Laboratorio de Ingeniería Química / Facultad de Química, UNAM
INDICE •
Balance de materia para cuantificar la masa De los componentes de una mezcla (1) -----------------------------------------------------------------------
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Determinación de gastos en corrientes de flujo (1) ----------------------------
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Balance de materia en un sistema a régimen no permanente (2) ------------
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Balance de materia con reacción Quimica (3) ------------------------------------
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Balance de materia y energía en una operación de acondicionamiento de aire (4)
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• Balance de materia y energía en una torre de enfriamiento de agua (5) --------------------------------------------------------------------------------• Balance de materia y energía en un sistema con recirculación (6) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
IQ. Genovevo Silva Pichardo IQ. Genovevo Silva Pichardo / Dr. Martín Hernández Luna Dr. Jorge Alcaraz Cienfuegos IQ. Lucila C. Méndez Chávez IQ. Ma. Luisa Galicia Pineda
IQ. Lucila C. Méndez Chávez /Dr. Antonio Valiente Barderas / Rosaisela Gascón
BALANCE DE MATERIA PARA CUANTIFICAR LA MASA DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA
PROBLEMA : De las soluciones de monoetilenglicol-agua contenidas en cuatro contenedores, ubicados en el área del modulo de mezclado, seleccionar dos para preparar una tercera del 3 % del volumen de uno de los tanques de alimentación a la bomba del equipo de mezclado con la composición indicada por el maestro.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
1. Para cada solución determina: a). El índice de refracción (IR), usando el refractómetro de ABBE, como se indica en el anexo 1 b). El porciento en masa de monoetilanglicol (MEG) en la solución, empleando los siguientes datos: Índice de refracción 1.333 1.346 1.361 1.388 1.397 1.418 1.424 1.432
Porciento en masa 0.0 13.167 28.364 55.72 64.84 86.115 92.2 100.0
c). La densidad empleando un areómetro universal. Como se indica en el anexo 2 2. Mide el volumen de cada solución previamente cuantificado por balance de materia. 3. Agrega las dos soluciones a un vaso de precipitado y agita hasta homogeneizar la mezcla perfectamente. 4. Determina el índice de refracción de la mezcla para verificar que sea la composición solicitada.
CUESTIONARIO 1. 2. 3.
4.
Utilizando bloques, elabora un diagrama de flujo de proceso simplificado que represente al sistema en estudio. Define la nomenclatura utilizada para identificar cada corriente, la acumulación y cada uno de los componentes. .Mediante balance de materia formula un sistema de ecuaciones para cuantificar la masa de cada corriente y la cantidad qué se haya acumulado de masa total y de cada componente durante el proceso. NOTA: Observa sí hay diferencia entre el resultado experimental y lo calculado, sí la hay realiza un análisis y reporta la razón.
ANEXO No.1 USO DEL REFRACTÓMETRO DE ABBE A. Lista de partes principales.
Figuras 1 y 2.
1. Ocular 2. Ensamble de iluminación de la muestra 3. Perillas de abertura del prisma 4. Prisma secundario 5. Prisma principal 6. Termistor 7. Ensamble de la iluminación de la escala 8. Caja desecadora 9. Conexiones de entrada y salida de agua para el control de temperatura l0. Tornillo de ajuste 11. Perilla de compensación de color 12. Perilla de medición 13. termómetro
5.1 Ajuste de la escala 1. Colocar de 2 a 3 gotas de agua destilada en la superficie del prisma principal con una jeringa. (Figura 3) 2. Cierre el prisma secundario y observa a través del ocular. 3. Ajusta la escala, a 1.333 ( Brix 0%). Figura 4.
