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8/10/2019 Transferencia de calor en lechos fluidizados
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2.3.6.TRANSFERENCIA DECALOR EN LECHOS
FLUIDIZADOSUNIDAD 2
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Introduccin.
Los reactores de lecho fluidizado involucran una grancantidad de fenmenos, incluyendo la transferencia demasa y de energa.
Los procesos de transferencia de masa toman lugar entrelas burbujas y el gas en la emulsin, y entre partculasslidas y gas en la emulsin. Debe recordarse que no setoma en cuenta la transferencia directa entre las partculasy el gas en las burbujas, debido a la suposicin que lasburbujas estn libres de slidos. Sin embargo, no sedescartan los efectos de este intercambio pues estastransferencias se toman en cuenta indirectamente a travsdel gas en la emulsin.
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En la siguiente figura se pueden observar los distintos
procesos de transferencia de calor y de masa, as como el
flujo neto:
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Considerando el comportamiento global del lecho
fluidizado, se dan dos situaciones en funcin del tamao
de las partculas:
Partculas finas.
La mayor parte del gas que atraviesa el lecho pasa a
travs de ste como burbujas, por lo que las partculas
pasan desde la fase gaseosa de emulsin a la de nube
gaseosa, y de sta a la de burbuja; es decir, se trata de un
modelo trifsico. Asumiendo que el flujo tiene velocidad
constante (plug flow), se llega a la conclusin de que elcoeficiente de transferencia de una partcula (kg,partcula)es
mayor que el del lecho (kg, lecho) :
kg,partcula< kg, lecho
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Por lo tanto, slo es posible estudiarlo bajo la hiptesis de
flujo de reaccin continua (plug flow reactor model, PFR),
que es asumida en este modelo dentro de la fase de
emulsin. Luego el coeficiente de transferencia de masa
entre la burbuja y la fase de emulsin queda:
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Partculas gruesas:
En este caso el gas pasa a travs del lecho sin formar
nube gaseosa alrededor de las partculas. Por lo tanto,midiendo las concentraciones a la entrada y a la salida y
asumiendo que el flujo tiene velocidad constante, se
considera que:
kg,partcula
kg, lecho
Lo que no se corresponde con este modelo.
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Transferencia de calor
Muchos investigadores han estudiado la trasferencia de
calor entre el gas y las partculas del lecho, distinguiendo
entre el coeficiente de transferencia de una partcula hp , y
el de todo el lecho, hBE .
Coeficiente de transferencia de calor de una partcula.
Suponiendo que introducimos una partcula caliente a
temperatura Ts
en un lecho fluidizado fro, la velocidad de
enfriamiento de dicha partcula representa su coeficiente
de transferencia de calor, hp.
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Como hemos visto anteriormente, las partculas son de tipo
Geldart B, por lo que tenemos partculas gruesas, cuya
expresin se obtiene a partir de:
Tal y como seala, en donde se definen los nmeros de
Reynolds, Prandtl y Nusselt de la partcula:
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Coeficiente de transferencia de calor
del lecho.
Representa el coeficiente de intercambio de calor entre las
superficies de las fases de emulsin y de burbuja.
Este coeficiente depende del tipo de flujo de gas y delaspartculas presentes en el lecho. Adems, debe reflejar las
hiptesis de mezclado perfecto de los slidos en el lecho,
llamado CSTR (continuously stirred tank reactor); y la
consideracin de que las reacciones se considerancontinuas en todo el lecho,denominado PFR (plug flow
reactor).
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El siguiente coeficiente se utiliza con lechos fluidizados con
partculas finas quese hayan rodeadas por pequeas
nubes, que constituyen la fase gaseosa de emulsin, y en
las que el los gases atraviesan el lecho en forma de
burbujas.
Basndonos en la unidad de volumen de la fase de burbuja
se tiene:
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En donde el primer trmino se refiere al calor sensibletransportado por los gases que pasan de la fase de
emulsin a la de burbuja, es decir, el flujo neto; mientras
que el segundo trmino es el de la transferencia de calor
por conveccin.
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