Pract Prof 1Manual Transporte de fluidos.docx

INSTITUTO TECNOLGICO DE SONORA

INSTITUTO TECNOLGICO DE SONORADEPARTAMENTO DE CIENCIAS DEL AGUA Y MEDIO AMBIENTEACADEMIA DE INGENIERA QUMICA APLICADA

MANUAL DE PRCTICAS LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOS. Clave: 004154. Catlogo: 1018G

Julio de 2012

INSTITUTO TECNOLGICO DE SONORADIRECTORIO:Dr. Roberto Isidro Cruz MedinaRector Dr. Jesus Hctor Hernndez Lopez Vicerrector acadmicoMtro. Jesus Ren Pablos TavaresVicerrector administrativoMtro. Germn Eduardo Dvora IsiordiaJefe del Departamento de Ciencias del Agua y Medio AmbienteMtra. Nidia Josefina Ros Vazquez Responsable del Programa de Ingeniero QumicoMtro. Jorge Saldvar CabralesCoordinador de AcademiaM.C.: Yedidia Villegas Peralta M.C. Juan Francisco Figueroa GarcaM.I. Maria del Rosario Martnez MaciasColaboradores y diseo del manualEste manual fue editado para uso exclusivo de maestros y alumnos del ITSON que imparten o en su caso, cursan la materia.Cd. Obregn, Sonora, Mxico. Julio 2012

PRLOGO

El presente manual que contiene las prcticas del Laboratorio de TRANSPORTE DE FLUIDOS tiene como finalidad primordial, brindar al usuario apoyo en la realizacin y comprensin de las bases terico-prcticas de la materia del mismo nombre, contribuyendo al aprendizaje como una herramienta esencial para el desarrollo acadmico y profesional del Ingeniero Qumico.

Las prcticas contienen la teora bsica relacionada al tema, el procedimiento detallado para la realizacin de la misma, as como los materiales y equipos requeridos. Adems cuenta con tablas para presentar los resultados y cuestionarios de apoyo.

Este manual sirve de apoyo para el alumno y el maestro; para la ejecucin y obtencin de mejores resultados en las prcticas.

LOS AUTORES

NDICE

PRCTICA________ NOMBRE_____________________________________PAG_

1. Diagramas de flujo, reglas y polticas del curso. Seguridad 12. Equipos e instrumentos para operaciones con fluidos 73. Propiedades fsicas de los fluidos. Densidad y viscosidad124. Difusividad175. Tiempo de residencia hidrulica.196. Lquidos no-Newtonianos257. Nmero de Reynolds 328. Factor de friccin en diversas tuberas379. Caractersticas, funcionamiento y operacin de las bombas 42Centrfugas10. Cavitacin en bombas centrfugas.4511. Torre de absorcin empacada4812. Filtracin: curva de absorbancia y caudales5313. Filtracin: Formacin de precapa5814. Trabajo final: Aplicacin del transporte de fluidos en una 62empresa

4

iv

LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA NO. 1

DIAGRAMAS DE FLUJO, REGLAS Y POLTICAS DEL CURSO. SEGURIDAD

OBJETIVO:El maestro informar a los alumnos sobre las polticas a seguir durante el transcurso del curso de laboratorio, en cuanto a puntualidad, asistencia, diagramas de flujo, presentacin de reportes, asignaciones, desempeo y evaluacin. Adems se revisarn los lineamientos establecidos por el departamento de laboratorios.

INTRODUCCIN:En este primer contacto del maestro con sus alumnos, es importante que queden claros los lineamientos y polticas a seguir durante el curso. Para ello, se har lectura del programa resumido, donde se les explicar de forma general en qu consisten las prcticas, la forma de evaluacin, la importancia de la puntualidad y asistencia. Adems se les indicar que deben presentar diagramas de flujo, cmo presentar los reportes y las asignaciones. Tambin se formarn equipos de trabajo.Finalmente se analizar el documento: Lineamientos generales de laboratorios, establecido por el departamento de laboratorio.

Diagrama de flujo

Definicin: Un diagrama de flujo es una representacin grfica del procedimiento que seguimos para realizar un proceso; partiendo de una entrada, para despus de realizar una serie de acciones llegar a una salida.

Cada paso se apoya en el anterior y sirve de sustento al siguiente:

El diagrama de flujo tiene las siguientes caractersticas y ventajas:

Es una representacin grfica de las secuencias de un proceso, presenta informacin clara, ordenada y concisa. Permite visualizar las frecuencias y relaciones entre las etapas indicadas. Se pueden detectar problemas, desconexiones, pasos de escaso valor aadido etc. Compara y contrasta el flujo actual del proceso contra el flujo ideal, para identificar oportunidades de mejora. Identifica los lugares y posiciones donde los datos adicionales pueden ser recopilados e investigados. Ayuda a entender el proceso completo. Permite comprender de forma rpida y amena los procesos.

SmbolosPara elaborar un diagrama de flujo, se necesitan una serie de smbolos bsicos; a continuacin se presentan algunos de ellos.

SmboloSignificado

Comienzo o final de proceso: en su interior situamos materiales, informacin o acciones para comenzar el proceso o para mostrar el resultado en el final del mismo.

Conexin con otros procesos: Nombramos un proceso independiente que en algn momento aparece relacionado con el proceso principal.

Actividad: Tarea o actividad llevada a cabo durante el proceso. Puede tener muchas entradas, pero solo una salida.

Informacin de apoyo: Situamos en su interior la informacin necesaria para alimentar una actividad (datos para realizarla).

Decisin/ Bifurcacin: Indicamos puntos en que se toman decisiones: SI o NO. Si se coloca un NO, se deber indicar la razn del por qu se retorna al proceso anterior.

Conexiones de pasos o flechas: Muestran direccin y sentido del flujo del proceso, conectando los smbolos.

Documento: Se utiliza este smbolo para hacer referencia a la generacin o consulta de un documento especfico en un punto del proceso.

Transporte: Indica que se debe mover fsicamente una actividad o proceso.

Reglas del Curso:

1. Dos faltas al curso equivale a reprobacin del laboratorio y solo se dar como tolerancia para asistencia al curso un mximo de 10 minutos. 2. Es indispensable el uso de BATA como pase al Laboratorio LV-900, aquel alumno que no presente bata a la sesin del laboratorio se le negar su pase a la prctica, por lo tanto se considera como falta.

3. Por seguridad se deber usar calzado cerrado (no se permitir el uso de zapato abierto), no gorra o sombrero, no shorts, no falda, se recomienda portar pantaln.

4. El uso de celular durante la sesin se permite en el modo vibrador.

5. Para el prstamo de material y equipo de laboratorios es necesario presentar su credencial actualizada que lo acredite como alumno regular de la institucin.

6. Se recomienda revisar el material y equipo proporcionado, cantidad y estado fsico, el cual deber estar en buenas condiciones. 7. El material que se dae estando en poder del alumno, deber ser repuesto por otro de las mismas caractersticas a ms tardar al final del semestre escolar o de lo contrario no podr inscribirse al prximo semestre.

8. Al final de la prctica se debe entregar el material limpio y reportar si hubo alguna anomala.

9. Al retirarse del laboratorio deber dejar su rea de trabajo en orden.

10. No fumar, ni ingerir alimentos y bebidas dentro del laboratorio.

11. Guardar respeto y seguir las indicaciones del profesor y del tcnico acadmico.

Polticas del Curso:

1. Es requisito leer la prctica antes de entrar a la sesin.

2. Hacer el diagrama de flujo a COMPUTADORA, estudiarlo, analizarlo y mostrarlo previamente al inicio de la sesin. Es parte de su asistencia y de su calificacin final.

3. Conservar sus prcticas para el portafolio final que se le solicitar en la ultima sesin del curso.

4. Cada prctica deber ser firmada por el instructor, con fecha (diagrama de flujo, asignacin, reporte entre otros).

5. La ponderacin del curso es la siguiente:

EVALUACION/CRITERIOPONDERACIN

Diagrama de Flujo10 %

Reporte25%

Desempeo20%

Asistencia5 %

Trabajo final20%

Portafolio20%

Final100%

A continuacin se muestran algunos sealamientos de seguridad que se deben conocer para aplicarlos en el laboratorio.

INDICACIN EJEMPLO

UBICACIN DE UN EXTINTOR

UBICACIN DE UN HIDRANTE

CONTENIDO DE IMAGEN DEL SMBOLOEJEMPLO

PROHIBIDO FUMAR

PROHIBIDO GENERAR LLAMA ABIERTA E INTRODUCIR OBJETOS INCANDESCENTES

PROHIBIDO EL PASO

Figura 1. Seales para equipo a utilizar en caso de incendio.

Figura 2. Seales de prohibicin.

INDICACIN EJEMPLO

UBICACIN DE UNA SALIDA DE EMERGENCIA

UBICACIN DE UNA REGADERA DE EMERGENCIA

UBICACIN DE ESTACIONES Y BOTIQUN DE PRIMEROS AUXILIOS

UBICACIN DE UN LAVAOJOS

INDICACINEJEMPLO

INDICACIN GENERAL DE PRECAUCIN

PRECAUCIN, SUSTANCIA TXICA

PRECAUCIN, SUSTANCIAS CORROSIVAS

PRECAUCIN, MATERIALES INFLAMABLES Y COMBUSTIBLES

ADVERTENCIA DE RIESGO ELCTRICO

Figura 3. Seales que indican ubicacin de salidas de emergencia y de instalaciones de primeros auxilios.Figura 4. Seales de precaucin.

Fuente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-026-STPS-1998

TABLA 1. COLORES DE SEGURIDAD PARA TUBERIAS Y SU SIGNIFICADOCOLOR DE SEGURIDADSIGNIFICADO

GRISVAPOR

AMARILLOGAS L.P

VERDEAGUA

AZULAIRE

ANARANJADOVACO

Para definir si un fluido es peligroso se debern consultar las hojas de datos de seguridad conforme alo establecido en la NOM-114-STPS-1994.LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA NO. 2

EQUIPOS E INSTRUMENTOS PARA OPERACIONES DE FLUIDOS

OBJETIVO:Identificar el equipo de laboratorio utilizado en el manejo de fluidos e investigar su principio de operacin a fin utilizarlos en prcticas posteriores.

Determinar la presin manomtrica y absoluta utilizando manmetros de mercurio y manmetros tipo BOURDON.

Determinar el caudal de un fluido a travs de una tubera utilizando mtodos volumtricos y magnticos.

