Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Departamento de Ingeniería Química Petrolera
UNIDAD DE OPERAIONES UNI!ARIAS "A#ORA!ORIO DE $"U%O DE $"UIDOS
Práctica 2 PÉRDIDA DE PRESIÓN POR Pro&' oncepci(n So)eranes Pére*
E+uipo , Del -alle .ena Antonio /alicia Rodrígue* Ricardo Darío /uerra .iranda Diego Orti* /arcía Andrea !apia ! apia "(pe* Sergio Arturo Arturo 0P-1,
$ec2a de reali*aci(n3 , de Octu)re del 45,6 $ec2a de entrega3 ,6 de Octu)re del 45,6
Objetivo General Determinar las caídas de presi(n7 de un 8u9o +ue circula a través de columnas empacadas con di&erentes características7 como3
:-olumen :Di;metro :Di&erentes tipos de empa+ues
O)9etivos Particulares
A< Deter Determin minar ar la perdid perdida a de presi( presi(n n experime experimenta ntall =>exp< de un 8uid 8uido o +ue +ue cir circula cula a trav través és de una una co colu lumn mna a em empa paca cada da77 co con n empa+ue de columna es&érica' #< Determinar el &actor de &ricci(n experimental de cada columna en &unci(n del n?mero de Re@nolds modicado =Rem<
< /racar la pérdida de presi(n experimental =>exp< contra el gasto volumétrico =/v< para cada columna empacada7 para interpretar el comportamiento 2idr;ulico de las columnas' D< /racar el &actor de &ricci(n modicado =$m< contra el n?mero de Re@nolds modicado =Rem< para cada columna empacada7 para interpretar el comportamiento 2idr;ulico de las columnas'
Introducci(n
"as torres empacadas ocupan un lugar destacado en las industrias de tras&ormaci(n sico+uímica7 @a +ue 9uegan un papel &undamental en las operaciones de trans&erencia de masa @ de calor +ue re+uieren el contacto directo entre las &ases inmisci)les' Una unidad de torre empacada );sica recompone de una envoltura de la columna7 eliminadores de rocío7 distri)uidores de lí+uido7 material de empa+ue7 soporte del empa+ue @ puede incluir un retenedor del empa+ue' uando se utili*an solventes o gases altamente corrosivos7 para los interiores de la columna se re+uieren de aleaciones resistentes a la corrosi(n o materiales pl;sticos' Principales aplicaciones3 •
Remoci(n de contaminantes del aire7 eliminaci(n de olores'
•
•
•
•
A)sorci(n de di(xido de car)onoB en control de emisiones @ en los procesos solva@'
A)sorci(n en procesos de producci(n de ;cido nítrico7 sul&?rico7 cloro'
Desorci(n de car)onataci(n de agua7 despo9amiento de amoníaco'
Destilaci(n Recticaci(n al vacío de crudo Extracci(n lí+uidoB "í+uido'
•
Recuperaci(n de compuestos org;nicos de corrientes acuosas
•
Des2umidicaci(n @ desalini*aci(n de agua
•
En&riamiento de plantas térmicas @ nucleares
En el la)oratorio contamos con el siguiente e+uipo para reali*ar la pr;ctica7 son 1 columnas empacadas7 las tres primeras son de vidrio @ la ?ltima es de acero inoxida)le'
