LISTA DE COTEJO

PARA REPORTE DE

PRÁCTICA Unidad III,

Evidencia EP3

DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN

NOMBRE DEL(OS) ALUMNO(S):

1.- RAMIRES SOLIS CELESTE

2.- TECALERO SANCHEZ YENIFER

3.- TORRES SANCHEZ JUAN CARLOS

4.- VALENCIA DE GABRIEL CECILIA

5.- VARGAS CARRILLO GREISY

MATRICULA(S):

1231105892

1331106610

1331106875

1331106599

1331106644

FIRMA(S) DEL(OS) ALUMNO(OS):

PRODUCTO: Determinación de la curva de inundación en una columna

empacada

FECHA: 07/08/2015

MATERIA: TRANSFERENCIA DE MASA CLAVE: TRM-ES

NOMBRE DEL MAESTRO: I.Q. EMMANUEL TOLAMATL LÓPEZ FIRMA DEL MAESTRO:

INSTRUCCIONES

Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario

marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuáles son las

condiciones no cumplidas, si fuese necesario.

Valor del

reactivo

Característica a cumplir (Reactivo)

CUMPLE

OBSERVACIONES SI NO

5%

Presentación. El contenido de la hoja de presentación del reporte

muestra los nombres de: la institución educativa, el programa

educativo, la asignatura, los integrantes del equipo, la evidencia y fecha

de entrega.

10%

Estructura del reporte. El reporte contiene:

1. Portada

2. Resumen.

3. Índice.

4. Introducción.

5. Objetivo.

6. Sustento teórico.

7. Desarrollo.

8. Resultados.

9. Conclusiones.

10. Fuentes bibliográficas.

11. Anexos (opcional).

5%

Resumen. El resumen da una descripción del trabajo realizado en la

práctica.

5%

Objetivo. El objetivo refleja la intención del reporte de investigación.

10%

Introducción. La introducción explica los fundamentos del tema y su

importancia para el diseño y operación de columnas empacadas de

absorción.

20%

Sustento Teórico. Presenta un panorama general del tema a desarrollar y lo

sustenta con referencias bibliográficas.

5%

5%

5%

5%

Resultados. Muestra los siguientes resultados:

a) El valor de las constantes físicas del empaque proporcionado.

b) Los resultados tabulados de la caída de presión y los flujos de gas

correspondientes a cada flujo de líquido (indicando el punto de inundación).

c) Las gráficas de ∆P contra el gasto de la fase ligera (en coordenadas

logarítmicas) para los diferentes flujos de líquido (por lo menos una),

obtenidas de los datos experimentales y de las predicciones.

d) El porcentaje de desviación (en forma tabular) entre las caídas de presión

experimentales y las calculadas en base a la literatura para cada corrida.

15%

Conclusiones. Las conclusiones son claras y acordes con el objetivo

esperado (por lo menos 5).

10%

Referencias bibliográficas. Enlista las referencias utilizadas (por lo menos

cinco) con el formato APA.

Nota. El reporte deberá enviarse en formato pdf (5% menos en caso de no enviarse)

y entregarse en forma impresa (10% menos en caso de no entregarlo en la fecha y

hora señaladas).

CALIFICACIÓN:

3

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE TLAXCALA

INGENIERIA QUIMICA

TRANSFERENCIA DE MASA

I.Q. EMMANUEL TOLAMATL LÓPEZ

DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE INUNDACIÓN EN UNA

COLUMNA EMPACADA

RAMIREZ SOLIS CELESTE

TECALERO SANCHEZ YENIFER

TORRES SANCHEZ JUAN CARLOS

VALENCIA DE GABRIEL CECILIA

VARGAS CARRILLO GREISY

6° “B”

MAYO-AGOSTO

TEPEYANCO, TLAXCALA; A 7 DE AGOSTO DE 2015

4

Contenido RESUMEN ..................................................................................................................................... 5

OBJETIVO. .................................................................................................................................... 5

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 5

SUSTENTO TEÓRICO. ............................................................................................................... 8

DESARROLLO. .......................................................................................................................... 10

RESULTADOS. ........................................................................................................................... 10

CONCLUSIONES. ...................................................................................................................... 14

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................................................. 14

5

RESUMEN

• Medir las constantes físicas de los diferentes empaques

a) Número de piezas por m3 .

b) Porcentaje de huecos

c) Densidad aparente y densidad real.

d) Área específica

• Obtener los flujos de inundación

a) Prender el compresor

b) Alimentar agua a la columna mediante la bomba

c) Fijar un gasto de agua.

d) se empieza a introducir el aire a la columna cuidadosamente, aumentando el

flujo de aire hasta el punto de inundación.

e) Repetir lo anterior para diferentes gastos de la fase pesada

f) Una vez que se han tomado los datos. Abrir todas las válvulas para descarga

de columna y tanques receptores.