INTRODUCCIN:La prctica de la Ingeniera requiere de una serie de instrumentos y equipo para la medicin y prueba de las caractersticas de los materiales que se transforman a efecto de llevar a cabo un control de las caractersticas deseadas.

Para este laboratorio estos instrumentos y equipos se encuentran distribuidos en el laboratorio localizado en la Unidad Nainari, denominado LV-900 (LV-917 y LV-915).

Identificarlos e investigar el principio de su funcionamiento es uno de los objetivos de esta prctica.

Esta prctica tambin incluye la medicin de la presin manomtrica y calcular la presin absoluta, as como el caudal de un fluido a travs de una tubera.

EQUIPO:LV-9001.- Manmetros de Bourdon.2.- Red de flujo de la cisterna.3.- Intercambiador de tubos concntricos.

MATERIALES:1.- Vernier.2.- Cronmetro.3.- Medidor de flujo ultrasnico.4.- Cubeta de 19 l.5.- Probeta de 1000 ml.

PROCEDIMIENTO:1. Visitar las instalaciones de los laboratorios LV-917, LV-915 para identificar los equipos e instrumentos mencionados.2. Efectuar un arreglo en la red de flujo de la cisterna mostrada en la figura 1, que permita que el fluido recorra el camino que pasa por los medidores de presin de Bourdon.3. Realizar dos corridas a diferente caudal, y registrar la presin que se observa en los medidores M-1, M-2, M-3 y M-4 de tipo Bourdon.4. Medir el caudal de forma manual en la descarga a la cisterna, y posteriormente, realizar medicin con el medidor de flujo magntico y convertirlo a unidades de flujo volumtrico.5. Registrar datos en la tabla correspondiente y anotar observaciones.6. Efectuar un arreglo en el intercambiador de tubos concntricos mostrado en la figura 2, que permita realizar mediciones de presin ocasionadas por el fluido interior y exterior del intercambiador.7. Realizar dos corridas a diferente caudal, y registrar la presin que se observa en los medidores M-1, M-2, M-3 y M-4 de tipo Bourdon.8. Medir el caudal de forma manual en las descargas del fluido interior y exterior, y posteriormente, realizar mediciones con el medidor de flujo magntico y convertirlo a unidades de flujo volumtrico.9. Registrar datos en la tabla correspondiente y anotar observaciones.

Figura 1. Red de flujo de la cisterna

Figura 2. Intercambiador de tubos concntricos

REPORTE:Reportar en las siguientes tablas:

UTILIZANDO LA RED DE FLUJO DEL LA CISTERNA

LecturaManmetro BourdonP Manomtrica en:P Absoluta en

NmeroKg/m2PSIKg/m2PSIA

1M-1

M-2

M-3

M-4

2M-1

M-2

M-3

M-4

Caudal experimental

LecturavolumentiempoCaudal

Nmerolitrossegundosm3/sft3 /min

1

2

Caudal con medidor de flujo ultrasnico

LecturaCaudal

Nmerom3/sft3 /min

1

2

UTILIZANDO LA RED DE FLUJO DEL INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCNTRICOS

LecturaManmetro BourdonP Manomtrica en:P Absoluta en

NmeroKg/m2PSIKg/m2PSIA

1M-1

M-2

M-3

M-4

2M-1

M-2

M-3

M-4

Caudal experimental

LecturavolumentiempoCaudal

Nmerolitrossegundosm3/sft3 /min

1

2

3

4

Caudal con medidor de flujo ultrasnico

LecturaCaudal

Nmerom3/sft3 /min

1

2

3

4

CONCLUSIONES:INVESTIGACIN PREVIA:1.- Cul es el principio de operacin de cada uno de los dos instrumentos de medicin utilizados (manmetro de Bourdon y medidor de flujo ultrasnico)?2.- Cul es la diferencia entre presin manomtrica y de vaco? 3.- Menciona al menos 4 equipos diferentes para medir presin.4.- Cul es la diferencia entre presin baromtrica y atmosfrica?5.- Anota la bibliografa que utilizaste para contestar la investigacin.

BIBLIOGRAFA:McCabe & Smith, Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica. Ed. Revert, S.A., 4a edicin. 1991, Mxico D.F.


PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS. DENSIDAD Y VISCOSIDAD

OBJETIVO:Determinar experimentalmente la viscosidad y densidad de fluidos Newtonianos sometidos a diferentes temperaturas utilizando los viscosmetros de Ostwald

INTRODUCCIN:Los lquidos fluyen como si estuvieran compuestos por capas individuales. La friccin resultante de la resistencia al flujo entre las capas del lquido o la resistencia presenta una deformacin cuando se le aplica un esfuerzo cortante, a lo que se le denomina "consistencia" o "viscosidad aparente". Esta resistencia es el resultado del movimiento de las molculas en el interior del lquido debido al movimiento browniano y a las fuerzas de cohesin.

Algunos fluidos que son qumicamente puros y fsicamente homogneos (fluidos newtonianos) tienen un valor de consistencia constante; esta no cambia con la velocidad de corte aplicada si la presin esttica y la temperatura permanecen constantes; ejemplo: agua, la mayora de los aceites, soluciones diluidas de azcar, etc. Para tales sustancias la consistencia es frecuentemente llamada viscosidad. La viscosidad es la medida de la resistencia de un lquido a fluir. O la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales. Se trata de una propiedad caracterizada por la resistencia a fluir que se genera por el rozamiento entre las molculas.La medida comn mtrica de la viscosidad absoluta es el Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un centmetro cuadrado de rea sobre una superficie paralela a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una pelcula lubricante de 1 cm de espesor. La viscosidad vara inversamente proporcional con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura.

El viscosmetro Ostwald es el instrumento mejor conocido para medir la viscosidad por el flujo a travs de un tubo capilar. Los resultados se calculan por el tiempo que toma el lquido para fluir a travs de un capilar de una determinada longitud, mientras que el instrumento se encuentra inmerso en un bao de agua a temperatura constante. Para mejores resultados la velocidad de flujo por el capilar debe ser razonablemente lenta; esto se logra seleccionando el dimetro y longitud apropiada del capilar y el tamao del bulbo.

EXPERIMENTO: METODO DE OSTWALD

MATERIALES Y REACTIVOS: 50 ml de un lquido de referencia cuya densidad y viscosidad sean conocidas y de consistencia similar a la muestra problema. 50 ml de una muestra lquida cuya viscosidad se desea conocer. 2 viscosmetros de Ostwald. 2 perillas de succin. 2 cronmetros. 1 medidor de gravedad especifica. 2 mecheros de bunsen. 2 tripi. 2 termmetros. 1 chispa. 2 recipientes para bao mara. 2 soportes universales. 2 pinzas para soporte.

PROCEDIMIENTO:1. Determinar con el medidor de gravedad especifica la densidad de la sustancia de la cual se desea conocer su viscosidad.2. Llenar el viscosmetro con el lquido de referencia hasta un punto "C" y A. Ver la figura 1.3. Colocar el viscosmetro en un bao a temperatura constante hasta que se alcance la temperatura de referencia en el viscosmetro (se sugiere temperatura de 50C).4. Manteniendo la temperatura constante, subir la superficie del lquido (por succin) hasta el punto "B".5. Con un cronmetro medir el tiempo que toma el lquido en descender del punto "B" al punto "A".6. Repetir al mismo tiempo el procedimiento desde el punto 2 al 5 para el fluido problema ahora con T2.7. Llenar las siguientes tablas y calcular la viscosidad como sigue:

t1=_________________

t2=_________________

Frmula para obtener la viscosidad del lquido problema:

Datos conocidosCantidadUnidades

1 = viscosidad del lquido de referencia a t1.

1 = Densidad del lquido de referencia a t1

t1 = Tiempo que tarda en fluir el lquido de referencia a t2.

2 = Densidad del lquido problema a t2.

t2 = Tiempo que tarda en fluir el lquido problema.

2 = viscosidad del lquido problema a t2.

CONCLUSIONES:

INVESTIGACIN PREVIA:1.- A qu se debe que la gravedad especifica sea un parmetro adimensional?2. Cules son las principales unidades para medir viscosidad y sus factores de conversin?3. Mencione la clasificacin de fluidos newtonianos y no-newtonianos y sus caractersticas.4.- Anota la bibliografa que utilizaste para contestar la investigacin.

Figura 1. Viscosmetro de Ostwald-Cannon-Fenske

EXPERIMENTO 2: MTODO DE BALINES.

MATERIALES Y REACTIVOS:1 agitador de metal.1 bao mara.1 tripi.1 mechero bunsen.1 probeta de 1 l.1 densmetro.Esferas de acero.1 termmetro (mayor de 100 C).1 tela de asbesto.1 pinzas.1 cronmetro.1 vernier (para medir dimetro de esferas).1 regla.2 vasos de precipitados de 250 ml.

FUNDAMENTO TERICO:Si una esfera, inicialmente en reposo, se deja caer en un fluido viscoso adquiere un movimiento acelerado hasta que alcanza una velocidad constante. Cuando se logra esto, la suma de todas las fuerzas que actan sobre la esfera, alcanzarn el equilibrio.

La fuerza de gravedad acta sobre el slido en direccin de la cada, y el empuje y la fuerza debida al movimiento actan en sentido contrario.

2R2 (S - F)g = ----------------------- 9 VS

Donde:

R = radio de la esferaS = densidad de la esferaF = densidad del fluidoVS = velocidad de cada de la esfera

Con sta ecuacin se puede medir la viscosidad a diferentes temperaturas.

Para calcular la densidad de la esfera, es necesario conocer su masa y su volumen:

PROCEDIMIENTO1. Medir la densidad y temperatura inicial del fluido.2. Llenar la probeta que se usar con el fluido de prueba.3. A la temperatura inicial dejar caer desde la parte alta de la probeta una esfera de dimetro conocido tomando el tiempo que tarde en llegar al fondo.4. Hacer tres repeticiones en esta temperatura inicial.5. Calentar el fluido en incrementos de 10 C.6. Repetir en cada ocasin del paso 1 al 5 hasta completar un nmero suficiente de corridas, donde la ltima corrida debe llegar a la temperatura utilizada en el mtodo de Ostwald para poderlas comparar.7. Medir el radio de las esferas utilizadas y calcular su densidad.8. Llenar las siguientes tablas.

