Manual de Laboratorio Integral I
Manual de Laboratorio Integral I
Manual de Laboratorio Integral I
PROGRESO
INGENIIERÍA QUÍMICA
Febrero 2020
ELABORO
REVISO REVISO
Vo.Bo. Vo.Bo.
Vo.Bo. AUTORIZÓ
Pesado y de Analítica. 6
LABORATORIO: DURACIÓN
Horas
1.3 INTRODUCCIÓN
En los procesos u operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es
necesario utilizar un sistema de bombeo con más de una bomba; esto puede ser porque la
demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.
El uso de dos o más bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en su
mejor región de eficiencia la mayor parte del tiempo de operación, aun cuando los costos
iniciales pueden ser mayores, el costo de operación más bajo y la mayor flexibilidad en la
operación ayuda a pagar la inversión inicial.
De acuerdo con la necesidad, se pueden presentar casos en que es necesario que el
sistema esté integrado por pares motor-bomba iguales o pares diferentes.
Para reproducir las curvas de las bombas es necesario efectuar las siguientes mediciones:
Todos los parámetros, a reserva del h) e i) se deben realizar a diferente apertura de la válvula
de descarga.
Las curvas a levantar son las de carga total, carga neta de succión, potencia y eficiencia.
1.5 RECTIVOS
Agua destilada
3.- Graficar:
CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál es la eficiencia de la bomba?
2.- ¿Cuál sería el costo de bombeo diario?
1.8 REFERENCIAS
Geankoplis, C.J., 1998.Procesos de Trasporte y Operaciones Unitarias, CECSA, México,
Welty, J.R., C.E. Wicks & R. E. Wilson Fundamentos de Transferencia de Momento, Calor
y Masa, LIMUSA S.A., México,
Bird, R. B., Stewart, W. E. Y Lighfoot, E. N. Fenómenos de transporte, Reverte
Valiente Balderas, A., 1997. Problemas de flujo de fluidos, Ed. LIMUSA, 2ª ed, México.
1.9 ANEXOS
Revisión de HDS por cada uno de los reactivos a utilizar.
2.3 INTRODUCCIÓN
El manejo de fluidos es una de las técnicas más antiguas, ya que sus orígenes coinciden con
el de la agricultura y la creación de las primeras ciudades-estados. Por ello, es posible encontrar
en todas las grandes civilizaciones de antaño, desde Egipto y Mesopotamia hasta los imperios
maya y azteca, canales de riego, acueductos, diques y colectores de aguas negras.
Sin embargo, no es sino hasta el siglo pasado cuando se empezó a producir tubos de hierro
fundido y otros metales capaces de resistir altas presiones y el ataque de líquidos diferentes al
agua; así como el manejo industrial de gases mediante tuberías.
Hoy en día los ingenieros tienen que calcular y diseñar enormes ductos que puedan conducir
desde agua y aire hasta petróleo y gas natural, para que puedan ser transportados a través de
cientos o miles de kilómetros.
Para lograr el transporte de estos fluidos se puede aprovechar los desniveles o pendientes
entre dos puntos, o usar bombas, compresores, sopladores o ventiladores para moverlos y
llevarlos de una presión a otra o elevarlos unos cuantos metros o cientos. Los gases y líquidos,
reciben el nombre de fluidos; éstos no tienen forma definida sino que fluyen bajo la acción de
fuerzas. En los líquidos las moléculas están cercanas entre sí debido a las fuerzas de atracción,
y toman la forma del recipiente que los contiene, conservando su volumen constante.
Los gases están formados por moléculas que se mueven en todas las direcciones, por lo que
ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.
Las propiedades de los fluidos son: Densidad, presión, viscosidad y son factores importantes
para el cálculos de potencia requerida en el transporte.
