Estudio Hidrodinamico De Torres Empacadas

RESUMEN

Las Operaciones de Transferencia de masa se encuentran frecuentemente, en el campo del Ingeniero Químico, por lo tanto, el conocimiento en cuanto a los equipos donde éstas se dan a cabo, entre los cuales se encuentran las torres empacadas, es de gran importancia; he aquí entonces la necesidad de hacer un estudio hidrodinámico de dichas torres al determinar las caídas de presión del gas en función del flujo de éste y a distintos flujos de líquido o en su ausencia, establecer la caída de presión en el punto de inundación y el rango de pérdida de carga óptimo de operación, evaluar la veracidad de la ecuación de Leva y de las coordenadas de Eckert, y finalmente desarrollar un modelo empírico que logre proyectar las caídas de presión a cualquier flujo de gas y líquido. Para la realización de este estudio hidrodinámico se tomaron mediciones de caídas de presión con un manómetro diferencial, del aire que se hizo circular por la torre, tanto a empaque seco o flujo de agua cero, como a diferentes caudales de líquido, donde tales caudales o flujos fueron establecidos mediante rotámetros de agua y aire. Con los datos experimentales obtenidos fue posible determinar el comportamiento de las pérdidas de carga con respecto al flujo de gas, el cual siempre fue de forma polinomial de orden 2 para cualquier flujo de agua; se estableció la caída de presión en la inundación la cual fue de 500 mmH2O y el rango de operación óptimo osciló entre 60 y 130 mmH2O/m, así como también se determinó la zona de carga y la caída de presión en cada punto de carga; y se determinó que las correlaciones empíricas estudiadas carecían de exactitud arrojando así elevados porcentajes de error.

Palabras Clave: Torre empacada, ecuación de Leva, Coordenadas de Eckert, caída de presión, punto de carga, punto de inundación, zona de carga.

ÍNDICE

Justificación e Importancia…………………………………………………………………………………………………. 5

Introducción……………………………………………………………………………………………………………………….. 6

Revisión Bibliográfica………………………………………………………………………………………………………….. 7

1. Torre Empacada………………………………………………………………………………………………………. 7

1.1. Empaques…………………………………………………………………………………………………………. 8

1.1.1. Empaques Aleatorios………………………………………………………………………….. 10

1.1.2. Empaques ordenados…………………………………………………………………………. 11

1.2. Cuerpo de la torre…………………………………………………………………………………………….. 12

1.3. Soportes de empaque………………………………………………………………………………………. 12

1.4. Contenedores del empaque……………………………………………………………………………… 13

1.5. Eliminadores del empaque……………………………………………………………………………….. 13

1.6. Distribuidores de líquido…………………………………………………………………………………… 13

2. Estudio Hidrodinámico de torres empacadas………………………………………………………….. 15

3. Pérdida de carga……………………………………………………………………………………………………… 16

4. Punto de carga………………………………………………………………………………………………………… 16

5. Punto de inundación……………………………………………………………………………………………….. 17

6. Rango de caída de presión óptimo de operación…………………………………………………….. 17

7. Retención de líquido……………………………………………………………………………………………….. 17

8. Correlación empírica……………………………………………………………………………………………….. 18

9. Modelo Semi-empírico……………………………………………………………………………………………. 18

10. Hidráulica de la columna de relleno con respecto a la variación de la velocidad lineal del gas a distintas velocidades lineales de líquido………………………………………….. 18

11. Caída de presión y Ecuación de Leva……………………………………………………………………….. 21

12. Correlación empírica para determinar la velocidad de inundación en una torre empacada de contacto gas-líquido………………………………………………………………………….. 22

13. Método para determinar la ecuación que reproduzca el comportamiento de una familia de curvas……………………………………………………………………………………………………… 26

14. Comparación entre columnas de relleno y de platos………………………………………………. 27

Marco Metodológico………………………………………………………………………………………………………….. 30

a. Materiales y Equipos………………………………………………………………………………………………. 30

b. Descripción del Equipo……………………………………………………………………………………………. 31

c. Procedimiento Experimental………………………………………………………………………………….. 34

Resultados y Discusión………………………………………………………………………………………………………… 37

1. Datos Experimentales…………………………………………………………………………………………….. 37

1.1. Datos Generales……………………………………………………………………………………………… 37

1.2. Datos de la columna………………………………………………………………………………………… 37

1.3. Datos para empaque seco………………………………………………………………………………. 37

1.4. Datos para Flujo de Agua diferente de cero……………………………………………………. 38

2. Resultados y Análisis………………………………………………………………………………………………. 39

Conclusiones………………………………………………………………………………………………………………………. 58

Recomendaciones……………………………………………………………………………………………………………… 59

Referencias Bibliográficas…………………………………………………………………………………………………… 60

Apéndice…………………………………………………………………………………………………………………………….. 61

Anexos………………………………………………………………………………………………………………………………… 77

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Existen diversos diferentes procesos u operaciones donde el principal protagonista es la transferencia de masa, como lo son absorción de gases, destilación, extracción líquido-líquido, humidificación, deshumidificación, entre otros. Estos procesos son muy utilizados en industrias como petrolera, de alimentos, de papel, en cual quien operación donde se requiera enfriar o calentar fluidos, etc. Por ello, para un Ingeniero Químico, el conocimiento sobre los distintos equipos donde se llevan a cabo este tipo de operaciones, es muy importante ya que dichos equipos son comúnmente utilizados en la mayoría de las áreas donde éste se pueda desenvolver.

Entre los equipos más utilizados donde se llevan a cabo los procesos de transferencia de masa se encuentran las torres empacadas y torre de platos; no obstante, dependiendo del propósito de la operación, la columna de relleno tiene algunas ventajas sobre la de platos como una menor caída de presión (especialmente importante en la destilación al vacío), menores costos en caso de problemas de corrosión, operan con menor burbujeo del gas a través del líquido, tienen un grado relativamente bajo de agitación del líquido por el gas, tienen menor retención de líquido, las columnas empacadas de plástico son más ligeras que la de platos, entre otras.

Puede notarse entonces, que el estudio de las torres empacadas es necesario para cualquier estudiante de Ingeniería Química, en especial el estudio hidrodinámico de éstas, para

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