CAPITULO 7 ESTUDIO DEL EQUIPO PARA REALIZAR LAS PRUEBAS. El equipo lo constituyen; un calentador de vapor, una bomba de vacío, y una

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1 64 CAPITULO 7 ESTUDIO DEL EQUIPO PARA REALIZAR LAS PRUEBAS 7.1 Descripción del equipo El equipo lo constituyen; un calentador de vapor, una bomba de vacío, y una columna de acero inoxidable como elementos principales. Pero además de estos, también existen otros componentes que están conectados entre si como son: mangueras, válvula, resistencias para calentar las paredes de la columna de acero y evitar condensación, tubos, un controlador de temperatura digital, y diferentes instrumentos de medición. Las válvulas de mariposa, son de apertura rápida que abren y cierran con un giro de 45 : Pero este tipo de válvulas no cierran herméticamente, por lo que no impiden totalmente el paso del vapor, se emplean únicamente, para la retención o registro Bomba de vacío Las bombas para crear vacío, tienen radios de compresión más altos que los compresores ordinarios, aunque la presión que ejercen no pasa los 760 torr (14.7 psi) En las bombas de alto vacío existen dos desventajas, una es producida por la existencia de flujo molecular libre, a la entrada de la bomba. La otra es por la necesidad de preevacuación para hacer funcional el alto vacío de la bomba. El flujo molecular existe cuando la libre trayectoria de partículas es lo suficientemente grande que las moléculas chocan primero con las paredes en el interior de la bomba. 64

2 65 La bomba de vacío para este sistema es de rotor con paletas fijas, excéntrico figura 7.1. Entre la entrada de la bomba y la parte superior de la columna existe una válvula de compuerta, con la cual se controla el nivel de vacío Pasos para el manejo de la bomba de vacío 1. Girar la flecha manualmente para asegurarse que está suelta. 2. Revisar que la rotación sea la correcta 3. Cerrar la válvula de succión. 4. Arrancar el motor. 5. Abrir la válvula del agua. 6. Abrir la válvula de succión Pasos para detener la bomba 1. Cerrar la válvula de succión. 2. Cerrar la válvula de entrada de agua para que la bomba no quede llena y en el siguiente arranque pueda detener el giro del rotor sobrecargando el motor o hasta romper las aspas. 3. Parar el motor. 65

3 66 1 Figura 7.1 Bomba de vacío. 7.2 Columna del lecho La columna esta hecha de acero inoxidable, para evitar rupturas en la columna, pues de esta forma se evitan sobreesfuerzos y choques térmicos. 7.3 Suministro de vapor sobrecalentado Se toma vapor saturado del suministro general de vapor de la Universidad de las Américas Puebla. De ahí es conectado a un generador de vapor sobrecalentado figura Y para el control de la temperatura de salida, este dispositivo cuenta con un termostato. Medir el flujo de vapor que entra en la columna es realmente importante. 66

4 Componentes del equipo experimental 1. bomba de vacío. 2, 6, 8, 32, 13, 14, 21, 24, 25, 28, 29, 30, 32 y 33. Válvula de mariposa. 3 y 34. Filtro para vapor. 4. Válvula de estrangulamiento. 5 y 15 Válvulas de globo. 7. Trampa para vapor condensado. 9. Medidor de temperatura bimetálico. 10, 20 y 22. Manómetro de carátula. 11. Condensadores. 12. Medidor de orificio. 16. Regulador de temperatura. 17. Termostatos. 18. Columna del lecho y Resistencias eléctricas. 23. Parte inferior de la columna. 26 y 27. Válvula de compuerta. 31. Toma muestras. 35. Válvula para suministro de aire. 36. Calentador de vapor. 37. Manómetro de anilina. 38. Manómetro de mercurio. 67

5 Brida de conexión 40 Contenedor de agua para la bomba. 41. Distribuidor. 42. Display de temperaturas. 43. Vacuometro. 44 mirillas de vidrio. 45 Bridas de conexión de la columna. 46 Termo pares. 47 Sistema de refrigeración. 48. Manómetro diferencial de la columna. 7.5 Precalentamiento en la columna El precalentamiento se efectúa por medio de aire caliente, esto con el fin de que el vidrio no reciba de golpe el vapor sobrecalentado, ya que esto podría dañar y hasta romper el vidrio, pues el acero se dilata de una forma diferente al vidrio. 7.6 Secuencia para efectuar la purga La purga en la columna es necesaria antes de efectuar alguna prueba, ya que la distancia que hay del área de calderas a donde se encuentra la columna es mucha, y esto ocasiona que de principio se origine vapor condensado, además de suciedad producida por la corrosión de las tuberías. Para realizar dicha purga es necesario tener abiertas las siguientes válvulas: 2, 4, 5 y 8. (Ver figura 7.2, 7.3 y 7.4) 68

