unidad: 2. flujo de fluidos.

"NDICE"

Introduccin.2

Objetivo....3

2.1. Curva caracterstica de una bomba.4

2.2. Cada de presin en lechos empacados.6

2.3. Cada de presin en un lecho fluidizado.7

2.4. Puntos de inundacin y porosidad de lechos empacados...9

2.5. Potencia de una bomba centrifuga en un circuito hidrulico..10

2.6. Ecuacin de Bernoulli11

2.7. Prcticas adicionales.12

Conclusin..13

Bibliografas....14

INTRODUCCION

En la industria qumica el transporte de fluidos es una operacin sin la cual no se podra integrar un conjunto de operaciones y procesos unitarios, que constituyen una secuencia de transformaciones fsicas y qumicas en la materia prima para la elaboracin de un producto. El transporte de los materiales de un punto a otro (Flujo de fluidos), forma parte importante de los procesos qumicos. El flujo de fluidos se hace dentro de ductos y tuberas.

OBJETIVO

El laboratorio de flujo de fluidos tiene como propsito desarrollar en el alumno su aptitud de comprensin de los fenmenos fundamentales que intervienen en el transporte de cantidad de movimiento.

Identificar los sistemas de tubera Analizar las diferencias entre los sistemas de tuberas. Dividir las categoras de sistemas de tubera en serie, paralelo, y ramificadas. Establecer las relaciones generales de flujo y prdidas de carga.

2.1. CURVA CARACTERSTICA DE UNA BOMBALa Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga, es un grfico que representa la relacin nica de Carga Caudal que garantiza la Bombaa determinada velocidad de rotacin de su impulsor.El impulsor o rodete de una Bomba Centrfuga es el componente que, a travs de su rotacin a altas velocidades, incrementa la velocidad del fluido generando a la vez el incremento de la energa cintica en el fluido bombeado (produciendo el incremento de presin buscado con el uso del Equipo de Bombeo). Las caractersticas geomtricas (forma, tipo y tamao) del impulsor son las que definen la Curva Caracterstica de una Bomba CentrfugaDe esta forma, los fabricantes de las Bombas para Agua y otros productos, suelen generar para cada uno de sus modelos, Catlogos desde los cuales el diseador de las Estaciones de Bombeo, puedaseleccionar la Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga en funcin del punto de operacin de la instalacin en la que sta se dispondr.Un ejemplo de Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga se presenta en la siguiente figura, en la que hemos anotado varios de sus componentes principales:

Como vemos, hay varias particularidades en la Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga: Existir una Curva Caracterstica para cada dimetro de Impulsor que sea posible instalar en el modelo de bomba respectivo. El modelo de bomba, cuya Curva de Operacin se presenta en la figura anterior, trabaja con cuatro posibles dimetros de impulsor: 483, 515, 549 y 585 mm. En funcin de lo referido en el punto anterior,en la medida que el dimetro del impulsor es menor, la Carga o Altura de bombeo suministrada por la bomba, para un mismo caudal, es menor:

A lo largo de cada Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga,se diferencian distintos valores de eficiencia para el equipo, destacndose (como en el caso del impulsor de 585 mm de dimetro en las figuras previas), el mayor valor de eficiencia que puede ser alcanzado por el equipo (89% en el caso del modelo de referencia). En el caso del caudal de 800 l/s referido en el punto anterior, tendramos que la eficiencia de la bomba, cuando se le instala el impulsor de 549 mm de dimetro, es del orden del 87%.

2.2. CADA DE PRESIN EN LECHOS EMPACADOSPara los reactores que operan con gases, los que presentan mayor problema de cada de Presin son los PBR (Packed Bed Reactor).El comportamiento de un lecho relleno viene caracterizado principalmente por las siguientes magnitudes: Porosidad del lecho o fraccin de huecos, : Es la relacin que existe entre el volumen de huecos del lecho y el volumen total del mismo (huecos ms slidos). Esfericidad de una partcula, : es la medida ms til para caracterizar la forma de partculas no esfricas e irregulares.

La resistencia al flujo de un fluido a travs de los huecos de un lecho de slidos es la resultante del rozamiento total de todas las partculas del lecho. El rozamiento total por unidad de rea es igual a la suma de dos tipos de fuerza: fuerzas de rozamiento viscoso y fuerzas de inercia. Para explicar estos fenmenos se hacen varias suposiciones: a) las partculas estn dispuestas al azar, sin orientaciones preferentes b) todas las partculas tienen el mismo tamao y forma c) los efectos de pared son despreciables.

2.3. CADA DE PRESIN EN UN LECHO FLUIDIZADOEs un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (lquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partculas slidas. Desde un punto de vista macroscpico, la fase slida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ah el origen del trmino fluidizacin. Al conjunto de partculas fluidizadas se le denomina tambin lecho fluidizado.En un lecho de partculas con flujo ascendente, la circulacin de un gas o un lquido a baja velocidad no produce movimiento de las partculas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presin. Esta cada de presin en un lecho estacionario de slidos viene dada por la ecuacin de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la cada de presin y el rozamiento sobre las partculas individuales. Se alcanza un punto en el que las partculas no permanecen por ms tiempo estacionarias, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, fluidizan por la accin del lquido o el gas. Los lechos fluidizados tienen variedad de aplicaciones, entre las cuales se pueden mencionar: Lavado o lixiviacin de partculas slidas. Cristalizacin. Adsorcin e intercambio inico. Intercambiado de calor en lecho fluidizado. Reacciones catalticas heterogneas (incluyendo la descomposicin cataltica del petrleo). Combustin de carbn en lecho fluidizado. Gasificacin de carbn en lecho fluidizado. Bioreactores de lecho fluidizado.

