Estudio experimental sobre el comportamiento de las burbujas en lechos fluidizados bidimensionales

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dc.contributor.advisor Sánchez Delgado, Sergio
dc.contributor.author Mouronte Arcones, Silvia
dc.date.accessioned 2016-04-07T08:15:47Z
dc.date.available 2016-04-07T08:15:47Z
dc.date.issued 2014-05
dc.date.submitted 2014-05-29
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/22678
dc.description.abstract Los lechos fluidizados se muestran como uno de los sistemas más apropiados y eficientes a la hora de llevar a cabo procesos químicos de tipo sólido-gas, como por ejemplo combustión, secado, polimerización, craqueo de hidrocarburos y transmisión de calor. Los lechos fluidizados son conocidos por tener una enorme capacidad de mezcla y de transmisión de calor. Muchas de las características de estos sistemas, así como la calidad de su fluidización, en general, dependen directamente de la distribución de las burbujas producidas en el mismo, así como de las propiedades físicas de las mismas: posición, dimensión, forma y velocidad. Las propiedades de las burbujas controlan la hidrodinámica y, como consecuencia, la transferencia de calor dentro del lecho. En consecuencia, es muy importante entender y predecir el comportamiento de las burbujas, para entender la dinámica de fluidos del reactor, la cual es de gran importancia a la hora de diseñar una planta de lecho fluidizado. Para poder explotar todas las ventajas que ofrecen este tipo de sistemas, las burbujas deberían de ser muchas y pequeñas, y su velocidad de ascensión debería de ser también pequeña. En la práctica, las burbujas tienen un tamaño irregular y se distribuyen a lo largo del lecho de manera aleatoria, con una velocidad muchas veces mayor incluso que la del gas intersticial. Además, las burbujas se pueden unir entre sí, o dividirse en varias burbujas y crecer según van ascendiendo, lo cual complica aún más su estudio. Por esto mismo, medir y estimar las diferentes características de las burbujas, así como su distribución, es la parte más complicada de los estudios sobre lechos fluidizados. Es precisamente el comportamiento poco predecible de las burbujas, el responsable del único inconveniente que tienen los lechos fluidizados: tienen un comportamiento complicado y poco predecible, lo cual hace compleja su modelización. Consecuentemente, es muy importante realizar un estudio completo antes de diseñar uno de estos sistemas. El primer paso es simularlo y, más tarde, validar dicha simulación con técnicas de laboratorio. Este proyecto se centra en el estudio experimental de la cinética de las burbujas formadas en un lecho fluidizado bidimensional, mediante el uso de una técnica de laboratorio no intrusiva: Análisis Digital de Imágenes (DIA), para diferentes condiciones de operación (diferentes alturas de lecho y distintas velocidades del aire). Los datos de partida del proyecto son imágenes capturadas mediante una cámara de alta velocidad, pudiendo hacer una clara separación entre la fase densa y la fase burbuja. La técnica DIA permite realizar un tratamiento digital de estos datos de partida (imágenes), obteniendo el diámetro equivalente, centro de masas, velocidad, orientación y excentricidad de las burbujas. El número total de burbujas analizadas, para el total de los casos estudiados, es de 960.740. Por último, se han comparado los resultados obtenidos en este proyecto con las correlaciones de otros estudios experimentales, los cuales casan bastante bien, con lo que se ha dado por válido el estudio experimental.
dc.description.abstract Fluidized beds are one of the most appropriate and efficient systems to carry out gas-solid chemical processes, such as combustion, drying, polymerization, cracking of hydrocarbons and heat exchange. They are characterized by their high heat exchange and mixing capacity. Many features of the fluidized beds, as well as their fluidization quality, are directly dependent on the distribution of bubbles and their properties: position, dimension, shape and velocity. The bubbles’ properties control the hydrodynamics and therefore heat transfer within the bed. That is the reason why it is so important to understand and predict the behavior of the bubbles: to understand the reactor’s fluid dynamics, which is of great importance when designing a fluidized bed plant. In order to be able to use all the advantages of these systems, there should be a big amount of bubbles in the bed, they should be small and their ascending velocity should be also small. However, in practice they have irregular shapes, they distribute all along the bed randomly and their velocity is many times larger than the interstitial gas one. Moreover, bubbles can split, coalesce and grow as they move towards the top of the bed, which complicates the situation even more. Therefore, measuring and estimating the bubble characteristics, as well as their distribution, is the most difficult part in fluidized bed investigations. Actually, it is the difficulty to predict bubbles’ behavior, the responsible of the only drawback that fluidized beds have: their behavior is complicated and difficult to predict, which makes its modelling very complex. Consequently, it is of high importance to carry out a complete previous study before designing these systems. The first step is to simulate it and, afterwards, to validate this simulation with laboratory techniques. This dissertation focuses on the experimental study of the bubble´s kinetics by using a non-intrusive laboratory technique: Digital Image Analysis (DIA) for different operational conditions (different bed heights and gas velocities). The input data of this dissertation are images captured with a high speed camera, making it possible to easily differentiate between the dense phase and the bubble phase. With the DIA technique it is possible to digitally analyze the images, obtaining the equivalent diameter, mass center, velocity, orientation and eccentricity of the bubbles. The total number of analyzed bubbles in this dissertation is 960740. To finish, the experimental results were validated and found to be in good agreement with the available literature correlations.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Lechos fluidizados
dc.subject.other Dinámica de fluidos
dc.subject.other Comportamiento de burbujas
dc.subject.other Análisis Digital de Imágenes (DIA)
dc.subject.other Hidrodinámica
dc.title Estudio experimental sobre el comportamiento de las burbujas en lechos fluidizados bidimensionales
dc.type masterThesis
dc.subject.eciencia Ingeniería Industrial
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Ingeniería Industrial
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de. Ingeniería Térmica y de Fluidos
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