Proceso de decapado con ácido clorhídrico

Se tiene un tanque de superficie abierta donde se realiza un proceso de decapado con ácido clorhídrico. El desprendimiento es de gases y vapores; las dimensiones del tanque son: L = 5 ft, W = 2 ft, H = 3.5 ft. Diseñe una campana tipo cabina y una exterior tipo techo. Analice y discuta los resultados.

Diseño de una campana tipo cabina con sección piramidal.

Dimensionamiento de la cabina.

L_c=L_T=5 ft:largo de la cabin

W_c=W_T=2 ft:ancho de la cabina

H_c=H_Total-H_T=6-3.5=2.5 ft:altura de la cabina

Donde: H_Total:altura promedio de un trabajador=1.8 m=6 ft

Área abierta de la cabina.

A_cabina=L_c*H_c=5*2.5=12.5〖 ft〗^2

Caudal de extracción o de ingreso.

Q_ingreso=V_c*A_cabina

Donde: V_c: el valor recomndado para procesos de gases y vapoores corresponde a 0.5 m/s = 100 ft/min.

Q_ingreso=100*12.5=1250 〖ft〗^3/min

Dimensionamiento del ducto.

Q_D=Q_ingreso=1000 〖ft〗^3/min

A_D=Q_D/V_D

Donde:V_D: el valor recomendado para procesos de gases, vapores, humos y nieblas corresponde a 10 m/s = 2000 ft/min

A_D=1250/2000=0.625 〖ft〗^2

D=√((4*A_D)/π)=√((4*0.625)/π)=0.8921 ft=10.7052 in

Dimensionamiento de la ranuras.

L_c>H_c:ranuras verticales (Apllica)

L_c<H_c:ranuras horizontales (No a plica)

Como el largo de la cabina es mayor que la altura de la cabina entonces se utiliza ranuras verticales

Q_r=Q_ingreso=1000 〖ft〗^3/min

A_r=Q_r/V_r

Donde:V_r: para campana tipo cabina se recomienda 1000 ft/min

A_r=1000/1000=1 〖ft〗^2

L_r:largo de la ranura=H_c-2*0.066=2.5-0.132=2.368 ft

W_r: ancho de la ranura,se recomienda que sea minimo=2 cm=0.066 ft

N_r:numero de ranuras=A_r/(L_r*W_r )=1/(2.368*0.066)=6.3984

N_r:6 o 7 ranuras

Rediseño de la ranura.

A_(real ranura)=N_r*L_r*W_r=6*2.368*0.066=0.9377 〖ft〗^2

A_(real ranura)=N_r*L_r*W_r=7*2.368*0.066=1.0940 〖ft〗^2

V_r=Q_r/A_r =1000/0.9377=1066.4392 ft/min

V_r=Q_r/A_r =1000/1.0940=914.0768 ft/min

A partir de los resultados anteriores se concluye que el número de ranuras es 6 ya que con estas la velocidad aumenta y por ende garantiza que se mantenga la velocidad inicial (1000).

E_r:espacio entre ranuras=(L_c-N_r*W_r)/(N_r+1)=(4-6*0.066)/(6+1)=0.5149 ft

Dimensionamiento del pleno.

Q_p=Q_ingreso=1000 〖ft〗^3/min

V_p=0.5*V_(real ranura)=0.5*1066.4392=533.2195 ft/min

A_p=Q_p/V_p =1000/533.2195=1.8754 〖ft〗^2

L_p=L_c=5 ft

H_p=H_c=2.5 ft

W_p=A_p/H_p =1.8754/2.5=0.7502 ft

Dimensionamiento de la sección piramidal.

α=45°:inclinacion de la seccion piramidal (patrametro de diseño)

θ=90°:angulo interior

L_sp=L_c=5 ft

W_sp=W_p=0.7502 ft

X=(L_sp-D_D)/2=(5-0.8921)/2=2.054 ft

H_sp=Xtanα=1.6011*tan⁡45=2.054 ft

Calculo de la presión estática en la campana PEc

〖PE〗_c=F_r*〖PV〗_r¬+F_D*PV_D¬+〖PV〗_D

F_D: El factor de perdida para campanas con sección piramidal rectangular o cuadrada y con ángulo interior de 90° es 0.25.

F_r: El factor de perdida en la ranura siempre es 1.78

Mediante las ecuaciones de Pitot se calculan la presión de velocidad y en el ducto.

〖PV〗_r=(V_r^2)/〖4005〗^2 =〖1066.4392〗^2/〖4005〗^2 =0.0709 incda

〖PV〗_D=(V_D^2)/〖4005〗^2 =〖2000〗^2/〖4005〗^2 =0.2494 incda

Ahora si podemos calcular la presión estática.

〖PE〗_c=1.78*0.0709+0.25*0.2494+0.2494=-0.4379 incda

Calculo de la eficiencia de la campana Ce

C_e=√(〖PV〗_D/PE)*100=√(0.2494/0.4379)*100=75.47%

Diseño de una campana tipo cabina sin sección piramidal.

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