"os di&erentes tipos de empa+ues son los siguientes
Diagrama !e Fl"jo
#abla !e Dato E$%erimentale
!a)la CB4' Datos Experimentales de las olumnas Empacadas ORRID A
olumna , R
olumna 4 R
olumna 0 R
,55
P =cm de g< ,5'G
olumna 1
,
C5
P =cm de g< ,F'4
R
,55
P =cm de g< ,'4
,55
P =cm de g< 1'4
4
65
,4'G
H5
F'C
H5
,'5
H5
0'0
0
15
F'6
F5
C'F
F5
5'F
F5
4'C
1
05
1'C
G5
6'4
G5
5'C
G5
4'5
6
45
4'5
C5
0'F
C5
5'1
C5
,'C
Cálc"lo olumn a orrida 0 Datos
, R
4
P=
15
kgf cm
R
2
F'6
F5
0
P=
R
kgf cm
2
C'F
1
P=
F5
kgf cm
R
2
5'F
F5
,< rea transversal π 2 A = D 4
olumna , Di;metroJ 5'5461 m
A =
π 4
.0254 m
2
J 5'55565G mK
olumna 4 Di;metroJ 5'50F,m
A =
π 4
.0381 m
2
J 5'55,,1 mK
olumna 0 Di;metroJ 5'565Fm
A =
π
A =
π
4
.0508 m
2
.0508 m
2
J 5'55454G mK
olumna 1 Di;metroJ 5'565Fm
4
J 5'55454G mK
4< /asto volumétrico Por medio de graca /vJ 5',H,1xB5'5560 olumna ,
xJ15
/vJ 5',H,6 =15
L min
P=
kgf cm
4'C
2
olumna 4
olumna 0
olumna 1
xJF5
xJF5
xJF5
/vJ 5',H,6 =F5
L min
/vJ 5',H,6 =F5
L min
/vJ 5',H,6 =F5
L min
0< am)io de unidades olumna ,
/vJ G'C65G
(
L min
1m
)(
3
1000 L
1 min 60 seg
)
J 5'555,4G6,4
3
m / seg
olumna 4
/vJ ,6'05CG
L min
(
/vJ ,6'05CG
L min
(
1m
3
1000 L
)(
1 min 60 seg
)
J 5'555466,,4
)
J 5'555466,,4
3
m / seg
olumna 0
1m
3
1000 L
)(
1 min 60 seg
3
m / seg
olumna 1
/vJ ,6'05CG
L min
(
1m
3
1000 L
)(
1 min 60 seg
) J 5'555466,,4
3
m / seg
1< .asa velocidad o densidad de 8u9o Gs=
( Gv ) ( ρ )
ρ JHHG
A
( 0.000127512 m / seg) ( 997 kg / m ) Gs= 3
olumna ,
3
kg / m
0.000507 m ²
3
2 J 465'FH,HC kg / s∗m
olumna 4
( 0.000255112 m / seg ) ( 997 kg / m ) Gs=
olumna 0
( 0.000255112 m / seg ) ( 997 kg / m ) Gs=
olumna 0
( 0.000255112 m / seg ) ( 997 kg / m ) Gs=
3
3
0.00114 m ²
3
2 J 440'5H400 kg / s∗m
3
0.002027 m ²
3
2 J ,46'1FH10 kg / s∗m
3
0.002027 m ²
2 J ,46'1FH10 kg / s∗m
6< Numero de Re@nolds modicado Rem=
( Dp ) ( Gs )
μ J 5'555FH,
μ
olumna , di;metro de la es&era =Dp< J 5'5,46 m
( 0.0125 m ) (250.89196 kg / s∗m ) Rem= J 06,H'F5FG 0.000891 kg / s∗m 2
olumna 4 di;metro de la es&era =Dp< J 5'5,16 m
( 0.0145 m ) (223.09233 kg / s∗m ) Rem= J 0C05'6G5H 0.000891 kg / s∗m 2
olumna 0 di;metro de la es&era =Dp< J 5'5,16 m
( 0.0145 m ) (125.48943 kg / s∗m ) Rem= J 4514',HC4 0.000891 kg / s∗m 2
olumna 1 di;metro de la es&era =Dp< J 5'5,16 m
( 0.0145 m ) (125.48943 kg / s∗m ) Rem= J 4514',HC4 0.000891 kg / s∗m 2
C< Perdida de presi(n por &ricci(n a través de graca ∆ P= 0.0168 x + 0.21
olumna , xJ F'6
kgf / cm
2
2
∆ P= 0.0168 ( 8.5 kgf / cm )+ 0.21 J 5'064F
kgf / cm
2
2 olumna 4 xJ C'F kgf / cm
2
∆ P = 0.0168 ( 6.8 kgf / cm )+ 0.21 J 5'04141
kgf / cm
2
kg / s∗m
2 olumna 0 xJ 5'F kgf / cm
2
∆ P= 0.0168 ( 0.8 kgf / cm )+ 0.21 J 5'44011
kgf / cm
2
kgf / cm
2
2 olumna 1 xJ 4'C kgf / cm
2
∆ P= 0.0168 ( 0.8 kgf / cm )+ 0.21 J 5'460CF
G< am)io de unidades olimna, ∆ P=¿ 5'064F
