GUÍA DE PRÁCTICAS

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

Julio 2014

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA VALENCIA PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION PROCESOS QUIMICOS

NORMAS DEL LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

I. DE LA SEGURIDAD E HIGIENE. 1. El alumno debe asistir al Laboratorio de procesos químicos con la

indumentaria adecuada para realizar el trabajo práctico, es decir: a.- Zapatos cerrados (deportivos o tenis) con suela antiresbalante. b.- Preferiblemente utilizar ropa de algodón (evite la sintética) c.- El estudiante debe asistir en pantalones largos (evitar faldas,

bermudas y shorts). d.- Llevar el cabello recogido. e.- No usar prendas. f.- Emplear bata de laboratorio en el área de mediciones.

2. El alumno es responsable de la integridad y cuidado de todo el material involucrado en trabajo practico: equipos, material de vidrio, reactivos y accesorios.

3. El alumno al concluir el trabajo práctico, debe entregar el sitio de trabajo completamente limpio y ordenado y el material sobrante en buen estado.

4. Queda terminantemente prohibido el consumo de bebidas y alimentos dentro de las instalaciones del laboratorio.

5. Utilizar las papeleras. 6. Terminantemente prohibido la presencia de estudiantes en el laboratorio sin

la supervisión de un docente. 7. No correr, ni gritar.

II. DE LA ASISTENCIA Y PERMANENCIA . 1. La asistencia al laboratorio es de carácter obligatorio para todos los alumnos

que cursen esta asignatura. 2. El alumno que falte al veinticinco por ciento (25%) de las prácticas

injustificadamente perderá la posibilidad de recuperar dichas prácticas. 3. En caso de inasistencia justificada el alumno podrá recuperar la práctica en

la oportunidad que el profesor se lo señale, de acuerdo a la disponibilidad del laboratorio. La justificación se entregará en los 5 días hábiles siguientes.

4. Se permitirá el ingreso de los alumnos al laboratorio, hasta quince (15) minutos después del inicio de la actividad conforme al horario previsto.

5. El alumno podrá retirarse del laboratorio, definitivamente, previa autorización del profesor.

6. La duración del trabajo práctico es de cuatro (06) horas académicas. 7. Los trabajos prácticos deben realizarse según la programación presentada al

comienzo del período académico respectivo.

8. En caso de no poder realizarse el trabajo práctico, por razones ajenas a nuestra voluntad, el mismo queda pospuesto de manera tácita para la semana siguiente, sin alterar el orden de la programación.

III. DE LA EVALUACIÓN . 1. Para la evaluación integral del trabajo práctico se tomarán en cuenta los

siguientes tópicos: −−−− Apreciación (20%) −−−− Pre-Informe (20%) −−−− Prueba Escrita (20%) −−−− Informe (40%)

2. La presentación del pre-informe constituye requisito indispensable para realizar el trabajo práctico.

3. En caso de plagio se eliminará la nota de los grupos involucrados. 4. La prueba corta tendrá una duración máxima de 30 minutos. 5. Al finalizar la sesión de trabajo práctico, el grupo debe presentar al

profesor un reporte tabulado con los datos obtenido s en la experiencia realizada .

6. El grupo deberá entregar el informe en el transcurso del trabajo pr áctico de la siguiente semana , de lo contrario, se aplicará una sanción de 2n puntos, donde n es el número de días de retraso.

7. La evaluación del pre-informe e informe se realizará de la siguiente manera:

8. El docente está en la obligación de explicarle al alumno que salga reprobado

en un determinado informe, las fallas presentadas en el mismo.

