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Los ensayos consistieron fundamentalmente en cargar el lecho con material granulado previamente pesado (arena, biomasa, o una mezcla de ambos) hasta una altura determinada. Luego, con la apertura progresiva de la válvula de aire, se efectuaron mediciones de pérdida de carga del sistema para diferentes valores de caudal, alcanzando la fluidización comprendida en régimen burbujeante del sistema. En cada caso, se esperó el tiempo suficiente para la estabilización de la condición, antes de registrar los indicadores del comportamiento de la misma. Alcanzado el valor límite de fluidización en régimen de burbujeo, se llevó a cabo el cierre progresivo de la válvula y se midió la pérdida de carga, ahora con caudal de aire descendente, hasta su anulación. De esta manera se construyeron dos “curvas de fluidización”: en ascenso y descenso de niveles de velocidad superficial del agente fluidizante. La segunda, resultado de disminuir el caudal de gas fluidizante, es la que corresponde utilizar en la determinación de parámetros característicos (velocidad y porosidad de mínima fluidización), tal como recomiendan según Kunii y Levenspiel (1991).

La medición de pérdida de carga (P) se lleva a cabo entre un punto ubicado en el plenum y otro ubicado sobre el lecho. De esta manera, la pérdida de carga medida comprende al distribuidor y al lecho. Los valores de P reportados en la siguiente sección son los medidos, a los que se les ha sustraído la pérdida de carga del distribuidor medido con el lecho vacío.

5.2.4. Resultados

En esta sección se muestran los resultados de caída de presión obtenidos en las experiencias desarrolladas para fluidización de arena, biomasa y mezclas de ambos en diferentes proporciones. Cada ensayo se realizó triplicado. De esta manera, para cada velocidad de aire se obtuvieron tres valores de pérdida de carga estática que fueron utilizados para determinar valores promedio de la variable (P).

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En la Tabla 5.2 se resumen las condiciones iniciales de cada sistema. Para las mezclas biomasa-arena, se indican los valores de los porcentajes volumétricos iniciales a partir de la disposición en estratos superpuestos de arena en la parte inferior y biomasa en la superior. En la Figura 5.3 se muestra esta disposición para el caso en el cual la biomasa ocupa inicialmente el 58,4% del volumen total.

En la Tabla 5.3, se reportan los valores de porosidad de mínima fluidización, obtenidos a partir de la altura final, y de la velocidad de mínima fluidización, determinada a partir de las curvas de fluidización de cada sistema (Figuras 5.4-5.8). El valor de la velocidad de mínima fluidización Umf corresponde a la ubicada en la

intersección de la línea horizontal correspondiente a la relación peso de material cargado (w) sobre el área perpendicular al flujo de gas (A), con la línea de tendencia P vs. U_g en la región correspondiente al lecho fijo.

Figura 5.3. Disposición inicial de arena y biomasa en ensayos con mezclas. La imagen corresponde al ensayo con 58,4% del volumen total del sistema ocupado por biomasa.

Tabla 5.2. Condiciones iniciales para las diferentes experiencias realizadas Material

Granulado Lo(m) εg mlecho[kg] w/A[Pa]

Arena 0,082 0,45 1,774 1147,33 Biomasa 0,157 0,65 0,3397 219,69 Mezclas (% volumétrico inicial de biomasa) arena-biomasa 11,5% 0,087 0,45-0,65 1,688 1091,37 17,1 0,097 0,45-0,65 1,709 1105,36 58,4 0,077 0,45-0,65 0,887 510,71

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Tabla 5.3. Resumen de resultados de interés para los diferentes sistemas analizados Material Granulado εmf Lfinal(m) Umf [m s⁄ ]

arena 0,481 0,087 0,230 biomasa 0,701 0,187 0,335 Mezclas (% volumétrico inicial de biomasa) 11,5% 0,500 0,092 0,231 17,1 0,515 0,102 0,239 58,4 0,635 0,087 0,260

Figura 5.4. Pérdida de carga vs. velocidad superficial de gas fluidizante para el sistema aire-arena.

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Figura 5.6. Curva de fluidización para el sistema aire-arena-biomasa (11,5%)

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Figura 5.8. Curva de fluidización para el sistema aire-arena-biomasa (58,4%)

Clarke y col. (2005) identificaron distintos factores que dificultan la fluidización de sistemas constituidos únicamente por biomasa. La forma, densidad y distribución de tamaños de las partículas hacen que durante el proceso aparezcan canalizaciones, en las que se produce una fluidización parcial, y aglomerados de material de considerables dimensiones. Mediante la inclusión de arena en el sistema, conformando una mezcla binaria, se superan los inconvenientes mencionados previamente.

Los resultados experimentales corroboran lo observado por Clarke y col. (2005). Respecto del valor de velocidad de mínima fluidización de la biomasa, la presencia de arena genera una fluidización del sistema a menores valores de velocidad de gas U_g, lo que implica una disminución en el consumo de energía necesario para llevar a cabo el proceso.

La observación de los valores de velocidad de mínima fluidización de sistemas de componente único arena (Figura 5.4) y biomasa (Figura 5.5) generan una combinación de efectos que arroja valores de la velocidad de fluidización mínima para las mezclas biomasa-arena comprendidos en el intervalo limitado por los valores de componentes únicos y claramente crecientes conforme aumenta el porcentaje de biomasa en la mezcla, tendiendo al valor de biomasa pura cuando su porcentaje es sensiblemente mayor.

En la Figura 5.9, se muestran las canalizaciones generadas durante la fluidización de biomasa forestal en las experiencias. A través de estos canales, el aire de fluidización atraviesa el sistema sin generar el movimiento del conjunto de partículas.

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Figura 5.9. Canalizaciones observadas en las experiencias realizadas con biomasa (sin arena) En el contexto mencionado, las experiencias confirmaron que las canalizaciones desaparecen cuando se emplea arena formándose dos zonas claramente fluidizadas que se visualizan con claridad en la Figura 5.10: la zona superior, conformada mayormente por biomasa, y la zona inferior, constituida por una mezcla de ambas fases. Esta segregación, aunque no deseada es característica de este tipo de sistemas a raíz de la gran diferencia de densidades existente (Beeckmans y col., 1985).

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Figura 5.10. Segregación observada experimentalmente para el sistema aire-arena-biomasa (58,4%)