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7/17/2019 HIDRODINÁMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA (LIQ-III)
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HIDRODINÁMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA(Propuesta de modificaciones)
PROLEMA
Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tabla siguiente, elintervalo de flujo de gas (aire) en kg/h y de caídas de presión por unidad delongitud en kgf / m2 m a travs de la torre, !ue garanticen la operación argimen permanente de la columna empacada"
#abla$lujos de aguarecomendados% & / h' & / h & / h
2 & / h% & / h
*&+E E-.01 E0E*$*+*13E *olumna empacada ervicio4 +bsorción o desorción
1peración4 *ontracorriente5i6metro interno4 %"78 cm +ltura empacada479 cm:aterial de construcción4 idrio
Empa!ue4 +nillos ;aschig de vidrio0lato de soporte4 +cero ino<idable:arca4 0ignat
2 #an!ue dealimentación
*apacidad4=7 litros&ado4 =7 cm +ltura4 %7 cm:aterial de construcción4 0olietileno
= >omba dedespla?amiento
positivo
#ipo4 5osificadora +ccionador4 :otor elctrico a 7 olts
:aterial de construcción4 0#$E (teflón)@ #an!ue receptor ervicio4 ;ecibe solución diluida
*apacidad4 .n litro5i6metro4 8 cm +ltura4 @% cm:at" de construcción4 idrio, acero ino<"
% 0ierna baromtrica ervicio4 gualar nivel9 #an!ue receptor ervicio4 5escarga de producto
*apacidad4 = litros5i6metro4 = cm +ltura4 %7 cm:aterial de construcción4 idrio, aceroino<idable
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' :anómetro diferencial ervicio4 ndicador de la diferencia depresión de la columna
&í!uido manomtrico4 +gua:aterial de construcción4 vidrio
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!i"ura #$ Co%umna empacada marca Pi"nat
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DE&ARROLLO E'PERIMENAL
PRIMERA PARE
*alcule las propiedades físicas de los empa!ues de la columna, para ello, llenelas siguientes tablas4
(#) 0eso dela probeta
( g )369.5
) 3Amero deempa!ues en
=77 (cm=)
554
(*) *olocar =77 (cm=) de
empa!ues enla probeta
=77
(+) olumen deagua para cubrir
=77 (cm=)de empa!ues
214
(,) 0eso de laprobeta yempa!ues
( g )
533.4
"5i6metro interno de la columna %"78 (cm)&ongitud empacada de la columna 79 (cm)"3o" de empa!ue
muestra
5o, di6metro
e<terno(cm)
5i, di6metro
interno(cm)
&, longitud
(cm) 0.75 0.574 1.142 0.63 0.44 0.77= 0.64 0.47 0.82@ 0.73 0.574 1% 0.6 0.5 0.599 0.74 0.59 0.82' 0.76 0.59 0.868 0.58 0.42 0.63 0.74 0.6 0.848
7 0.65 0.49 0.69 0.74 0.59 0.92 0.638 0.442 0.9= 0.63 0.45 0.75@ 0.66 0.5 0.7% 0.56 0.374 0.579 0.74 0.59 0.9
0romedio 0.67425 0.512125 0.8055
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C-%cu%o de% -rea tota% . pie/a de empa0ue;o (cm)2
Do Ro =
0.337
;i (cm)2
Di Ri =
0.256
Brea de lasbases (cm2)
( 222 iO R Rbaseslasde Área −××= π 0.302
Brea interna(cm2)
L Dierna Área ××= π int 1.296
Brea e<terna
(cm2
)
L Do Externa Área ××=π 1.706
Brea total /pie?a deempa!ue(cm2)
Áreerna Áreabaseslasde Áreatotal Área ++= int 3.304
"C-%cu%o de% peso de %os empa0ues
0eso de losempa!ues (g) probetalade Pesso
