procesos de separación, Apuntes de Procesos Químicos

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5.2 Fluidización

Tecnológico Nacional de México M.C. Y. M. Hernández C.

Competencia específica a desarrollar:

• Identifica procesos que involucren la fluidización, separación

por membranas, ósmosis inversa, ciclones e hidrociclones y

lavadores de gases, con base a su acción de separación de

cada uno de ellos.

Lecho

Un lecho consiste en una columna formada por partículas sólidas a través de las cuales pasa un fluido sufriendo una caída de presión. El material que se empaca en el lecho puede consistir en:

• Esferas, partículas irregulares, cilindros o varios tipos de empaques comerciales
• En filtración, el lecho de sólidos está formado por pequeñas partículas que se separan del líquido mediante una tela filtrante o un tamiz fino.
• En equipos de intercambio iónico o en reactores catalíticos, se manejan sólidos granulares.

Lecho

Fluidización

• Se entiende como el proceso de contacto fluido-gas en el cual un lecho formado por partículas sólidas finamente divididas se levanta y agita por una corriente ascendente del fluido del proceso.
• Desde un punto de vista macroscópico, la fase sólida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ahí el origen del término "fluidización".
• Al conjunto de partículas fluidizadas se le denomina lecho fluidizado.

Fluidización

Ventajas de la Fluidización

1. Un lecho sólido fluidizado tiene la ventaja de acercarse a las condiciones isotérmicas, esto es posible debido a: a. la turbulencia en la masa fluidizada que rompe y dispersa cualesquiera focos calientes o fríos en el lecho antes de que puedan crecer a dimensiones significativas. b. Alta capacidad calorífica del lecho en relación con el gas en él contenido. Este factor estabiliza la temperatura del lecho y le permite absorber olas de calor relativamente grandes con sólo pequeños cambios de temperatura. c. Altas velocidades de transferencia de calor, debido a la gran magnitud de superficie de transferencia por unidad de volumen de lecho fluidizado.

Ventajas de la Fluidización

2. La posibilidad de manejar el sólido fluidizado como si fuera

un fluido permite adaptar fácilmente esta técnica a muchas

operaciones continuas y con ello obtener las ventajas de

requerir menos mano de obra, posibilidad de control preciso y

automático de las variables y uniformidad de la calidad del

producto.

Capa límite

• Se define como la parte de un fluido en movimiento en la

cual el flujo del fluido está influenciado por la presencia de

una superficie sólida.

Capa límite

Las capas límites situadas a ambos lados de la lámina crecen hasta alcanzar su máximo espesor. Después de que el fluido abandona la lámina, persisten las capas y los gradientes de velocidad. Posteriormente los gradientes se anulan, las capas límite se entremezclan y desaparecen, y el fluido se mueve de nuevo con velocidad uniforme. .

Capa límite

Detrás de la lámina hay una “zona de calma”, formada por fluido muy decelerado, en la cual se forman grandes torbellinos, llamados vórtices. Esta zona recibe el nombre de estela. Los torbellinos en la estela consumen una cantidad considerable de energía y pueden dar lugar a grandes pérdidas de presión en el fluido.

Capa límite en objetos esféricos

En el punto de estancamiento , la velocidad del fluido será cero; en este punto empieza el crecimiento de la capa límite y continúa sobre la superficie hasta que la capa se separa.

Capa límite en objetos esféricos

• El punto de separación depende de la forma de la partícula, del número de Reynolds y de otros factores.
• El arrastre de forma para cuerpos escarpados puede minimizarse haciendo aerodinámico el cuerpo, lo que fuerza al punto de separación hacia la parte posterior del cuerpo y reduce en gran medida el tamaño del remolino.