DISEÑO DE PLANTAS Y EQUIPOS EN INGENIERÍA AMBIENTAL
TAREA 1. DIMENSIONAMIENTO DE UN LAVADOR VENTURI.
PRESENTADO POR: BLANCA FLOR ALMEIDA SIERRA CÓDIGO: 68248889 CEAD: PAMPLONA
GRUPO 358038_55
PRESENTADO A: FANNY ROCIO BURBANO TUTOR
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNAD DISEÑO DE PLANTAS Y EQUIPOS EN INGENIERÍA AMBIENTAL INGENIERÍA AMBIENTAL OCTUBRE DE 2017
DATOS GENERALES
1. Diseño de un Lavador Venturi Datos generales (para todos) Flujo molar de los gases (n)=15312,01 mol/h Temperatura (T) = 70 ºC Presión (P)= 1 atm Angulo de convergencia (ß 1) = 12,5º Angulo de divergencia (ß 2) = 3,5º La densidad del gas (P G) = 1,02x10-3 g/cm3 La viscosidad del gas ( U G) = 2,03X10-4 Poise [1 Poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s)] La densidad del agua (P L) = 0,98 g/cm3 La viscosidad del agua ( U L) = 4,88X10-3 Poise La tensión superficial del agua (σ)=65,9 dyn/cm. (1 dyn = 1 Dina = 1 g·cm/s² = 10-5 kg·m/s²) Factor f´=0,25 Tabla 1. Distribución de tamaño de partículas emitidas. Rango ( µm) Diámetro de corte (µm) Masa acumulada (%) Masa mi (%) 0-1 0,1 20,1 20,1 1-5 5 42,6 22,5 5-10 10 66,9 24,3 10-100 100 100 33,1
Tabla 2. Datos del estudiante Estudiante 3(Blanca F Almeida Sierra )
VG (cm/s) 4689
Factor L/G (L/m3) 2,3
Tabla 3. Pasos para el dimensionamiento del Lavador Venturi Para realizar el ejercicio nos basaremos en el ejemplo de cálculo de Vera, J. (2005) citado en el contenido de la unidad 1. 1. Calculo del flujo de los gases QG :
70 + 273,15 ° = 343,15 ° ∗ ∗
Se realiza la conversión 70°C a kelvin = 1 atm a Pascal (Pa);1 atm = 101325 Pa
Donde,
n= flujo molar de los gases (mol/h) Ru= constante de los gases igual a 8,314472 (Pa.m 3/mol.K) T= temperatura en (K) P= presión en (Pa)
Convertir a
Convertir a
⁄ Pa. m 3 mol . K ∗343, 1 5° 15312,01mol⁄ h ∗8,314472 = 431, 1 6 /ℎ 101325 Pa / 431,16⁄ℎ ∗ 36001ℎ = 0,12⁄ / 0,12⁄ ∗ 1000000 = 120000⁄ 1
2. Calcule el diámetro D2 de la garganta, teniendo en cuenta que QG=VG*A2, donde VG es la velocidad del gas en la garganta y A2 es el área en la garganta, en este sentido debe calcular A2 así:
= 1 20000 = 4689 // = 25,59 2
Luego tenga en cuenta que: 2 = ∗ , donde r es el radio, el cual debe calcularse, y multiplicado por dos es igual al diámetro. Halle el diámetro en cm.
= 2∗ 2 5, 5 9 = 2∗ 3,1416 = 5,70 = 4∗ = 4∗25,59 = 102,4 1 02, 4 = 2∗ = 2∗ 3,1416 = 11,41 = 11
Debido a que la relación de A1 ≈ 4 * A2 se tiene:
4. Halle el valor de
a
en cm teniendo presente el
D1 y
el
D2,
así:
= 2 2 = 11,421 5,702 = 5,702,85 = 2,85 = = = 2,8152,5 = 2,0,8522 = 13
5. Calcule la longitud de la zona convergente Ic en cm, con el valor de
ß1:
6. Ahora calcule la longitud de la zona divergente Id en cm, con el valor de
= = 2,853,5 = 2,0,8506 = 47,5 = ∗ = 2,3 ∗⁄ ∗0,12⁄ = 0,27 / 1 = 0,00027 / = 0,27 ⁄ ∗ 1000 , , , 5 8600 µ = ∗ + 597∗ ∗, ∗ 1000∗ 7. Halle el flujo volumétrico del líquido QL en m3/s:
Asumimos el valor L/G como 2,3 L/m 3
8. Calcule el diámetro Sauter dd en µm:
, , , − 5 8600 65, 9 / 4, 8 8∗10 0, 0 0027 / = 4689 ∗ 0,98 / + 597∗65,9 / ∗0,98 /, ∗1000∗ 0,12 /
ß2:
= 12,4973341∗8,200298+597∗0,03568∗2,3 = 149µm = 0,0149cm
9. Calcule el parámetro de impacto Kp para los diámetros mayores a 5 µm, así: Datos da VP UG dd
