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• Jaime Garcia Somohano

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Los lechos empacados son sistemas que son de mucha utilizad los cuales consisten en una columna cilíndrica la cual contiene una entrada de gas en el fondo de la torre o columna, una entrada de líquido en la parte superior, una salida para el gas en la parte superior de la columna y una salida para el líquido en el fondo de esta. El gas va ascendiendo pasando a través de los espacios vacíos que genera un relleno (el cual es llamado empaque) y se pone en contacto con el líquido el cual desciende y hace su camino por los mismos espacios poniéndose en contacto con las superficies de los rellenos. Diferentes tipos de lechos Los lechos empacados pueden ser clasificados por su utilidad y rendimiento, que por lo regular va de un 80 a un 99 por ciento para la transferencia de calor o masa. Para la construcción de estos equipos, se debe tomar en cuenta siempre la corrosión y la abrasión, debido a que el fluido con el que trabaja esta siempre en contacto con la superficie del empaque. Principalmente son clasificados en dos tipos 



Lechos empacado relleno: Este tipo de lecho se conforma de partículas sólidas, homogéneas, por ejemplo: pilas de rocas, filtros de arena, cigarrillos, columnas de absorción. Las columnas de absorción se rellenan normalmente con objetos cerámicos, de plástico o metálicos de formas especiales; tales como: anillos que tienen una gran área superficial y una elevada fracción de huecos; por tanto, presentan una baja resistencia al flujo. Lecho empacado poroso: Este tipo de lecho se conforma con materiales porosos, similares a las estructuras preparadas; tales como: partículas de alúmina sinterizadas, esponjas de espuma de poliuretano, colchones .de espuma de caucho, etc.

Lecho empacado relleno

Lecho empacado poroso

En los lechos empacados rellenos, a velocidades bajas las partículas no se mueven y existirá una caída de presión la cual, a medida de qué la velocidad del fluido aumente, esta también aumentará siempre y cuando el área se mantenga constante. Mientras la velocidad del fluido aumente el roce con las partículas dentro aumentara, por lo que llegará un momento en el que estas se encuentren suspendidas en el fluido. A esto se le conoce como “lecho fluidizado”.

Características

En los lechos empacados los fluidos pasan a través de canales perdiendo energía la cual se manifiesta en forma de una caída de presión. Existen varias expresiones para determinar las perdidas de presión a través de un lecho empacado cuando las partículas permanecen inmóviles, es decir, no ha llegado al punto de un lecho fluidizado. Las expresiones que pueden ser tomadas en cuenta son:      

Las partículas están dispersas al azar. Los efectos de rugosidad son despreciables. Todas las partículas tienen el mismo tamaño y forma. Los efectos de la pared son despreciables. El radio hidráulico medio tiene en cuenta las variaciones de la sección transversal El frotamiento total por unidad de área de la pared es igual a la suma de las siguientes dos fuerzas  Fuerzas por frotamiento viscoso  Fuerzas por inercia

las expresiones utilizadas para determinar la caída de presión a través de un lecho son:

∆𝑃 𝐿

=

150(1−𝜀)2 𝜀3

𝜇𝑣 (𝜙𝐷𝑝 )

2

+

1.75(1−𝜀) 𝜌𝑔𝑎𝑠 𝑣 2 𝜀

𝜙𝐷𝑝

Ecuación de Ergún

En este punto es conveniente aclarar que: 

la porosidad se define como: 𝜀=

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (ℎ𝑢𝑒𝑐𝑜𝑠 + 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠)

Si Re1000 ∆𝑃 𝐿

=

1.75(1−𝜀) 𝜌𝑔𝑎𝑠 𝑣 2 𝜀

Ecuación de Blake Plumer

𝜙𝐷𝑝

Se puede notar que la ecuación de Ergún es la suma de las dos ecuaciones anteriores. La ecuación de Ergun es valida para un estado de transición entre un Reynolds mayor a 20 y menor a 1000. En estos casos se incluye un término DP el cual es utilizado para referirse al diámetro de la partícula en dado caso de que esta no se trate de una partícula esférica. La manera más útil para caracterizar la medida de las partículas, la cual en varios casos se trata de partículas irregulares en su forma y tamaño, es la esfericidad. Levenspiel definió la esfericidad como:

𝜙=(

𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 · 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 ) 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 · 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

Para obtener el volumen de una esfera es claro que obtener su volumen era sencillo, ya que la único que se debe tomar en cuenta es el diámetro de la esfera. Pero al momento d e calcular el volumen de una figura irregular esto se complica. Cuando se tiene partículas con formas irregulares.

1. Para partículas grandes(d>1mm) Trabajando con un número conocido de partículas, al igual que conociendo su densidad, se puede conseguir su volumen ya que conocemos que la densidad es la relación entre la masa y el volumen. Así que conociendo la masa y la densidad concluimos que:

𝑉=

𝑚 𝜌

Y asumiendo un diámetro de esfera equivalente al de la partícula se obtiene dicho diámetro equivalente:

3

𝑑=√

6𝑉 𝜋

Donde V es el volmen y d el diámetro de la particula. A partir de estas medidas se calcula en primer lugar el diámetro equivalente de la esfera, definido como el diámetro de la esfera que tiene el mismo volumen de la partícula.

3

𝑑𝑒𝑠𝑓 = √

6𝑉 𝜋

Entonces el diámetro de la particula se define por la siguiente ecuación:

𝑑𝑝 = 𝜙 ∗ 𝑑𝑒𝑠𝑓

Usos de los lechos empacados.

Los principales usos para este tipo de equipos son en las industrias químicas al tratarse de procesos donde se lleve a cabo la transferencia de masa. Estos tienen sus mayores aplicaciones en los procesos de:   

Destilación Absorción de gases Extracción de liquido-liquido

Un detalle importante para el uso de lechos empacados es que el empaque debe ser completamente inerte con respecto a los fluidos que se procesan. Pueden ser fabricado de cerámica, metales y plásticos, cada uno tiene su campo de aplicación. Son utilizados para aumentar el área de contacto entre fluidos y, así, aumentar su eficiencia. Las columnas empacadas no son utilizadas cuando los fluidos viajan a baja velocidad. También tienen preferencia sobre las columnas de platos cuando se utilizan fluidos corrosivos.

Ventajas