PRE – INFORME NOTA INFORME NOTA PORTADA, REDACCIÓN,

ORTOGRAFÍA Y PRESENTACIÓN 1 PUNTO PORTADA, REDACCIÓN,

ORTOGRAFÍA Y PRESENTACIÓN 1 PUNTO

OBJETIVOS 2 PUNTOS SUMARIO 4 PUNTOS MARCO TEÓRICO 3 PUNTOS DATOS EXPERIMENTALES 2 PUNTOS

ECUACIONES A UTILIZAR 3 PUNTOS CÁLCULOS TÍPICOS 2 PUNTOS

DIAGRAMA DE INSTALACIÓN 2 PUNTOS TABLAS DE RESULTADOS Y/O GRÁFICOS 3 PUNTOS

DISEÑO METODOLÓGICO O MÉTODO OPERATORIO 2 PUNTOS DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4 PUNTOS

TABLAS DE DATOS 2 PUNTOS CONCLUSIONES 4 PUNTOS TABLAS DE RESULTADOS 2 PUNTOS TABLAS O GRÁFICOS DE

REFERENCIA 2 PUNTOS

BIBLIOGRAFIA 1 PUNTO

TOTAL 20 PUNTOS TOTAL 20 PUNTOS

IV. DE LA ELABORACIÓN DEL PRE-INFORME E INFORME. Para elaborar un buen informe técnico se deben tener en cuenta ciertas normas:

� Usar hojas tamaño carta, manteniendo un margen de cuatro centímetros (4 cm) en la parte superior e izquierda y de tres centímetros (3 cm) en la parte inferior y derecha de la hoja.

� Todo informe debe ser escrito siempre en tercera persona. � Debe presentarse en tinta negra o azul. � Utilizar un lenguaje técnico. Evitar las expresiones coloquiales. � Debe redactarse en párrafos cortos con frases cortas, haciendo uso del

punto y seguido para separar las frases dentro de cada párrafo. Utilice las letras mayúsculas cuando corresponda, evite el uso excesivo de las mismas.

� Las figuras que se presentan en el informe deben elaborarse en tinta negra y se deben identificar.

� La presentación debe ser impecable. Velar por la correcta ortografía y ausencia de errores.

� El pre-informe e informe puede ser presentado de manera digital utilizando un procesador de palabra, hoja de cálculo, entre otros.

Los Pre-informes e Informes, exigidos en el laboratorio, tendrán la siguiente estructura y orden:

P R E - I N F O R M E

Portada . La portada debe considerarse como la tarjeta de presentación del informe:

1. En el extremo superior izquierdo de la hoja debe identificarse el lugar donde se realizó la práctica, ejemplo:

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DE VALENCIA PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION EN PROCESOS QUÍMICOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

2. En la parte central se coloca el número correspondiente al pre-informe o informe y el título del mismo.

3. En la parte inferior derecha de la hoja se indica lo siguiente: - Identificación de las personas que elaboraron el trabajo (por

apellido y en orden alfabético). - Sección. - Número de grupo.

4. En la parte izquierda de la hoja, se coloca en nombre del profesor al que va dirigido.

5. En la parte inferior de la hoja y centrado se identifica el lugar y fecha de presentación.

Objetivos . Se especifican tanto el general como los específicos (máximo 1 página). Marco teórico . Se presentan las bases teóricas que sustentan la investigación realizada, y que facilitan la comprensión del trabajo a desarrollar (de 3 a 5 páginas máximo). Ecuaciones a utilizar . Contiene las ecuaciones a emplear para el tratamiento de los datos experimentales y logro de los objetivos planteados. Estas se enumeran y se indican las unidades de las variables involucradas así como la unidad resultante. Diagrama de instalación o montaje . El diagrama de flujo es un dibujo esquemático con el cual se sintetiza la configuración y operación del equipo a estudiar (esto solo si aplica en la práctica). El dibujo debe indicar en forma resumida toda la información de la red de proceso y debe contener lo siguiente:

− Equipos que conforman el circuito. − Líneas de flujos (línea de circulación). − Puntos de alimentación (entrada) y descarga (salida). − El dibujo debe estar dentro de un marco que corresponde al margen

de la hoja. − En la parte superior de la hoja y centrado se coloca el número

correspondiente del gráfico y el título del dibujo. Por ejemplo: “DIAGRAMA DE FLUJO DEL EQUIPO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR DEL LABORATORIO DE PROCESOS”.

