Estudi de l'estabilització dels llits fluïditzats sòlios-gas mitjançant l'aplicació d'un camp magnètic
Authors:   , Arnaldos Viger Josep 
Published: September 2023

La tesi s’inicia fent una presentació del comportament dels llits estabilitzats magnèticament i de les seves aplicacions, així com de les limitacions que tenen degut a les pèrdues de les propietats magnètiques en certes condicions.A continuació, es proposa un model matemàtic dels llits fluïditzats estabilitzats magnèticament, basat en la distribució que segueixen les partícules amb les línies del camp. L’estabilització magnètica també s’ha aplicat a llits fluïditzats amb barreges de partícules magnètiques i no magnètiques. S’ha estudiat el comportament d’aquests sistemes, així com la influència de la fracció màssica de material magnètic en el retard en l’aparició del bombolleig. Els resultats obtinguts mostren que l’estabilització magnètica pot aplicar-se no solament a la fluïdització de partícules magnetitzables sinó també a partícules no magnetitzables, si una certa fracció de material magnètic és present en el llit. Es proposen diferents correlacions per al càlcul de la velocitat de transició en funció de les propietats del sistema gas-sòlid i les condicions d’operació.També s’estudia l’efecte del camp magnètic sobre el comportament tèrmic dels llits fluïditzats de partícules magnètiques escalfats amb una superfície calefactora introduïda dins el llit. S’ha determinat la distribució axial i radial de temperatures en el llit. A partir dels resultats experimentals, s’ha desenvolupat un model que permet el càlcul de la conductivitat tèrmica efectiva del llit. A més, mitjançant l’aplicació de l’analogia de Chilton i Colburn a les dades experimentals obtingudes, s’han proposat diferents correlacions per a l’estimació del coeficient de transferència de calor en llits estabilitzats i semi estabilitzats.Finalment, s’ha estudiat experimentalment, mitjançant l’assecament d’aire humit en llits formats per barreges d’alúmina-acer, la transferència de matèria en llits estabilitzats i semi estabilitzats. S’han emprat dos paràmetres, eficiència del llit i factor de eficiència, per comparar el comportament dels diferents tipus de llits. La precisió del model teòric desenvolupat s’ha provat amb els resultats experimentals obtinguts. Els models corresponents als llits fluïditzats clàssics no presenten un bon ajust amb les dades experimentals; ara bé, quan aquests models són modificats tenint en compte l’efecte del camp magnètic, l’ajust amb les dades és molt millor.
First, in this thesis, the behaviour of the magnetically stabilized fluidized bed is presented, as well as its applications; the limitations due to the loss of magnetic properties in certain conditions are also considered.Later, a mathematical model of the magnetically stabilized fluidized bed, based on the arrangement of particles following field lines is proposed. Magnetic stabilization has also been applied to fluidized beds with mixture of magnetisable and non-magnetisable particles. The behaviour of these systems is studied, as well as the influence of the magnetic material mass fraction on the delay of bubbling. The results obtained show that the magnetic stabilization can be applied not only to the fluidization of magnetisable materials but also to non-magnetisable particles, if a certain fraction of magnetisable material is present. Correlations are proposed to calculate the transition velocity as a function of gas-solid properties and operating conditions.Also, the effect of the magnetic field on the thermal behaviour of a fluidized bed of magnetisable particles with an immersed heating surface has been studied. The temperature distribution inside the bed has been determined, both in the radial and axial directions. A model has been developed which allows calculation of the effective thermal conductivity of the bed from experimental data. In addition, by means of the application of the Chilton and Colburn analogy to the experimental data obtained, different correlations for the estimation of the heat transfer coefficient in stabilized and semi-stabilized beds have been proposed.Finally, the mass transfer in magnetically stabilized and semi-stabilized beds has been studied experimentally using the drying of moist air in beds of alumina-steel mixtures. Two parameters, bed efficiency and efficiency factor have been used to compare the behaviour of the different beds. The accuracy of the theoretical model developed has been tested using the results obtained. The models corresponding to the classical fluidized bed do not agree with experimental data; however, when these models are modified to take into account the effect of magnetic stabilization, the accuracy is much better.