La válvula–S: Modelado del flujo de sólidos granulares utilizando números adimensionales
The S–valve: modeling granular solids flow using dimensionless numbers
F. Santoyo2, G. Guatemala2, I. Orozco2 y E. Arriola1*
1 Departamento de Ingeniería Química, CUCEI, Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jalisco, México. *Autor para la correspondencia. E–mail: arriole@hotmail.com
2 Unidad de Tecnología Agroalimentaria. Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A.C. (CIATEJ, A.C.). Guadalajara, Jalisco, México.
]]>Recibido 11 de Agosto 2009.
Aceptado 11 de Marzo 2010.
Resumen
En este trabajo se utilizó el método Pi–Buckingham para obtener un modelo matemático simple que prediga el flujo de sólidos en un novedoso dispositivo de control conocido como Válvula–S (o válvula que escupe). Los parámetros del modelo son: el diámetro de los sólidos (arroz, café verde y lenteja), su densidad, el diámetro relativo del conducto horizontal de la válvula, la presión de operación y la velocidad superficial del aire. Se usaron dos prototipos de válvula–S construidas con tubo de acrílico de 0.04 y 0.02 m de diámetro. Los experimentos se llevaron a cabo a temperatura ambiente y con dos presiones de operación de 7 y 8 x 105 Pa. El modelo obtenido predice razonablemente el comportamiento del sistema para los sólidos granulares utilizados (85% para café, 97 % para lenteja y 98% para arroz).
Palabras clave: válvula–S, flujo de sólidos granulares, números adimensionales, Pi–Buckingham, modelado matemático.
Abstract
In this work, Pi–Buckingham Method of Dimensional Analysis was used to obtain a simple mathematical model to predict flow of solids from a novel control valve known as "S–valve" or "spitting valve". Parameters of the model were: particle diameter and density (rice, green coffee beans and lentil), relative diameter of the horizontal section of the valve, system operation pressure and air superficial velocity. Two S–valves prototypes, built in acrylic pipe of 0.04 and 0.02 meters diameter, were used. The experiments were run at room temperature and at two operation pressures of 7 and 8 x 105 Pa. For the grains we used, the obtained model fit experimental data reasonable well (98% for rice, 85% for green coffee beans, and 97% for lentil).
]]> Keywords: S–valve, solids flow rate, dimensionless numbers, Pi–Buckingham, mathematical modeling.
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Agradecimientos
Los autores agradecen al Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología del Estado de Jalisco, a la Universidad de Guadalajara, al Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A. C, proyecto COECYTJAL–UDG–PS–2009–564, México.
Referencias
Arrióla, G. E. (1997). Residence Time Beds. Ph.D. Thesis. Oregon State University. [ Links ]
]]>Arriola, G. E., Martínez, O. E., Guatemala, M. G. M., García, H. T. y García, F. (2004). La "Válvula–S" Una Modificación Ingeniosa de la Válvula–L. Presentación en congreso, Mayo 4–7, Puerto Vallarta, Jalisco México. XXV Encuentro Nacional de AMIDIQ. [ Links ]
Aragón, J. M. (2002). "La Válvula J". Universidad Computlense de Madrid. Disponible en http://www.ucm.es/info/otri/complutecno/fichas/tec_jmaragon2.htm Accesado: 10 de enero del 2010. [ Links ]
Buckingham, E. (1914). On physically similar systems; illustrations of the use of dimensional equations. Physics Review 4, 345–376. [ Links ]
Castro, E. S. (1989). Consideraciones para el Diseño en Ingeniería en Alimentos: I Aplicación al Diseño de un Congelador de Lecho Fluidizado. Biblioteca digital de la universidad de Chile. Edición Digital. Disponible en: http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/castroe08/01.html. Accesado: 10 de julio del 2009. [ Links ]
Chin–Yung W. y Knowlton T.M. (1993). L Valve equations. Powder technology 77, 49 – 54 [ Links ]
