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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA III

EXPERIMENTO 3. Hidrodinámica de Una Columna Empacada.

Casarrubias Cervantes Ricardo Alejandro Laboratorio de Ing. Química III Grupo: 02 Horario: 11:00 – 14:00 Hrs Fecha de entrega: 17 de Octubre del 2016

MÉXICO

UNAM

2016

I. PROBLEMA Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tabla siguiente, el intervalo de flujo de gas (aire) en kg/h y de caídas de presión por unidad de longitud en kgf / m 2 m a través de la torre, que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada. Tabla Flujos de agua recomendado s 5 L/h 7 L/h 9 L/h 12 L / h 15 L / h II.

DIAGRAMA DE FLUJO (EQUIPO)

III.

DATOS EXPERIMENTALES Flujo de Agua 0 (L/h)

%Air e 10.0 0 20.0 0 30.0 0 40.0 0 50.0 0 60.0 0 70.0 0 80.0 0

G

Pdomo

Pfondo

∆P

∆P/L

Q

Qest

G'

L'

(kg/ h)

(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O)

1.11

66.10

65.40

0.70

6.60

0.72

0.92

798.48

0.00

2.22

66.20

65.40

0.80

7.55

1.44

1.85

1596.96

0.00

3.33

66.40

65.20

1.20

11.32

2.16

2.77

2395.44

0.00

4.45

66.50

65.60

0.90

8.49

2.88

3.70

3193.92

0.00

5.56

66.80

64.70

2.10

19.81

3.60

4.62

3992.39

0.00

6.67

67.30

64.60

2.70

25.47

4.32

5.55

4790.87

0.00

7.78

67.90

63.60

4.30

40.57

5.04

6.47

5589.35

0.00

8.89

68.60

63.00

5.60

52.83

5.76

7.40

6387.83

0.00

(cmH2O/ (m^3aire (m^3aire (Kg/h*m^ (Kg m) /h) /h) 2)} H2O/h*m^2)

Flujo de Agua 5 (L/h) %Air e

G

Pdom o

Pfond o

(kg/ h)

(cm H2O)

(cm H2O)

∆P/L Q (cmH2O (m^3air (cm / e/ H2O) m) h)

65.70

0.40

3.77

0.72

0.92

65.20

1.10

10.38

1.44

1.85

10.0 0 1.11 66.10 20.0 0 2.22 66.30

∆P

Qest G' L' G ord (m^3ai (Kg/ (Kg re/ h*m^2 H2O/ h) ) h*m^2) 798.48 3585.50 0.01 1596.9 6 3585.50 0.04

G abs

0.16 0.08

30.0 0 40.0 0 50.0 0 60.0 0 70.0 0 80.0 0

3.33 66.80

64.90

1.90

17.92

2.16

2.77

4.45 67.50

64.00

3.50

33.02

2.88

3.70

5.56 68.60

63.10

51.89

3.60

4.62

6.67 82.50

49.00

316.04

4.32

5.55

7.78 86.00

45.50

5.50 33.5 0 40.5 0

382.08

5.04

6.47

2395.4 4 3193.9 2 3992.3 9 4790.8 7 5589.3 5

Qest

G'

3585.50 0.09

0.05

3585.50 0.15

0.04

3585.50 0.24

0.03

3585.50 0.35

0.03

3585.50 0.47

0.02

Flujo de Agua 7 (L/h) %Air e

10.0 0 20.0 0 30.0 0 40.0 0 50.0 0 60.0 0 70.0 0 80.0 0

G

Pdom o

Pfond o

∆P

∆P/L

Q

1596.9 6 2395.4 4 3193.9 2 3992.3 9 4790.8 7 5589.3 5 6387.8 3

(Kg H2O / h*m^2) 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0 5019.7 0

G'

L'

(kg/h )

(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O)

(cmH2 (m^3air (m^3air (Kg O e e / /m) /h) /h) h*m^2)

1.11

66.50

65.10

1.40

13.21

0.72

0.92

2.22

66.60

65.00

1.60

15.09

1.44

1.85

3.33

67.00

64.50

2.50

23.58

2.16

2.77

4.45

68.00

63.40

4.60

43.40

2.88

3.70

5.56

69.10

62.40

6.70

63.21

3.60

4.62

6.67

72.00

58.20

130.19

4.32

5.55

7.78

77.70

51.00

251.89

5.04

6.47

8.89

87.50

43.50

415.09

5.76

7.40

13.8 0 26.7 0 44.0 0

L'

798.48

G ord

G abs

0.01

0.22

0.04

0.11

0.09

0.07

0.15

0.05

0.24

0.04

0.35

0.04

0.47

0.03

0.61

0.03

G ord

G abs

Flujo de Agua 9 (L/h) %Air e

G (kg/ h)

