Facultad de ingeniería y arquitectura

Departamento de Ingeniería Química-Laboratorio de Ingeniería Química I

GRUPO 4
INFORME
FLUIDIZACIÓN
Cristian Camilo Ruiz Moncada (312558), Daniel Felipe Ramírez Ramírez (315056)
Erwin Ulises Landázury Rosero (315538), Zully Yurany Cabrera Chamorro (315010),

crcruizmo@unal.edu.co, daframirezra@unal.edu.co, eulandazuryr@unal.edu.co, zycabrerac@unal.edu.co

Fecha de entrega: 03 de Julio del 2019

OBJETIVOS

General
 Analizar experimentalmente el comportamiento de fluidización de un lecho con partículas sólidas de
diferentes tamaños, por la cual pasa una corriente de fluido ascendente a distintos caudales, para así obtener
correlaciones de los parámetros más importantes y comparar éstos con los teóricos.
Específicos
 Determinar la velocidad mínima de fluidización, el número de Reynolds y las caídas de presión para las
partículas estudiadas en la planta piloto de fluidización.
 Comparar los resultados experimentales de fluidización con los teóricos, que se obtendrán aplicando
correlaciones empíricas.
 Graficar el comportamiento de la caída de presión frente a la velocidad de fluidización.
 Graficar el comportamiento de la altura del lecho fluidizado frente a la velocidad de fluidización.

TABLA DE DATOS Y CÁLCULOS CORRESPONDIENTES

Primeramente, se registraron los datos de las dimensiones de la columna empacada, las propiedades del fluido de
servicio, y de los materiales que componen dicha columna: Antracita, Arena redonda y Piedra azul, teniendo en
cuenta que los materiales ubicados al fondo del lecho: Canica y bolón no se tiene en cuenta ya que permanecen
constantes a lo largo de la fluidización. Los datos se reportan en las Tablas No. 1 y 2.

Tabla No.1 Datos columna y fluido

Parámetro Valor
Diámetro interno [m] 0,102
Diámetro externo [m] 0,12
Densidad de fluido [ Kg/m3 ] 1000
Viscosidad del fluido [Pa ∙ s ] 0,001
Gravedad [m/s 2] 9,81

Tabla No. 2 Propiedades de los materiales del lecho empacado

Porosidad Densidad
Material Diámetro [m] Esfericidad Altura [m]
en el lecho [ Kg/m3 ]
Antracita 0,00144 0,438 1929 0,86 0,20
Arena 0,00144 0,393 2483 0,86 0,213
Piedra 0,00951 0,51 2596 0,86 0,06

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En el transcurso de la práctica, se midió el caudal que circulaba por el equipo, utilizando un método volumétrico,
teniendo en cuenta que este se regulaba por medio de la apertura de una válvula, desde un caudal pequeño en el
cual no ocurría fluidización, hasta un caudal mayor donde los dos lechos: Antracita y Arena Redonda alcanzaban
una fluidización completa. Para cada caudal se registraron también los datos de longitud fluidizada y cambio de
alturas necesarias para calcular la presión en cada interfaz de los lechos. Estos datos se reportan en la Tabla No.3.

Tabla No. 3 Datos tomadas durante la fluidización

h1
Tiempo [s] h2(Altura en cada material) [m] Longitud de los lechos [m]
Volumen Caudal (Altura
[m3] [m3/s] inicial) h2 h2(Arena h2(Piedra Piedra
Arena Antracita
t1 t2 tprom [m] (Antracita) Redonda) azul) azul
0,001 34,19 34,98 34,585 2,89E-05 0,95 0,964 0,988 1,027 0,06 0,213 0,2
0,001 23,45 23,49 23,47 4,26E-05 0,95 0,968 1,003 1,064 0,06 0,213 0,2
0,001 12,54 13,17 12,855 7,77E-05 0,95 0,97 1,03 1,14 0,06 0,213 0,21
0,001 11,03 11,12 11,075 9,02E-05 0,95 0,978 1,046 1,18 0,06 0,213 0,21
0,001 6,99 6,79 6,89 1,45E-04 0,95 0,984 1,062 1,218 0,06 0,235 0,22
0,001 5,92 5,84 5,88 1,70E-04 0,95 0,984 1,067 1,225 0,06 0,235 0,227
0,001 3,34 3,29 3,315 3,01E-04 0,95 1,023 1,104 1,256 0,06 0,305 0,33
0,001 2,81 2,93 2,87 3,48E-04 0,95 1,031 1,117 1,262 0,06 0,345 0,38
h1 (Altura inicial de cada material utilizada para calcular el cambio de presión en cada interfaz, igual para todos
los materiales, en estado de reposo)
Nota:
h2 (Altura leída en cada caudal, en los diferentes materiales, utilizada para calcular el cambio de presión en cada
interfaz)

1) Se analiza el comportamiento del lecho empacado, desde que se encuentra en un estado no fluidizado, hasta
que se presenta la fluidización completa de los dos lechos superiores: Antracita y Arena Redonda. Con los
datos registrados en las Tablas No. 1, 2 y 3 se calcula la velocidad mínima de fluidización, el número de
Reynolds y las caídas de presión para las partículas estudiadas en la planta piloto de fluidización.