diámetro aerodinámico de la partícula velocidad del gas en la garganta La viscosidad del gas diámetro Sauter
Fórmula:
µm
7,5 4689 cm/s 2,03X10- 4P 165,11
µm
2
=
∗ 9
∗ ∗
Para el diámetro de 7,5 μm:
− cm 7 , 5 ∗10 ∗ 4689 ∗ 0026 = , = 9∗ ∗ = 9∗2,0310− ∗165,1110−secmg = 0, 00.000301 − ∗ 5 5∗10 ∗ 46891110cm ⁄s−cmeg = 0,00.0000301 00030 = , = 9∗ ∗ = 9∗2,0310− ∗165, Para el diámetro de 55 μm :
10. Luego calcule la penetración para cada diámetro de partícula mayor a 5 µm, así: Datos QL VG PL
Flujo volumétrico del líquido velocidad del gas en la garganta Densidad del agua
0,00024 m 3/s 4689 cm/s 0,98 g/cm 3
dd QG UG
diámetro Sauter flujo de los gases La viscosidad del gas
KP
parámetro de impacto
f´
Factor f´
µm
165,11 0,12 m 3/s 2,03X10- 4P diámetro de 7,5 μm 1.166 0,25
diámetro de 55 μm 8,567
Fórmula:
` Q ∗ V ∗ K ∗f ∗ d d ` Pt = EXP55∗ QG ∗ µG ∗ 0,7 K ∗f + 1,4 ∗LN 0,7+ 0,7 + 0, 7+K0,49 ∗f ` ∗ K1
Para el diámetro de 7,5 μm:
∗4689∗0,98 ∗0,016511m 0, 0 0024 = { 55∗0,12 ∗2.0310− ∗0,71.166∗0,25+1,4∗1.166∗0,25 1} +0,7/0,7+0,49/0,7 +1.166 ∗0,25∗1.166µm
== 1 3. 5 9∗ 0. 9 335∗0. 8 338 126862 = 10,57
Para el diámetro de 55 μm:
∗ ∗ ∗ ∗ ∗,∗´+,∗ ∗,´ +, + , ,+ ∗ ´ = ∗ ∗
∗4689∗0,98 ∗0,−016511m = {0,00024 55∗0, 12 ∗2.0310 2 5+0, 7 0, 4 9 ∗[0,7 4518,27 µm∗0,25+1,4 ∗4518,27 µm∗0, + ] 0, 7 0, 7 +4518, 2 7 µm∗0, 2 5 ∗ 4518,127 µm}
= 13.59∗ 2,199 ∗0,00022
= 2988 = 0.00674 11. Se calcula la eficiencia para cada rango de la tabla 1, ƞi, ƞi=1 -Pt Para el diámetro de 7,5 μm:
= 1 = 10.086 = 0.914 = 1 = 10.039 = 0.961 Para el diámetro de 55 μm:
13. Calculo de Reynolds, el cual debe estar entre 10 a 500: Datos PG VG dd UG
Densidad del agua velocidad del gas en la garganta diámetro Sauter La viscosidad del gas
1,02x10 -3 g/cm3 4689 cm/s 0,016511cm 2,03X10- 4P
Fórmula:
, ∗ ∗ ∗ , ∗ ∗ = = , = , , = , 14. Calculo del coeficiente de arrastre para las gotas CD: Datos ReD
Densidad del agua
Fórmula:
374,38
= 24 + 4/ = 374.2438 + 374.438/ = 0,064+0.555 = .
15. Calculo de la longitud óptima de la garganta It en cm: Datos PL dd CD PG
Densidad del agua diámetro Sauter coeficiente de arrastre para las gotas Densidad del gas
0,98 g/cm 3 0,016511cm 0,619 1,02x10 -3 g/cm3
Fórmula:
165,11µm 165,10000 11µm µm∗ 1 = 0,016511 Pasamos los
a centímetros con una regla de 3
= 0,032 = , ∗0, 9 8 = 2∗ ∗ ∗ = 2 ∗0,0,619∗016511 1,0210− 0,00063
16. Cálculo del valor de x, luego se calculara la caída de presión: Datos It PL dd CD PG
Densidad del agua Densidad del agua diámetro Sauter coeficiente de arrastre para las gotas Densidad del gas
50,79 g/cm 3 0,98 g/cm 3 0,016511 0,619 1,02x10 -3 g/cm3
µm
Fórmula:
∗0,619∗ ∗1,0,021098 − +1 = 00,,029658 +1 = 0,372+1 = 316∗ ∗∗ ∗ ∗ +1 = 3 ∗50,16∗79 0,cm016511 = , 17. Ahora halle la caída de presión ΔP y chequee que este entre 10 y 150:
Datos
VG PL QL
Densidad del agua Densidad del agua Flujo volumétrico del líquido
4689cm/s 0,98 g/cm 3 0,00024 m 3/s
QG
Flujo de los gases
0,12 m 3/s
Fórmula:
∆ = 2 ∗ ∗ ∗ ∗1 + √ , cm ∆ = 2∗0,98 ∗ (4689 seg) ∗ , ∗1 1,372 + √ 1,372 1,372 ∆ = 1,96 ∗ 21986721 ∗0,0010∗11.882384+1.2887922731984391 ∆ = 43093.4795 Pasamos de Pascales a pulgadas 1PH2O= 249,1 Pascales
∆ = 43093.4795 ∗ 249,11 = , ∆ = 17,29 = 3,47∗ ∆−, = 3,47∗ 16,111,43 = 3,47∗0,01878682445 = , Se halla dentro del rango entre 10 y 150.
