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Informe de la práctica de lechos.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 18
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La instalación que se utilizará consta de dos lechos fijos, uno compuesto de partículas de vidrio
en un depósito con agua y otro de arena en un segundo depósito sin agua, solo con presencia de
aire.
En el primer depósito una bomba centrífuga impulsará el agua provocando su ascenso y junto a
él las partículas que comenzarán a fluidizarse. El manómetro que se sitúa a su izquierda nos
permitirá ver las distintas diferencias de presión en cada caudal que se establezca manualmente
mediante el rotámetro.
En el segundo depósito se encuentra un diafragma que es el encargado de la impulsión del aire
(fluido de alimentación) el cual provocará la fluidización de la arena en el depósito. También se
utilizará el rotámetro para establecer distintos caudales y el manómetro para obtener las distintas
diferencias de presión.
En ambos lechos se tomarán unos 10 caudales distintos (en el caso del depósito con arena
tomamos unos 5 más), y se apuntarán las distintas diferencias de presión, ya que varían (los
lechos fluidizarán de forma distinta). Con estos datos se realizará una curva que relacionará la
diferencia de presión (pérdida de carga) con los distintos caudales. A partir del caudal donde cada
lecho comience a fluidizarse (cuando la diferencia de presión sea constante) se obtendrá la
velocidad mínima de fluidización. Los resultados que se obtienen experimentalmente tendrían
que ser parecidos a los obtenidos teóricamente, los cuales se averiguarán mediante distintas
ecuaciones.
La fluidización es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido se utiliza para
suspender partículas sólidas. Al conjunto de partículas se le llama lecho fluidizado. En un
lecho la circulación de un fluido a baja velocidad no produce movimiento de partículas, el
fluido circula por los huecos perdiendo presión, véase en la ecuación [8]. Al aumentar
progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y se alcanza un punto
en el que las partículas no permanecen estáticas y fluidizan.
A medida que se incrementa el caudal se pueden distinguir diferentes etapas en el lecho:
● Lecho Fijo: las partículas permiten el paso del fluido sin separarse unas de otras, esto
hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la porosidad también.
En esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso.
● Fluidización: una vez alcanzada la velocidad mínima de fluidización, las partículas
son removidas por el fluido, esto hace que la altura del lecho aumente. En esta etapa
la diferencia de presión tenderá a ser constante.
El comportamiento del lecho descrito se puede observar en la Figura 1 y en la Figura 2.
Figura 1. Comportamiento del lecho según pérdida de presión en función de la velocidad.
Figura 2. Comportamiento del lecho según la altura en función de la velocidad.
𝐿
𝐿
𝑚𝑓
( 1 −𝜀
𝑚𝑓
)
( 1 −𝜀)
Para calcular la velocidad mínima de fluidización teórica es necesario igualar las ecuaciones
[8] y [9].
Por último, se puede clasificar las partículas por el sistema de Geldart G-S. Existen 4 tipos
de comportamiento de partículas:
3
Los materiales que se manipulará en esta práctica son los siguientes:
Unidad Armfield CEL (fig. 1), la cual incluye:
Anexo 1. Unidad Armfield CEL.
Determinación experimental de la densidad y porosidad de los dos lechos fijos.
En una probeta y con un peso se mide la masa y el volumen del lecho y aplicando la ecuación
[2], se obtiene la densidad del lecho. Posteriormente, se aplica la ecuación [1] y se obtiene la
porosidad en los lechos fijos.
Para el sistema del agua:
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
3
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜
3
3
Para el sistema del aire:
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
3
𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜
𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜
3
3
Determinación de la pérdida de carga en función de la velocidad del fluido, y
determinación la velocidad mínima de fluidización.
Teóricamente:
Aplicando la ecuación [8] de Ergun para lecho fijo se obtiene la perdida de carga en función
de la velocidad. Posteriormente, se calcula la porosidad en mínima fluidización mediante la
ecuación [10] y se introduce el valor en la ecuación [9] de Ergun de pérdida de carga para
lechos fluidizados, también en función de la velocidad. Finalmente, se igualan las ecuaciones
[8] y [9] para obtener la velocidad mínima de fluidización.
