Universidad Nacional de TrujilloSub Sede Valle Jequetepeque Kristoper García Mendo FACULTA DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL INGENIERIA DE ALIMENTOS II INGENIERO UBERT ARTEGA MIÑANO LECHOS POROSOS INTRODUCCION 2 UNT LECHOS POROSOS Circulación de fluidos a través de lechos formados por partículas sólidas Operaciones de filtración Flujo a través de columnas de relleno Destilación, absorción, adsorción, intercambio iónico. INTRODUCCIÓN 3 UNT LECHOS POROSOS En la filtración el fluido pasa a través de una masa de partículas depositada en un medio filtrante En destilación, absorción, adsorción, intercambio iónico el fluido atraviesa un lecho de partículas sólidas cuyas características no cambian Lechos porosos 4 UNT LEYDE DARCY La velocidad media es directamente proporcional a la caída de presión e inversamente proporcional al espesor K depende de las propiedades físicas del lecho y del fluido que circula a través del lecho INTRODUCCIÓN 5 UNT LEYDE DARCY Régimen Laminar La resistencia que ofrece el lecho al flujo del fluido es debida principalmente a rozamientos viscosos 1/α = Coeficiente de permeabilidad Lechos porosos 6 UNT INTRODUCCIÓN PERMEABILIDAD La unidad de la permeabilidad es el "Darcy“ La permeabilidad es la capacidad de un medio poroso para que un flujo lo atraviese a razón de 1 mL/(s· cm²) de un líquido con una viscosidad de 1 cp, bajo una caída de presión de 1 atm/cm, sin alterar su estructura interna. Lechos porosos DEFINICIONES 7 UNT POROSIDAD O FRACCIÓN DE HUECOS Volumen del lecho no ocupado por el material sólido Lechos porosos DEFINICIONES 8 UNT SUPERFICIE ESPECÍFICA Lecho Partícula Lechos porosos 9 UNT SUPERFICIE ESPECÍFICA DE UNA PARTÍCULA ESFÉRICA Partícula 10 UNT ESFERICIDAD Medida para caracterizar la forma de partículas irregulares y otras no esféricas. Se define como: Ø = Igual volumen Superficie de la esfera Superficie de la partícula DEFINICIONES 11 UNT ESFERICIDAD Forma de la partícula Esfericidad DEFINICIONES 12 UNT DIÁMETRO DE PARTÍCULA Diámetro equivalente de una partícula no esférica. Diámetro que poseería una esfera cuya relación área superficial a su volumen fuese la misma que la que posee la partícula Dp=Ø dr 13 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO D = diámetro de columna L= espesor del lecho L’= longitud de un canal De = diámetro equivalente de un canal DFINICIONES 14 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Número de canales por m2 de sección transversal de lecho = n’ Número total de canales del lecho = n Área interfacial de 1 canal = Área interfacial del lecho = π.De.L’ 15 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Volumen del lecho = VL Volumen lecho ocupado por partículas = VL(1 -ε) DEFINICIONES 16 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Superficie específica de partícula aS0 17 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Superficie específica del lecho aS DEFINICIONES 18 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Diámetro equivalente de un canal De 19 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Diámetro equivalente de un canal De 20 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Velocidad de circulación a través de un canal = vC Velocidad a través de la columna libre de partículas =v Sección de paso de la columna = S Sección de paso de los canales = SC 21 UNT CARACTERÍ STI CAS DEL LECHO Ecuación de continuidad ‘ FLUJO LAMINAR 22 UNT ECUACIÓN DE KOZENY-CARMAN Aplicación ecuaciones de Bernoulli y Fanning FLUJO LAMINAR 23 UNT ECUACIÓN DE KOZENY-CARMAN Lechos porosos FLUJO LAMINAR 24 UNT ECUACIÓN DE KOZENY-CARMAN Ecuación de Kozeny-Carman FLUJO LAMINAR 25 UNT Permeabilidad Constante de Kozeny Tortuosidad EFECTO DE PARED 26 UNT Las partículas en contacto con la pared están menos compactadas La resistencia ofrecida es distinta y deber rectificarse con un factor KP Caída real de presión: Lechos porosos FLUJO TURBULENTO 27 UNT ECUACIÓN DE BURKE-PLUMMER Aplicación ecuaciones de Bernoulli y Fanning 28 UNT ECUACIÓN DE BURKE-PLUMMER Lechos porosos 29 UNT ECUACIÓN DE BURKE-PLUMMER Ecuación de Burke-Plummer ' µ.L.v2(1÷c) c 3dP (÷AP)=3f ƒ’= ƒ.k’3 c dP c dP v Lechos porosos FLUJO GLOBAL 30 UNT ' ' 3f '(1÷c)µ 2 3 v+| 36K''(1÷c)2q 3 2 =o (÷ AP) L ' µ.L.v2(1÷c) c 3dP ECUACIÓN DE ERGUN Combinación lineal régimen laminar-turbulento (÷AP)=3f ' 36K (1÷c) q c dP ' 3f (1÷c)µ c dP 31 UNT 2 3 ' 3 2 '' 2 v v+| =o (÷ AP) L Ecuación de Ergun MÓDULO DE REYNOLD 32 UNT M. Reynolds para 1 canal: M. Reynolds modificado: M. Reynolds de partícula: FACTOR DE FRICCIÓN 33 UNT Factor fricción modificado Lechos porosos 34 UNT Factor fricción modificado Lechos porosos FLUJO GLOBAL 35 UNT ECUACIÓN DE CHILTON-COLBURN Relleno con gas y líquido circulando en contracorriente Régimen laminar (Re<40) Régimen turbulento (Re > 40) CAÍDADE PRESIÓN REAL 36 UNT Factor para partículas huecas Kr Factor efecto pared Kp 37 UNT FLUIDIZACIÓN La fluidización es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas. 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 también "lecho fluidizado". 38 UNT FLUIDIZACIÓN Aplicaciones Clasificación mecánica de partículas en base a su tamaño, forma o densidad Lavado o lixiviación de partículas sólidas Cristalización Adsorción e intercambio iónico Intercambiado de calor en lecho fluidizado Bioreactores de lecho fluidizado Lechos porosos FLUIDIZACIÓN 39 UNT Intercambiado de calor en lecho fluidizado: Secado Lecho fluidizado continuo cicloABIERTO Lecho fluidizado continuo ciclo CERRADO Lechos porosos FLUIDIZACIÓN 40 UNT Intercambiado de calor en lecho fluidizado: Secado LECHO FLUIDIZADO POR BACHES 41 UNT 42 UNT VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN Velocidad a la que comienza a fluidizarse el lecho Existe un equilibrio dinámico entre la fuerza que el campo gravitatorio y el fluido ejercen sobre las partículas Fuerza gravitatoria Fuerza de presión Lechos porosos 43 UNT VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN Equilibrio dinámico entre fuerzas La caída de presión se obtiene de la ecuación de Ergun 44 UNT VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN Régimen Laminar El término de v2 de la ecuación de Ergun es despreciable Velocidad mínima de fluidización 45 UNT VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN Régimen Turbulento El término de v de la ecuación de Ergun es despreciable Velocidad mínima de fluidización Lechos porosos 46 UNT VELOCIDAD MÍNIMA DE FLUIDIZACIÓN Régimen Transición 47 UNT Lechos porosos FLUIDIZACIÓN 48 UNT POROSIDAD MÍNIMADE FLUIDIZACIÓN GRACIAS!!