POROSIDAD DE UN LECHO DE MATERIAL GRANULAR
INDICEINTRODUCCION ...2MARCO TEORICO ...31.1 POROSIDAD ...31.1.1
CALCULO DE LA POROSIDAD ...41.2 GRANULOMETRA DE UN LECHO FILTRANTE
...5EQUIPOS Y MATERIALES ...7
PROCEDIMEINTO EXPERIMENTAL ...9OBSERVACIONES EPERIMENTALES
...11DATOS EXPERIMENTALES ...12RESULTADOS OBTENIDOS Y
CALCULOSEFECTUADOS ...13ANALISIS DE RESULTADOS ...15CONCLUSIONES
...15
1. INTRODUCCIN
En el presente informe se desarrollara un procedimiento cuyo
objetivo principal es conocer la porosidad de un lecho; se ha
encontrado su utilidad en diversas industrias, como por ejemplo en
el de tratamiento de aguas residuales. El procedimiento para
determinar la porosidad de un lecho de arena se sustenta en el
METODO DE HULBERT Y FEBEN, el cual ms adelante se explicara con
mayor detalle. Adems se trabajara tambin con perlas de vidrio de
diferentes dimetros.
2. MARCO TEORICOEn numerosos procesos tcnicos circulan lquidos o
gases a travs de lechos de partculas slidas. Son ejemplos
importantes de estos procesos en operaciones bsicas, la filtracin y
el flujo en contracorriente de las dos fases, lquida y gaseosa, a
travs de torres de relleno. En filtracin, el lecho de slidos est
formado por pequeas partculas que se separan del lquido mediante
una tela filtrante o un tamiz tino. En otros procesos, tales como
en el cambio inico o en reactores catalticos, un nico fluido
(lquido o gas) se mueve a travs de un lecho de slidos
granulares.
El valor de depende de la forma y la distribucin de tamaos de
las partculas, la relacin entre el dimetro de las partculas y el
dimetro del lecho, as como del mtodo utilizado para formar el lecho
de partculas. Habitualmente se determina midiendo la cantidad de
agua que se requiere para rellenar los huecos del lecho y
comparando con el volumen total calculado para el lecho. Si las
partculas son porosas, habr que descontar el agua retenida por las
partculas, de forma que representa la fraccin externa de huecos del
lecho.
2.1 POROSIDAD
La porosidad del lecho filtrante debe determinarse de manera que
sea indicativa de la que existe realmente en los
filtros.Desgraciadamente esta porosidad en la prctica no es
constante, sino que cambia con la velocidad de lavado y con la de
sedimentacin de las partculas cuando se suspende el flujo
ascensional. Se considera que vara entre 42-44% para arena y entre
50-55% para antracita. Existen dos mtodos para analizarla: el de
Hulbert y Feben y el de Baylis; el primero se describe as:
a) Colocar 150 gramos de arena en un tubo de Jackson de 0.75m de
largo, 2.8 cm de dimetro y llenarlo hasta la mitad con agua. La
muestra debe haberse lavado previamente para eliminar toda la arena
o el polvo que puede contener.
b) Agitar a fin de extraer el aire.
c) Si el agua est turbia, decantar repetidamente hasta que se
clarifique.
d) Llenar el tubo completamente con agua y colocar un tapn de
goma de modo que no quede burbuja adentro.
e) Rotar el tubo rpidamente 180.
f) Cuando la arena se sedimente en el fondo del tubo, rotar de
nuevo rpidamente 180 y colocarlo en un soporte a fin que se
permanezca verticalmente y sin perturbaciones.
g) Marcar en el tubo con lpiz especial, el borde superior de la
arena.
h) Remover la arena y el agua del tubo.
i) Aadir agua hasta la marca que se hizo en el tubo y medir este
volumen en un cilindro graduado.
La porosidad en porcentaje ser igual a:
EL volumen de vacos puede hallarse por la diferencia entre el
volumen medido y el cilindro graduado (Volumen Total) menos el
volumen de la muestra (peso de la muestra, 150 gramos divido por su
peso especfico).