kgf / cm
(
2
2
10000 cm 1 m2
)=¿
2 064F kgf / m
olumna 4 ∆ P=¿ 5'04141
kgf / cm
2
kgf / cm
2
kgf / cm
2
(
2
10000 cm 1 m2
)=¿
2 0414'1 kgf / m
olumna 0 ∆ P=¿ 5'44011
(
2
10000 cm 1 m2
)
=¿ 4401'1 kgf / m
2
olumna 1 ∆ P=¿ 5'460CF
(
2
10000 cm 1 m2
)=¿
2 460C'F kgf / m
F< -elocidad lineal V =
Gs ρ
ρ=¿ HHG
olumna , v=
kg / s − m 3 997 kg / m
250.89196
2
J 5'46,C1CH m / s
olumna 4 v=
kg / s − m 3 997 kg / m
223.09233
2
J 5'440GC0C m / s
3
kg / m
olumna 0 v=
kg / s − m 3 997 kg / m
125.48943
2
J 5',46FCG m / s
olumna 1 v=
kg / s − m 3 997 kg / m
125.48943
2
J 5',46FCG m / s
H< oeciente de &ricci(n V
¿ ¿ 2¿ ( g ) ( Dp ) ( ∆ P ) fm = ¿
2 gJ H'F, m / s
"J 5'H0 m
3 HHG'4F44 kgf / m
olumna ,
/ s ¿ ( 0.93 m ) ( 997.2822 kgf / m ) 2¿ ( 9.81 m / s ) ( 0.0125 m) ( 3528 kgf / m ) J 0'CG,CC6 fm = ¿ 2
0.2516469 m
2
3
2
olumna 4
/ s ¿ ( 0.93 m ) ( 997.2822 kgf / m ) 2¿ ( 9.81 m / s ) ( 0.0145 m) (3242.4 kgf / m ) J 1'H65CC14 fm= ¿ 2
0.2237636 m
2
3
2
olumna 0
( 0.93 m) ( 997.2822 kgf / m ) 2¿ ( 9.81 m / s ) ( 0.0145 m ) (2234.4 kgf / m ) J ,5'GF4000 fm = ¿ 0.125867
m/ s ¿
2
3
2
2
olumna 1
/ s ¿ ( 0.93 m ) (997.2822 kgf / m ) 2¿ ( 9.81 m / s ) ( 0.0145 m ) (2536.8 kgf / m ) J ,4'41,6HC fm = ¿ 2
0.125867 m
2
3
2
P'espJ
!a)la de resultados de la corrida 0 /v Rem ∆P
Datos
L / min
olumna , olumna 4 olumna 0 olumna 1
kgf / cm
G'C65G ,6'05CG ,6'05CG ,6'05CG
&m
2
5'064F 5'04141 5'44011 5'460CF
06,H'F5FG 0C05'6G5H 4514',HC4 4514',HC4
0'CG,CCC6 1'H65CC14 ,5'GF4000 ,4'41,6HC
#abla !e Re"lta!o olumna , orrida /v ="Lmin< MP =g&Lcm4< , ,,'1GFG 5'6,6GC 4 H'6C1G 5'1400C 0 G'C65G 5'064F 1 6'G0CG 5'4FG4F 6 0'F44G 5'410C
Rem 64F5'H0445G 1155'0G511H 06,H'F5FCH4 4C0H'41CH06 ,G6F'CF6,GG
&m 4'0F16,564 4'F,H56FCC 0'CG,CCC6 6'0,GC4HH0 ,5',61F6GF
olumna 4 orrida /v ="Lmin< MP =g&Lcm4<
Rem
&m
, 4 0 1 6
,H',01G ,G'445G ,6'05CG ,0'0H4G ,,'1GFG
5'0FHGC 5'0611F 5'04141 5'4HG0C 5'4G0F1
160F'64GHC4 15F1'61H16C 0C05'6G5H6 0,GC'6H4111 4G44'C,0H0F
0'F5F,1H0C 1'4GC,44CF 1'H65CC144 6'H05G5161 G'101F0GGG
olumna 0 orrida /v ="Lmin< MP =g&Lcm4< Rem &m , ,H',01G 5'405,C 4664'H4,HGF G',5G41F64 4 ,G'445G 5'44CF 44HG'66H5CH F'C1CF,HHC 0 ,6'05CG 5'44011 4514',HC,6H ,5'GF40004 1 ,0'0H4G 5'4455F ,GFC'F0046 ,0'FG4C11G 6 ,,'1GFG 5'4,CG4 ,60,'1G501 ,F'6HC0F6H
olumna 1 orrida /v ="Lmin< MP =g&Lcm4< Rem &m , ,H',01G 5'4F56C 4664'H4,HGF F'CC06F50, 4 ,G'445G 5'4C611 44HG'66H5CH ,5',,HHF,H 0 ,6'05CG 5'460CF 4514',HC,6H ,4'41,6HC1 1 ,0'0H4G 5'410C ,GFC'F0046 ,6'0664,G1 6 ,,'1GFG 5'40CFF ,60,'1G501 45'04C4F44
Grá&ca Col"mna '
(P v Gv (P ).GF+C,2 ,,'6 ,5'6 H'6 F'6 G'6 C'6 6'6 1'6 0'6
Gv )*+,IN-
Fm v Rem G
Fm 4 6C55 6,55 1C55 1,55 0C55 0,55 4C55 4,55 ,C55
Rem
Col"mna 2
(P v Gv 1655
(P ).GF+C,2
0655 4655 45 ,H ,F ,G ,C ,6 ,1 ,0 ,4 ,,
Gv )*+,IN-
Fm v Rem F'6
Fm 0'6 6555
1655
1555
0655
0555
4655
