Practica 6

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESIQIE Laboratorio de Flujo de Fluidos

Práctica No. 6: “Perdida de presión por fricción a través de columnas empacadas”. Profesora: Ing. Rosario Davalos Integrantes: Islas Hernandez Erick Eduardo Mera Barrera Mary Carmen Onofre Meraz Omar Rodríguez Valdez Agustín Francisco Vásquez Gómez Alfredo Enrique

Grupo: 3PM41 Equipo: 6 Turno: Matutino

Ciclo Escolar: Enero-Junio 2014

5 de Marzo del 2014

Objetivos  General Calcular las pérdidas de presión en las diferentes columnas de empaque dependiendo de las características del empaque y de la columna.

 Específicos -

Determinar los factores que influyen en el cálculo del factor de fricción, así como el número de Reynolds, dependiendo del empaque de la columna. Conocer los diferentes empaques que existen, e identificar el adecuado, dependiendo del fluido a transportar o la operación unitaria a realizarse.

Marco Teórico - Columnas y tipos de empaques Al diseñar columnas de relleno a escala industrial, debe realizarse un balance económico entre el coste de instalación y el material auxiliar de la columna por una parte, y los costes de funcionamiento, por otra. Generalmente, al reducir el diámetro disminuye el coste de instalación, pero aumenta el coste de bombeo del gas, debido al aumento de la caída de presión. Si se selecciona una velocidad del gas y, por tanto, el diámetro de la columna, la velocidad del líquido dependerá del punto de carga calculado. Las columnas de relleno son muy usadas para conseguir un íntimo contacto entre dos fluidos inmiscibles o parcialmente miscibles, (gas-líquido o dos líquidos). Por tanto, es preciso seleccionar un relleno que proporcione una elevada superficie de contacto y un alto grado de turbulencia entre los fluidos. Normalmente esto se consigue a expensas de un incremento en los costes de inversión y/o en la caída de presión, debiendo realizarse el balance mencionado anteriormente. Finalmente, indicar que las columnas presentan tamaños muy distintos, según sean las operaciones a efectuar: desde 2,5 cm hasta 4,5 m de diámetro, y hasta 30 m de altura. En cuanto a los rellenos, pueden dividirse en tres grandes clases: a) Sólidos troceados: son los más baratos y se utilizan en tamaños muy distintos. Ofrecen buena resistencia a la corrosión, pero son menos satisfactorios en cuanto al flujo del líquido o a la superficie efectiva para la transferencia. No son rellenos uniformes con porosidad constante, (riesgo de canalizaciones). b) Rellenos de una forma determinada: Son los más comunes en las plantas químicas (anillos Raschig, Pall, Lessing, monturas Berl, etc., y los más recientes, anillos Mini, monturas Intalox, Hy-Pak, etc.). Presentan una gran eficacia y una baja caída de presión, encontrándose disponibles en una amplia gama de tamaños y materiales. Presentan menos riesgo de canalizaciones y mejor distribución de líquidos, pero son más caros, sobretodo los de menor tamaño. Las propiedades de algunos rellenos pueden verse tablas en la bibliografía.

El tamaño del relleno utilizado influye en la altura y el diámetro de la columna, y en la caída de presión y coste del relleno. Generalmente, al aumentar el tamaño del relleno, se reduce el coste por unidad de volumen y la caída de presión por unidad de altura, pero se reduce la eficacia en la transferencia de materia, por lo que se precisará una mayor altura de columna. c) Rellenos de rejilla: Fáciles de fabricar, se utilizan normalmente para columnas de sección cuadrada. También se construyen de diversos materiales, originando bajas caídas de presión debido a los espacios libres entre rejillas. Son fáciles de montar, pudiéndose utilizar para suspensiones. El principal problema que presentan es la mala distribución de líquidos para flujos elevados, porque se forman canalillos, y no gotas.

