Reporte Practica 3 Caída de presión en lechos empacados

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI
INGENIERIA QUIMICA
LABORATORIO INTEGRAL I
UNIDAD I
REPORTE PRACTICA #3
CAIDA DE PRESION EN LECHOS EMPACADOS Y FLUIDIZADOS
Integrantes:
Aranda Ramírez Eva L.
Cruz Rivera Laura A.
Ceceña Rodríguez Karla A.
Arredondo Juárez Edith A.
Rojas García Tania Y.
Rolón Correa Beyda
Profesor:
Rivera Pazos Norman Edilberto
MEXICALI 27 DE FEBRERO 2018

2. Índice
1. Objetivo
2. Marco Teórico
3. Material y Equipo
4. Procedimiento
5. Resultados y Estimaciones
6. Incidencias
7. Evidencias
8. Conclusiones
9. Bibliografía

3. Objetivo
Calcular y comparar la caída de presión que presenta una tubería cuando esta empacada y cuando no lo está.
Marco Teórico
La columna empacada es uno de los sistemas mas importantes en la industria química por su amplia utilización
en operación de transferencia de masa. La evaluación de la caída de presión en columnas empacadas es un
requisito fundamental para el buen diseño de estas.
• Caída de presión en lecho empacado.
Es un sistema compacto el cual es atravesado por un fluido (liquido o gas), se conforma de partículas solidad con
propiedades físicas y químicas similares. La velocidad del flujo que atraviesa el lecho define el tipo de lecho; si
esta es menor a la velocidad de arrastre o sustentación, se le denomina lecho empacado, porque sus partículas se
mantienen en reposo.
La resistencia al flujo de un fluido a través de los huecos de un lecho de solidos es la resultante del
rozamiento total de todas las partículas del lecho. El rozamiento total por unidad de área es igual a la suma de dos
tipos de fuerza: fuerzas de rozamiento viscoso y fuerzas de inercia.
Las partículas están dispuestas al azas, sin orientaciones preferentes, todas las partículas tienen el mismo
tamaño y forma de efectos de pared son despreciables.
Las principales magnitudes del lecho empacado son la porosidad del lecho o fracción de huevos y la
esfericidad de la partícula, ambas están relacionadas.
La pérdida de la presión entre dos puntos de tubería, situados ambos lados de una válvula, debido al rozamiento
hidráulico. Las caídas de presión altas se asocian a caudales muy grandes y/o en diámetros muy chicos. Los
fluidos viscosos también dan caídas de presión altas.
La pérdida fraccional para flujo a través de lechos rellenos puede calcularse utilizando la expresión de Ergun:
 
32
2
0
3
2
22
0 175.11150









ps
g
ps D
V
D
V
L
P 
.
Se basa en la ecuación de Kozeny-Carman para el flujo en la región viscosa y de la ecuación de Burke-Plummer
para la región turbulenta. La importancia de los términos correspondientes a pérdidas viscosas y perdidas
turbulentas en la ecuación Ergun se puede relacionar con el valor del número de Reynolds de partícula.
Numero de Reynolds para fluidos que circulan a través de un lecho relleno
de sólidos, se define como: 
vD
Re
• Caída de presión en lecho fluidizado.
La fluidización se refiere al proceso de la suspensión o levitación de
partículas por la acción del paso de un fluido a través de ellas, de manera
que el conjunto de partículas también tiende a comportarse como fluido.
Un lecho fluidizado se forma cuando se hace pasar un fluido, regularmente de abajo hacia arriba, por un lecho de
partículas que se encuentran sostenidas por un distribuidor. Cuando las partículas empiezan a fluidizar, la presión

