HIDRODINMICA DE UNA COLUMNA EMPACADAProblema:Encontrar un intervalo de operacin a rgimen permanente de flujo de aire y cada de presin a flujos distintos de agua, los cuales se presentan a continuacin.Flujos de agua recomendados:5 L/h7 L/h9 L/h12 L/h15 L/hExperimento:El experimento en esta prctica esta dividido en dos partes, las cuales se describirn a continuacin:Primera parte:Se evaluaran las propiedades fsicas de los empaques, los empaques que se han de utilizar son, empaques Rashing de vidrio.Para obtener las propiedades fsicas, tenemos que hacer las siguientes mediciones: Volumen de la probeta con empaque Nmero de piezas contenidas en dicho volumen de la probeta Volumen de agua necesario para cubrir el volumen del empaque Masa del empaque Peso del empaque por unidad de volumen Dimetro externo del empaque Dimetro interno del empaque Espesor del empaque AlturaCon estas mediciones obtenemos las propiedades fsicas del empaque que son: Nmero de piezas por metro cubico % en huecos Densidad aparente, densidad real rea especfica

Segunda parte:Encienda el compresor del laboratorio y verifique el suministro de aire, abra la vlvula V 1 de entrada para alimentar al equipo.

Abra la vlvula que descarga el gas a la atmsfera.

Conecte la bomba de alimentacin de lquido.

Verifique que el tanque de alimentacin de lquido contenga agua coloreada con fluorescena.

Alimente aire y controle el flujo, a las posiciones propuestas en la Tabla de flujos recomendados, con la vlvula V - 2 en el rotmetro

Mida la diferencia de presin entre el domo (Pd ) y el fondo (Pf) de la columna para cada posicin de flujo de aire. Estos datos sern las cadas de presin para empaque seco, con los que se llenar la Tabla 1.

Alimente agua por medio de la bomba a los flujos recomendados en el problema, ajustando la frecuencia y llenado del mbolo de la bomba con los controles que se encuentran el panel frontal de la bomba.

Para cada uno de los flujos de lquido recomendadas en el problema, mida las cadas de presin entre el domo y el fondo de la columna y llene la tabla 2 para cada posicin de flujo de aire.Importante: Apagar la bomba antes de mover la perilla o las flechas del panel frontal de la bomba.

Dejar de medir las hasta que comience a burbujear aire en alguna seccin de la torre empacada, para esto, cierre la vlvula que alimenta aire.

Despues de medir las cadas de presin se tiene que apagar el equipo de las siguientes forma:1. Apague la bomba y desconctela de la corriente elctrica.2. Cierre las vlvulas del rotmetro.3. Cierre las vlvulas maestras de alimentacin de aire. Y no olvide apagar el compresor del laboratorio.4. Verifique que todas las vlvulas se encuentren cerradas y todas las conexiones elctricas desconectadas.Registros de informacin:Para la primera parte del experimento, obtenemos los siguientes resultados:Para la segunda parte tenemos los siguientes datos:Cada de presin para empaque seco:% Aire Pf[mmH2O]Pd [mmH2O]DeltaP [mmH2O]

1050.4510.6

205051.31.3

3049523

4048.452.74.3

5047.353.96.6

6046.254.98.7

7044.456.612.2

8042.358.716.4

Tabla 1:Intervalo de operacin a rgimen permanente para un flujo de aire y cada de presin, a un flujo de agua de 5 L/h% Aire Pfondo [mmH2O]Pdomo [mmH2O]DeltaP [mmH2O]Intervalo de diferencia

1049.951.11.2

2049.151.82.71.5

3048.352.74.41.7

4046.9547.12.7

5045.955.69.72.6

6043.157.914.85.1

7039.961.421.56.7

% Aire Pfondo [mmH2O]Pdomo [mmH2O]DeltaP [mmH2O]Intervalo de diferencia

5044.656.511.9

5244.15712.91

5443.857.213.40.5

5643.457.714.30.9

5842.658.315.71.4

6042.458.616.20.5

6241.859.217.41.2

6441.559.718.20.8

6640.760.319.61.4

Intervalo de operacin a rgimen permanente a flujo de aire y cada de presin, a un flujo de agua de 9 L/h% Aire Pfondo [mmH2O]Pdomo [mmH2O]DeltaP [mmH2O]Intervalo de diferencia

1050.251.21

2048.952.13.22.2

2448.752.23.50.3

2648.552.43.90.4

2848.352.74.40.5

3048.1534.90.5

5044.156.912.87.9

5442.658.115.52.7

6040.560.920.44.9

Cuestionario y resultados:Propiedades fsicas del empaque:Tabla A: Nmero de piezas por metro cbico.

Volumen de la probeta con empaque(m^3)Nmero de piezas contenidas en el volumen anterior# piezas /m3

0.000514382876000

Tabla B: Volumen de empaque y porcentaje de huecos.

Volumen de la probeta con empaque (m^3)Volumen de agua necesario para cubrir el empaque (m^3)Volumen del empaque% huecos (E)

0.00050.00030.000260

Tabla C: Densidad real y densidad aparente.

