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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.17 n.4 La Serena  2006

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642006000400014 

 

Información Tecnológica-Vol. 17 N°4-2006, pág.: 77-80

ARTICULOS VARIOS

Procedimiento para el Cálculo del Area Geométrica de Empaques Estructurados

Procedure to Determine the Geometric Area of Structured Packing

Javier de J. Guadarrama (1) y Rosa-Hilda Chávez (2)
(1) División de Ingeniería Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de México, Municipio de Toluca, 50130 Estado de México-México (e-mail: jguad4@aol.com)
(2) Gerencia de Ciencias Ambientales, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Km.36.5 Carretera México - Toluca, Municipio de Ocoyoacac 52045, Salazar Estado de México-México (e-mail: rhch@nuclear.inin.mx)


Resumen

En este trabajo se presenta un procedimiento para determinar el área geométrica de contactores liquido gas de alta eficiencia denominados empaques estructurados, construidos de malla de alambre del numero 60: ININ60 y Sulzer BX. El área total que se ofrece para el contacto líquido-gas por unidad de volumen empacado se determina multiplicando el perímetro de la circunferencia de los alambres por su longitud, y por el número de hilos, restándole las áreas de contacto entre los alambres. La desviación promedio de los resultados con respecto a lo reportado en la literatura fue de 4.5%, lo que indica que el procedimiento es confiable y útil para su aplicación para este tipo de material.

Palabras claves: empaque estructurado, área geométrica,contacto gas-líquido, malla de alambre


Abstract

The paper presents the development of a procedure to determine the geometrical area of high efficiency liquid gas contactor named structured packing materials made of gauze (number 60) i.e., ININ60 and Sulzer BX. The total area available per packed volume for the gas-liquid contact is determined by multiplying the length of the circumference of the wires by its length, minus the wires contacting area. The average deviation between the presented results and previously reported is 4.5%. This procedure is reliable and useful for this type of material.

Keywords: structured packing, geometrical area, gas-liquid contact, gauze


INTRODUCCIÓN

En la industria de los procesos químicos, las columnas de separación, son equipos que participan en el proceso químico, así como en la purificación de los efluentes líquidos y gaseosos, antes de que éstos se desechen al medio ambiente. Las columnas se conforman de recipientes cilíndricos, cuyo interior contienen lecho empacado, el que favorece la separación de un componente selectivo del gas o del líquido, proporcionando gran superficie de contacto y menor pérdida de presión (Chávez et al., 1999; Kister, 1992; Stichlmair et al., 1989; Billet, 1995).

Los tipos de lecho empacado manejados en la industria, pueden clasificarse en dos grandes grupos: empaques aleatorios y empaques ordenados, regulares o estructurados (Chávez et al., 1999; Kister, 1992; Stichlmair et al., 1989; Billet, 1995): Los empaques estructurados son aquellos en los que se establecen trayectorias bien definidas de los fluidos dentro de la columna y se logran características adecuadas de menor caída de presión y mayor capacidad con resecto a los empaques antecesores (Figura 1).

Los elementos de empaque estructurado se construyen de hojas cerámicas, metálicas, plásticas o de malla plástica o metálica. Las hojas se encuentran corrugadas y se colocan en forma oblicua, adyacentemente (Fig. 2), para cubrir el área transversal de la columna, formando así un ángulo con respecto al eje de la columna. Los elementos de empaque se apilan a 90º entre ellas. Este arreglo crea celdas de mezclado con las intersecciones entre los canales de las hojas adyacentes, transversal y longitudinalmente, produciendo una excelente dispersión radial del gas y del líquido (Suastegui, 1997). El propósito del presente trabajo es describir un procedimiento para determinar el área geométrica de los empaques estructurados ININ60 y Sulzer BX, y para cualquier otro que este construido en malla de alambre, teniéndose en cuenta la discrepancia de valores reportados del área geométrica de los empaques comerciales, así como la carencia de un procedimiento que la determine para los nuevos elementos estrucurados. El área geometría de un lecho empaado, resulta fundamental para el diseño de columnas de separación (Chávez et al., 1999; Kister, 1992; Stichlmair et al., 1989; Billet, 1995).

Fig. 1. Unidad de empaques estructurados de malla de alambre.


Fig. 2. Hojas corrugadas y oblicuas, adyacentemente. Contacto entre las cuerdas adyacentes.

MÉTODO

El área total que se ofrece para el contacto liquido gas en una pulgada cuadrada de malla , se determina multiplicando el perímetro de la circunferencia de un alambre por su longitud ls y por el número de hilos nh existentes en una pulgada cuadrada. Donde da es el diámetro del alambre. Si el número de malla es 60, existen 60 por 2 hilos cruzados perpendicularmente.

