p3-Evaluacion de Columnas de Platos Percy

7/21/2019 p3-Evaluacion de Columnas de Platos Percy

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COLUMNAS

OBJETIVOS:

Evaluar la respuesta de la columna a los caudales de aire y agua

(sistema bifásico) circulando al interior de la columna de platos en contracorriente.

Evaluar la caída de presión de una columna de platos frente a lasvariaciones de fluido de aire y agua.

Determinar los parámetros de flujo y localizar los puntos de carga einundación de la columna de platos.

REVISIÓN BIBLIOGRAFICA:

DIVERSOS TIPOS DE TORRES DE ARTESAS (PLATOS) PARAABSORCIÓN Y DESTILACIÓN.

Para ue el contacto entre el líuido y el vapor en la absorción y en ladestilación sea eficiente! muc"as veces se usan torres de artesas o platos. Eltipo más com#n de dispositivo de contacto es el de platos perforados! ue semuestra esuemáticamente en la figura

Torres de platos perforados.-

Estas torres de varias etapas a contracorriente, tanto con respecto a lacapacidad de manejo del líquido como a la eficiencia en la extracción, son muy efectivas, en particular para sistemas de baja tensión interfacial que norequieren agitación mecánica para una buena dispersión. Su efectividad parala transferencia de masa se deriva de que:!" el me#clado axial de la fase continua está confinado a la región entre los platos y no se distribuye por toda la torre de etapa a etapa, y $" las gotas de lafase dispersa coalescen y se vuelven a formar en cada plato, destruyendo así la tendencia a establecer gradientes de concentración dentro de las gotas que persisten en toda la altura de la torre. En la figura % que se muestra una torrede dise&o sencillo, en donde el arreglo general de los platos y vertederos es

muy similar a la torre de contacto gas'líquido, excepto que no se requiere dederramaderos. (a figura % muestra el arreglo para el líquido ligero disperso.(os líquidos ligeros pasan a trav)s de las perforaciones y las burbujasascienden a trav)s de la fase continua pesada y coalescen en una capa, quese acumula entre cada plato. El líquido pesado fluye a trav)s de cada plato atrav)s de las gotas ascendentes y pasa a trav)s de los vertederos *acia el plato inferior. +olteando la torre de cabe#a, los vertederos se convierten entuberías de ascenso-, que llevan al líquido ligero de plato en plato, mientrasque el liquido pesado fluye a trav)s de las perforaciones y se dispersa engotas. omo alternativa, puede dispersarse el líquido pesado en una parte dela torre y el líquido ligero en la otra, mientras que la interfase principal se

mantiene en la parte central de la torre. (os platos de flujo transversal de lafigura ! son adecuados para diámetros relativamente peque&os de la torre



*asta aproximadamente $ m". /ara torres mayores, se pueden colocar vertederos m0ltiples a intervalos a trav)s del plato. 12obert E. 3reybal4 .



Plato de válvulas. $na modificación del plato perforado es el plato de válvula ue consiste enaberturas en el plato y una cubierta de válvulas con movimiento vertical paracada abertura! ue proporciona un área abierta variable% &sta debe suvariabilidad al flujo de vapor ue in"ibe la fuga del líuido por la abertura abajas

tasas de vapor. Por lo tanto! este tipo de plato opera a un intervalo mayor detasas de flujo ue el plato perforado! con un costo sólo un ' mayor ue eldel plato perforado. En la actualidad! el plato de válvulas se utiliza cada vezmás.

Plato de capuchones. *os platos de capuc"ones! como el de la figura ! se "an usado por mas de +a,os! pero desde +- generalmente se les remplaza por platos perforados ode válvula! ya ue su costo es casi el doble ue el de los platos perforados. Enel plato de capuc"ones! el vapor o gas se eleva a trav&s de las aberturas delplato "acia el interior de los capuc"ones. Despu&s el gas fluye por las ranuras

/ la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen "acia arriba por el líuido uefluye.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

+. 0nstalar correctamente los dispositivos y cone1iones "acia la columna de plato2a. 3arga del tanue de agua! operación de la bomba y del rotámetrob. 4ire comprimido y suministro "acia la columna

c. 5ivelación y acondicionamiento de los piezómetros de agua (columna) y de

mercurio (inyección de aire)'. Determinar la temperatura del agua! el aire y del medio ambiente.6. Para iniciar la operación y evaluación de la columna! fijar primeramente el caudal

del agua "acia la columna (siendo la primera opción 7agua8 ) y variar la

inyección del aire "acia la columna desde un valor mínimo "asta el má1imo valor

ue admita el euipo! 905 7$E 9:;<EP49E *4 34P430D4D DE *:9

P0E=>?E@<:9 (evítese el vaciado o e1pulsión del líuidoA). Efectuar la lectura

de los piezómetros en cada variación de flujo de aire.