4555
Rem
Col"mna /
(P v Gv 4055
(P ).GF+C,2
4,55 45 ,H ,F ,G ,C ,6 ,1 ,0 ,4 ,,
Gv )*+,IN-
Fm v Rem ,G
0m
G 4C55
4155
4455
4555
,F55
,C55
,155
Rem
Col"mna 1
(P v Gv 0055
(P ).GF+C,2
4F55 4055 45 ,H ,F ,G ,C ,6 ,1 ,0 ,4 ,,
Gv )*+,IN-
Fm v Rem ,G
Fm G 4C55
4155
4455
4555
Rem
,F55
,C55
,155
Concl"ione Obervacione
onclusi(n @ O)servaciones Durante esta pr;ctica determinamos la perdida de presi(n en un sistema de columnas empacadas con un seguimiento de c(mo se de)e operar este sistema7 +ue vimos una sesi(n antes de dic2a experimentaci(n apo@;ndonos de un diagrama de 8u9o para poder identicar todos los componentes +ue contiene dic2o sistema como lo son los tipos de v;lvulas7 las columnas @ la )om)a' on estos conocimientos previos se pudo reali*ar la experimentaci(n sin em)argo o)servamos varias cosas como +ue el rot;metro +ue utili*amos no era el adecuado7 al igual +ue una pe+uea &uga
+ue tenía una de las columnas7 tam)ién o)servamos +ue los empa+ues eran de &orma es&érica @ de di&erentes di;metros al igual +ue las cuatro columnas di&erentes' uando reali*amos nuestros c;lculos nos dimos cuenta +ue tuvimos un error @a +ue utili*amos una ecuaci(n +ue no de)imos usar7 sin em)argo lo comentamos en clase con la pro&esora @ nos a@ud( a solucionar todas las dudas +ue teníamos con respecto a los c;lculos @ mediante estos @ gracas +ue reali*amos7 se pudo explicar correctamente todo lo +ue conlleva esta pr;ctica' De esta manera se puede decir +ue se cumplieron satis&actoriamente los o)9etivos @a +ue pudimos calcular las di&erentes caídas de presi(n en las di&erentes columnas @ o)servar su comportamiento en las di&erentes gracas +ue o)tuvimos7 ca)e destacar la importancia de las columnas empacadas @ los di&erentes tipos de empa+ues en una industria @a +ue estos pueden ser utili*ados en algunas ocasiones como catali*adores para acelerar una reacci(n' DE" -A""E .ENA AN!ONIO
O)servaciones El estudio para un 8u9o de 8uidos &unge en la pérdida de presi(n durante todo el procedimiento7 en este caso especíco experimentos para el mane9o de agua a temperatura am)iente7 para este sistema de operaci(n el cual consisti( en un 8u9o a través de columnas empacadas' "a operaci(n de este e+uipo es mu@ especíca @a +ue irrumpir en el orden del instructivo7 podría causar una &alla irreversi)le del sistema o de alg?n dispositivo7 durante la experimentaci(n no existieron pro)lemas en la aplicaci(n del instructivo de operaci(n7 así como se minimi*aron los errores en la lectura de los e+uipos al tomar los valores no con la regleta del medidor di&erencial7 al 2acerlo con una regla alterna con una me9or graduaci(n lo +ue implic( con una precisi(n ma@or' Sin em)argo se puede