18. Calcule la penetración para rangos menores de 5 µm,
Y luego calcule la eficiencia ƞi y la eficiencia fraccional ƞi para los diámetros menores de 5 µm. (ver puntos 11 y 12). La eficiencia ƞi para los diámetros menores de 5 μm:
= 1 = 1 0,065 = ,
La eficiencia fraccional mi para los diámetros menores de 5 μm. De acuerdo a lo estipulado en la tabla 1 en el rango 0 - 1 μm, la Masa m (%) es 20,1 Para el rango 1 – 5 μm la Masa m (%) es 22,5. Rango 0-1 μm,
∗ ∗ ∗ ∗ =
= 0,935 20,1% = 18,7935 %
Rango 1-5 μm,
=
= 0,935 22,5% = 21,0375 %
19. la sumatoria de ƞi * mi corresponde al valor de ƞo. Que es la eficiencia global de colección. ANEXO 1 - TABLA DE RESULTADOS Código del 68248889 estudiante: Velocidad del gas V G: 4689 Factor L/G: 2,3 Flujo del gas Q G: 0,12 3 ⁄ Rango (um) da (um) 0 1 1 5 5 10 10 - 100 Dimensiones obtenidas
0,5 3 7,5 55
Caída de Presión AP: Eficiencia global no:
16,11 2 93,85
m (%)
Kp
Pt
n
ni*mi
20,1 22,5 24,3 33,1
86,37 4712,36
0,065 0,065 0,086 0,039
0,935 0,935 0,914 0,961
18.7935 21,0375 22,2102 31,8091
lt
=
93.85
50,79 cm
a D1 / 2
b 12°
1
lc
35°
2
D2 / 2
ld
13 cm
Fuente: Vera, J. (2005). Diseño de un sistema de remoción de contaminantes del aire generados desde un incinerador de desechos hospitalarios Figura 4.6 Esquema para dimensionar el lavador de partículas.
REFERENCIA BIBLIOGRAFIA Vera, J. (2005). Diseño de un sistema de remoción de contaminantes del aire generados desde un incinerador de desechos hospitalarios. Cap. 4. Recuperado de http://www.dspace.espol.edu.ec/xmlui/handle/1234567 89/14630
Fuente: Vera, J. (2005). Diseño de un sistema de remoción de contaminantes del aire generados desde un incinerador de desechos hospitalarios Figura 4.6 Esquema para dimensionar el lavador de partículas.
ANALISIS
Se puede decir que los Lavadores de gases tipo Venturi es un depurador de tipo húmedo de alta eficiencia, particularmente adecuada cuando la materia particulada es pegajosa, inflamable o altamente corrosiva. Los Lavadores Venturi se utilizan sobre todo para limpiar gases de combustión procedentes de la incineración de residuos y procesos en los cuales se tratan o reciclan suspensiones de alto contenido de sólidos; en el ejercicio anterior se puede observar que es satisfactorio ya que tiene un 93.90 % de remoción y se puede evidenciar que las partículas más grandes son más fáciles de limpiar que las pequeñas.
BIBLIOGRAFÍA Arango, A. (2009). La electrocoagulación: una alternativa para el tratamiento de aguas residuales. Recuperado dehttp://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/detail.action?docID=10312 060&p00=tratamiento+de+aguas+residuales CAPÍTULO 4. (s.f.). Obtenido de https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad= rja&uact=8&ved=0ahUKEwj7zeHa1ITVAhVM7iYKHW7eDxgQFghGMAY&url= https%3A%2F%2Fwww.dspace.espol.edu.ec%2Fbitstream%2F123456789%2F146 30%2F3%2FCAP%25C3%258DTULO%2520CUATRO.doc&usg=AFQjCNEy9K4 CAPITULO 4. SISTEMA DE REMOCIÓN DE MATERIAL PARTICULADO. (s.f.). Obtenido de https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad= rja&uact=8&ved=0ahUKEwj7zeHa1ITVAhVM7iYKHW7eDxgQFghGMAY&url= https%3A%2F%2Fwww.dspace.espol.edu.ec%2Fbitstream%2F123456789%2F146 30%2F3%2FCAP%25C3%258DTULO%2520CUATRO.doc&usg=AFQjCNEy9K4 INGETECSA. (s.f.). LAVADOR DE GASES VENTURI . Obtenido http://www.ingetecsa.com/files/Fichas/Lavador_de_gases_Venturi.pdf WEB 2.0 CALC . (s.f.). Obtenido de https://web2.0calc.es/
de