B. Cijar en un nuevo caudal el flujo de agua y volver a variar el flujo de aire desde un

mínimo "asta el má1imo permisible del euipo! reportar nuevamente las

variaciones de altura en los piezómetros. <epetir la operación "asta un má1imo

caudal de agua.

El suministro de agua es a trav&s de un rotámetro estándar en *min

?ientras ue! la inyección del aire se realiza a trav&s de un medidor de orificio! cuya

variación de presión se registra a trav&s de un piezómetro ue utiliza mercurio liuido.

*os datos de la placa de orificio son2

3o 8 !+ D+8+!'mm D'8F.mm

Determinación del caudal de aire2!

donde2 4i 8 GDi'B 4' 8 GD'

'B Hm'Ig8 -!J+ms'

b8d+d')∆h=¿ variacion de altura del mercurio

78 caudal del aire m6"

7agua8 caudal del agua en *min

Para el caudal del aire! variar gradualmente la válvula de inyección desdeKcerradoK basta un má1imo permisible! seg#n permita la variación de altura de lacolumna de mercurio.3onsid&rese como el má1imo permisible de operación enla columna el estado cercano a la e1pulsión del líuido en cualuiera de lospiezómetros. ELM@E9E la e1pulsión del líuido de los piezómetros por sobreNpresiónA



Caída de Pre!"# e# $a C%$&'#aDeterminado entre el fondo (Pi) y el tope superior (Ps) de la columna2

∆ PC = P1− PS=(∆h

1−∆hs )gρagua

donde2O"8Lariación de altura de agua en los piezómetros! del fondo (0) y del tope ( 9 )

de la columna HmI

g 8 -!J+ms'

Pagua8 Densidad del agua líuida 15g6m7 4

OPc 8 3aída de presión en la columna HPaI

C%rre$a!"# e'ír!a de aída de re!"#

*a caída de presión de la columna (estando fijo el caudal del agua) varíadirectamente con el caudal de aire ue circula en contracorriente a trav&s de lasiguiente e1presión2

*P +,-#

Para una columna de relleno seca (cuando el caudal de agua es 3E<:) elíndice KnK tiende al valor de +!J variando con la inyección del líuido y a mayor velocidad del gas! definiendo los puntos de carga e inundación! tai como indicael siguiente gráfico2

IV. RESULTADOS Y CALCULOS

/.0 Re&$1ad%



Da1% 1%'ad% e# $a2%ra1%r!%:

Datos:

Tº agua = 20ºC Tº aire =

22ºC Presión local:

548mmHg

ᵨH20 =999,2 kg/m

16.25.7

2.16

2

1 ===mm

mm

D

D B

384.0)º22(

m

Kg C aire = ρ

C&adr% de da1% %21e#!d% e# $a2%ra1%r!%Errot agua=0

m3/h

N° !rro" aire #$ #2 # #4

$ $0 0%$92 0%$95 0%$5& 0%$5'

2 20 0%$9$ 0%$9& 0%$5& 0%$58 0 0%$9 0%$9' 0%$5& 0%$58

4 40 0%$88 0%2 0%$55 0%$59

5 50 0%$84 0%20 0%$54 0%$&Errot agua=10

m3/h

$ $0 0%$9 0%$95 0%$5& 0%$5'

2 20 0%$89 0%$98 0%$5& 0%$5'

0 0%$82 0%205 0%$55 0%$58

4 40 0%$'4 0%2$4 0%$5 0%$59

5 50 0%$&4 0%22 0%$54 0%$&Errot agua=20m3/h

$ $0 0%$8$ 0%204 0%$5& 0%$5'