2.2.1Clculo de la porosidad:
La porosidad ser igual:
Vev = Volumen espacios vacios = VT - Vm VT = Volumen total =
Volumen medido en el cilindro graduado Vm = Volumen de la
muestra
La objecin que Baylis hace a este mtodo es que no se tiene en
cuenta la profundidad del lecho real y que en consecuencia no
representa la porosidad que existe en el filtro.
Sugiere por eso colocar suficiente muestra del material granular
en un tubo de plstico o de vidrio (2 de dimetro) como para que
alcance una altura de 60 cm (24), o sea alrededor de 1000 gramos de
arena 600 gramos de antracita. La muestra debe ser previamente
desecada y pesada.
Este medio filtrante se lava con flujo ascendente hasta producir
una expansin del 50% y luego se deja asentar lentamente, se procede
enseguida como los casos anteriores g, h, i. El clculo de la
porosidad tambin es similar. La porosidad hallada en esta forma es
de 1 a 2 % menor que la encontrada con el mtodo Hulbert y
Feben.
2.2 GRANULOMETRA DE UN LECHO FILTRANTE
A medida que se va lavando repetidas veces un filtro, se va
perdiendo el medio filtrante ya sea por las canaletas de lavado o
por los drenes. Este problema es particularmente ya sea por las
canaletas de lavado o por los drenes: este problema es
particularmente agudo cunado la planta apenas entra en
funcionamiento, sobre todo si no se ha tenido la precaucin de
deshacerse de l las partculas ms finas o livianas.
De cualquier manera la granulometra del lecho cambia con el
tiempo, en especial en la capa superior.
Es muy til observar el grado de intermezcla de los medios y la
estratificacin de las capas de los distintos materiales. Tambin se
poda analizar un anlisis granulomtrico si se considera
necesario.
Figura 1: Muestreador para medios filtrantes
Fuente: Arboleda Valencia, Jorge A. Teora, diseo y control de
los procesos de clarificacin del agua. (CEPIS, Lima, 1972).
p.493
3. EQUIPOS Y MATERIALES
Tubos de Vidrio de 1 y 2 Figura 2 Fuente: elaboracin propia
PicetaFigura 3
Fuente: elaboracin propia
Arena finase denomina arena fina al material compuesto de
partculas cuyo tamao vara entre 0,063 y 2 mm.Figura 4
Fuente: elaboracin propia Perlas de vidrioFigura 5
Fuente: elaboracin propia Probetas Embudo de vidrio Luna de
reloj Soporte Universal y pinza
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
EXPERIENCIA 1: POROSIDAD DE UN LECHO DE MATERIAL GRANULAR
El procedimiento se sustenta en el Mtodo de Hulbert y Feben. La
muestra de arena fina debi haberse lavado antes de realizar la
experiencia para eliminar toda la tierra o polvo que pueda
contener, y luego desecada. Luego del secado se debe embolsar y
sellar rpidamente para evitar que la arena absorba humedad del
medio ambiente. Pesar 150gr de arena fina en una luna de reloj.
Colocar la muestra de arena fina en el tubo de vidrio y
adicionar agua hasta la mitad para ir mojando la arena luego agitar
para extraer el aire con la ayuda del agua. Luego de haber extrado
todo el aire, llenar el tubo completamente con agua y colocarle
cuidadosamente un tapn de goma, de modo que no queden burbujas de
aire dentro. Girar rpidamente 180. Luego cuando la arena se
sedimente en el fondo del tubo, rotarlo de nuevo rpidamente en
180
Figuara N
Luego colocarlo en un soporte a fin de que permanezca
verticalmente y sin perturbaciones. Marcar en el tubo, con un lpiz
especial, el borde superior de la arena.
FIGURA N
FI
Fuente: elaboracin propia
Remover la arena y el agua del tubo. Aadir agua hasta la marca
que se hizo en el tubo y medir este volumen en un cilindro
graduado. FIGURA N
El procedimiento se repite por tres veces para obtener un valor
promedio
EXPERIENCIA 2: POROSIDAD DE UN LECHO DE ESFERAS
Colocar las esferas de vidrio en una probeta graduada de 250
ml.Para ello utilizaremos esferas de tres dimetros diferentes (8mm,
5mm, 3mm). FIGURA N
Fuente: elaboracin propia
Llenar con agua destilada hasta el borde superior del lecho y
anotar el volumen ocupado por las esferas y el agua (volumen total
del lecho).