OBJETIVO.

Conocer y comparar analíticamente y experimentalmente los flujos de

inundación en una torre empacada, así como las caídas de presión de la

misma y las constantes físicas de los empaques.

INTRODUCCIÓN

Las torres empacadas, son utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas

tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales

que se han llenado con empaques o con dispositivos de superficie grande, cuyo

objetivo es maximizar el área de contacto entre gas y líquido.

El líquido se distribuye sobre estos y escurre hacia abajo, a través del lecho

empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. Son

usadas para destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido.

Las torres empacadas tienen eficiencias de remoción de gases más altas que otros

equipos manejando caudales de gas residual más altos y menor cantidad de líquido

de limpieza, aunque las pérdidas de presión son altas y los costos del equipo, de

operación y de mantenimiento también pueden ser bastante altos.

Para el diseño de columnas empacadas es importante determinar tanto la altura

como el diámetro de empacado necesario para la separación. Además se deben

6

definir otros factores como el tipo de empacado más adecuado para la columna, el

material de construcción tanto de la columna como del empacado y todos los

accesorios requeridos (distribuidores, soportes, escaleras, tubería, etc.).

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:

Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La

superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado debe

ser grande, pero no en el sentido microscópico.

Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente

significa que el volumen fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en el

lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de

grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales

de la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja la caída de presión del

gas.

Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando.

Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

Tener bajo precio.

Los diferentes tipos de empacado que se manejan en la industria se pueden

clasificar en dos grandes grupos:

EMPACADOS AL AZAR (random packing), donde las partículas de empacado se

encuentra distribuido en la columna totalmente al azar. El diseño particular de las

partículas influye mucho en las características de transferencia de masa y caída de

presión.

7

EMPACADOS ORDENADOS (regular packing), en donde la distribución del

empacado sigue un patrón definido dentro de la columna, especialmente diseñado

para lograr características adecuadas de flujo y transferencia de masa.

8

SUSTENTO TEÓRICO.

La absorción es la operación de transferencia de masa en la cual, uno o más

componentes solubles de una mezcla de gases se disuelven en un líquido que tiene

baja volatilidad bajo las condiciones del proceso. El contaminante se difunde desde

el gas hacia el líquido cuando el líquido contiene menos que la concentración de

equilibrio del componente gaseoso. La diferencia entre la concentración real y la

concentración al equilibrio, proporciona la fuerza impulsora para la absorción. Un

absorbedor de gas deseado apropiadamente, proporcionar· contacto completo

entre el gas y el solvente, para facilitar la difusión del(os) contaminante(s).

Funcionar· mejor que un absorbedor deseado pobremente. La razón de la

transferencia de masa entre las dos fases depende mayormente del área de

superficie expuesta y del tiempo de contacto. Otros factores que gobiernan la razón

de absorción, tales como la solubilidad del gas en el solvente particular y el grado

de la reacción química, son características de los constituyentes involucrados y son

relativamente independientes del equipo utilizado.

El flujo del gas y del líquido a través de un absorbedor puede ser a contracorriente,

perpendicular (crosscurrent) o en paralelo (cocurrent). Los diseños más

comúnmente instalados son a contracorriente, en los cuales la corriente de gas

entra por el fondo de la columna del absorbedor y sale por la tapa. Por el contrario,

la corriente del solvente entra por la tapa y sale por el fondo. Los diseños a

contracorriente proporcionan la eficiencia de remoción teórica más alta, porque el

gas con la concentración de contaminante más baja, hace contacto con el líquido

con la concentración de contaminante más baja. Esto sirve para maximizar la fuerza

impulsora promedio para la absorción a través de la columna. Además, usualmente

los diseños a contracorriente requieren relaciones de líquido a gas más bajas que

los en paralelo y son más convenientes cuando la carga de contaminantes es alta.