Método operatorio . En el método operatorio se describe en forma secuencial (tipo receta de cocina) todos los pasos a desarrollar en el trabajo practico. Tablas de datos y resultados . En esta sección se considera el diseño de las tablas en función de los datos recopilados durante la experiencia práctica (datos experimentales) así como de los objetivos planteados (resultados). Los datos obtenidos no deben someterse a ningún tipo de manipulación, y tanto los datos experimentales como los resultados se reportan en forma tabulada. A continuación se describe como elaborar una tabla:

− Enumerar las tablas con números arábigos. − Deben contener un título que represente en forma general el

contenido de todas las variables que se están midiendo. El título debe englobar el contenido de la tabla, no debe ser una lista de los encabezados de la tabla.

− Las tablas no deben ser cerradas en los extremos izquierdo y derecho, sólo se cierran en la parte superior e inferior.

− En el interior de la tabla se trazan líneas horizontales, cuando en una corrida se encuentran más de una medición de una misma variable, de lo contrario se omiten dichas líneas.

− Los encabezados deben contener el nombre de la variable, el símbolo de la variable, el error instrumental y las unidades correspondientes.

− Las tablas de datos experimentales deben tener las unidades tal como fueron tomados durante la práctica y los resultados, deben expresarse en las unidades derivadas correspondientes y en su equivalente en sistema internacional.

− En la parte inferior de la tabla se colocan las condiciones ambientales a las cuales se trabajo (presión, temperatura, etc)

Tablas de referencias . Las tabla de referencia deben mantener las mismas condiciones que las tablas de datos y resultados (sobre la identificación, centrada, etc). Puede estar constituida por propiedades físico – química de las sustancias que serán utilizadas, características de materiales y equipos. Estas tablas deben indicar la fuente de la información. Bibliografía . En esta sección deben incluir todas las fuentes de información utilizadas durante la investigación. Deben presentarse numeradas y en estricto orden alfabético por autor y respetando las normas APA .

I N F O R M E Portada . Descrita anteriormente. Sumario o resumen . Es un breve resumen de los puntos más importantes del informe. Debe ser redactado en forma impersonal y en tiempo pasado y no excederse de 1 página . Un sumario o resumen puede comenzar indicando la finalidad de la elaboración del informe, incluyendo los objetivos generales y específico. Seguidamente describir, en forma breve, el procedimiento o metodología desarrollada y exhibir los resultados más relevantes obtenidos durante la experiencia práctica, así como las desviaciones que presentan respecto a trabajos anteriores, datos de referencia o bibliográficos. Luego se indican las conclusiones más importantes, de las presentadas en el informe (máx. 2 conclusiones) y por último se pueden mencionar las recomendaciones más importantes. Tablas de datos . Diseñadas en el pre-informe, pero en esta ocasión, se corrigen los datos experimentales, los cuales deben coincidir con los reportados el día de trabajo práctico. Tablas de resultados y/o gráficos . También elaboradas anteriormente. Aquí se corrigen los resultados obtenidos a partir de los datos experimentales, al igual que las unidades en la cuales se expresan (derivadas y en S.I.), Esta sección incluye los gráficos derivados de los resultados, según sea el caso, y los mismos deben cumplir con las siguientes reglas generales para su elaboración:

−−−− En la parte superior de la hoja se coloca el número (arábigo) y el título del gráfico (centrado). El título debe suministrar toda la información posible sobre el gráfico.

−−−− Evitar el uso de conectores “VERSUS”, “CONTRA”, “Vs”, en el contexto del gráfico.

−−−− Elegir la escala más conveniente para que los puntos obtenidos queden bien distribuidos dentro del gráfico.

−−−− Indique el sentido creciente de los ejes mediante flechas y las coordenadas del origen.

−−−− La variable independiente se ubica en el eje de las abscisas (x), mientras que la dependiente se ubica en el de las ordenadas (y).

−−−− Cada eje debe estar identificado con el nombre de la variable manejada, símbolo, unidades y escala utilizada.

−−−− La curva experimental se construye con una línea continua que mejor se ajuste a los puntos experimentales.