Temp 1Densidad

Rdistanciaalturavelocidad

1

2

3

Temp 2Densidad


1

2

3

Temp 3Densidad


1

2

3

TemperaturaViscosidad

Repeticin123promediodesviacin

1

2

3

REPORTAR: 1. Completar el cuadro de resultados de la prctica, desviaciones estndar entre repeticiones y anlisis de resultados respecto a las diferencias de viscosidad entre fluidos.2. Grafique la viscosidad obtenida en el cuadro de resultados como una funcin de la temperatura y encontrar la ecuacin que define esta funcin.3. Grafique la desviacin estndar obtenida en el cuadro de resultados como una funcin de la temperatura.4. Conclusiones obtenidas.



DIFUSIVIDAD

OBJETIVOObtener el valor numrico de la difusividad en los sistemas agua-aire y etanol-aire en el laboratorio.

INTRODUCCINEn un sistema de dos fases que no est en el equilibrio; por ejemplo, una mezcla gaseosa de vapor de agua y aire en contacto con agua lquida, se transfiere vapor de agua hacia la fase gaseosa o a la inversa, dependiendo de la cantidad de vapor de agua en el aire, hasta alcanzar el equilibrio. Este proceso se denomina transferencia de masa por difusin molecular, siempre y cuando se de en condiciones tales que no haya turbulencia en ninguna de las dos fases y la transferencia de masa se efecte solo por la diferencia de concentraciones existentes entre la interfase y cualquiera de las fases.Para el caso especial de difusin molecular en gases en donde solo una sustancia se transfiere de una fase a otra; como sera el caso de agua o etanol de la fase lquida a la fase vapor, se cuenta con la siguiente ecuacin que describe el proceso:

(1) A partir de esta ecuacin se obtiene el valor de la difusividad realizando la medicin de todas las variables de las cuales se encuentra en funcin. (Utilizar tablas de vapor y la ecuacin de Antoine).

MATERIAL Y EQUIPO 2 probetas de 25 ml 1 vernier 1 regla 1 medidor de humedad y temperatura 15 ml de alcohol etlico 1 piseta

PROCEDIMIENTO1. Tome 2 probetas de 25 ml y vierta en cada una de ellas alcohol etlico y agua destilada a un volumen de aproximadamente 15 ml. Mida la altura que existe entre el menisco del lquido y el borde superior de la probeta.2. Con el vernier, mida, cuidadosamente, el dimetro interno de cada una de las probetas. Coloque las probetas en un espacio abierto procurando evitar las corrientes de aire.3. Mida la temperatura y humedad del medio ambiente y contine con el experimento durante un periodo de siete das.4. Despus del periodo indicado, mida de nuevo la altura entre el menisco del lquido y el borde superior de la probeta.5. Estime la masa de lquido que se ha evaporado en funcin de la diferencia de alturas, dimetro de la probeta y la densidad del lquido a la temperatura del experimento.

REPORTAR1- Aplicando la ecuacin (1), estime los coeficientes de difusin del alcohol etlico y agua en aire.2- Comparar el coeficiente terico con el prctico.

BIBLIOGRAFATreybal R.E. 1984. Operaciones de transferencia de masa. McGraw-Hill. Mxico.


TIEMPO DE RESIDENCIA HIDRALICA.

OBJETIVO: Medir la variacin en el tiempo de la concentracin de un trazador a la salida de un tanque agitado de flujo continuo y estado estacionario, como respuesta a la adicin instantnea de una masa definida del trazador para determinar el tiempo de residencia hidrulica media, mediante la integracin grfica de la curva de flujo msico contra tiempo.

INTRODUCCIN:El tiempo de residencia de un recipiente es la relacin entre volumen del recipiente y el flujo volumtrico con el cual est operando.

Lo anterior es un concepto ideal que considera que todas las partculas del fluido tienen el mismo tiempo de residencia en el recipiente lo cual no es cierto. Unas partculas se atrasan y otras se adelantan, de tal manera que la geometra del recipiente es la que definir el tiempo de residencia media de las partculas.Para obtener este valor tm se utiliza el concepto de la fraccin de las partculas que residen en el recipiente un determinado tiempo y esta fraccin se obtiene mediante la distribucin de las mismas con respecto al tiempo.

La distribucin de las fracciones se obtiene mediante un trazador el cual se trata de una sustancia inerte que nos describa como es el flujo msico del mismo a la salida del tanque.

Con tal propsito se define C(t), como la concentracin del trazador a la salida del recipiente para un tiempo t. Al graficar C(t) vs t se obtiene una curva de distribucin cuya integral ser el total del trazador que se haya inyectado en un tiempo cero, de acuerdo a la siguiente deduccin:

Si dNt = masa acumulada de trazador que sali del tanque en un tiempo t.

Por lo tanto:

Entonces, No = masa total de trazador ser igual a la integral total de dNt; esto es:

Por lo tanto la fraccin de trazador que ha salido del recipiente ser la relacin entre dNt y No:

donde el valor de Et, denominada la funcin de distribucin del trazador ser :

entonces: Nt/No = fraccin de masa que ha salido del recipiente en un tiempo t = Et.

La grfica de Et vs t ser la distribucin de esta fraccin con respecto al tiempo y su integral ser la unidad; por lo cual:

Ahora bien, el tiempo medio de residencia queda definido por la siguiente expresin:

despejando el valor de tm se obtiene :

MATERIALES Y EQUIPO: 1 tanque de 40 litros con agitador y conexin para entrada y salida de agua de la llave. 1 probeta de 1l. 1 bureta de 50 ml. 2 vasos de precipitado de 50 ml. 2 vasos de precipitado de 25 ml. 2 matraces Erlenmeyer de 100 ml. 1 soporte universal. 1 cronmetro. Solucin de nitrato de plata. Solucin de cromato de potasio. 50 g de cloruro de sodio.

PROCEDIMIENTO:1. Determine la concentracin de Cl en el agua de la llave, por mtodo volumtrico (ver anexo 1), Cto.2. Llene el tanque a toda su capacidad con un volumen medido (aproximadamente 40 l) y defina una marca que indique dicho volumen.3. Regule el flujo de agua que va a entrar al tanque a un caudal de aproximadamente 2 l/min. 4. Cuando haya regulado el flujo de entrada abra la llave de paso al tanque y al mismo tiempo abra la llave de salida del tanque tomando una muestra de 50 ml que ser la del tiempo 0.5. Regule el flujo de salida a 2 l/min. 6. Encienda el agitador y agregue los 50 g de cloruro de sodio, espere hasta que vea que se ha mezclado uniformemente.7. Asegrese que no hay acumulacin.8. A intervalos de 5 minutos tome muestras de agua a la salida del tanque hasta que la concentracin de cloruros regrese a la concentracin inicial, Cto. 9. No olvide revisar y regular constantemente los flujos de entrada y salida.10. Cada que tome una muestra determine la concentracin Ct, de Cl (ver anexo 1) y antela en la columna 2 de la tabla.11. Calcule el valor de CtREAL = Ct-Cto, para cada concentracin y colquelo en la columna 3 de la tabla.12. Determine el valor de = No/Q en mg-min/l. No=mg de Cl contenidos en 50 g de NaCl.13. Calcule la columna 4 de la tabla en min-1.14. Calcule el valor de tE(t) para cada tiempo y colquelo en la columna 5 de la tabla.15. Determine el valor de tm por algn mtodo de integracin numrica (ver anexo 2), manualmente o utilizando algn software.16. Compare el valor de tm con el tiempo de residencia terico = V/ Q.

REPORTAR:

No=________________mg

= No/Q=______________mg-min/l

Tiempo de residencia terico = V/ Q=____________________min

Grafique en hoja milimtrica la columna 5 en funcin del tiempo.12345

t en min.C(t) mg/l(Formula 2)C(t) REAL(Cto-C(t))

t*E(t)(columna 1x4)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

CONCLUSIONES:

INVESTIGACIN PREVIA:1.- Investigar 2 mtodos numricos adicionales al anexo 2 y mtodos numricos basados en software.2.- Anota la bibliografa que utilizaste para contestar la investigacin.

ANEXO 1: DETERMINACIN DE CLORUROSCuando una solucin que contenga iones de cloro o de bromo es tratada gota a gota con una solucin de nitrato de plata, en presencia de cromato de potasio, en el lugar donde cae el nitrato se forma una coloracin rojo de cromato de plata, que desaparece rpidamente debido a que reacciona con el halgeno an presente, para dar el correspondiente halogenuro de plata. La mayor insolubilidad de este en comparacin de cromato de plata es la causa de esa coloracin. Solo cuando todo el halgeno ha reaccionado y en la solucin hay un pequeo exceso de iones plata, la formacin del cromato de plata es permanente, lo que indica que el final de la reaccin ha sido alcanzado.

En la determinacin de cloruros se tuvo que evaporar hasta tener un volumen de 25 ml para as tener mayor concentracin de cloruros y se le agreg un indicador que era el cromato de potasio que daba a la solucin un color amarillo y al estar titulando con nitrato de plata se formaba cloruro de plata, y cuando los cloruros en la muestra ya se haban terminado, el cromato reacciona con la plata formndose as el cromato de plata que es de color rojo y es donde se dio fin a la titulacin ya que se alcanza el punto de equivalencia con este cambio de color.

En la determinacin de cloruros se tuvo que hacer un blanco para determinar la cantidad de nitrato de plata que se le debe de agregar a el agua ya que el agua destilada no contiene sulfatos y as tomar como base los mililitros de titulante que se adicionan.

PROCEDIMIENTO:1. Tomar una alcuota de 25 ml de muestra.2. Agregar 5 gotas de indicador cromato de potasio al 5% y titule con nitrato de plata 0.005N, agitando.3. Tomar una alcuota de 25 ml de agua destilada y agregar 5 gotas de cromato de potasio al 5% y titular con nitrato de plata al 0.005N hasta alcanzar un color rojo.4. Repetir la titulacin para cada muestra.5. Calcular la concentracin de cloruros.

