S II O S O S O R T O N P E S MI O
1 H
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1 C
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2
AI D S R OI EI CI N C E NI
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J
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R
Se considera un lecho poroso, al que está formado por partículas contiguas que dejan entre ellas huecos o espacios libres y a través de ellos circula el fluido.
ING. ACOSTA LOPEZ EDGAR RAFAEL CARBAJAL MONTERO GRAYMA INDIGOYEN MACHADO ANDY SANCHES CASTRO ANGELA
PROBLEMA N°1
3m
Un recipiente cilíndrico de de altura relleno de partículas de forma cubica de de arista se emplea como generador de calor. Calcúlese la perdida de presión a través del lecho cuando circula aire con velocidad másica de que entra por el fondo a y y sale sale por la cúspide cúspide a . Las determinaciones experimentales de la porosidad del lecho han conducido al valor de .
0.60 cm
5 atm 30℃
5000 kgkg⁄m. h 200℃ 0,45
SOLUCIÓN:
= ℃ = .× . × − =, ∆ : × , − = = , = : = = − = , = . : ×× = × × . =,× = , , .× − : ×× ∆ =× × ×× +,× ×× : × = = , × ×=, y hallar
−
: × × − ∆ =× , ×.× − , ×, ×. × + × ,× ,× , ×, ×. −× × ∆=, × ∆ = , PROBLEMA N°2
1.20 m
6m
Por una torre de absorción de relleno de de diámetro y de altura se hace circular un fluido de propiedades análogas a las del aire con un caudal de , que entra en la torre a y . Calcúlese la pérdida de presión a través del lecho si las características del relleno son: y .
1,2 atm 20℃ superficie especifica=2,5cm ⁄cm SOLUCIÓN:
=. =° Ø = . = . − =. = ⁄ = ̅ = ̅ → =
60 m⁄min fraccion hueca=0,65
×/ = ,. ×/ × = . / = ( ) = / / = = = . = . / á : = = . − = . : × = × . − − ×. /×. / = . ×.×−/− = .→ ó: . = +
×.×−/×./ ../ = . . ×.×−. / ×./ + . ×./ ×.x−
= .+.×. = .+.× = . í ó = × ⃑ = . × ./ ⃑ . =. × ⃑ =. =.. = . = . ̃=. − PROBLEMA N°3
1m
2m
Una columna de de área de sección normal y de altura esta rellena de partículas esféricas de de diámetro. Calcúlese la fracción hueca del lecho si con una diferencia de presiones de entre el fondo y al cúspide del lecho fluyen de una disolución a de viscosidad y .
6500 kg⁄h
2 mm
10 atm 25℃
0,5 poises densidad = 1500 kg⁄m
SOLUCIÓN:
= =
L=2 m
=
:
= = ×××− = ××−
:
= × = × = × = : ××− = =, PROBLEMA N°4
3 mm 12 cm
4 mm 1m 1,5 g⁄cm 200 cm 50 cm
Un lecho de partículas cilíndricas de de diámetro y de longitud esta contenido en una carcasa cilíndrica de de diámetro y de altura. La densidad del material que constituye los cilindros del lecho es de y la densidad aparente del lecho se calcula sabiendo que el relleno contenido en del lecho pesa . Calcúlese la cantidad de aire en kilogramos que pasa a través del lecho a si entra a y la perdida de presión a través del lecho es de de agua.
50℃
120 g
1,2 atm
SOLUCIÓN:
∈= = , , =,
=
=
=.=, =,− =..=, =,
=
, = , =,−
=
= , =, , =, = = ,+ ∆ = = ó : ∆ = ∈ [∈ +,] ..∈ = , , ,− +, ,,. , , =, = PROBLEMA N°5 Para purificar oxigeno se hace pasar a través de un lecho de adsorción relleno de un tamiz molecular que adsorbe los gases inertes y demás impurezas. Las partículas que constituyen el tamiz tienen una forma cilíndrica de de diámetro y de altura. El oxigeno entra al lecho a y a la velocidad de referida al área de sección normal del lecho supuesto vacío. La porosidad del lecho es
2 mm 130℃ 7 mm
6 mm 30 cm⁄seg
correspondientes a las 0,40, y la viscosidad del oxigeno en las condiciones media condiciones de entrada y salida en el lecho es 1,25×10− poises. Calcúlese la perdida de presión a través del lecho si tiene una longitud de 3 m.
SOLUCIÓN:
: = ó : = → : = = → = = .− = . − á = + − +−− = = = − ××− = . − = . = . × − = . → ó : = ×× + . × × ×× ×× ó
í ó: ∆ = . PROBLEMA N°6
2,5 cm
Un catalizador constituido por partículas esféricas de de diámetro se introduce como relleno en una torre cilíndrica de de diámetro en la que alcanza una altura de . la fracción hueca del lecho es . Por la cúspide de la torre entra propano a y sale por el fondo a la misma temperatura y a la presión absoluta de . Calcúlese la presión a que entra en la torre si el tiempo de contacto entre el propano y el catalizador es de .