10.0 1.11 0 20.0 2.22 0

Pdom o

Pfond o

∆P

∆P/L

Q

Qest

(Kg H2O / h*m^2) 6453.9 798.48 0.01 0 1596.9 6453.9 0.04 6 0

(cmH2 (m^3air (m^3air (Kg O e e / /m) /h) /h) h*m^2)

(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O)

66.30

65.30

1.00

9.43

0.72

0.92

66.60

65.10

1.50

14.15

1.44

1.85

0.28 0.14

30.0 0 40.0 0 50.0 0 60.0 0 70.0 0 80.0 0

3.33

66.90

64.60

2.30

21.70

2.16

2.77

4.45

67.30

64.30

3.00

28.30

2.88

3.70

5.56

68.30

63.10

5.20

49.06

3.60

4.62

6.67

71.00

59.50

108.49

4.32

5.55

7.78

92.00

37.50

514.15

5.04

6.47

11.5 0 54.5 0

2395.4 4 3193.9 2 3992.3 9 4790.8 7 5589.3 5

6453.9 0 6453.9 0 6453.9 0 6453.9 0 6453.9 0

G'

L'

0.09

0.09

0.15

0.07

0.24

0.06

0.35

0.05

0.47

0.04

G ord

G abs

0.01

0.37

0.04

0.19

0.09

0.12

0.15

0.09

0.24

0.07

0.35

0.06

G ord

G abs

Flujo de Agua 12 (L/h) %Air e

10.0 0 20.0 0 30.0 0 40.0 0 50.0 0 60.0 0 70.0 0 80.0 0

G

Pdom o

Pfond o

∆P

(kg/ h)

(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O )

(cmH2 (m^3air (m^3air (Kg O e e / /m) /h) /h) h*m^2)

1.11

66.40

64.80

1.60

15.09

0.72

0.92

2.22

66.90

64.80

2.10

19.81

1.44

1.85

3.33

67.40

64.20

3.20

30.19

2.16

2.77

4.45

68.50

62.30

6.20

58.49

2.88

3.70

5.56

71.30

59.40

112.26

3.60

4.62

6.67

75.70

54.40

200.94

4.32

5.55

11.9 0 21.3 0

∆P/L

Q

Qest

1596.9 6 2395.4 4 3193.9 2 3992.3 9 4790.8 7

(Kg H2O / h*m^2) 8605.1 9 8605.1 9 8605.1 9 8605.1 9 8605.1 9 8605.1 9

G'

L'

798.48

Flujo de Agua 15 (L/h) %Air e

G

Pdom o

Pfond o

∆P

(kg/ h)

(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O)

65.80

65.30

0.50

66.10

64.90

1.20

66.70

64.20

2.50

10.0 1.11 0 20.0 2.22 0 30.0 3.33 0

∆P/L

Q

Qest

(cmH2 (m^3air (m^3air (Kg (Kg H2O O e e / / /m) /h) /h) h*m^2) h*m^2) 10756.4 4.72 0.72 0.92 798.48 0.01 9 1596.9 10756.4 11.32 1.44 1.85 0.04 6 9 2395.4 10756.4 23.58 2.16 2.77 0.09 4 9

0.47 0.23 0.16

40.0 4.45 0 50.0 5.56 0

70.30

60.00

77.70

52.00

IV.

10.3 0 25.7 0

97.17

2.88

3.70

242.45

3.60

4.62

3193.9 10756.4 0.15 2 9 3992.3 10756.4 0.24 9 9

CUESTIONARIO

1.- Cuándo alimenta el aire con empaque seco, ¿observa algún cambio en el comportamiento interno de la columna? Únicamente se distingue la caída de presión en la columna. 2.- Para un flujo de agua constante, cuando aumenta el flujo de aire ¿observa algún cambio en el comportamiento interno de las corrientes de líquido y del gas en la columna? Si su respuesta es si, explique en qué consiste el cambio ¿A qué condiciones de caída de presión en la columna y de flujo de aire ocurre este cambio? Si, se comienza a observar un burbujeo y se puede pensar que el aire esta cargando al agua que viene en contra corriente en la columna.     

A A A A A

flujo flujo flujo flujo flujo

de de de de de

5 L/h el ΔP=33.5 mmH2O y 60% de aire. 7 L/h el ΔP=13.18 mmH2O y 60% de aire 9 L/h el ΔP=11.5 mm H2O y 60% de aire 12 L/h el ΔP=11.9 mm H2O y a 50% de aire 15 L/h el ΔP=10.3 mm H2O y a 40% de aire

3.- ¿Cuál es el flujo de aire máximo que se puede alimentar para cada flujo de agua recomendado? Explique porqué no es posible alimentar un flujo mayor de aire Flujo de H2O Recomendado (L/h) 5 L/h 7 L/h 9 L/h 12 L/h 15 L/h

Flujo de Aire Máximo (Kg/h) 7.78 8.8 7.78 6.67 5.56

En estos puntos se llega a los puntos de carga, y como se estaba cuidando el equipo no se puede alimentar más flujo pues se inundaría la columna.

