DISEÑO DE PLANTAS Y EQUIPO DE INGENIERIA AMBIENTAL ACTIVIDAD 2. DIMENSIONAMIENTO DE UN LAVADOR VENTURI

Presentado por: JORGE EMERSOM DURAN BARRAGAN

Cód.: 17773214 Curso: 358038_25

Tutor: CLAUDIA PATRICIA CORTEZ

Ingeniera Ambiental

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y ADISTANCIA PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL

CERES SAN VICENTE DEL CAGUAN CAQUETA SEPTIEMBRE

2015

DIMENSIONAMIENTO DE UN LVADOR VENTURI

Datos generales: Flujo molar de los gases n=15312,01 mol/h Temperatura T = 70 ºC = 343,15°K Presión P= 1 atm = 101324,9966 Pa Angulo de convergencia ß1= 12,5º Angulo de divergencia ß2=3,5º La densidad del gas PG = 1,02x10-3g/cm3 La viscosidad del gas UG = 2,03X10-4P La densidad del agua PL = 0,98 g/cm3 La viscosidad del agua UL = 4,88X10-3P La tensión superficial del agua σ=65,9 dyn/cm Factor f´=0,25 Distribución de tamaño de partículas emitidas Rango (μm) Diámetro de corte (μm) Masa acumulada (%) Masa m (%)

0-1 0,1 18,6 18,6 1-5 5 28.9 10,3 5-10 10 62 33,1

10-100 100 100 38 Datos por participante:

Estudiante VG (cm/s) Factor L/G (L/m3) 1 4614 (dos últimos dígitos del código del estudiante) 1,7

Diseño del Lavador Venturi:

1. Calculo del flujo de los gases.

𝑄𝑄𝐺𝐺 =𝑛𝑛 ∗ 𝑅𝑅𝑢𝑢 ∗ 𝑇𝑇

𝑃𝑃

𝑄𝑄𝐺𝐺 =15312,01𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚ℎ ∗ 8,314472 𝑃𝑃𝑃𝑃.𝑚𝑚3

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚.𝐾𝐾� ∗ 343,15°𝐾𝐾101325 𝑃𝑃𝑃𝑃

0,12𝑚𝑚3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

2. Diámetro de la garganta (D2).

𝐴𝐴2 =𝑄𝑄𝐺𝐺𝑉𝑉𝐺𝐺

=0,12𝑚𝑚

3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

46,14𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�= 0,002600𝑚𝑚2 = 26𝑐𝑐𝑚𝑚2

𝐷𝐷2 = 2 ∗ �𝐴𝐴𝜋𝜋

= 2 ∗ �26𝑐𝑐𝑚𝑚2

𝜋𝜋= 5,76𝑐𝑐𝑚𝑚

3. Diámetro D1. 𝐴𝐴1 = 4 ∗ 𝐴𝐴2 = 4 ∗ 26𝑐𝑐𝑚𝑚2 = 104𝑐𝑐𝑚𝑚2

𝐷𝐷1 = 2 ∗ �𝐴𝐴𝜋𝜋

= 2 ∗ �104𝑐𝑐𝑚𝑚2

𝜋𝜋= 11,507𝑐𝑐𝑚𝑚 ≈ 12𝑐𝑐𝑚𝑚

4. Valor de “a” en centímetros.

𝑃𝑃 =𝐷𝐷12−𝐷𝐷22

=12𝑐𝑐𝑚𝑚

2−

5,76𝑐𝑐𝑚𝑚2

= 3,12𝑐𝑐𝑚𝑚

5. Longitud de la zona convergente (Ic).

𝐼𝐼𝑐𝑐 =𝑃𝑃

𝑇𝑇𝐺𝐺(𝛽𝛽1) =3,12𝑐𝑐𝑚𝑚𝑇𝑇𝐺𝐺(12,5°)

