columnas empacadas - baixardoc

Instituto Politécnico Nacional

ESIQIE

Flujo de fluidos

Practica: Perdida de presión por fricción a través de columnas empacadas.

Nombre del profesor: Carlos Román Román.

Nombre del alumno:

Figueroa Amador Rocio M.

Mendoza Saucedo Erick Isaid

Moreno Najera Paola

Roldan Galván María de los Ángeles.

Rodríguez Contursi Martha Fernanda.

Trejo González Ángel Uriel

Grupo: 2IM57

Equipo utilizado

*Un tanque rotoplas con una capacidad de 450 litros de diámetro 84 cm,

utilizando alimentación del agua al sistema.

*Una bomba centrífuga, acoplada a un motor eléctrico monofásico de 1

HP que trabaja a 3,450 r. p. m., para transportar el fluido al equipo.

*Un rotámetro marca Fisher and Porter modelo 10A3665 con flotador ¾-

GNSVGT59 para manejar agua con capacidad de 20 L/min.

Cuatro columnas con una longitud de 93 cm, empacadas con esferas de

vidrio de diferente tamaño.

* Una columna de vidrio de 1 pulgada de diámetro interior, con

empaques esféricos de vidrio con diámetro de 1.25 cm.

* Una columna de vidrio de 1 ½ pulgadas de diámetro interior, con


* Una columna de vidrio de 2 pulgadas de diámetro interior, con


* Una columna de acero al carbón de 2 pulgadas de diámetro nominal

cédula 40, con empaques esféricos de vidrio con diámetro de 1.45 cm.

Una celda de presión diferencial tipo neumática con una entrada de 20

lb/in2, y una señal de salida de 3-15 lb/in2.

*Un manómetro tipo Bourdon de bronce, para la alimentación del aire al

transmisor de presión diferencial, con carátula de 4.5 pulgadas, y con

rango de medición de 0-2 Kgf/cm2.

*Un manómetro tipo Bourdon de bronce, para la toma de señal de salida

del transmisor de presión diferencial, con carátula de 2 pulgadas, y con

rango de medición de 0-2 Kgf/cm2.

Condiciones de operación

Sólo la columna empacada que era utilizada para la experimentación,

debía tener las válvulas abiertas para permitir el flujo de agua y

circulación del aire, el resto de las columnas, debían tener sus líneas de

flujo cerradas.

Para cada medición de presión a diferentes gastos del rotámetro, se

accionaba el encendido de la bomba e inmediatamente después de ser

tomada la lectura, ésta se apagaba.

Las líneas de recirculación estaban abiertas, no así, las de drenaje.

Tabla de datos experimentales

Columna 1 Columna 2 Columna 3 Columna 4%R P

Kgf/cm2

%R PKgf/cm2

%R PKgf/cm2

%R PKgf/cm2

1 100 1.01 100 0.5 100 0.32 100 0.322 90 0.9 90 0.48 90 0.32 90 0.323 80 0.78 80 0.44 80 0.30 80 0.304 70 0.68 70 0.4 70 0.30 70 0.305 60 0.58 60 0.38 60 0.30 60 0.306 50 0.5 50 0.36 50 0.28 50 0.287 40 0.42 40 0.32 40 0.28 40 0.28

Gasto volumétrico

Por medio de la siguiente grafica se determina el gasto

volumétrico para las 4 Columnas

Columna 1,2,3,4.

Y=0.1914x-0.0053

Corrida 1

X=100

Y=0.1914 (100)-0.0053=19.1347 L/min.

Gv (l/min) %R19.1347 10017.2207 9015.3067 80

13.3927 7011.4787 609.5647 507.6507 40

Columna 1Corrida 11.- Cálculo de la densidad de flujo o masa velocidad.Diámetro=1 inD=2.54 cm

A= (Π/4)D2=(Π/4)(0.0254m)2=5.067x10 -4 m 2

Gv=(19.1347 l/min)(1min/60seg)(1m3/1000l)=3.189x10 -4 m 3 /seg

Gs=Gv ρ / A=(3.189x10-4m3/seg)(1000kg/m3)/ (5.067x10-4 m2) =629.389

kg/s-m 2

Gs= densidad de flujo en kg/s-m2.

ρ=Densidad del fluido en kg/m3.

A= área de sección transversal de la columna en m2.

2.-Calculo de número de Reynolds modificado

Diámetro de la esfera=1.25 cm

Rem=adimensional

DP= Diámetro de la esfera en m

Gs= kg/s-m2.

μ=Densidad en kg/m- s

Rem=Dp Gs/μ=(0.0125 m)(629.389 kg/s-m2)/(0.001 kg/m- s)=7867.368

3.- Cálculo de la pérdida de presión por fricción experimental

Por medio de la siguiente grafica se determina ΔP en cm Hg a partir de la

presión en Kgf/cm2.

Y=0.0168x+0.21

Donde:

x=pérdida de presión por fricción [=] cm Hg

y= presión experimental [=] Kgf/cm2

X= (1.01 kgf/cm2-0.21)/0.0168=47.61 cm Hg

47.61 cm Hg =476.1 mm Hg (1.03323 kgf/cm2/760 mm Hg) =0.6472

kgf/cm 2

ΔP = (0.6472 kgf/cm2) (10000cm2/1m2)=6473.87 kgf/m 2

4.-Velocidad

V=Gs/ ρ=629.389 kg/s-m2/1000 kg/m3=0.6293 m/s.