Daous M. A. y Al–Zahrani A. A. (1998). Modeling solids and gas flow through an L–valve. Powder technology 9, 86–89. [ Links ]
Geldart, D. y Jones, P. (1991). The behavior of L–valves with granular powders. Powder technology 67, 163–174. [ Links ]
Guatemala, G. M. (2007). Tostado de café (Coffea arabica) utilizando un sistema de lechos fuente en multietapa. Tesis de Doctorado, Universidad de Guadalajara. [ Links ]
Hirama, T., Takeuchi, H. y Horio, M. (1986). Nitric oxide emission from circulating fluidized bed coal combustion. Proceedings of the 9th International Fluidized Bed Combustion Conference, Boston, 898–910. [ Links ]
Hua, T., Hongzhong, L., Xuesong, L. y Qiayu, Z. (2002). Hydrodynamic modeling of the L–Valve. Powder technology 129, 8–14. [ Links ]
Huang, W., Xu, G., Li, H. y Kang, A. (1995). Mathematical model for the L–valve and its application in matter transfer control. Journal of Huazhong University of Science and Technology 23(4), 100–1004. [ Links ]
Jones M. y Davidson J. F. (1965). The flow of particles from a fluidised bed through an orifice. Rheological Acta 4(3), 180–192. [ Links ]
Klinzing, E. G. (1981). Gas–solid pneumatic transfer. En Gas solid transport. Chapter 23, P. 82. Mc. Graw Hill. Chemical Engineering series. [ Links ]
Kunii, D. y Levenspiel, O. (1991). Fluidization Engineering. Butterworth Heinemann, second edition, USA. [ Links ]
Knowlton, T. M. y Hirsan, I. (1978). L–valves characterized for solids flow. Hydrocarbon process 3, 149–156. [ Links ]
Levenspiel, O. y Kunii, D. (1997). Circulating fluidized–bed reactor. Chemical Engineering Science 52(15), 2471–2482. [ Links ]
Levenspiel, O. (1997). Flujo de Fluidos e Intercambio de Calor. Editorial Reverte. España. [ Links ]
Leung, L. S. y Chong, O. (1987). Operation of V–valves for gas–solid flow. Powder Technology 49, 271 – 276 271 [ Links ]
Baryeh, E. A. y Mangope, B. K. (2002). Some physical properties of QP–38 variety pigeon pea. Journal of Food Engineering 56, 59–65. [ Links ]
Matsumoto, Kikuta, M. y Maeda, S.(1977). Effect of particle size on the minimum transport velocity for horizontal pneumatic conveying of solids. Journal of Chemical Engineering of Japan 10(4), 273–279. [ Links ]
Martínez, O. E. (2006). Caracterización de una nueva válvula de control de flujo para sólidos, la válvula S. Tesis de maestría. Universidad de Guadalajara. [ Links ]
]]>Melo, F. (2009). "Material granular". Explora, revista digital de divulgación científica. Disponible en: http://www.explora.cl/exec/cyt/preg_cientif/ficha.e3?id=76 Accesado: 10 de junio del 2009 [ Links ]
Ortega, E. (2000). Operaciones unitarias y manejo de sólido. Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Material didáctico disponible en: http://www.fcq.uach.com.mx Accesado: 20 de Junio del 2009. [ Links ]
Santoyo, F., Guatemala, G., Bon, J., Orozco, I., García, F. y Arriola, E. (2008) Modelo estadístico que describe el funcionamiento de una válvula de reciente creación para el control del flujo de sólidos granulares. Revista Alimentaria 8(395), 85. [ Links ]
Shoemaker, D., Garland, J., Nibler, W. (1989). Experiments in Physical Chemistry. Mc Graw–Hill. USA. [ Links ]
Thorsten, P. y Thomas, S. (2005). Computational Granular Dynamics. Springer. Germany. [ Links ]
Welty, J., Wicks, Ch. y Wilson, R. (1989). Fundamentos de Transferencia de Momentum, Calor y Masa. Limusa. México. [ Links ]
Wen C. Y. (2003). Handbook of fluidization and fluid particle system. Siemens Westinghouse Power Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A. [ Links ]
Zheng Q. Z. Ma, Wang, A.B. (1993). Experimental study of the flow pattern and flow behavior of gas – solid two phase flow in L–valve. In: A.A. Avidan (Ed.), Circ. Fluidized Bed Technology 4, 246–252 [ Links ] ]]>