Mtodo de lecho fluidizado
Secado y granulacinEl mtodo de lecho fluidizado se utiliza para
el secado y la produccin de granulados. Gracias al distribuidor de
placa porosa del reactor de lecho fluidizado, se suministra una
corriente de aire uniforme en el rea del producto. La suspensin
atomizada se granula en la corriente de aire y se acumula en el
distribuidor de placa porosa. El aire de salida efluente se conduce
y limpia a travs de un filtro. Para garantizar un proceso de alta
calidad, debe monitorizarse permanentemente tanto la carga del
distribuidor de placa porosa como el estado de los filtros. La
tecnologa de medicin se ve sometida a elevados requisitos
higinicos, para poder asegurar siempre una alta calidad del
granulado.La fluidizacin es un proceso por el cual una corriente
ascendente de fluido (lquido, gas o ambos) se utiliza para
suspender partculas slidas. Desde un punto de vista macroscpico, la
fase slida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ah el
origen del trmino "fluidizacin". Al conjunto de partculas
fluidizadas se le denomina tambin "lecho fluidizado".En un lecho de
partculas con flujo ascendente, la circulacin de un gas o un lquido
a baja velocidad no produce movimiento de las partculas. El fluido
circula por los huecos del lecho perdiendo presin. Esta cada de
presin en un lecho estacionario de slidos viene dada por la ecuacin
de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido,
aumenta la cada de presin y el rozamiento sobre las partculas
individuales. Se alcanza un punto en el que las partculas no
permanecen por ms tiempo estacionarias, sino que comienzan a
moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, fluidizan por
la accin del lquido o el gas. Los lechos fluidizados tienen
variedad de aplicaciones, entre las cuales se pueden
mencionar:Clasificacin mecnica de partculas segn su tamao, forma o
densidad.Lavado o lixiviacin de partculas
slidas.Cristalizacin.Adsorcin e intercambio inico.Intercambiado de
calor en lecho fluidizado.Reacciones catalticas heterogneas
(incluyendo la descomposicin cataltica del petrleo).Combustin de
carbn en lecho fluidizado.Gasificacin de carbn en lecho
fluidizado.Bioreactores de lecho fluidizado.
Tipos de fluidizacin. La utilizacin amplia de la fluidizacin
comienza en la industria del petrleo con el desarrollo del cracking
(craqueo) cataltico en el lecho fluidizado.
1. Fluidizacin particulada
Cuando se fluidiza arena con agua, las partculas se encuentran
ms separadas y su movimiento es ms vigoroso a medida que aumenta la
velocidad de fluidizacin, aunque la densidad media del lecho a una
velocidad dada es la misma que en toda sus secciones. stas se
denominan fluidizacin particulada y se caracteriza por una expansin
grande pero uniforme del lecho a velocidades elevadas.
2. Fluidizacin de burbujeo o turbulento
Los lechos de slidos fluidizados con aire presentan lo que se
denomina fluidizacin agregativa o de burbujeo. A velocidades
superficiales la mayor parte del gas pasa a travs del lecho en
forma de burbujas o huecos que estn casi exentos de slidos, y
solamente una pequea fraccin del gas fluye por los canales
existentes entre las partculas.
3. Fluidizacin circulante
A velocidades de gas ms altas, todas las partculas de
alimentacin son rpidas arrastradas con el gas, pero es posible
recuperarlas con un cicln regresarlas al fondo para mantener los
slidos en la unidad. Este tipo de sistema recibe el nombre de lecho
de fluido circulante.La utilizacin amplia de la fluidizacin
comienza en la industria del petrleo con el desarrollo del cracking
(craqueo) cataltico en el lecho fluidizado.
La aplicacin
de la fluidizacin dentro de los procesos industriales se
puedeubicar en dos grandes grupos: (i) procesos fsicos o mecnicos,
y (ii) procesos qumicos. Algunas de las aplicaciones mas frecuentes
en la industria se enumeran a continuacin.Expansin del lecho de
partculas.la presencia de las burbujas dentro del reactor,
ocasionan que el lmitesuperior del lecho se incremente. Cabe
destacar que, la expansin es afectada demanera considerable por el
dimetro y distribucin de las burbujas durante su recorrido a travs
del reactor. As, por ejemplo si se logra una buena distribucin
transversal, las burbujas de menor dimetro afectarn mas
drsticamente la expansin, debido a que estas tienen una velocidad
inferior que aquellas de mayor dimetro. Esto se ve reflejado en un
incremento del tiempo de permanencia de las burbujas dentro del
sistema.
Esta especial caracterstica, adquiere una importancia relevante
por ser degran utilidad para estimar la altura del lecho de
partculas dentro del reactor al operar; as como, para calcular el
tiempo en que ambas fases permanecen en contacto.
