INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PACHUCA

Carrera: Ing. Química

Materia: Laboratorio Integral III

Número de Práctica: 12

VELOCIDAD DE INUNDACIÓN (MARCO TEÓRICO)

Integrantes:

Aldana Hernández Ma. GuadalupeMunguía Martín JaquelineRanchero Cerón Ismael

Resendiz Rojas Dulce María

Profesora:

Ma. Del Consuelo Alcántara Téllez

Fecha de entrega:

13/04/2015

MARCO TEÓRICO

En una torre que contiene un determinado relleno y que está irrigada con un flujo definido de líquido, existe un límite superior para la velocidad de flujo del gas. La velocidad correspondiente a este punto recibe el nombre de velocidad de inundación. Puede encontrarse observando la relación entre la caída de presión a través del lecho de relleno y la velocidad de flujo del gas, a partir de la observación de la retención de líquido, y también a partir de la apariencia visual del relleno. La velocidad de inundación, identificada por estos tres diferentes efectos, varía algo con el método de identificación y corresponde más a un intervalo de velocidades de flujo que a una constante perfectamente definida. (3)

La Figura 12.1 muestra datos típicos de la caída de presión en una torre de relleno. (2)

Figura 12.1. Caída de presión en una torre de relleno para el sistema aire-agua con monturas Intalox de 1 pulg.

La caída de presión por unidad de longitud del lecho se debe a la fricción del fluido, y se representa en coordenadas logarítmicas frente a la velocidad de flujo del gas G y, expresada en masa de gas por unidad de tiempo y por unidad de área de la sección transversal de la torre supuesta vacía. Por tanto, G y está relacionada con la velocidad superficial del gas por medio de la ecuación:

G y=u0ρ y

Donde ρ y, es la densidad del gas. Cuando el relleno está seco, la línea que se obtiene es recta y tiene una pendiente del orden de 1.8. Por consiguiente, la caída de presión aumenta con la potencia 1.8 de la velocidad, lo que está de acuerdo con la ley de pérdida por fricción en flujo turbulento. Si el lecho está irrigado con un flujo constante de líquido, la relación entre la caída de presión y el flujo de líquido sigue inicialmente una línea paralela a la del lecho seco. La caída de presión es mayor que en el lecho seco debido a que el líquido reduce el espacio disponible para el flujo de gas. Sin embargo, la fracción de huecos no varía con el flujo de gas. Para velocidades moderadas de gas, la línea para el relleno irrigado se hace cada vez más pendiente debido a que el gas impide el flujo descendente del líquido de forma que aumenta la retención de líquido con el flujo de gas. El punto en el que la retención de líquido comienza a aumentar, que se aprecia por un cambio de la pendiente de la línea de la caída de presión, recibe el nombre de punto de carga. Sin embargo, como puede apreciarse en la Figura 12.1, no es fácil obtener un valor exacto para el punto de carga.Al aumentar todavía más la velocidad del gas, la caída de presión aumenta también más rápidamente, y la línea se hace casi vertical cuando la caída de presión es del orden de 2 a 3 pulg. de agua por pie de relleno (150 a 250 mm de agua por metro). En determinadas regiones de la columna el líquido se transforma en una fase continua y se dice que la columna está inundada. Temporalmente se pueden utilizar flujos de gas más elevados, pero el líquido se acumula rápidamente para salir después fuera de la columna con el gas.Evidentemente, la velocidad del gas en una torre de relleno en operación ha de ser inferior a la velocidad de inundación. Cuánto menor ha de ser es una elección a criterio del diseñador. Cuanto menor sea la velocidad, menor es el consumo de potencia y mayor el coste de la torre. Desde el punto de vista económico la velocidad de gas más favorable depende de un balance entre el coste de la energía y los costes fijos del equipo. Es frecuente operar con la mitad de la velocidad de inundación.Las columnas de relleno también se diseñan frecuentemente basándose en una determinada caída de presión por unidad de altura de relleno. Para torres de absorción el valor de diseño generalmente está comprendido entre 0.25 y 0.50 pulg de H 2O por pie de relleno; para columnas de destilación el intervalo es de 0.50 a 0.8 pulg. de H 2O por pie de relleno. En la mayoría de las torres rellenas con anillos o monturas, la carga suele comenzar para una caída de presión del orden de 0.5 pulg. de H 2O por pie, y la velocidad de inundación se presenta para una caída de presión comprendida entre 2 y 3 pulg. de H 2O por pie.La Figura 12.2 muestra una correlación para estimar velocidades de inundación y caídas de presión en torres de relleno. Consiste en una representación logarítmica de: (1)

G y2 F p μx

0.1

gc (ρ x− ρ y) ρ y

frente aG x

G y √ ρ y

ρ x−ρ y

Donde:G x = velocidad másica del líquido, lb / pie2−sG y = velocidad másica del gas, lb / pie2−s

F p = factor de relleno, pie2

ρ x = densidad del líquido, lb / pie3

ρ y= densidad del gas, lb / pie3

μx, = viscosidad del líquido, cPgc = factor de proporcionalidad de la ley de Newton, 32.174 pies−lb / lbf−s2

Figura 12.2. Correlación generalizada para inundación y caída de presión en columnas de relleno. (Según Eckert)

La ordenada de la Figura 12.2 no es adimensional y es preciso utilizar las unidades indicadas. Las velocidades másicas están basadas en la sección transversal de la torre.La observación de la inundación se lleva a cabo por medios visuales o midiendo las caídas de presión, sin embargo, es posible reproducirlas por medio de correlaciones.Las velocidades de una y otra fase en una torre que llega a inundarse son función una de la otra, al mismo tiempo la relación mencionada está en función de las propiedades de ambas fases, densidad, viscosidad, las características del empaque, fracción de volumen libre, la superficie que presente, porosidad y volumen de cama empacada.Para sistemas líquido gas, la correlación más importante es la de Lobo que se obtuvo con los datos experimentales de varios empaques y sistemas. La gráfica de Lobo, figura 12.3, es una gráfica generalizada que incluye información

suficiente. El hecho de que la línea de la figura tenga pendiente negativa a grandes valores de L/G, significa que esta región G2 se grafica contra G o que L es constante. En otras palabras, al aumentar la velocidad del líquido se alcanza un punto en el cual un pequeño aumento de L es suficiente para impedir que el gas fluya a través del empaque a contracorrientes. (4)

Figura 12.3. Gráfica de LoboDonde: L=kg liq ./hr−m2, G=kg gas/hr−m2, E=fracci ónde huecos,

ρG=densidad del gas kg/m3, ρL=densidaddel l í qu idokg /m3, Ap=área espec í fica m2/m3