Para el sistema del agua:
− 3
− 6
2
2
3
𝑜
3
− 6
3
𝑜
2
2
𝑚𝑓
𝑚𝑓
∆𝑃
𝐿
𝑘𝑔
𝑚
3
3
𝑚
𝑠
2
2
𝑚𝑓
− 3
Para el sistema de aire:
− 5
− 6
2
2
3
𝑜
3
− 6
3
𝑜
2
2
𝑚𝑓
𝑚𝑓
∆𝑃
𝐿
𝑘𝑔
𝑚
3
3
𝑚
𝑠
2
2
𝑚𝑓
Experimentalmente:
Con diferentes caudales introducidos en la máquina se obtienen los datos de altura y
diferencia de presión. Hay que tener en cuenta que los datos ofrecidos por la maquinaria no
están en SI, y es necesario convertirlos para poder hacer la posterior gráfica.
Se debe utilizar esta fórmula: 𝛥𝑃 = 𝜌𝑔ℎ
En el caso del agua, la diferencia de presión está indicada en mm de H₂O, por lo que la
densidad sería 𝜌=1000kg/m³. En el caso del aire, la columna se encuentra medida en mm de
CCl₄, y su densidad es 𝜌=1595kg/m³. En el caso del agua, se multiplica al valor obtenido de
AP por 9,81.
Mediciones tomadas en el laboratorio:
Q(L/min) Q(m3/s) AP (mm cH2O) AP (Pa) u(m/s) H(m)
0 0 0 0 0 0,
0,1 1,7E- 06 73 716,13 0,00085034 0,
0,2 3,3E- 06 93 912,33 0,00170068 0,
0,3 5E- 06 130 1275,3 0,00255102 0,
0,4 6,7E- 06 143 1402,83 0,003401361 0,
0,5 8,3E- 06 145 1422,45 0,004251701 0,
Figura 3. Variación de la pérdida de carga frente al caudal en el caso del agua.
Teóricamente, se obtiene que la velocidad mínima de fluidización es 4. 23 · 10
− 3
𝑚/𝑠 y
gráficamente, se obtiene que la velocidad mínima de fluidización es 0,003401361 m/s, es
decir, 3. 4 · 10
− 3
𝑚/𝑠. Los resultados obtenidos son correctos.
Figura 4. Variación de la pérdida de carga frente al caudal en el caso del aire.
Teóricamente, se obtiene que la velocidad mínima de fluidización es 0.073 m/s y
gráficamente, se obtiene que la velocidad mínima de fluidización es 0,0089285 m/s. Los
resultados obtenidos son correctos.
Las gráficas se asemejan a la gráfica esperada.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 0,000005 0,00001 0,000015 0,
AP (Pa)
Q (m³/s)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,
Δ
P (mm CCl
₄
)
Q (m³/s)
Figura 5. Variación de la altura del lecho frente a la velocidad, caso agua.
Figura 6. Variación de la altura del lecho frente a la velocidad, caso aire.
Como se observa en las figuras [5] y [6], y como ha sido antes mencionado, el lecho mantiene
su altura constante hasta que comienza a fluidizar, y es entonces cuando varía su porosidad.
En el caso del aire, se observa una inesperada bajada, que corresponde a las partículas
juntándose unas a otras más, para posteriormente comenzar a fluidizar.
Estas son las conclusiones a las que se ha podido llegar con el experimento:
entre la vía experimental y la vía teórica, es ligeramente diferente, 8.93· 10
− 3
m/s en
los resultados experimentales y 7.3· 10
− 3
m/s en los resultados teóricos.
fluidización calculada teóricamente es 4.23· 10
− 3
m/s y la calculada
experimentalmente es 3.4· 10
− 3
m/s.
se puede formar a la hora de apuntar los datos experimentales.
fluidización. La diferencia de presión y la velocidad van aumentando
progresivamente hasta que, una vez alcanzada la velocidad mínima de fluidización,
la altura de los lechos varía. Una vez fluidiza, y como se observa en las figuras [7] y
[8], alcanzamos el punto máximo de diferencia de presión.
del agua, los valores de velocidad mínima de fluidización del agua son notablemente
menores que los del aire. Esto se debe a que el lecho del aire es más complicado de
fluidizar.
L Altura del lecho (m)
ρ Densidad (kg/m3)
ρf Densidad del fluido (kg/m3)
ρl Densidad del lecho (kg/m3)
Dp Diámetro de la partícula (m)
A Factor de frecuencia (s
ΔP Pérdida de carga (Pa)
ɛ Porosidad del lecho
ɛ₀ Porosidad inicial del lecho
v Velocidad (m/s)
μ Viscosidad (Pa*s)
