HIDRODINÁMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA. PROBLEMA Encuentre usted para cada flujo de agua, recomendado en la Tabla 1, el intervalo de flujo de gas (aire) y de caídas de presión a través de la torre, que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada en estudio. Flujos de agua recomendados 5 L/h 7 L/h 9 L/h 12 L/h 15 L/h MATERIAL Y EQUIPO • Anillos raschig de vidrio • Balanza granataria • Probeta de 500 mL • Vaso de precipitados de 500mL • VernierEQUIPO • Columna empacada marca Pignat Fig.1 SUSTANCIAS • Agua con colorante de fluoresceína. • Mezcla gaseosa de aire. SERVICIOS • Corriente eléctrica MEDIDAS DE SEGURIDAD: • Verifique que el regulador de aire colocado en el equipo tenga la presión de un bar. • Para cambiar el flujo de la mezcla líquida, deberás apagar primero la bomba antes de hacer cambios en las pulsaciones y llenado del émbolo de la bomba. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO: 1
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Encuentre usted para cada flujo de agua, recomendado en la Tabla 1, elintervalo de flujo de gas (aire) y de caídas de presión a través de la torre, quegaranticen la operación a régimen permanente de la columna empacada enestudio.
Flujos de agua recomendados
5 L/h7 L/h9 L/h12 L/h
15 L/h
MATERIAL Y EQUIPO• Anillos raschig de vidrio• Balanza granataria• Probeta de 500 mL• Vaso de precipitados de 500mL• Vernier
EQUIPO• Columna empacada marca Pignat Fig.1
SUSTANCIAS• Agua con colorante de fluoresceína.• Mezcla gaseosa de aire.
SERVICIOS• Corriente eléctrica
MEDIDAS DE SEGURIDAD:•
Verifique que el regulador de aire colocado en el equipo tenga la presiónde un bar.• Para cambiar el flujo de la mezcla líquida, deberás apagar primero la
bomba antes de hacer cambios en las pulsaciones y llenado del émbolode la bomba.
b) Encienda el compresor del laboratorio y verifique el suministro de aire,abra la válvula V –1 de entrada para alimentar al equipo.
c) Abra la válvula que descarga el gas a la atmósfera.d) Conecte la bomba de alimentación de líquido.e) Verifique que el tanque de alimentación de líquido contenga agua
coloreada con fluoresceína.f) Alimente aire y controle el flujo, a las posiciones propuestas en la Tabla
de flujos recomendados, con la válvula V - 2 en el rotámetrog) Mida la diferencia de presión P ∆ entre el domo (Pd ) y el fondo (Pf) de
la columna para cada posición de flujo de aire. Estos datos serán lascaídas de presión para empaque seco, con los que se llenará la Tabla 1.
Tabla 1: Diferencia de presión P ∆ para empaque seco
h) Alimente agua por medio de la bomba a los flujos recomendados en elproblema, ajustando la frecuencia y llenado del émbolo de la bomba conlos controles que se encuentran el panel frontal de la bomba.
i) Para cada uno de los flujos de líquido recomendadas en el problema,
mida las caídas de presión entre el domo y el fondo de la columna yllene la tabla 2 para cada posición de flujo de aire.Importante: Apagar la bomba antes de mover la perilla o las flechasdel panel frontal de la bomba.
j) Dejar de medir las P ∆ hasta que comience a burbujear aire en algunasección de la torre empacada, para esto, cierre la válvula que alimentaaire.
Tabla 2: Diferencia de presión P ∆ para empaque seco
k) Paro del equipo.
1. Apague la bomba y desconéctela de la corriente eléctrica.2. Cierre las válvulas del rotámetro.3. Cierre las válvulas maestras de alimentación de aire. Y no olvideapagar el compresor del laboratorio.
4. Verifique que todas las válvulas se encuentren cerradas y todas lasconexiones eléctricas desconectadas.
Tabla 2: Diferencia de presión P ∆ para empaque seco
CUESTIONARIO:
1. Cuando alimenta el aire con empaque seco ¿observa algún cambio en elcomportamiento interno de la columna?
R: No se observa ningún cambio
2. Para un flujo de agua constante, cuando aumenta el flujo de aire¿observa algún cambio en el comportamiento interno de las corrientesde líquido y gas en la columna?
a. Si su respuesta es si, explique en qué consiste el cambio.
R: se presentaba un burbujeo y una acumulación en la parte superior de lacolumna cerca del domo.
b. ¿A qué condiciones de caída de presión en la columna y de flujode aire ocurre este cambio?
