Norman E. Rivera Pasos

Practica #4:

Columna Empacada

Jose Ricardo Silva Talamantes

Gabriel Manjarrez Albarran

Diana Pérez Santoyo

Fernanda Barrera Gutiérrez

Francisca Sánchez Sánchez

Jose Víctor Muñoz Saucedo

Laboratorio Integral I

Introducción:

El presente reporte de laboratorio tiene como finalidad presentar los conocimientos

adquiridos en la pasada practica de laboratorio llamada “Columna Empacada” de la

materia Laboratorio Integral I impartida por el profesor Norman E. Rivera Pasos en el

Instituto Tecnológico de Mexicali.

Este reporte tiene la finalidad de determinar la caída de presión en un lecho empacado y

sin empacar en un sistema de bombeo; se calculara la caída de presión solo por fricción

de la manguera o sea cuando no está empacada, así como el cálculo de la caída de

presión cuando esta empacado , se necesitaran cálculos del número de Reynolds para

precisar la ecuación más adecuada para hacer la estimación de dicha caída de presión, el

experimento se basó en un lecho de palitos o mejor conocidos como tarugos en una

manguera de ½ pulgada.

Se presentaran evidencia de como se realizó el experimento de una columna con relleno

en forma de imágenes así como la metodología y los resultados obtenidos por las

mediciones junto con las ecuaciones utilizadas.

Objetivo:

Determinar la caída de presión en un sistema de columna rellena así como una sin

rellenar, con esto se podrá notar la diferencia de cada uno, para darse cuenta de la

importancia que tiene el empacado con respecto a la caída de presión en el sistema.

Marco Teórico

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.

Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el

rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas

no permanecen por más tiempo estacionario, sino que comienzan a moverse y quedan

suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas.

El comportamiento de un lecho relleno viene caracterizado principalmente por las

siguientes magnitudes:

- Porosidad del lecho o fracción de huecos, ε: Es la relación que existe entre el volumen

de huecos del lecho y el volumen total del mismo (hueco más sólidos).

- Esfericidad de una partícula, φ: es la medida más útil para caracterizar la forma de

partículas no esféricas e irregulares. Se define como:

í

Tamaño de partículas, dp: Si la partícula es esférica se emplea su diámetro. Para

partículas no esféricas, el tamaño viene expresado por:

Donde es el diámetro equivalente de esfera (diámetro de la esfera que tiene el mismo

volumen que la partícula).

Perdida friccional para lechos rellenos

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.

Hay 3 fórmulas para calcular la caída de presión y estas dependen del flujo, si es laminar,

turbulento o en transición:

Laminar:

3

2

2

00 1150

p

L

DL

PP

Turbulento:

3

2

00 1

4

7

DL

PP L

Transición:

3

2

0

3

2

2

00 1

4

71150

DDL

PP

p

L

Para Calcular Reynolds:

1Re 0GDVDVD P

Fórmulas para calcular Variables:

LechoVol

HueVol

.

cos.

LechoVol

MojadaSupera

.

.

a

Rh

1

aau

u

pa

D6

ldecolumnaTransversaSecc

wV

.0

00 VG

Material y Equipo

1. Bomba de 45w

2. 2.61m de manguera de ½”

3. Cuba Hidroneumática

4. 1.8m de tarugos de madera

5. 01 probeta de 1000ml

Metodología

Procedimiento para realizar el experimento:

1. Se rellena la manguera con 12 tarugos y se extiende a lo largo de la mesa de

laboratorio, hasta conseguir una posición horizontal.

2. En un extremo de la manguera, es conectada la bomba.

3. Se introduce la bomba (conectada a la manguera) en la cuba hidroneumática de

plástico.

4. Se llena de agua la cuba hidroneumática que contiene a la bomba.

5. En el otro extremo de la manguera, un integrante del equipo sostiene otra cuba

hidroneumática, y otro coge una probeta en espera de la descarga de agua

generada para la medición del volumen.

6. Se prepara un cronómetro para la medición del tiempo y de esta forma obtener

flujo volumétrico.

7. Es conectada la bomba a la corriente eléctrica y se deja estabilizar el flujo de

agua, aproximadamente 10 segundos.

8. Se retira la cuba hidroneumática y se coloca la probeta graduada, en ese mismo

instante se enciende el cronómetro.

9. Cuando el agua llega a 700ml de la probeta, se detiene el cronómetro y al mismo

tiempo se desconecta la bomba.

10. El agua que contenía la probeta, se vacía a la cuba hidroneumática nuevamente y

se repiten los procedimientos 5-9 (se realizan dos réplicas).

11. Se vacía el agua de la probeta a la cuba hidroneumática, se extrae toda el agua

que contenía la manguera y se desconecta de la bomba.

12. Se retiran los tarugos del interior de la manguera.

13. Se vuelve a conectar el extremo de la manguera a la bomba, y se extiende

horizontalmente a lo largo de la mesa de laboratorio.

14. Se repiten los procedimientos de 4-10, sólo que esta vez, en ausencia de lecho.

15. Finalmente se realizan los cálculos correspondientes.

Imágenes

Cálculos y Resultados:

Datos:

Resultados:

Tabla de resultados de caída de presión con y sin relleno:

Conclusiones:

Con la práctica y el presente reporte de laboratorio se pretendía realizar un análisis de la

caída de presión que se generaba en un lecho empacado; se realizo un experimento el

cual consistía en determinar el caudal que pasaba por una manguera y después esa

manguera empacarla con algún material y también determinar su caudal para así con

unas fórmulas obtenidas del libro “Fenómenos de Transporte de B. Byrd” determinar la

caída de presión y realizar un análisis de ambos.

Después de realizar el experimento y los debidos cálculos para determinar las caídas de

presión, nuestros resultados fueron que para la manguera sin rellanar hubo una caída de

presión de 18,579pa y rellena 540,600pa, los resultados son coherentes ya que la caída

con el lecho empacado es mucho mayor que sin empacar que es lo lógico que debía

ocurrir ya que cuando esta sin empacar el único factor que disminuiría la presión seria la

fricción y cuando esta empacado el material de relleno opone mucha más resistencia al

flujo, por lo que consideramos que el cálculo y el experimento fueron un éxito o que son

acertados.

Referencias

Fenómenos de Transporte; B. Bird, 2da Edición