En una torre con flujo perpendicular, el gas residual fluye horizontalmente a través

de la columna mientras que el solvente fluye hacia abajo verticalmente en la

columna. Como regla, los diseños con flujo perpendicular tienen caídas de presión

más bajas y requieren relaciones líquido a gas más bajas que los diseños a

contracorriente y en paralelo. Son aplicables cuando los gases son demasiado

solubles, puesto que ofrecen menos tiempo de contacto para la absorción. En las

torres en paralelo, ambos, la corriente de gas y el solvente entran a la columna por

la tapa de la torre y salen por el fondo. Los diseños en paralelo tienen caídas de

presión más bajas y no están sujetos a limitaciones de inundación y son más

eficientes para la remoción de rocíos finos (v.g., submicrométricos). Los diseños en

paralelo son eficientes sólo donde grandes fuerzas impulsoras de absorción son

9

disponibles. La eficiencia de remoción esta· limitada puesto que el sistema gas

líquido se aproxima al equilibrio en el fondo de la torre.

Las torres empacadas son columnas llenas de materiales de empaque que

proporcionan un área de superficie grande para facilitar el contacto entre el líquido

y el gas. Las torres absorbedoras empacadas pueden alcanzar eficiencias de

remoción más altas, manejar razones de líquido más altas y tener requerimientos

de consumo de agua relativamente más bajos que otros tipos de absorbedores de

gas. Sin embargo, las torres empacadas pueden también tener caídas de presión

altas en el sistema, potencial de obstrucción y ensuciamiento alto y costos de

mantenimiento extensos debido a la presencia del material de empaque. Los costos

de instalación, de operación y de disposición de agua residual pueden ser mayores

para absorbedores de lecho empacado que para otros absorbedores. Además de

los requerimientos de energía de la bomba y el ventilador y de los costos del

solvente, las torres empacadas tienen costos de operación asociados con el

reemplazo del empaque dañado.

El diseño de absorbedores de torres empacadas para controlar corrientes de gas

conteniendo una mezcla de contaminantes y aire, depende del conocimiento de los

siguientes parámetros:

Razón de flujo del gas residual;

Composición del gas residual y concentración de los contaminantes en la

corriente del gas.;

Eficiencia de remoción requerida

Relación de equilibrio entre los contaminantes y solventes, y

Propiedades del(os) contaminante(s), del gas residual y del solvente:

difusividad, viscosidad, densidad, y peso molecular.

Los objetivos principales de los procedimientos de diseño son determinar el área de

superficie de la columna y la caída de presión a través de la columna. Para

determinar estos parámetros, deben realizarse los siguientes pasos:

Determine las condiciones de la corriente de gas y de líquido entrando y

saliendo la columna.

Determine el factor de absorción (AF).

Determine el diámetro (D) de la columna.

Determine la altura (Htower) y el área de superficie (S) de la torre.

Determine la caída de presión (P) de la columna empacada.

10

Fórmulas utilizadas:

[𝐺 ´] 2𝐹𝜇01/𝜌𝐺(𝜌𝐿 − 𝜌𝐺)𝑔´𝐶

𝐿´

𝐺´(

𝜌𝐺𝜌𝐿 − 𝜌𝐺

)1/2

DESARROLLO.

Durante la práctica se obtuvieron los siguientes resultados en la toma de medidas

de cada empaque:

DATOS:

# pieza en 100 ml 60

% de huecos 100 ml

µ del aire 0.000891 kg/m*s

densidad agua 1000 kg/m3

densidad aire 1.29 kg/m3

diámetro interno empaque 7.22 mm

altura 0.8 m

diámetro externo empaque 9.52 mm

conversión lt/h a m3/h 1000 m3/h

factor de relleno 725

constante gravitacional 417000000

largo empaque 13.9 mm

RESULTADOS.

El cálculo de la densidad aparente y la densidad real, se muestra una pequeña

variación entre ambas densidad pues es el peso de los empaques sin agua y con

agua para cada una respectivamente.

calculo densidad aparente

Densidad 0.00176 g/ml

peso de probeta y empaques 0.88 g

volumen 500 ml

11

calculo densidad real

densidad 0.00148 g/ml

peso de probeta, empaque y agua 0.74 g

volumen 500 ml

Se calculó también las áreas específicas lateral y transversal e igualmente la

diferencia entre una y otra es mínima como se muestra a continuación:

área específica (lateral)/ 2*pi*r*h 0.15089733 m2

Radio 0.03002

Pi 3.1416

altura h 0.8 m

área (transversal)/2*pi*r*h+2*pi*r2 0.15655975 m2

radio 0.03002

Pi 3.1416

altura h 0.8 m

Se obtuvieron datos para el flujo del agua y del aire y de ella se realizó la siguiente

gráfica, con relación a la bibliografía de E. J. Henley.

