fluidizacion CASIFINAL

7/31/2019 fluidizacion CASIFINAL

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Laboratorio de Ingeniera Qumica II Fluidizacin

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUMICA EN INGENIERIAAGROINDUSTRIAL

DEPARTAMENTO ACADMICO DE OPERACIONES UNITARIAS

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II

FLUIDIZACION

PROFESOR:

Dr. Lama Ramrez, Ricardo Felipe

GRUPO N0 1

INTEGRANTES:

Chima Cerdn, Jos 08070025

Fernandez Meza Erick 08070028

Lpez Romero Richard 08070086

Rodrguez Carrillo Sol 08070093

FECHA DE ENTREGA: 18/04/2012


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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN 5

INTRODUCCIN 6

PRINCIPIOS TERICOS 7-10

DETALLES EXPERIMENTALES 11

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS 12-17

DISCUSIN DE RESULTADOS 18

CONCLUSIONES 19

RECOMENDACIONES 20

BIBLIOGRAFA 21

APNDICE 22-41

EJEMPLO DE CLCULOS 22-29

GRFICAS 30-41


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ndice de Tablas

Tabla 1: Propiedades de los fluidos a 23C ......................................................... 12Tabla 2: Datos para calcular la densidad aparente de la arena ... Error! Bookmarknot defined.12

Tabla 3: Datos para calcular la densidad absoluta de la arena .... Error! Bookmarknot defined.12Tabla 4: Datos del lecho y de la columna de fluidizacion .......Error! Bookmark notdefined.12Tabla 5: Datos experimentales para la primera corrida (ascenso).. 13Tabla 6: Datos experimentales para la primera corrida (descenso) ................Error!Bookmark not defined.13Tabla 7: Datos experimentales para la segunda corrida (ascenso) .................Error!Bookmark not defined.13Tabla 8: Datos experimentales para la segunda corrida (descenso) ...............Error!

Bookmark not defined.14Tabla 9: Analisis granulomtrico de la arena.......Error! Bookmark not defined.14Tabla 10: Porosidad y Factor de forma para el lecho estticoError! Bookmark notdefined.14Tabla 11: Resultados Experimentales de la primera corrida y Cadas de presinutilizando los modelos matemticos (ascenso) .................................................... 15Tabla 12: Resultados Experimentales de la primera corrida y Cadas de presinutilizando los modelos matemticos (descenso) .................................................. 15Tabla 13 Resultados Experimentales de la segunda corrida y Cadas de presin

utilizando los modelos matemticos (ascenso) ...Error! Bookmark not defined.16Tabla 14: Resultados Experimentales de la segunda corrida y Cadas de presinutilizando los modelos matemticos (descenso) .................................................. 16Tabla 15: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(ascenso).............................................................................................................. 16Tabla 16: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(descenso)........................................................... Error! Bookmark not defined.17Tabla 17: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la segunda corrida(ascenso)............................................................. Error! Bookmark not defined.17Tabla 18: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la segunda corrida(descenso)..................................... Error! Bookmark not defined.17


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ndice de Grficos

Grfico N1: Log P Vs. Log G, resultados de la primera corrida (ascenso).30Grfico N2: P Vs. G, resultados de la primera corrida (ascenso).30

Grfico N3: Log P Vs. Log G, resultados de la primera corrida (descenso).. 31Grfico N4: P Vs. G, resultados de la primera corrida (descenso)....... 31Grfico N5: Log Re Vs. Log P para la primera corrida. 32Grfico N6: P Vs. G, comparacin de flujos en ascenso y descenso de laprimera corrida. 32Grfico N7: P Vs. V0, comparacin de flujos en ascenso y descenso de laprimera corrida..33Grfico N8: Longitud de lecho Vs. G, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la primera corrida..33Grfico N9: Longitud de lecho Vs. Vo, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la primera corrida..34Grfico N10: P Vs. G, comparacin de resultados de la primera corrida paratoda la operacin (ascenso)34Grfico N11: P Vs. G, comparacin de resultados de la primera corrida paralecho fijo (ascenso).. 35Grfico N12: Log P Vs. Log G, resultados de la segunda corrida (ascenso).35Grfico N13: P Vs. G, resultados de la segunda corrida (ascenso) 36Grfico N14: Log P Vs. Log G, resultados de la segunda corrida descenso)36Grfico N15: P Vs. G, resultados de la segunda corrida (descenso).. 37Grfico N16: Log Re Vs. Log P para la segunda corrida. 37Grfico N17: P Vs. G, comparacin de flujos en ascenso y descenso de lasegunda corrida 38Grfico N18: P Vs. V0, comparacin de flujos en ascenso y descenso de lasegunda corrida 38Grfico N19: Longitud de lecho Vs. G, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la segunda corrida 39Grfico N20: Longitud de lecho Vs. Vo, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la segunda corrida 39Grfico N21: P Vs. G, comparacin de resultados de la segunda corrida paratoda la operacin (ascenso)40Grfico N22: P Vs. G, comparacin de resultados de la segunda corrida paralecho fijo (ascenso).. 40