B.- Medición de el indice de refracción de las soluciones 1.- Abriendo el prisma secundario coloca de 2 a 3 gotas de solución en el centro de la superficie del prisma 2.- Cierra cuidadosamente el prisma secundario 3.- Obserba por el ocular, gira la perilla de compensación de color hasta que aparezca una linea clara y definida en el campo de visión 4.- Gira la perilla de medicón alineando la linea delimitadora con las lineas de intersección 5.- Leer en la escala superior el indice de refracción
DETERMINACÓN DE GASTOS EN CORRIENTES DE FLUJO
PROBLEMA: Para operar él modulo de mezclado, aplique un balance de materiales determinando el gasto en cada una de las corrientes de alimentación al mezclador, que debe suministrar cada bomba, de solución de monoetilenglicol (MEG) / agua con diferente composición, y producir en la corriente de salida 40 Kg. / h. Con la composición indicada por el maestro.
DESARROLLO EXPERIMENTAL Identificar el modulo de mezclado: • • • •
Tanques de: Alimentación y almacenamiento Mezclador y control de agitación Bombas dosificadoras de alimentación y sus controles Líneas de flujo
Preparación de las soluciones. En cada uno de los tanques de alimentación del modulo de mezclado, preparar los volúmenes de las soluciones a mezclar con la composición indicada por el maestro, empleado las mezclas existentes en los contenedores anexos midiendo la composición con el refractómetro. OPERACIÓN • Por balances de material, determine el flujo masico y volumétrico con que debe operar cada bomba. • Con la perilla de control de velocidad de cada una de las bombas, seleccione el número que corresponda al gasto de operación volumétrico determinado anteriormente. • Accionar simultáneamente los arrancadores de las do bombas par iniciar la operación de mezclado • Activar el agitador magnético, seleccionando la velocidad en donde se observe el mejor mezclado. • Identifique el momento en que el sistema alcanza el régimen permanente. • Cuando el sistema se encuentre régimen permanente Determine; El flujo volumétrico, la composición y densidad de la mezcla a la salida del mezclador e informe al profesor para comprobarlo. • Terminada la operación, desactive las bombas y el sistema de agitación, vacíe la solución de los tanques y el mezclador, dejando limpio el equipo y área de trabajo
CUESTIONARIO 1. Elabore un diagrama de flujo de proceso que describa al sistema 2.
Indique con base en que parámetro (s) se considera que el sistema alcanza el régimen permanente.
3.
Por medio de un balance de materia formule un sistema de ecuaciones para cuantificar los flujos masicos y volumétricos a la entrada y salida del mezclador, en Kg./h. y l/min.
4.
Si la diferencia entre las determinaciones experimentales y las calculadas es mayor al 3 %, analice las causas, corregirlas para realizar nuevamente el experimento, hasta obtener una diferencia igual o menor a la señalado.
BALANCE DE MATERIA EN UN SISTEMA A REGIMEN NO PERMANENTE (SISTEMA EN DILUCION)
PROBLEMA: En el modulo de mezclado, mida la variación de la concentración con respecto al tiempo de la solución MEG - agua contenida en el tanque mezclador, que inicialmente debe ser del 98 al 95 % en masa de MEG, al que una bomba peristaltica alimenta un gasto * constante de agua; y formule por balance de materia el modelo matemático que describa la dilución de la solución, permitiendo calcular el tiempo en que la composición en el tanque mezclador sea del 25 % en masa de MEG. *Se recomienda que el gasto de agua de la bomba de alimentación sea el correspondiente al No. 4 de su control de velocidad
1. DESARROLLO EXPERIMENTAL. 1. Alimente agua en uno de los tanques del modulo de mezclado 2. Determine la concentración y la densidad de la solución concentrada de MEG. (localizada en un contenedor anexo) 3. Alimente la solución concentrada en mezclador, agitándola perfectamente con el agitador magnético. Al agitarla debe derramar por el tubo de salida, en estas condiciones mida el volumen en el mezclador y este debe permanecer constante (marcarlo). 4. Alimente el agua al mezclador con la bomba seleccionando el gasto entre el numero 4* y 6 del control de velocidad. y realice las siguientes operaciones: 4.1 Mida la variación de la concentración en intervalos de 60 segundos (tomando muestras con jeringas y determinando composición en el refractómetro de ABBE) 4.2 Mida el flujo de alimentación y salida. 5. Suspenda la alimentación de agua cuando la composición de MEG en el mezclador sea del 3 % aproximadamente. 6. Escriba los datos % masa MEG. - tiempo en forma tabulada. (iniciar en tiempo cero) CUESTIONARIO 1. Elabore un diagrama de flujo del sistema señalando las corrientes de entrada y salida. 2. Con los datos experimentales complete la siguiente tabla
Tiempo (min)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
% masa de MEG en el mezclador
Densidad de la solución en el mezclador (g/ml)
Concentración de la solución en el mezclador (g de MEG/l)
Gasto masico en la entrada del mezclador (g/ min.)
