Experimentación en Ingeniería Química I Lechos porosos

PÉRDIDAS DE CARGA EN LECHOS POROSOS

Gran cantidad de operaciones en la industria química se verifican a través de los

lechos porosos: operaciones de transferencia, filtración, catálisis heterogénea, etc.. Es

necesario conocer las pérdidas de carga en estos sistemas para poder evaluar adecuadamente

la potencia de los equipos de bombeo.

Objeto de la práctica

El objeto de esta práctica es medir las pérdidas de carga de dos lechos porosos de

diferente granulometría, por los que circulan respectivamente aire y agua.

A partir de estas medidas podrán determinarse las constantes que caracterizan el

flujo que atraviesa dichos sistemas.

Resumen teórico

Al igual que en el cálculo de pérdidas de carga en tubo liso, la expresión de las

pérdidas de carga en lechos porosos depende de la longitud del sistema (L) y de la velocidad

de paso del fluido(u).

Además en los lechos la pérdida de carga depende de la porosidad del lecho (e), del

diámetro equivalente de las partículas (Deq) y de una constante de proporcionalidad definida

exclusivamente para estos sistemas(fp).

El factor fp no es constante ya que depende del régimen de flujo circulante. Este viene

caracterizado por el numero de Reynolds (Rep) redefinido especialmente para partículas.

Expresión que se conoce como ecuación de ERGUN.

Los parámetros A y B se calcularan separadamente para los dos fluidos.

Modo de operar

Establecer en forma tabulada la relación existente entre las pérdidas de carga y la

velocidad del fluido circulante, para cada uno de los rellenos.

Calibración del rotámetro.

Dado que este aparato se desestabiliza fácilmente, conviene calibrarlo antes de cada

experiencia. Para ello, se hace pasar una corriente de aire y se anota la altura del flotador, que

será de aluminio o de acero (están alojados dentro de la carcasa de plástico) según la

intensidad de dicha corriente.

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A continuación del rotámetro se empalma una válvula de tres vías. En posición normal

se deja salir el aire libremente. Cuando se mide el flujo, se gira rápidamente y se conecta con

otra goma al tubo de Mariotte, que deja salir una cantidad de agua determinada, por ejemplo 2

litros, y se mide el tiempo que tarda en llenarse una probeta.

De igual forma, se actúa para otros cuatro caudales de aire, anotando la altura del

flotador y el caudal correspondiente del Mariotte. Con cinco valores altura/ caudal se calcula la

curva por mínimos cuadrados, quedando calibrado el rotánetro

Pérdida de carga

La pérdida de carga se mide a partir de los manómetros de columna de agua, como

se indica en la figura adjunta, y las velocidades se calcularán a partir del área y el caudal. Este

último se medirá con el rotámetro, ya calibrado

De igual manera se calculará el número de Reynolds para cada una de las

velocidades.

La porosidad de cada relleno se estimara a partir del volumen ocupado por una

determinada masa de partículas y el volumen correspondiente a los huecos (convenientemente

completados con agua). El valor de la densidad y viscosidad del agua y aire pueden

consultarse en las tablas que se suministran.

Con el fin de eliminar la influencia de las pérdidas de carga correspondientes a los

elementos complementarios (soporte tuberías, etc.) se medirán estas con la columna vacía,

(luego se restarán de los valores obtenidos con la columna llena)

Determinación del tamaño de las partículas del relleno:

Se toman 10 partículas del lecho y se les mide su diámetro con el micrómetro, lo que

permite una precisión de 0,01 mm (centésima de mm). Con esos valores se presentan en una

tabla y se calcula: la media aritmética y la desviación standard

ATENCIÓN: Se coloca la bolita entre los extremos del aparato y se le acerca o se le

aleja hasta hacer contacto GIRANDO EL TORNILLO PEQUEÑO (NEGRO). NUNCA APRETAR

CON EL TORNILLO GRADUADO (SOLO PARA LA LECTURA). Se tiene en cuenta los mm

que aparecen en el limbo y cada vuelta completa del tornillo grande son 50 centésimas de mm.

Es decir, para mover 1 mm el limbo graduado, hace falta dar dos vueltas completas.

El rango de los ensayos vendrá fijado si el fluido es aire, por los caudales máximo y

mínimo determinables con el rotámetro (flotadores de aluminio y acero inoxidable), y si es agua

por las pérdidas de carga máxima y mínima medibles sobre el manómetro.

Se representaran sobre papel milimetrado los valores de fp contra 1/Rep, lo que

permitirá deducir las constantes A y B de la ecuación de ERGUN.

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aire

agua