FLUIDIZACION
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".
En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la ecuación de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas no permanecen por más tiempo estacionarias, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas. Los lechos fluidizados tienen variedad de aplicaciones, entre las cuales se pueden mencionar:
Clasificación mecánica de partículas según su tamaño, forma o densidad.
Lavado o lixiviación de partículas sólidas.
Cristalización.
Adsorción e intercambio iónico.
Intercambiado de calor en lecho fluidizado.
Reacciones catalíticas heterogéneas (incluyendo la descomposición catalítica del petróleo).
Combustión de carbón en lecho fluidizado.
Gasificación de carbón en lecho fluidizado.
Bioreactores de lecho fluidizado.
Tipos de fluidización. La utilización amplia de la fluidización comienza en la industria del petróleo con el desarrollo del cracking (craqueo) catalítico en el lecho fluidizado.
1. Fluidización particulada
Cuando se fluidiza arena con agua, las partículas se encuentran más separadas y su movimiento es más vigoroso a medida que aumenta la velocidad de fluidización, aunque la densidad media del lecho a una velocidad dada es la misma que en toda sus secciones. Éstas se denominan fluidización particulada y se caracteriza por una expansión grande pero uniforme del lecho a velocidades elevadas.
2. Fluidización de burbujeo o turbulento
Los lechos de sólidos fluidizados con aire presentan lo que se denomina fluidización agregativa o de burbujeo. A velocidades superficiales la mayor parte del gas pasa a través del lecho en forma de burbujas o huecos que están casi exentos de sólidos, y solamente una pequeña fracción del gas fluye por los canales existentes entre las partículas.
3. Fluidización circulante
A velocidades de gas más altas, todas las partículas de alimentación son rápidas arrastradas con el gas, pero es posible recuperarlas con un ciclón regresarlas al fondo para mantener los sólidos en la unidad. Este tipo de sistema recibe el nombre de lecho de fluido circulante.
La utilización amplia de la fluidización comienza en la industria del petróleo con el desarrollo del cracking (craqueo) catalítico en el lecho fluidizado.
La aplicación
de la fluidización dentro de los procesos industriales se puede
ubicar en dos grandes grupos: (i) procesos físicos o mecánicos, y (ii) procesos químicos. Algunas de las aplicaciones mas frecuentes en la industria se enumeran a continuación.
Expansión del lecho de partículas.
la presencia de las burbujas dentro del reactor, ocasionan que el límite
superior del lecho se incremente. Cabe destacar que, la expansión es afectada de
manera considerable por el diámetro y distribución de las burbujas durante su recorrido a través del reactor. Así, por ejemplo si se logra una buena distribución transversal, las burbujas de menor diámetro afectarán mas drásticamente la expansión, debido a que estas tienen una velocidad inferior que aquellas de mayor diámetro. Esto se ve reflejado en un incremento del tiempo de permanencia de las burbujas dentro del sistema.
Esta especial característica, adquiere una importancia relevante por ser de
gran utilidad para estimar la altura del lecho de partículas dentro del reactor al operar; así como, para calcular el tiempo en que ambas fases permanecen en contacto.
Aun cuando la expansión es uno de los parámetros mas reportados en la literatura por su relativa facilidad de observación, no puede ser determinado con absoluta precisión ya que el límite 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 patrón de burbujeo, cuantificar la expansión del lecho se vuelve complicado, ya que además en el instante en que la burbujas estallan, arrojan una gran cantidad de sólidos a la fase diluida, haciendo casi imposible poder establecer el límite superior del lecho.
A pesar de lo anterior, se ha sugerido que la columna de sólidos puede ser dividida en tres zonas diferentes. La clasificación de cada una de estas zonas esta hecha en base a la concentración de sólidos presentes en ella, y aun cuando los límites no están 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, aquí la concentración de sólidos es la máxima posible y por lo tanto es el lugar en donde se lleva a cabo la mayor parte de las transformación química o física. Su límite superior puede
fluctuar alternativamente entre un valor mínimo y un máximo o mantenerse aproximadamente constante, de acuerdo con las características del sistema.
Inmediatamente después, se localiza una zona de transición ésta se distingue porque es el lugar en donde las burbujas estallan, además se ha reportado que en esta sección el coeficiente de transferencia de calor aumenta. Como ya se mencionó, las burbujas arrojan una gran cantidad de sólidos a la fase diluida, por lo que la concentración de éstos, 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 sección, es la que menor concentración de sólidos tiene, por lo tanto la conversión química o transformación física es pobre en esta parte. No obstante, es la que generalmente ocupa una mayor extensión del reactor.
Por otro lado, resulta irónico percatarse que no fue sino hasta 1963 que se pudo relacionar a la expansión del lecho con el patrón de burbujeo.
Ambas características son asociadas en el trabajo propuesto por Davidson y Harrison, en el cual se sugiere una ecuación para el cálculo de la expansión del lecho, que incluye el diámetro de las burbujas.
http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Fluidizacion/4409424.html
(avance tecnológico) Más producción, menos contaminación Gasificador de Carbón de Lecho Fluidizado
En la vereda Las Playas del corregimiento San Cristóbal, en Medellín, está ubicada una ladrillera que lleva el mismo nombre de esta localidad. Allí se producen cerca de 300 toneladas de ladrillos diarias.
Aunque la mitad de la producción es ejecutada de manera tradicional, esta empresa cuenta con uno de los avances tecnológicos más sofisticados que existen en este sector: el “Gasificador de carbón de lecho fluidizado”, un resultado obtenido y jalonado a través del Comité Universidad-Empresa-Estado.