CALCULO DE LA CONCENTRACIN:A= ml de AgNO3 usados para la muestraB= ml de AgNO3 usados para la muestra de agua destilada.N= normalidad del AgNO3

1. meq/lt = (A-B)*N*1000 ml de alcuota

2. mg/l = 35.45(A-B)*N*1000 ml de alcuota

ANEXO 2: MTODOS NUMERICOS DE INTEGRACIN

1.- Para N+1 puntos, donde (N/3) es un entero:

(3/8)h[fo + 3f1 + 3f2 + 2f3 + 3f4 + 3f5 + 2f6 + + 3f N-1 + f N] ;Donde; h = [XN Xo]/N

2.- Para N +1 puntos, donde N es par:

(h/3)[fo + 4f1 + 2f2 + 4f3 + 2f4 + + 4f N-1 + f N] ;Donde; h = [XN Xo]/N

BIBLIOGRAFA:Fogler S. H., Elements of chemical reaction engineering, 2a Ed., Prentice Hall, 1992.


LQUIDOS NO NEWTONIANOS

OBJETIVO:Establecer diferencias entre los fluidos newtonianos y no newtonianos en base al comportamiento de su viscosidad.

INTRODUCCIN:El estudio de las caractersticas de deformacin y de flujo se conoce como reologa, que es el campo del cual se aprende acerca de la viscosidad de los fluidos. Una diferencia importante que se debe entender es la de los fluidos newtonianos y los fluidos no newtonianos. Cualquier fluido que se comporte de acuerdo con la ecuacin de Reynolds se conoce como newtoniano. La viscosidad es funcin exclusivamente de la condicin del fluido, en particular de su temperatura. Los fluidos ms comunes, como agua, aire, gasolina, alcohol, queroseno, benceno y glicerina, estn clasificados como fluidos newtonianos.

Por el contrario, un fluido que no se comporta de acuerdo con la ecuacin se conoce como fluido no newtoniano. La diferencia entre los dos tipos se muestra en el efecto sobre la magnitud en la figura 1. La viscosidad del fluido no newtoniano depende del gradiente de velocidad, adems de la condicin del fluido. Observe que en la figura 1, la pendiente de la curva de la tensin de corte contra el gradiente de velocidad es una medida de la viscosidad aparente del fluido. Cuanto mayor sea la pendiente, ms grande ser la viscosidad aparente. Debido a que los fluidos newtonianos tienen una relacin lineal entre la tensin de corte y el gradiente de velocidad, la pendiente es constante y, por consiguiente, la viscosidad tambin es constante. La pendiente de las curvas de los fluidos no newtonianos es variable. La figura 1, muestra cmo cambia la viscosidad con el gradiente de velocidad.

Se tienen dos principales clasificaciones de los fluidos no newtonianos: independientes del tiempo y dependientes del tiempo. Como su nombre lo indica, los fluidos independientes del tiempo tienen una viscosidad, a cualquier tensin de corte, que no vara con el tiempo. La viscosidad de los fluidos dependientes del tiempo, sin embargo, cambiar con l.

Se pueden definir tres tipos de fluidos independientes del tiempo:

a) Seudoplsticos. La grfica de tensin de corte contra el gradiente de velocidad se encuentra por encima de lnea recta, de pendiente constante, correspondiente a los fluidos newtonianos, como se muestra en la figura 1. La curva inicia abruptamente, lo que indica una alta viscosidad aparente. Luego la pendiente disminuye al aumentar el gradiente de velocidad. Algunos ejemplos de este tipo de fluidos son el plasma sanguneo, el polietileno fundido y las suspensiones acuosas de arcilla.

b) Fluidos dilatadores. La grfica de la tensin de corte contra el gradiente de velocidad se encuentra por debajo de la lnea correspondiente a los fluidos newtonianos. La curva empieza con una pendiente baja, lo que indica una baja viscosidad aparente. Luego la pendiente aumenta al aumentar el gradiente de velocidad. Algunos ejemplos de fluidos dilatadores son la fcula de maz en etilenglicol, el almidn en agua, soluciones azucaradas y el dixido de titanio.

c) Fluidos de Bingham. En ocasiones conocidos como fluidos de tapn de flujo, stos requieren el desarrollo de un nivel significativo de tensin de corte antes de que empiece el flujo, como se muestra en la figura 1. Cuando empieza el flujo, se tiene una pendiente de la curva esencialmente lineal, lo cual indica una viscosidad aparente constante. Algunos ejemplos de fluidos de Bingham son el chocolate, la ctsup, la mostaza, la mayonesa, la pasta dental, la pintura, el asfalto, algunas grasas y las suspensiones acuosas de ceniza de carbn o de sedimentos de aguas residuales.

Los fluidos dependientes del tiempo son muy difciles de analizar, debido a que su viscosidad aparente vara con el tiempo as como el gradiente de velocidad y la temperatura. Ejemplos de fluidos dependientes del tiempo son algunos aceites de petrleo crudo a bajas temperaturas, la tinta de impresin, el nylon, algunas jaleas, la masa de harina y varias soluciones polmeras. A stos se les conoce como fluidos tixotrpicos.

Se han estado desarrollando fluidos electroreolgicos, figura 1.

Para la medicin de la viscosidad dinmica se emplean un viscosmetro de tambor giratorio (figura 2), utilizando la definicin de viscosidad dinmica dada en la siguiente ecuacin:

= / (/y)

gradiente de velocidad v/yviscosidaddinmicagradiente de velocidad v/y

tensin de corte

Fluidos newtonianosFluidos seudo-plsticosFluidos plsticosFluidos dilatantes

Figura 1. Fluidos newtonianos y no-newtonianos.

Medidor de TorsinTamborEstacionarioMotoryMuestra de fluidoTambor giratorio

Figura 2. Viscosmetro de tambor giratorio.

Figura 3. Consistmetro de Bostwick.

Por otro lado, el Consistmetro de Bostwick (Figura 3), es un instrumento bsico y confiable que determina la consistencia de diversos materiales midiendo la distancia a la cual una muestra fluye bajo su propio peso. La unidad est construida de acero inoxidable y est equipada con dos tornillos y un nivel que permiten su ajuste. La compuerta es operada mediante un muelle y por un mecanismo preciso de liberacin, permitiendo el flujo instantneo de la muestra.

MATERIALES Y EQUIPOS: Salsa ctsup Jarabe de Maple Aceite Termmetro Cronometro Tripi Vaso de precipitado 500 ml 3 Canicas Agitador o tenedor Consistmetro de Bostwick Espejo Vernier Balanza granataria Probeta de 100 ml

PROCEDIMIENTO:1. En un vaso de precipitado de 500 ml vierta el contenido de la muestra problema.2. Observe las propiedades del producto y tome nota de su viscosidad en relacin a la del agua.3. Coloque el vaso de precipitado sobre un soporte para mechero, de forma tal que, el vaso quede centrado sobre el agujero del soporte.4. Coloque un espejo inclinado debajo del soporte de modo que se vea el fondo del vaso de precipitado.5. Deje caer una canica de masa y volumen conocido y mida el tiempo de descenso hasta que vea en el espejo que toque el fondo, repita el paso con dos canicas adicionales.6. Saque las canicas cuidadosamente lvelas y squelas.7. Agite vigorosamente la salsa por 5 minutos con un tenedor.8. Repita el paso 5. 9. Anote sus observaciones.10. Colocar el consistmetro sobre una superficie plana y nivelar con ayuda de la burbuja.11. Bajar la placa de separacin y mantenerla en posicin. 12. Colocar la muestra llenando completamente el recipiente (Se sugiere utilizar el aceite al final, para evitar el deslizamiento forzado). 13. Dejar reposar cinco minutos 14. Liberar la placa de separacin y dejar correr el producto treinta segundos. 15. Leer en el centro y a los costados el recorrido del ctsup y la separacin del agua (si la hay) 16. Promediar las lecturas y reportar la consistencia como recorrido en centmetro (cm) en el tiempo dado (30 segundos). 17. Realice otras 2 repeticiones.

REPORTAR:1. Llenar las tablas 1, 2 y 3; con las observaciones realizadas y los siguientes datos:

Donde:R = radio de la esferaS = densidad de la esferaF = densidad del fluidoVS = velocidad de cada de la esfera

a. Radio promedio de las canicas:___________________

b. Densidad promedio de las canicas:____________________

2. Realiza una grafica de barras para la distancia recorrida en 30 segundos en el consistmetro por muestra. 3. Analizar las observaciones y clasificar cada fluido: Newtoniano, Bingham, pseudoplstico, dilatador.

Tabla 1. Muestra No. 1NombreDensidadClasificacin

PruebaTiempoVelocidadViscosidadDistancia

1

2

3

Prom

Observaciones:



1

2

3

Prom

Observaciones:



1

2

3

Prom

Observaciones:

30 cm

25 cm

20 cm

15 cm

10 cm

5 cm

Muestra 1Muestra 2Muestra 3

Grafica 1. Distancia recorrida en 30 segundos

CONCLUSIONES:

INVESTIGACIN PREVIA:1. Qu son los cuerpos viscoelsticos?2. Qu importancia tiene conocer la viscosidad de un fluido en la industria?3. Qu importancia tiene conocer la consistencia de un fluido en la industria?4. Para que se utiliza el consistmetro de Bostwick en la industria?5. A qu se le llama un fluido ideal?6. Qu es viscosidad cinemtica y viscosidad dinmica?7. Cules son los parmetros que influyen sobre la viscosidad?8. Mencione los viscosmetros ms comunes (al menos 3) utilizados para determinar la viscosidad, y explique, Cul es su principio funcional? 9. Anote la bibliografa utilizada.


LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA NO. 7 NUMERO DE REYNOLDS

OBJETIVO:Determinar terica y experimentalmente el nmero de Reynolds y el tipo de flujo para un fluido a su paso por una tubera.

INTRODUCCIN: El hecho de que un fluido pase a travs de una tubera a diferentes velocidades provoca que se observen diferentes comportamientos en los patrones de flujo, as por ejemplo, a bajas velocidades, la circulacin del fluido se realiza sin mezclado general lateral formando lneas de corriente rectas. A este tipo de comportamiento se le conoce como flujo laminar. Al aumentar la velocidad, se forman remolinos y existe mezclado entre las lneas de corriente producindose el tipo de flujo turbulento.

Es posible conocer terica y experimentalmente cul es el tipo de flujo en determinado momento. Tericamente se puede calcular a travs de una relacin que recibe el nombre de Nmero de Reynolds, que se define:

Re= DV /(1)

Como se puede observar, la naturaleza del flujo depende de la velocidad promedio del fluido, del dimetro de la tubera, de la densidad del fluido y de la viscosidad del mismo. El nmero de Reynold se usa como criterio para determinar el tipo de flujo que pasa a travs de una tubera; para valores inferiores a 2100, el flujo es laminar; para valores superiores a 4000 el flujo ser turbulento y entre estos dos valores existe la zona denominada transicin.