agua datos en practica aire

lt/h m3/h lt/h m3/h

12.1 0.0121 7 0.007

17.22 0.01722 7 0.007

16.2 0.0162 6 0.006

17 0.017 6 0.006

12

grafica

[𝐺´] 2𝐹𝜇01/𝜌𝐺(𝜌𝐿 − 𝜌𝐺)𝑔´𝐶

𝐿´

𝐺´(

𝜌𝐺𝜌𝐿 − 𝜌𝐺

)1/2

G"

3.30822E-18 0.0705598 0.0013626

3.30822E-18 0.100416509 0.0013626

2.43053E-18 0.110213241 0.00116795

2.43053E-18 0.115655871 0.00116795

En base a la referencia son las siguientes imágenes:

0.01

0.1

1

0 1E-18 2E-18 3E-18 4E-18

correlacion Eckert caida depresion

13

Se puede observar una semejanza en encontrar el punto para obtener la caída de

presión que se asemeja a la que se encontró durante la práctica.

Para el ΔP se hicieron estimaciones propuestas y la encontrada en la elaboración

de la práctica.

Los resultados son los siguientes, se graficó el ΔP contra la distancia de inundación

obtenidos en la experimentación práctica.

ΔP altura de inundación (cm)

0.1 1.9

0.12 2.5

0.13 3

0.14 3.8

14

El ΔP experimental y el calculado se realizó el cálculo del error para analizar que

este es mínimo entre cada uno de los valores.

ΔP = h/(v*(d1+d2))

ΔP experimental ΔP calculado Error

0.1 0.114138476 0.007069238

0.12 0.114138476 0.002930762

0.13 0.133161555 0.001580777

0.14 0.133161555 0.003419223

CONCLUSIONES.

Los datos que registramos y las observaciones hechas durante la practica nos dieron

un panorama más específico acerca de cómo opera una torre empacada, tomando

lecturas de flujo pudimos aplicar la ley de E. J. Henley, con las densidades del aire y

del agua, así como la viscosidades, pudimos graficar y obtener la correlación de

Eckert.

Las dimensiones de la torre empacada, su altura, diámetros internos y externos de

los empaques, fueron de gran importancia ya que nos ayudó a determinar las

áreas lateral y transversal de la torre empacada, y la densidad real y la densidad

aparente.

0.1

1

1 10

Presion / altura de inundacion

altura de inundacion(cm)

15

Otro aspecto importante en la práctica fue la presión ya que se determinó de igual

manera haciendo lecturas de ella, a la hora de tabular datos se observó que

mientras las alta era la presión del sistema las alto era la área de inundación

dentro de la torre empacada, esto es que a mayor presión el flujo es más rápido y

por ende llego más alto el área de inundación.

A la hora de tabular los datos experimentales vs los datos calculados de la caída de

presión, denotamos que los cálculos contenidos no fueron de todo erróneos ya

que se obtuvo un error por debajo de 0.1% por lo que puede decirse que ambos

datos (experimentales y calculados), predicen de manera correcta la caída de

presión en la torre empacada.

El método permite que las partículas de soluto entre las fases en la superficie de

contacto se combinen las fases de líquido y gas, debido a que los flujos

alimentados producen turbulencia y esto permite que halla transferencia de masa

y caída de presión.

16

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS.

EPA. (2007). Technology Transfer Network Clean Air Technology Center. 2015, de Environmental Sitio web: http://www.epa.gov/ttncatc1/dir2/cs5-2ch1-s.pdf

E. J. Henley; J. D. Seader. (1990). Operaciones de separación por etapas de equilibrio en ingeniería química. Estados Unidos: REVERTE.

MICHEL. (2005). CONSIDERACION DE DISEÑO EN COLUMNA EMPACADA. 2015,

de SCRIBD Sitio web: http://es.scribd.com/doc/62612186/Consideraciones-de-

Diseno-en-Columnas Empacadas#scribd

M.A ROMERO. (2001). DISEÑO DE COLUMNA EMPACAD. 2015, de UNGE Sitio

web:

http://www.unge.gq/ftp/biblioteca%20digital/Fisica%20Y%20Quimica/Operacio

nes%20en%20transferencia%20de%20masas/Destilacion/DisEMPAQ.pdf

Susan Cersso Ventura. (2009). TORRES EMPACADAS. 2015, de SCRIBD Sitio web:

http://es.scribd.com/doc/58659548/TORRES-EMPACADAS#scribd