2 20 0%$' 0%2$' 0%$55 0%$58

0 0%$52 0%25 0%$55 0%$58

4 40 0%$$ 0%25& 0%$54 0%$59

5 50 0%$$& 0%2'$ 0%$54 0%$&Errot agua=30m3/h

$ $0 0%$' 0%2$' 0%$5& 0%$5'

2 20 0%$&2 0%225 0%$5& 0%$5'

0 0%$4 0%24' 0%$55 0%$58

4 40 0%$22 0%2&5 0%$54 0%$59

5 50 0%095 0%29 0%$5 0%$59Errot agua =

40m3/h

$ $0 0%$8 0%244 0%$55 0%$5'

2 20 0%$2$ 0%2&& 0%$55 0%$5'

0 0%$$4 0%2' 0%$55 0%$58

4 40 0%09$ 0%29& 0%$54 0%$59

5 50 0%0'5 0%$5 0%$54 0%$&Errot agua =



50m3/h

$ $0 0%$' 0%2$4 0%$55 0%$5'

2 20 0%$5' 0%22 0%$55 0%$5'

0 0%$$ 0%25' 0%$55 0%$5'

4 40 0%09& 0%29 0%$54 0%$58

5 50 0%0&2 0%29 0%$54 0%$&

CALCULO DE VARIACION DE LA CAIDA DE PRESION EN LA COLUMNA

∆hc=∆h (2−1 )−∆h(4−3)

∆ Pc= P I − PS=(∆ h I −∆ hS ) g x ρagua

∆ Pc=∆ hc∗g x ρagua

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DEL AIRE COMPRIMIDO

Qaire( L

h)=0,0123∗( Erot aire )3−2,2307∗( Erot aire )2+194,28∗( Erot aire)+383,46

L

Qaire=¿") + 8 m6"(0)

Para determinar el caudal del aire en m6

" utilizamos la ecuación simplificada.. 0

CALCULO DEL CAUDAL DE AGUA

Qagua( L

h)=0,557∗( Erot agua )+2,3991

L

Qagua=¿") + 8 m6"(00)



Caudal de aire

h

Lerot erot erot Qaire .................46.383)(28.194)(2307.2)(0123.0

23 ++−=

h

LQaire .................001.0*)46.383)10(28.194)10(2307.2)10(0123.0( 23 ++−=

h

LQaire 1154.2=

mmhhhe 003.0)195.0192.0(12 =−=−=∆

mmhhhs 001.0)156.0157.0(34 =−=−=∆

mmhhhc se 002.0)001.0003.0( =−=∆−∆=∆

Pam s

kg

m

kg

s

m xm g hc Pc O H 601.19

.601.1903.999.81.9..002.0

2322===××∆=∆ ρ

!ro"aire

h1 (m) h2 (m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m

3

/h)h3 (m) h4 (m)

∆(h4 % h3 )(m)

∆h& ∆'& ∆'& ! "#$E

$0 0,$92 0,$95 0,00 2,$2 0,$5& 0,$5' 0,00$ 0,002 $9,&0$ 2,9'& 0,'49

20 0,$9$ 0,$9& 0,005 ,48 0,$5& 0,$58 0,002 0,00 29,40$ ,8$ $,24&

0 0,$90 0,$9' 0,00' 4,54 0,$5& 0,$58 0,002 0,005 49,002 ,892 $,5$2

40 0,$88 0,2 0,0$2 5,' 0,$55 0,$59 0,004 0,008 '8,404 4,&2 $,&8$

50 0,$84 0,20 0,0$9 &,0& 0,$54 0,$&0 0,00& 0,0$ $2',40& 4,84' $,80$



Gr34!a de a&da$ de a!re

0%500 $%000 $%500 2%000

0%000

$%000

2%000

%000

4%000

5%000&%000

()*+ = $%'* $%5$-. = 0%9$

erot aire

ero" aire

inear )ero" aire+

inear )ero" aire+

! aire

∆ '&

e acuer1o a la ecuación "enemos: = $,'0$* $,5$&Por consiguien"e la 3en1ien"e = n n= $,'!s in(erior a la n: "eórico n= $%8



Caudal del aguaErot agua = 10

3991.2*557.0 += erot Q Agua

001.0)3991.210*557.0( ×+=h

LQ Agua

h

mQ Agua

3

0080.0=

mmhhhe 005.0)411.0416.0(34 =−=−=∆

mmhhhs 002.0)400.0402.0(56 =−=−=∆

mmhhhc se 003.0)002.0005.0( =−=∆−∆=∆

Pam s

kg

m

kg

s

m xm g hc Pc O H 380.29

.380.2902.998.81.9..003.0

2322===××∆=∆ ρ

erotagua

erotaire

h1

(m)h2

(m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m3

/h)! "gua(m3

/h)h3

(m)h4

(m)∆(h4 % h3 )

(m) ∆h& ∆'&

∆'&

!

