Practica Columnas Empacadas

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE FLUJO DE FLUIDOS

PERDIDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN A TRAVÉS DE COLUMNAS EMPACADAS. INTEGRANTES: Lara Sarabia Ponciano Gómez Pineda Gabriel Guadalupe Gallardo González Dante Manuel Quezada Marín Víctor Axtli Barrera Solis Isael Núñez García Natalia Gabriela Rodríguez Ruíz Ofelia Villavicencio Muñoz Octavio

GRUPO: 2IM60 EQUIPO: 5

FECHA DE ENTREGA: 13 DE NOVIEMBRE 2013

1

OBJETIVOS:



OBJETIVO GENERAL

Determinar las caídas de presión de un fluido que circula a través de columnas empacadas con diferentes características.



OBJETIVOS PARTICULARES

a) Determinar la pérdida de presión de presión experimental (

∆ Pexp ) de un fluido

que circula a través de una columna empacada, con empaque de forma esférica. b) Determinar el factor de fricción experimental de cada columna en función del número de Reynolds modificado (Rem). c) Graficar la pérdida de presión experimental (

∆ Pexp ) contra el gasto volumétrico

(Gv) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidráulico de las columnas. d) Graficar el factor de fricción modificado (fm) contra el número de Reynolds modificado (Rem) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidráulico de las columnas.

SÍNTESIS DE LA TEORÍA: En numerosos procesos en ingeniería química circulan líquidos o gases a través de lechos de partículas sólidas. Algunos ejemplos son:     

Flujo a contracorriente de dos fases líquida y gaseosa. Filtración de líquidos con sólidos suspendidos. Intercambio iónico o reactores catalíticos de lecho fijo. Adsorción de un soluto. Absorción simple

COLUMNA O LECHO EMPACADO Es un recipiente generalmente de sección transversal circular que contiene en su interior partículas sólidas (empaques) distribuidas al azar o en forma ordenada (empaque integral). Las columnas empacadas son un medio eficiente , para llevar a cabo varios procesos entre fases como la transferencia de calor y masa; y la extracción de impurezas de un gas.

2

Para seleccionar un empaque se debe tomar en cuenta su función, sus limitaciones y los datos básicos de las propiedades del empaque y su rendimiento. El empaque son partículas sólidas de diversos tamaños y de formas regulares o empacada absorción irregulares y de diversos materiales. Sirven como Torre implementos parapara la mezcla no y mecánica de gas y líquido. Para el caso específico del laboratorio, el estudio se enfoca al flujo en una sola fase a través de una columna con partículas sólidas estacionarias, en donde el fluido que pasa a través de la columna empacada lo hace por los espacios libres o porosidad que hay entre las partículas que permanecen fijas. El comportamiento de los fluidos a través de sólidos granulares es motivo de un estudio particular, en que los datos sobre la pérdida de presión por fricción se relacionan con el tipo de proceso y la gran variedad de procesos granulares con que se cuenta. En la práctica las partículas (empaques) son del mismo tamaño para una columna dada y están colocadas al azar. También se considera que la pérdida de presión por fricción sobre la pared de la columna es insignificante, en relación a la pérdida que ocurre en toda la columna. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES: Corrida

1

Columna 1 %R P Kgf/cm2 30 0.32

Columna 2 %R P Kgf/cm2 30 0.24

Columna 3 %R P Kgf/cm2 30 0.20

Columna 4 %R P Kgf/cm2 30 0.22

2

40

0.39

40

0.26

40

0.21

40

0.23

3

50

0.47

50

0.30

50

0.22

50

0.24

4

60

0.55

60

0.32

60

0.23

60

0.25

5

70

0.66

70

0.36

70

0.24

70

0.26

6

80

0.75

80

0.39

80

0.25

80

0.28

7

90

0.86

90

0.44

90

0.26

90

0.29

8

100

1

100

0.48

100

0.27

100

0.31

SECUENCIA DE CÁLCULOS:

 COLUMNA 1 1.- Con los datos experimentales del % de Rotámetro obtener el gasto volumétrico utilizando la gráfica mostrada, o con la ecuación de funcionalidad entre el % de Rotámetro y el gasto volumétrico, para las 4 columnas.

