Balance de materia a regimen permanente

Balance de materia a régimen permanente. Problema: Que el alumno determine cuál es la concentración del tanque A y del tanque B, así como el flujo con el que debe operar la bomba A para que al mezclarse con la corrien te de descomposición desconocida se genere una concentración del 15%. Actividades previas: Diagrama de flujo

Plantear las ecuaciones de balance total y la de balance por componente Balance total: A+B=C Balance para el MEG: A*Xmeg(A)+B*Xmeg(B)=C*Xmeg(C) Balance para el agua: A*(1-Xmeg(A))+B*(1-Xmeg(B))=C*(1-Xmeg(C)) Hoja de balance Nomenclatura unidades Corrientes A B C Flujo volumétrico Q m3/s Dato indirecto Dato indirecto Dato indirecto Flujo másico m Kg/s Dato indirecto Dato directo Dato directo Fracción masa de Agua ------ Incógnita Incógnita Dato indirecto Fracción masa de MEG ------- Incógnita incógnita Dato indirecto Densidad ? Kg/m3 Incógnita incógnita Dato indirecto Relación entre variables: El flujo volumétrico se puede obtener mediante el flujo másico y la densidad. La densidad se puede obtener mediante la tabla del anexo, y conociendo el porcen taje masa de MEG (que se obtiene con la fracción masa) y la temperatura. De igual forma el porcentaje masa se puede obtener con la densidad. La fracción agua se puede obtener por la fracción MEG. ? =1 Resultados Número de velocidad Número de medición Masa [g] Tiempo [s] Flujo mási co [g/min] Promedio 4 1 87.8 5.50 957.8 985.5 2 85.0 5.13 994.2 3 89.4 5.34 1004.5 Tabla 1. Medición del flujo de la bomba B . Número de velocidad Número de medición Masa [g] Tiempo [s] Flujo mási co IR % masa [g/min] Promedio %masa Promedio 3 4 91.0 5.41 1009.2 1133.7 1.3539 21.7 21.7 5 89.3 4.32 1240.3 1.3539 21.7

6 99.8 5.20 1151.5 1.3539 21.7 Tabla 2. Medición del flujo en la salida del mezclador a la velocidad 3. Número de velocidad Número de medición Masa [g] Tiempo [s] Flujo mási co IR % masa [g/min] Promedio %masa Promedio 6 7 108.5 4.91 1325.9 1293.8 1.3519 19.7 19.8 8 107.2 5.05 1273.7 1.3521 19.9 9 107.9 5.05 1282.0 1.3520 19.8 Tabla 3. Medición del flujo en la salida del mezclador a la velocidad 5. Número de velocidad Número de medición Masa [g] Tiempo [s] Flujo mási co IR % masa [g/min] Promedio %masa Promedio 10 10 132.9 5.34 1493.3 1523.0 1.3589 16.7 16.767 11 136.2 5.11 1599.2 1.3590 16.8 12 126.5 5.14 1476.7 1.3590 16.8 Tabla 4. Medición del flujo en la salida del mezclador a la velocidad 7. Cálculos Flujo másico de la bomba F=Masa/Tiempo×60

B y el mezclador.

% masa de MEG %peso=(IR-1.3322)/0.001 Donde IR es el índice de refracción. Flujo de A para obtener la concentración de 23% masa de MEG a la salida de l mezclador. Tomando los valores promedio de las tablas 2, 3 y 4 del % masa y los valores de la velocidad a la que trabajó la bomba se obtiene la siguiente tabla: % masa Velocidad 21.7 3 19.8 6 16.767 10 Tabla 5. Valores promedio del %masa y la velocidad correspondiente de la bomba A . Después, haciendo una interpolación para el valor deseado de 23% se obtiene la veloc idad a la que debe operar la bomba. V=(16.767-15)/(16.767-19.8) (6)+(15-19.8)/(16.767-19.8) (10) V=1.78 12 Una vez obtenido este valor se toman los valores de flujo promedio de las tablas 2, 3 y 4 con sus respectivos valores de velocidad de operación; de modo que se re aliza otra interpolación para obtener el valor deseado de flujo de la bomba A . Flujo Velocidad 1133.7 3 1293.8 6 1523.0 10 Tabla 6. Valores promedio del flujo de la bomba A y sus respectivas velocidades. A=(10-1.78)/(10-6) (1293.8)+(1.78-6)/(10-6)(1523.0) A=1051.994 g/min 1052 g/min XaFa XbFb XcFC Xa(148) Xb(985) 246.01 Xa(308) Xb(985) 256.17 Xa(537.5) Xb(985) 254.34 Tabla 7. Balances de materia Monoetilenglicol. Resolviendo el sistema de ecuaciones obtenemos: Xa= 3.34% Xb=24.47% Fs 1/Fs Xs 1133.7 0.00088207 0.217 1293.8 0.00077292 0.198

1523 0.0006566 0.167 Tabla 8. Valores de flujo de salida, su inverso y la composición de salida. Gráfica 1. XS vs 1/fs A partir de los balances de materia podemos llegar a la siguiente ecuación: Fb/Fs (Xb-Xa)+Xa=Xs Puedo conocer el flujo de A para que la composición de salida sea del 15%. XaFa XbFb XcFC (.0228)Fa (.2483) (985) 246.01 (.0228) Fa (.2483) (985) 256.17 (.0228)Fa (.2483) (985) 254.34 m=Fb(Xb-Xa) 222.25/985.5+.0228=0.2483=24.83% Fa=983.37 gramos/min Gráfica 2 Análisis de resultados: los valores de IR en las tablas 2,3 y 4 fueron tomados de manera experimental usando el refractómetro, y comparando los datos con la gráfica 1 , pudimos verificar que estos eran correctos, puesto que difieren poco entre sí (t ambién tomando en cuenta el error experimental y la poca presión con la que cuenta l a gráfica) En base a esto podemos suponer que los cálculos para obtener el %masa del MEG fuer on correctamente realizados y por tanto la velocidad obtenida para el %23 (valor problema) fueron los más cercanos y exactos posibles. Conclusiones Pese que se volvieron a repetir las mediciones por una falla técnica o de error hu mano, ya que se regresó la mezcla al tanque B provocando que se contaminaran las sus tancias de MEG-AGUA. El objetivo principal de la presente práctica fue la determinación de las concentrac iones de A y b y con ello un flujo ideal de A para que la composición de salida f uera del 15%( con el fin de tener una composición específica a la salida del mezclad or, denominada corriente C), todo esto mediante la operación de un equipo que nos ofreció los datos experimentales que más tarde usaríamos en el planteamiento teórico de tal problema a través de un balance de materia a régimen permanente. Y con base a nu estros resultados podemos considerar que se cumplió el objetivo de la práctica. Bibliografía. Balances de materia. Valiente.