Instituto TecnológicoDe Mexicali

Laboratorio Integral 1

Equipo: Brookfield

Practica: Caídas de presión con lecho empacado

Alumnos:

Ibarra Aguilar Grecia

Fausto Vega Luis Martin

Cuevas López Mayra Mariza

Puentes Robles Joshua Issac

Villafuerte Ruiz Brenda Maritza

Torres Hernández Irving Marcial

Salazar Dueñas Gustavo Enrique

Vásquez López Francisco Enrique

Hernández Morales Diana Paulina

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OBJETIVO GENERAL:

Determinar la caída de presión de una manguera con lecho empacado y comparar con otra manguera del mismo largo pero sin lecho empacado.

.OBJETIVO ESPECIFICO:

Calcular la caída de presión en un lecho de empaque Notar la diferencia entre el vacío y el que contenía el lecho

empacado

MARCO TEÓRICO:

Si se hace circular un fluido a través de un lecho de sólidos, con dirección descendente, no tiene lugar ningún movimiento relativo entre las partículas a menos que la orientación inicial de las mismas sea inestable. Si el flujo es laminar, la caída de presión a través del lecho será directamente proporcional a la velocidad de flujo, aumentando más rápidamente a grandes velocidades. En este caso siempre tenemos un lecho fijo. Si el fluido circula a través del lecho en dirección ascendente, y el caudal es muy pequeño, se seguirá obteniendo un lecho fijo de partículas, y la caída de presión será la misma que en el caso anterior. Al aumentar el caudal, llegará un momento en que la fuerza que pierde el fluido por rozamiento sobre las partículas sea igual a su peso aparente (peso real menos empuje) de las mismas, y éstas sufren una reordenación para ofrecer una resistencia menor al desplazamiento del gas y el lecho se expansiona, quedando en suspensión en la corriente de fluido, y se producen pequeñas vibraciones (sobre todo en la superficie). Justo en el punto en que el lecho se expansiona se denomina estado de mínima de fluidización, y a la velocidad superficial a la que se produce, velocidad mínima de fluidización. Si entonces se aumenta aún más la velocidad por encima de este punto, las partículas del sólido se mantienen en suspensión en la corriente gaseosa, diciéndose que el lecho es fluidizado. Mientras es fácil de distinguir entre los lechos fijos (están quietos) y fluidizados (están

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suspendidos), el estado de mínima fluidización es el punto de transición entre los anteriores y muy difícil de observar.

Tamaño de partículas solidas

El tamaño de las partículas sólidas esféricas queda perfectamente determinado por el valor de su diámetro. Para partículas no esféricas, se definen varios conceptos, que se consideran a continuación:

Diámetro esférico equivalente, dsph, es el diámetro de aquella esfera que tiene el mismo volumen que la partícula.

Esfericidad ,ʘs, es la relación entre la superficie externa de la esfera con el mismo volumen que la partícula y la superficie de la partícula. En la Tabla 1 se presentan algunos valores de esfericidad.

Diámetro efectivo, deff, es el diámetro de aquella esfera que tiene la misma relación superficie/volumen que la partícula considerada. La relación superficie/volumen "a" para una partícula, se puede calcular como

La relación superficie/volumen para una partícula esférica es 6/diámetro efectivo. Por tanto, se deduce que

Circulación de fluidos a través de lechos porosos y tortas

Un concepto que se va repetir en muchas ocasiones cuando se analiza la circulación de fluidos a través de sólidos, independientemente de si éstos están fijos o en movimiento, es la relación que existe entre la velocidad media a la que circula el fluido entre los sólidos y la velocidad media calculada como caudal de circulación dividido por la sección total del conducto donde tiene lugar el proceso. Considérese en

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primer lugar un lecho fijo de partículas sólidas macizas, por el que circula un fluido, tal como se muestra en la Figura

La velocidad superficial, u+, con que circula el fluido, se calcula como caudal Q (m3/s) dividido por la sección S del cuerpo geométrico (D2/4), siendo D el diámetro del tubo cilíndrico. Ahora bien, la velocidad media, u, con que circula el fluido a través de los huecos será mayor y se puede calcular de la siguiente forma: supóngase que durante un periodo de tiempo t, ha circulado un volumen Qt. Este volumen ocupará una distancia L en el lecho, por lo que

Por otra parte, la sección libre de paso o de los huecos Spaso, se puede relacionar con la sección S mediante la siguiente expresión:

De donde

Es importante no olvidar que el concepto de velocidad de fluido a través de los huecos se refiere siempre al valor medio, ya que hay un gradiente de cantidad de movimiento (velocidad máxima en los centro de los huecos, y velocidad nula en las capas adheridas a los sólidos).Este razonamiento se puede extender también al

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caso cuando los sólidos están en movimiento, con tal de tomar las velocidades relativas del fluido con respecto al sólido. En estas condiciones, cuando se ha definido el concepto de velocidad superficial del fluido, se puede definir un módulo de Reynolds de partícula, Rep, de forma que:

donde y son la densidad y viscosidad del fluido, u+ la velocidad superficial definida anteriormente y dp el tamaño medio de las partículas.