La otra mitad de la producción goza de los beneficios de pasar por este proceso que se da en la etapa de acabado del producto.
Innovación a partir de necesidades
Esta innovación surgió gracias a la necesidad urgente que tenía esta empresa de reducir el gasto energético optimizando el uso del carbón. De este modo, los ingenieros que prestan sus servicios en la ladrillera consultaron en algunas universidades y pensaron en implementar esta solución, pero importada, pues se trata de tecnología de punta que es muy costosa en el exterior y que nunca se había desarrollado en Colombia.
El espíritu emprendedor de don Luis Carlos Cuartas, gerente de la empresa, lo llevó a buscar apoyo en los grupos de investigación de las Universidades Nacional, de Antioquia y Pontificia Bolivariana, incluso en Colciencias. Y lo consiguió.
En esas universidades ya se habían hecho pruebas piloto y modelos a escala, pero nunca se había intentado fabricar un gasificador a escala industrial.
Con los fondos destinados por Colciencias, estas universidades iniciaron un trabajo científico de la elaboración de esta solución.
“La Universidad de Antioquia trabajó en las partes básicas de la gasificación como la reactividad química. La Universidad Pontificia Bolivariana desarrolló los modelos matemáticos para la simulación de las condiciones de operación y la Universidad Nacional Sede Medellín elaboró el diseño y construyó 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 energía, en arcillas, en materias primas, para el desarrollo industrial. Ve en la investigación una manera de avanzar y de conseguir metas”.
Ese espíritu investigativo le ha servido tanto a la empresa para mejorar sus procesos, como a las instituciones académicas para medir su potencial creador e innovador, con altos índices de calidad y productividad y entender que es posible desarrollar este tipo de tecnología y pasarla del laboratorio a la realidad.
De la idea al producto
Para hacer realidad este tipo de procesos, las empresas también deben asumir un papel activo. Desarrollar procesos de postulación y buscar apoyo en las universidades. En este caso, la ladrillera presentó el proyecto ante los grupos de investigación de las universidades, quienes estudiaron el problema y plantearon un nuevo proyecto.
Posteriormente se realizó un análisis de la capacidad con que contaba la empresa para llevar a cabo el desarrollo. Se procedió entonces a elaborar toda la documentación legal y se diseñó una última versión del proyecto que fue enviado a Colciencias para que esta institución estudiara el caso y avalara y desembolsara el presupuesto.
La universidad también invierte capital, pues en la investigación se utilizan los equipos de la institución, y aportan el trabajo de los profesores. “Colciencias abre unas convocatorias, tienen muchas modalidades de financiación y uno simplemente debe acomodarse a éstas. El apoyo del Estado existe, lo que pasa es que mucha gente no lo conoce” dice el ingeniero Mesa.
Producto sostenible
La construcción del equipo llevó cerca de 18 meses, incluyendo la parte investigativa. Sin embargo, luego del montaje se ha seguido estudiando, buscando posibilidades de mejorar el gasificador. Además, todas las entidades involucradas en este proceso deben seguir en contacto puesto que si la patente de esta innovación llega a comercializarse, los dineros deben distribuirse entre la empresa y las tres universidades.
El resultado no ha podido ser más halagüeño. Además de mejorar la producción de ladrillos y de contaminar menos, generando menos material particulado, fue posible reducir el consumo de carbón en un 50%, y los valores agregados gracias a la inserción de esta nueva tecnología no se hicieron esperar: fue posible innovar en la elaboración del producto mismo, ahora también se producen ladrillos refractarios.
Para el país este proceso es importante, pues consolida la relación entre Universidad, la Empresa y el Estado. Además es un paso más que se da en el proceso tecnológico y en los métodos de investigación y cooperación.
Uniones sólidas y nuevos proyectos
Según el ingeniero Mesa “lo más 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 empírico y allí puede y debe haber un intercambio interesante de teoría y experiencia”.
Para ilustrar esta afirmación 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 más baratos y del mismo rendimiento. Es necesario que la universidad no se dedique a hacer sólo cálculos basados en supuestos, la empresa es el mejor escenario para ensayar y evaluar la realidad”.
Para la Ladrillera San Cristóbal esta experiencia ha sido muy importante, pues hay muchas personas que reconocen a la empresa por el equipo de gasificación y los beneficios que éste trae consigo, tanto en los procesos como en los resultados. Este tipo de procesos le otorgan un buen nombre a la compañía y la ratifica como lo que es: una empresa comprometida con la investigación, que utiliza tecnología de punta en sus procesos.
La experiencia ha sido tan satisfactoria que ahora se está trabajando en el diseño de un horno-túnel. El proyecto tiene una duración 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 entregó el primer informe a Colciencias. En este proyecto también están trabajando las universidades Bolivariana, de Antioquia y Nacional sede Medellín. Esto demuestra que la unión entre Universidad, Empresa y Estado da buenos frutos en la investigación y en el desarrollo tecnológico del país y que muchas veces lo que se requiere es un espíritu emprendedor que esté dispuesto a buscar nuevas oportunidades de crecimiento”, puntualiza el ingeniero Carlos Mario Mesa.
http://www.universidadempresaestado.com.co/index.php?option=com_content&view=article&id=30:mas-produccion-menos-contaminacion-gasificador-de-carbon-de-lecho-fluidizado&catid=10:casos-de-exito&Itemid=27
