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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PACHUCA
Ingeniería Química
Laboratorio Integral I
Pre-Informe
Tema: Punto de inundación y porosidad de lechos empacados
Practica 3°:
“Determinación del punto de inundación en una columna empacada a diferentes flujos de aire y agua”
Integrantes:
Edwin Michel Martínez Jiménez
Carlos Josué Pérez Jiménez
Lizde Azarel Guzmán Guzmán
Emmanuel Rojo Olguín
Docente: M. en C. Irma Yolanda León Castelazo
Fecha de Entrega: 18 de marzo del 2020
2.- Índice
- 3.-Objetivo
- 4.-Justificación
- 5.-Hipótesis
- 6.-Fundamento teórico
- 7.-Diseño de la práctica
- 7.1.-Variables independientes
- 7.2.-Variables dependientes
- 7.3.-Sistema físico
- 7.4.-Equipo y materiales
- 7.5.- Desarrollo de la práctica
- 7.6.-Datos a obtener y posibles cálculos a realizar………………..………………………
- Referencias
6.- Fundamento Teórico
(Danckwerts, 1970). En la industria, una columna empacada es un tipo de lecho empacado que se utiliza para realizar procesos de separación, como la absorción, la separación y la destilación. Una columna empaquetada es un recipiente a presión que tiene una sección empaquetada.
El dispositivo consiste en una columna cilíndrica, torre, equipada con una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior, una entrada de líquido y un distribuidor en la parte superior, salidas para el gas y el líquido por la parte superior e inferior, respectivamente y una masa soportada de cuerpos solidos inertes que recibe en nombre torre empacada. El soporte del empaque consiste por lo general en una criba o tamiz corrugado, para darle fuerza con una gran fracción de área libre de forma que no se produzca inundación en el soporte.
(Universidad Politécnica de Catalunya. 2017). La columna se puede rellenar con un empaquetado volcado aleatorio (creando una columna empaquetada al azar) o con secciones de empaquetado estructuradas, que están dispuestas o apiladas (creando una columna empaquetada apilada). En la columna, los líquidos tienden a humedecer la superficie del empaque y los vapores pasan a través de esta superficie húmeda, donde tiene lugar la transferencia de masa. Se puede utilizar material de embalaje en lugar de bandejas para mejorar la separación en las columnas de destilación. El empaque ofrece la ventaja de una menor caída de presión en la columna (en comparación con las placas o bandejas), lo cual es beneficioso cuando se opera al vacío.
Figura 1. Torre empacada.
(Geankoplis, C. 1999) La caída de presión puede determinarse mediante correlaciones empíricas o modelos teóricos del flujo de dos fases en lechos
Sección A
Sección B
empacados. Pero, para este caso se utilizará la fórmula:
∆𝑃 = ℎ(𝜌𝑎 − 𝜌𝑔)𝑔 Ec. (1)
Dónde:
h altura (cm) densidad (kg/m^3 ) g gravedad (m/s^2 )
El Punto de Inundación
(Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda” 2014). Es la fase de la operación de la torre donde empieza a existir retención de líquido en las secciones de la torre; este punto se evidencia en la práctica por la notable acumulación del líquido en las paredes de la torre y el abundante burbujeo del mismo por acción del flujo ascendente del gas. El régimen de la fase líquida se vuelve turbulento y la caída de presión en la torre aumenta de manera abrupta y eventualmente puede presentarse el rebosamiento del líquido por el tope de la misma. El punto de inundación es función exclusiva de la velocidad del gas que asciende, en ocasiones es tal, que alcanza su velocidad de inundación y propicia que el líquido descienda con dificultad y se retenga gran cantidad de éste. Se incrementa la cantidad de líquido que se acumula en la torre porque el gas no permite la circulación continua dentro de la misma, y el proceso de alimentar líquido a la columna no se detiene, aún con el flujo de gas invariable, las pérdidas de carga en la sección empacada de la columna tienden a elevarse dramáticamente.