Cabe mencionar que, el número de fluidos que se manejan en forma industrial es cercano a
diez mil (jugo de piña, ácido sulfúrico, amoniaco, hidrógeno, gasolinas, vapor de agua, lodos
de perforación, puré de manzana, sosa caustica, sólidos en suspensión, gases con polvos,
acetileno, agua, aire etc. Por lo que el estudio de flujo de fluidos es importante.
Algunos de estos estudios son los realizados por Bernoulli quien desarrollo una ecuación para
aplicarse a sistemas de transporte de fluidos cuyo teorema dice: “A lo largo de cualquier línea
de corriente la suma de las alturas cinéticas, de presión o piezométricas y Potencial es
constante”.
2.5 RECTIVOS
Agua destilada 30L
Corrida 1 2 3 4
Diámetro
Longitud
Flujo
Caída de
presión
Capacidad de
la bomba
CUESTIONARIO
1.- De acuerdo con la temperatura experimental del agua y la eficiencia de la bomba utilizada,
¿Cuál sería el costo del bombeo diario de acuerdo con la tarifa actual en el estado de México?
2.- Identifica los tipos de válvulas del equipo de flujo de fluidos, su función y usos principales
del fluido en prueba.
2.9 ANEXOS
Revisión de HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
3.3 INTRODUCCIÓN
La tobera es un dispositivo que incrementa la velocidad (y por lo tanto la energía cinética) de un
fluido a expensas de una caída de presión en la dirección de la corriente. Un difusor es un
dispositivo para aumentar la presión de una corriente a expensas de una disminución de
velocidad.
Condiciones de funcionamiento:
No hay trabajo de eje, puesto que ambos dispositivos son meramente conductos. La variación
de energía potencial es despreciable, ya que el fluido experimenta una variación de altura
pequeña o nula.
3.5 RECTIVOS
Aire
PARTE II
Efecto de la temperatura en la caída de presión en una tobera de sección circular de
1. Acoplar al ventilador axial la tobera de sección circular con 6 pulgadas de diámetro nominal
mediante el acoplamiento de sección cuadrada/circular de 150 mm.
2. Encender el ventilador y regular el flujo con la perilla correspondiente.
3. Encender las resistencias y variar la intensidad de corriente con la perilla correspondiente
4. Medir la caída de presión que se genera en la tobera.
5. Variar el flujo de alimentación para cada corrida.
PARTE III
Efecto de la temperatura en la caída de presión en una tobera de sección circular de
diámetro nominal 2 plg con ventilador axial
3.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
4.3 INTRODUCCIÓN
La importancia de la operación de reducción de tamaño o desintegración de trozos, gránulos
de partículas, no consiste solamente en obtener pedazos pequeños a partir de los grandes,
sino que también se persigue tener un producto que posea determinado tamaño granular
comprendido entre límites pre-establecidos; porque se da el caso que un sólido con un intervalo
de tamaño satisfactorio para una operación determinada, puede resultar inconveniente para
otra operación, aunque se trate de la misma substancia; por ejemplo: El carbón pulverizado se
4.5 RECTIVOS
Arroz
Frijol
Maíz
Trigo
Lentejas
2.- ¿Qué
tiene el
material
pared efecto
tipo
de dela
cada
sobre
transferencia de calor?
3.- Análisis granulométrico
Malla Diámetro de Peso retenido (g) % de retenido de la
apertura (mm) muestra
CUESTIONARIO
1.- Explique en qué consiste la operación de Molienda.
2.- ¿Cuál es el objetivo de reducir el tamaño de partícula en algunas operaciones unitarias?
3.- Mencione, cuándo menos 4 operaciones donde la reducción de partícula es importante
para el proceso.
4.- Mencione los factores que intervienen en la selección de un molino.
5.- Mencione las diferentes maneras de clasificar un equipo de molienda.
6.- Mencione 3 diferentes tipos de molinos y diga qué tipo de fuerza se aplica en cada uno y
cómo funcionan.
4.8 REFERENCIAS
Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química.
McGraw – Hill.
Geankoplis Christie, J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, CECSA.