TIPOS DE FLUIDIZACIN

Fluidizacin particulada

Cuando se fluidiza arena con agua, las partculas se encuentran ms separadas y su movimiento es ms vigoroso a medida que aumenta la velocidad de fluidizacin, aunque la densidad media del lecho a una velocidad dada es la misma que en toda sus secciones. stas se denominan fluidizacin particulada y se caracteriza por una expansin grande pero uniforme del lecho a velocidades elevadas.

Fluidizacin de burbujeo o turbulento

Los lechos de slidos fluidizados con aire presentan lo que se denomina fluidizacin agregativa o de burbujeo. A velocidades superficiales la mayor parte del gas pasa a travs del lecho en forma de burbujas o huecos que estn casi exentos de slidos, y solamente una pequea fraccin del gas fluye por los canales existentes entre las partculas.

3. Fluidizacin circulante

A velocidades de gas ms altas, todas las partculas de alimentacin son rpidas arrastradas con el gas, pero es posible recuperarlas con un cicln regresarlas al fondo para mantener los slidos en la unidad. Este tipo de sistema recibe el nombre de lecho de fluido circulante.La utilizacin amplia de la fluidizacin comienza en la industria del petrleo con el desarrollo del cracking (craqueo) cataltico en el lecho fluidizado.

2.4. PUNTOS DE INUNDACIN Y POROSIDAD DE LECHOS EMPACADOS

Se considera un lecho poroso, al que est formado por partculas contiguas que dejan entre ellas huecos o espacios libres y a travs de ellos circula el fluido.La cantidad de espacio libre depende de las variables siguientes: Porosidad de la capa Dimetro de las partculas. Esfericidad o forma de las partculas Orientacin o disposicin del empaquetado de las partculas Rugosidad de las partculasEs de inters aclarar la velocidad lineal real del fluidoa travs de los huecos del lecho poroso, que se puede expresar en funcinde la velocidad lineal superficial (calculada como velocidad de flujo delfluido por la seccin transversal total no obstruida del lecho) y de losParmetros ya mencionados

COLUMNAS EMPACADASon equipos ampliamente usados en destilacin, adsorcin, absorcin, extraccin lquida, torres de enfriamiento, entre otros.

Se define el medio poroso como un slido o grupo de slidos con suficiente espacio abierto dentro o alrededor de las partculas para permitir que el fluido fluya a travs de ellos. El medio puede ser consolidado como una membrana cermica o no consolidado como un filtro de rocas o una torre de empaques. Una de las propiedades del medio poroso se refiere a la fraccin volumtrica hueca o vaca, definida por la porosidad

()= total volumen - slido volumen / total volumen

2.5. POTENCIA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA EN UN CIRCUITO HIDRULICO

La bomba hidrulica convierte la energa mecnica en energa hidrulica. Es un dispositivo que toma energa de una fuente (por ejemplo, un motor, un motor elctrico, etc.) y la convierte a una forma de energa hidrulica. La bomba toma aceite de un depsito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo enva como un flujo al sistema hidrulico.

Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vaco a la entrada de la bomba. La presin atmosfrica, ms alta, empuja el aceite a travs del conducto de entrada a las cmaras de entrada de la bomba. Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cmara de salida de la bomba. El volumen de la cmara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reduccin del tamao de la cmara empuja el aceite a la salida.

La bomba slo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centmetros cbicos por revolucin, etc.), que luego es usado por el sistema hidrulico. La bomba NO produce presin. La presin se produce por accin de la resistencia al flujo.

La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque. Hay dos tipos de bombas: regulables y no regulables.

2.6. ECUACIN DE BERNOULLILa ecuacin de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente:

En la ecuacin de Bernoulli intervienen los parmetros siguientes: : Es la presin esttica a la que est sometido el fluido, debida a las molculas que lo rodean : Densidad del fluido. : Velocidad de flujo del fluido. : Valor de la aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2 en la superficie de la Tierra). : Altura sobre un nivel de referencia.

Esta ecuacin se aplica en la dinmica de fluidos. Un fluido se caracteriza por carecer de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la contiene, esto se debe a que las molculas de los fluidos no estn rgidamente unidas, como en el caso de los slidos. Fluidos son tanto gases como lquidos.

Para llegar a la ecuacin de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicabilidad:

El fluido se mueve en un rgimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no vara con el tiempo.

Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna).

Se considera que el lquido est bajo la accin del campo gravitatorio nicamente.

2.7. PRCTICAS ADICIONALES

Carburador de automvil En un carburador de automvil, la presin del aire que pasa a travs del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presin, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

Natacin La aplicacin dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las manos del nadador cortan el agua generando una menor presin y mayor propulsin.

Chimenea Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es ms constante y elevada a mayores alturas. Cuanto ms rpidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, ms baja es la presin y mayor es la diferencia de presin entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustin se extraen mejor.

Tubera La ecuacin de Bernoulli y la ecuacin de continuidad tambin nos dicen que si reducimos el rea transversal de una tubera para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducir la presin.

CONCLUSIN

El conocer elcomportamientode los fluidos a travs de tuberas es de gran importancia, ya que gracias a este comportamiento podemos definir cules son las prdidas de carga que se producirn durante su paso, ya sean perdidas locales o por friccin.

BIBLIOGRAFIAS

Fundamentos de Mecnica de Fluidos (2 Edicin). P. Gerhart, R. Gross y J. Hochstein. Adison-Wesley Iberoamericana 1995.

" Mecnica de Fluidos. Frank M. White. McGraw Hill 1979.

" Ingeniera Qumica, Tomos 2 y 3. E. Costa Novella y otros. 1984. Alhamba Universidad.

" Incompressible Flow. Ronald L. Panton. John Wiley & Sons, Inc. 1984.

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