PROPUESTA DE PROYECTO DE TESIS TEMA: Estudio experimental de las hidrodinámicas de un lecho fluidizado al vacío empleando vapor sobrecalentado. ALUMNO: José Luis Patiño Sienra 7 Oriente #206-A San Andres, Cholula, Puebla ID 114455 UDLA-Puebla Tel. 2471077 FECHA: 15 de abril de 2004 DIRECTOR: Dr. Bülent Umur Kozanoglu Diblan FIRMA DEL DIRECTOR: COMITÉ DE TESIS: 1. Dr. Bülent Kozanoglu 2. Dr. Jorge Welti Chanes 3. Dr. Rene Reyes Mazzocco (SELLO Y FIRMA DE AUTORIZACIÓN DEL COORDINADOR) BREVE DESCRIPCIÓN Esta tesis tiene como principal fin el estudio experimental de un lecho fluidizado para la obtención de la velocidad mínima de fluidización para diferentes materiales y observar su comportamiento con respecto a las variables de presión y temperatura. Se llama fluidización al proceso de hacer pasar un fluido a través de una cama de partículas que quedan suspendidas. Como resultado directo se obtienen altos coeficientes de transferencia de masa y de calor lo cual le da al proceso un gran potencial e interés para ciertas industrias. Una de las aplicaciones es el secado, pero requiere realizarse a altas temperaturas lo cual representa un problema para la conservación de las propiedades alimenticias y un gran riesgo explosivo en el secado de productos inflamables, en unos casos. Para reducir las temperaturas de operación es necesario reducir la presión dentro del lecho fluidizado, y por eso es que se estudia la fluidización al vacío. La mayoría de los estudios de secado que se han llevado a cabo han sido con aire caliente y en este trabajo se estudiará la fluidización con vapor sobrecalentado. Se piensa que la utilización del vapor sobrecalentado tendrá varias ventajas, entre ellas, la conservación de la integridad de los materiales que se secan. Algún grano, por ejemplo, puede perder su sabor si se seca con aire caliente y con vapor esto no sucedería. En el proceso debe tomarse en cuenta el cambio de propiedades termodinámicas del aire al vapor sobrecalentado, que pueden impactar considerablemente en las propiedades. Por ejemplo puede citarse un cambio en la densidad (o volumen específico) que afecta en la determinación de la velocidad mínima de fluidización, así como la velocidad terminal (cuando las partículas son transportadas fuera del sistema). Otra característica importante es el cambio en los mecanismos, como por ejemplo el del secado. En el caso del aire, el cambio de fase se lleva a cabo dentro de la partícula y es transportada al exterior por medio de difusividad y en el caso del vapor sobrecalentado, el agua líquida es inicialmente acarreada al exterior donde entonces cambia de fase. Este último caso elimina el efecto de la difusividad. OBJETIVO GENERAL Análisis del proceso de fluidización al vacío utilizando vapor sobrecalentado. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6. 7. 8. 9. Estudio teórico sobre fluidización. Estudio del proceso de secado. Estudio del comportamiento del lecho fluidizado al vacío. Construcción de una columna de fluidización al vacío para utilizarse con vapor sobrecalentado. 10. Realización de experimentos con el lecho fluidizado al vacío utilizando vapor sobrecalentado a diferentes presiones y temperaturas. 11. Comparación del proceso de secado utilizando aire contra vapor sobrecalentado. ALCANCE DEL PROYECTO 5. 6. 7. 8. 9. Revisión teórica de los conceptos requeridos para el proyecto. Conocimiento del funcionamiento del equipo a utilizar para los experimentos. Diseño y construcción del equipo. Realización de los experimentos. Análisis de los resultados obtenidos, comparando el desempeño del vapor sobrecalentado con el del aire. DELIMITACIONES Y LIMITACIONES 5. 