Este documento presenta los objetivos, materiales, procedimiento y resultados de una práctica de laboratorio sobre la caída de presión en lechos empacados y fluidizados. La práctica midió la caída de presión con y sin un lecho de perlas de ebullición dentro de una manguera, encontrando que la caída de presión fue mayor con el lecho debido al aumento de la porosidad.

1. Materia:
Laboratorio Integral I.
Practica:
1.- Caída De Presión En Lechos Empacados y Fluidizados.
2.- Puntos De Inundación y Porosidad De Lechos Empacados.
Profesor:
Rivera Pazos Norman Edilberto.
Alumnos:
1.- Aispuro Meza José Eduardo.
2.- Bustamante Topete José Alfonso.
3.- Cota Castañeda Emanuel.
4.- Estrella Núñez Francisco Javier.
5.- Rodríguez Meraz Jonathan Martin.
6.- Torres Arquieta Fernando.
7.- Villanueva Ornelas José César.
MEXICALI, B.C. A 16 DE FEBRERO DEL 2018.

2. OBJETIVO:
Estudiar el comportamiento de la diferencia de presión debido a un lecho empacado con
relleno y sin relleno.

3. MARCO TEORICO:
La Caída de Presión disminución de la presión de un fluido, dentro de un conducto, donde
dicho fluido atraviesa un estrangulamiento o un elemento de utilización.
Al principio, la caída de presión a través del lecho equilibra a la fuerza de gravedad sobre lo
sólidos.
Un lecho empacado es un sistema compacto, el cual es atravesado por un flujo (líquido o
gas). Este sistema se conforma de partículas sólidas, 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 lo denomina lecho empacado, porque sus
partículas se consecuencia, cambios en la dirección de la velocidad del fluido por el efecto
de las fugas. En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un
líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los
huecos del lecho perdiendo presión.
Los empaques incrementan la caída de presión, en el sistema y en consecuencia, cambios
en la dirección de la velocidad del fluido por el efecto de las fugas. En un lecho de
partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no
produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo
presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la
ecuación de Ergun.
La fluidización es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o
ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas. Desde un punto de vista macroscópico,
la fase sólida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ahí el origen del término
fluidización. Al conjunto de partículas fluidificadas se le denomina también lecho
fluidificado.
En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja
velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del
lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene
dada por la ecuación de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido,
aumenta la caída de presión y el rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un
punto en el que las partículas no permanecen por más tiempos estacionarios, sino que
comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción
del líquido o el gas. Los lechos fluidificados tienen variedad de aplicaciones, entre las
cuales se pueden mencionar:

4. - Clasificación mecánica de partículas según su tamaño, forma o densidad.
- Lavado o lixiviación de partículas sólidas.
- Cristalización.
- Adsorción e intercambio iónico.
- Intercambiado de calor en lecho fluidificado.
- Reacciones catalíticas heterogéneas (incluyendo la descomposición catalítica del
petróleo).
- Combustión de carbón en lecho fluidificado.
- Puntos de inundación y porosidad de lechos empacados.
La porosidad o fracción de huecos es una medida de espacios vacíos en un material, y es
una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total, entre 0-1, o como un porcentaje
entre 0-100 %. El término se utiliza en varios campos, incluyendo farmacia, cerámica,
metalurgia, materiales, fabricación, ciencias de la tierra, mecánica de suelos e ingeniería.

5. MATERIAL:
- Bomba B_72 Plus, 127 V, 0.8A, 60 Hertz.
- Soporte Universal.
- 3 Pinza 3 Dedos.
- Tela Filtro
- Vaso de Precipitado 2000ml.
- Vaso de Precipitado de 100ml.
- Termómetro de Mercurio.
- Manguera 2.05mts.
- Cinta Métrica.
- Cuba.
- Balanza Granataria.
- Perlas de Ebullición.

6. PROCEDIMIENTO:
La bomba (B_72 Plus) fue sumergida en una cuba y una manguera conectada a la salida de
la bomba donde salía el fluido.
En la salida de la bomba fue colocada una tela con función específica, la cual trabaja como
filtro y no permite que solidos mayores a la porosidad de la tela pueda trasponer dicha tela.
De igual manera fue colocado la misma tela con la misma función a 40.5cm de la longitud
de la manguera y conectada nuevamente con conectores para manguera, para producir un
fluido contante sin fugas y con la misma eficiencia.
La manguera fue colocada de manera vertical, sostenida por 3 pinzas de tres dedos que eran
retenidas por un soporte universal. La manguera llegaba a una altura máxima de 52.56 cm
donde doblaba y giraba hacia recipientes opcionales: cuba y vaso de precipitado; donde se
depositaba el fluido saliente de la bomba.
Esto se realizó de dos maneras: con lecho (perlas de ebullición) y sin lecho.