Las velocidades másicas del gas y del líquido influyen sobre la altura necesaria del relleno de tal manera que al aumentar esta velocidad disminuye la altura necesaria de relleno. Por este motivo se debería trabajar con las velocidades máximas siempre y cuando no sea un problema importante el gasto económico que producen las pérdidas de presión
(Geankoplis, C. 1999). El cálculo de la velocidad de inundación se realiza a partir del gráfico de Lobo, en el eje de abscisas se representa:
𝐺 = densidad del gas (kg/m^3 )
𝐿= densidad del líquido (kg/m^3 )
𝐿= viscosidad del líquido (centipoises).
g= aceleración de la gravedad (1,27·108 m/h^2 ). V= velocidad lineal del gas (m/s).
^3
⁄ = superficie específica de relleno (m^2 /m^3 ), sus valores son conocidos según
los diferentes tipos de relleno.
7.- Diseño de la Práctica
7.1.- Variables independientes
Flujo de aire
Flujo de agua
7.2.- Variables dependientes
Punto de inundación
7.3.- Sistema físico
Aire-agua
7.4.- Equipo y material
Equipo
Torre empacada
Material
Piseta
Cubeta
Manguera
Regla
7.5.- Desarrollo de la práctica
1.-Asegurar que las válvulas estén bien cerradas.
2.-Encender el equipo de la torre de empaques
3.-Encender el compresor de aire
4.-Revisar si el manómetro está bien calibrado, en el caso que no sea así calibrarlo.
5.-Abrir la válvula de agua
6.- Abrir la válvula de aire para que inicie el flujo del mismo.
7.-Ajustar los flujos requeridos en el caso del aire 20 lt/min y en el de agua 2 lt/min
8.-Estabilizar el manómetro y medir con una regla las diferencias de altura de esté.
9.-Repetir el procedimiento con flujos de aire diferentes a 30, 40 y 50 L/min.
10.-Repetir el procedimiento ahora cambiando el flujo de agua a 3 L/min y posteriormente a 4 L/min, respectivamente cambiar el flujo de aire.
11.-Registrar los datos obtenidos.
12.- Calcular el punto de inundación.
12.-Cerrar las válvulas y con la ayuda de la manguera vaciar el tanque de agua.
13.- Verificar que todo esté completamente cerrado y apagar el equipo.
*7.6.- Datos a obtener y posibles cálculos a realizar
Marcar con una x cuando a cierto flujo de aire y agua se presente un burbujeo en la columna empacada (punto de inundación)
Sección de la columna
Flujo de agua (L/min)
Flujo de aire (L/min)
Presencia de punto de inundación
A (arriba)
AB (completa)
*Cálculos a realizar: en esta ocasión solo se observara el punto de inundación de forma experimental
8.- Referencias
Geankoplis, C. (1999). Procesos de transporte y operaciones unitarias 3ra edición. México: grupo editorial patria.
Danckwerts, (1970). P. V. Reacciones liquido-gas. Nueva York: McGraw-Hill
Universidad Politécnica de Catalunya. (2017). Velocidad de inundación de una columna. 24/02/2020, de Castalla recuperado de: http://lacova.upc.es/~plantapilot/castella/model%20matematic_2.5.html
Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda”. (2014). Determinación de los puntos de carga e inundación de una torre empacada. 24/02/2020, de determinación de los puntos de carga e inundación de una torre empacada, recuperado de: https://ingenioconstructivista.files.wordpress.com/2012/11/evaluacic3b3n- hidrac3balica-de-la-columna-empacada.pdf
7 Diseño. Variables, sistema físico, equipo y materiales, desarrollo, datos, cálculos.
4
(^8) APA. Referencias. Real, completa, en sistema 1
(^9) sin errores ortográficos. Redacción y ortografía. Entendible, claro, 2
(^10) puntos y no copia de otros trabajos. Originalidad.^ Congruencia en todos los 2
Puntaje máximo 2 0 puntos^
Puntaje mínimo para aprobar la evidencia 14 puntos^
Puntaje obtenido