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MATERIAL:

Vaso precipitado de 1000mlVaso precipitado de 500mlVernierCubetaPiseta Papel café1 tubo de PVC 2 adaptadores para tubos PVCCubeta 2 Mangueras transparentes de 30cm cada unaCronometro Cuba Lentes para cada integranteSilicónCubre bocas para cada integrante del equipoTeflónGasaCinta adhesivaCinta métrica

Reactivos:Agua

Lecho empacado: Plastilina moldeadora

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PROCEDIMIENTO:

A: Sistema de flujo de un tubo. B: Sin lecho empacado.

1. Coloque el fluido (agua) en el contenedor (A).

2. Hacer las siguientes mediciones: 1) La altura de la Superficie a el

contenedor, 2) La longitud de los tubos, 3) La longitud de la manguera sin

el lecho empacado.

3. Hacer las lecturas de tiempo en un solo cronometro para evitar

discrepancias.

4. Mídase en un vaso precipitado de 1000 mL., el volumen liberado del

contenedor (A) hasta alcanzar los 500mL.

5. Repetir 5 veces el experimento, siguiendo los mismos parámetros de los

puntos anteriores.

C: Con lecho empacado.

1. Coloque el fluido (agua) en el contenedor (A).

2. Hacer las siguientes mediciones: 1) La altura de la Superficie al

contenedor, 2) La longitud de los tubos, 3) La longitud del lecho empacado

en la manguera.

3. Hacer las lecturas de tiempo en un solo cronometro para evitar

discrepancias.

4. Mídase en un vaso precipitado de 1000 mL., el volumen liberado del

contenedor (A) hasta alcanzar los 500 mL.

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5. Repetir 5 veces el experimento, siguiendo los mismos parámetros de los

puntos anteriores.

CALCULOS Y RESULTADOS:

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ANÁLISIS:

Se realizó el experimento con 5 pruebas realizadas en el tubo sin lecho se puede reflejar que existe una variación entre estas mismas, la cual podría ser causada por diferentes factores en el sistema pero cabe resaltar que esos se podrían incluir en un rango de acuerdo a su tiempo el cual también varió en mínimos dígitos; entre lo más destacado esta la variación de presión (P), caudal (Q) y velocidad (V). Este es un flujo turbulento.

En la prueba de tubo con lecho se utilizaron alrededor de 8,830 esferas con un volumen de 6.04399x10

-09 ; al igual que el experimento pasado se realizaron 5 pruebas pero esta vez con la cantidad mencionada, es decir, rellenando todo el tubo de 30 cm de largo. Los resultados arrojan que existe una diferencia mínima entre Reynolds, Presion(P), Caudal y su

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velocidad (V) al igual que en sus tiempo pues varia en pocos segundos. Este es un flujo laminar.

En comparación de las tablas( tubo sin lecho- tubo con lecho) se puede decir que existe una diferencia entre velocidad en la cual en el tubo con lecho disminuye debido a la reducción de volumen del tubo al insertar las esferas, caudal el cual también disminuye en el tubo con lecho, Reynolds el cual es diferente en los dos pues el tubo sin lecho es turbulento y el tubo con lecho es laminar y presión la cual es menos en el tubo sin lecho.

OBSERVACIÓN Y CONCLUSIÓN

Observación-Primero que nada observamos que pudimos reciclar todo los materiales de la práctica de Bernoulli.-Aquí tuvimos un problema con el vernier, ya que no podíamos medir con exactitud el diámetro de la plastilina moldeable, que está compuesto por muchas esferas suaves con pegamento.-A que pudimos medir con exactitud el diámetro de las esferas de la plastilina moldeable, vimos que no todas eran del mismo tamaño, así que calculamos un promedio que fue utilizado en los cálculos.-Aunque siguieron las fugas como fue mencionado en la práctica anterior.-No dejaba de tirar agua, ya que la plastilina moldeable, funcionaba como una esponja, junto con el filtro que pusimos al final de la manguera.

ConclusiónQue los valores en si no debían variar pero el gran factor humano siempre vigente, y también que la velocidad es reducida considerablemente a diferencia del Bernoulli, ya que aumenta la presión y cambia la dirección del flujo de agua, haciendo que el flujo salga con mucho menor velocidad y diferente presión a la que debería salir sin algún obstáculo .

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BIBLIOGRAFÍA:

Mecánica de fluidos Robert L.Mott. 6ta edición, cap.6 , 7 y 10.

Fenómenos de transporte R.B Bird W.E. Stewart E.N. Lightfoot 4ta edición

http://www.lawebdefisica.com/dicc/bernoulli/

http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-145.htm

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