 La velocidad mínima de fluidización obtenida experimentalmente se obtiene con los datos de caudal y área
transversal, la cual se calcula teniendo en cuenta le geometría cilíndrica del lecho y el diámetro de este. La
velocidad mínima de fluidización de cada lecho se encuentra cuando cada lecho comienza a fluidizar, así:

- Antracita: Este lecho comenzó la fluidización, cuando se tenia un caudal de 1.45E-04 m3/s, por lo tanto, la
velocidad mínima de fluidización de este lecho se obtiene:
Q
V=
Áreatransversal
π
Área transversal= ∙ Di2
4

π
Áreatransversal= ∙ ( 0.102 m )2 =0.00817 m 2
4

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1 . 45 E−04 m 3 /s
V= =0.017762m/s
0.00817 m2

- Arena Redonda: Este lecho comenzó la fluidización, cuando se tenía un caudal de 3.01E-04 m3/s, por lo
tanto, la velocidad mínima de fluidización de este lecho se obtiene:
Q
V=
Áreatransversal
π
Área transversal= ∙ Di2
4
π
Áreatransversal= ∙ ( 0.102 m )2 =0.00817 m 2
4

3.01 E−04 m 3 /s
V= =0.036917 m/s
0.00817 m2

 El número de Reynolds se calcula para cada lecho teniendo en cuenta el diámetro de la partícula, densidad y
viscosidad del fluido y la velocidad mínima de fluidización calculada anteriormente.

- Antracita: Se tiene en cuenta los datos de las Tablas No. 1 y 2. El número de Reynolds se obtiene así:
D p ∙ V mf ∙ ρ f
ℜ=
μf
Donde:

 D p=Diámetro de la antracita [m]

 V mf =Velocidad mínima de fluidización experimental [m/ s ]
 ρ f =Densidad del fluido [ Kg/m3 ]
 μf =Viscosidad del fluido [Pa ∙ s]

0.00144 m∙ 0.017762 m/ s ∙1000 Kg/m 3

ℜ=
0.001 Pa ∙ s
ℜ=25.577

- Arena Redonda: Se tiene en cuenta los datos de las Tablas No. 1 y 2. El número de Reynolds se obtiene así:
D p ∙ V mf ∙ ρ f
ℜ=
μf
Donde:

 D p=Diámetro de la a renaredonda[m]

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 V mf =Velocidad mínima de fluidización experimental [m/ s ]
 ρ f =Densidad del fluido [ Kg/m3 ]
 μf =Viscosidad del fluido [Pa ∙ s]

0.00144 m∙ 0.036917 m/s ∙ 1000 Kg/m3

ℜ=
0.001 Pa ∙ s
ℜ=53.160
 Las caídas de presión se calculan en cada interfaz, teniendo en cuenta los datos de la Tabla No. 3, utilizando,
la siguiente expresión:

∆ P=ρf g ∆ h
Donde:

 ∆ P=Caí da de presión en la interfaz[ Pa]

 ρ f =Densidad del fluido [ Kg/m3 ]
 g=Gravedad[ m/s 2 ]
 ∆ h=Cambio de altura , teneidno en cuenta losdos materiales involucrados en cada interfaz[m]

Los resultados obtenidos se reportan en la Tabla No. 4.

Tabla No. 4 Caída de presión experimental

h2(Altura en cada material) [m] Delta de Presión [Pa]
h1 (Altura Interfaz
inicial) [m] h2 h2(Arena h2(Piedra Interfaz [Piedra
[Arena- Total
(Antracita) Redonda) azul) azul-Arena]
Antracita]
0,95 0,964 0,988 1,027 235,44 382,59 618,03
0,95 0,968 1,003 1,064 343,35 598,41 941,76
0,95 0,97 1,03 1,14 588,6 1079,1 1667,7
0,95 0,978 1,046 1,18 667,08 1314,54 1981,62
0,95 0,984 1,062 1,218 765,18 1530,36 2295,54
0,95 0,984 1,067 1,225 814,23 1549,98 2364,21
0,95 1,023 1,104 1,256 794,61 1491,12 2285,73
0,95 1,031 1,117 1,262 843,66 1422,45 2266,11

2) Los datos del lecho fluidizado teóricos se calculan a través de correlaciones empíricas, así:
 Velocidad mínima de fluidización: Para calcular la velocidad mínima de fluidización para los lechos de
antracita, arena blanca y piedra azul se utiliza la aproximación de Wen and Yu. [4]

150 ∙ μ f ∙V mf ∙ 11 1.75 ∙ ρf ∙ V mf 2 ∙ 14
( ρ p −ρf ) ∙ g= 2
+
Dp
Ecuación No. 1
Dp

Donde:

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 D p=Diámetro de la arenaredonda [ m ]
 V mf =Velocidad mínima de fluidización experimental [ m/s ]
 ρ f =Densidad del fluido [ Kg /m 3 ]
 ρ p =Densidad de la particula [ Kg/m 3 ]
 μf =Viscosidad del fluido [Pa ∙ s]
 g=Gravedad[ m/s 2 ]

Los datos de la velocidad mínima de fluidización para cada lecho se reportan en la Tabla No. 5.