Grfica N23: Grfica de Cada de presin de columna vaca vs. Caudal. 41


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RESUMEN

En esta prctica se determina la cada de presin de un lecho de partculas

conformado por un sistema solido (arena) - lquido (agua) trabajando a distintos

caudales, para el cual se determina el flujo msico mnimo por unidad de rea de

fluidizacin.

Para determinar la cada de presin experimental en el lecho fijo se utiliza un

manmetro que contiene CCl4, stas, se comparan con las ecuaciones

propuestas por Max Leva, Carman-Kozeny y P. Ergun para los cuales se

obtienen desviaciones promedio para la primera corrida en la zona de ascenso

iguales a 11.46%, 3.89%, 15.83% y en la zona de descenso iguales a 41.62%,35.13%, 28.22%. De manera similar se realiza la segunda corrida y se obtiene

desviaciones iguales a 13.13%, 4.64%, 10.18%, para la zona de ascenso y de

47.18%, 41.31%, 37.56%, para la zona de descenso.


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INTRODUCCIN

La fluidizacin es un proceso que tiene como fin de simular las propiedades de unfluido, separando partculas unas de otras utilizando un fluido. Esto puede

realizarse de muchas formas. Por tanto, este arreglo de partculas adquierepropiedades muy especiales, las cuales son de potencial importancia para laindustria qumica.

Las aplicaciones de lecho fluidizado estn relacionadas con los fenmenos detransferencia de masa y transferencia de calor, lo que ha hecho que estaoperacin sea una operacin de contacto moderna. Algunas aplicaciones se danen procesos de cristalizacin, secado, adsorcin e intercambio inico; ybioreactores. Pero, sin duda, una aplicacin resaltante se da en los reactores delecho fluidizado para reacciones catalticas heterogneas, tiles en la produccinde gasolinas y derivados.

El objetivo de la prctica es obtener las grficas experimentales que definen lafluidizacin. El fenmeno se estudiar con partculas de arena y se compararanlos resultados con ecuaciones presentes en la literatura.


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PRINCIPIOS TERICOS

La fluidizacin de los slidos, que se obtiene al atravesar una corriente de fluidoen un lecho de materia slida granular, constituye una operacin decaractersticas intermedias entre el desplazamiento de slidos en el seno del

fluido.Cuando un fluido atraviesa, de abajo a arriba, un lecho de slidos granulares,cuyo tamao de partcula vara en varios lmites estrechos, se establece elgradiente de presin necesario para vencer el frotamiento.Si el flujo sigueaumentando, el gradiente de presin es mayor. Entonces existir un valor de Pque se acerque al valor del peso del lecho por unidad de rea, hasta que laspartculas comiencen a moverse. Este movimiento de las partculas slidas seprovoca para velocidades lineales muy inferiores a las velocidades lmites quealcanzan las partculas slidas en sedimentacin libre y constituye el comienzo de

la fluidizacin.Condiciones para la fluidizacin.-

Considere un tubo vertical parcialmente lleno con un fino material granular, comose muestra en la Figura N1. El tubo est abierto por la parte superior y tiene unaplaca porosa en el fondo. El aire entra por debajo de la placa distribuidora con unabaja velocidad de flujo y asciende a travs del lecho sin dar lugar a ningnmovimiento de partculas. Si las partculas son muy pequeas, el flujo en loscanales existentes entre ellas ser laminar y la cada de presin a travs del lecho

ser proporcional a la velocidad superficial (Vo). A medida que aumenta lavelocidad, aumenta la cada de presin, pero las partculas no se mueven y laaltura del lecho permanece invariable. Para una cierta velocidad, la cada depresin a travs del lecho se equilibra, y un posterior aumento de la velocidad,provoca el movimiento de las partculas. Esto corresponde al punto A de lagrfica.