3

Utilizando la ecuación:

y=0.1914x – 0.0053

Gv1=0.1914*(30) – 0.0053 = 5.7367

Gv1= 5.7367

L min

*(

L min

1min 60 segundos ) *(

1m 3 1000 L ) = 0.000096

m3 s

2.-Cálculo de densidad de flujo ó masa velocidad.

Gs=

Gv ρ A

Gs=vρ A=

π 2 D 4

Donde: Gs= masa velocidad o densidad de flujo……………………………………..[=] Kg/s-m2 Gv= gasto volumétrico………………………………………………………….[=] m3/s ρ= densidad del fluido………………………………………………………….[=] Kg/m3 A= área de sección tranversal de la columna, como si estuviera vacía… [=]m2 v= velocidad lineal a la entrada de la columna, como si estuviera vacía…[=] m/s D= diámetro interno de la columna…………………..……………….………[=] m Diámetro interno: 1 pulgada=2.54 cm=0.0254 m ρagua=1000 kg/m3

4

π

A1= 4

2

−4

∗(0.0254 m) =5.0669× 10 m

0.000096 G s 1=

m3 kg ∗1000 3 s m −4

5.0669× 10 m

2

2

kg =¿ 188.2981 s−m2

3.- Cálculo de Número de Reynolds modificado.

Rem=

Dp Gs µ

Donde: Rem= Número de Reynolds……………………….[=]adimensional Dp= Diámetro de la esfera…………………………[=]m Gs= Masa velocidad o densidad de flujo…………[=] Kg/s-m2 µ= Viscosidad del fluido………………………… …[=] Kg/m-s Dp: 1.25 cm = 0.0125 m

kg µ=0.001005333 m−s

kg s−m2 =¿ kg 0.001005333 m−s

0.0125 m∗188.2981 Rem 1=

2341.24

TABLA DE RESULTADOS: RESULTADOS DE LA COLUMNA 1 CORRIDA 1 2 3 4 5 6 7 8

Gv (Litros/min) 5.7367 7.6507 9.5647 11.4787 13.3927 15.3067 17.2207 19.1347

∆P

Rem

fm

2341.24

5.63503

3122.38

3.86130

3903.51

2.97732

4684.65

2.41907

5465.78

2.13245

6246.92

1.85511

7028.05

1.68061

7809.19

1.58281

Kgf/cm2 0.32 0.39 0.47 0.55 0.66 0.75 0.86 1

5

RESULTADOS DE LA COLUMNA 2 CORRIDA 1 2 3 4 5 6 7 8

Gv (Litros/min) 5.7367 7.6507 9.5647 11.4787 13.3927 15.3067 17.2207 19.1347

∆P

Rem

fm

1123.80

23.10716

1498.74

14.07443

1873.69

10.39054

2248.63

7.69528

2623.57

6.35954

2998.52

5.27426

3373.46

4.70122

3748.41

4.15392

Kgf/cm2 0.24 0.26 0.30 0.32 0.36 0.39 0.44 0.48

RESULTADOS DE LA COLUMNA 3 CORRIDA 1 2 3 4 5 6 7 8

Gv (Litros/min) 5.7367 7.6507 9.5647 11.4787 13.3927 15.3067 17.2207 19.1347

∆P

Rem

fm

678.96

65.36640

905.49

38.58920

1132.02

25.86597

1358.55

18.77549

1585.08

14.39209

1811.61

11.47693

2038.13

9.43019

2264.66

7.93176

Kgf/cm2 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27

RESULTADOS DE LA COLUMNA 4 CORRIDA 1 2 3 4 5

Gv (Litros/min) 5.7367 7.6507 9.5647 11.4787 13.3927

∆P

Rem

fm

678.96

71.90304

905.49

42.26437

1132.02

28.21743

1358.55

20.40814

1585.08

15.59143

Kgf/cm2 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26

6

6 7 8

15.3067 17.2207 19.1347

0.28 0.29 0.31

1811.61

12.85416

2038.13

10.51829

2264.66

9.10683

7