Calcular el volumen de las esferas en base al dimetro de cada
una de ellas y el nmero de esferas de vidrio que constituye el
lecho.
5. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES Debemos tener en cuenta que no
queden burbujas de aire dentro del tubo.
Cierta cantidad de arena se queda atrapada en el tapn, eso puede
generar una pequea variacin de los datos obtenidos.
En la determinacin de los nmeros de esferas va a existir un
porcentaje de error ya que no siempre nos va a dar un nmero
entero
6. DATOS EXPERIMENTALES Experiencia 1: Porosidad de un lecho de
material granular
para el tubo de 1
Tabla 1
para el tubo de 2 Tabla 2Peso de la arena (g)Volumen (ml)
300194
300200
300198
Peso de la arena (g)Volumen (ml)
150106
150107
150107
Fuente: Datos experimentales tomados en el LOPU- UNAC
Experiencia 2: Porosidad de un lecho de material granular
DIAMETROS DE LAS PERLAS DE VIDRIOPESOS PROMEDIOS
3 mm0.0385 g
5 mm0.1667 g
8 mm0.6717 g
7. RESULTADOS Y CLCULOS EXPERIMENTALES
EXPERIENCIA N1 Calcularemos la Porosidad, mediante:
De la experiencia , se obtuvieron los siguientes datos:
Tabla 2DIAMETRO DEL TUBOVOLUMEN PROMEDIO
1106.67 ml
2197.33 ml
Fuente: Elaboracin propia (clculos) Del dato del informe N 4
tenemos que la densidad
Procederemos a hallar el Volumen de la muestra
DIAMETRO DEL TUBOPeso de la muestraVol de la muestra =
1 150g56.6038 ml
2300g113.2075 ml
Ahora calculamos el Volumen de espacios vacos ( :
DIAMETRO DEL TUBO
150.0662 ml
284.1225 ml
Finalmente la Porosidad ser igual a :DIAMETRO DEL TUBO
10.4694
20.4263
EXPERIENCIA N2
Para las perlas de 3mmAltura (cm)PesoVol. totalNm. de perlasVol.
de las esferasPorosidad
9cm86.67 g56 ml225231.8369 cm30.4315
12cm114.85 g74 ml298442.1853 cm30.4299
15cm143.78 g93 ml373552.8023 cm30.4322
Para las perlas de 5mmAltura (cm)PesoVol. totalNm. de perlasVol.
de las esferasPorosidad
12 cm190.88 g125 ml114574.94 cm30.4005
15 cm236.6 g156 ml142092.9388 cm30.4042
18 cm271.72 g187 ml1630106.6833 cm30.4295
Para las perlas de 8mmAltura (cm)PesoVol. totalNm. de perlasVol.
de las esferasPorosidad
16 cm238.53 g164 ml35695.4374 cm30.4181
20 cm299.78 g207 ml447119.8329 cm30.4211
24 cm362.4 g249 ml540144.7646 cm30.4186
8. ANLISIS DE LOS RESULTADOS
el valor de porosidad obtenido ( ) podemos concluir que el valor
esta dentro del rango terico para materiales granulares.
9. CONCLUSIONES
Para obtener una buena medicin del volumen que ocupa la arena,
es necesario asegurarse que no haya aire dentro del tubo.
Para hallar la porosidad de lecho as como la densidad de la
arena requiere de un mtodo que depende de conocer muy certeramente
el volumen de la muestra de material granular.
10. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
Warren L. MacCabe, Julian C. Smith. Ingeniera Qumica Operaciones
Bsicas. (Editorial Revert, Barcelona, 1973) p. 163-164
Arboleda Valencia, Jorge A. Teora, diseo y control de los
procesos de clarificacin del agua. (CEPIS, Lima, 1972).
p.493-495
LABORATORIO DE ING. QUIMICA IIPgina 15