Figura N1: Cada de presin y altura de lecho vs. Velocidad superficial


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Al aumentar ms la velocidad, las partculas estn lo suficientemente separadaspara moverse en el lecho y entonces comienza la fluidizacin (punto B).

Una vez que el lecho est fluidizado, la cada de presin a travs del lechopermanecer constante, pero la altura del lecho continuar aumentando con el

flujo.Si se reduce en forma gradual la velocidad de flujo en el lecho fluidizado, la cadade presin permanece constante y la altura del lecho disminuye (lnea BC). Sinembargo la altura final del lecho ser mayor que la inicial para el lecho fijo,debido a que los slidos vertidos en el tubo tienden a empaquetarse mejor que losslidos que se asientan lentamente a partir de un estado fluidizado.

En el punto B se considera la velocidad mnima de fluidizacin VOM.

En la figura N2 se observa con mejor detalle la variacin de la presin con la

velocidad superficial.

Figura N2: Influencia de la velocidad en la cada de presin en el lecho fijo.

El punto B indica la cada de presin que equilibra el peso del lecho; mientras quela curva BC muestra un lecho inestable, debido a los pequeos movimientos yreajustes de partculas. En el punto C el lecho adquiere la mnima compacidad, yse conoce como punto crtico de fluidizacin. En el punto D la fluidizacin es mscompleta, y en el punto E las partculas dejaran el lecho debido al gran flujo.

En la fluidizacin, los parmetros a considerar son:

Dp: Dimetro de la partcula : Porosidad : Esfericidad : Factor de forma


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Velocidad mnima de fluidizacin.-

Se entiende como velocidad mnima de fluidizacin como el valor necesario paraque las partculas slidas se comporten como un fluido (empiecen a fluir). Lavelocidad mnima de fluidizacin se consigue cuando la cada de presin es

mxima y su valor es igual al peso de las partculas en la seccin transversal dellecho.

La aparicin de la cada de presin mxima se debe a que al iniciar la fluidizacin,el fluido tendr que romper posibles agregaciones de partculas que se vayanformando.

Cuando se tiene que la velocidad del fluido es GMF, las partculas empiezan amoverse y al aumentar su valor el lecho se expansiona mientras la cada depresin se mantiene prcticamente constante por las razones expuestas con

anterioridad.

Max Leva, Shivai y Wen sugirieron una correlacin a fin de predecir la velocidadmnima de fluidizacin en base a datos de sus trabajos experimentales.

88.0

82.194.0688

DpG

fs

mf

f: Densidad del fludoS: Densidad del slidoDp: Dimetro de partcula: Viscosidad del fluido

Cada de presin en un lecho esttico.-

Existen 3 ecuaciones que describen la cada de presin que sufre el lechoesttico al paso de un fluido en flujo laminar:

a. Ecuacin de Carman Kozeny:

32

22)1(150

fc

karmangDp

xGsLP

Esta ecuacin ha sido usada con xito para calcular la prdida de presin paraflujo laminar a travs de lechos empacados, originalmente Kozeny us el modelosimplificado formado por cierto nmero de tubos capilares paralelos de igual

longitud y dimetro, para describir el lecho empacado.Fue Carman quien luego de muchos resultados experimentales propuso K = 150


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b. Ecuacin Max Leva:

Los datos experimentales de Leva se encontraban todos ellos en la gama denmero de Reynolds relativamente grandes.Leva en sus trabajos presentados (sistemas slido-gas) muestra que el valor de la

constante K =200

33

321200

n

fc

n

LevagDp

LxGsP

Donde n=1 si es laminar, y n=2 si es turbulento

c. Ecuacin Sabri Ergun:

Sabri y Ergun desarrollan otra correlacin a fin de predecir la cada de presin enlechos empacados. Asumen que la prdida en el lecho esttico puede ser tratadacomo una suma de prdidas viscosa y cintica.

Energa Viscosa:

Energa Cintica: 1.75. (1- )/3

Ecuacin:

3

22

32

22)1(75.1)1(150

fcfc

ErgungDp

xGs

gDp

GsxL

P

Fue obtenida ajustando los datos para esferas, cilindros y slidos triturados, talescomo coque y arena.


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DETALLES EXPERIMENTALES

EQUIPO Y MATERIAL

Una columna de vidrio de 5cm de dimetro interno y 132cm de longitud.

