IMA 2011-2012 Examen tipo D Página 1 de 2

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE

INGENIEROS INDUSTRIALES

NOTA.- Las calificaciones del examen se publicarán en el tablón de anuncios del Departamento antes del martes 27 de marzo de 2012.

EXAMEN TIPO D P1. Se pretende realizar una instalación de depuración del biogas efluente de un vertedero. El objetivo es eliminar la humedad y el sulfhídrico para poder generar energía eléctrica en unos motores de combustión interna acoplados a alternadores. El flujo de biogas es de 30474 Nm3/h y su composición es del 55% CH4, 40% CO2, 1%H2, 2%N2, 1,8% H2O y 2000 ppmv de H2S.

1. (0,5 puntos) Determinar el peso molecular medio aproximado del gas (pesos atómicos C: 12, H: 1, O: 16, N: 14, S:32: 1A 26,0 – 27,9 2A 28,0 – 29,9 1B 24,0 – 25,9 2B 30,0 – 31,9 1C 22,0 – 23,9 2C 32,0 – 33,9 1D 20,0 – 21,9 2D 34,0 – 35,9 1E 18,0 – 19,9 2E 36,0 – 40,0

El gas se enfría a 25 ºC condensando la humedad que en parte se separa por gravedad y parte es arrastrada en forma de gotas de agua con un tamaño promedio de 100 µm. Determinar el ciclón Stairmand (W = 0,2D, H = 0,5D) necesario para separar el 99% de las gotas arrastradas si se diseña con una velocidad de entrada Vc = 22 m/s. (Viscosidad del gas 2·10-2 cP.; N (número de giros del ciclón) = 5,5; ρp = 1000 kg/m3). R = 0,0831447 m3·mb·K-1·mol-1 = 0,082 m3·atm·K-1·kmol-1

2. (0,5 puntos) Determinar la densidad del gas a la entrada del ciclón (25 ºC y 1 atm):

3A 2,10 – 2,49 Kg/m3 4A 0,10 – 0,49 Kg/m3

3B 1,70 – 2,09 Kg/m3 4B 2,50 – 2,89 Kg/m3

3C 1,30 – 1,69 Kg/m3 4C 2,90 – 3,29 Kg/m3

3D 0,90 – 1,29 Kg/m3 4D 3,30 – 3,69 Kg/m3

3E 1,30 – 1,69 Kg/m3 4E 3,70 – 5,00 Kg/m3

3. (1,0 puntos) Determinar la pérdida de carga que cabe esperar en el ciclón en mm H2O (ΔP = ρH2Ogh = 4ρgVc2)

5A 11 – 40 mm H2O 6A 161 – 190 mm H2O 5B 41 – 70 mm H2O 6B 191 – 222 mm H2O 5C 71 – 100 mm H2O 6C 223 – 250 mm H2O 5D 101 – 130 mm H2O 6D 251 – 280 mm H2O 5E 131 – 160 mm H2O 6E 281 – 500 mm H2O

4. (1,0 puntos) Determinar el diámetro de corte d50 en micras del ciclón necesario para la eficiencia exigida del 99% (η =

(d/d50)2/(1+(d/d50)2): 7A 11,1 – 13,5 µm 8A 13,6 – 15,0 µm 7B 7,6 – 11,0 µm 8B 15,1 – 17,5 µm 7C 5,1 – 7,5 µm 8C 17,6 – 20,0 µm 7D 2,6 – 5,0 µm 8D 20,1 – 22,5 µm 7E 0,1 – 2,5 µm 8E 22,6 – 25,0 µm

5. (1,0 puntos) Calcular el diámetro, D, del ciclón, a partir del diámetro de corte (d50 = (9Wμ/(2πNVcρp))0,5) o de la velocidad de entrada Vc = 22 m/s:

9A 0 – 0,2 m 10A 1,01 – 1,3 m 9B 0,21– 0,4 m 10B 1,31 – 1,6 m 9C 0,41 – 0,6 m 10C 1,61 – 1,8 m 9D 0,61 – 0,8 m 10D 1,81 – 2,0 m 9E 0,81 – 1,0 m 10E 2,01 – 2,2 m

P2. El mismo gas frío a 25 ºC se hace pasar por una torre de relleno para mediante la adición de agua ligeramente alcalinizada con NaOH y FeCl3 precipitar Fe2S3 por reacción instantánea con el sulfhídrico absorbido. El sulfuro producido se retira por filtración (2FeCl3 + 3H2S + 6OH- → Fe2S3 + 3H2O + 6Cl-).