−−−− Se debe indicar las condiciones a las cuales fueron tomados los datos experimentales utilizados para elaborar el gráfico (temperatura y presión).

−−−− Cuando en un mismo gráfico se presentan varias curvas, deben distinguirse los puntos pertenecientes a cada una mediante símbolos o colores diferentes.

−−−− Al existir más de una escala en el eje coordenado, debe identificarse cada una con su variable, símbolo, unidades y escala utilizada. Las curvas se deben identificar sobre el mismo gráfico o se remiten a una leyenda que se sitúa en el espacio más conveniente

Cálculos típicos . Es conveniente mostrar un sólo calculo típico por cada ecuación a utilizar , manteniendo la secuencia de las ecuaciones utilizadas, los demás valores obtenidos, se reportan en la tabla de resultados. Discusión de Resultados . El análisis general de resultados se hace en función de los objetivos correspondientes, evidenciar si los objetivos planteados fueron alcanzados y si las interrogantes de la práctica se resolvieron. Los resultados presentados en la tabla deben ser analizados y comparados con los datos de referencia o bibliográficos o con las consideraciones teóricas que fundamentan el trabajo practico. A partir de estas comparaciones se explica las posibles causas que provocaron las desviaciones. Conclusiones . Las conclusiones representan el cierre de la investigación con base al análisis de los resultados mas relevantes del trabajo, deben responder a los objetivos específicos, siendo los mas generales y concretas posibles. No deben aparecer conclusiones de algo que no se ha discutido. En las conclusiones NO SE HACE UN RESUMEN DE LOS RESULTADOS , sobre todo si algunos no son novedosos. Lo que debe aparecer en una conclusión son las ideas originales que se desprenden del trabajo o la declaración de que

los resultados están en acuerdo (o en desacuerdo) con la hipótesis de trabajo, establecida en la introducción

V. CONSIDERACIONES GENERALES.

1. Los grupos de trabajo estarán conformados por dos (02) alumnos y en

forma excepcional por tres (03 o 04) alumnos. 2. El manejo de material de vidrio, balanzas, termómetros, manómetros,

cronómetros, etc., así como el cumplimiento de las normas de higiene y seguridad deben estar acorde con el conocimiento previo alcanzado en periodos anteriores dentro de otros laboratorios.

3. El estudiante debe consultar con su profesor acerca de la bibliografía y documentación necesaria para la elaboración del pre-informe.

4. El adecuado manejo de los instrumentos de medición y sus unidades de medidas, contribuyen a la recopilación de datos fidedignos que permiten resultados de buena calidad.

5. En caso de dañar algún equipo o material de vidrio debe reponerse antes de culminar el periodo académico.

FUNDAMENTACION: El laboratorio de operaciones unitarias II, se desarrollará en 12 semanas, (06)

seis horas académicas de trabajo práctico por semana y consiste básicamente

en el conocimiento por parte del estudiante, de las diferentes operaciones de

separación y transformación presentes en los procesos químicos industriales.

CONTENIDO PROGRAMATICO

PRACTICA N° 1: PERMEAMETRÍA

PRACTICA N° 2: DESTILACIÓN A REFLUJO TOTAL

PRACTICA N° 3: ABSORCIÓN

PRACTICA N° 4: SEDIMENTACIÓN DISCONTINUA

PRACTICA N° 5: EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

ROTACIÓN SEMANAL DE PRÁCTICAS

Se realizará un seminario donde los participantes realizarán una propuesta de

implementación de práctica, utilizando las herramientas obtenidas hasta ahora

en las diferentes unidades curriculares.

Ponderación: (15%) cada actividad práctica, distribuida como se mencionó

anteriormente.

Proyecto final: (25%) cada grupo de trabajo presentará una propuesta de

práctica con respecto a una operación de separación y/o transformación

presente en los procesos químicos industriales, o la mejora de una de las que

se llevan a cabo actualmente.

Los grupos realizarán en las primeras cuatro semanas las prácticas 1, 2, 3 y 4,

luego la última semana la 5.