Arena de ro (material del lecho poroso). Un tanque con dimensiones aproximadamente de 60 x 60 x 70cm. Sistema de vlvulas instaladas en el equipo de fluidizacin. Bomba centrfuga. Manmetro en U (CCl4). Cronmetro. Probeta graduada de 50mL. Probeta graduada de 100mL.

PROCEDIMIENTO

1. Medir la altura inicial del lecho en la columna (lecho fijo).2. Verificar que el manmetro este calibrado.3. Regular el flujo de agua con la vlvula hacia el fluidizador con el fin de que se

estabilice el lecho con flujo de agua. Luego ir aumentando el caudalgradualmente hasta que el lecho empiece a fluidizar completamente (cada depresin constante) y luego hacemos el proceso inverso cerrando la vlvula.

4. Medir los caudales en el tanque de descarga con la probeta y el cronometro.5. Tomar los datos de cada de presin en el manmetro para caudal tanto para

la forma directa como para la inversa.6. Todo este procedimiento se realiz 2 veces (2 corridas).


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TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla N1: propiedades de los fluidos a 23C

Tabla N2: Datos para calcular la densidad aparente de la arena

PRUEBA 1 PRUEBA 2peso(g)

volumen(mL)

peso(g)

volumen(mL)

Probeta 128.9 --- Probeta 128.9 ---Probeta +arena

203.2 --- Probeta +arena

266.9 ---

Arena --- 53 Arena --- 100

Tabla N3: Datos para calcular la densidad absoluta de la arena

PRUEBA 1 PRUEBA 2peso

(g)

volumen

(mL)

peso

(g)

volumen

(mL)probeta 158 --- probeta 93.1 ---agua 66 agua 25probeta + agua(22C)

223.0 probeta + agua (26c) 118.1

probeta + agua +arena

310.6 --- probeta + agua +arena

163.0 ---

agua + arena --- 100 agua + arena --- 43

Tabla N4: Datos del lecho y de la columna de fluidizacin

Densidad del Agua (Kg/m3) 997.62

Viscosidad del Agua (cp) 0.993

Densidad del CCl4 (Kg/m3) 1595.0

Datos del lecho y columnaPeso del lecho de silice (g) 650Densidad aparente de lecho Kg/m3 1400

Tamao de partculas (mm) 0,614Altura inicial del lecho de silice (cm) 24,4Dimetro interno de la columna (m) 0,05


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Tabla N5: Datos experimentales para la primera corrida (ascenso)Medicin PTotal

(mm CCl4)PLecho

(mm CCl4)Lecho(cm)

Q (mL/s) Vo (m/s) G(Kg/m2s)

Re

1 22.00 21,94 24.40 0.47 0.0002 0.24 0.162 36.50 36,39 24.40 0.80 0.0004 0.40 0.27

3 62.00 61,82 24.40 1.35 0.0007 0.69 0.454 121.00 120,66 24.40 2.52 0.0013 1.28 0.845 180.00 179,49 24.40 3.82 0.0019 1.94 1.286 242.00 241,34 24.60 4.99 0.0025 2.53 1.677 311.00 309,98 25.00 7.80 0.0040 3.96 2.618 371.00 369,20 27.50 14.19 0.0072 7.21 4.749 382.00 379,58 30.20 20.02 0.0102 10.17 6.6910 386.00 383,44 31.10 21.45 0.0109 10.90 7.1711 399.00 395,89 34.20 27.63 0.0141 14.04 9.2412 412.00 408,39 37.90 34.65 0.0176 17.60 11.59

13 475.00 470,00 56.50 64.65 0.0329 32.85 21.62

Tabla N6: Datos experimentales para la primera corrida (descenso)Medicin PTotal

(mmCCl4)

PLecho(mm CCl4)

Lecho(cm)


Re

1 433.00 4,08 47.70 43.40 0.0221 22.05 14.512 375.00 2,11 29.00 17.01 0.0087 8.64 5.693 340.00 1,52 27.20 11.81 0.0060 6.00 3.954 274.00 1,10 26.40 8.36 0.0043 4.25 2.79

5 102.00 0,43 26.00 3.18 0.0016 1.62 1.066 2.00 0 25.80 0.00 0.0000 0.00 0.00

Tabla N7: Datos experimentales para la segunda corrida (ascenso)Medicin PTotal

(mmCCl4)

PLecho(mm CCl4)

Lecho(cm)