En la salida del mezclador (g/ min.)
Gasto volumétrico en la entrada del mezclador (ml / min.)
En la salida del mezclador (ml / min.)
3. Con los datos de la tabla anterior elabore las siguientes gráficas: 3.1.-Consentracion -VS- Tiempo. 3.2.-Gasto masico en la entrada y la salida -VS- Tiempo. 3.3.-Gasto volumétrico en la entrada y la salida -VS- Tiempo 4. Escriba las ecuaciones de balance de materia. 5. A partir de las ecuaciones de balances formule la expresión que describa la dilución en el sistema con respecto al tiempo 6. Con la expresión del punto anterior, determine el tiempo solicitado en el enunciado del problema. 7. Compare en forma tabulada y gráfica la dilución determinada experimentalmente y con el modelo. 8. Escribe tus conclusiones
BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA. PROBLEMA. Determinar la conversión o consumo de anhídrido acético con respecto al tiempo, para la reacción de hidratación de anhídrido acético que se lleva a cabo en un reactor intermitente experimental. EQUIPO Y MATERIALES. * Reactor de vidrio de 1000 ml, de capacidad, equipado con chaqueta de calentamiento, tapa con 3 bocas para adición de reactivos, sensor de temperatura y agitador mecánico * 8 Matraces Erlenmeyer de 125 ml, * 1 Bureta 50 ml, * Balanza granataria electrónica de 400 g. * Dosificadores automáticos. REACTIVOS. * Anhídrido acético, R.A. * Agua destilada. * Anilina, solución saturada. * Hidróxido de sodio, solución al 0.05 N. * Fenolftaleina en solución, 0.1% peso. MEDIDAS DE SEGURIDAD El anhídrido acético líquido y sus vapores son corrosivos y tóxicos, por lo que se deberá evitar su inhalación y contacto directo con la piel. Se recomienda el empleo de lentes de protección durante todo el desarrollo del experimento, así como el uso de bata o ropa protectora y el empleo de guantes para el manejo del anhídrido acético concentrado. PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN. El proceso se llevará a cabo a 25°C, temperatura a la cual se deberá regular el baño térmico. Se cargan al reactor 650 ml de agua destilada, se inicia la agitación y se recicla el agua a través de la chaqueta de calentamiento del reactor, con el fin de alcanzar la temperatura del baño (25°C). Adicionar al reactor 5 ml (5.41 g.) de anhídrido acético concentrado (99% pureza), manteniendo la temperatura y agitación constantes, para quedar una concentración inicial de anhídrido acético de 0.0815 M; Registrar éste tiempo como inicial a partir del cual se tomarán las muestras que serán analizadas posteriormente. TOMA DE MUESTRAS. Preparar previamente a la toma de muestras dos series de matraces Erlenmeyer: * 2 matraces con 10 ml de agua destilada. * 6 matraces con 10 ml de agua destilada saturada con anilina. (15 g. de anilina en 500 ml de agua, agitar vigorosamente y dejar reposar 20 min.) * Tomar muestras del reactor, 5 ml de solución, períodos como lo indica la tabla 1. Estas serán distribuidas de la siguiente manera:
Las muestras de los minutos 1.5 y 10, serán recibidas en matraces con 5 ml, de agua, previamente pesadas en balanza electrónica. Las demás muestras serán recibidas en matraces conteniendo solución de anilina, es indispensable conocer el peso de cada muestra. Nota: No es necesario titular de inmediato cada muestra, se pueden colectar todas para proceder a titularlas posteriormente. MÉTODO DE ANÁLISIS. Volumetría: El análisis de muestras es realizado empleando el método de formación de la acetanilida. Este consiste en reaccionar el anhídrido acético con anilina, para formar acetanilida, según las siguientes reacciones: (CH3CO)2O + H2O → 2CH3COOH (CH3CO)2O + C6H5NH2 → CH3COOH + C6H5NHCOCH3 CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O Como la reacción de formación de acetanilida procede instantáneamente comparada con la reacción de hidratación del anhídrido acético, la cantidad del anhídrido acético presente en cada muestra se determina por la diferencia entre los volúmenes de solución de hidróxido de sodio (0.05N) gastados en la titulación de cada una de las muestras. RECOMENDACIONES. • Se sugiere trabajar con concentraciones de anhídrido acético menores a 0.2M a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente. • Seleccionar intervalos de tiempo adecuados para la toma de la muestra (en tiempo según la tabla 1, 1.5 min y 10 min para matraces que contengan agua, para conversión total). • Considerar que el volumen permanece constante durante todo el desarrollo experimental, para lo cual, tomar la cantidad adecuada de muestra (tal que el volumen no sea significativo respecto al volumen total). Los resultados son más precisos pesando las muestras, en lugar de medir por volumen.
CUESTIONARIO. 1. Definir conversión o grado de consumo de un reactivo y proponga un método para su determinación que sea aplicable a los datos experimentales obtenidos. 2. Completa la siguiente tabla: Tabla N° 1 Titulante Tiempo Muestra gastado
Ácido Acético
Anhídrido Acético
Conversión Experimental
Conversión Calculada
(min) peso (g) NaOH (mL) (Mol/ L) 0.0 1.0* 1.5* 2.0 3.0 5.0 8.0 10* * Muestras recibidas en matraces con agua
(Mol /L)
(%)
(%)
3. Si la ecuación general de balance de materia se define por la expresión : ENTRADA - SALIDA = ACUMULACIÓN - DESAPARICIÓN POR REACCION. DONDE: ACUMULACIÓN = dNA / dt = d (VCA)/dt DESAPARICIÓN POR REACCIÓN = - (rA) V (rA) = k CA; siendo k una constante; k = 0.1565 (min)-1; CA = Concentración de anhídrido acético Deduzca una expresión para predecir la conversión o el consumo de anhídrido acético con respecto al tiempo para un reactor intermitente. 4. A partir de datos experimentales, determine la conversión o consumo de anhídrido acético con respecto al tiempo y compare estos resultados contra los que calcule a partir del modelo propuesto (inciso 3). Represente gráficamente estos resultados. NOMENCLATURA NA = Número de moles del componente A. (rA) = Rapidez de reacción (mol * l-1 * min-1.) k = Constante de rapidez de reacción. (min.-1) CA = Concentración del componente A.(mol/L) V = Volumen de la mezcla de reacción. (L.)