4. en el lecho se va incrementando linealmente conforme se va aumentando la distancia entre las partículas y la
superficie.
Es de esperarse que el lecho reaccione distinto cando se hacen variar algunos parámetros como la velocidad de
fluidización, las propiedades del fluido, propiedades de las partículas, la profundidad y diámetro del lecho, etc.
Para comience un lecho a fluidizar, es necesario que se incremente la velocidad del fluido para que la expansión
también continúe incrementándose hasta llegar a un punto en el que las fuerzas de arrastre ejercidas sobre las
partículas sean lo suficientemente grandes como para poder soportar el peso de ellas. Se puede decir que la caída
de presión del lecho es igual al peso del lecho, aunque para el momento en que el lecho comience a fluidizar por
completo, la caída de presión aumentara un poco debido a que es necesario “romper el lecho” (sacarlo de ese
estado empaquetado) para comenzar a fluidizarlo. En la siguiente grafica puede observarse ese pequeño
incremento en la caída de presión como la curva que sobresale antes de alcanzar el régimen fluidizado.
Las ecuaciones utilizadas para el cálculo de la
caída de presión parten de igualar las fuerzas de
arrastre producidas por el fluido al peso del lecho,
por lo tanto, se tiene que:
gfHF
m
TPAa
m
p
m
p
m
///
Donde: m es la masa de las partículas, Ael área
donde está contenido el lecho, p
m
es la densidad de la partícula y
m
la densidad del fluido.
La ecuación de Blake-Kozeny, predice la caída de presión en columnas empacadas de manera satisfactoria, siendo
esta expresión una función que depende del diámetro de la partícula, la longitud y porosidad del lecho, la
viscosidad del fluido que se hace pasar a través de este y la velocidad de flujo. Los primeros cuatro parámetros
pueden considerarse constantes en un sistema determinado, convirtiendo a la ecuación de Blake-Kozeny en una
función estrictamente dependiente de la velocidad de flujo.
∆𝑃 =
150vLμ(1 − 𝜀)2
𝑑 𝑝
2 𝜀2
Esta expresión esta basada en la condición de que el material de empaque esta uniformemente distribuido y no
existe irregularidad en el flujo a través del lecho; además, que el diámetro de la partícula de empaque es pequeño
en relación con el diámetro de la columna y este ultimo mantiene un valor constante.
• Porosidad
La porosidad del lecho se refiere a los espacios vacíos existentes dentro del lecho y está afectada por ciertos
factores. Aquellos aspectos que tienen mayor influencia sobre la porosidad del lecho son: el tamaño, la forma y
la rugosidad de las partículas, la relación existente entre el diámetro de la partícula y el diámetro del lecho, y la
rugosidad de las paredes de la columna. La porosidad existente en los lechos uniformes es mayor que aquella de
los lechos no uniformes.

5. Material y Equipo
Cantidad Nombre Observaciones
1 Bomba Sumergible
1 Manguera ½ in
1 Cinta métrica
1 Cuba
1 Cronómetro
1 Probeta graduada 1L
1 Probeta graduada 50ml
1 Soportes universales
3 Pinzas 3 dedos
3 Pinzas Nuez
1 Termómetro
2 Coples ½ in
Chaquiras 1 bolsa
2 Medias
1 Balanza
Procedimiento
1) Se limpia el material que se va a utilizar.
2) Calculo de porosidad: en la probeta de 50 ml se deposita un volumen determinado de agua, después se depositan
los solidos (por diferencia se encuentra el volumen de los sólidos), se calcula la porosidad:
𝜀 =
Volumen total − Volumen de solidos
Volumen total
3) Con un vernier se toman las medidas para calcular la esfericidad.
4) Medir la temperatura del agua.
5) Se llena la cuba con suficiente agua para sumergir la bomba, se conectan la manguera.
6) Con el soporte universal y las pinzas se trata de poner la manguera vertical, lo más rectamente posible.
7) Se mide la altura al punto mas alto que se encuentre la manguera.
8) Se toma el tiempo que tarda en llenarse la probeta de 100 ml, se hacen las repeticiones necesarias.
9) Se empaca la manguera con los solidos y se aseguran con los Coples y las medias.
10) Se toma el tiempo que tarda en llenarse la probeta y se hacen las repeticiones necesarias.

