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Universidad Nacional Autónoma de México Practica #1: Balance de materia a régimen permanente Fecha de entrega: 02 de septiembre de 2016 Fortunatt Martínez Héctor Omar Grupo: 19

1.- Datos experimentales Tabla 1 Medición de flujo de la bomba "B". No. de medició Masa Tiempo No. de n velocidad (No. de (g) (s) vaso) 1 70.3 3.47 4 2 72.0 3.47 3 74.4 3.75 Tabla 2 Medición de flujo de salida del mezclado r. No. de medició Masa Tiempo No. de n velocida (No. de d (g) (s) vaso)

Flujo másico (g/min) Promedio 1215.56 1244.95 1190.40

1207.30

Flujo másico IR

%Masa

(g/min) Promedio

4

No. de velocida d

4

85.9

4.78

1078.2

5

80.5

4.60

1050.0

6 No. de medició n

83.3

4.69

1065.7

Masa

Tiempo

(No. de vaso)

1064.63

Prome 1.3549

22.7

1.3542

22.0

1.3543

22.1

Flujo másico IR

(g)

(s)

%Masa

(g/min) Promedio

6

7

64.9

3.62

1075.7

8

78.0

4.25

1101.2

85.6 Masa

4.59 Tiempo

9 No. de No. de velocida medició d n

22.2

1098.63

1119.0 Flujo másico

Prome 1.3542

22.0

1.3541

21.9

1.3540 IR

21.8 %Masa

21.9

(No. de vaso)

(g)

(s)

(g/min) Promedio

8

10

67.8

3.56

1142.7

11

75.2

3.79

1140.5

12

80.8

4.00

1212.0

Prome

1181.73

1.3530

20.8

1.3525

20.3

1.3525

20.3

2.- Diagrama del Equipo

T-A (1)

(3)

T-B (2)

4

5

8

9

6

7 (11)

13

1= Tanque A

(12)

14

20.4

2= Tanque B 3= Mezclador 4, 5, 8, 9, 13 y 14= Válvulas 6 y 7= Bombas 11 y 12= Tanques para depositarla solución resultante 3.- Cuestionario 1.- Elaborar un diagrama de flujo en el que se describa claramente la parte del proceso de mezclado con las corrientes de flujo. Llenar los tanques T-A y T-B con las soluciones correspondientes de MEG hasta un volumen de 90%.

Seleccionar la velocidad 4 en el tanque B, la cual permanecera constante.

Medir el flujo de salida del tanque B, cerrando la valvula de alimentacion del mezclador.

Abrir valvula(8) o (9) para que el producto se deposite en el contenedor (11) o (12).

Abrir la valvula de alimentacion del mezclado cerrando la de salida del tanque B.

Asignar una velocidad en la bomba del tanque A, mayor e igual a 3 y menor e igual a 8.

Medir flujo del producto obtenido.

Repetir el procediemto con 3 velocidades difrentes.

2.- Plantear la ecuación de balance total y la de balance por componente. Balance general E A + E B =S Balance por componente

X MEG( A ) E A + X MEG ( B) EB =X MEG(S ) S X Agua( A ) E A + X Agua ( B ) E B= X Agua(S) S

3.- Identifique en cada una de las corrientes:

-Las incógnitas -

Flujo másico de solución A en la entrada del Mezclador (g/min) (E A) Fracción masa de MEG en la corriente de la solución A (X MEG(A)) Fracción masa de agua en la corriente de la solución A (X Agua(A)) Fracción masa de MEG en la corriente de la solución B (X MEG(B)) Fracción masa de agua en la corriente de la solución B (X MEG(B))

-Los datos directos e indirectos Directos: -

Masa Tiempo IR

Indirectos: -

Flujo másico % Masa

-Las relaciones entre variables -

XMEG(A) + XAgua(A) = 1 XMEG(B) + XAgua(B) = 1

4.-Formule un sistema de ecuaciones similar a las de la pregunta 2 para cada una de las velocidades en las que opero la bomba “A”. -Para velocidad 4 E A 4 + EB 4=S 4 X MEG( A ) E A 4 + X MEG ( B ) E B 4= X MEG (S ) S4 X Agua( A ) E A 4 + X A gua (B ) E B 4 =X Agua(S ) S 4

-Para velocidad 6 E A 6 + E B 4 =S6 X MEG( A ) E A 6 + X MEG ( B) EB 4=X MEG (S) S 6 X Agua( A ) E A 6+ X Agua ( B ) E B 4 =X Agua(S) S6

-Para velocidad 8 E A 8 + E B 4 =S 8 X MEG( A ) E A 8 + X MEG (B ) E B 4=X MEG (S) S 8 X Agua( A ) E A 8+ X Agua ( B ) E B 4 =X Agua(S) S8

