menor en pasajes abiertos que en canales restringidos &dem!s, en la convergencia de dos canales se promover!n corrientes con remolinos # turbulencias, debido a la desigualdad de velocidad en los dos canales II.,. FLUJO A TRAVES DE LEC-OS EMPACADOS

La resistencia al flujo de un fluido a trav%s de los huecos de un lecho de sólidos, es la resultante del rozamiento total de todas las partículas del lecho $e acuerdo con el n+mero de e#nolds

 D p G 0 / μ

  el flujo ser! laminar o

turbulento # habr! rozamiento de forma, separación # formación de estela Igual que en el rozamiento debido a una sola partícula sólida, no ha# transición brusca entre el flujo laminar # turbulento, como ocurre para el caso de flujo a trav%s de tuberías # canales de conducción de sección transversal constante Los m%todos m!s comunes para calcular la caída de presión a trav%s de lechos de sólidos se basan en estimar el rozamiento total del fluido sobre las superficies sólidas, al pasar por los canales tortuosos formados por el lecho de 4

Laboratorio de Ingeniería Química II

partículas $e cualquier manera, para calcular el di!metro de un canal equivalente, se supone que el lecho tiene un conjunto de canales circulares uniformes, los cuales tienen un !rea total de superficie # un volumen de espacio vacío que concuerda con aquellos del lecho "l !rea total de la superficie es el !rea de la superficie de cada partícula por el n+mero de partículas, pero es m!s conveniente basar el c!lculo de acuerdo con las partículas en la fracción de volumen en el lecho # la relación superficievolumen para las partículas

II.,.1. C#%#"$)%($i"#( d) l#( /#%$"ul#( (0lid#(

"l tamaño de las partículas sólidas esf%ricas queda perfectamente determinado por el valor de su di!metro *ara partículas no esf%ricas, se define varios conceptos, que se consideran a continuación(  $i!metro esf%rico equivalente

.

d Sph

/

$i!metro de aquella esfera que tiene el mismo volumen que la partícula

(  ) (

d sph 4 V  p= π  3 2

d sph =2

3

(√ )  3

3 V  p 4 π 

 

1.1 )

( 1.2 )

"sfericidad . 

Φs



La relación superficie-volumen para una esfera de di!metro dp dividida entre la relación superficie-volumen para la partícula cu#o tamaño nominal es dp

5

Laboratorio de Ingeniería Química II π ( d p ) 2

Φ s=

S sph V sph S p V  p

( ) 3

=

d π   p 6 S p V  p

→Φ s=

6 d p

S p V  p

( 1.3 )

T#l# N21: E(f)%i"id#d d) !#$)%i#l)( di&)%(o( 

'uente( 0btenido de .1c2abe, 3mith, 4 5arriot, 6778/ 

II.,.,. C#%#"$)%($i"#( d)l l)"*o  

La fracción de volumen de partículas en el lecho

"sta fracción es 9 : ;, donde ; es la porosidad o fracción hueca 3i las partículas son porosas, los poros por lo general son mu# pequeños para permitir que cualquier flujo significativo pase a trav%s de ellos, así que ; toma como la fracción hueca externa del lecho # no como la porosidad total  

$i!metro equivalente del canal .$ eq / 

*ara determinar el di!metro equivalente $eq del canal, el !rea de superficie para n canales paralelos de longitud L se establece igual al volumen de la partícula 37 L.9 : ;/, por la relación superficie-volumen, donde 3 7 es el !rea de la sección transversal del lecho( nπ D eq L= S0 L (1 −ε )

6 ( 1.4 ) Φ s d p

"l volumen total de los n canales es igual al volumen hueco en el lecho( 6

Laboratorio de Ingeniería Química II 1 2 S 0 Lε =  nπ D eq L ( 1.5 ) 4

&l combinar las ecuaciones .9!l?  

Ɛ

V)lo"id#d !ni!# d) fluidi6#"i0n

v.mBs/

>*.*a/

19

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ΔP vs. v 3000

2500

2000

ΔP

1500

1000

500

0 0

0

0

0

0

0

0

0

0

v(m/s)

%mf =m / s

V.1..

C#d# d) /%)(i0n !ni!# d) fluidi6#"i0n

$el mismo paso hecho en el =9= $eterminar de esa intersección la caída de presión mínima de fluidización "ntonces la caída de presión mínima de fluidización es( ∆ Pmf = Pa

V.1..

Po%o(id#d !ni!# d) fluidi6#"i0n

$e la siguiente ecuación despejamos la porosidad, ∆ Pmf  = Lmf ∗( 1−ε mf )∗( ρs− ρ )∗

La porosidad estar! expresada por la siguiente ecuación(

20

0

0

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ε mf =1−

V.1..