Re

1 28.00 27,92 24.40 0.59 0.0003 0.30 0.202 93.00 92,73 24.40 2.00 0.0010 1.02 0.673 188.00 187,48 24.40 3.93 0.0020 2.00 1.324 237.00 236,32 24.50 5.15 0.0026 2.62 1.725 241.00 240,30 24.50 5.27 0.0027 2.68 1.766 336.00 334,99 24.50 7.67 0.0039 3.90 2.577 332.00 330,98 24.70 7.73 0.0039 3.92 2.588 346.00 344,91 25.10 8.35 0.0043 4.24 2.799 372.00 370,54 26.10 11.32 0.0058 5.75 3.7910 385.00 383,14 27.80 14.73 0.0075 7.48 4.9311 384.00 381,68 29.60 19.02 0.0097 9.66 6.3612 392.00 389,38 31.10 22.03 0.0112 11.19 7.37

13 419.00 415,32 37.80 35.82 0.0182 18.20 11.9814 436.00 431,93 41.60 43.29 0.0220 22.00 14.48


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Tabla N8: Datos experimentales para la segunda corrida (descenso)

Medicin PTotal(mm

CCl4)

PLecho(mm CCl4)

Lecho(cm)


Re

1 445.00 4,35 45.00 49.76 0.0253 25.28 16.64

2 444.00 4,19 43.00 45.93 0.0234 23.33 15.363 423.00 3,61 37.00 34.63 0.0176 17.60 11.584 407.00 3,04 33.30 26.74 0.0136 13.59 8.945 393.00 2,37 30.00 19.51 0.0099 9.91 6.526 358.00 1,68 27.40 13.19 0.0067 6.70 4.417 196.00 0,78 26.90 5.83 0.0030 2.96 1.958 1.00 0 26.10 0.00 0.0000 0.00 0.00

Tabla N9: Anlisis granulomtrico de la arena

Malla Peso (g) dp(mm)

Fraccinretenida [x]

xi/dpi

-16+18 0.0 0.0000 0.00-18+25 232.0 0.793 0.361 0.46-25+35 418.0 0.545 0.639 1.17-35+45 0.0 0.0000 0.00

xi/dpi = 1.63

dP (mm)= 0.614

Tabla N10: Porosidad y factor de forma para el lecho esttico

Porosidad 0.47

Esfericidad 0.76

Factor deForma

1.32


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Tabla N11: Resultados Experimentales de la primera corrida y Cadas de presinutilizando los modelos matemticos (ascenso)

Medicin PLecho(Pa)

PLeva

(Pa)

PCarman

(Pa)

PErgun

(Pa)1 128,55 143.35 129.01 108.682 213,27 241.20 217.08 182.873 362,28 409.32 368.39 310.344 707,12 762.52 686.27 578.135 1051,87 1158.29 1042.46 878.196 1414,31 1523.96 1371.56 1155.437 1816,55 2421.89 2179.70 1836.238 2163,65 4847.95 4363.16 3675.629 2224,44 7509.85 6758.86 5693.82

10 2247,06 8286.41 7457.77 6282.5911 2320,04 11742.26 10568.03 8902.7512 2393,30 16315.02 14683.52 12369.7213 2754,34 45384.78 40846.30 34409.83

Tabla N12: Resultados Experimentales de la primera corrida y Cadas de presinutilizando los modelos matemticos (descenso)

Medicin PLecho(Pa)

PLeva(Pa)

PCarman

(Pa)

PErgun(Pa)

1 2513,62 25718.09 23146.29 29013.002 2185,25 6130.06 5517.05 10088.243 1983,61 3990.64 3591.58 6314.424 1599,31 2740.97 2466.88 4203.095 595,26 1027.45 924.70 1492.596 11,72 0.00 0.00 0.00


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Tabla N13: Resultados Experimentales de la segunda corrida y Cadas depresin utilizando los modelos matemticos (ascenso)

Medicin PLecho(Pa) PLeva(Pa)

PCarman

(Pa)

PErgun(Pa)

1 163,62 178.74 160.86 135.512 543,44 606.30 545.67 459.683 1098,66 1192.59 1073.33 904.204 1384,88 1567.01 1410.31 1188.075 1408,23 1605.06 1444.55 1216.926 1963,15 2335.90 2102.31 1771.037 1939,67 2370.62 2133.56 1797.368 2021,25 2603.29 2342.96 1973.769 2171,48 3671.06 3303.96 2783.3310 2245,33 5087.96 4579.16 3857.59

11 2236,76 6992.86 6293.57 5301.8412 2281,90 8511.42 7660.28 6453.1913 2433,90 16820.83 15138.75 12753.2214 2531,23 22375.75 20138.17 16964.84

