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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

PRCTICA 6 PERDIDA DE PRESIN POR FRICCION ATAVES DE COLUMNAS EMPACADAS

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE FLUJO DE FLUIDOS

PRCTICA 6PERDIDA DE PRESIN POR FRICCIN A TRAVS DE COLUMNAS EMPACADAS

PROFESOR: JOAQUINA OREA LARA

GRUPO: 2IM17

EQUIPO: 4

FIRMA

MEDINA ESPINOZA IANEL ___________________

FEBRERO 10, 2015

OBJETIVO GENERAL:

Determinar las cadas de presin de un fluido que circula a travs de columnas empacadas con diferentes caractersticas.

OBJETIVOS PARTICULARES:

Determinar la perdida de presin experimental (Pexp) de un fluido que circula a travs de una columna empacada, con empaque de forma esfrica.Determinar el factor de friccin experimental de cada columna en friccin del numero de Reynolds modificado (Rem)Graficar la prdida de presin experimental (Pexp) contra el gasto volumtrico (Gv) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidrulico de las columnas.Graficar el factor de friccin modificado (fm) contra el nmero de Reynolds modificado (Rem) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidrulico de las columnas.

MARCO TEORICO:

Las columnas o lechos empacados son recipientes de una seccin transversal circular que contiene en su interior partculas slidas llamadas empaques, estas partculas estn distribuidas al azar o de una forma ordenada segn sea el uso.Las columnas empacadas son utilizadas para llevar acabo procesos de una forma eficiente, entre dichos procesos para los cuales se ocupan son para la transferencia de calor y de masa; la extraccin de impurezas de un gas y la filtracin, por mencionar algunos. Clasificacin de los lechos empacados, por su conformacin estructural. Los lechos empacados se clasifican de acuerdo a las caractersticas fsicas en: Lechos empacados porosos Lechos empacados rellenos

Lecho empacado poroso

Este tipo de lecho se conforma con materiales porosos, similares a las estructuraspreparadas; tales como: partculas de almina sinterizadas, esponjas de espuma depoliuretano, colchones de espuma de caucho, etc.

Lecho empacado relleno.

Este tipo de lecho se conforma de partculas slidas, homogneas por ejemplo: pilas de rocas, filtros de arena, cigarrillos, columnas de absorcin. Las columnas de absorcin serellenan normalmente conobjetos cermicos, de plstico o metlicos de formas especiales; tales como: anillos que tienen una gran rea superficial y una elevada fraccin de huecos; por tanto, presentan una baja resistencia al flujo.

Propiedades fsicas de los lechos empacados rellenos:

Para el anlisis trmico de los lechos empacados rellenos, denominados simplemente como lechos empacados, es necesario conocer las siguientes propiedades, de las partculas y del flujo aire que lo atraviesa

Propiedades fsicas: Longitud caracterstica de la partcula. Fraccin de vaco. Altura del lecho

1. Longitud caracterstica de las partculas

El tamao de las partculas esfricas, se mide con facilidad utilizando un calibrador, o con cualquier instrumento de medicin. El valor que se obtiene ser el dimetro o radio. La medida se observa directamente. Las partculas de formas irregulares o no esfricas tienen muchos valores desiguales, en consecuencia, se define una longitud caracterstica con las muestras de las partculas y con las reglas estadsticas. Representa a la partcula en una sola dimensin. Esta longitud facilita el anlisis de las partculas irregulares, mejorando el anlisis del lecho empacado. Mtodos indirectos alternativos para determinar la longitud caractersticas de las partculas del lecho empacado.El mtodo consiste en pesar una cantidad conocida de partculas; luego se obtiene el volumen total al granel de esta cantidad de partculas en consecuencia se obtiene el dimetro promedio por deduccin geomtrica. La tcnica de desplazamiento del fluido paraencontrar el volumen de masa de una cantidad de partculas se describe a continuacin: En un recipiente lleno con liquido no voltil se vierten las partculas y el volumen de liquido desalojado, representa el volumen de las partculas en el recipiente, excepto en el caso de que las partculas sean porosas o tengan gran poder de absorcin.

2. El tamao del dimetro de las partculas

La importancia de esta propiedad radica en su efecto sobre la cada de presin y la fraccin de vaco. En la medicin del tamao de las partculas se utilizar el procedimiento y los instrumentos adecuados. Las partculas se clasifican en relacin a su tamao: Partculas grandes de dimetro mayores a 1mm Partculas Intermedias de dimetro que oscilan entre 40 m y 1mm Partculas pequeas de dimetro menores a 40 m. Partculas grandes.