6. (1,0 puntos) Determinar el número de unidades de transferencia necesarias (NTU) para dejar en el gas de salida con un contenido de 200 ppmv H2S que es aceptable para la combustión en los motores

11A 1,1 – 3 12A 11,1 – 13 11B 3,1 – 5 12B 13,1 – 15 11C 5,1 – 7 12C 15,1 – 17 11D 7,1 – 9 12D 17,1 – 19 11E 9,1 – 11 12E 19,1 – 21

INGENIERÍA DEL MEDIO AMBIENTE Prueba de evaluación continua: 13 de marzo de 2012

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7. (1,0 puntos) Calcular la altura aproximada de relleno necesario usando una HTU = 0,5 m, y 0,6 m más de altura para

cubrir desigualdades de flujo: 13A 0,1 – 0,2 m 14A 0,61 – 0,7 m 13B 0,21 – 0,3 m 14B 0,71 – 0,8 m 13C 0,31 – 0,4 m 14C 0,81 – 0,9 m 13D 0,41 – 0,5 m 14D 0,91 – 1,0 m 13E 0,51 – 0,6 m 14E 1,01 – 3,0 m

8. (0,5 puntos) Un lavador Venturi:

15A Tiene alta eficiencia para la separación de gases y partículas a costa de una elevada pérdida de carga

15B Sólo se utiliza para la separación por lavado de un gas contaminante

15C Presenta una baja pérdida de carga 15D Sólo se utiliza para la separación de partículas

15E Resulta conveniente al introducir una nueva fase líquida en el tratamiento de gases y partículas

9. (0,5 puntos) ¿Cuál es el parámetro más importante que distingue a un precipitador electrostático de un ciclón desde el punto de vista de su elección?:

16A La pérdida de carga 16B La eficacia de separación para pequeñas partículas 16C El coste de mantenimiento 16D El coste energético 16E El riesgo de explosión

10. (0,5 puntos) La adsorción:

17A Se realiza al transferirse selectivamente un gas a la superficie de un sólido

17B Es la transferencia de una fase gaseosa a una líquida

17C Se basa en la solubilidad de las moléculas en un líquido

17D Requiere un lecho adsorbente y se realiza a alta temperatura

17E Requiere la utilización de altas presiones de operación

11. (0,5 puntos) Para realizar la absorción de un gas contaminante se requiere:

18A

La dispersión del líquido en finas películas que son rodeadas por el gas o la de éste en pequeñas burbujas que atraviesan el volumen de líquido o la dispersión del líquido en pequeñas gotas que circulan a través del volumen del gas

18B La dispersión del líquido en finas películas que son rodeadas por el gas

18C La dispersión del gas en pequeñas burbujas que atraviesan un volumen de líquido

18D La dispersión del líquido en pequeñas gotas que circulan a través de un volumen de gas

18E Un relleno barato de baja pérdida de carga

12. (0,5 puntos) La desulfuración de los gases de combustión de una central térmica por lavado húmedo con caliza:

19A Requiere el precalentamiento de los gases a la entrada del absorbedor

19B La caliza se muele hasta un diámetro de dos o tres milímetros

19C Las reacciones en la fase líquida producen yeso o sulfato cálcico rápidamente

19D La relación molar en las reacciones es de 2:1 de S:Ca

19E Se usa baja temperatura y una relación molar 1:1 S:Ca incorporando aire por la parte inferior de la torre para completar la oxidación lenta del sulfito a sulfato

13 (0,5 puntos) Las medidas primarias para la reducción de NOx en las combustiones son:

20A Rediseño de la caldera, quemadores de bajo NOx, combustión por etapas y recirculación de los gases de combustión

20B Añadir quemadores adicionales 20C Sustitución de la caldera

20D Rediseño de la caldera, quemadores de bajo NOx, combustión por etapas, recirculación de los gases de combustión y utilización de catalizadores

20E Reducción catalítica selectiva y no selectiva

14. (0,5 puntos) Las medidas secundarias para la reducción de NOx en las combustiones son:

21A Rediseño de la caldera, quemadores de bajo NOx, combustión por etapas y recirculación de los gases de combustión

21B Reacción selectiva catalítica y no catalítica con urea o amoníaco

21C Realizar la combustión en tres etapas 21D Utilizar combustibles de bajo N 21E Añadir quemadores adicionales

15 (0,5 puntos) Sobre la emisión de olores:

22A Son fáciles de medir y controlar mediante la tecnología

22B El proceso más barato para reducirlos es la incineración

22C Se utilizan lechos de tierra o filtros biológicos y suele ser la opción más barata

22D Se pueden utilizar agentes encubridores, adsorción, incineración y absorción

22E Se utilizan lechos de tierra, filtros biológicos, agentes encubridores, adsorción, incineración o absorción