5.-Con la información de las tablas 1 y 2, resolver las ecuaciones del punto anterior para dar la respuesta del problema (el flujo másico en g/min con el que debe operar la bomba “A”. Ya que se tienen los datos de la tabla 1 y 2 con ello se tienen los flujos de la corriente B a la velocidad EB4, además se tiene los flujos de la corriente S en todas sus respectivas velocidades con lo cual se puede determinar la velocidad de flujo de la bomba “A” para cada situación con ayuda de la primera ecuación de cada caso. Con lo que sustituyendo valores para cada ecuación se tiene: -Para velocidad 4 E A 4 +1207.30=1064.63 -Para velocidad 6

E A 6 +1207.30=1098.63 -Para velocidad 8 E A 8 +1207.30=1181.73 Con lo cual se tiene el valor del flujo al que debe de operar la bomba “A” para cada caso al despejar el flujo en a cada ecuación dando los siguientes resultados: -Para velocidad 4 E A 4=−142.67 g /min -Para velocidad 6 E A 6 =−108.67 g /min -Para velocidad 8 E A 8 =−25.57 g /min 6.-Con el valor del flujo másico determinado en el punto anterior, determine el No. de velocidad con la cual la bomba “A” debe operar (recordar que la variación de la velocidad con respecto al No. de velocidad es lineal). Con los datos de flujo obtenidos para cada velocidad y su porcentaje en masa se tiene la tabla siguiente: Velocidad Flujo bomba “A” (g/min) % Masa 4 -142.67 22.26 6 -108.67 21.90 8 -25.57 20.46 Se puede hacer una gráfica de % Masa vs % velocidad la cual tiene la siguiente forma:

% Masa vs Velocidad 22.5 22

f(x) = - 0.45x + 24.24 R² = 0.89

21.5 21

% Masa

Linear ()

20.5 20 19.5 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 Velocidad

Con ayuda de la ecuación de la gráfica se deduce la velocidad que se debe de usar para que él % Masa del MEG sea de 20% con lo cual sustituyendo y despejando en la ecuación de la gráfica se tiene que: Velocidad=

20−24.24 −0.45

Con lo cual se tiene que la velocidad debe de ser de 9.42 Ahora se hace una gráfica de Flujo de la bomba “A” vs velocidad la cual queda de la siguiente manera:

Velocidad vs Flujo 10 f(x) = 0.03x + 8.98 R² = 0.94 Velocidad

8 6 Linear ()

4 2 0 -150

-100 Flujo

-50

0

Ahora con ayuda de la ecuación de la gráfica se deduce el flujo de la bomba “A” ya que se conoce que la velocidad a la que debe de operar esta es de 9.42, con lo cual sustituyendo y despejando se tiene que: Flujo=

9.42−8.9784 0.0323

Con lo que se tiene que el flujo debe de ser de 13.67 g/min

4.- Conclusiones Lo que se aprendió en esta práctica fue a como se opera un equipo para determinar la concentración de dos tanques que contenían una mezcla de MEGagua cada uno con una composición distinta. En la experimentación se tuvo que los flujos combinados en la salida resultaron tener una magnitud menor que la del flujo que se tuvo del tanque B, esto probablemente se debió a que una manguera que transportaba el flujo A era menor en términos de diámetro que la manguera del tanque B, también al tener de ambos lados del equipo bombas de la misma magnitud el flujo de A fue considerablemente menor que el flujo de B con lo cual este primero no se podía sumar al segundo ya que la energía cinética de este segundo al tener mayor flujo

que el primero se lo impedía con lo cual de hecho esto provocaba una descompensación en el flujo total. Otra causa de esta descompensación pudo ser que cuando se tomaban las mediciones del flujo no se pudo sincronizar de manera adecuada la toma de la medición del tiempo con respecto a la masa que se obtenía por lo cual esto también pudo ser factor. Con base a los resultados obtenidos también con ayuda de un balance de materia se pudo determinar el flujo al cual trabajaba la bomba “A” el cual al tener una velocidad estimada mayor que las medidas para que él % Masa del MEG fuera de 20 sorpresivamente resulto ser positiva esto debido a que en la gráfica que se hizo la pendiente era negativa con lo cual a determinada velocidad el flujo paso a ser positivo es decir la bomba “A” ya no descompensaba si no que aportaba a el flujo total, con lo cual se pudo determinar que a mayor velocidad en la bomba “A” el % masa del MEG disminuía. 5.- Bibliografia Valiente B. A. y Stivalet C. R., Problemas de Balances de Materia, Alhambra Mexicana, 1986 Andersen L. B. and Wenzel L. A., Introduction to Chemical Engineering, McGraw-Hill, N. Y. 1961.

Metodología de cálculo para la las tablas Tabla 1 masa =flujo tiempo g 60 s =1215.56 g / min ( 70.3 3.47 s )( 1 min )

Tabla 2

masa =flujo tiempo g 60 s =1300.00 g / min ( 85.9 4.78 s )( 1min )

%Masa=

22.7 =

IR−1.3322 0.001

1.3549−1.3322 0.001