Son mayores a 1mm el tamao del dimetro, la longitud caracterstica se determinar directamente usando: reglas, calibradores, micrmetros etc.Partculas de tamaos intermedios.- Son partculas en las que no se puede utilizar un calibrador, o instrumento de medicin directa; en este caso se utilizarn mallas, stas existen en diferentes medidas, de acuerdo a una estandarizacin de cada fabricante de tamices.Partculas de tamaos pequeos.- Son partculas menores a 40m; se utilizarn mtodos indirectos, como sedimentacin o de estudio del movimiento browniano para medir el tamao de la partcula.

3. Propiedades trmicas de las partculas

Las partculas que conforman el lecho deben ser homogneas en sus propiedades trmicas y de transferencia de calor; como son: la temperatura, el calor especfico, conductividad trmica, difusividad trmica y la densidad.

4. Propiedades trmicas del fluido

Las propiedades relevantes en este anlisis de lechos empacados son: la conductividad trmica, nmero de Prandalt, viscosidad cinemtica, viscosidad dinmica, calor especifico, densidad y la temperatura. Todas las propiedades trmicas del fluido que se usan y se expresan en funcin de la temperatura media del fluido en uso.

5. La fraccin de vaco en los lechos empacados rellenos

Este es un valor muy importante en el clculo del lecho empacado, se caracteriza principalmente por la estructura geomtrica del grano y se la conoce como . El valor de la fraccin de vaco se calcula por la cantidad de espacio sin llenar el lecho empacado.

6. La altura de los lechos empacados rellenos

Los lechos rellenos, normalmente, se conforman dentro de envases de rea transversal constante. Se debe identificar la altura del lecho, en el diseo de fabricacin de los sistemas mecnicos.

Los lechos o columnas empacadas tienen distintos usos dependiendo de su forma y de su material de fabricacin, algunos de los principales usos de los lechos empacados pueden ser los siguientes: Filtracin de lquidos con slidos suspendidos Adsorcin con un soluto y simple Biofiltracion

Filtracin

El objeto de la filtracin de los equipos es de separar mecnicamente las partculas cuyos tamaos afectan la calidad del agua a ser usada. El grado de filtracin de dicha agua va a depender del destino que esta valla a tener, es decir, el agua va utilizarse para riego no puede tener el mismo tratamiento de filtrado que la que se destina al consumo, ni la que resulta del desecho de este. Por esto resulta necesario clasificar el filtrado, esencialmente, en dos mecanismos: tamizado mecnico y depsito sobre material filtrado.Tamizado Mecnico: consiste en la colocacin de una malla cuya funcin es la de retener las partculas cuyo tamao les impida atravesar los huecos de dicha malla, constituyndose estas mismas partculas en material filtrante. Deposito sobre material filtrante: consiste ya no en malla si no en un lecho de partculas cuyos intersticios impiden, por diversos fenmenos, el paso de slidos o coloides cuya talla o naturaleza provoquen la retencin de los mismos, ya sea en la superficie o en el seno del lecho. Esta retencin va a depender del tamao de las partculas, teniendo en cuenta que mientas ms pequeas sean las partculas los slidos requeridos sern de un tamao cada vez menor, resultando

en un agua ms limpia. El principal parmetro de diseo para estos filtros es el referente a la rata de filtrado, que consiste en el volumen mximo por unidad diaria y por unidad de tiempo para los cuales el filtrado es efectivo. En el caso de los filtros de arena este valor se ubica en los 4GPM/pie. , pudiendo aumentarse bajo ciertas ocasiones especiales.

La adsorcin:

La adsorcin es una de las operaciones ms utilizadas en la etapa de concentracin de caldos acuosos diluidos. Mediante la adsorcin, las molculas de un soluto seconcentran en una superficie slida por la accin de fuerzas intermoleculares entre el soluto y el slido. Debido a estas fuerzas el fenmeno es fcilmente reversible. La adsorcin es esencialmente un fenmeno de superficie. La operacin de adsorcin requiere de cuatro pasos:1. Contacto del adsorbente y la solucin2. Al efectuarse la adsorcin el soluto se une preferentemente a la superficie del adsorbente respecto a otros solutos.3. Lavado de la columna con una solucin que no provoque la desorcin del soluto desinters.4. Finalmente se efecta la recuperacin del soluto utilizando un fluido que favorezca la desorcin, elucin. Los lechos empacados son de gran utilidad ya que son usadas para destilacin, absorcin de gases, y extraccin liquido-liquido y la desorcin (stripping) es el inverso de la absorcin y se aplican los mismos mtodos de diseo.