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN UNA OPERACIÓN DE ACONDICONAMIENTO DE AIRE PROBLEMA: Un medidor de flujo de aire marca una caída de presión de 5 mm de H20. Si este flujo de aire se somete a diferentes procesos de acondicionamiento: se calienta, se humidifica y posteriormente se deshumidifica y recalienta, determine, por balance de materia y energía, qué cantidad de vapor de agua y calor se le transfiere en cada proceso DESARROLLO EXPERIMENTAL A. Preparación del equipo. 1. Verifica si hay suministro de corriente eléctrica para el funcionamiento del equipo. 2. Verifica que el tanque para la alimentación de agua al humidificador esté lleno con agua destilada. 3. Llena los pozos de plástico de los termómetros de bulbo húmedo con agua destilada, esto con el fin de asegurarse que durante la experimentación dicho bulbo se conserve húmedo.* 4. Coloca los termómetros de bulbo seco, bulbo húmedo y el psicrómetro en las secciones de: 4.1 entrada de aire al equipo 4.2 salida del humidificador 4.3 salida del deshumidificador 5. Enciende el equipo utilizando el interruptor colocado en la parte posterior. 6. Enciende el ventilador y por medio del reóstato regula el flujo de aire para que marque diferencia de presión de 5 mm de H20 o la indicada por el profesor. B. Proceso de calentamiento. 1. Enciende la (s) resistencia (s) del precalentador según indique el profesor. 2. Registra las mediciones de temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire a la entrada y después del calentamiento cada 5 minutos hasta que se logre el régimen permanente en este proceso. 3. Marca las temperaturas medidas (aire a la entrada y aire caliente) en una carta psicrométrica y determina la humedad absoluta y el % de humedad correspondiente. C. Proceso de humidificación. 1. Enciende la (s) resistencia (s) del humidificador según indique el profesor. 2. Registra las nuevas mediciones de temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire cada 5 minutos hasta que se logre el régimen permanente en este proceso. Indica el cambio de humedad (absoluta y %) en la carta psicrométrica. ________________________________________________________________________ _ * Nota: si hay necesidad de adicionar agua a los pozos de bulbo húmedo, esperar a que se estabilice (aprox. 5 min.) para hacer las lecturas correspondientes.
D. Proceso de deshumidificación 1. Enciende el compresor. 2. Mide y registra cada 5 minutos la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo a la salida del acondicionador de aire. Verifica que se logra el régimen permanente. 3. Indica el nuevo punto en la carta psicrométrica. E. Proceso de recalentamiento 1. Enciende la(s) resistencia(s) del recalentador, según indique el profesor. 2. Mide la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo a la salida del acondicionador de aire. Verifica que se alcance el régimen permanente. Indica el nuevo punto en la carta psicrométrica. 3. Terminada la experimentación, apaga las resistencias y deja el ventilador funcionando aproximadamente 10 minutos para que se enfríe el equipo. 4. Apaga el interruptor del equipo que se encuentra en la parte posterior. CUESTIONARIO 1. En un diagrama de flujo indica las zonas de humidificación del aire de acuerdo a los procesos a los que se someterá, en cada zona, marca las corrientes de entrada y de salida. 2. Aplicando la ley del gas ideal, determina el volumen del aire (volumen húmedo) en cada proceso, considera que es una mezcla de aire seco (A.S.) y de vapor de agua (humedad). 3. En forma tabulada indica los cambios que tiene el aire en cuanto al porciento de humedad YR en %; humedad absoluta Y como relación de masas en kg de H2O/kg A.S; volumen húmedo VH en m3/kg A.H.; flujo masico de aire G A.S. en kg A.S./s y entalpía H en kcal/Kg A.S y en kJ/Kg de A:S. 4. Con el dato de caída de presión, (-∆P) en mm de H20 puedes usar las siguientes ecuaciones para calcular el flujo másico de aire G G =UxAxρ o G= Q ρ Donde: G es el flujo másico de aire en Kg de aire seco mas vapor de agua por unidad de tiempo. Q es el flujo volumétrico ρ es la densidad del fluido A es el área del orificio U es la velocidad medida en la placa de orificio Para medir la velocidad se puede utilizar un anemómetro Determinarla con la “Ecuación de Medidores de flujo”: Donde: U1 es la velocidad medida en la placa de orificio D1 es el diámetro de la placa de orifico D2 es el diámetro del ducto
(-∆P) es la caída de presión entre la presión atmosférica a la salida del ducto y la presión cerca de la placa de orificio ρ es la densidad del aire a las condiciones de medición del flujo Co es el coeficiente de descarga del la placa de orificio También la puedes calcular con la siguiente ecuación que es una simplificación de lo anterior:
Ga.s. = 0.0504
(− ∆P) vH
Donde: GA.S. es el flujo másico del aire a las condiciones de salida del ducto 0.504 es un factor para obtener el calculo de flujo másico de aire seco en Kg. / s vH es el volumen húmedo determinado a las condiciones en las que se encuentra el aire (-∆P) es la ciada de presionen el medidor de flujo de aire 5. Por Balance de energía calcula la cantidad de calor que ganó el aire en el proceso de calentamiento.¿Qué cantidad de energía Q tiene el aire humidificado?. Exprésala en Kcal. /s; y en kJ/s. 6. Calcula por Balance de Materia que cantidad de flujo de vapor de agua Gv se adicionó al aire en la zona de humidificación. Exprésala en kg de vapor de agua /h. . Por Balance de energía calcula la cantidad de calor que ganó el aire en el proceso de humidificación Exprésala en Kcal. /s; y en kJ/s.