= 14,07𝑐𝑐𝑚𝑚

6. Longitud de la zona divergente (Id).

𝐼𝐼𝑑𝑑 =𝑃𝑃

𝑇𝑇𝐺𝐺(𝛽𝛽2) =3,12𝑐𝑐𝑚𝑚𝑇𝑇𝐺𝐺(3,5°)

= 51,01𝑐𝑐𝑚𝑚

7. Flujo volumétrico del líquido en m3/seg. El factor de L/G se asume como 1,7 l/m3

𝑄𝑄𝐿𝐿 = 𝐿𝐿𝐺𝐺� ∗ 𝑄𝑄𝐺𝐺 =

17 𝐿𝐿 𝑚𝑚3�

1000 𝐿𝐿 𝑚𝑚3�∗ 0,12𝑚𝑚

3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠� = 0,000204𝑚𝑚

3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

8. Diámetro Sauter (dd) en µm.

𝑑𝑑𝑑𝑑 =58600𝑉𝑉𝐺𝐺

∗ �𝜎𝜎𝜌𝜌𝐿𝐿�0,5

+ 597 ∗ �𝜇𝜇𝐿𝐿

(𝜎𝜎 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿)0,5�0,45

�1000 ∗𝑄𝑄𝐿𝐿𝑄𝑄𝐺𝐺�1,5

𝑑𝑑𝑑𝑑 =58600

4614 𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�∗ �

65,9𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛 𝑐𝑐𝑚𝑚�

0,98𝑠𝑠𝑔𝑔 𝑐𝑐𝑚𝑚3��

0,5

+ 597 ∗ �4,88 ∗ 10−3𝑃𝑃

�65,9𝑑𝑑𝑑𝑑𝑛𝑛 𝑐𝑐𝑚𝑚� ∗ 0,98𝑠𝑠𝑔𝑔 𝑐𝑐𝑚𝑚3� �0,5�

0,45

�1000 ∗0,000204𝑚𝑚

3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

0,12𝑚𝑚3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

�

1,5

𝑑𝑑𝑑𝑑 = 12,7004 ∗ (67,2448)0,5 + 597 ∗ (0,0006072)0,45(1,7)1,5 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 12,7004 ∗ 8,2002 + 21,2532 ∗ 2,21 = 151,37𝜇𝜇𝑚𝑚 = 0,0151𝑐𝑐𝑚𝑚

9. Parámetro de impacto (Kp) para los diámetros mayores a 5 µm. Diámetro 7,5 µm:

𝐾𝐾𝑃𝑃 =𝑑𝑑𝑎𝑎

2 ∗ 𝑉𝑉𝑃𝑃9 ∗ 𝜇𝜇𝐺𝐺 ∗ 𝑑𝑑𝑑𝑑

=(0,00075𝑐𝑐𝑚𝑚)2 ∗ 4614 𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�9 ∗ (2,03 ∗ 10−4𝑃𝑃) ∗ 0,0151𝑐𝑐𝑚𝑚

=0,0025

0,000027= 92,59

Diámetro 55 µm:

𝐾𝐾𝑃𝑃 =𝑑𝑑𝑎𝑎

2 ∗ 𝑉𝑉𝑃𝑃9 ∗ 𝜇𝜇𝐺𝐺 ∗ 𝑑𝑑𝑑𝑑

=(0,0055𝑐𝑐𝑚𝑚)2 ∗ 4614 𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

9 ∗ (2,03 ∗ 10−4𝑃𝑃) ∗ 0,0151𝑐𝑐𝑚𝑚=

0,13950,00002762

= 5166,66

10. Calculo de penetración para cada partícula mayor a 5 µm. Diámetro 7,5 µm:

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃 �𝑄𝑄𝐿𝐿 ∗ 𝑉𝑉𝐺𝐺 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿 ∗ 𝐷𝐷𝑑𝑑

55 ∗ 𝑄𝑄𝐺𝐺 ∗ 𝜇𝜇𝐺𝐺∗ �−0,7 − 𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′ + 1,4 ∗ 𝐿𝐿𝐿𝐿 �

𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′ + 0,70,7

� +0,49

0,7 + 𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′� ∗

1𝐾𝐾𝑃𝑃�

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃 �0,000204 ∗ 4614 ∗ 0,98 ∗ 0,0151

55 ∗ 0,12 ∗ 0,000203 ∗ �−0,7 − 92,59 ∗ 0,25 + 1,4 ∗ 𝐿𝐿𝐿𝐿 �92,59 ∗ 0,25 + 0,7

0,7 � +0,49

0,7 + 92,59 ∗ 0,25� ∗1

92,59�

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃{10,39 ∗ [−19,44] ∗ 0,01080} = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃{−2,18} = 0,11 Diámetro 55 µm:

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃 �𝑄𝑄𝐿𝐿 ∗ 𝑉𝑉𝐺𝐺 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿 ∗ 𝐷𝐷𝑑𝑑

55 ∗ 𝑄𝑄𝐺𝐺 ∗ 𝜇𝜇𝐺𝐺∗ �−0,7 − 𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′ + 1,4 ∗ 𝐿𝐿𝐿𝐿 �

𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′ + 0,70,7

� +0,49

0,7 + 𝐾𝐾𝑃𝑃 ∗ 𝑓𝑓′� ∗

1𝐾𝐾𝑃𝑃�

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃 �0,000204 ∗ 4614 ∗ 0,98 ∗ 0,0151

55 ∗ 0,12 ∗ 0,000203∗ �−0,7 − 5166,66 ∗ 0,25 + 1,4 ∗ 𝐿𝐿𝐿𝐿 �

5166,66 ∗ 0,25 + 0,70,7

� +0,49

0,7 + 5166,66 ∗ 0,25� ∗

15166,66

�

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃{10,39 ∗ [−1281,83] ∗ 0,0001935} = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃{−2.5842} = 0,075 11. Rango de eficiencia (ɲi) para cada rango.

Diámetro 7,5 µm: 𝑛𝑛𝑛𝑛 = 1 − 𝑃𝑃𝑡𝑡 = 1 − 0,11 = 0,89

Diámetro 55 µm: 𝑛𝑛𝑛𝑛 = 1 − 𝑃𝑃𝑡𝑡 = 1 − 0,075 = 0,92

12. Eficiencia fraccional (mi) para cada rango. Diámetro 7,5 µm, porcentaje 33,1%

𝑛𝑛𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 = 𝑛𝑛𝑓𝑓 ∗ 𝑚𝑚𝑓𝑓 = 0,89 ∗ 33,1% = 29,45% Diámetro 7,5 µm, porcentaje 38%

𝑛𝑛𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 = 𝑛𝑛𝑓𝑓 ∗ 𝑚𝑚𝑓𝑓 = 0,92 ∗ 38% = 34,96% 13. Numero de Reynolds.

𝑅𝑅𝑠𝑠𝐷𝐷 =𝜌𝜌𝐺𝐺 ∗ 𝑉𝑉𝐺𝐺 ∗ 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝜇𝜇𝐺𝐺=

0,00102𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3� ∗ 4614 𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠� ∗ (0.0151𝑐𝑐𝑚𝑚)0,000203

= 350,07

14. Coeficiente de arrastre para las gotas (CD).

𝐶𝐶𝐷𝐷 =24𝑅𝑅𝑠𝑠𝐷𝐷

+4

𝑅𝑅𝑠𝑠𝐷𝐷1/3 =24

350,07+

4350,071/3 = 0,64

15. Longitud optima de la garganta.

𝐼𝐼𝑡𝑡 =2 ∗ 𝑑𝑑𝑑𝑑 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿𝐶𝐶𝐷𝐷 ∗ 𝜌𝜌𝐺𝐺

=2 ∗ 0,0151𝑐𝑐𝑚𝑚 ∗ 0,98𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3�

0,64 ∗ 0,00102𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3�= 45,33𝑐𝑐𝑚𝑚