empa y probetalade Pesoemqueslosde Peso = 163.900
"C-%cu%o de %a fracci1n de 2uecos
$racción dehuecos probladeVolumen
aguadeVolumen=ε 0.713
"C-%cu%o de %as densidades
5ensidadaparente(g/cm=)
probetaladeVolumen
empaqueslosde Pesoaparente = ρ
0.546
5ensidadreal (g/cm=) aguadelVolumen−
= probetaladeVolumen
empaqueslosde Pesoreal ρ
1.906
"
C-%cu%o de% -rea superficia% espec3fica de %os empa0ues secos . unidad de4o%umen empacadoEmpa!ues /volumen probetaladeVolumen
N volumen por Empaques =
1.847
a v
×
×=
3
2
cm
empaques
empaque
cm
volumen por Empaquestotal ÁreaaV 6.102
"C-%cu%o de% -rea trans4ersa% 5 4o%umen de %a co%umna 4ac3a
Brea
transversalde flujo (cm2)
2
2
×= Diámetrol transversa Área π
20.268
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olumen dela columna columnaladeLongitud
ltransversaÁreacolumnaladeVolumen ×= 2148.44
""C-%cu%o de% 4o%umen de 2uecos en %a co%umna
olumen dehuecos en lacolumna(cm=)
columnaladeVolumen probetaladeVolumen
aguadeVolumen
columnalaenhuedeVolumen
×
=cos 1532.554
"C-%cu%o de% -rea trans4ersa% de f%u6o entre %os empa0ues
Brea transversalentre empa!ues(cm2)
×
=
columnalaen
huedeVolumen
columnaladeVolumen
columnalade Áreaempaquesentreltransversa Área
cos
14.458
&E7UNDA PARE
a8%as de datos e9perimenta%es para empa0ue seco 5 mo6ado
#emperatura del agua C 8 D* &ongitud empacada C 79 cm#emperatura del aire C 22 D*
Flujodeagua(L/h)
0
% aire G (kg/h)P domo
(cmH2O)
P fondo(cm
H2O)
P(cm
H2O)
P/L(kgf/m^2
m)
10 1.111634
175 60.8 60.7 0.1
0.943396226
20 2.223268
351 60.9 60.7 0.2
1.886792453
0 3.334902
526 61.1 60.45 0.65
6.132075472
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!0 4.446536
701 61.5 60.2 1.3
12.26415094
"0 5.558170
877 61.8 59.85 1.95
18.39622642
#0
6.669805
052 62 59.5 2.5
23.584905
66
$0 7.781439
227 62.6 59 3.6
33.96226415
0 8.893073
403 63 58.5 4.5
42.45283019
Flujode
agua(L/h)
#
% aire G (kg/h) P domo(cmH2O)
P fondo(cmH2O)
P(cmH2O)
P/L (kgf/m^2m)
10 1.111634
175 60.9 60.7 0.2
1.886792453
20 2.223268
351 61.1 60.5 0.6
5.660377358
0 3.334902
526 61.7 59.9 1.8
16.98113208
!0 4.446536
701 62.1 59.4 2.7
25.47169811
"0 5.558170877
63.1 58.5 4.6 43.39622642
#0 6.669805
052 64.2 57.5 6.7
63.20754717
$0 7.781439
227 65.6 56 9.6
90.56603774
0 8.893073
403 72.8 47.7 25.1
236.7924528
Flujo
deagua(L/h)
#
% aire G (kg/h)P domo
(cmH2O)
P fondo(cm
H2O)
P(cm
H2O)
P/L (kgf/m^2
m)
10 1.111634
175 60.9 60.7 0.2
1.886792453
20 2.223268
351 61.1 60.5 0.6
5.660377358
0 3.334902
526 61.7 59.9 1.8 16.981132
08
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!0 4.446536
701 62.1 59.4 2.7
25.47169811
"0 5.558170
877 63.1 58.5 4.6
43.39622642
#0
6.669805
052 64.2 57.5 6.7
63.207547
17
$0 7.781439
227 65.6 56 9.6
90.56603774
0 8.893073
403 72.8 47.7 25.1
236.7924528
Flujo
deagu
a(L/h)
% aire G (kg/h)
Pdomo(cm
H2O)
Pfondo
(cmH2O)
P(cm
H2O)
P/L(kgf/m^2
m)
101.111634
175 61 60.55 0.45
4.245283019
202.223268
351 61.4 60.4 1
9.433962264
0 3.334902526
61.6 60 1.6 15.09433962
!04.446536
701 61.9 59.7 2.2
20.75471698
"05.558170
877 63.4 58.2 5.2
49.05660377
