Instituto Tecnológico de Mexicali

Practica: Lechos empacados

Materia: Laboratorio integral I

Profesor: Norman Rivera Pasos

Fecha:

del 2015

Integrantes:

Amador Liera Karen Esperanza

Ceballos Soto Alexandra

García Aguilera Paulina

García Flores Víctor Emmanuel

Meza Alvarado Jair Alexis

Meza Green Leonardo Alfonso

Martínez Moreno Miroslava

Navarro Orrantia Alicia

Título:

“Lechos Empacados”

Objetivo

Diseñar un experimento en el cual podamos observar el cambio en la caída de presión cuando el sistema cuenta con un lecho empacado.

Introducción

La torre o lecho empacado es un sistema de mucha utilidad en procesos

industriales la cual consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada

de líquido y un espacio de distribución en el fondo, una entrada de líquido y un

dispositivo de distribución en la parte superior, una salida en la parte superior,

una salida de líquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El líquido

entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y

se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone

en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas

aberturas.

La forma de material que conforma este medio puede ser esférica o muy

irregular.

En esta práctica ya una vez definido el lecho empacado se utilizara para medir

la caída de presión utilizando agua como fluido que se añadirá dentro del lecho

empacado que este contiene en la parte interior cuerpos de ebullición que

adoptan la forma geométrica esférica, se tomara la temperatura del líquido, la

densidad, la viscosidad a esa temperatura del líquido y el diámetro por donde

saldrá el fluido del lecho empacado.

Marco teórico

Es un sistema compacto, el cual es atravesado por un flujo (líquido o gas). Este sistema se conforma de partículas sólidas, con propiedades físicas y químicas similares. La velocidad del flujo que atraviesa el lecho define el tipo de lecho. Si esta es menor a la velocidad de arrastre o sustentación, se lo denomina lecho empacado, porque sus partículas se mantienen en reposo. Los empaques incrementan la caída de presión, en el sistema y en consecuencia, cambios en la dirección de la velocidad del fluido por el efecto de las fugas. En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la ecuación de Ergun. La resistencia al flujo de un fluido a través de los huecos de un lecho de sólidos es la resultante del rozamiento total de todas las partículas del lecho. El rozamiento total por unidad de área es igual a la suma de dos tipos de fuerza: i) fuerzas de rozamiento viscoso y ii) fuerzas de inercia. Para explicar estos fenómenos se hacen varias suposiciones:

a) las partículas están dispuestas al azar, sin orientaciones preferentes,

b) todas las partículas tienen el mismo tamaño y forma y

c) los efectos de pared son despreciables. La pérdida fraccional para flujo a través de lechos rellenos puede calcularse utilizando la expresión de Ergun:

∑ 𝐹 = 150𝜇𝑢0 𝐿 𝑑 𝑝 2 𝜌 ∗ (1 − 𝜖)2 𝜖3 + 1.75𝑢0 2 𝐿 𝑑 𝑝 ∗ (1 − 𝜖) 𝜖3 Donde: 𝜌: Densidad del fluido

𝜇: Viscosidad del fluido

dp : diámetro de partícula

L: altura de lecho. (Longitud del lecho).

𝜖: Porosidad del lecho.

u0 : velocidad superficial del fluido.

Material

Cantidad Material2 Vasos de precipitado de 500ml2 Soporte universal2 Pinzas1 Mangueras

canicas

Procedimiento:

1. Hicimos un sistema cerrado con embutirá de plástico y un vaso de precipitado

2. Se le conecto un manguera sostenida por soportes universales3. Se colocaron canicas con una malla en la salida de la manguera4. Se inhalo por la manguera el agua 5. Cuando el agua empezó a caer, se llenó cierta cantidad un vaso de

precipitado por el cual se pudo medir el caudal.

Análisis

En nuestra práctica la dificultad que se nos presentó fue que los materiales no se ajustaban bien a lo que queríamos , también a la posición de las mangueras no nos salía el experimento , pero lo solucionamos de manera que las mangueras quedarán en una buena posición haciendo que el fluido pasará como debía y respecto a los balines primero utilizamos canicas y como la manguera tenía un diámetro interno muy pequeño comparado al de la canica , el fluido pasaba con bastante dificultad, era mínimo lo que pasaba casi nada , así que cambiamos las canicas por esferas más pequeñas, estas fueron mejores para nosotros porque el fluido paso con menos dificultad dándonos unos mejores resultados

Cálculos

Volumen de huecos = volumen sin relleno – volúmenes de los sistemas

Volumen de huecos = (1.5m x 0.0001 m2) – (1.31 x 10-7 m3)

Volumen de huecos = 1.47x10-7m3

Superficie mojada = (superficie de las esferas x número de esferas) + interior del tubo

Superficie mojada = (1.2x10-7 x 20) + .036m2

Superficie mojada = 0.036

E= Volumen de huecos / Volumen de tubería sin relleno

E= .93

Pared del interior del tubo = 2d x L

Pared interior del tubo = .001m2

Rh= 0.93/0.036

Velocidad con lecho = Q/Área

Velocidad del lecho = 0.0189m/s

Numero Re= (0.006m x 0.0189m/s x 1000 kg/m3 ) / 8.9x10-4 kg/ ms

Numero Re = 127.4 = Flujo laminar

F= (1-.93)2 / (.93)3 = 4753m

G0= pvd = (1000 kg/m3)(.018 m/s)= 18 kg/m2s

P en tubo vertical = ½ E( V de lecho)2 (L/ Rh ) flujo + PGz

P= 3534

Conclusión

Básicamente replicamos el experimento de la ecuación de Bernoulli con la variación de que al final de la manguera utilizada en el experimento la llenamos hasta cierto punto con cuerpos de ebullición , gracias a estos se pudo percibir un cambio en el flujo y presión, debido a los huecos y el espacio ocupado por las esferas. Calculamos la presión sin embargo tuvimos que cambiar la ecuación pues nuestro experimento lo llevamos a cabo en forma vertical y no horizontal como lo propone la teoría.