Tabla N14: Resultados Experimentales de la segunda corrida y Cadas depresin utilizando los modelos matemticos (descenso)

Medicin PLecho(Pa)

PLeva(Pa)

PCarman

(Pa)

PErgun(Pa)

1 4,35 27819.03 25037.13 21163.692 4,19 24535.96 22082.36 18666.063 3,61 15921.02 14328.92 12112.134 3,04 11062.98 9956.68 8416.315 2,37 7271.11 6544.00 5531.596 1,68 4489.82 4040.84 3415.697 0,77 1949.44 1754.50 1483.078 0,00 0.00 0.00 0.00

Tabla N15: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(ascenso)%desviacin

Medicin LEVA CARMAN ERGUN1 10,32 0,36 18,282 11,58 1,75 16,623 11,49 1,66 16,744 7,27 3,04 22,315 9,19 0,90 19,786 7,19 3,12 22,41

7 24,99 16,66 1,07promedio 11,72 3,93 16,74


18/42


18

Tabla N16: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(descenso)

%desviacinMedicin LEVA CARMAN ERGUN

4 41,65 35,17 61,955 42,06 35,63 60,12

Promedio 41,86 35,40 61,03

Tabla N17: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(ascenso)

% desviacinMedicin LEVA CARMAN ERGUN

1 8,46 1,72 20,742 10,37 0,41 18,223 7,88 2,36 21,514 11,62 1,80 16,575 12,26 2,51 15,726 15,96 6,62 10,857 18,18 9,09 7,928 22,36 13,73 2,41

promedio 13,38 4,78 14,24

Tabla N18: Porcentaje de desviacin para el lecho fijo en la primera corrida(descenso)

% desviacinMedicin LEVA CARMAN ERGUN

6 53,49 48,32 38,877 41,31 34,79 22,86

promedio 47,40 41,56 30,86


19/42


19

DISCUSIN DE RESULTADOS

El lecho presenta una velocidadmnima de fluidizacin igual a 0.004m/s de

acuerdo a lo mostrado en las grficas N06, 7, 8, 9, 17, 18, 19 y 20 para ambas

corridas y segn la ecuacin de Ergun la velocidad mnima de fluidizacin es0.0044m/s obtenindose una desviacin de 10%.

Segn las graficas N08 y 19 se observa que la trayectoria de ascenso y descenso

del flujo en el lecho fluidizado para la segunda prueba sigue la misma tendencia

en comparacion con la primera prueba la cual presenta una desviacion en la zona

de descenso, esto pudo originar debido a una perturbacion brusca en la valvula

de control de flujo.

La ecuacion que mejor describe la cada de presin en la regin de lecho fijo es la

ecuacin de Carman-Kozeny. El error promedio es de 3.89% para la primera

corrida (ascenso) y 4.64% para la segunda corrida (ascenso). En

Al analizar las graficos N08, 9, 19 y 20 se observa que la altura final del lecho sera

mayor que la inicial para el lecho fijo, debido a que el reordenamiento de las

particulas es distinta a partir de un estado de lecho fluidizado.

La cada de presin en la columna vaca corresponde a una prdida por friccin al

paso del fluido en la columna, siendo esta tan pequea de modo que no tiene

gran influencia en los clculos.


20/42


20

CONCLUSIONES

Las ecuaciones aplicadas solo describen el comportamiento de la variacin depresin en la zona de lecho fijo, ya que para la zona de lecho de fluidizado la

variacin de presin permanece constante.La variacin de presin vara de forma proporcional con el flujo msico del fluidoen la zona de lecho fijo.

Para caudal cero la altura inicial del lecho para el flujo en ascenso es menor quela altura final en el flujo de descenso.


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21

RECOMENDACIONES

El equipo para prctica de fluidizacin debe ser manipulado con cuidado. La

vlvula reguladora es muy delicada y cualquier perturbacin puede causar una

alteracin en el experimento.

Para estudiar mejor el fenmeno de fluidizacin, se puede realizar la experiencia

con otro tipo de partculas, de diferente tamao y/o forma, con el fin de evaluar las

cadas de presin en relacin con el tipo de partcula.