Las sesiones de laboratorio se desarrollaran en función del cuadro que se

muestra a continuación, donde la primera fila indica la semana de actividad, la

columna indica el número del grupo de trabajo y las celdas internas, las

actividades correspondientes por semana:

semana grupo

1111 2222 3333 4444 5555 6666 7777 8888 9999

1

CH

AR

LA IN

TR

OD

UC

TO

RIA

P1 P2 P3 P4

P5

PR

ES

EN

TA

CIÓ

N D

E P

RO

YE

CT

OS

SE

MA

NA

RE

CU

PE

RA

TIV

A

SE

MA

NA

EN

TR

EG

A D

E N

OT

AS

2 P1 P2 P3 P4

3

P2 P3 P4 P1

4

P2 P3 P4 P1

5 P3 P4 P1 P2

6 P3 P4 P1 P2

7 P4 P1 P2 P3

8 P4 P1 P2 P3

PRÁCTICA N° 1: PERMEAMETRÍA

I.- OBJETIVOS.

General: Determinar la permeabilidad de diferentes lechos de partículas, tanto gráficamente como por el método analítico.

Específicos: − Calcular la caída de presión (∆P) en función de la velocidad promedio del

fluido que circula a través del lecho estacionario, empleando la Ley de Darcy.

− Seleccionar los parámetros requeridos para determinar la variación de velocidad del fluido que circula a través del lecho de arena en función del tiempo.

− Graficar la caída de presión (∆P) en función de la velocidad para ambos tipos de lechos.

II.- MATERIALES Y EQUIPOS.

− Montaje para el estudio de lechos estacionarios. − Cronómetros. − Cinta métrica. − Beakers de 500 ml. − Pizeta.

III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS.

− Flujo de fluidos a través de lechos porosos y/o lechos fijos. − Permeabilidad. − Ley de Darcy. − Fluidización discontinua y continua.

Si se hace circular un fluido a través de un lecho de sólidos, con dirección hacia abajo, 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 altas velocidades. Este enunciado se conoce como la ley de Darcy , la cual se utiliza con frecuencia para describir el flujo de fluidos a través de lechos estacionarios .

Darcy estableció que en régimen laminar la velocidad promedio del fluido (Vo) cuando este fluye a través de un lecho de partículas de espesor L, es proporcional a la perdida de carga que sufre el fluido por unidad de altura de lecho

L

PKVo

∆=

A su vez el valor de de la constante K depende de las propiedades físicas del lecho de partículas:

µβ=K

Donde β se define como la permeabilidad del lecho de partículas (β=m2) y µ la viscosidad del fluido. Cuando la velocidad de flujo a través de lechos estacionarios aumenta, la pendiente de la gráfica de caída de presión (∆P) contra velocidad promedio (Vo) aumenta en forma gradual.

Figura 1. Dispositivo vertical de Darcy

IV.- MÉTODO OPERATORIO. 1. Llenar la bureta hasta el cero de su graduación, manteniendo la llave de

la salida cerrada. Con ayuda de una cinta métrica, medir la altura inicial del fluido (ho) y la altura del lecho (L)

2. Establecer a lo largo de la bureta, las distintas alturas del fluido (h), mientras éste pasa por el lecho, considerando que la última lectura de h esté a dos o tres centímetros antes del lecho de arena.

3. Abrir la llave a la salida de la bureta e inmediatamente activar el cronómetro para medir el tiempo en el cual el menisco del fluido pasa

por cada h establecido. Se obtendrán medidas de tiempo (t) en segundos para cada h.

4. Repetir el paso anterior, de cuatro a cinco veces.

Figura 2. Montaje para el estudio de lechos estacio narios V.- CALCULOS A REALIZAR. 1. Determinar la permeabilidad de los lechos, empleando la siguiente

expresión:

t

KaL

g

h

hoLn *

+=

βµ

ρ

donde:

ho = altura inicial del fluido (m) h = altura del fluido a un tiempo t (m) g = gravedad (m/s2) ρ = densidad (kg/m3) µ = viscosidad (Pa.s)

ho

arena

algo dón

h1

h1

h2

h1

hn

h1

L h1

L = altura del lecho (m) β = permeabilidad (m2)

Ka = constante de proporcionalidad entre la pérdida de carga y la velocidad del agua cuando se realiza el experimento (kg / m2.s)

Al Graficar ( )tvsh

hoLn

se debe obtener una recta, de pendiente positiva

(m) cuyo valor se igual a la expresión

+ KaL

g

βµ

ρy de la cual se despeja el

término β.

