Análisis de la fluidodinámica del lecho toroidal en frío mediante técnicas PIV y perfiles de presión, usando biomasa lignocelulósica y sólidos inertes

Este estudio se enfoca en analizar la fluidodinámica de un Lecho Fluidizado Rotativo (LFR), examinando la caída de presión y la velocidad superior del lecho, utilizando técnicas de velocimetría de partículas por imágenes (PIV). Comienza con una revisión bibliográfica sobre fluidización y el LFR, estableciendo las bases para el diseño de una unidad demostrativa. Se notó la falta de criterios claros para el diseño del distribuidor, especialmente en lo que respecta al espacio anular. La fase siguiente implicó el diseño y construcción de una unidad demostrativa de LFR con las siguientes especificaciones: diámetro interno de 0.26 m, altura de 0.4 m, y un distribuidor de 50 álabes de 2.0 mm de espesor, un ángulo de inclinación de 12°, envergadura de 14.4° y 7.2° de traslape. El estudio experimental investigó los patrones de flujo, caída de presión y perfiles de velocidad del lecho, variando el flujo de aire (22 - 74 m3/h), la masa del lecho (100 – 500 g) y el área libre del distribuidor (cambiando el radio de cono ente 85 y 110 mm). Se examinaron dos materiales: Semillas de mostaza (Brassica hirta Moench), con una densidad aparente de 1125.5 kg/m3, densidad de bulto 702.8 kg/m3, un diámetro de partícula de 1.44 mm y relación de aspecto de 1.10. Arena de sílice con densidad aparente de 2532.5 kg/m3, densidad de bulto 1209.4 kg/m3, diámetro de partícula de 1.86 mm y relación de aspecto de 1.45. Los resultados mostraron que la velocidad angular superior del lecho es proporcional a la velocidad superficial y varía inversamente con la masa del lecho y el espacio anular del distribuidor. La caída de presión aumenta con la masa del lecho, la reducción del espacio anular y la velocidad superficial. La desviación estándar de la caída de presión se sugiere como herramienta predictiva para identificar comportamientos indeseables en el lecho, y la desviación estándar de la velocidad superior puede indicar fenómenos como el estancamiento del material. Se identificaron cinco regímenes de fluidización distintos en el LFR: incipiente, burbujeante, rotativo parcial, rotativo estable y doble capa, cada uno manifestándose bajo diferentes condiciones de flujo y alturas del lecho para las semillas de mostaza y la arena de sílice. Estos hallazgos resaltan la complejidad del comportamiento del LFR y su dependencia del tipo de material, flujo, masa y configuración del espacio anular. Los resultados contribuyen al entendimiento del funcionamiento del LFR, facilitando la predicción de parámetros operativos para cada régimen y guiando la elección de variables en futuros diseños. A pesar de algunas peculiaridades observadas, muchos comportamientos coinciden con la literatura existente. El estudio aporta perfiles detallados y campos vectoriales de velocidades y aceleraciones superficiales, con una densidad de puntos de muestreo superior a lo previamente reportado, proporcionando una comprensión más profunda del comportamiento dinámico del LFR. En general, este trabajo aporta significativamente a la comprensión teórica y práctica del LFR, enriqueciendo el campo de la fluidización y sentando las bases para futuras investigaciones orientadas a la optimización y adaptación del LFR para diversas aplicaciones industriales.

• Autores: Verdeza Villalobos, Arnaldo
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2023
• Institución: Universidad del Norte
• Repositorio: Repositorio Uninorte
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/12043
• Acceso en línea: http://hdl.handle.net/10584/12043
• Palabra clave: Mecánica de fluidos; Biomasa
• Rights: openAccess
• License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/