#0Pun&o de
'arga6.669805
052 67 54.5 12.5
117.9245283
Fluj
odeagu
a(L/h
)
11
% aire G (kg/h)
Pdomo(cm
H2O)
P fondo(cm
H2O)
P(cm
H2O)
P/L(kgf/m^2
m)
10
1.111634
175 61 60.6 0.4
3.773584
90620 2.223268 61.4 60.5 0.9 8.490566
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351 038
03.334902
526 62.1 59.6 2.523.58490
566
!04.446536
701 62.5 59.2 3.331.13207
547
"0Pun&o de
carga5.558170
877 64.5 57.2 7.368.86792
453
Flujo
deagu
a(L/h
)
1#
% aire G (kg/h)
Pdomo(cm
H2O)
P fondo(cm
H2O)
P(cm
H2O)
P/L(kgf/m^2
m)
10 1.111634
175 61.3 60.5 0.87.547169
811
20 2.223268
351 61.7 60.2 1.514.15094
34
0 3.334902
526 61.9 59.9 218.86792
453
!0Pun&o de
carga4.446536
701 62.2 59.4 2.826.41509
434
Flujo
deagu
a(L/h
)
1
% aire G (kg/h)
Pdomo(cm
H2O)
P fondo(cm
H2O)
P(cm
H2O)
P/L(kgf/m^2
m)
101.111634
175 61.2 60.6 0.6
5.660377358
202.223268
351 61.4 60.2 1.2
11.32075472
03.334902
526 62.5 59.2 3.3
31.13207547
!0 Pun&o decarga 4.446536701 63 58.7 4.3 40.56603774
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CUE&IONARIO:
#$ Cu-ndo a%imenta e% aire con empa0ue seco; <o8ser4a a%"=n cam8ioen e% comportamiento interno de %a co%umna>
3o hay un cambio observable en la columna, solo la preción varía con elflujo del aire"
*$ Para un f%u6o de a"ua constante; cuando aumenta e% f%u6o de aire<o8ser4a a%"=n cam8io en e% comportamiento interno de %ascorrientes de %30uido 5 de% "as en %a co%umna>$ &i su respuesta essi; e9p%i0ue en 0u? consiste e% cam8io$Si, cuando aumentábamos el fujo de aire, este emuja al l!"uido, lo cual#ace "ue deje de fuir or estas re$iones, #aciendo "ue cada uno seconcentre en al$unas artes de la columna, #aciendo "ue el %en&meno deabsorci&n no se lle'e a cabo correctamente. (omien)a a 'erse un burbujeoen la torre.
<A 0u? condiciones de ca3da de presi1n en %a co%umna 5 de f%u6o deaire ocurre este cam8io>Esto ocurre cuando la caída de presión en la torre aumentaabruptamente" Esto debido a !ue la velocidad del gas !ue asciende estal !ue propicia !ue el lí!uido descienda con dificultad y se retenga grancantidad de este"
,$ <Cu-% es e% f%u6o de aire m-9imo 0ue se puede a%imentar para cadaf%u6o de a"ua recomendado>$ E9p%i0ue por0u? no es posi8%e
a%imentar un f%u6o ma5or de aire$*lujos má+imos deaire
*lujo dea$ua-#
/*lujo de
aire$#/
68.893073
403
86.669805
052
11
5.558170
877
164.446536
701
184.446536
701Los flujos de aire máximos van disminuyando a medida que aumenta el flujo de agua en
la torre debido a que el lí quido reduce el espacio disponible para el flujo de gas. Sin
embargo, la fracción de huecos no varí a con el flujo de gas. El punto en el que la
retención de lí quido comienza a aumentar, se aprecia por un cambio abrupto en la caí da
de presión, este punto recibe el nombre de punto de carga. No es posible aumentar el
flujo de gas ya que al aumentar todaví a más la velocidad del gas, la caí da de presión
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aumenta y en determinadas regiones de la columna el lí quido se transforma en una fase
continua y se dice que la columna está inundada.