2. Calcular la velocidad promedio del fluido (Vo) para cada h; y a través del la ley de Darcy se conoce la caída de presión para cada velocidad promedio

donde: ∆P= caída de presión del fluido (Pa)

µ = viscosidad (Pa.s) L = altura del lecho (m) β = permeabilidad (m2) Vo=velocidad promedio del fluido (m/s)

VI.- BIBLIOGRAFIA.

− COULSON AND RICHARDSON’S.CHEMICAL ENGINEERING. Particle technology and separation processes. Volume 2 fifth edition. Butterworth Heinemann.

− GRANGER, B. Operaciones Básicas de la Ingeniería. Química. Editorial Marín.

− PERRY, R. y D.GREEN. Manual del Ingeniero Químico. Tomo II. Sexta Edición, Editorial McGraw Hill, Nueva York, 1984.

0V

LP

βµ=∆

PRÁCTICA N° 2: DESTILACION A REFLUJO TOTAL I.- OBJETIVOS.

General: Determinar el número mínimo de etapas de una columna de destilación

reflujo total empleando dos métodos diferentes.

Específicos: −−−− Estudiar el funcionamiento a reflujo total de una columna de destilación. −−−− Aplicar el método de McCabe-Thiele a una columna de destilación a

reflujo total. −−−− Comparar el número de platos teóricos obtenidos gráficamente con el

obtenido a través de la relación de Fenske. II.- MATERIALES Y EQUIPOS.

−−−− Columna de destilación a reflujo total IC-18DV. −−−− Refractómetro. −−−− Beakers. −−−− Portamuestras.

III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS. −−−− Diagramas de ebullición y equilibrio de mezclas binarias. −−−− Destilación a reflujo total. −−−− Relación de Fenske. −−−− Método de McCabe-Thiele.

IV.- MÉTODO OPERATORIO.

1. Vaciar la columna y analizar la mezcla para determinar su composición. 2. Ajustar la mezcla de alimentación a una composición entre 8% y 10% 3. Agregar la mezcla al calderín de la columna. 4. Hacer circular el agua en los refrigerantes. 5. Calentar progresivamente hasta obtener el régimen permanente. 6. Una vez alcanzado el régimen, tomar las muestras respectivas y

analizarlas para conocer su composición. 7. Apagar el calentamiento y cerrar el agua de refrigeración 15 min

después.

Advertencia: El equipo de trabajo es sumamente frágil y se deberá operar con sumo cuidado para evitar accidentes. V.- CALCULOS A REALIZAR. 1. Determinar el número de etapas por el método gráfico de McCabe-Thiele. 2. Determinar el número de etapas de forma analítica a través de la relación

de Fenske.

Tabla 1. DATOS DE EBULLICIÓN Y EQUILIBRIO DEL SISTEMA

ETANOL-AGUA A 720 mmHg

Temperatura ebullición

(º C)

Fracción Molar liquido

(x) vapor

(y) 76 1 1 75 0.88137 0.88137

75.5 0.74145 0.81808 76 0.68905 0.79814 77 0.53984 0.74145 78 0.28112 0.67245 80 0.18030 0.58097 82 0.11532 0.47711 88 0.05063 0.32339 92 0.02017 0.14354 97 0.00000 0.00000

VI.- BIBLIOGRAFIA.

− FOUST, A. Principios de Operaciones Unitarias. Editorial Continental. México.

− HINES, A. MADDOX, R. Operaciones de transferencia de masa. Fundamentos y aplicaciones.

− McCABE, W.L y J.C. SMITH. Operaciones Unitarias en Ingeniera Química, Séptima Edición, Editorial Mc Graw Hill, México, 2002.

