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Este documento presenta una revisión detallada sobre los principios de la fluidización, sus tipos, aplicaciones en la industria química y los factores que afectan su eficiencia operativa.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Laboratorio 6 Fluidización María José Aldana Yenerys Catalina Flórez Medina Isabella Gómez Diaz Sebastián Gómez Estrada Maria Isabella Murillo Morón Informe presentado a: Oscar Vasco Echeverri Universidad Pontifica Bolivariana - Ingeniería Química Laboratorio de OOUU, Momentum– jueves 8-10 a.m. 4 de abril de 2025
Análisis Se analiza que, al aumentar el caudal del fluido, la velocidad de este también aumenta debido a la relación directa entre ambos parámetros, esto se debe a que un mayor caudal implica un mayor volumen de fluido que atraviesa la unidad de tiempo, lo que incrementa la velocidad del fluido en el lecho de partículas, como consecuencia, las fuerzas de arrastre ejercidas sobre las partículas aumentan, favoreciendo su suspensión y la transición desde un lecho fijo a un lecho fluidizado. En la Gráfica 1 , el aumento de log(-ΔP) con log(v) indica que, a mayor velocidad, mayor es la caída de presión en el lecho, como predice la ecuación de Ergun (2) , el comportamiento del flujo en medios porosos y establece que la pérdida de presión depende tanto del régimen viscoso (término lineal con la velocidad) como del régimen inercial (término cuadrático con la velocidad), por lo que esto ocurre cuando el fluido encuentra más resistencia hasta que el lecho comienza a fluidizarse. En la Gráfica 2 , la disminución de log(ε) con log(v) sugiere que la porosidad del lecho disminuye inicialmente, ya que las partículas están más compactas y a medida que el fluido ejerce mayor fuerza sobre las partículas estas comienzan a expandirse, aumentando la porosidad, sin embargo, en ciertas condiciones, la ecuación de Wen- Yu (5) , es utilizada para predecir la velocidad mínima de fluidización, muestra que la porosidad se estabiliza después de un cierto punto, ya que las partículas alcanzan un equilibrio dinámico en la fase fluidizada. Se observa en la Gráfica 3 de porosidad vs. velocidad muestra que, a medida que la porosidad del medio aumenta, la velocidad del fluido disminuye, esto sugiere que, aunque exista un mayor volumen de espacios vacíos, la conectividad entre los poros no es eficiente, lo que dificulta el paso del fluido, además, factores como la tortuosidad del medio y el almacenamiento dentro de los poros pueden estar influyendo en la reducción de la velocidad, haciendo que el menor el flujo a mayor porosidad. Se observa en la Gráfica 4 de diferencia de presión vs. velocidad indica que la velocidad del flujo disminuye cuando la diferencia de presión es menor, lo cual es consistente con la ley de Darcy para flujo en medios porosos, esto implica que el sistema depende directamente de un gradiente de presión para mantener el movimiento del fluido. El error relativo entre la velocidad experimental y la predicha por la ecuación de Ergun es del 97 %, mientras que el error con la ecuación de Wen-Yu es del 98 %, lo que indica una discrepancia considerable entre los modelos teóricos y los datos experimentales. Estas diferencias pueden darse por diversos factores
98 % con respecto al valor experimental. Del análisis de sensibilidad realizado, se infiere que variables como el caudal y la presión pudieron haber influido significativamente en el margen de error, posiblemente debido a inexactitudes en los cálculos experimentales. ±0.05 Flujo Al modificar el caudal en ±0.05, se observó una variación considerable en la velocidad mínima de fluidización. Para un decremento de 0.05, la velocidad mínima calculada fue de 0.00069 m/s, lo que representa una variación del 27.78 % respecto al valor experimental sin ajuste (0.00096 m/s). Para un incremento de 0.05, la velocidad mínima fue de 0.00010 m/s, con la misma variación porcentual. Si bien el error relativo con ambos modelos se mantiene en 98 %, se evidencia que la velocidad mínima de fluidización varía más del 5 %, lo que indica que esta variable tiene un efecto significativo sobre el sistema y podría ser una de las causas del error observado. El cambio en el caudal mostró una relación directamente proporcional con variables como la velocidad (m/s) y log(v), y una relación inversamente proporcional con la porosidad del lecho (ε) y log(ε). Estas variaciones pueden inducir la transición de un régimen de lecho fijo a lecho fluidizado, e incluso, con un incremento suficiente del caudal, conducir a regímenes más complejos como la fluidización burbujeante o el arrastre de partículas. ±0.3 Presión Al modificar la presión ±0.3, se observó una variación considerable en la velocidad mínima de fluidización. Para un decremento de 0.3, la velocidad mínima calculada fue de 0.00096 m/s, lo que representa una variación del 0% respecto al valor experimental sin ajuste (0.00096 m/s). Para un incremento de 0.3, la velocidad mínima fue de 0.001 m/s, con una variación porcentual del 27.78 %. Si bien el error relativo con ambos modelos se mantiene en 97 y 98 %, se evidencia que la velocidad mínima de fluidización varía más del 5 % si se le aumenta la presión, lo que indica que esta variable si tiene un efecto significativo sobre el sistema y podría ser una de las causas del error observado. El cambio de la presión mostró una relación directamente proporcional con variables como v (m/s) y log (v) e indirectamente proporcional como ε y log (ε). Sin suficiente presión, la velocidad no alcanza el valor necesario para iniciar la fluidización; por el contrario, si la presión es demasiado alta, la velocidad puede superar el rango ideal, provocando arrastre de partículas o una fluidización inestable.
Conclusiones