6. 7. 8. Condiciones del equipo. Capacidad del equipo para trabajar a bajas presiones. Capacidad de la bomba de vacío para trabajar con vapor sobrecalentado. En caso de que los resultados obtenidos no sean los esperados, se explicarían las causas y se formularían nuevas conclusiones. MÉTODOS Y TÉCNICAS 4. 5. 6. 7. 8. Estudio de teoría. Estudio del dispositivo experimental existente y experimentación con el mismo. Diseño y construcción de un nuevo dispositivo. Experimentación. Registro de resultados. ESTRUCTURAS, OBJETIVOS Y METAS ESPECÍFICAS CAPÍTULOS 1.0 INTRODUCCIÓN 2.0 ANTECEDENTES 3.0 PRINCIPIOS DE FLUIDIZACIÓN 4.0 FLUIDIZACIÓN AL VACÍO 5.0 SECADO 6.0 ESTUDIO Y PRESENTACIÓN DEL EQUIPO EXPERIMENTAL ANTERIOR 7.0 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA COLUMNA 8.0 PRUEBAS EXPERIMENTALES 9.0 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 10.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES APÉNDICES A. FIGURAS B. TABLAS Y GRÁFICAS CALENDARIO DE EXÁMENES (TENTATIVO) 1. REPORTE 2. REPORTE 3. REPORTE 4. REPORTE 5. REPORTE CAP. 2, 3 CAP. 4, 5, 6 CAP. 7 (Parcial) CAP. 7 (Completo) CAP. 1, 8, 9, 10 LUGAR EN DONDE SE REALIZARÁ Universidad de las Américas, Puebla BIBLIOGRAFÍA Madrid, F., Arnaldos, J., Casal, J., Llop, M. F., “FLUIDIZATION AT VACUUM CONDITIONS. A GENERALIZED EQUATION FOR THE PREDICTION OF MINIMUM FLUIDIZATION VELOCITY”, Chemical Engineering Science, Vol. 51, No. 23, pág. 51495157. Kannan, C. Srinivasa, Thomas, P. P., Varma, Y. B. G., “DRYING OF SOLIDS IN FLUIDIZED BEDS”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 34, 1995, pág. 3068-3077. Thomas, P. P., Varma, Y. B. G., “FLUIDISED BED DRYING OF GRANULAR FOOD MATERIALS”, Powder Technology, Vol. 69, 1992, pág. 213-222. Levy, Edward K., “FUNDAMENTALS OF FLUIDIZATION”. Apuntes varios. Arnaldos, Josep, Kozanoglu, Bülent, Casal, Joaquim, “VACUUM FLUIDIZATION: APPLICATION TO DRYING”, Transacciones del “IX International Fluidization Conference”, New York, Engineering Foundation. B. U. Kozanoglu, J. Welti Chanes, D. García Cuautle, J. P. Santos Jean, “HIDRODYNAMICS OF LARGE PARTICLE FLUIDIZATION IN REDUCED PRESSURE OPERATIONS: AN EXPERIMENTAL STUDY”. Powder Technology, Vol. 125, 2000, pág. 55-60. Uçkan, G., Ülkü, S., “DRYING OF CORN GRAINS IN A BATCH FLUIDIZED BED DRYER”, Drying 86, A. S. Mujumdar, Ed. Wiley, New York, pág. 91-96. Kozanoglu, Bülent Umur, Vílchez, Juan Antonio, Casal, Joaquim, Arnaldos, Josep, “DRYING OF SOLIDS IN VACUUM FLUIDIZED BED”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 80, Junio 2002. Kozanoglu, B. U., Welti Chanes, J., González Peña, A., Berlín Tolentino, D. M., “DRYING PROCESS IN A VACUUM FLUIDIZED BED EMPLOYING VARIABLE PRESSURE”, HEFAT2003, 2nd International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Junio 2003. Kozanoglu, B., Vílchez J.A., Arnaldos, J, Casal, J., “MASS TRANSFER COEFFICIENT IN VACUUM FLUIDIZED-BED DRYING”, Chem. Eng. Sci., Vol.56, 2001, pág. 3899-3901. Tesis: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN LECHO FLUIDIZADO PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS” Edgar Casal Álvarez y Octavio Rodríguez González Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de las Américas, Puebla. Primavera, 1999. Tesis: “ANÁLISIS EXPERIMENTAL Y OBTENCIÓN DE LAS ECUACIONES PARAMÉTRICAS DE FLUIDIZACIÓN EN UN LECHO FLUIDIZADO AL VACÍO”. Juan Pablo Santos Jean y Daniel García Cuautle. Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de las Américas, Puebla. Otoño, 2000.