Tabla No. 5 Velocidad mínima de

fluidización, teórica
Resultados
teóricos, Velocidad
Lechos
mínima de
fluidización [m/s]
Antracita 0,00951
Arena Redonda 0,01405
Piedra azul 0,07446

 Número de Reynolds: Se utiliza la Ecuación No. 2, teniendo en cuenta que esta se encuentra en términos de
fluidización, para determinar en que régimen se encuentra el fluido en cada lecho.[4]

D p ∙ V mf ∙ ρ f Ecuación No. 2
ℜ=
μf
Donde:

 D p=Diámetro de la partícula [m]

 V mf =Velocidad mínima de fluidización calculada con correlaciones empiricas[m/s ]
 ρ f =Densidad del fluido [ Kg/m3 ]
 μf =Viscosidad del fluido [Pa ∙ s]

Los datos del número de Reynold para cada lecho se reportan en la Tabla No. 6.

Tabla No. 6 Número de Reynolds, teórico

Resultados teóricos,
Lechos
Número de Reynolds

Antracita 13,6915
Arena Redonda 20,2262
Piedra azul 708,0861

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Para realizar la comparación entre los resultados teóricos y experimentales, se calcula el porcentaje de error para
cada par de datos, tanto de velocidad mínima de fluidización y número de Reynolds.

 Velocidad mínima de fluidización: Los datos teóricos, experimentales y el porcentaje de error se presentan
en la Tabla No. 7:

Tabla No. 7 Velocidad mínima de fluidización

Lechos Teórico Experimental %Error
Antracita 0,009508 0,017762 86,81
Arena Redonda 0,014046 0,036917 162,83
Piedra azul 0,074457 - -

 Número de Reynolds: Los datos teóricos, experimentales y el porcentaje de error se presentan en la Tabla
No. 8:

Tabla No. 8 Número de Reynolds

Lechos Teórico Experimental %Error
Antracita 13,69152 25,577 86,81
Arena Redonda 20,22624 53,160 162,83
Piedra azul 708,08607 -- -

3) Gráfica que indica el comportamiento de la caída de presión frente a la velocidad de fluidización, la cual se
calcula para cada caudal teniendo en cuenta el área trasversal encontrada anteriormente. Los datos utilizados
para esta gráfica se reportan en la Tabla No. 9.

Tabla No. 9 Caída de presión y

Velocidad de Fluidización, Datos
experimentales

Caída de Velocidad de
presión Total fluidización [m/s]

618,03 0,003539
941,76 0,005214
1667,7 0,009520
1981,62 0,011050
2295,54 0,017762
2364,21 0,020813
2285,73 0,036917
2266,11 0,042641

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Caída de presión vs Velocidad de

Caída de presión [Pa]
Fluidización
4000

0
0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0
0 0 0 0 0 0
0.
Velocidad0. 0. Fluidización
de 0. 0. 0.
[m/s]

Grafica No.1. Caída de presión vs Velocidad de Fluidización en el lecho

4) Gráfica que indica el comportamiento de la altura del lecho fluidizado frente a la velocidad de fluidización, la
cual se calcula para cada caudal teniendo en cuenta el área trasversal encontrada anteriormente. La altura total
se calcula con los datos de la Tabla No. 3, teniendo en cuenta que los lechos fluidizados son Antracita y
Arena Redonda. Los datos utilizados para esta gráfica se reportan en la Tabla No. 10.

Tabla No. 10 Altura del

lecho fluidizado y Velocidad
de Fluidización
Altura total Velocidad de
(Arena + fluidización
Antracita) [m/s]
0,413 0,003539
0,413 0,005214
0,423 0,009520
0,423 0,011050
0,455 0,017762
0,462 0,020813
0,635 0,036917
0,725 0,042641
dizado [m ]

Altura Lecho Fluidizado vs 7

Velocidad de Fluidización
 Altura lecho f
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Velocidad de Fluidización [m/s]

Grafica No.2. Altura del lecho fluidizado vs Velocidad de Fluidización en el

lecho

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFÍA
1. Calleja, G. y col. (1999). “Introducció n a la Ingeniería Química”. Ed. Síntesis. Madrid.
2. Levenspiel, O. (1993). “Flujo de fluidos. Intercambio de Calor”. Ed. Reverté. Barcelona.
3. McCabe, W. L. y col. (1996). “Operaciones unitarias en Ingeniería química” (4ª ed.). Ed.Mc Graw Hill.
Madrid.
4. Universidad de las Américas Puebla. (s.f.). Principios de Fluidización. Obtenido de
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/cabrera_v_a/capitulo3.pdf