- Fabricantes

Tablas de Datos - Experimentales Evento

Columna 1

Columna 2

%R

Δh (cm)

%R

Δh (cm)

1

20

3.6

20

1.1

2

30

6.5

30

2.1

3

40

14

40

3.2

4

50

4.6

5

60

6.1

6

70

7.6

Diametro de la particula

D p=1.25 cm

D p=1.35 cm

Diametro interno de la columna

D=2.54 cm

D=3.81 cm

- Adicionales Dato

Cantidad

Longitud de las columnas de empaquetamiento

L=93 cm

Densidad del agua

ρ H 2 O =1000

kg 3 m

Densidad del mercurio

ρ Hg=13600

kg 3 m

Peso específico del Agua

W =1000

Constante de aceleración de la gravedad

g=9.81

Viscosidad del agua

μ=0.001

Constante de aceleración de la gravedad

gc =9.81

kg f 3

m m s2

kg m∗s

kg∗m kg f ¿ s2

- Ecuaciones No . 1 2 3

Ecuación Gv =0.1914 (%R )−0.0053 G m=

Gv∗ρH 2 O A

A=

π 2 D 4

Unidades l min

Gv =Gasto volumetrico

kg 2 s∗m

Gm=Densidad de flujo

Gv = G m=

Simbología

A=m2 D=m

A= Area

4

ℜ=

5 6 7

D p∗Gs μH 2 O

∆ P=∆ h( ρ Hg− ρH 2 O) v=

Gs ρH 2O

ℜ=Adimensional g gc

∆ P= v=

2

∆ P 2 Fm v L = W gDp

kg f m

m s

ℜ=Numero de Reynolds ∆ P=Caida de presion

2

v =velocidad a laentrada

Fm = Adimensional Fm =Factor de friccion

Secuencia de Cálculos - Columna 1 1. A partir de la ecuación de la recta de la figura 6.6 calcular el gasto volumétrico en 3 l/min, y convertirlos a m /s . 3 3 l 1m 1 min −5 m ( ) Gv =0.1914∗ 20 −0.0053=3.8227 ∨ ∨ ∨¿ 6.3712∗10 min 1000 l 60 s s

2. Con el área de la columna, el gasto volumétrico y la densidad del agua, calcular la densidad del flujo.

|1001mcm|=0.0254 m

D=2.54 cm

π A= (0.025 m)2=5.0671∗10−4 m2 4

G m=

(

6.3712∗10−5

m3 kg 1000 3 s m

)(

−4

2

( 5.0671∗10 m )

) =125.74

kg s∗m2

3. Calcular el Número de Reynolds.

|1001mcm|=0.0125 m

DP =1.25 cm

(

( 0.0125 m ) 125.74 ℜ=

kg s∗m2

kg (0.001 m∗s )

) =15717.5

4. Calcular la caída de Presión. m 2 kg kg kg s ∆ P= ( 0.036 m ) 13600 3 −1000 3 =453.6 2f m m 9.81 kg∗m m 2 kg f ¿ s

(

)

9.81

5. Calcular la velocidad de línea a la entrada de la columna. kg m2∗s m =0.12574 kg s 1000 3 m

125.75 v=

6. Calcular el factor de fricción.

Fm =

∆ Pg D P 2 W v2 L

=

( (

453.6

kgf m

2

kg 2 1000 3f m

)( )(

9.81

m ( 0.0125 m ) s2

)

m 2 0.12574 ( 0.93 m ) s

)

=1.8914

Tablas de Resultados Evento

%R

m3 Gv s

( )

Columna 1

ℜ

∆P

kg f

( )

Columna 2

Fm

ℜ

m2

∆P

kg f

( )

Fm

m2

1

20

6.3712∗10−5 15717.5

453.6

1.8914

7543.8

138.6

3.1604

2

30

9.5612∗10−5 23586.3

819

1.5165

11321.1

264.6

2.6789

3

40

1.2751∗10−4 31011.3

1764

1.8895

14885.1

403.2

2.3614

4

50

1.5941∗10−4

18875.7

579.6

2.1109

5

60

1.9131∗10−4

22653

768.6

1.9436

6

70

2.2321∗10−4

26430.3

957.6

1.7788

Conclusiones Los empaques en las columnas son muy importantes, ya que aunque existe una mayor pérdida de presión, también mejora, en el caso de las columnas de absorción, la absorción, debido a que el fluido no pasa tan rápido, además se debe tener en cuenta el material de nuestra columna y nuestros empaques, pensando en el tema económico y energético, y también del proceso al que vayamos a someter nuestro fluido, estos pueden llegar a variar. Vásquez Gómez Alfredo Enrique

Bibliografía -

http://es.scribd.com/doc/47895226/36913492-COLUMNAS-EMPACADAS 12:54