Lechos empacados

1. Práctica No. 2
Objetivo: Calcular la caída de presión de un fluido a través de una tubería con
lecho empacado y sin él y así compararlos.
Caída de presión en lechos empacados.
Lecho. Un lecho consiste en una columna formada por partículas sólidas, a
través de las cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser librado de
algunas impurezas y sufre una caída de presión. Si el fluido se mueve a
velocidades bajas a través del lecho no produce movimiento de las partículas,
pero al ir incrementando gradualmente la velocidad llega un punto donde las
partículas no permanecen estáticas sino que se levantan y agitan, dicho
proceso recibe el nombre de fluidización.
Lecho Fijo. Las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse
una de otras, esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por
tanto la fracción de vacío en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En
esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso.
Medio poroso. Se entiende por medio poroso “un sólido o arreglo de ellos con
suficiente espacio abierto dentro o alrededor de las partículas para permitir el
paso de un fluido”. Algunos ejemplos de medios porosos son esponjas, tejidos,
papel, mechas, arena, grava, escayola, ciertas rocas (caliza, arenisca), lechos
de filtración, destilación, absorción .
Tamaño de partícula. Cuando se mide el tamaño de una partícula esférica,
con una regla o por otros procedimientos, se sabe lo que la medida significa.
Pero con partículas no esféricas se tienen dificultades. El tamaño de la
partícula dp se define de forma que sea útil para los objetivos de flujo y
pérdidas de presión. Con esto en mente, como se evalúa dp depende del tipo
de instrumento disponible para medir el tamaño.
Esfericidad de una partícula. Es la medida más útil para caracterizar la forma
de partículas no esféricas e irregulares. La esfericidad de las partículas y la
porosidad del lecho están relacionadas. La fracción de huecos disminuye a
medida que la esfericidad aumenta.
Formula de Caída de Presión. La ecuación de Burke-Plummer es una
correlación empírica para la caída de presión en lechos empacados cuando los
números de Reynolds son elevados (Re> 1,000).

2. Material y reactivos:
 Manguera de 2cm de diámetro.
 Conectores con el mismo diámetro de la manguera.
 Postas de plástico de 6mm.
 Malla (canasta filtro para bomba)
 Bomba sumergible PCL-025
 Agua
 Cubeta
 Soporte universal
 Pinzas de 2 dedos
 Vernier
 Probeta de 1L
 Cinta métrica
 Tape
Procedimiento de la práctica:
 Medir el diámetro de la manguera.
 Calcular el área de flujo.
 Colocar la bomba en un recipiente con agua e instalar las mangueras.
 En un segmento de manguera colocar las postas que representaran el
relleno del lecho así como medir el volumen que abarcan dentro de la
manguera y el diámetro promedio de las postas.
 Colocar malla en los extremos del segmento de manguera para evitar el
movimiento del relleno.
 Colocar los conectores al extremo de manguera y unir con el sistema.
 Colocar tape alrededor de los conectores para evitar que se desprendan
debido al flujo del agua.
 Determinar el caudal del fluido a través de un lecho empacado midiendo
el tiempo de llenado de una probeta de 1L.
 Retirar las postas del segmento de manguera para calcular el caudal del
fluido a través de un lecho simple.
 Cálculos

3. Resultados:
Para obtener el caudal Q :
Volumen (litros en la cubeta): tls71.8
Tiempo  t : s60.16
Diametro: cm2
VAQ 
s
lts
s
lts
t
V
524.0
60.16
71.8

Q
s
m
X
lts
m
x
s
lts 3
04
3
1024.5
1000
524.0 

Para la caída de presión se utilizó la siguiente formula:
L
Dp
V
p
s
o
3
2
1
.
75.1



 

Donde
Densidad del agua   : 3
1000
m
kg
D: Diámetro de la partícula: mm6 mX 3
106 
Esfericidad   : 43743.0
Temperatura: C20
Sustituyendo
     m
Pa
mX
s
m
m
kg
L
p
211,254,3
43743.
43743.1
.
1061
66.1100075.1
33
2
3

















Multiplicando por la longitud

4.   Pam
m
Pa
p 758,58518.211,254,3 
Kpap 7,585
atmp 78.5
En el caso de la caída de presión en la tubería de lecho sin relleno se calcula:
f
D
L
VP ..
2
1 2




 
Para obtener el factor de fricción f se calcula:
Reynolds

oVD
Re
Donde
D: Diámetro de la partícula: mm6 mX 3
106 
Volumen )( oV :
s
m
66.1
Viscosidad cinemática   =
s
m
X
2
6
10007.1 
Sustituyendo
 
970,32
10007.1
66.102.
Re 2
6















s
m
X
s
m
m

5. Para flujo turbulento se utiliza el diagrama de Moody
Sustituyendo
  Pa
m
kg
m
m
s
m
P 592.259,21000041.
018.0
18.
.
66.1
1
2
1
32

































Caída de presión
Solido Con relleno Sin relleno
Bolitas de plásticos 585,658.5 Pa 2,259.592 Pa
Conclusión
El caudal del lecho empacado en comparación al sin empaque fue pequeño
durante la práctica pero notable en los cálculos.
Observaciones:
 Gracias a que las postas son producidas industrialmente con un
tamaño estandarizado no hubo problema en calcular el diámetro
medio de las postas. Así como el tamaño usual del diámetro de la
tubería, fue fácil para el equipo encontrar conectores.

6.  Se consiguió un menor gasto de agua en esta práctica a
comparación de la anterior.
 Se confirmó que al no tener relleno el caudal aumento, haciendo que
el depósito se llenara más rápido que en la prueba hecha con
empaque.
Referencias
 Mott, Robert L., “Mecánica de fluidos.”, Pearsson Educación, 2006,
México, 6ta. Edición.