UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Transferencia de Momentum
Fase Fase 3. Reconocer Reconocer las operaciones unitarias que invol ucran cambios físicos Grupo 211610_2
Elaborado Elaborado por: Ana An a María Guer rer o Ag udelo ud elo Sandra Patricia Montoya
Formadora Heidy Lor ena Gallego Gallego
Universidad Nacional Abierta y a Distancia - UNAD Escuela de Ciencias Bási cas, Tecnol Tecnol ogía e Ingeniería Ingeniería Ingeniería de Alimentos Junio 27 de 2017 1
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TABLA DE CONTENIDO
1. OBJETIVOS .......................................................................................................... 3 1.1 Objetivo General .....................................................................................................3 1.2 Objetivos Específicos ..............................................................................................3 2. EJERCICIOS DE FILTRACION ................................................................................... 4 EJERICIO 9.1 (Ana Maria Guerrero) .............................................................................4 EJERCICIO 9.2 (Sandra Montoya)................................................................................5 3. DATOS OBTENIDOS EN LAS SIMULACIONES DE VIRTUAL PLANT .....................7 Ana Maria Guerrero-Perdidas de presión en accesorios y tuberías ..............................7 Ana Maria Guerrero-Sedimentación ..............................................................................7 4. REPRESENTACION GRAFICA DE LAS SIMULACIONES ........................................8 Ana Maria Guerrero-Perdidas de presión en accesorios y tuberías ..............................8 Ana Maria Guerrero-Sedimentación ..............................................................................8 5. ANALISIS DE LAS TENDENCIAS .............................................................................. 9 Ana Maria Guerrero-Perdidas de presión en accesorios y tuberías ..............................9 Ana Maria Guerrero-Sedimentación ..............................................................................9
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Transferencia de Momentum 1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General ❖
Poner en práctica los conceptos de presión y la teoría correspondiente a filtración y sedimentación de diferentes fluidos.
1.2 Objetivos Específicos ❖
Hacer simulaciones a diferentes caudales para determinar la perdida de presión y su implicación de acuerdo a los accesorios utilizados en la simulación.
❖
Aplicar la teoría de filtración, para determinar su eficiencia de acuerdo al tipo de filtro y a el fluido a usar dentro de cada uno de los problemas de aplicación.
❖
Realizar simulaciones de sedimentación teniendo en cuanta los diferentes caudales y cantidad de solidos sedimentables para determinar la eficiencia de un sedimentador y su comportamiento con diferentes materiales.
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Transferencia de Momentum 2. EJERICICIOS DE FILTRACION
EJERCICIO 9.1: Para purificar agua se dispone de un filtro de lecho profundo, constituido de dos capas: la primera de 50cm de partículas de antracita de tamaño -14+10 (Tyler), y la segunda de 50cm de partículas de arena de tamaño -48+35 (Tyler). En la tabla siguiente se resumen las características de cada una de las capas:
Considerando que sobre el lecho del filtro se mantienen 75cm de agua, determine la capacidad inicial del filtro (G 0), en m 3/m2h Desarroll o del Ejercici o Se realiza verificación del tamaño de las partículas de acuerdo a las dimensiones de los tamices Tyler y se determina el tamaño de partículas promedio: Antracita: 1.168mm y Arena 0.295mm =
1.168 + 0,295 2
= 0.7315
Se calcula la superficie de la esfera:
= (0.7315) ∗
(0.001) 1
= 1.68110−
Con la superficie de la esfera se pasa a calcular la superficie de las partículas: =
∅
=
1.68110− 0,75
= 2.24110−
Se calcula el volumen de la esfera: =
(0.7315) 6
∗
(0.001) 1
= 2.04910−
Se asume que el volumen de las partículas es igual al volumen de la esfera: = = 2.04910− 4