Flujo a contra corriente liquido-gas:

El contacto liquido gas en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de platos. El flujo de liquido cae hacia abajo en la columna sobre el rea de empaque y el gas o vapor, asciende en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorcin de gases se usa corrientes en flujo-corriente. La performance de una columna empacada depende mucho del mantenimiento de una buena distribucin de lquido y gas a travs del lecho empacado, y esto es una consideracin importante en el diseo de columnas empacadas.

Equipo utilizado

Un tanque Rotoplast con una capacidad de 450 litros de dimetro 84 cm, con un indicador denivel externo (de vidrio), utilizado para la alimentacin del agua al sistema. Una bomba centrifuga, acoplada a un motor elctrico monofsico de 1.0 HP que trabaja a 3,05/34709 r.p.m, para transformar el fluido al equipo. Un rotmetro marca Fisher and Porter modelo 10A3665 con flotador 3/4 GNSVGT59 para manejar agua con una capacidad de 19.8 l/min Cuatro columnas con una longitud de 93 cm, empacadas con esferas de vidrio de diferente tamao. Una columna de vidrio de 1 pulgada de dimetro interior, empaques esfricos de vidrio con dimetro de 1.25 cm. Una columna de vidrio de 1 pulgadas de dimetro interior, con empaques esfricos de vidrio con dimetro de 1.45 cm. Una columna de vidrio de 2 pulgadas de dimetro interior, con empaques esfricos de vidrio con dimetro de 1.45 cm. Una columna de acero al carbn de 2 pulgadas de dimetro nominal cedula 40, con empaques esfricos de vidrio con dimetro de 1.45 cm. Una celda de presin diferencial tipo neumtica con una entrada de 20 in/pulg, y una seal de salida de 3-15 lb/pulg. Un manmetro tipo Bourdon de bronce para alimentacin del aire al transmisor de presin diferencial, con caratula de 1 1/2 pulgadas, y con un rango de medicin de 0-7 kgf/cm y de 0-100 ibf/pulg2. Un manmetro tipo Bourdon de bronce para la toma de seal de salida del transmisor depresin diferencial, con caratula de 2 pulgadas, y con un rango de medicin de 0-2kgf/cm Un manmetro de presin diferencial tupo U con mercurio como lquido manomtrico y con escala de graduacin de 0 a 20 cm de Hg.}

TABLA 6-2. DATOS EXPERIMENTALES DE LAS COLUMNAS EMPACADAS

CORRIDACOLUMNA 1COLUMNA 2COLUMNA 3COLUMNA 4

%RP%RP%RP%RP

11001.201000.441000.281000.3

2900.8900.4900.27900.29

3800.7800.36800.26800.28

4700.6700.33700.26700.27

5600.5600.28600.25600.26

6500.42500.26500.24500.25

7450.4450.2450.24450.24

CLCULOSColumna 11. Con los datos obtenidos del % de Rotmetro y la siguiente ecuacin, se obtiene el gasto volumtrico

Donde y es el gasto volumtrico en L/min y x es el % de RPara el primer calculo

Para la conversin

2. rea de seccin transversal de la columnaDimetro de la columna 1=1 in

3. Densidad de flujo

Densidad del agua a 25C

4. Numero de Reynolds modificado

Donde Dp es el dimetro de la esfera

es la viscosidad del fluido a 25 C

5. Calculo de la perdida de presin por friccin experimental Con base a la ecuacin

Donde y es y x es Por lo que la ecuacin queda despejada como

6. Calculo del factor de friccin modificado Con la ecuacin de Fanning

Donde

Altura de la columna 0.93 mCalculo del peso especfico Constante de aceleracin de la gravedad especifica