− PERRY, R. y D.GREEN. Manual del Ingeniero Químico. Sexta Edición, Editorial Mc Graw Hill, Nueva York, 1984.

− TREYBALL, R. Operaciones de Transferencia de Masa.

PRACTICA N° 3: ABSORCIÓN

I.- OBJETIVOS.

General: Determinar experimentalmente el factor de caracterización de llenado (Cf)

de una columna de absorción arreglada al azar.

Específicos: −−−− Determinar la pérdida de carga en la columna en función del flujo de

gas. −−−− Determinar la pérdida de carga en la columna en función del flujo de

líquido para diferentes flujos de gas. −−−− Determinar los puntos de carga y de inundación. −−−− Graficar la evolución cualitativa de la pérdida de carga del gas por

unidad de altura de la columna mojada con rellenos al azar. −−−− Utilizando la curva de inundación y caída de presión del gas en torres

empacadas al azar determinar la ordenada y calcular Cf. II.- MATERIALES Y EQUIPOS.

−−−− Unidad de absorción IC52D.

III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS. −−−− Identificar cada uno de los componentes de la unidad de absorción. −−−− Elaborar el diagrama esquemático de la unidad de absorción. −−−− Equilibrio líquido-gas. −−−− Absorción de gases. −−−− Columnas de relleno. −−−− Características de materiales de relleno (anillos Rashig). −−−− Caída de presión para el flujo de una fase. −−−− Caída de presión para el flujo de dos fases.

IV.- MÉTODO OPERATORIO.

1. Llenar con agua las ¾ partes del reservorio. 2. Cerciorarse que el compresor central de aire esté funcionando. 3. Regular el flujo de aire con la válvula correspondiente.

4. Registre la caída de presión en la columna para diferentes flujos de aire y L’= 0.

5. Cerrar la válvula de aire. 6. Poner en marcha la bomba de agua conectada al reservorio. 7. Regular el flujo del agua con la válvula correspondiente a un caudal de

agua fijo. 8. Abrir la válvula de aire y aumentar el caudal hasta alcanzar la inundación

(flooding) la cual se caracteriza por la presencia de una zona en la que el aire burbujea en el líquido.

9. Anotar los flujos de líquido y aire leídos en los medidores de caudal. 10. Reducir con la válvula el flujo gaseoso al 80%, 60% y 40% del caudal

de inundación. 11. Repetir la operación desde el ordinal 7 al 10 variando el caudal del

agua, por lo menos tres (03) veces. 12. Cerrar el aire, apagar la bomba de agua y desconectar el compresor de

aire. 13. Para cada condición de inundación por cada caudal de agua hay un

caudal de aire, se calcula la abscisa ubicando la curva de

inundación se obtiene la ordenada y por consiguiente Cf. Haciendo el promedio de los Cf se obtiene un valor representativo.

Datos inherentes: Diámetro interno de la torre: 0,1 m.

Altura del relleno: 0,78 m.

Área del relleno: 0,007854 m2.

Densidad del aire (0 °C, 1 atm) = 1,2928 g / l = 0,0808 lb / pie3.

V.- BIBLIOGRAFIA.

− McCABE, W.L y J.C. SMITH. Operaciones Unitarias en Ingeniera Química, Séptima Edición, Editorial Mc Graw Hill, México, 2002.

− PERRY, R. y D.GREEN. Manual del Ingeniero Químico. Sexta Edición, Editorial Mc Graw Hill, Nueva York, 1984.

− TREYBALL, R. Operaciones de Transferencia de Masa.

PRACTICA N° 4: SEDIMENTACION DISCONTINUA

I.- OBJETIVOS.

General:

Determinar la velocidad de sedimentación y el diámetro promedio de un sólido granular en un proceso de sedimentación discontinua.

Específicos: −−−− Preparar tres mezclas de 1000 gramos a concentraciones entre 8 y 20

por ciento en peso. −−−− Construir la gráfica de altura de la suspensión en función del tiempo. −−−− Determinar la velocidad de sedimentación. −−−− Determinar el diámetro promedio del conjunto de partículas.