5.-Calculo del factor de fricción modificado

Ecuación de Fanning:

∆P/w=2fmv2/L g Dp

Despeje del factor de fricción modificado:

fm=∆PgDp/2wv2L

Donde:

∆ P/w = pérdida de presión por fricción, expresada como columna del

fluido [=] m

∆P = pérdida de presión por fricción [=] Kgf/m2

w = peso específico del fluido [=] Kgf/m3

fm = factor de fricción modificado [=] adimensional

v = velocidad lineal a la entrada de la columna, como si estuviera vacía

[=] m/s

L = altura de la columna empacada [=] m

g = aceleración de la gravedad [=] m/s2

Dp = diámetro de la esfera [=] m

w=1000 Kgf/m3

L=0.93 m

Fm= (6473.87Kgf/m2)(9.81m/s2)(0.0125m)/(2)(1000Kg/m3)

(0.6294m/s)2(0.93m)=1.0774

De igual manera se realizan los cálculos para cada una de las corridas de

la columna 1

Gs (kg/m2-s) V (m/s) ∆P cm Hg629.389 0.6294 47.62566.433 0.5664 41.07503.476 0.5035 33.93440.52 0.4405 27.98377.563 0.3776 22.02314.607 0.3146 17.26251.651 0.2517 12.5

Columna 2Corrida 11.- Cálculo de la densidad de flujo o masa velocidad.Diámetro=11/2 inD=3.81 cm

A= (Π/4)D2=(Π/4)(0.0381m)2=1.1409x10 -4 m 2

Gv= (19.1347 l/min)(1min/60seg)(1m3/1000l)=3.189x10 -3 m 3 /seg

Gs=Gv ρ / A= (3.189x10-4m3/seg)(1000kg/m3)/ (1.1409x10-3 m2) =279.51

kg/s-m 2






Rem=adimensional


Gs= kg/s-m2.






Y=0.0168x+0.21

Donde:



X= (0.5 kgf/cm2-0.21)/0.0168=17.261 cm Hg


kgf/cm 2

ΔP = (0.2346 kgf/cm2) (10000cm2/1m2)=2346.778 kgf/m 2

4.-Velocidad

V=Gs/ ρ=279.51kg/s-m2/1000 kg/m3=0.27951 m/s.

5.-Calculo del factor de fricción modificado


∆P/w=2fmv2/L g Dp


fm=∆PgDp/2wv2L

Donde:


fluido [=] m





[=] m/s




w=1000 Kgf/m3

L=0.93 m

Fm= (2346.778 Kgf/m2) (9.81m/s2)(0.0145m)/(2)(1000Kg/m3)(0.27951

m/s)2(0.93m)=2.2972

De igual manera se realizan los cálculos para cada una de las corridas

de la columna 2

Gs (kg/m2-s) V (m/s) ∆P cm Hg279.52 0.2795 17.26251.56 0.2516 16.07223.60 0.2236 13.69195.64 0.1956 11.31167.68 0.1677 10.12139.72 0.1397 8.929111.76 0.1118 6.548

Columna 3 y 4Corrida 11.- Cálculo de la densidad de flujo o masa velocidad.Diámetro=2 inD=5.08 cm

A= (Π/4)D2=(Π/4)(0.0508m)2=2.642x10 -3 m 2

Gv=(19.1347 l/min)(1min/60seg)(1m3/1000l)=3.189x10 -3 m 3 /seg

Gs=Gv ρ / A=(3.189x10-4m3/seg)(1000kg/m3)/ (2.642x10-3 m2)

=120.70kg/s-m 2






Rem=adimensional


Gs= kg/s-m2.






Y=0.0168x+0.21

Donde:



X= (0.32 kgf/cm2-0.21)/0.0168=6.548 cm Hg


kgf/cm 2

ΔP = (0.0890 kgf/cm2) (10000cm2/1m2)=890.15 kgf/m 2

4.-Velocidad

V=Gs/ ρ=120.70kg/s-m2/1000 kg/m3=0.1207 m/s.

5.-Calculo Del factor de fricción modificado


∆P/w=2fmv2/L g Dp


fm=∆PgDp/2wv2L

Donde:


fluido [=] m





[=] m/s




w=1000 Kgf/m3

L=0.93 m

Fm= (890.15 Kgf/m2) (9.81m/s2)(0.0145m)/(2)(1000Kg/m3)(0.1207

m/s)2(0.93m)=4.672

De igual manera se realizan los cálculos para cada una de las corridas de

la columna 3 y 4

Gs (kg/m2-s) V (m/s) ∆P cm Hg120.7 0.1207 6.5486108.6 0.1086 6.54896.56 0.0966 6.54884.48 0.0845 5.35772.41 0.0724 5.35760.33 0.0603 4.16748.26 0.0483 4.167

Tabla de resultados columna 1

Gv(l/min) ∆P (kgf/cm2) Rem Fm19.1347 0.6473 7867.36 1.07717.2207 0.5584 7080.41 1.14715.3067 0.4613 6293.45 1.199613.3927 0.3803 5506.50 1.292111.4787 0.2994 4719.54 1.3859.5647 0.2347 3932.59 1.56317.6507 0.1699 3145.64 1.7691

Tabla de resultados columna 2

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