7. . De acuerdo a la trayectoria del aire, indica a que temperatura se inicia la condensación del vapor de agua en la zona de deshumidificación, di que nombre recibe esta temperatura y que porciento de humedad tiene el aire durante la condensación.
8. Por Balance de Energía calcula la cantidad de calor que perdió el aire en el proceso de deshumidificación. Exprésala en Kcal. /s; y en kJ/s. 9. Determina que cambios se obtienen en cuanto a la humedad absoluta y el porciento de humedad al recalentar el aire. 10. Escribe tus comentarios y Recomendaciones
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA. PROBLEMA: 4.7 l/min. de agua se enfrían a contracorriente con 200 m3 /h de aire, en una torre de enfriamiento, durante el proceso el agua perdida por arrastre no debe ser mayor del 1% del agua alimentada. ¿Qué cantidad de agua se evapora y se transfiere al aire en Kg de agua/h?. ¿Qué cantidad de calor de evaporación se necesitó en Kcal/h?. TECNICA EXPERIMENTAL 1 Arranque a) Verifique si los interruptores, del calentador y motor del ventilador, están en la posición de apagado (off). b) Abra las válvulas V3, V5 y V6 o verifique que estén abiertas. c) Cierre la válvula V7 de control de flujo de aire hacia el cañón psicrométrico. d) Revise los termómetros: Ajuste las mechas el bulbo de mercurio debe quedar en medio de las ventanas de los depósitos. e) Llene el depósito de un termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la entrada de aire a la torre, en su respectivo termopozo. f) Coloque un termómetro de bulbo seco a la entrada de aire en la torre. g) Llene el depósito de otro termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la salida de la torre. h) Coloque otro termómetro de bulbo seco en la salida de la torre. i) Abra la válvula V1 y V2 de suministro de agua para que se llene el tanque de alimentación. Si el agua no llega hasta las válvulas V1 y V2, abra la válvula de suministro de la red general del Laboratorio. La descarga de agua hacia el drenaje le indicará tanque lleno. Fije una descarga moderada de agua hacia el drenaje, para mantener una presión constante en el suministro. j) Abra la válvula V3 de control de flujo de agua hasta obtener el flujo recomendado.(Posición 26 en el rota metro) k) Mantenga abiertas la válvulas V4, V5 y V6 hasta eliminar las burbujas de aire atrapadas en las tuberías de la torre. l) Cierre la válvula V3 de purga de agua. m) Abra o cierre la válvula V5 de descarga de agua coloque el nivel de agua cerca de la marca de los 4kg. Este nivel produce un sello, que evita el escape de aire y cubre el elemento sensible del termómetro bimetálico de salida. n) Colóque en su lugar los 4 fusibles del calentador eléctrico. ñ) Colóque en la posición de encendido (ON), los interruptores del calentador y del motor del ventilador. o) Cierre la purga del ventilador para evitar la recirculación de aire saturado. p) Arranque el ventilador. Para ajustar el flujo de aire,indicado abra o cierre la persiana del ventilador. q) Encienda el número necesario de interruptores de las resistencias de calentamiento para calentar el agua alimentada a la torre.(se recomienda hacer tres corridas,con 2,3 y 4 resistencias respectivamente).
