Flujo de fluidos

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Instituto Tecnológico de Pachuca

Ingeniería Química

Laboratorio Integral I

Tema 1: Flujo de fluidos 

Fundamentos teóricos

Principio fundamental de la caída de presión y punto de inundación en un lecho empacado

Alumnos:

Lara Osorio Cristian.                                    

González Reséndiz Dafne Elizabeth          

Profesor:

Irma Yolanda León Castelazo

06 de febrero de 2021.

En Laboratorio Integral 1 es necesario conocer los fundamentos teóricos de caída de presión en lechos empacados y puntos de inundación y porosidad de lechos empacados, ya que actualmente existen una gran cantidad de operaciones industriales donde es muy común el uso de lechos empacados debido a las numerosas ventajas que se les encuentra industrialmente.

En los lechos empacados las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras, esto hace que la altura del lecho poroso se mantenga constante, ya que en el punto de inundación su velocidad es lineal para el gas, aunque un flujo de un líquido puede producir cambio de fase. La fase dispersa se hace continua y la fase continua se hace dispersa, así podemos observar físicamente un tapón de líquido en el tope de la primera columna a través del cual burbujea el gas. [pic 4]

1.2 Caída de presión en lechos empacados  

Como se muestra en la figura 1, un lecho empacado es un sistema compacto el cual es atravesado por un fluido ya sea líquido o gas, este se conforma de partículas sólidas y cuenta con propiedades físicas y químicas similares. La velocidad del flujo que atraviesa el lecho define el tipo de lecho. (Geankoplis, 1998)  

Se puede denominar a un lecho empacado si sus condiciones son menores a la velocidad de arrastre o sustentación, ya que sus partículas se mantienen en reposo.

La resistencia al flujo de un fluido a través de los huecos de un lecho, es la resultante del rozamiento total de todas las partículas del lecho. A partir del número de Reynolds se puede determinar si el flujo es laminar o turbulento, y si puede haber flotamiento de forma de separación y formación de estela. (McCabe et al., 2007)

 El rozamiento total por unidad de área es igual a la suma de dos tipos de fuerza: [pic 5]

• Fuerza de rozamiento viscoso  
• Fuerza de inercia  

La pérdida fraccional para flujos a través de lechos rellenos puede calcularse utilizando la expresión de Ergun (ecuación 1). (Treybal, 2007)[pic 6]

[pic 7]

• V0= velocidad superficial del gas
• ɛ = vacante de lecho  
• Dp = diámetro de partícula  
• Ρ = densidad del gas   
• µ = viscosidad del gas  

En los lechos empacados se producen caídas de presión en el gas, son debidas al roce del empaque contra las paredes de la columna y al flujo del líquido que pasa por la torre. Existe un máximo flujo de gas con que la torre puede operar el cual es llamado velocidad de inundación, por encima de esa velocidad no ocurre ningún tipo de transferencia y las pérdidas de carga en el lecho tienden al infinito. (Treybal, 2007)

1.4 Puntos de inundación y porosidad de lechos empacados 

El punto de inundación es la velocidad lineal de un gas que a un flujo de un líquido produce el cambio de las fases. (McCabe et al., 2007)

La velocidad del flujo limite es la carga de la inundación. La fase gaseosa no puede tener una velocidad cualquiera. (Geankoplis, 1998)  

Esta velocidad es la velocidad del flujo del gas que tiende a un límite superior. Si se trabaja a velocidades muy altas puede provocar una inundación en la columna de esta forma se suele trabajar con una velocidad sobre un valor 50% de la velocidad de inundación. La velocidad másica del gas y del líquido influye sobre la altura necesaria del relleno por lo que al aumentar esta velocidad disminuye la altura necesaria del relleno.

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