Flujos de agua(L/h) % aire ∆P [cmH2O]
5 80 31.9
7 75 32.6
9 65 43.9
12 60 25.5
15 50 18.3
Para el∆
P solo se realizo una resta:∆P = Pd – Pf = 57.5 mmH2O - 56.6 mmH2O = 0.9 mmH2O
3. ¿Cuál es el flujo de aire máximo que puede alimentar para cada flujo deagua recomendado? Explique ¿por qué no es posible alimentar un flujode gas mayor?
R: porque después del flujo máximo ya no hay régimen permanente, y si semantiene este flujo es muy probable inundar el domo y dañar el equipo como
4. Elabore una gráfica de caída de presión en la columna por unidad de
longitud de la columna empacada ( ) L
P ∆ contra el flujo de aire (G) para
empaque seco. Para ello deberá llenar la Tabla 3.
Ecuación para calcular el flujo de aire: Y =13.891X-.0618Donde Y = % de flujo leído en el rotámetro, X = Flujo de aire en L/h
Nota: se utilizan valores mostrados en las tablas (10,20,…80).
ALGORITMO PARA OBTENER EL FLUJO DE AIRE (m3 /h) std, FLUJOCORREGIDO (m3 /h), EL FLUJO DE AIRE (Kg/h) G Y ∆P/L
Para el flujo de aire (m3/h) std, usamos la siguiente ecuación Y = 0.0139 X – 0.02417Donde Y = % de flujo leído en el rotámetro, X = Flujo de aire en L/h
std h
maire Flujo
airede
X
X Y
3
58777.1440
0139.0
02417.0%20
02417.00139.0
=
+=
−=
Flujo corregido (m3/h):
( ) ( )atmC h
matmC
h
m77.0,205877.14401,255877.1440
33
°⇒°
Aplicando la ecuación general del estado gaseoso (ideal)
7. ¿Cuál es el comportamiento observado?, compara estas con respecto ala gráfica obtenida para empaque seco. La pendiente es constante, ¿si ono?, explique los cambios qué observe y en qué puntos.
R: Al principio parece lineal y después hay un cambio de la pendiente. Elcambio de pendiente es debido al aumento del ∆P ya que no hay un descensode fluido y empieza acumularse en la parte superior de la columna.
8. ¿Cómo se llaman estos puntos de cambio?
R: Punto de inundación.
9. ¿De qué depende la caída de presión en la columna empacada?
R: Para un flujo constante del agua depende del aumento del flujo del aire.
10. ¿Es conveniente trabajar la columna empacada cerca de los flujosdonde ocurren los cambios bruscos de P ∆ ?, si,o, no ¿por qué?
R: No, cerca de esos puntos el sistema es inestable y empieza a estancar locual propicia que se desborde el líquido superior por la columna.
11. Represente en una misma gráfica de L´/G´( ρ G / L ρ )1/2 vs G’2(Ap/E3)
2.0 L µ /g ρ G L
ρ el comportamiento de cada corrida, a los diferentes flujosde agua y una con una línea los puntos con la mayor ordenada. Paraello deberás llenar la Tabla 4.
Nota: Hacer la grafica en coordenadas logarítmicas.
Compara las curvas experimentales con la curva obtenida con los datosanteriores
13. Como resultado de la información obtenida durante todo el experimentoasigne Usted un nombre a la curva obtenida en el punto 11.
R: Curva de inundación.
14.En un proceso de absorción, en esta columna ¿Qué intervalos de flujode gas y de caída de presión recomienda usted para operar la columnaa régimen permanente?
NOMENCLATURA
G = Flujo de aire (Kg/h)
G´ = Flujo de aire por área (Kg/hm2)L = Flujo total de agua (Kg/h)L´= Flujo de agua por área (Kg/hm2)
LG ρ ρ , = Densidad de gas y líquido respectivamente [=] (Kg/m3)
L µ = Viscosidad del líquido en (Cp)Ap= Área específica (propiedad física del empaque) (m2/m3)E = % de huecos (propiedad física del empaque) nota: tomar en cuentavalores en porcentajeg = Constante de la gravedad 1.27x108 m/h2
∆P/L”=diferencia de presión de la columna/longitud de la columna
• R.E. Treybal, Mass transfer Operations, Mc Graw Hill, 1998.• Foust Wenzel, Principios de Operaciones Unitarias, CECSA, 1975• Perry, Manual del Ingenierio Químico, Mc. Graw Hill, 2000• Autores varios, Procesos de Separación I Prácticas de laboratorio,