Aun cuando la expansin es uno de los parmetros mas reportados en
la literatura por su relativa facilidad de observacin, no puede ser
determinado con absoluta precisin ya que el lmite superior del
lecho esta sujeto a un intenso movimiento ondulatorio, causado por
el paso y estallamiento de las burbujas. Debido a esto y al
complejo patrn de burbujeo, cuantificar la expansin del lecho se
vuelve complicado, ya que adems en el instante en que la burbujas
estallan, arrojan una gran cantidad de slidos a la fase diluida,
haciendo casi imposible poder establecer el lmite superior del
lecho.A pesar de lo anterior, se ha sugerido que la columna de
slidos puede ser dividida en tres zonas diferentes. La clasificacin
de cada una de estas zonas esta hecha en base a la concentracin de
slidos presentes en ella, y aun cuando los lmites no estn bien
determinados, las regiones pueden ser inferidas.
De acuerdo con esto, y partiendo desde el distribuidor hacia
arriba se tiene a la fase densa como la primera zona, aqu la
concentracin de slidos es la mxima posible y por lo tanto es el
lugar en donde se lleva a cabo la mayor parte de las transformacin
qumica o fsica. Su lmite superior puedefluctuar alternativamente
entre un valor mnimo y un mximo o mantenerse aproximadamente
constante, de acuerdo con las caractersticas del sistema.
Inmediatamente despus, se localiza una zona de transicin sta se
distingue porque es el lugar en donde las burbujas estallan, adems
se ha reportado que en esta seccin el coeficiente de transferencia
de calor aumenta. Como ya se mencion, las burbujas arrojan una gran
cantidad de slidos a la fase diluida, por lo que la concentracin de
stos, es menor que para el caso anterior. Finalmente, la tercera de
las zonas que se distinguen con mayor claridad cuando se expanden
los lechos fluidizados, es la fase diluida. Esta seccin, es la que
menor concentracin de slidos tiene, por lo tanto la conversin
qumica o transformacin fsica es pobre en esta parte. No obstante,
es la que generalmente ocupa una mayor extensin del reactor.Por
otro lado, resulta irnico percatarse que no fue sino hasta 1963 que
se pudo relacionar a la expansin del lecho con el patrn de
burbujeo.Ambas caractersticas son asociadas en el trabajo propuesto
por Davidson y Harrison, en el cual se sugiere una ecuacin para el
clculo de la expansin del lecho, que incluye el dimetro de las
burbujas.http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Fluidizacion/4409424.html(avance
tecnolgico) Ms produccin, menos contaminacin Gasificador de Carbn
de Lecho Fluidizado
En la vereda Las Playas del corregimiento San Cristbal, en
Medelln, est ubicada una ladrillera que lleva el mismo nombre de
esta localidad. All se producen cerca de 300 toneladas de ladrillos
diarias.Aunque la mitad de la produccin es ejecutada de manera
tradicional, esta empresa cuenta con uno de los avances tecnolgicos
ms sofisticados que existen en este sector: el Gasificador de carbn
de lecho fluidizado, un resultado obtenido y jalonado a travs del
Comit Universidad-Empresa-Estado.La otra mitad de la produccin goza
de los beneficios de pasar por este proceso que se da en la etapa
de acabado del producto.
Innovacin a partir de necesidadesEsta innovacin surgi gracias a
la necesidad urgente que tena esta empresa de reducir el gasto
energtico optimizando el uso del carbn. De este modo, los
ingenieros que prestan sus servicios en la ladrillera consultaron
en algunas universidades y pensaron en implementar esta solucin,
pero importada, pues se trata de tecnologa de punta que es muy
costosa en el exterior y que nunca se haba desarrollado en
Colombia.El espritu emprendedor de don Luis Carlos Cuartas, gerente
de la empresa, lo llev a buscar apoyo en los grupos de investigacin
de las Universidades Nacional, de Antioquia y Pontificia
Bolivariana, incluso en Colciencias. Y lo consigui.En esas
universidades ya se haban hecho pruebas piloto y modelos a escala,
pero nunca se haba intentado fabricar un gasificador a escala
industrial.Con los fondos destinados por Colciencias, estas
universidades iniciaron un trabajo cientfico de la elaboracin de
esta solucin.La Universidad de Antioquia trabaj en las partes
bsicas de la gasificacin como la reactividad qumica. La Universidad
Pontificia Bolivariana desarroll los modelos matemticos para la
simulacin de las condiciones de operacin y la Universidad Nacional
Sede Medelln elabor el diseo y construy el prototipo a escala de
laboratorio en los niveles piloto e industrial, explica Carlos
Mario Mesa, ingeniero de la empresa.Don Luis Carlos Cuartas agrega
es una persona muy emprendedora y siempre ha estado en contacto con
las universidades, siempre le ha gustado investigar en energa, en
arcillas, en materias primas, para el desarrollo industrial. Ve en
la investigacin una manera de avanzar y de conseguir metas.Ese
espritu investigativo le ha servido tanto a la empresa para mejorar
sus procesos, como a las instituciones acadmicas para medir su
potencial creador e innovador, con altos ndices de calidad y
productividad y entender que es posible desarrollar este tipo de
tecnologa y pasarla del laboratorio a la realidad.