"#$E

$0 $00,$9

0,$9

5 0,0022,$2

0,00800,$5

&0,$5

' 0,00$0,00

$9,800

2,282 0,'49

$0 200,$8

90,$9

8 0,009,48

0,00800,$5

&0,$5

8 0,0020,00

'&8,&0

4,228 $,24&

$0 00,$8

20,20

5 0,024,54

0,00800,$5

&0,$5

8 0,0020,02

$205,8$

05,2

' $,5$2

$0 400,$'

40,2$

4 0,045,'

0,0080 0,$50,$5

9 0,0090,0

$0,8$

55,'$

& $,&8$

$0 500,$&

40,22

0,059&,0&

0,00800,$5

40,$&

0 0,00&0,05

5$9,42

&&,25

$,80$



0%500 $%000 $%500 2%000

0%000

2%000

4%000

&%000

8%000

()*+ = %'5* 0%48

-. = $

Erot agua 10

!ro" agua $0

inear )!ro" agua $0+

inear )!ro" agua $0+

! "ire

∆ '&

Erot agua = 20*a+la de ,alores

erotagua

erotaire

h1

(m)h2

(m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m3

/h)! "gua(m3

/h)h3

(m)h4

(m)∆(h4 % h3 )

(m)∆h& ∆'&

∆'&

!

"#$E

20 $00,$8

$0,20

4 0,022,$2

0,0$50,$5

&0,$5

' 0,00$0,02

22$5,&$$

5,' 0,'49

20 200,$'

0,2$

' 0,044,48

0,0$50,$5

50,$5

8 0,000,04

$40$,820

5,99& $,24&

20 00,$5

20,2

5 0,084,54

0,0$50,$5

50,$5

8 0,00 0,08'84,09 &,&&

4 $,5$2

20 400,$

$0,25

& 0,$255,'

0,0$50,$5

40,$5

9 0,005 0,$2$$'&,05

8',0'

0 $,&8$

20 500,$$

&0,2'

$ 0,$55&,0&

0,0$50,$5

40,$&

0 0,00&0,$4

9$4&0,2'

2',28

& $,80$



0%000 $%000 2%000

0%000

2%000

4%000

&%000

8%000

()*+ = $%8&* %8'

-. = 0%98

Erot agua 20

!ro" agua 20

inear )!ro" agua 20+


! "ire

∆ '&

+

=2

21 P P Qoptimo

379.12

512.1246.1=

+

=optimoQ

379.1eQoptimo =

h

mQ

optimo

3

97.3= 86.1=n



Erot agua = 30Ta2$a de 5a$%re erotagua

erotaire

h1

(m)h2

(m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m3

/h)! "gua(m3

/h)h3

(m)h4

(m)∆(h4 % h3 )

(m)∆h& ∆'&

∆'&

!

"#$E

0 $0

0,$'

0

0,2$

' 0,04'2,$2

0,0$9$

0,$5

&

0,$5

' 0,00$

0,04

&450,822

&,$$

$ 0,'49

0 200,$&

20,22

5 0,0&,48

0,0$9$0,$5

&0,$5

' 0,00$0,0&

2&0',&0

&,4$0 $,24&

0 00,$4

00,24

' 0,$0'4,54

0,0$9$0,$5

50,$5

8 0,000,$0

4$0$9,25

0&,92

' $,5$2

0 400,$2

20,2&

5 0,$45,'

0,0$9$0,$5

40,$5

9 0,0050,$

8$52,4&

'',2$

0 $,&8$

0 500,09

50,29

0,$98&,0&

0,0$9$0,$5

0,$5

9 0,00&0,$9

2$88$,&9

',54

0 $,80$



0%000 $%000 2%000

0%000

2%000

4%000

&%000

8%000

()*+ = $%4* 4%9'

-. = 0%9

Erot agua 30

!ro" agua 0

inear )!ro" agua 0+

inear )!ro" agua 0+

! "ire

∆ '&

Erot agua = 40Ta2$a de 5a$%reerotagua

erotaire

h1

(m)h2

(m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m

3

/h)! "gua(m

3

/h)h3

(m)h4

(m)∆(h4 % h3 )

(m)∆h& ∆'&

∆'&

!