La tcnica experimental para la determinacin del tipo de flujo es la siguiente: se observar la forma en que fluye la lnea coloreada de agua a travs de un tubo de vidrio. El comportamiento de la vena coloreada indicar el tipo de flujo, es decir, si las lneas son rectas paralelas bien definidas, se dice que el flujo es laminar, pero si al aumentar la velocidad de flujo alcanza un momento en que la vena desaparece y el color se difunde uniformemente a travs de toda la seccin transversal de la corriente, este hecho indicar que el agua ya no circula en flujo laminar sino que se mueve al azar dando lugar a torbellinos que indicarn que el flujo es turbulento.

Las rugosidades de una tubera originan prdidas de energa al fluido que se est transportando a travs de ella, es decir; la friccin entre las molculas del fluido y de las paredes de la tubera provoca que se pierda parte de la energa aportada por la bomba, sta se consume para vencer la friccin y se convierte en calor.

Con tuberas lisas en su interior, se reducirn los rozamientos entre las partculas por lo que se reducira la cada de presin tambin, pero esto resulta muy costoso; es ms econmica y funcional, la tubera normal de acero comercial hierro forjado que se utiliza en la mayora de las industrias.La prdida de presin ocasionada por la friccin en una tubera se determina por la siguiente expresin:

(2)

Al trmino (f) se le llama factor "faning" que puede obtenerse experimentalmente bibliogrficamente para tuberas lisas. Con fines de diseo, las caractersticas de friccin de tuberas circulares, tanto lisas como rugosas, se resumen en la carta del factor de friccin de la Figura 1, que es una representacin de log f frente a log Re. Para el flujo laminar la ecuacin 3 relaciona el factor de friccin con el nmero de Reynolds. Una representacin doble logartmica de la ecuacin 3 es una lnea recta de pendiente - 1. Esta lnea se muestra en la Figura 1 para nmeros de Reynolds inferiores a 2100.

(3)

Para el flujo turbulento la lnea inferior representa el factor de friccin para tubos lisos y es consistente con la ecuacin 4.

(4)

Una ecuacin emprica mucho ms convencional para esta lnea es la relacin:

= 0.046 Re -0.2 (5)

sta es aplicable dentro de un intervalo de nmero de Reynolds desde aproximadamente 50 000 hasta 1 x 106. Otra ecuacin, que se aplica sobre un intervalo de nmeros de Reynolds desde 3 000 hasta 3 x 106.

= 0.0014 + 0.125 Re 0.32 (6)

Las dems lneas curvas del intervalo de flujo turbulento representan los factores de friccin para diferentes tipos de tuberas comerciales, cada uno de los cuales se caracteriza por un diferente valor de k (parmetro de rugosidad). En la figura se dan los parmetros para algunos metales ms comunes.

EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO: Equipo para medicin de Nmero de Reynolds que consta de: Tanque de alimentacin Tubos de prueba Colorante (puede ser una solucin de pH bsico con azul de metileno). Vernier. Flexometro. Balanza granataria. Probetas de 1000 ml. Cronmetro. Vaso de precipitado de 500ml.

PROCEDIMIENTO:1. Asegrese que los tubos de prueba estn bien conectados al tanque de alimentacin, revisando que no tenga fugas ni entradas de aire.2. Ajustar el dardo del colorante al centro del tubo de prueba.3. Llenar el tanque de alimentacin las 2/3 partes y abrir la vlvula de control del tanque para desalojar el aire que pudiese haber en el sistema.4. Fijar una velocidad de flujo a travs del tubo de prueba que sea menor a la crtica.5. Abrir la vlvula de alimentacin del colorante, controlndola de tal manera que se observe una lnea fina en el centro de la corriente del fluido.6. Empezar la primera prueba tomando un volumen determinado, tomando el tiempo de su recoleccin. Al mismo tiempo tomar la lectura de la temperatura del fluido de alimentacin y observar las lneas coloreadas y anotar su comportamiento.7. Fijar otra velocidad de flujo y repetir el paso No 6; hacer tantas corridas como indique el asesor.8. Si existe otro tubo de dimetro diferente, volver a realizar los pasos anteriores en ese tubo.

RECOMENDACIONES:1. Registrar el dimetro del tubo y la longitud para obtener la informacin bibliogrfica correspondiente.2. Tratar de lograr la mayor precisin al momento de pesar la masa colectada para calcular la densidad del fluido de prueba.

REPORTAR:1. Obtener el nmero de Reynolds para cada corrida y especificar a que tipo de rgimen pertenece segn el valor obtenido y segn lo observado visualmente.

2. Anotar tales resultados y llenar las tablas de acuerdo con el formato que se adjunta.

Temperatura del fluido:_________________Densidad del fluido:___________________

Viscosidad del fluido:__________________

Tubo #D int (cm)rea (m2)Longitud (m)

RepeticinVolumen (l)Tiempo (seg)Caudal (m3/seg)Velocidad (m/s)Flujo observado

1

2

3

NRef tablasf calculadohfs (N/m2)Flujo real

1

2

3



1

2

3


1

2

3



1

2

3


1

2

3

CUESTIONARIO:1. Describa claramente en que consisti el experimento realizado por Reynolds.2. Correspondi el rgimen observado con el encontrado mediante la expresin del nmero de Reynolds?3. Cul es el comportamiento de las lneas coloreadas en el rgimen de transicin?CONCLUSIONES:

BIBLIOGRAFA:Brown, G.G. et, al.; Operaciones Bsicas de ingeniera qumica; 1a Ed. Marn, S.A.; Barcelona, Espaa (1955).McCabe & Smith, Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Ed. Revert, S.A., 6a edicin. 2002, Mxico D.F.


FACTOR DE FRICCIN EN DIVERSAS TUBERIAS

Las rugosidades de una tubera originan prdidas de energa al fluido que se est transportando a travs de ella, es decir; la friccin entre las molculas del fluido y de las paredes de la tubera provoca que se pierda parte de la energa aportada por la bomba, sta se consume para vencer la friccin y se convierte en calor.

Con tuberas lisas en su interior, se reducirn los rozamientos entre las partculas por lo que se reducira la cada de presin tambin, pero esto resulta muy costoso; es ms econmica y funcional, la tubera normal de acero comercial hierro forjado que se utiliza en la mayora de las industrias.

La prdida de presin ocasionada por la friccin en una tubera se determina por la siguiente expresin:

(1)

Al trmino (f) se le llama factor "Fanning" que puede obtenerse experimentalmente bibliogrficamente para tuberas lisas. Con fines de diseo, las caractersticas de friccin de tuberas circulares, tanto lisas como rugosas, se resumen en la carta del factor de friccin de la Figura 1, que es una representacin de log(f) frente a log(Re). Para el flujo laminar la ecuacin 2 relaciona el factor de friccin con el nmero de Reynolds. Una representacin doble logartmica de la ecuacin 2 es una lnea recta de pendiente - 1. Esta lnea se muestra en la Figura 1 para nmeros de Reynolds inferiores a 2100.

(2)

Para el flujo turbulento la lnea inferior representa el factor de friccin para tubos lisos y es consistente con la ecuacin 3.

(3)

Una ecuacin emprica mucho ms convencional para esta lnea es la relacin:

(4)

sta es aplicable dentro de un intervalo de nmero de Reynolds desde aproximadamente 50 000 hasta 1 x 106. Otra ecuacin, que se aplica sobre un intervalo de nmeros de Reynolds desde 3 000 hasta 3 x 106.

(5)

Las dems lneas curvas del intervalo de flujo turbulento representan los factores de friccin para diferentes tipos de tuberas comerciales, cada uno de los cuales se caracteriza por un diferente valor de k (parmetro de rugosidad). En la figura se dan los parmetros para algunos metales ms comunes.

EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADOSe usarn las siguientes lneas de la red de flujo de fluidos, las cuales fueron numeradas de arriba hacia abajo: Lnea No 5 de cobre Lnea No 7 de acero Lnea No 8 de PVC Cronmetro Probeta Recipiente colector Cinta para medirPROCEDIMIENTO1. Cerrar el interruptor de la bomba y cuidar de desalojar todo el aire ocluido en el sistema.2. A cierta velocidad del motor, fijar una velocidad de flujo. Cerrar las vlvulas de las lneas que no intervendrn en la prctica.3. Una vez estabilizado el flujo, se mide el gasto tomando el tiempo de recoleccin, a la vez que se registra las lecturas de los manmetros correspondientes a cada lnea.4. Sin variar la velocidad, abrir la vlvula de la siguiente lnea de prueba y cerrar la anterior.5. Esperar a estabilizar el flujo y efectuar los mismos registros. Continuar hasta terminar con todas las lneas de pruebas.6. Una vez terminadas todas las lneas, variar la velocidad del motor, fijar un flujo y repetir los pasos 3, 4 y 5 hasta completar con las corridas que se indique de antemano. (hacer 3 repeticiones por tubera)RECOMENDACIONES1. Anotar el tipo de tubera, el dimetro interno y la longitud entre las tomas del manmetro.2. Registrar las caractersticas del fluido: temperatura, densidad y viscosidad.

REPORTAR1. Realizar las mediciones para cada una de las diferentes tuberas a probar y anotar los correspondientes datos en la tabla No. 2. Cada tipo de tubera requiere una serie de datos que integrarn una tabla similar a la tabla no. 22. Con la informacin generada en la tabla No. 2 se desarrollarn la serie de clculos que se solicitan en la tabla No. 3 para cada diferente tipo de tuberas.3. Construir una grfica en papel logartmico del factor faning experimental, fm, contra el nmero de Reynolds.4. Construir una grfica en papel logartmico de las cadas de presin terica, hfs y prctica, hm contra el nmero de Reynolds.

CUESTIONARIO1. Explique el comportamiento de las grficas que se hicieron.2. Explique diferencia entre los valores de las cadas de presin calculada y la observada en el manmetro3. Explique diferencia entre los valores de (f) obtenidos4. Qu tipo de tubera mostr el mayor factor de friccin?