∆ Pmf   Lmf ∗( ρ p− ρ )∗ 

R)(ul$#do( $)0%i"o(

.1..1 Po%o(id#d !ni!# d) fluidi6#"i0n ε mf  =1− 0.356∗(log d p−1 ) ε mf  =¿

.1.., C#d# d) /%)(i0n !ni!# d) fluidi6#"i0n ∆ P= L mf ∗( 1 − ε mf  )∗( ρ p− ρ )∗ 

∆ P= Pa

.1..3 V)lo"id#d !ni!# d) fluidi6#"i0n  

*ara lechos fijos ∆ P=

 

(

150∗ μ∗ L∗ 1−ε 2

d p∗ε

3

)

2

∗% 0+

(

1.75 ∗ ρ∗ L∗ 1− ε

d p∗ε

3

)

2

∗%0

*ara Lechos fluidizados  ∆ P= L mf ∗( 1 −ε mf  )∗( ρs− ρ )∗ 

"ntonces como de la gr!fica >* vs H 2 150∗ μ∗ L∗( 1− ε mf ) 1.75 ∗ ρ∗ L∗( 1− ε mf ) 2  p

d ∗ε

3 mf 

∗% 0+

1ultiplicando por el factor( 3

d p ∗ ρ 2

 μ ∗ L∗(1− ε mf )

"ntonces nuestra ecuación anterior quedaría 21

d p∗ε mf 

3

∗% 02= Lmf ∗( 1− ε mf )∗( ρs − ρ )∗

Laboratorio de Ingeniería Química II 150∗( 1− ε mf ) 3

ε mf 

La expresión queda como( 150∗( 1− ε mf ) ε

3 mf 

 * e p +mf =

d ∗ ρ∗( ρ s− ρ )∗ d ∗% ∗ ρ 1.75 d p∗% mf ∗ ρ ∗  p mf  + 3∗ =  p 2  μ  μ ε mf   μ

(

)

∗ * e p + mf  +

1.75

ε

3 mf 

(

)

2

3

d p∗ ρ∗( ρ s− ρ )∗  3

2  p + mf 

∗ * e

=

 μ

2

d p∗%mf ∗ ρ  μ

 * e p+ mf ∗ μ %mf = d p∗ ρ

.1.. Longi$ud !ni!# d) fluidi6#"i0n  Lmf ∗( 1−ε mf )= Lm∗( 1 −ε m )  Lmf =

 Lm∗(1− ε m )

( 1− ε mf )

 Lmf = m

.1.. CONTRASTE DE RESULTADOS R)(ul$#do( E/)%i!)n$#l)( 7 T)0%i"o(

E/)%i!)n$#l)( V!f>[email protected](?  Ɛ !f 

L !f >!?  P!f>P#? 

22

T)0%i"o(  

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VI.

RESULTADOS E=PERIMENTALES

"l comportamiento característico de un lecho fluidizado se enfoca en dos par!metros b!sicos, la caída de presión del fluido que circula por el lecho para diferentes cantidades de flujo # la porosidad o fracción vacía del lecho a diferentes caudales de operación  *ara estudiar el comportamiento de un lecho de partículas en función del r%gimen de flujo se desarrollaran las pruebas experimentales que permitir!n cuantificar los par!metros b!sicos *ara recabar información de los datos obtenidos experimentalmente se elaborara una tabla con las siguientes características ;>[email protected]!in?

L)"$u%#( P>"!-g?

*>"!?  

Ɛ

C#l"ul#d#(   V>[email protected](? 

9 6 O < Las dos primeras lecturas .\ *, L # Q / de cada uno de los equipos son tomadas durante el experimento # las dos +ltimas . Ɛ  # H / son calculadas mediante las ecuaciones anteriormente planteadas para posteriormente elaborar graficas \ * vs H 

P: diferencia de presión que se experimenta en la entrada # la salida del lecho a medida que ocurre la fluidización 1edida con un manómetro en forma de J L: longitud del lecho a medida que ocurre la fluidización 3e calcula mediante ecuación 23

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;: caudal medido con rot!metro : porosidad relativa del lecho o la relación entre los espacios vacíos # el volumen de sólidos en el lecho 3e calcula mediante ecuación Ɛ

V: la velocidad superficial de flujo es la velocidad del fluido a un determinado incremento de presión

VII. BIBLIOGRAFIA

2oulson, ], 4 ichardson, ] .9KW9/ Ingeniería Química( Nomo II .0peraciones Jnitarias/ "spaña( "H"N^ 'oust, &, Senzel, L, 4 2lump, 2 .677M/ *rincipios de 0peraciones Jnitarias  .segunda ed/ 1exico( 2ompañia "ditorial 2ontinental )ilarranz edondo, 1 & .]ulio de 677M/ 'luidización 0btenido de Jniversidad &utónoma de 1adridB Ingeniería Química( https(BB___uamesBpersonal`pdiBcienciasBmgilarraB'luidB'luidizacion 67677M-78pdf 1c2abe, S, 3mith, ], 4 5arriot, * .6778/ 0peraciones Jnitarias en Ingeniería Química  .3%ptima ed/ 1exico( 1c)ra_-5illBInteramericana "ditores

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