7. RESULTADOS Y ESTIMACION:
Instrumento Incertidumbre
Cinta Métrica ± 0.05 m
Vaso Precipitado ± 5x10-5 m3
Reloj ± 0.05 s
Bascula Granataria ± 0.05 gr
Termómetro De Hg ± 0.5 Cº
Caída De Presión sin lecho:
Se obtuvieron 3 caudales diferentes para calcular una velocidad promedio para reducir el
error experimental a una altura de 52.56 cm; con un área de la manguera de 9.5x10-5 m2.
1.- Calculo de Velocidad 1.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
45.1
105.9
1038.1
1038.1
20.7
101
25
3
4
34
33






2.- Calculo de Velocidad 2.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
31.1
105.9
1025.1
1025.1
98.7
101
25
3
4
34
33






3.- Calculo de Velocidad 3.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
4.1
105.9
1033.1
1033.1
5.7
101
25
3
4
34
33






Velocidad Promedio: 1.3866 m/s.

8. A continuación observamos la ecuación para calcular la caída de presión sin lecho:
LhP 
Donde se requieren de las siguientes fórmulas para poder calcular el valor de hL:

VD
E
D
f
g
V
D
L
fhL 































 Re
Re
74.5
7.3
1
log
25.0
2 2
9.0
2
D(Manguera)= 0.011m.
E (Rugosidad)= 3x10-7 m.
V = 1.3866 m/s.
L(Longitud del Lecho)= 0.405 m.
 (20°C)= 1.005x10-3 kg/ms.
 (20°C)= 998.23 kg/m3.
 = 9800 N/m3
A continuación se realizaran los cálculos:
)(85.15149Re
10005.1
)23.998)(011.0)(3866.1(
Re
3
3
Turbulento
ms
kg
x
m
kg
m
s
m


0277.0
)85.15149(
74.5
103
011.0
7.3
1
log
25.0
2
9.0
7


































f
mx
m
f
mh
s
m
s
m
m
m
h LL 099.0
)81.9(2
)3866.1(
)011.0(
)405.0(
)0277.0(
2
2

Finalmente se calcula la caída de presión sin lecho:
KPaP
m
N
mP 9702.0)9800)(099.0( 3


9. Caída De Presión con lecho:
Se obtuvieron 3 caudales diferentes para calcular una velocidad promedio para reducir el
error experimental a una altura de 52.56 cm; con un área de la manguera de 9.5x10-5 m2.
1.- Calculo de Velocidad 1.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
30.0
105.9
1094.2
1094.2
34
101
25
3
5
35
33






2.- Calculo de Velocidad 2.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
31.0
105.9
1099.2
1099.2
4.33
101
25
3
5
35
33






3.- Calculo de Velocidad 3.
s
m
mx
s
m
x
V
A
Q
V
s
mx
s
mx
Q
t
V
Q
3077.0
105.9
1092.2
1092.2
20.34
101
25
3
5
35
33






Velocidad Promedio: 0.3059 m/s.

10. A continuación observamos la ecuación para calcular la caída de presión con lecho:
 FP 
Donde se requiere de la siguiente fórmula para poder calcular el valor de ∑F:
 
3
2
3
2
2
)1(
.
75.11
.
150
E
E
d
LV
E
E
d
VL
F
Pp



 

Pd (Perla De Ebullición)= 5.46x10-3 m.
D(Manguera)= 0.011m.
E (Porosidad)= 0.608.
V = 0.3059 m/s.
L(Longitud del Lecho)= 0.405 m.
 (20°C)= 1.005x10-3 kg/ms.
 (20°C)= 998.23 kg/m3.
A continuación se realizaran los cálculos donde primeramente se calculara el número de
Reynolds para determinar el flujo:
)(2.3342Re
10005.1
)23.998)(011.0)(3059.0(
ReRe
3
3
Turbulento
ms
kg
x
m
kg
m
s
m
VD



Como el flujo es turbulento se desprecian las pérdidas viscosas, por lo tanto la fórmula de
∑F queda de la siguiente manera:
2
2
33
2
3
2
166.21
)608.0(
)608.01(
.
)1046.5(
)405.0()3059.0(75.1
)1(
.
75.1
s
m
F
mx
m
s
m
F
E
E
d
LV
F
P






 
Finalmente se calcula la caída de presión con lecho:
KPaP
s
m
m
kg
P 129.21)166.21)(23.998( 2
2
3


11. ANALISIS:
Se aprecia experimentalmente que la caída de presión con lecho fue mayor a la caída de
presión sin lecho debido al relleno que se le coloco interiormente de la manguera (perlas de
ebullición).
Este factor hizo que aumentara la porosidad del lecho, por lo tanto se alteraron los
resultados de la presión del sistema, en el primer caso sin lecho, la velocidad era mayor y
por lo tanto la presión fue menor a comparación del segundo caso, con lecho, donde la
velocidad disminuyo debido a la obstrucción del relleno haciendo que la presión aumentara
considerablemente.

12. CONCLUSION:
Se modificó físicamente la manguera para darle una función específica: de filtro para evitar
el transporte de solidos a través del ella y calcular la caída de presión sin lecho y con lecho.
Se obtuvo una disminución de velocidad de flujo debido al relleno interior de la manguera
(perlas de ebullición).
Las velocidades de flujo cambiaron debido a que en la primera prueba se calculó sin lecho
y la segunda prueba con lecho (perlas de ebullición).
Factores que provocaron la disminución de la velocidad proveniente de la bomba, fueron:
filtro, perlas de ebullición.