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Se calcula el diámetro de la partícula: =
6 6 = = 5.48610− 2.24110− ( ) ( ) 2.04910−
Se realiza cambio de unidades de la caída de presión: 75 ∗
98.0665 1 ∗ ∗
=
7354,98 ∗
Con los datos ya desarrollados se determina la capacidad inicial del filtro: (∆) ∗ ∗
7354.98 ∗ 1000 ∗ (5.48610− ) ∗ (0,75) ∗ ∗ = = 150 ∗ ∗ ∗ (1 ) ∗ ∗ ∗ 1 5 0 ∗ (0.89010− ) ∗ 1 ∗ (1 0,75) 111.92 111.92 = = ∗ ∗ ℎ
EJERCICIO 9.2: Un tambor rotatorio con el 30% de superficie sumergida, se ha de utilizar para filtrar una suspensión acuosa concentrada que contiene partículas en una concentración de 14,7(lb/pie3 de suspensión), equivale a S=0,2 (masa de solido/masa total de suspensión). Si la torta contiene 50% de humedad (basada en la torta húmeda, o sea r=2) y la caída de presión se mantiene constante en 20 pulg. De mercurio (equivalente a 1414(lbf/pie2), estime el área que debería tener el filtro para tratar 10gal/min (equivalente a 0,0223 de desechos), considerando que el tiempo del ciclo es de 5 min. Experiencias anexas de laboratorio señalan que la resistencia especifica de la torta, α, es de 1,833x10 11 (pie/lb) Desarroll o del ejercic io Considerando que no se tiene información para evaluar la resistencia del medio filtrante esta será despreciada, lo cual en la mayoría de casos es una aproximación razonable. Por tanto la ecuación de filtración queda reducida a: ∆
=
( ) 2 Ѱ
Ahora k1 estaría definido: = ( µ)(1 )
Así la ecuación quedaría: 5
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= (
(−)(−∆)Ѱ
)1/2
La diferencia entre el flujo de alimentación de suspensión y el flujo de filtrado (agua), se obtiene asi por balance de masa: Entrada de suspensión= Masa de filtrado + masa de torta O,0223(14,7)(1/s)=Q 0(62,4)+0,0223(14,7)r ∴ Q0 = 0,0158 pie 3/s
Luego si reemplazamos todas las variables en la ecuación para hallar A, tenemos: A=84 pie2
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3. DATOS OBTENIDOS EN LAS SIMULACIONES DEL VIRTUAL PLANT Ana Maria Guerrero- Perdi das de presión en accesorios y tuberías Entrada
Salida
Caudal (m3/s)
Presión 1 (kPa)
Presión 2 (kPa)
Presión 3 (kPa)
Presión 4 (kPa)
Presión 5 (kPa)
1,33
81,33
52,42
49,46
681,77
662,93
2
79,47
47,54
40,86
717,68
696,93
2,57
77,3
41,84
30,82
744,39
721,44
3
75,3
36,6
21,58
762,22
737,23
Ana Maria Guerrer o- Sedi mentació n Entrada Caudal de alimentación Concentración de solidos (m3/h) deseada (kg/m3) 4 12 4 16 4 20 4 22 4 24 4 28 4 32 4 36 4 40
Salida Tiempo de sedimentación (h) 11 9 7 6 6 5 5 4 4
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4. REPRESENTACION GRAFICA DE LAS SIMULACIONES Ana Maria Guerrero- Perdi das de presión en accesorios y tuberías
Perdida de presion en accesorios y tuberias 90
780
3 80 y 2 , 70 1 s o 60 i r o s e 50 c c A40 ) a P 30 k ( n o 20 i s e r 10 P
760 5 y
740 4 720 700 680 660 640 620
0
s o i r o s s e c A ) a P k ( n o i s e r P
600 1,33
2
2,57
Presión 1 (kPa)
Presión 2 (kPa)
Presión 4 (kPa)
Presión 5 (kPa)
3 Presión 3 (kPa)
Ana Maria Guerrero- Sedim entación
Tiempo de sedimentación (h) 12 ) h ( 10 n o i c a t 8 n e m i d 6 e S e d 4 o p m e i 2 T
0 12
16
20
22
24
28
32
36
40
Concentracion de Solidos deseada (kg/m3) Tiempo de sedimentación (h)
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5. ANAL ISIS DE LAS TENDENCIAS
Ana Maria Guerrer o- Perd id as de presión en acces orio s y tu berías Se evidencia que a mayor caudal la caída de presión en los accesorios 1, 2 y 3 es más baja y en los accesorios 4 y 5 la caída de presión aumenta, debido a que el desaireador y las bombas centrifugas realizan un trabajo sobre el sistema. Ana Maria Guerrero- Sedim entación Se evidencia claramente que, para obtener una mayor concentración de solidos a diferentes caudales, el tiempo de sedimentación es menor debido a que para este proceso de concentración se podrían aumentar las dosis de coadyuvant es que permitirían que la separación solido-liquido sea más rápida y al aumentar el peso de las partículas el tiempo se reduciría considerablemente.
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