22/42


22

REFERENCIAS BIBLIOGRAFAS

Brown, George, Ingeniera Qumica, Editorial Grficas Condal, Espaa 1965,pag. 286- 289

H., Scott Fogler, Elementos de Ingeniera de las reacciones qumicas, Terceraedicin, Editorial Prentice Hall, Mxico 2001, pg. 786-787

Perry, Robert H., Manual del Ingeniero Qumico, Quinta edicin, EditorialMcGraw-Hill, Colombia 1982, pg. 20.74 20.75

Leva, Max, Fluidization, Editorial McGraw-Hill, pg 57-64

McCabe, Warren L. y Smith, Julian C., Operaciones bsicas de IngenieraQumica, EditorailRevert, Barcelona 1973, pg 189-194


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23

APENDICE

EJEMPLO DE CALCULOS

Los clculos se realizan para la corrida en ascenso N0 1

CALCULO DEL DIAMETRO DE PARTICULA (Dp)A partir de los datos de la tabla N09 se tiene:

Dnde:

Malla Dimetro (mm) Peso (gramos) -16 + 18 - 0.0 0.000-18 + 25 0.793 232.0 0.361-25 + 35 0.545 418.0 0.639-35 + 45 - 0.0 0.000

Reemplazando datos:

CLCULO DEL AREA


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24

CALCULO DE LA POROSIDAD DEL LECHO.

Para esto se calcula primeramente las densidades aparente y absoluta de la

arena.

Calculo de la densidad aparente de la arena()A partir de los datos de la tabla N02 se tiene:

Primera prueba:

()

()

Calculo de la densidad absoluta de la arenaA partir de los datos de la tabla N03 se tiene:

Primera prueba:

Segunda prueba:

Con los valores de las dos pruebas se toma un valor promedio para la densidad

Con estos valores se calcula la porosidad del lecho fijo


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25

CLCULO DEL FACTOR DE FORMA

De la grfica que relaciona la Esfericidad () con la Porosidad (), se tiene:

Para una

Con este valor de esfericidad se calcula el factor de forma mediante la

siguiente relacin:

CLCULO DEL CAUDAL PROMEDIO (Q)

TIEMPO (s) Volumen (mL)

39.98 18.0

39.68 19.0

40.13 19.5

39.75 19.0

40.31 19.0

Para observar todos los resultados, ir a las tablas N05,6,7 y 8


26/42


26

CLCULO DEL FLUJO MASICO POR UNIDAD DE AREA DEL AGUA (Gs)


CALCULO DEL RGIMEN DEL FLUIDO



27/42


27

CLCULO DE LA CAIDA DE PRESIN EXPERIMENTAL TOTAL

Las presiones en el punto X e Y son iguales, entonces

()

() ()() ( )

Dnde:

= 22 mm CCl4CLCULO DE LA CADA DE PRESIN DEL LECHO

En la grfica N23 se obtiene la ecuacin que relaciona con el

caudal de agua Q(mL/s)

ReemplazandoparaQ = 0.47 mL/s

4

4

3


28/42


28

La cada de presin de lecho es:

= 21.94 mm CCl4

( )


CLCULO DE LA CAIDA DE PRESION APLICANDO LA ECUACION DE MAXLEVA



29/42


29

CLCULO DE LA CAIDA DE PRESION APLICANDO LA ECUACION DE

CARMAN-KOZENY


CLCULO DE LA CAIDA DE PRESION APLICANDO LA ECUACION DE

ERGUN



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30

CLCULO DEL PORCENTAJE DE DESVIACION


CLCULO DE LA VELOCIDAD MNIMA DE FLUIDIZACIN

La velocidad mnima de fluidizacin se puede calcular con la ecuacin

propuesta por Ergun:

Reemplazando:

Dp = 0.614 mm = 9.33x10-4 kg/ms = 997.62 kg/m3 = 0.465 = 1.32

Se obtiene que el valor de VOM es de 0.0044 m/s.

El porcentaje de desviacin ser:


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31

GRAFICAS

1) Grficos para la primera corrida.-

Grfico N1: Log P Vs. Log G, resultados de la primera corrida (ascenso).

Grfico N2: P Vs. G, resultados de la primera corrida (ascenso).

2

2.22.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

0 5 10 15 20 25 30 35

LogP(Pa)

Log G (kg/m2s)

Grafico experimental

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30 35

P(Pa)

G (kg/m2s)

Grafica experimental


32/42


32

Grfico N3: LogP Vs. Log G, resultados de la primera corrida (descenso).

Grfico N4: P Vs. G, resultados de la primera corrida (descenso).