6 Figura 7.2 Suministro de vapor 5 Figura 7.3 Suministro de vapor al calentador. 69

7 70 Y al mismo tiempo, mantener cerradas las válvulas 6 y 32. (Ver figura 7.4) Figura 7.4 y 7.5 Alimentación de la columna Figura 7.6 Condensadores. 70

8 Suministro de vapor hacia la columna Una vez realizada la purga y con ello la eliminación del vapor condensado, se sigue al suministro de vapor hacia la columna, por lo que se debe abrir las válvulas 8, 33, 15 y 13 y cerrar la válvula 8. Sin embargo, a pesar de la purga, aun habrá vapor condensado en las tuberías como resultado del enfriamiento y para evitar que esto llegue a la columna, se debe mantener cerrada la válvula 14, para realizar una segunda purga por la válvula 13. (Ver figuras 7.4, 7.7 y 7.10) Figura 7.7 Descarga de segunda purga. Una vez realizado lo anterior descrito, se puede proceder a encender el calentador y aumentar la temperatura gradualmente. Es importante verificar que antes de encender el calentador, ya este pasando vapor, de lo contrario existe el riesgo de perjudicar las resistencias. 71

9 Figura 7.8 Control de temperatura. Figura 7.9 Breakers del calentador y la bomba Figura 7.10 Columna del lecho. 72

10 73 Cuando se ha eliminado todo el vapor condensado a través de esta ultima válvula, se alimenta la columna, para lo cual se debe abrir la válvula 21. (Ver figura 7.11) Figura 7.11 Válvula de seguridad para la bomba de vacío. 7.8 Secuencia para encender la bomba de vacío Se debe de cerciorar que las válvulas 25 y 27 estén completamente abiertas antes de encender el motor de la bomba, y posteriormente abrir las válvulas 26 y 28, y poner en marcha el motor. Una vez hecho todo esto, se debe cerrar gradualmente la válvula 21, con el fin de que el flujo de vapor no sea demasiado grande como para sobrecargar a la bomba, 73

11 74 si llegara a pasar, se deben cerrar las válvulas 2 y 5 para regular el flujo. (Ver figura 7.2, 7.3 y 7.12) Figura 7.12 Conexión entre bomba de vacío, vapor y la columna. 7.9 Alimentación y toma de muestras Después de haber eliminado todo el vapor condensado y una vez establecido las propiedades deseadas en la columna, como la presión, la temperatura, etc. Ya es posible alimentar la columna con las partículas a través de la válvula 21, las cuales serán succionadas mediante la bomba de vacío. Para lograr que la bomba succione correctamente las partículas, es recomendable desensamblar el filtro 34 para limpiarlo antes de iniciar 74

12 75 alguna prueba. Para realizar esta operación, se deben de abrir las válvulas 29 y 24. Y una vez abiertas estas válvulas, se debe de abrir la válvula 30, y una vez que haya suficiente toma de muestras se debe de cerrar la válvula y retirar la toma de muestras lo más rápido posible, para evitar que se acumule vapor condensado. (Ver figuras 7.11, 7.12 y 7.13) Figura 7.13 Extensión para toma de muestras Medición de la velocidad de flujo Debido al alto costo de medidores de flujo para, se instaló al sistema en la línea de suministro de vapor, un medidor de orificio con d = 0.65 (diámetro) dentro del tubo de d = 1 (diámetro del tubo). Se empleo este método para medir la caída de presión, por la facilidad de realizar la medición. 75

13 76 Este método, esta basado en medir la diferencia de presiones antes y después del orificio (P 1 -P 2 ). Con la siguiente ecuación se puede calcular la velocidad del flujo. [39] Q CA 2 P1 P2 ρ 1 ( A2 / A1 ) = 2 2 (6.1) No obstante, el área A 2 es desconocida. Por lo que es necesario expresar A 2 en términos del área del orificio de la placa representada como A x y en función del coeficiente de contracción C x, obteniendo así, lo siguiente A 2 = C x A x. En donde C x se tiene que obtener experimentalmente. Y combinando los coeficientes C y C x, se puede obtener la siguiente ecuación para el orificio de la placa. [39] Q C A 2 P1 P2 ρ 1 ( AX / A1 ) = X X 2 El valor de C x se obtiene de la siguiente grafica. (6.2) En donde β=d x /D 1 76

14 77 Figura 7.14 Coeficiente de descarga del orificio en función el número de Reynolds.[39] 77