Análisis de la estructura de lechos rellenos con esferas en recipientes cilíndricos para bajas relaciones de aspecto

SALVAT, WILSON I.; MARIANI, NÉSTOR JAVIER; MARTÍNEZ, OSVALDO MIGUEL; BARRETO, GUILLERMO F.

México (DF), México

Congreso; XI Congreso Latinoamericano de Transferencia de Calor y Materia (LATCYM); 2006

Departamento de Mecatrónica – Tecnológico de Monterrey – Campus Ciudad de México

El objetivo de este trabajo es analizar la estructura de los lechos rellenos con esferas de tamaño uniforme en recipientes cilíndricos para relaciones de aspecto (a, diámetro del tubo a diámetro de partícula) en el rango de 2 a 5. Estas condiciones presentan un significativo interés para el análisis de reactores catalíticos industriales de tipo multitubular, en los cuales los procesos de transporte de calor y materia resultan fuertemente influenciados por las características estructurales del relleno. Para abordar este estudio se emplearon herramientas de simulación y experimentales. Por una parte, se utilizó un programa de simulación desarrollado previamente en el grupo de trabajo. La formulación del mismo está basada en la búsqueda del equilibrio mecánico, teniendo en cuenta las fuerzas de contacto entre las partículas, entre las partículas y las paredes y la gravedad. El resultado final del simulador es la posición de cada partícula en el lecho, lo que permite evaluar sus propiedades locales y globales. La técnica experimental empleada ha sido tomografía computada de rayos X, la que, combinada con un programa de procesamiento de imágenes desarrollado ad hoc, permite obtener la ubicación de cada partícula en el lecho. Los resultados alcanzados con el simulador presentan un acuerdo excelente con los datos experimentales propios y con la información experimental de bibliografía. Ambas herramientas han permitido analizar en detalle la estructura de los lechos para cualquier valor de la relación de aspecto, dentro del rango de a considerado. De los resultados obtenidos pudo observarse que la porosidad media muestra un comportamiento singular, presentando una serie de máximos y mínimos. En nuestro conocimiento, este comportamiento no ha sido reportado hasta la fecha en la literatura abierta, y por esta razón, las correlaciones existentes no resultan satisfactorias a los fines predictivos en dicho rango de trabajo.