Volumen de la probeta con empaque (m^3)Masa del empaque (g)Peso del empaque por unidad de volumen (kg/L)Densidad aparente (kg/L)Densidad real (kg/L)

0.0005359.50.7190.7191.7975

Tabla D: rea especfica (m2 / m3 ).

DimetroDimetroEspesor [mm]Alturarea especfica

Externo [mm]Interno [mm][mm](Ap) [m^2/m^3]

64.51.57.0051.6736985

1. Cuando alimenta el aire con empaque seco observa algn cambio en el comportamiento interno de la columna?No, no se observa ningn cambio en la torre2. Para un flujo de agua constante, cuando aumenta el flujo de aire observa algn cambio en el comportamiento interno de las corrientes de lquido y gas en la columna?Si, si hay un cambio en las corrientes.a. Si su respuesta es s, explique en qu consiste el cambio.El cambio consiste en la aparicin de un burbujeo en la parte superior de la torre, producto de el choque de la corriente de agua y la de aire, entre mayor sea el flujo de aire el burbujeo aumenta.b. A qu condiciones de cada de presin en la columna y de flujo de aire ocurre este cambio?El cambio vara dependiendo del porcentaje de aire que se alimenta, as como del flujo de agua que se hace pasar por la torre.3. Cul es el flujo de aire mximo que puede alimentar para cada flujo de agua recomendado? Explique por qu no es posible alimentar un flujo de gas mayor?

Flujo de agua L/h% Aire Pfondo [mmH2O]Pdomo [mmH2O]DeltaP [mmH2O]

54046.9547.1

96044.156.912.8

4. Elabore una grfica de cada de presin en la columna por unidad de longitud de la columna empacada contra el flujo de aire (G) para empaque seco. Para ello deber llenar la Tabla 3.Ecuacin para calcular el flujo de aire: Y = 0.0139 X 0.02417Donde Y = % de flujo ledo en el rotmetro, X = Flujo de aire en L/h

5. Haga las grficas correspondientes para cada uno de los flujos de agua recomendados de vs (G), en la misma grafica del punto 4.

6. Cul es el comportamiento observado?, compara estas con respecto a la grfica obtenida para empaque seco. La pendiente es constante, si o no?, explique los cambios qu observe y en qu puntos.Lo que se puede observar en la grfica es que a medida que se aumenta el flujo de aire, la cada de presin tambin aumentar aunque no de manera lineal, puesto que la pendiente no se mantiene constante en algunos puntos.

7. Cmo se llaman estos puntos de cambio?Del punto de inicio hasta antes del primer punto de inflexin se conoce como punto de carga, en este punto una parte de la energa del gas se usa para frenar el flujo de liquido en la torre.En el punto donde vuelve a cambiar la pendiente se le llama punto de inundacin en el cual la torre es inestable, debido a que el lquido es retenido por el gas y este impide que el lquido descienda.

8. De qu depende la cada de presin en la columna empacada?La cada de presin depende del el flujo de aire que se suministre, entre mayor sea el flujo, mayor ser la cada de presin; esta tambin depende del empaque que se utiliza asi como de la altura de la torre.

9. Es conveniente trabajar la columna empacada cerca de los flujos donde ocurren los cambios bruscos de ?, si,o, no por qu?No, no es conveniente llegar hasta el punto donde la cada de presin cambia bruscamente debido a que al tener una mayor cada de presin provoca que el flujo de aire no permita el descenso de la corriente de agua y esta salga de la torre.

10.

Represente en una misma grfica de L/G(G/)1/2 vs G2(Ap/E3)/GG el comportamiento de cada corrida, a los diferentes flujos de agua y una con una lnea los puntos con la mayor ordenada. Para ello debers llenar la Tabla 4.Nota: Hacer la grafica en coordenadas logartmicas.

11. Como resultado de la informacin obtenida durante todo el experimento asigne Usted un nombre a la curva obtenida en el punto 11La grfica anterior se le conoce, segn la literatura como grfica de Lobo y sirve para conocer la inundacin de una torre a un flujo determinado.

12. En un proceso de absorcin, en esta columna Qu intervalos de flujo de gas y de cada de presin recomienda usted para operar la columna a rgimen permanente? Se recomendara usar flujos de gas que oscilen entre los 4 y 5 Kg/h con una cada de presin entre 40 y 50 mmH2O

Resultados:

Flujo de agua [L/h]% Aire DeltaP [mmH2O]Flujo de aire G [Kg/h]

5407.14.44802808

95012.85.5600351

Conclusiones:Los datos que tenemos en la siguiente tabla, nos pueden decir que esas son las condiciones ptimas para el manejo de la columna empacada, sin embargo, durante el experimento slo se logr realizar una parte, puesto que el tiempo fue insuficiente; ahora bien, si slo manejamos los dos flujos de agua registrados, podemos observar que para 5 y 9 Litros de agua por hora, podemos meter un flujo aire de 4.4 y 5.5 Kg/h respectivamente, sin que haya un cabio brusco de cadas de presin.Recomendaciones y propuestas:El equipo de trabajo labor de la siguiente forma, haciendo que la prctica se efectuara lo ms ptimo posible:

Parte experimental y sugerencias primera parte por Tlacaelel y EdderProcedimos a hacer la caracterizacin del empaque de la torre, este empaque esta formado por pequeos tubos de vidrio, los cuales varan en tamao, principalmente en su altura. El los dimetros y grosores pueden variar un poco sin embargo son prcticamente imperceptibles. Por las caractersticas geomtricas del empaque, se propician espacios vacos en un determinado volumen por lo que procedamos a determinar el volumen de estos espacios. En una probeta de 500mL vaciamos los cilindros hasta la marca, posteriormente contamos cuantos cilindros caben y cuanto pesan para determinar su densidad aparente, volvemos a llenar la probeta con el empaque y llenamos con agua hasta llegar a la misma marca, medimos el volumen de agua gastada y determinamos el volumen de los espacios vacos que es aproximadamente 300mL.Tambin se determin el rea del empaque, en este paso tenemos que considerar el rea externa como interna del cilindro y eliminar una parte del rea de las tapas del cilindro.

Descripcin del proceso de hidrodinmica de una columna empacada por Arnold y MarianaCLAVEEQUIPOESPECIFICACIONES

1Columna empacadaServicio: Absorcin, desercinOperacin: ContracorrienteDimetro interno: 5.08 cmAltura empacada:106 cmMaterial de construccin: VidrioEmpaque: Anillos rashig de vidrioPlato de soporte: Acero inoxidableMarca: Pignat

2Tanque de alimentacin

Capacidad:30 litrosLado: 30 cmAltura: 50 cmMaterial de construccin: Polietileno

3Bomba de desplazamiento positivoTipo: Dosificadora, magnticaAccionador: Motor elctrico:110 VoltsMaterial de construccin: PTFE (tefln)

4Tanque recibidorServicio: Recibe solucin diluidaCapacidad: Un litroDimetro: 8 cmAltura: 45 cmMat. De construccin: Vidrio, acero inox.

5Pierna baromtricaServicio: Igualar nivel

6Tanque recibidorServicio: Descarga de productoCapacidad: 3 litrosDimetro: 13 cmAltura: 50 cmMat. De construccin: Vidrio, acero inox.

7Manmetro diferencialServicio: Registrar la diferencia de presin de la columnaLquido manomtrico: AguaMat de construccin: vidrio

Aire de procesoEl aire de proceso proviene del compresor de aire humidificado, este llega hasta la vlvula reguladora la cual debe de estar a 6 lb/in2, despus pasa a otro regulador el cual va a mantener constante la presin de entrada n el equipo. Despus de regulado este aire entra por la parte de fondo de la torre y llega hasta domo. Tanto el domo como el fondo estn conectados a un manmetro diferencial los cuales nos dan las cadas de presin que ocurren en el sistema. El aire que sale por domo va a un tanque recolector, con el cual podemos medir el flujo de la salida y la composicin de este. Y es aqu donde acaba el aire de proceso.Agua de proceso.El agua de proceso es suministrada por tanque de alimentacin, esta agua esta previamente coloreada con colorante florecente, para poder apreciar mejor el experimento. El agua sale del tanque de alimentacin la cual pasa a la bomba de suministro la cual debe estar regula con la carrera y la frecuencia, esto para regular un flujo de agua constante,. Despus de eso el agua sube hasta domo de la torre y despus de ah hasta fondos, de ah pasa un tanque receptor, el cual puede recircular e liquido. Cabe mencionar que hay una pierna baromtrica, esta para impedir que el aire se vaya por otro lado, y esta funcin la cumple el agua que esta en tanque de alimentacin

Corriente de servicio.Como corriente de servicio tenemos a la corriente elctrica la cual ayuda a la bomba.

Diagrama de aire de proceso.

Diagrama de agua de proceso.

Tablas:Tabla A, Cada de presin por distancia de la torre:Flujo de aire G [Kg/h]P/L [mmH2O/cm] 5 L/hP/L [mmH2O/cm] 9 L/h

1.112007020.0113207550.009433962

2.224014040.0254716980.030188679

3.336021060.0415094340.046226415

4.448028080.066981132-

5.5600351-0.120754717

Grfica A, Cada de presin por distancia de la torre

Tabla B, Flux msicos de G y LPara flujo de agua de 5 L/hGL

(Kg/hm2)(Kg/hm2)L'/G(rg/rl)^(1/2)G2(a/e3)*(ml^0.2)/(g*rgrl)

548.643482462.0418120.1561942171.43528E-11

1097.286962462.0418120.0780971085.74113E-11

1645.930442462.0418120.0520647391.29175E-10

2194.573922462.0418120.0390485542.29645E-10

Para un flujo de agua de 9 L/hGL

(Kg/hm2)(Kg/hm2)L'/G(rg/rl)^(1/2)G2(a/e3)*(ml^0.2)/(g*rgrl)

548.643484431.6752620.281149591.43528E-11

1097.286964431.6752620.1405747955.74113E-11

1645.930444431.6752620.093716531.29175E-10

2743.21744431.6752620.0562299183.5882E-10

Grfica B, Grfica de Lobos con datos experimentales.