II.- MATERIALES Y EQUIPOS.

− Cilindros graduado de 1000 ml. − Balanza de precisión. − Cronómetro. − Cinta métrica. − Espátula. − Carbonato de Calcio. − Beakers 400 y 1000 ml. − Agitador de vidrio

III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS.

−−−− Conceptos generales sobre la sedimentación de partículas. −−−− Expresiones de velocidad de sedimentación de partículas. −−−− Factores que influyen en el proceso de sedimentación. −−−− Clasificación de las unidades de sedimentación. −−−− Caracterización de partículas sólidas.

IV.- MÉTODO OPERATORIO Y CÁLCULOS A REALIZAR.

1. Preparar las suspensiones a las concentraciones establecidas, agitarlas intensamente y verterlas en cilindros de 1000 ml.

2. Medir la altura inicial de la suspensión, ho, usando la cinta graduada acoplada a cada cilindro.

3. Se deja reposar la suspensión en el cilindro y se va determinando la altura que ocupa esta en función del tiempo, tomando para ello medidas de la altura de la suspensión (h) cada cierto tiempo (ver figura 1).

Figura 1

4. Construir la gráfica de altura de la suspensión h(m) en función del tiempo

t(s) (ver figura 2).

Figura 2 5. Una vez realizada la representación gráfica de la variación de la altura

frente al tiempo, se calcula la velocidad de sedimentación, el cual consiste en estimar, a partir de los datos experimentales obtenidos a las los valores de las pendientes en el origen, -(dh/dt), que coinciden con las velocidades de sedimentación (V) (ver figura 3).

Figura 3

6. Para determinar el diámetro promedio del sólido (dp), se calcula primero la fracción volumétrica de la suspensión (B):

altura del sólido sedimentado, hα

B = ---------------------------------------------------------

altura del sólido en suspensión, ho

7. Luego, se determina la velocidad de sedimentación utilizando la

siguiente expresión: - m

V = ------------- (m/s) (1 - B) 8. Se corrige la densidad y la viscosidad del líquido usando las relaciones

Sternour: � para la densidad del líquido

ρa = B.ρs + (1 - B). ρL (Kg/m3)

� para la viscosidad del líquido

µa = µL.101,82.B (Kg/m.s)

9. Por último, se aplica cualquiera de las siguientes leyes:

Ley de Stoke (para Re ≤ 2)

V = [(Ǿ.dp)

2.g.(ρs - ρa)] / (18.µa)

Ley de Allen (para 2 < Re ≤ 500)

V = 0,153.(Ǿ.dp)1,14.[g.(ρs - ρa)]

0,71 / (µa0,43. ρa

0,285)

Ley de Newton (para Re > 500)

V = [(3.Ǿ.dp.(ρs - ρa).g) / (ρa)]1/2

10. Para verificar que la ley seleccionada es la correcta, se introduce el diámetro promedio del sólido (dp) en la siguiente expresión:

Re = (dp.V.ρa.Ǿ) / (µa)

Leyenda: V = velocidad de sedimentación, (m/s) ρa = densidad corregida del líquido, (Kg/m3) µa = viscosidad corregida del líquido, (Kg/m.s) dp = diámetro promedio del sólido, (m) ρs = densidad del sólido, (Kg/m3) g = aceleración de la gravedad, (m/s2) Ǿ = factor de forma del sólido Re = número de Reynolds ρL = densidad del líquido, (Kg/m3) µL = viscosidad del líquido, (Kg/m.s) 11. Vaciar los cilindros, recuperar la suspensión, dejar todo ordenado y

limpio.

V.- BIBLIOGRAFIA.

− FOUST, A. Principios de Operaciones Unitarias. Editorial Continental. México.

− McCABE, W.L y J.C. SMITH. Operaciones Unitarias en Ingeniera Química, Séptima Edición, Editorial Mc Graw Hill, México, 2002.

− PERRY, R. y D.GREEN. Manual del Ingeniero Químico. Sexta Edición, Editorial Mc Graw Hill, Nueva York, 1984.