NOMENCLATURAConceptoDescripcinUnidades

DDimetro de tubera.cm

fFactor FanningAdimensional

hfsPrdida de presin por friccingf/cm2

gGravedad980 cm/seg2

LLongitud de la tubera.cm

QCaudal o flujo volumtrico.cm3/s

ReNmero de Reynolds.Adimensional

VVelocidad promedio del fluido.cm/seg

Densidad del fluido.g/cm3

Viscosidad del fluido.g/cm-seg

hmCada de presin prctica.gf/cm2

RmLectura del manmetro, diferencia de niveles de las columnas de mercurio.cm

TABLA NO 1

CARACTERISTICAS DEL FLUIDO Y TUBERIA

MATERIAL DE TUBERIA

DIAMETRO INTERNO

AREA TRANSVERSAL INTERNA cm2

LONGITUD DE TUBERIA cm

TIPO DE FLUIDO

TEMPERATURA DE FLUIDO C

DENSIDAD DE FLUIDO, en g/cm3

VISCOSIDAD DE FLUIDO, en g/cm-s

TABLA NO 2a

TUBERIA TIPO:-_______________________ DATOS DE LA PRUEBA:

CORRIDARm, en cm (1)Volumen en ml(2)Tiempo en s (3)

1

2

3

TABLA NO 3a

TUBERIA TIPO: ____________________________ CALCULOS:

CORRIDAQ= (2)/(3)V = Q/ARefTABLAShfsEc. (1)hmEc. (3)fmEc.(2)

1

2

3

TABLA NO 2b


CORRIDARm, en cm (1)Volumen en ml.(2)Tiempo en s (3)

1

2

3

TABLA NO 3b



1

2

3

TABLA NO 2c


CORRIDARm, en cm(1)Volumen en ml.(2)Tiempo en s(3)

1

2

3

TABLA NO 3c



1

2

3

BIBLIOGRAFIA1. Brown, G.G. et, al.; Operaciones Bsicas de ingeniera qumica; 1a Ed. Marn, S.A.; Barcelona, Espaa (1955)2. McCabe & Smith, Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica. Ed. Revert, S.A., 4a edicin. 1991, Mxico D.F.


CARACTERISTICAS, FUNCIONAMIENTO Y OPERACIN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS

OBJETIVO:Evaluacin de las curvas caractersticas columna - caudal (h-q), potencia hidrulica, eficiencia de una bomba centrfuga a voltaje y a velocidad constante y algunos problemas de operacin.

INTRODUCCIN:

Para que un fluido fluya de un punto a otro en un conducto cerrado o en una tubera, es necesario contar con una fuerza impulsora. Algunas veces esta fuerza impulsora es la gravedad cuando hay reduccin en el nivel en la direccin del flujo, pero por lo general, se requiere de un dispositivo mecnico como una bomba o un ventilador que suministre la energa necesaria para incrementar la energa mecnica del fluido. Esta energa puede emplearse para aumentar la velocidad, la presin o el nivel del fluido entre dos puntos de una instalacin, tal como la expresa la siguiente ecuacin del balance de energa mecnica:

Donde:W = Potencia requerida en wattsV1, V2 = Velocidades en los puntos 1 y 2 en m/sP1, P2 = Presin en los puntos 1 y 2 en N/m2Z2, Z1 = Nivel del lquido en los puntos 1 y 2 en m = Densidad del fluido en kg/m3hf = Prdida de energa por friccin en j/kgm = flujo msico en kg/s= Eficiencia del sistema; aprox 0.8g = aceleracin de la gravedad 9.81 m/sgc = Constante gravitacional = 1 kg-m/N s2

Una bomba centrfuga que se opera a velocidad constante puede suministrar cualquier capacidad de cero a un mximo, dependiendo de la columna, diseo y succin. Las curvas caractersticas muestran una relacin existente entre la columna de bomba, capacidad, potencia y eficiencia para un dimetro de impulsor especfico y para un tamao determinado de carcaza. La curva de capacidad de columna, conocida como HQ, muestra la relacin entre la capacidad de columna total.

Cuando una bomba se opera a varias velocidades, puede dibujarse una grfica que muestre el comportamiento completo para una elevacin de succin dada. Para formar este tipo de grficas, las curvas HQ se trazan para las diferentes velocidades que se consideran. Luego se sobreponen las curvas que tienen la misma eficiencia. Estas curvas de eficiencia constante, llamadas tambin curvas de isoeficiencia, permiten encontrar la velocidad requerida y la eficiencia para cualquiera de las condiciones de columna y capacidad dentro de los lmites de la grfica.

Con una elevacin de succin anormalmente alta o una carga neta de succin positiva (cspn) insuficiente, puede ocurrir la cavitacin en la instalacin de bombeo. Cuando la bomba se opera con una elevacin excesiva, se desarrolla una presin de succin baja en la entrada de la bomba, la presin disminuye hasta que puede crearse un vaco y el lquido se convierte en vapor si la presin del tubo es ms baja que la presin de vapor del lquido. El flujo de la bomba desaparece, entonces se conoce como punto de corte debido a que ha alcanzado el lmite de la capacidad de la bomba con esta presin de entrada. La bomba se acerca ahora a condiciones de operacin que puede causar dao.

Cuando la presin de entrada est a punto de alcanzar el punto de vaporizacin, las bolsas de vapor forman burbujas en el lado posterior del alabe impulsor, cerca de su base. Conforme una burbuja se mueve del rea de baja presin en la admisin al rea de alta presin cerca del extremo del alabe, la burbuja desaparece. Se deshace tan rpidamente que el lquido golpea el alabe con fuerza extrema, a veces lo bastante fuerte para descartar pequeas partculas de impulsor. El dao generalmente se llama picadura, y el ruido que se oye en el exterior de la bomba durante la cavitacin es causado por el colapso de las burbujas de vapor.

EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO:El alumno visitar una empresa o algn lugar en el que cuenten con un sistema de bombeo, de preferencia centrfugo, buscando la aplicacin de los conocimientos adquiridos en la prctica 9.

PROCEDIMIENTO En base al equipo de bombeo utilizado, buscar la curva de operacin de la bomba y evaluar las condiciones con las que se est trabajando Examinar problemas pasados y en base a ellos determinar las posibles causas Analizar el sistema de bombeo actual en bsqueda de posibles fallasREPORTAR1. Elaborar un diagrama general del equipo de bombeo y su red de tuberas2. Analizar los factores que intervienen para seleccionar la potencia que se tiene.3. Incluir el diagrama de operacin de la bomba centrfuga4. En base al diagrama de operacin de la bomba centrfuga, determina si la potencia instalada es la adecuada y de no ser as hacer una propuesta adecuada.5. Hacer un pequeo resumen de los principales problemas encontrados en el sistema y como se solucionaron.6. Presentar tus conclusiones con respecto al sistema7. Incluir memoria de clculo.


CAVITACIN EN BOMBAS CENTRFUGAS.

OBJETIVO:Investigar el efecto de cavitacin en el comportamiento de una bomba centrfuga.

ANTECEDENTESCon una elevacin de succin anormalmente alta o una carga neta de succin positiva (cspn) insuficiente, puede ocurrir la cavitacin en la instalacin de bombeo. Cuando la bomba se opera con una elevacin excesiva, se desarrolla una presin de succin baja en la entrada de la bomba, la presin disminuye hasta que puede crearse un vaco y el lquido se convierte en vapor si la presin del tubo es mas baja que la presin de vapor del lquido. El flujo de la bomba desaparece, entonces se conoce como punto de corte debido a que ha alcanzado el lmite de la capacidad de la bomba con esta presin de entrada. La bomba se acerca ahora a condiciones de operacin que puede causar dao.Cuando la presin de entrada est a punto de alcanzar el punto de vaporizacin, las bolsas de vapor forman burbujas en el lado posterior del alabe impulsor, cerca de su base. Conforme una burbuja se mueve del rea de baja presin en la admisin al rea de alta presin cerca del extremo del alabe, la burbuja desaparece. Se deshace tan rpidamente que el lquido golpea el alabe con fuerza extrema, a veces lo bastante fuerte para descartar pequeas partculas de impulsor. El dao generalmente se llama picadura, y el ruido que se oye en el exterior de la bomba durante la cavitacin es causado por el colapso de las burbujas de vapor.

EQUIPO UTILIZADOa. Equipo de cavitacin del laboratorio lv800

PROCEDIMIENTO Encender la bomba realizando el siguiente procedimiento:a) Asegurarse de que la vlvula de entrada de la bomba est completamente abierta.b) Verificar el nivel de agua en la cisterna.c) Instalar el equipo experimental: Wattmetro, rotmetro, y unidad de control de velocidad.d) Asegurarse de que la vlvula de descarga este completamente cerrada.e) Conectar la energa elctrica y encender la bomba.f) Ajustar la vlvula reguladora para obtener el flujo de agua requerido.1. Durante este experimento mantenga la vlvula reguladora completamente abierta. Utilice la vlvula de succin para ajustar el flujo de agua. Usar la unidad de control de velocidad para investigar el efecto de la velocidad en la cavitacin. Inicie la prueba con la vlvula de succin completamente abierta. Medir el volumen del flujo de descarga.2. Cerrar parcialmente la vlvula de succin de la bomba para reducir la presin de entrada en un 10 %. Observe el tubo transparente de entrada para ver si presenta seales de burbujas de vapor en el flujo. Medir el flujo volumtrico, la presin de succin y de descarga y la velocidad de la bomba.3. Cerrar la vlvula de succin en pequeos incrementos y repetir la mediciones hasta que la vlvula est completamente cerrada o el flujo sea cero.4. Abrir gradualmente la vlvula de succin y observar la presin de succin en la cual el flujo se reinicia y todos los signos de cavitacin desaparecen.5. Repetir las pruebas a diferentes velocidades (60, 70 y 80 rev/seg).

RESULTADOS Y ANALISIS1. Los resultados deben ser registrados completando la tabla 12. Determinar para cada velocidad la presin manomtrica (Hm) en el cual se presenta la cavitacin y marcar estos puntos en las grficas. Dibujar los contornos desde donde aparece hasta donde desaparece la cavitacin.3. Dibujar las grficas de potencia hidrulica y eficiencia contra flujo volumtrico para cada conjunto de resultados.4. Determinar la capacidad mxima de succin para cada bomba.

BIBLIOGRAFA:McCabe & Smith Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica. Ed. Revert, S.A., 4a edicin. 1991, Mxico D.F.