6m 0,40
15 m 250 ℃
10 seg
SOLUCIÓN:
= ° = .× =. : ∆ : = = . = . =.− : = − = . =.
2 atm
: = = =. : =× =. ×. =. : × = × .×. − = .× ×. − =.×− → : ×× ∆ = × × × . ×× :
= × × × = . − −° ×° =. ó : ×. ∆ =× . ×.× − − − . ×. ×. ×. − .×. − − . . ×.×. ×. − ∆ =. ∆=. × ∆=. ∆=. ∆= .= =.
PROBLEMA N°7
Una columna de 10 cm de diámetro esta rellena de anillos Raschig de vidrio de 10mmx10mmx2mm de espesor de pared. Para determinar la porosidad del lecho se ha realizado la experiencia siguiente: estando la columna vacía se vierte en ella una cantidad de agua tal que alcanza una altura de 20 cm en la columna; seguidamente se añade relleno hasta que el agua y el relleno alcanzan el mismo nivel que resulta ser 45 cm de la base. Calcúlese el caudal de aire que pasa a través del relleno si el espesor del lecho es de 1m, la temperatura del aire 30ºC, la presión de entrada 740 mm de Hg y la pérdida de presión a través del lecho 80cm de agua.
SOLUCIÓN:
: = . : = . = .× / = = =. : = × × × = .×+ =. = =++
=++ =. : = + =. =. =. : ∆ = µ [ + . ] − . = . .× . ×.×. . + . =. á é / PROBLEMA N°8: Se ha de secar aire en una torre de absorción cilíndrica de 80cm de diámetro rellenas con partículas esféricas de alúmina de 1mm de diámetro y fracción hueca 0.40. L altura de la alúmina en la torre de es de 2.5m y el caudal de entrada de aire en la misma medido a 20ºC y 1 atm, es de 5 m 3/h. La torre de absorción funciona isotérmicamente a 20ºC. Calcúlese la presión de entrada del aire a la torre si se desea que la presión absoluta del aire a la salida sea 2.5Kg/m3.
SOLUCIÓN:
á = .
á í = . = . = . = / = º = = ? = ./ ×× = × : á = . º. º / / . . . . : = ./ = ./ . = × = Á
×. × =× =.×−
ó : ×.×− .×. = . = . ×.× − −
= .→ . ×× = × × ×× ×.×− = ×. ×.×−− . . ×. ×. ×. =. ∆=× ∆=.. ∆=. ∆= =. ∆= . =. =. +. =. PROBLEMA N°10
Una columna cambiadora de iones rellena de partículas esféricas de 0,5mm de diámetro se emplea para la purificación de agua para calderas. La columna tiene un diámetro de 1,25m y su altura es de 2m. Calcúlese la perdida de presión a través del lecho si la columna trata 0,3 de agua por minuto y metro cubico de volumen de lecho, con una porosidad de 0,35.
SOLUCIÓN:
=, . , = .= . = = . =, =, ,( ) =, = . , , = . . =, ⁄ − , , = ,, − =,. (Flujo laminar).
= ∈ . . ∈ ..
, ., − = , . , ,− , =,
∆= .
⃑ ∆=, ⃑ ∆=,
PROBLEMA N°11 El catalizador empleado en un proceso de fabricación está contenido en un cilindro de 20 cm de diámetro interno y 40 cm de altura. A su través pasa un gas con una velocidad espacial de de calizador y hora. La fracción hueca del lecho catalico es 0.40 y, dadas las características de la reacción, el tamaño de las partículas ha de ser mínimo y la perdida de presión a su través no ha de ser superior a 40 mmHg .Calcúlese el diámetro equivalente de las partículas si la viscosidad del gas es 0.20 cpois, y puede considerarse despreciable la variación de su densidad a través del lecho.
150mde gas/m
SOLUCIÓN:
Ø = = = / – = . ,∆ < , = . ó: =? í : Gas
= .= . =.×. =. , = í é, : =.
=. =. = = . =.− = − = . = PROBLEMA N°13 Por una columna de relleno de 1m de longitud y 20 cm 2 de sección circula agua a 5cm/s, referida a la sección vacía de la columna. La columna esta rellena de anillos Rasching de 5.72mm de longitud y los diámetros interno y externo son 6.71mm y 5.18mm (todos ellos valores medios). La densidad del vidrio que constituye los anillos es de 2.49g/cm3. Calcúlese la perdida de presión que experimenta el agua al atravesar la columna, expresándola en altura de agua.
SOLUCIÓN:
= / = / = = . / í: = . /
= . = . = . ×× = × : = = ×− +× + = ×− × ×. −. +×..+. = ×.−. ×. =.− : − = . =. : = = . =. = = ×.
= ó :
× . × = . ×. − × . × = = . ×. − = : × × . × × = × × × × + × × × . × × = × . ×. + . × . × . × . × . ×
= .
∆= ×
∆= . × ∆=. ∆ = .
