Fluidización

Diagrama (en inglés) dun reactor de leito fluidificado.

A fluidización é unha operación unitaria pola cal unha corrente ascendente de fluído (líquido, gas ou ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas, xeralmente para suspender un material granular. Dende un punto de vista macroscópico, a fase sólida (ou fase dispersa) compórtase como un fluído, de aí a orixe do termo fluidización. O conxunto de partículas fluidificadas denomínase tamén leito fluidificado.

Características

Nun leito de partículas con fluxo ascendente, a circulación dun gas ou un líquido a baixa velocidade non produce movemento das partículas. Esta pode considerarse como a primeira etapa do proceso de fluidización, onde o leito permanece en repouso mentres o fluído pasa polos espazos baleiros do material. O fluído circula polos ocos do leito perdendo presión. Esta caída de presión nun leito estacionario de sólidos vén dada pola ecuación de Ergun.

Se se aumenta progresivamente a velocidade do fluído, aumenta a caída de presión, a porosidade e o rozamento sobre as partículas individuais. Chégase a unha segunda etapa, onde hai unha recolocación das partículas. Alcánzase un punto no que as partículas non permanecen por máis tempo estacionarias, senón que comezan a moverse e comezarán a quedar suspendidas no fluído, é dicir, «fluidizan» pola acción do líquido ou o gas. Finalmente, a derradeira etapa do proceso de fluidización darase cando a caída de presión e a porosidade do leito se manteñen constantes ao aumentar o caudal de circulación do fluído. Este proceso xeralmente denomínase "fluidización en fase densa", e nesta etapa as partículas do leito están completamente individualizadas e flotan no seo do fluído. Xerarase un movemento desordeado e haberá un aumento do volume considerable.

A velocidade superficial do fluído á cal se inicia un estado de fluidización nas partículas denomínase "velocidade mínima de fluidización". Para obtela adoita establecerse un equilibrio dinámico entre a forza que exerce o fluído sobre as partículas sólidas e a forza que xera sobre elas o campo gravitatorio.

Os leitos fluidificados teñen variedade de aplicacións, sobre todo no ámbito da enxeñaría química, entre as cales se poden mencionar:

• Clasificación mecánica de partículas segundo o seu tamaño, forma ou densidade.
• Lavado ou lixiviación de partículas sólidas.
• Cristalización.
• Absorción e intercambio iónico.
• Intercambiado de calor en leito fluidificado.
• Reaccións catalíticas heteroxéneas (incluíndo a descomposición catalítica do petróleo).
• Combustión de carbón en leito fluidificado.
• Gasificación de carbón en leito fluidificado.
• Biorreactores de leito fluidificado.

Véxase tamén

Bibliografía

• MOTT, R.L. e UNTENER J.A (2015). Mecánica de fluidos. 7ª ed. México: Pearson Educación de México, S.A. de C.V..
• LEVENSPIEL, O. (1993). Flujo de fluidos e intercambio de calor. Barcelona: Reverté.
• McCABE, W.L., SMITH, J.C. e HARRIOTT, P. (2007). Operaciones unitarias en ingeniería química. 7ª ed. México: McGraw-Hill.
• WHITE, F.M. (2008). Mecánica de fluidos. 6ª ed. Madrid: Mc Graw Hill/Interamericana de España.