CanalCerradaTanqueAbiertaBombaAbiertaCisternaORDENAMIENTO PARA CAVITACION

Succin mximade levantamientoPresin atmosfricaSuperficie del aguaCarga neta de succin positivaPresin de vaporBOMBA DE COLUMNA DE SUCCION

TABLA 1PRUEBA PARA CAVITACIN A VELOCIDAD CONSTANTE

variablesP1P2QHWh

UNIDADESPASCALESm3/smWattsWh/Wi

PRUEBA A 60 RPS

1

2

3

4

5

PRUEBA A 70 RPS

1

2

3

4

5

PRUEBA A 80 RPS

1

2

3

4

5


TORRE DE ABSORCIN EMPACADA

OBJETIVOFamiliarizar al estudiante con el proceso de absorcin empacada, logrando operar uno de estos equipos a escala piloto y modelarlo, empleando conceptos de balances como de inundacin, as como de equilibrio y fenmenos de transferencia de masa.

INTRODUCCINEn la industria qumica los materiales que se desean utilizar se encuentran en forma de mezclas en fase gaseosa, lquida o slida. Usualmente se ponen en contacto fases de diferente naturaleza para separar uno de los componentes de la mezcla original aprovechando diferencias en alguna propiedad en especial. Las fases en contacto podran ser, por ejemplo, gas-lquido, gas-slido, lquido-lquido, etc.

Cuando las fases en contacto son un gas y un lquido, la operacin unitaria se le denomina ABSORCIN, sta una operacin en la cual se ponen en contacto una mezcla gaseosa con un lquido, con el fin de disolver de manera selectiva uno o ms de los componentes de la mezcla gaseosa y obtener una solucin de stos en el lquido. La transferencia de masa se lleva a cabo en una sola direccin que sera de la corriente gaseosa al lquido. Por ejemplo, el gas obtenido como subproducto en los hornos de coque, se lava con agua para eliminar el amoniaco; despus se lava con aceite para eliminar los vapores de benceno y tolueno. En esta prctica se presentar la operacin contraria denominada DESORCIN. sta se d cuando la transferencia de masa sucede en la direccin opuesta, es decir, del lquido al gas. Por ejemplo, el benceno y tolueno se eliminan del aceite poniendo en contacto la solucin lquida con vapor, de tal forma que los vapores entran en la corriente gaseosa y son arrastrados; en consecuencia, el aceite de absorcin puede utilizarse nuevamente.

Si se considera la columna de absorcin empacada mostrada en la Figura 1, la columna tiene una seccin transversal S perpendicular a la direccin del flujo. El empacado provee un rea efectiva por unidad de volumen de empacado y cuya altura es Z. El gas se alimenta a la torre por la parte inferior a una velocidad msica G2 y el lquido entra por la parte superior a una velocidad msica L1. Las fracciones molares del componente absorbido A son Y y X en la fase gaseosa y lquida, respectivamente.

Figura 1. Esquema de una torre de absorcin empacada.Si se designa a FG como el coeficiente de transferencia de masa referido a la fase gaseosa, se puede demostrar que la altura del empacado puede calcularse por:

NOMENCLATURA:Z= altura de la torreG= velocidad msica del gasFg= coeficiente de transferencia de masaX= fraccin molar en fase liquidaY = fraccin molar en fase gas.

MATERIAL Y EQUIPO Torre empacada Compresor Bomba peristltica Cronmetro 5 Matraces Erlenmeyer de 125 ml para muestreo 5 Matraces Erlenmeyer de 250 ml para titular 1 Matraz aforado 1 lt Embudo chico Vasos de precipitado de 50 ml Vasos de precipitado de 150 ml para muestreo 1 Bureta de 25 ml 1 Soporte universal Pinzas para bureta Pipeta de 1 ml Pipeta de 10 ml Perilla HCl concentrado al 38 % Agua destilada 20 lt Solucin de amoniaco al 25%

PROCEDIMIENTO1. Preparar 16 litros de la solucin amoniaco-agua con una concentracin de 0.5 gr/lt.2. Antes de efectuar el experimento, revisar las conexiones de la bomba y compresor estn listas, verificar que el nivel del tanque Ta1, ver figura 2, est lleno de una solucin de NH4OH, tomar una muestra y valorarla para obtener su concentracin. 3. Preparar 1 litro de HCl 0.01 N para medir la concentracin de NH3 en la salida del gas (estandarizar las soluciones).4. Encender el compresor de aire. La presin tardar en subir alrededor de diez minutos.5. Encender la bomba B1 introduciendo el lquido a la torre cuidando se forme un sello de agua en el fondo de la misma, regular el flujo de entrada del lquido mediante el rotmetro R1 al flujo de 1 l/min. Dejar pasar 2 minutos en lo que se forma un sello de agua en el fondo de la torre.6. Cuidar que siempre halla lquido en el fondo de la columna.7. Introducir el aire verificando su flujo con el rotmetro R2 con un flujo de 3 l/min.8. Cuando se logren estabilizar los flujos, tomar muestras cada 4 minutos del lquido de salida (en un matraz 125 ml) tapar el matraz inmediatamente despus de muestrear y titular con HCl 0.01 N. 9. Repetir las mediciones hasta que las concentraciones sean las esperadas.

Procedimiento de titulacin 1. Preparar en un matraz aforado de un litro la solucin de HCl al 0.01 N.2. Colocar la bureta en el soporte universal y llenarla de la solucin de HCl.3. Tomar una alcuota de 5 ml y agregarlos a un matraz para titular. 4. Agregar 2 gotas de fenolftalena como indicador. Este har cambiar el color de la alcuota a un color rosa fuerte.5. Titular con la solucin preparada en la bureta hasta que en la muestra desaparezca el color rosa. Anotar los ml gastados de HCl.

Figura 2. Sistema para la desorcin de amoniaco en solucin con agua en aire.

RECOMENDACIONES1. Abrir completamente el rotmetro R1 y regular el flujo con el control de la bomba, al controlar el flujo con el rotmetro ya que las tuberas tienden a hincharse.2. Dejar que el compresor est completamente lleno para que no cambie el flujo de aire.3. Antes de titular asegurarse que todos los materiales estn limpios y de realizar rpido este procedimiento, dado que el amoniaco es muy voltil.4. Asegurarse de que al terminar la prctica todas las vlvulas estn cerradas, la bomba apagada e igualmente el compresor si no lo usa nadie ms.5. Preparar las soluciones titulantes y la solucin que se tratar en el equipo.

REPORTAR1. Flujos y composiciones de todas las corrientes.2. Balance de materia terico y experimental en la columna de absorcin.3. Grfica de la lnea de operacin.

CUESTIONARIO1. Explicar los tipos de empacado que existen y sus principales caractersticas.2. Describir las condiciones de carga e inundacin de una columna empacada.3. Describir otros tipos de equipo en los que se puede llevar a cabo la operacin de absorcin.

BIBLIOGRAFA1. Mccabe, W.L., Smith, J.C. y Harriot, P. 2002. Operaciones unitarias en ingeniera qumica; 6a. Edicin. Editorial Mc Graw Hill. Mxico. pp. 589-641.2. Geankoplis, C. 1998. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Continental. Mxico. pp. 679-682.3. Treybal, R. 2003. Operaciones de transferencia de masa. Editorial Mc Graw HILL. Mxico. pp. 306-325.

Clculos de la prctica del Laboratorio de Operaciones Separaciones Torre Empacada:1) Calculas para los flujos y composiciones de todas las corrientes:Flujos: L = flujo del lquido = mol / min G = flujo de aire = mol / min

Composiciones: Namoniaco = NHCl*(VHCl)/Valcouta amoniaco XA2 = (Namoniaco / PM) / L Para obtener XA1 se realizara los mismos clculos anteriores pero utilizando los datos del residuo.YA1=0 Flujo de NH3 = L (X1 X2) YA2 = flujo de NH3 / G1

2) Balance de materia terico y experimental en la columna de absorcin: Se utiliza la ecuacin de Balance De Masa Global: LX1 + GY2 =LX2 + GY1 Para el terico se calcula X2 sustituyendo los dems datos. Para el experimental se toman los datos de la practica que llevaras acabo.3) Determinacin lnea de operacin de la torre de absorcin Se utilizan los datos de equilibrio para el sistema amoniaco-agua que se encuentran en la Pg. 975 del libro Geankoplis, construir la grfica. Una vez teniendo los datos de las concentraciones se determina la lnea de operacin.

LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA No. 12

FILTRACIN: CURVA DE ABSORBANCIA Y CAUDALES

OBJETIVOFamiliarizar al estudiante con el proceso de filtracin, mediante la operacin de un equipo de filtracin a escala piloto, donde se aplican los principios bsicos de filtracin.

INTRODUCCIN

La filtracin consiste en la remocin de partculas suspendidas y coloidales presentes en una suspensin acuosa que escurre a travs de un medio poroso, que retiene los slidos y permite el pasaje del lquido.Las aplicaciones de los procesos de filtracin son muy extensas, encontrndose en muchos mbitos de la actividad humana, tanto en la vida domstica como de la industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las tcnicas qumicas.La variedad de dispositivos de filtracin o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicacin: desde sencillos dispositivos, como los filtros domsticos de caf o los embudos de filtracin para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatizacin como los empleados en las industrias petroqumicas y de refino para la recuperacin de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.El principio terico de la filtracin se fundamenta en la cuantificacin de la relacin bsica de velocidad un fluido o caudal:

donde lafuerza impulsora(F) que puede ser la fuerza de gravedad, el empuje de una bomba de presin o de succin, o la fuerza centrfuga, mientras que laresistencia(R) es la suma de la ofrecida por el medio filtrante y la torta de slido formada sobre el mismo.La velocidad del fluido se ve condicionada por el hecho de que tiene que atravesar un medio irregular constituido por los canales pequeos formados en los intersticios de la torta y el medio filtrante (percolacin), de manera que se puede aplicar la frmula adaptada fluidodinmicade laley de Hagen-Poiseuille:

donde la velocidad diferencial o instantnea, es decir, el volumen (V) filtrado por tiempo () y por unidad de superficie (A), se relaciona con lafuerza impulsorao cada total de presin (P) sobre el producto de laviscosidaddel filtrado () por la suma de la resistencia de la torta y la del medio de filtracin (r). La resistencia de la torta se expresa por la relacin entre el peso (W) y el rea en funcin de una constante () promedio caracterstica de cada torta. Por su parte, si se considera la aproximacin de que la torta esincompresibleo compactada de manera uniforme, la masa de la torta filtrante (W) se relaciona con el volumen de filtrado (V) mediante un sencillo balance de materia:

donde la masa de slidos por unidad de volumen filtrado () es funcin de la densidad del filtrado (), la fraccin de slidos en la corriente de aporte o concentracin (c) y la relacin de masas entre la torta hmeda y la seca.Los estudios de filtracin en laboratorio o a escala pequea frecuentemente permiten obtener de manera experimental y con un sencillo montaje medidas de la variacin con el del tiempo de del volumen filtrado (velocidad) y la presin, en funcin de tres tipos de flujo: presin constante. velocidad constante. presin y velocidad variablesEn los ensayos defiltracin a presin constanteel fluido es bombeado por un gas o aire comprimido que se mantiene a la misma presin. En estas condiciones, la ecuacin adaptada de Hagen-Poiseuille se simplifica a la ecuacin lineal:

donde K, K'py C son constantes para las condiciones dadas.En los experimentos defiltracin a volumen constantese emplean bombas de desplazamiento positivo para medir la diferencia de presin inicial y final a la que debe restarse la presin diferencial del medio filtrante, de manera que la ecuacin de filtracin deviene:

donde P1es la cada del medio filtrante:

ecuaciones que permiten llegar a la siguiente expresin simplificada para la velocidad de filtracin:

siendo Kry C', constantes caractersticas para las condiciones dadas.En el caso general defiltracin a presin y velocidad variablesla solucin matemtica a la ecuacin general deviene compleja, Tiller ha propuesto un modelo de integracin satisfactorio a condicin de conocer la curva caracterstica de la bomba.