0.12 0.09

4.- Elaborar la gráfica 1 en escala log-log de ( P empaque seco.

L

Vs. G) para

5.-

¿Cómo es la variación de ( P

L

Vs. G) obtenida para empaque seco?

Se tiene un error experimental que distorsiona la tendencia de una línea recta 6.- Hacer la gráfica 2 en escala log-log para cada uno de los flujos de agua recomendados de ( P L Vs. G) sobre la grafica 1 del punto 4.

7.- ¿Cuál es el comportamiento observado en la gráfica del punto anterior? Comparar estos perfiles con respecto a la obtenida para empaque seco. ¿La pendiente es constante?, ¿Sí o no?, explicar los cambios observados y en qué puntos Con respecto a la recta de columna de empaque seco que es una recta y las curvas de los flujos distintos de agua, se observa un cambio de pendiente para todas demás de las gráficas observadas. 8.- ¿Cómo se llaman estos puntos de cambio? Puntos de carga 9.- En este caso, ¿De qué depende la caída de presión en la columna? Dependen tanto de:  Flujo de Aire  Flujo de Agua  Geometría de la Columna  Tipo de empaque. 10.- ¿Es conveniente trabajar la columna cerca de los flujos donde ocurren los cambios bruscos de P ?, ¿Sí o no?, ¿Por qué? No, porque el sistema es inestable, y además si usáramos la columna para un sistema de absorción la columna no trabaja completamente ya que como el corriente aire empuja la corriente del líquido, la columna no operaria en su totalidad. 11.-Elaborar la gráfica 3 en coordenadas logarítmicas para representar los comportamientos de las cantidades de las Tablas de datos experimentales. Colocar en la ordenada G´ 2 (aV /  3)  L0.2 / (g  G  L ) y en la abscisa las cantidades (L´ / G´) (  G /  L )1/2. Unir con una curvilínea los puntos de mayor ordenada

12- Como resultado de la información obtenida durante todo el experimento asignar un nombre a la curva obtenida en el punto anterior Línea de puntos de carga. 13.- Cuál es el significado físico de las ordenadas y las abscisas de la gráfica 3 Las ordenadas nos indican la relación que existe entre la masa velocidad entre agua y aire, indicando el flujo predominante. Las abscisas nos indican en flujo a través del empaque y su comportamiento. Con esto predecimos caídas de presión a partir de distintos flujos. 14.- En la gráfica 3 trazar los siguientes datos experimentales de torres empacadas que reporta la literatura para curvas de inundación (6). G´ 2(aV /  3)  L0.2 / (g

L ) 2.6 2.2 1.2 0.44 0.06 0.01 0.0045 0.0008 0.00001

G

(L´ / G´) ( 

G

0.01 0.02 0.05 0.1 0.3 0.7 1 2 7.8

/  L )1/2

Comparar las curvas experimentales con la curva obtenida con los datos anteriores, explique sus conclusiones

En este caso la curva trazada (azul) en base a valores de la tabla corresponden a la línea de inundación de la columna. Como podemos observar nuestra curva de carga (negro) se encuentra por debajo de la zona de inundación, lo que podría ser bueno siempre y cuando no se aleje demasiado de ésta; pues, de lo contrario, se estaría desaprovechando la capacidad del equipo. No es recomendable trabajar en condiciones cercanas al punto de inundación ni al punto de carga, pues le sistema no opera de manera correcta en el proceso que se requiera no será el esperado o el adecuado. 15.- Para un proceso de absorción en esta columna. ¿Qué porciento de los valores de carga recomienda para operar la columna a régimen permanente? Se recomienda seleccionar del 60%-65% del ΔP de inundación de la torre para operar la columna a régimen permanente

16.- Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tabla mencionada 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 través de la torre, que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada. Se sugiere utilizar la gráfica 2 con ejes coordenados aritméticos.

Flujo de H2O (L/h)

Intervalo de Flujo de aire (Kg/h)

5 7 9 12 15

1.11 - 5.56 1.11 – 6.67 1.11 – 6.67 1.11 – 5.56 1.11 – 4.45

Intervalo de caída de presión (Kg/m^2*m) 3.37 – 51.89 13.21 – 130.19 9.43 – 108.49 15.09 – 112.26 4.72 – 97.17