(1)

El área geométrica de la malla por unidad de empaque , es la altura de la cuerda de la malla sin corrugar Hm por la sumatoria de la longitud sin corrugar del número de cuerdas :

 ,  

(2)

El área muerta por pulgada cuadrada , es el área de contacto entre los alambres, y es el contacto con longitud igual al radio del alambre por el número de contactos de los alambres  y por el contacto de 2 caras:

(3)

El área geométrica muerta de malla por unidad de empaque , se obtiene por el producto del área de la malla por empaque y el área muerta por pulgada cuadrada :

,     (4)

El área total de malla por empaque , es el producto del área de la malla por empaque y el área total por pulgada cuadrada :

,                (5)

El área de los puntos muertos debidas a las cuerdas adyacentes , es el producto del diámetro del alambre al cuadrado (equivalente al número de caras en contacto de las cuerdas adyacentes) por el número de los puntos muertos de contacto entre las cuerdas adyacentes :

(6)

El área efectiva por empaque , se obtiene restando el área muerta de malla por empaque  al área total del empaque . El valor  es el factor de conversión de pulgadas cuadradas a metros cuadrados:

(7)

El área efectiva total de malla por empaque , se obtiene restando el área de puntos muertos adyacentes debida a las cuerdas al área efectiva por empaque :

(8)

El volumen empacado , es el área transversal de la columna por su altura empacada . Donde es el diámetro de la columna:

                                           (9)

Por último, el área geométrica por volumen empacado ap se obtiene dividiendo el área efectiva total del empaque  sobre el volumen empacado , en unidades de :

                                                 (10)

En el caso del empaque Sulzer BX es necesario restar el área del número total de las perforaciones que tiene la malla por empaque (Ortiz, 2000).

RESULTADOS

Los valores de los parámetros considerados en el procedimiento para los empaques estructura dos considerados en este trabajo, se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Valores de los parámetros considerados en el procedimiento.

Empaque Estructurado

ININ60

Sulzer BX

 [pulgadas]

0.0075

0.0075

 [pulgadas]

1.30

7.28346

 [pulgadas2]

0.10125

0.10125

 [pulgadas2]

2.82744

2.82744

Diámetro del empaque [cm]

7.186

9.35

Altura del empaque [cm]

2.572

17.00

 [m3]

0.0001043

0.0011672

La Tabla 2 muestra  que el ap determinada por el procedimiento, presenta una diferencia de 4.529% con respecto a los valores reportados para el empaque Sulzer BX.

Tabla 2. Área geométrica ap calculada (calc.), de la literatura (lit.) y desviación (%D):
(1) Stichlmair et al. (1989) y (2) Chávez y Macías (2000).

Empaque

ap calc.

ap  lit.

% D

Ref.

Sulzer BX

501.38

492

450

1.906

11.41

(1)

ININ 60

1035.8

1033

0.271

(2)

CONCLUSIONES

El procedimiento desarrollado en el presente trabajo para determinar las áreas geométricas de los empaques ININ60 y Sulzer BX, presenta desviaciones promedio de 4.5%, lo que lo hace confiable para su aplicación.

El procedimiento desarrollado aplica para empaques construidos del tipo malla, con características geométricas  de hilos de alambre.

NOMENCLATURA

Área efectiva por empaque, [m2/empaque].

Área efectiva total por empaque, [m2/empaque].

Área geométrica malla por empaque, [plg2/empaque].

Área muerta en una pulgada2, [plg2/ plg2].

Área muerta malla por empaque, [plg2/empaque].

Área efectiva por volumen empacada, [m2/m3].

Área de puntos muertos debida a los contactos entre cuerdas, [plg2/empaque].

Área contacto en una pulgada2, [plg2/plg2].

Área total malla por empaque, [plg2/empaque].

Diámetro de la columna, [m].

Diámetro del alambre, [plg].

Altura empacada, [m].

Altura cuerda malla sin corrugar, [plg].

Longitud del alambre, [plg].

Longitud de las cuerdas sin corrugar, [plg].

Numero de cuerdas.

Numero hilos en una pulgada2.

Numero puntos muertos por empaque.

Volumen empacado [m3].

REFERENCIAS

Billet, R., “Fluid dynamics and mass transfer in the total capacity range of packed columns up to the flood point”, Chem. Eng. Technol., 18, 371-379 (1995).        [ Links ]

Chávez T. R. H. y Macías S. R, “Caracterización de un empaque estructurado”, 4th Simposium Millennium, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, IPN, México D.F, 309-322 (2000).        [ Links ]

Chávez, R.H., A.O Suástegui y J. J. Guadarrama, “Evaluación de un modelo de absorción en columnas con rellenos estructurados”, Inf. Tecnol. 10(2), 81-86 (1999).        [ Links ]

Kister, H., “Distillation design”, McGraw Hill, Inc., NY. USA, 441-459 (1992).        [ Links ]

Ortiz, F., “Análisis y comparación de propiedades hidrodinámicas y de transferencia de masa para dos tipos de empaques estructurados”, Tesis de Licenciatura, Univ. Autónoma del Estado de México, México (2000).        [ Links ]

Stichlmair J., J. L. Bravo y J.R. Fair, ”General model for prediction of pressure drop and capacity of countercurrent gas/liquid packed co lumns”, Gas Separation and Purification, 3, 19-28 (1989).        [ Links ]

Suástegui A.O., “Evaluación de modelos de transferencia de masa, utilizando empaques estructurados”, Tesis de Licenciatura, Instituto Tecnológico de Toluca, Toluca, México 2-29 (1997).        [ Links ]