16. Calculo de “x” para la caída de presión.

𝑥𝑥 =3 ∗ 𝐼𝐼𝑡𝑡 ∗ 𝐶𝐶𝐷𝐷 ∗ 𝜌𝜌𝐺𝐺

16 ∗ 𝑑𝑑𝑑𝑑 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿+ 1 =

3 ∗ 45,33𝑐𝑐𝑚𝑚 ∗ 0,64 ∗ 0,00102𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3�

16 ∗ 0.0151𝑐𝑐𝑚𝑚 ∗ 0,98𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3�+ 1 = 1,37

17. Caída de presión (ΔP) entre 10 y 150.

∆𝑃𝑃 = 2 ∗ 𝜌𝜌𝐿𝐿 ∗ 𝑉𝑉𝐺𝐺2 ∗ �𝑄𝑄𝐿𝐿𝑄𝑄𝐺𝐺� ∗ �1 − 𝑥𝑥2 + �𝑥𝑥4 − 𝑥𝑥2�

∆𝑃𝑃 = 2 ∗ 0,98𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚3� ∗ �4614 𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠� �2 ∗ �0,000204𝑚𝑚

3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

0,12𝑚𝑚3𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠�

� ∗ �1 − 1,372 + �1,374 − 1,372�

∆𝑃𝑃 = 28800,16𝑑𝑑𝑛𝑛𝑛𝑛𝑃𝑃𝑠𝑠 𝑐𝑐𝑚𝑚2� = 2880.2𝑃𝑃𝑃𝑃 = 11,56 𝑛𝑛𝑛𝑛𝐻𝐻2𝑂𝑂 18. Penetración para rangos menores de 5 µm.

𝑃𝑃𝑡𝑡 = 3,47 ∗ (∆𝑃𝑃)−1,43 = 3,47 ∗ (11,56)−1,43𝑛𝑛𝑛𝑛𝐻𝐻2𝑂𝑂 = 0,10 Eficiencia para rangos menores de 5 µm:

𝑛𝑛𝑓𝑓 = 1 − 𝑃𝑃𝑡𝑡 = 1 − 0,10 = 0,9 Eficiencia fraccional, diámetro 0,5 µm, porcentaje 18,3%:

𝑛𝑛𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 = 𝑛𝑛𝑓𝑓 ∗ 𝑚𝑚𝑓𝑓 = 0,9 ∗ 18,3% = 16,47% Eficiencia fraccional, diámetro 3 µm, porcentaje 10,3%:

𝑛𝑛𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 = 𝑛𝑛𝑓𝑓 ∗ 𝑚𝑚𝑓𝑓 = 0,9 ∗ 10,3% = 9,27% 19. Eficiencia global de colección no.

𝑛𝑛0 = 16,47% + 9,27% + 29,45% + 34,96% = 90,15%

TABLA RESUMEN DE RESULTADOS

Código del estudiante 17773214 Velocidad del gas Vg: 4614 cm/seg Factor L/G 1,7 l/m3 Caída de presión ΔP: 11,56 inH2O Flujo del gas QG: 0,12 m3/seg Eficiencia global no: 90,15% Rango (μm) da (μm) m (%) Kp Pt ƞ ƞi * mi

0-1 0,5 18,6 -- 0,1 0,9 16,47% 1-5 3 10,3 -- 0,1 0,9 9,27%

5-10 7,5 33,1 92,59 0,11 0,89 29,45% 10-100 55 38 5166,66 0,075 0,92 34,96%

Dimensiones obtenidas :

60mm

28.8 mm 1 2

.

3.5° 12.5°

453 mm

510 mm 140 mm

26.5

mm

26.5 mm

BIBLIOGRAFIA

Vera, J. (2005). Diseño de un sistema de remoción de contaminantes del aire generados desde un incinerador de desechos hospitalarios. Sistema de remoción de material particulado. Recuperado 30 de junio de 2015, de http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/14630/4/CAP%C3%8DTULO%20CUATR O.pdf