@" Elaborar la gr6fica en escala loglog de ( L P ∆ s" F) para empa!ue seco
%" G*ómo es la variación de ( L P ∆ s" F) obtenida para empa!ue secoH9" Iacer la gr6fica 2 en escala loglog para cada uno de los flujos de agua
recomendados de ( L P ∆ s" F) sobre la grafica del punto @"'" G*u6l es el comportamiento observado en la gr6fica del punto anteriorH"
*omparar estos perfiles con respecto a la obtenida para empa!ue seco"G&a pendiente es constanteH, Gí o noH, e<plicar los cambios observados yen !u puntos
8" G*ómo se llaman estos puntos de cambioH" En este caso, G5e !u depende la caída de presión en la columnaH7" GEs conveniente trabajar la columna cerca de los flujos donde ocurren los
cambios bruscos de P ∆ H, Gí o noH, G0or !uH
"Elaborar la gr6fica = en coordenadas logarítmicas para representar loscomportamientos de las cantidades de las #ablas de datos e<perimentales"*olocar en la ordenada FJ 2 (a /ε =) 2.0
L µ / (g ρ F L ρ ) y en la abscisa las
cantidades (&J / FJ) ( ρ F / L ρ )/2" .nir con una curvilínea los puntos de
mayor ordenada2 *omo resultado de la información obtenida durante todo el e<perimento
asignar un nombre a la curva obtenida en el punto anterior =" *u6l es el significado físico de las ordenadas y las abscisas de la gr6fica =@" En la gr6fica = tra?ar los siguientes datos e<perimentales de torres
empacadas !ue reporta la literatura4
7@ *(a .ε ,) 2.0 L µ . (" ρ 7 L ρ ) (L@ . 7@) ( ρ 7 . L ρ )#.*
7"297 7"727
7"2=7 7"72%7"%7 7"7977"7 7"77
7"7%% 7"=777"7=7 7"9777"77 2"7777"77@ @"7777"77= %"777
*omparar las curvas e<perimentales con la curva obtenida con los datosanteriores, e<pli!ue sus conclusiones
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%" 0ara un proceso de absorción en esta columna" G-u porciento de losvalores de inundación recomienda para operar la columna a rgimenpermanenteH
9" Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tablamencionada en el problema planteado, el intervalo de flujo de aire en (kg/h) y de las caídas de presión / longitud en (kgf / m2 m) a travs de la torre,!ue garanticen la operación a rgimen permanente de la columnaempacada" e sugiere utili?ar la gr6fica 2 con ejes coordenadosaritmticos"
NOMENCLAURA
7 B $lujo de aire !ue se alimenta a la columna (kg /h)A!E C Brea transversal de flujo entre los empa!ues (m2)7@ B $lujo de aire por 6rea de flujo a travs de los empa!ues (kg /h m2)L@ B $lujo de agua por 6rea de flujo a travs de los empa!ues (kg /h m2)
L ρ ρ , B 5ensidad de gas y lí!uido (kg / m=)a C Brea superficial específica de los empa!ues secos / unidad de volumen
empacado o superficie especifica de relleno (m2 / m=)ε B $racción de huecos
L µ B iscosidad del agua (centipoises)" B +celeración de la gravedad 2' =' 977 (m / h2)
RE!ERENCIA& ILIO7RA!ICA&
" ;"E" #reybal, :ass #ransfer 1perations, :cFraK Iill, 8"2" $oust y col" 0rincipios de 1peraciones .nitarias, *E*+, '%=" Ernest L" Ienley, L"5" eader"" 1peraciones de separación por etapas de
e!uilibrio en ingeniería !uímica" Ediciones ;epla, "+" :<ico 5"$" 7
@ Ernest L" Ienley, L"5" eader"" eparation 0rocess 0rinciples" Lohn Miley
and ons, nc" .nited tates of +merica 8
%" Lames ;" Melty, *harles E" Micks, ;obert E" Milson" $undamentos de
transferencia de momento calor y masa" Editorial &imusa, "+" de *""
:<ico 5"$" 2777
+3EN1
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.tili?ar los valores !ue se especifican a condiciones est6ndar en el rot6metroes!uemati?ado abajo y plantear reglas de tres para conocer cual!uier flujo deaire, despus pasar los valores a las condiciones del &aboratorio de ngeniería-uímica" 3o es necesario hacer ningAn c6lculo para conocer el flujo de laalimentación lí!uida, la escala junto al rot6metro indica el flujo bombeado a la
columna, fijar la parte superior del flotador en el flujo deseado" +plicar lasecuaciones mostradas abajo para calcular densidades y viscosidades