2 Operación a) Ajuste durante aproximadamente, 10 minutos los controles de los flujos de alimentación, antes de empezar a registrar los datos. b) Llene el registro con los datos experimentales solicitados cada diez minutos, (desde el tiempo inicial hasta el tiempo dónde la operación alcance las condiciones estables). c) Controle periódicamente los flujos alimentados para evitar modificaciones en las condiciones iniciales de operación. Después de completar el registro de datos, haga lo siguiente para medir el flujo de agua a la salida de la torre. d) Abra la válvula del drenaje V5, hasta que el tanque de agua FB-1 se vacíe. e) Cierre rápida y completamente la válvula V5. Observe la elevación del nivel de agua en el tubo correspondiente. Arranque el cronómetro, cuando el nivel del agua coincida con la marca inferior de calibración. f) Detenga el cronómetro cuando el nivel del agua coincida con la marca superior de calibración. Registre el tiempo. g) Abra la válvula V5 y permita que el tanque se vacíe nuevamente. h) Repita las instrucciones del inciso d) al g) y obtenga de tres a cuatros lecturas de tiempos 3 Paro a) Apague los interruptores de los calentadores de agua. b) Quite todos los termómetros. c) Cierre la válvula V4, del flujo de agua a la torre d) Cierre la válvula V2, del flujo de agua al tanque de alimentación. e) Cierre la válvula V1. f) Abra la válvula V3. g) Retire todos los fusibles. h) Deje funcionar el ventilador durante unos 10 minutos más, para secar el empaque. i) Pare el ventilador j) Ponga en la posición de apagado (OFF), los interruptores del calentador y motor del ventilador. PARA CADA EXPERIMENTO CONTESTA EL SIGUIENTE CUESTIONARIO: 1. Representa mediante un diagrama de flujo de proceso el enfriamiento de agua 2. ¿Cuál es el flujo de aire corregido a las condiciones de presión y temperatura de la Cd. de México. 3. Compara el flujo de agua a la entrada y a la salida de la torre, ¿es igual o diferente? 4. Compara la humedad absoluta del aire a la entrada y a la salida de la torre,¿es igual o diferente? 5. En base a lo observado, explica ¿como ocurre el enfriamiento de agua? 6. ¿Cuántos grados centígrados se enfrió el agua? 7. ¿Cómo nombrarías a la diferencia entre la temperatura de entrada y salida del agua? 8. Para éste experimento,¿cuál es la temperatura mínima a la que se puede enfriar el agua?. 9. ¿Cuántos grados le faltó enfriarse al agua para acercarse a ésa temperatura mínima? 10. ¿ Qué cantidad de vapor de agua en Kg./h se transfirió a la corriente de aire? 11. ¿ Cuál es la pérdida total de agua experimental en Kg./h ?(agua evaporada más agua de arrastre) 12. Qué porcentaje del agua alimentada se evaporó?.. 13. ¿Qué porcentaje de agua alimentada se perdió por arrastre? Mediante el balance de energía calcula ,la temperatura de salida del agua
14. Compara la temperatura de salida del agua experimental con la calculada en 14.y explica las diferencias 15. Calcula el calor total perdido por el agua en Kcal./h 16. Calcula el calor total ganado por el aire en Kcal./h 17. Calcula el calor de evaporación en Kcal./h 18. Para las diferentes corridas prepara dos gráficas: Una de temperatura de alimentación del agua contra el agua evaporada y otra de calor de evaporación contra agua evaporada. 19. Realiza un análisis de los resultados obtenidos y presenta tus conclusiones 20. Para la corrida en la que se obtuvo el 1% del agua alimentada, como arrastre solicitado ¿ cuanto fué el agua evaporada?¿Cuánto fué el calor de evaporación?.
