Balance de Materia a Régimen Permanente

Alumnos:

Aguilar Maltos Orlando

Vázquez Apanco Atenea Diana

Laboratorio de Ingeniería Química 1 Horario: lunes 14:00-17:00

PRACTICA NO. 1

“BALANCE DE MATERIA A REGIMEN PERMANENTE”

Problema

Determinar con ayuda de un método experimental y mediante cálculos el flujo másico en g/min con el que debe operar la bomba del tanque A que contiene una solución de MEG-AGUA y que fluye al mezclador.

De igual manera determinar la composición de dicho flujo y del flujo proveniente del tanque B tomando en cuenta las restricciones del sistema; todo ello para que la composición final a la salida del mezclador sea de 23% en masa.

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS

A B

B B

C

M

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Medición de flujo de la bomba “B”

No. Velocidad

No. De medición

Masa (g)Tiempo

(s) (min)

41 62.8 4.38 0.0732 72.3 4.31 0.071833333 64.2 4.25 0.07083333

Medición de flujo en la salida del mezclador

No. Velocidad

No. De medición

Masa (g)Tiempo

(s) (min)

54 63 2.99 0.049833335 59.9 3.64 0.060666676 55.2 3.64 0.06066667

RESULTADOS

No. Velocidad

No. De medición

Masa (g)Tiempo

(s) (min)

67 75.4 3.53 0.058833338 59.5 3.3 0.0559 64.8 3.42 0.057

No. Velocidad

No. De medición

Masa (g)Tiempo

(s) (min)

810 72.4 3.12 0.05211 66.7 2.99 0.0498333312 64.6 2.8 0.04666667

Medición del flujo de la bomba “b”

No. VelocidadNo. De

mediciónMasa (g)

TiempoFlujo másico (g/min)

(s) (min) Promedio

41 62.8 4.38 0.073 860.273973

924.3744782 72.3 4.31 0.07183333 1006.496523 64.2 4.25 0.07083333 906.352941

Medición de flujo en la salida del mezclador

En estos resultados podemos observar que en la salida del mezclador el flujo aumenta al

aumentar la velocidad con que opera la bomba de la corriente A, por lo mismo obtenemos que el porcentaje en masa en la salida del mezclador al aumentar la velocidad de la bomba A va disminuyendo.

Realizando todos los cálculos para poder conocer la composición de cada corriente (se encuentra en la memoria de cálculo) se obtiene lo siguiente:

Balance de materia general

A + B = C

Balance de materia por componente

No. Velocida

d

No. De medición

Masa (g)

TiempoFlujo másico (g/min)

(s) (min) Promedio

54 63 2.99 0.04983333 1264.21405

1053.822265 59.9 3.64 0.06066667 987.3626376 55.2 3.64 0.06066667 909.89011

IR % masa

Promedio

1.353 20.820.133333

31.352 19.8

1.352 19.8

No. Velocidad

No. De medición

Masa (g)

TiempoFlujo másico (g/min)

(s) (min) Promedio

67 75.4 3.53 0.05883333 1281.5864

1166.74898 59.5 3.3 0.055 1081.818189 64.8 3.42 0.057 1136.84211

IR% masa

Promedio1.352 19.8

19.81.352 19.81.352 19.8

No. Velocida

d

No. De medició

n

Masa (g)

TiempoFlujo másico (g/min)

(s) (min) Promedio

8

10 72.43.12

0.0521392.3076

91371.6849

811 66.7

2.99

0.04983333

1338.46154

12 64.6 2.80.0466666

71384.2857

1

IR% masa

Promedio1.352 19.8

19.4666667

1.351 18.81.352 19.8

AXmega + BXmegb = CXmegc

AXagua + BXagua = CXagua

Sistema de ecuaciones para cada una de las velocidades en los que opero la bomba “A”

Av5Xamega + BXbmegb = Cv5Xv5megc

Av6Xamega +BXbmegb = Cv6Xv6megc

Av8Xamega +BXbmegb = Cv8Xv8megc

Velocidad 5

Av5 + B = Cv5

Av5 = Cv5 - B

Av5= 1053.8222 - 924.3744 = 129.4478 g/min

Obteniendo:

Composición de la corriente A: 0.1672 MEG y 0.8327 H2O

Composición de la corriente B: 0.2060 MEG y 0.7939 H2O

Con el valor del flujo másico determinado en el punto anterior, determinar el número de velocidad con la cual la bomba “A” debe operar.

Utilizando

A + B = C

AXamega + BXbmegb = CXcmegc Teniendo como incógnitas A y C

Teniendo dos incógnitas y dos ecuaciones resolvemos y obtenemos que:

A= 549.5605 g/min

C= 6417.6291 g/min

Aplicando regresión lineal

4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.50

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

f(x) = 105.4562 x − 394.845R² = 0.999398168521506

Velocidad Vs Flujo

Flujo(A) (g/min)Linear (Flujo(A) (g/min))

Dónde:

X= velocidad

Y= Flujo de A

X= Y + 394.84/105.46

X= 549.5605 g/min + 394.84/105.46= 8.9

Por lo tanto para que se pueda generar una corriente de flujo en la salida del mezclador con el 23% en masa de MEG se necesita una velocidad de 8.9 en la bomba A.

Análisis de resultados

Velocidad Flujo(A) (g/min)

5 129.4478

6 242.3745

8 447.3105

El objetivo principal de la presente practica fue determinación de una velocidad ideal en la bomba del tanque A y con ello un flujo ideal en la misma, con el fin de tener una composición específica a la salida del mezclador, denominada corriente C, todo esto mediante la operación de un equipo que nos ofreció los datos experimentales que más tarde usaríamos en el planteamiento teórico de tal problema a través de un balance de materia a régimen permanente.

Experimentalmente no llegamos a la composición ideal solicitada por el protocolo a la salida del mezclador, sin embargo para ello realizamos los cálculos pertinentes que nos permitieron llegar a la solución del problema de manera teórica, datos que se reportan en la última tabla de este informe: velocidad ideal de la bomba en A, flujos obtenidos con base en lo anterior y determinación de las composiciones en las disoluciones de A y B pues eran desconocidas.

Al inicio del problema se nos planteó la posibilidad de llegar a una concentración del 23% en masa en la corriente C, de manera experimental no fue posible determinarlo, sin embargo, solo para señalar, la velocidad teórica necesaria, usando la ecuación de la recta, nos dice que es entre 8.9 aproximadamente de acuerdo con la sustitución de tal ecuación.

Finalmente podemos mencionar que el procedimiento indicó una tendencia que nos dice que mientras mayor sea la velocidad de la bomba que pertenece al tanque A la composición de MEG en la corriente C disminuye, considerando desde luego la velocidad constante (4) de la bomba en el tanque B.

Conclusiones

En esta práctica no se pudieron cumplir los todos los objetivos ya que la composición de la corriente del flujo de salida no era del 23% MEG aun así se pudieron obtener teóricamente las composiciones de la corriente A y B así como la velocidad de flujo de la corriente A.

Aun así se realizó una regresión lineal para poder obtener la velocidad de la bomba en la corriente A donde se pudiera obtener en la salida del mezclador una corriente con el 23 % MEG y así podemos concluir que la velocidad adecuada con la que debería operar la bomba A es de 8.9

Bibliografía

*Valiente B. A. y Stivalet C. R. Problemas de Balances de Materia, Alhambra Mexicana, 1986.

*Andersen L. B. and Wenzel L. A., Introduction to Chemical Engineering, McGraw- Hill, N. Y. 1961.