"#$E

40 $00,$

80,24

4 0,$0&2,$2

0,024'0,$5

50,$5

' 0,0020,$0

4$0$9,25

0&,92

' 0,'49

40 200,$2

$0,2&

& 0,$45,48

0,024'0,$5

50,$5

' 0,0020,$4

$40$,4&

9',24

5 $,24&

40 00,$$

40,2'

0,$594,54

0,024'0,$5

50,$5

8 0,000,$5

&$528,8'

&',

2 $,5$2



40 400,09

$0,29

& 0,2055,'

0,024'0,$5

40,$5

9 0,005 0,2$9&0,09

'',58

$ $,&8$

40 500,0'

50,$

5 0,24&,0&

0,024'0,$5

40,$&

0 0,00&0,2

4229,$

','

8 $,80$

6ra7ca

0%000 $%000 2%000

&%500

'%000

'%500

8%000

()*+ = 0%'* &%5

-. = 0%95

Erot agua 40

!ro" agua 40



! "ire

∆ '&

Erot agua = 50Ta2$a de 5a$%reerotagua

erotaire

h1

(m)h2

(m)∆(h2 h1 )

(m)! "#$E(m3

/h)! "gua(m3

/h)h3

(m)h4

(m)∆(h4 % h3 )

(m)∆h& ∆'&

∆'&

!

"#$E

50 $00,$'

00,2$

4 0,0442,$2

0,0020,$5

50,$5

' 0,0020,04

24$$,&20 &,020

0,'49



50 200,$5

'0,2

2 0,0'5,48

0,0020,$5

50,$5

' 0,0020,0'

'$5,45 &,5'

$,24&

50 00,$

$0,25

' 0,$2&4,54

0,0020,$5

50,$5

' 0,0020,$2

4$2$5,2&

0',$0

$,5$2

50 400,09

&0,29

0,$9'5,'

0,0020,$5

40,$5

8 0,0040,$9

$89$,49

',545

$,&8$

50 500,0&

20,2

9 0,2&'&,0&

0,0020,$5

40,$&

0 0,00&0,2&

$255',92

&',84'

$,80$

0%000 $%000 2%000

0%000

2%000

4%000

&%000

8%000

$0%000

()*+ = $%'* 4%&

-. = 0%9&

Erot agua 50

!ro" agua 50



! "ire

∆ '&



l oserar la gra7ca se 3u1o 1e"erminar ;ue los 3un"os 1e:Carga se 1a a 3ar"ir 1e: $%54<nun1ación se 1a a 3ar"ir 1e: $%92Para 3o1er encon"rar el cau1al ó3"imo se 3rome1ia es"os 3un"os:

+=

2

21 P P Qoptimo

73.12

92.154.1=

+

=optimoQ

73.1eQoptimo =

h

mQoptimo

3

64.5=

DISCUCIONES:

4l determinar la pendiente en el relleno seco obtuvimos un valor de n8 +.+6Jlo cual se acerca a los valores teóricos establecidos de n8+.J lo ue significaue la columna esta con un dise,o optimo.

4l determinar el caudal óptimo en ue debe de operar la columna siendo este

de h

mQoptimo

3

64.5=6 7 los puntos de carga y de inundación ue son de +.B y

+.-' respectivamente nos permite ver ue caudal de agua es el adecuado parausar en el euipo y con ue caudal no se debe operar ya ue causaría unasobre carga! el punto de inundación.

CONCLUSIONES

9e logró concluir con &1ito el estudio de la respuesta de la columna a loscaudales de aire y agua (sistema bifásico) circulando al interior de la

columna en contra corriente.

9e pudo evaluar de manera práctica y con muc"o &1ito la caída de presión deuna columna de relleno frente a las variaciones de fluido de aire y agua.

Pudimos determinamos los parámetros de flujo y localizar los puntos de cargae inundación de las columnas.

VI CUESTIONARIO



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BIBLIOGRAFIA

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