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÌA EN UN SISTEMA CON RECIRCULACION Problema. arena con una humedad del 5% se alimenta a un secador rotatorio con una flujo de o.300 kg./min. determinar: -qué reflujo de aire es el necesario para su mejor secado -qué cantidad de calor se adicionò al aire para el secado DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. PREPARACIÒN DE LA ARENA 1.1 pesar 24 Kg de arena 1.2 determinar la humedad de la arena utilizando la balanza de humedad 1.3 a partir de la humedad, determinada anteriormente, calcula la cantidad de agua necesaria para lograr la humedad solicitada 1.4 verifica la humedad de la arena 1.5 prepara las cantidades necesarias para que la alimentación al secador sea continua y puedas solo cambiar el reflujo de aire 1.6 determina la temperatura de la arena y la humedad, anota sus VALORES 2. OPERACIÒN DEL EQUIPO 2.1 verificar que haya corriente eléctrica en el equipo 2.2 verificar que el secador esté vacío 2.3 colocar el recipiente de acrílico a la salida del secador, si tiene material, descargarlo, Sino tiene material proceder con el siguiente punto. 2.4 Seleccionar la recirculación del aire. se recomienda operar con, o, 25, 50 y 75% 2.5 encender el ventilador 2.6 encender las dos resistencias para el calentamiento del aire 2.7 accionar el interruptor para que el secador gire 2.8 accionar el interruptor para alimentación en la tolva 2.9 iniciar la alimentación de la arena 2.10 con intervalos de cinco minutos determina las condiciones del aire en cada punto, hasta lograr el régimen permanente 2.11 determina el flujo de salida de la arena, su humedad y su temperatura 2.12 cambiar la posición de la placa de reflujo y seguir los pasos del 2.8 al 2.11 3. PARO DEL EQUIPO 3.1 parar la alimentación 3.2 apagar las resistencias y abrir al 100% la recirculación para enfriar el equipo 3.3 apagar el interruptor de la alimentación 3.4 dejar que se descargue toda la arena contenida en el secador 3.5 apagar el interruptor de rotación del secador y quitar el recipiente de acrílico 3.6 apagar el ventilador
CUESTIONARIO 1. hacer el diagrama de flujo de proceso del equipo 2. en el diagrama de flujo, indica con nomenclatura las corrientes de aire y de sólido
3. utilizando el concepto de envolvente (ver figura 1), marque los siguientes envolventes 3.1 el que comprende todo el proceso 3.2 el que comprende solo el secador 3.3 el que comprende el aire a la entrada, el reflujo y el calentamiento 3.4 el que comprende el aire que sale del secador, el que sale a la atmósfera y el que se recircula
4. con los datos de temperaturas del aire obtenidos a régimen permanente de la experimentación indique en una carta psicrometrica los cambios que sufre el aire, (trayectoria del aire) con base en los siguientes puntos. 4.1 indica el valor de la humedad absoluta del aire de a la entrada 4.2 ¿còmo es la humedad absoluta del aire que sale del secador, el que sale a la atmósfera y el de recirculación?, indica sus valores 4.3 ¿còmo es la humedad del aire que resulta de la mezcla entre el aire de entrada y el de recirculación, para indicar este punto en la carta psicrometrica, utilice el concepto de ley de la palanca en mezclas de aire e indique su valor en el carta? 4.4 ¿còmo es la humedad absoluta de la mezcla anterior y después del calentamiento? 4.5 ¿què temperatura alcanza el aire después del calentamiento?, es decir la entrada al secador 4.6 ¿cómo es la temperatura del aire a la entrada del secador con respecto a la salida? 4.7 ¿en que condiciones se realiza el secado? 4.8 indique el valor del aire a la entrada del secador. 4.9 establezca las ecuaciones de balance de materia y energía en el secador 4.10 haga una gráfica de humedad contra reflujo 4.11 que cantidad de reflujo es el recomendado