2acer 2incapié con los resultados o)tenidos @a +ue pese a reali*ar el procedimiento de la &orma m;s minuciosa posi)le7 el sistema operado cuenta con &ugas a la entrada @ salida de las v;lvulas de agu9a cercanas a las columnas lo +ue causa una perdida en el gasto volumétrico7 lo +ue podría signicar un error consistente7 pero se puede considerar +ue los resultados cumplen con el o)9etivo de la pr;ctica @ no implica un cam)io en el comportamiento de la caída de presi(n7 por lo +ue son acepta)les'
onclusi(n Un sistema de 8u9o de 8uidos tiene diversos &actores o varia)les +ue son determinantes para la selecci(n @ uso de estas7 en el caso especíco de la caída de presi(n a través de una columna empacada podemos deducir una relaci(n entre estas varia)les como el aumento de la caída de presi(n así como una disminuci(n del n?mero de Re@nolds al aumentar el di;metro7 tam)ién al disminuir el gasto volumétrico existe un comportamiento proporcional de las dem;s varia)les es decir +ue tam)ién disminu@en7 el material @ tamao de los empa+ues son &actores al causar un aumento o disminuci(n del coeciente de &ricci(n durante el traslado de un 8uido' A partir de estas relaciones @ el comportamiento mostrado se puede armar la dependencia de todas varia)les para un sistema de 8u9o de 8uidos7 donde estas &ungen como &actores características para la selecci(n del e+uipo e instrumentaci(n para un sistema en las di&erentes aplicaciones de la industria +uímica lo cual vericar; @ garanti*ar; el correcto &uncionamiento de todo el sistema7 así como )rindar una gama de venta9as +ue permitir;n me9orar7 optimi*ar @ economi*ar el transporte7 producci(n7 trans&ormaci(n o lo +ue &uese +ue se desee 2acer con este sistema de 8u9o' /UERRA .IRANDA DIE/O
O)servaciones Antes del manipular cual+uier e+uipo es esencial reali*ar un diagrama de 8u9o para seguir adecuadamente el instructivo de operaci(n @ reducir los errores a su m;ximo' Durante la experimentaci(n en cu;l se estudio un 8u9o +ue pasa a través de columnas empacadas7 se tra)a9o a la condiciones de temperatura am)iente' Es importante mencionar +ue el mane9o @ operaci(n del e+uipo es detallado @a +ue si nos e+uivoc;)amos podríamos causar un dao irreversi)le al e+uipo o a alguno de los dispositivos' Al momento de tomar la lectura del e+uipo no se utili*( la regla del medidor7 sino con una regla alterna con una graduaci(n me9or esto &ue para o)tener datos con ma@or precisi(n sin em)argo el e+uipo cuenta con algunas &ugas