6. Resultados y Estimaciones
Para calcular la caída de presión en la tubería sin empacar:
∆𝑃 = ℎ 𝐿 𝛾
Donde:
ℎ 𝐿 = 𝑓 ∙
𝐿
𝐷
∙
𝑉2
𝑔
Por diagrama de Moody:
𝑓 = 0.0055
Para el cálculo de caída de presión en tubería empacada se utilizó la expresión de Ergun:
∆𝑃 = 𝜌∑𝐹
∑𝐹 =
150𝜇𝑉𝐿
𝑑 𝑝
2 𝜌
∙
(1 − 𝜀)2
𝜀3
+
1.75𝑉2
𝑑 𝑝
∙
(1 − 𝜀)
𝜀3
Se calcularon los gastos para ambas tuberías:
Reynolds:
Se calcularon las caídas de presiones, ya que en la tubería con empaque se obtuvo un flujo laminar las perdidas
viscosas no son despreciables.
Se encontró la ecuación de Blake-Kozeny que se utiliza para el cálculo de tuberías empacadas con flujo laminar,
y se compararon los resultados con ambas ecuaciones:
Sólido Esfericidad Porosidad Dp (m) Volumen (m^3)
Chaquiras 0.95 0.0346 0.049 0.000007
Fluido Densidad (Kg/m^3) Viscosidad (Kg/ms)
Agua 957.9 0.001028
Altura (m) Volumen(m^3) Tiempo 1 (s) Tiempo 2 (s) Tiempo 3 (s) Tiempo prom(s) 1 2 3 Con t prom
Sin Empaque 1.53 9.00E-05 2.76 2.92 2.85 2.843 3.26E-05 3.082E-05 3.15789E-05 3.17E-05
Con Empaque 1.53 9.00E-05 33.39 35.27 33.87 34.177 2.7E-06 2.552E-06 2.65722E-06 2.63E-06
Caudal (m^3/s)
Empaque Reynolds Tipo de Flujo
Sin 3064.67 Turbulento
Con 254.462 Laminar
Empaque ΔP (Pa)
Sin 27.0393
Con 33342.125
Ecuación ΔP (Pa)
Ergun 33342.125
Blake-Kozeny 32022.946

7. Incidencias
Ya que en una practica pasada se decidió por no tomar la temperatura del agua y solo suponerla, esta vez si se
realizaron las medidas de temperatura para poder utilizar una viscosidad acorde a la temperatura medida.
En esta práctica se obtuvieron 3 incidencias
1. El cople no embonaba bien de un lado. Se tuvo que lijar hasta que la manguera pudiera entrar correctamente.
2. El tiempo se empezaba a tomar desde que el agua salía por lo que tomaba bastante tiempo, para evitar errores
se tomó la decisión de empezar a contar el tiempo desde cierta medida para que todas las mediciones comenzaran
igual.
3. El ultimo error que se obtuvo en la práctica fue el no tomar todas las mediciones requeridas para los cálculos.
Evidencias

8. Conclusiones
En esta práctica se pretendió hacer un análisis de la caída de presión que ocurre en lechos empacados, por lo que
se realizo un experimento en el cual se simulo un lecho, se calcularon los caudales con el lecho sin empacar, y
con el lecho empacado, y se realizaron los cálculos para determinar la caída de presión. En el cálculo de caída de
presión en lecho empacado se encontraron dos formulas para realizar los cálculos por lo que se hizo una
comparación entre ambas formulas y ya que hay similitud entre los resultados suponemos que los cálculos
realizados están correctos.
Concluimos que hay una caída de presión mayor en un lecho empacado que en un lecho sin empacar, y que es
conveniente saber el tipo de flujo (ya sea laminar o turbulento) por que de ello depende las formulas a utilizar
para poder calcular la caída de presión.
Bibliografía
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/9251/Capitulo4.pdf
https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/20299/9/tema4_flujo%20externo.pdf
https://es.slideshare.net/angiee1995/lechos-porosos-49605331