Lecho de polvo
Un lecho de polvo es una masa de partículas de polvo en reposo o en movimiento dentro de un recipiente o sobre una superficie. Se forma cuando las partículas se agrupan bajo la influencia de la gravedad. Un lecho de polvo puede funcionar abierto al entorno o cerrado de forma estanca al gas, por ejemplo, inertizado. Puede funcionar a presión ambiente, sobrepresión o vacío.
Las partículas forman así un medio poroso con una porosidad definida. Los gases pueden fluir a través de los huecos. De este modo se puede transferir calor. Además, puede tener lugar un intercambio de materia.
ε = Vhueco/ Vtotal
- Vhueco es el volumen entre las partículas
- Vtotal es el volumen total del lecho de polvo
- ε es la porosidad (porcentaje de volumen vacío, adimensional)
En un lecho de polvo se pueden llevar a cabo numerosas operaciones de ingeniería de procesos. Entre ellas se incluyen, por ejemplo, la mezcla, el secado, el calentamiento, el enfriamiento, la reacción, la aglomeración o la calcinación. Es fundamental que las partículas puedan considerarse un material a granel fluido.
Los lechos de polvo se presentan en formas muy diversas en las instalaciones de ingeniería de procesos. Algunos ejemplos son los aparatos de lecho fluidizado, los hornos rotativos, los silos con mezcla neumática, los mezcladores mecánicos de polvo, los secadores-mezcladores al vacío y las instalaciones de recubrimiento. En los procesos de fabricación aditiva (fusión en lecho de polvo), por ejemplo, el lecho de polvo debe ser extremadamente homogéneo.
En un lecho fluidizado, el lecho de polvo se fluidiza desde abajo mediante una corriente de gas. Las partículas flotan entonces en un estado cuasi-líquido y experimentan transferencias de calor y masa muy intensas. En los hornos rotativos, el lecho de polvo se mezcla mediante rotación y se trata térmicamente a lo largo del horno.
A nivel macroscópico, el lecho de polvo puede describirse mediante balances de materia y energía. La evolución local de la temperatura puede modelarse, por ejemplo, mediante un balance de energía con transferencia de calor por convección y conducción. El flujo a través del lecho poroso puede aproximarse mediante ecuaciones de pérdida de presión, como la ecuación de Ergun.
Δp = L · [150·(1−ε)2/ ε3·μ·u/(dp)2+1,75 (1−ε)/ε3·ρf·u2/dp]
- Δp es la pérdida de presión a lo largo del lecho de polvo
- L es la longitud del lecho o la altura de granel en la dirección del flujo
- ε es la porosidad del lecho (véase más arriba)
- μ es la viscosidad dinámica del fluido
- u es la velocidad de flujo superficial (aparente)
- dp es el diámetro medio de las partículas
- ρf es la densidad del fluido en movimiento
Un objetivo importante del proceso es lograr una distribución de condiciones lo más homogénea posible en el lecho de polvo. La temperatura, la humedad, la composición y la estructura de las partículas deben encontrarse al final dentro de tolerancias estrechas. Solo entonces se puede hablar de un producto final homogéneo. Un tratamiento de polvo solo se considera completado cuando el lecho de polvo representa dicho producto final.