El efecto de cada una de las variables incluidas en las ecuaciones resueltas de filtracin se puede constatar en la mayora de los casos prcticos y de las aplicaciones, siendo su conocimiento y control de importancia particular para los procesos industriales. En la mayora de los casos, la compresibilidad de la torta de filtracin se encuentra entre valores de 0,1 y 0,8 de manera que la mayor parte del aumento de la prdida de carga del fluido es consecuencia del medio filtrante. En general, si el aumento de presin conlleva un aumento significativo del caudal o velocidad de filtracin, es un indicio de la formacin de una torta granulada. En cambio, para las tortas espesas o muy finas, un aumento de la presin de bombeo no resulta en un aumento significativo del caudal de filtrado. En otro caso, la torta se caracteriza por una presin crtica por encima de la cual, la velocidad de filtracin incluso disminuye. En la prctica, se prefiere operar a una velocidad constante, empezando a baja presin, aunque por el empleo generalizado de sistemas de bombeo centrfugos, las condiciones habituales son de presin y caudal variables.

EQUIPO Y MATERIALES Equipo de filtracin UOP12 (en la figura se muestra la posicin de las diferentes vlvulas que se utilizarn en el proceso). Carbonato de calcio. 1 Probeta 500 ml 1 Cronometro Viales

PROCEDIMIENTONota: Antes de encender la bomba para iniciar la filtracin se recomienda utilizar agua.

CURVA DE CALIBRACIN DE CaCO31. Conectar el equipo al tomacorriente de 220 V, enseguida encender todos los contactos que se encuentran en la parte posterior del equipo. Finalmente, encender el contacto No. 1 que se muestra en la figura 12. Preparar 100 ml de una solucin de carbonato de calcio 0.5% peso volumen, 0.5 gr de CaCO3 en 100 ml de agua..3. De la solucin anterior preparar diluciones para concentraciones de 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5 % (p/v), de acuerdo a la siguiente tabla.

MuestraMtodoConcentracin CaCO3 (p/v)

AAgua 100%.0.0

BSol. Patrn.0.5

CAgregar 4 partes de B y 1 parte de agua.0.4

DAgregar 3 partes de B y 2 partes de agua.0.3

EAgregar 2 partes de B y 3 partes de agua.0.2

FAgregar 1 parte de B y 4 partes de agua.0.1

4. Con cada una de las soluciones llenar un vial (material especifico del equipo de filtracin).5. Agitar la muestra y colocarla dentro del sensor ptico de equipo.6. Elaborar una curva de calibracin de absorbancia vs concentracin para la solucin de carbonato de calcio para concentraciones de 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5 % (p/v).7. Anotar las lecturas.

CUERVA DE CAUDALES

1. Realizar un adecuado arreglo de vlvulas de acuerdo a la figura para que el filtrado regrese al tanque de alimentacin. 2. Elaborar una curva de calibracin de caudal en funcin de la potencia de la bomba utilizada en mhz de acuerdo a la siguiente tabla, Potencia de la bomba

40

50

60

70

80

90

100

3. Hacer la medida volumtrica del caudal tomando el volumen desplazado por la bomba en funcin del tiempo con la ayuda de una probeta y cronometro.4. Anotar los caudales registrados5. Elaborar grfica de caudal en funcin de la potencia de la bomba.6. Analizar el comportamiento de dicha grfica.

INVESTIGACIN 1.- Que es la filtracin?

BIBLIOGRAFAArmfield Limited. Product Manual: Filtration. UOP12. Issue 7.Agosto 2008

LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA No. 13

FILTRACIN: FORMACIN DE PRECAPAOBJETIVO

Familiarizar al estudiante con la utilizacin de precapas como coadyuvantes de filtracin, por su porosidad y gran capacidad de adsorcin.

INTRODUCCIN

Las membranas del filtro UOP12 estn equipadas con un medio filtrante de nylon grueso con 63 micras. Sin embargo la mayora de las partculas recuperadas por filtracin son mucho ms pequeas que estas. Es posible usar un medio filtro con menor tamao de poro, por ejemplo el polister con un tamao de poro de 3 micras el cual esta disponible en el mercado pero incluso un tamao de poro pequeo puede no ser suficiente para la recuperacin de muchos slidos. Aunado a esto, el rea del filtro, llamada ZONA ABIERTA, reduce considerablemente el tamao de poro que a su vez reduce las tasas de filtracin, vase la siguiente tabla.

FiltroTamao de poroTasas de filtracin

Nylon/Polyester63 micras34%

Polyester3 m < 1%

Ambos problemas pueden resolverse mediante el uso de precoats (precapas) de slidos sueltos en un medio de grueso. Existen diferentes tipos y grados de pre capa que se adaptan a diferentes estndares de filtracin. Caractersticas importantes como su capacidad de recuperacin (menor a 1 micra) y su alta porosidad ayudan a disminuir la resistencia a los procesos de filtracin, ambas caractersticas son de suma importancia en la determinacin de la eficiencia de un proceso de filtracin.

Dos de los precapas ms utilizadas son: tierra diatomeas se forman de los restos fosilizados de plantas microscpicas de varios millones de aos atrs, y la perlita expandida - esto se deriva de un tipo de roca volcnica. Para la preparacin de perlita expandida se necesita la trituracin, cribado y calcinacin del mineral.

Figura 1.- Equipo de Filtracin

Los materiales utilizados para pre capa tambin se pueden aadir al alimentar la solucin para ayudar al proceso de filtracin mediante el aumento de la porosidad del filtro. Cuando se utiliza de esta manera se denomina la ayuda del cuerpo o la ayuda del filtro. La ayuda pre capa / cuerpo se utiliza con UOP12 y es una perlita expandida de uso comn en aplicaciones de filtracin de cerveza.

EQUIPO Y MATERIALES Equipo de filtracin UOP12 (en la figura se muestra la posicin de las diferentes vlvulas que se utilizarn en el proceso). Perlita CaCO3

PROCEDIMIENTONota: Antes de encender la bomba para iniciar la filtracin se recomienda utilizar agua.

PARTE I1. Conectar el equipo al tomacorriente de 220 V, enseguida encender todos los contactos que se encuentran en la parte posterior del equipo. Finalmente, encender el contacto No. 1 que se muestra en la figura 1.2. Ajustar el caudal de alimentacin a 40L/hr en base a los resultados obtenidos en la prctica anterior.3. Preparar 3L precapa (perlita expandida) al 0.6% (p / v) y aadir al tanque de alimentacin. 4. Encender tanque agitador para mantener una solucin de alimentacin homognea.5. Elaborar una curva de calibracin, absorbancia vs concentracin para la solucin de precapa para concentraciones de 0 a 0.6 % (p/v).6. Realizar un arreglo en las vlvulas de tal manera que el filtrado se devuelva al tanque de alimentacin.7. A medida que la suspensin perlita entra las placas del bastidor de filtro, comenzar el registro de datos. Purgar las placas del bastidor del filtro.8. Continuar bombeando durante 10-15 minutos, momento en el cual la mayor parte de la precapa ser retenida en las superficies del filtro. Detener el registro de datos. 9. Aadir 10 litros al tanque de alimentacin de una solucin de carbonato de calcio al 0.5% (p/v). mantenerlo con agitacin.10. A medida que la suspensin de carbonato de calcio entra en las placas del bastidor de filtro, comenzar el registro de datos. 11. Abra la vlvula V9 para permitir la entrada del producto filtrado en su respectivo recipiente. 12. Continuar con el experimento hasta que la presin llegue a 1,5 bar tal como se lee en el display y luego detener la bomba.

DESARROLLO Determinar el grado de depositacin de la precapa sobre las superficies filtrantes. en funcin de? Determinar el grado de recuperacin de carbonato de calcio con y sin recubrimiento previo. cmo? Medir el volumen y la masa del filtrado. Medir el volumen y la masa de alimentacin restante. Con esta informacin hacer el balance de masa del proceso de filtracin. Comprar los resultados con las medidas de absorbancia realizadas en las curvas de calibracin. Graficar P contra V y analizar el comportamiento de dicha grfica.

INVESTIGACIN PREVIA1.- Que es la filtracin?2.- Menciona los principales materiales utilizados para precapa. 3.- Cuales son las causas por las que las la tasa de filtracin se ve disminuida?

BIBLIOGRAFAArmfield Limited. Product Manual: Filtration. UOP12. Issue 7.Agosto 2008

LABORATORIO DE TRANSPORTE DE FLUIDOSPRCTICA No 14

TRABAJO FINAL: APLICACIN DEL TRANSPORTE DE FLUIDOS EN UNA EMPRESA

OBJETIVO:Realizar un trabajo final mediante la aplicacin de los conocimientos adquiridos durante el laboratorio de transporte de fluidos en una empresa de la localidad para la demostracin de lo aprendido durante el curso.

REPORTARElaborar, por equipo de trabajo, un reporte que incluya la descripcin de los procesos observados as como recomendaciones pertinentes para mejorarlos.Los requerimientos del trabajo, sern detallados por el profesor.

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