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

0 5 10 15 20 25

LogP

(Pa)

Log G (kg/m2s)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25

P(Pa)

G (kg/m2s)



33/42


33

Grfico N5: Log Re Vs. Log P para la primera corrida.

Grfico N6: P Vs. G, comparacin de flujos en ascenso y descenso de la

primera corrida.

y = 0.9788x + 2.9024

R = 0.9961

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6

LogPLecho

Log Re

log(Re) vs log(P)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30 35

PLech

o(Pa)

G (kg/m2s)

Comparacin de flujo en Ascenso y

Descenso

Ascenso Descenso


34/42


34

Grfico N7: P Vs. V0, comparacin de flujos en ascenso y descenso de laprimera corrida.

Grfico N8: Longitud de lecho Vs. G, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la primera corrida.

Grfico N9: Longitud de lecho Vs. Vo, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la primera corrida.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

PLecho(Pa)

Vo (m/s)


Descenso

Ascenso Descenso

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 5 10 15 20 25 30 35

Longitud

delecho(cm)

G (kg/m2s)


Descenso

Ascenso Descenso


35/42


35

Grfico N10: P Vs. G, comparacin de resultados de la primera corrida paratoda la operacin (ascenso)

Grfico N11: P Vs. G, comparacin de resultados de la primera corrida para

lecho fijo (ascenso)

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Longituddelecho(cm)

Vo (m/s)


Descenso

Ascenso Descenso

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

0 5 10 15 20 25 30 35

PLecho(Pa)

G(Kg/m2s)

Comparacion de Resultados

Experimental Ec. Leva Ec. Carman-Kozeny Ec. Ergun


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36

2) Grficos para la segunda corrida.-

Grfico N12: Log P Vs. Log G, resultados de la segunda corrida (ascenso).

Grfico N13: P Vs. G, resultados de la segunda corrida (ascenso).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30 35

PLecho(Pa)

G (kg/m2s)

Comparacin de resultados


2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

0 5 10 15 20 25

LogPLecho

(Pa)

Log G (kg/m2s)



37/42


37

Grfico N14: Log P Vs. Log G, resultados de la segunda corrida descenso).

Grfico N15: P Vs. G, resultados de la segunda corrida (descenso).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25

P

Lecho(Pa)

G (kg/m2s)


2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

0 5 10 15 20 25 30

LogPLecho(Pa)

Log G (kg/m2s)



38/42


38

Grfico N16: Log Re Vs. Log P para la segunda corrida.

Grfico N17: P Vs. G, comparacin de flujos en ascenso y descenso de lasegunda corrida.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30

P

Lecho(Pa)

G (kg/m2s)


y = 0.9604x + 2.9034

R = 0.9983

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6

LogPLecho

Log Re

log(Re) vs log(P)


39/42


39

Grfico N18: P Vs. V0, comparacin de flujos en ascenso y descenso de lasegunda corrida.

Grfico N19: Longitud de lecho Vs. G, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la segunda corrida.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30 35

PLecho

(Pa)

G (kg/m2s)


Descenso

Ascenso Descenso

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

PLecho(Pa)

Vo (m/s)


Descenso

DESCENSO ASCENSO


40/42


40

Grfico N20: Longitud de lecho Vs. Vo, comparacin de flujos en ascenso ydescenso de la segunda corrida.

Grfico N21: P Vs. G, comparacin de resultados de la segunda corrida paratoda la operacin (ascenso)

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

0 5 10 15 20 25 30

Longituddelecho(cm)

G (kg/m2s)


Descenso

DESCENSO ASCENSO

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

Lomgituddelecho(cm)

Vo (m/s)

Comparacin de flujo en Ascenso yDescenso

DESCENSO ASCENSO


41/42


41

Grfico N22: P Vs. G, comparacin de resultados de la segunda corrida paralecho fijo (ascenso)

Grfica N23: Grfica de Cada de presin de columna vaca vs. Caudal

0

2000

4000

6000

8000

1000012000

14000

16000

18000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

PLecho(Pa)

G(Kg/m2s)

Comparacion de Resultados


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25

dPLecho(Pa)

G (kg/m2s)

Comparacin de ecuaciones

Experimental

Ec. Leva

Ec. Carman-Kozeny

Ec. Ergun


42/42


y = 3E-07x4

- 3E-05x3

- 0,0002x2

+ 0,1346xR = 0,997

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100 120

Presin(mmCCl4)

Caudal (mL/s)

Caudal vs. Caida de presin

fluidizacion CASIFINAL

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