a la entrada @ salida de algunas v;lvulas de agu9a7 lo +ue provoca una ma@or pérdida al +ue se espera)a de gasto volumétrico con lo +ue o)tenemos un error signicativo en las lectura por &alla de e+uipo' onclusi(n Al o)servar @ estudiar el comportamiento de un 8uido +ue pasa a través de columnas empacadas7 podemos deducir +ue existe diversos &actores +ue son determinantes para su selecci(n @ uso' Uno de los &actores es la relaci(n +ue existe es +ue la caída de presi(n es directamente proporcional al gasto volumétrico7 como tam)ién +ue al aumentar el di;metro de la columna el n?mero de Re@nolds disminu@e +uiero 2acer 2incapié en +ue el tipo de material así como tam)ién el tamao de los empa+ues son importantes &actores @a +ue estos causan un aumento o disminuci(n del &m =coeciente de &ricci(n<' omo @a lo 2a)íamos mencionado estas relaciones +ue existen dentro del comportamiento de un 8uido +ue 8u@e a través de columnas empacadas7 muestran una importante dependencia @ por ello son &actores mu@ importantes +ue de)en ser considerados a la 2ora de seleccionar el e+uipo para las diversas aplicaciones en la industria7 con lo +ue garanti*aríamos un correcto &uncionamiento del e+uipo así como tam)ién o)tener venta9as para su me9oramiento e innovaci(n7 @ economi*ar el presupuesto para cual+uier tipo de proceso' OR!I /ARIA ANDREA
onclusi(n @ O)servaciones En esta pr;ctica se determin( la perdida de presi(n en )ase al sistema de columnas empacadas7 al reali*ar los c;lculos experimentales7 aprendimos el &uncionamiento del sistema @ como se de)e operar7 aun+ue @a teníamos una idea @a +ue previamente reali*amos un diagrama de 8u9o de dic2o sistema7 esto para darnos una idea de c(mo tra)a9a cada parte del sistema como3 la )om)a7 las llaves7 las columnas etc' Al tomar los valores experimentales7 no tomamos en cuenta la &uga +ue tenía una de las columnas @ aun+ue la &uga es mu@ pe+uea pues cam)ia los valores al reali*arlos7 de la misma manera como se pudo o)servar cada columna tiene sus vol?menes @ su tipo de empa+ues @ aun+ue todos eran es&éricos los empa+ues tenían di&erente di;metro a igual +ue las columnas @ si en cada columna cam)iara o &ueran igual el volumen de los empa+ues se tendrían otros valores'es importante o)servar +ue si en todo el proceso se 2u)ieran tenido otras consideraciones sería di&erente la perdida de presi(n @
esto va desde la presi(n de la )om)a7 la distancia de los tu)os @ 2asta cada llave +ue tiene el sistema' Al reali*ar los datos tuvimos un error @a +ue no se reali*( con los valores exactos @ nos costo tra)a9o poder entender lo +ue pasa)a 2asta +ue corregimos el error @ &ue demostrado en el sal(n de clase con las gr;cas @ las o)servaciones +ue nos indic( la pro&esora' on esta pr;ctica determinamos +ue en varias industria podemos tener columnas empacadas para alg?n proceso7 @ se puede ver me9or en alguna reacci(n @a +ue los empa+ues en algunos casos son usados como catali*adores para 2acer reaccionar m;s r;pido @ +ue se realice con me9or eciencia una reacci(n7 así +ue los empa+ues en este punto son mu@ importantes @a +ue con ellos podemos 2acer me9orar una reacci(n' !APIA "PE SER/IO AR!URO