De la idea al productoPara hacer realidad este tipo de procesos,
las empresas tambin deben asumir un papel activo. Desarrollar
procesos de postulacin y buscar apoyo en las universidades. En este
caso, la ladrillera present el proyecto ante los grupos de
investigacin de las universidades, quienes estudiaron el problema y
plantearon un nuevo proyecto.Posteriormente se realiz un anlisis de
la capacidad con que contaba la empresa para llevar a cabo el
desarrollo. Se procedi entonces a elaborar toda la documentacin
legal y se dise una ltima versin del proyecto que fue enviado a
Colciencias para que esta institucin estudiara el caso y avalara y
desembolsara el presupuesto.La universidad tambin invierte capital,
pues en la investigacin se utilizan los equipos de la institucin, y
aportan el trabajo de los profesores. Colciencias abre unas
convocatorias, tienen muchas modalidades de financiacin y uno
simplemente debe acomodarse a stas. El apoyo del Estado existe, lo
que pasa es que mucha gente no lo conoce dice el ingeniero
Mesa.
Producto sostenibleLa construccin del equipo llev cerca de 18
meses, incluyendo la parte investigativa. Sin embargo, luego del
montaje se ha seguido estudiando, buscando posibilidades de mejorar
el gasificador. Adems, todas las entidades involucradas en este
proceso deben seguir en contacto puesto que si la patente de esta
innovacin llega a comercializarse, los dineros deben distribuirse
entre la empresa y las tres universidades.El resultado no ha podido
ser ms halageo. Adems de mejorar la produccin de ladrillos y de
contaminar menos, generando menos material particulado, fue posible
reducir el consumo de carbn en un 50%, y los valores agregados
gracias a la insercin de esta nueva tecnologa no se hicieron
esperar: fue posible innovar en la elaboracin del producto mismo,
ahora tambin se producen ladrillos refractarios.Para el pas este
proceso es importante, pues consolida la relacin entre Universidad,
la Empresa y el Estado. Adems es un paso ms que se da en el proceso
tecnolgico y en los mtodos de investigacin y cooperacin.Uniones
slidas y nuevos proyectosSegn el ingeniero Mesa lo ms importante es
que la universidad se una con la empresa, pues muchas veces la
academia se encierra en los laboratorios. Las empresas en general
tienen mucho conocimiento emprico y all puede y debe haber un
intercambio interesante de teora y experiencia.Para ilustrar esta
afirmacin el ingeniero narra su experiencia: Por ejemplo, en las
empresas conocen materiales que pueden sustituir a los que se
precisan en el laboratorio, por otros ms baratos y del mismo
rendimiento. Es necesario que la universidad no se dedique a hacer
slo clculos basados en supuestos, la empresa es el mejor escenario
para ensayar y evaluar la realidad.Para la Ladrillera San Cristbal
esta experiencia ha sido muy importante, pues hay muchas personas
que reconocen a la empresa por el equipo de gasificacin y los
beneficios que ste trae consigo, tanto en los procesos como en los
resultados. Este tipo de procesos le otorgan un buen nombre a la
compaa y la ratifica como lo que es: una empresa comprometida con
la investigacin, que utiliza tecnologa de punta en sus procesos.La
experiencia ha sido tan satisfactoria que ahora se est trabajando
en el diseo de un horno-tnel. El proyecto tiene una duracin de 18
meses y ya fue aprobado por Colciencias que hizo el desembolso
desde el mes de mayo de 2007.
La segunda semana del pasado mes de noviembre se entreg el
primer informe a Colciencias. En este proyecto tambin estn
trabajando las universidades Bolivariana, de Antioquia y Nacional
sede Medelln. Esto demuestra que la unin entre Universidad, Empresa
y Estado da buenos frutos en la investigacin y en el desarrollo
tecnolgico del pas y que muchas veces lo que se requiere es un
espritu emprendedor que est dispuesto a buscar nuevas oportunidades
de crecimiento, puntualiza el ingeniero Carlos Mario Mesa.