Constante de aceleracin de la gravedad

Densidad del agua a 25C

Calculo de la velocidad lineal

TABLA DE RESULTADOS

Columna 1

%RPG.V.G.SRemppvfm

Kgf/cm^2m^3/sKg/s_m^2cm HgKgf/m^2m/s

1001.20.00032627.53918803.859158.92868011.39820.629381.3373

900.80.00029564.76787923.229435.11904774.46960.566420.7970

800.70.00026501.99657042.599629.16673965.23750.503470.6619

700.60.00022439.22526161.969823.21433156.00540.440510.5268

600.50.00019376.45395281.340117.26192346.77320.377560.3917

500.420.00016313.68264400.710312.50001699.38750.314600.2837

450.40.00014282.29703960.395411.30951537.54110.283120.2566

Resultados de la columna 1

CorridaGvPRemfm

L/minKgf/cm^2

119.13470.80118803.85911.3373

217.22070.47747923.22940.7970

315.30670.39657042.59960.6619

413.39270.31566161.96980.5268

511.47870.23475281.34010.3917

69.56470.16994400.71030.2837

78.60770.15383960.39540.2566

Columna 2

%RPG.V.G.SRemppvfm


1000.440.00032278.90634538.878513.69051861.23390.279721.8245

900.40.00029251.00794084.864911.30951537.54110.251741.5072

800.360.00026223.10963630.85138.92861213.84820.223761.1899

700.330.00022195.21123176.83787.1429971.07860.195780.9519

600.280.00019167.31292722.82424.1667566.46250.167800.5553

500.260.00016139.41452268.81062.9762404.61610.139820.3966

450.20.00014125.46532041.8039-0.5952-80.92320.125830.0793


CorridaGvPRemfm

L/minKgf/cm^2

119.13470.18614538.87851.8245

217.22070.15384084.86491.5072

315.30670.12143630.85131.1899

413.39270.09713176.83780.9519

511.47870.05662722.82420.5553

69.56470.04052268.81060.3966

78.6077-0.00812041.8039-0.0793

Columna 3

%RPG.V.G.SRemppvfm


1000.280.00032156.88482553.11914.1667566.46250.157341.7549

900.270.00029141.19192297.73653.5714485.53930.141611.5042

800.260.00026125.49912042.35392.9762404.61610.125871.2535

700.260.00022109.80631786.97122.9762404.61610.110131.2535

600.250.0001994.11351531.58862.3810323.69290.094391.0028

500.240.0001678.42071276.20601.7857242.76960.078650.7521

450.240.0001470.57421148.51471.7857242.76960.070780.7521


CorridaGvPRemfm

L/minKgf/cm^2

119.13470.05662553.11911.7549

217.22070.04862297.73651.5042

315.30670.04052042.35391.2535

413.39270.04051786.97121.2535

511.47870.03241531.58861.0028

69.56470.02431276.20600.7521

78.60770.02431148.51470.7521

Columna 4

%RPG.V.G.SRemppvfm


1000.30.00032146.87902390.28745.3571728.30890.147312.5742

900.290.00029132.18712151.19244.7619647.38570.132572.2882

800.280.00026117.49511912.09754.1667566.46250.117842.0022

700.270.00022102.80311673.00263.5714485.53930.103101.7162

600.260.0001988.11121433.90762.9762404.61610.088371.4301

500.250.0001673.41921194.81272.3810323.69290.073631.1441

450.240.0001466.07321075.26521.7857242.76960.066270.8581


CorridaGvPRemfm

L/minKgf/cm^2

119.13470.07282390.28742.5742

217.22070.06472151.19242.2882

315.30670.05661912.09752.0022

413.39270.04861673.00261.7162

511.47870.04051433.90761.4301

69.56470.03241194.81271.1441

78.60770.02431075.26520.8581

GRAFICAS

CONCLUSIN

Mediante la elaboracin de la prctica se determinaron las cadas de presin de un fluido que circula a travs de columnas empacadas con diferentes dimensiones de dimetro as como diferente material de la columna, tal fue el caso del acero y el vidrio.Con la experimentacin y con los clculos correspondientes se determinaron las cadas de presin, el factor de friccin determinado por su correspondiente nmero de Reynolds modificado.Con la elaboracin de la grfica se observ el comportamiento proporcional entre el gasto volumtrico y la cada de presin, ya que al disminuir una de las variables la otra lo hace de la misma forma; por otro lado este mismo carcter se observa entre el factor de friccin modificado y el nmero de Reynolds modificado. . A mayor presin en la circulacin, se tendr una cada de presin mayor, ya que se requiere ms fuerza cuanto ms presin, para oponerse a sta. Se comprueba que mientras ms grande sea el tamao de los empaques, menor ser la cada de presin y se tendr una mayor eficiencia; cuanto menor sea el porcentaje del rotmetro, se tendr una menor presin en la circulacin, pero, obviamente, a mayor porcentaje del rotmetro, se tendr un mayor gasto volumtrico.

La densidad de flujo es proporcional al gasto volumtrico; a mayor porcentaje del rotmetro se obtiene un mayor valor del nmero de Reynolds modificado. Cuando disminuye la velocidad, aumenta el factor de friccin modificado.Tenemos una menor presin y una velocidad menor, cuando contamos con una columna de rea transversal ms grande.

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