Perry, Robert H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. McGraw – Hill.
Universidad Autónoma de México, Facultad de Química, Procesos de Separación I
Prácticas de Laboratorio.
4.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
Aplicar los conocimientos teóricos, para la determinación de las constantes de filtración a través
de pruebas experimentales en un minifiltro prensa así como encontrar el área de filtración de un
filtro industrial para un problema propuesto a partir de los resultados obtenidos.
5.3 INTRODUCCIÓN
La importancia de la operación de reducción de tamaño o desintegración de trozos, gránulos
de partículas, no consiste solamente en obtener pedazos pequeños a partir de los grandes,
sino que también se persigue tener un producto que posea determinado tamaño granular
comprendido entre límites pre-establecidos; porque se da el caso que un sólido con un intervalo
de tamaño satisfactorio para una operación determinada, puede resultar inconveniente para
otra operación, aunque se trate de la misma substancia; por ejemplo: El carbón pulverizado se
aplica en la calefacción de hornos industriales con quemadores especiales y el carbón en trozos
se usa en los hogares que llevan atizadores mecánicos en los cuales no se puede usar carbón
pulverizado, ni los hornos se pueden llenar de carbón en trozo.
Si la velocidad de reacción en la mayoría de las reacciones sobre partículas sólidas es
directamente proporcional al área de contacto entre fases; la reducción de tamaño se lleva a
cabo principalmente para aumentar esta área.
Entre las operaciones en las cuales la reducción de tamaño es importante, se tienen:
5.5 RECTIVOS
Agua Destilada
Suspensión de bicarbonato de sodio 3Kg
3.- Obtener:
El porcentaje de concentración de la suspensión.
Las dimensiones de los marcos.
El área de filtración (experimental) en m2. El
volumen de filtrado en m3.
El peso de sólidos húmedos obtenidos. El porcentaje de humedad.
4.- Elaborare las gráficas de d /dV vs. V y la de V vs. .
el problema planteado.
CUESTIONARIO.
1. ¿Cómo interpreta las gráficas de V vs y la de dv /d vs ?
2. ¿Qué aplicación tiene determinar los valores de K1 y K2?
3. ¿Qué indica el factor de compresibilidad?
4. ¿Qué variable influye en forma determinante sobre la resistencia específica de la torta?
5. ¿Cuáles serían las consideraciones básicas para elegir un filtro prensa?
5.8 REFERENCIAS
Richard S. Ruíz Martínez, Universidad Metropolitana unidad Ixtapalapa, Laboratorio de
Mecánica de fluidos.
5.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
Todos los parámetros, a reserva del h) e i) se deben realizar a diferente apertura de la válvula
de descarga.
Las curvas a levantar son las de carga total, carga neta de succión, potencia y eficiencia.
6.5 RECTIVOS
Agua destilada
3.- Graficar:
VI.- CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál es la eficiencia de la bomba?
2.- ¿Cuál sería el costo de bombeo diario?
6.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
7.3 INTRODUCCIÓN
Los fluidos que presenta éste comportamiento y cumplen con la ley de la viscosidad de Newton
son llamados fluidos newtonianos.
Sin embargo, existen muchos materiales industrialmente importantes que no siguen éste
comportamiento y a los cuales se les conoce como fluidos no-newtonianos.
La Reología “ciencia del flujo y la deformación”, estudia las propiedades mecánicas de los
gases, líquidos, plásticos, sustancias asfálticas y materiales cristalinos.
El comportamiento reológico, en estado estacionario de la mayor parte de los fluidos, puede
establecerse mediante la ecuación generalizada:
Donde:
7.5 RECTIVOS
Salsa cátsup, Mayonesa, Shampoo, Agua, Acetona, Alcohol, Vinagre, Miel, 500mL por
cada sustancia.
Hielo.
3.- Evaluar y graficar los pares de t- Nt para cada disco en una forma log-log.
Cuando la dependencia es cercana a una función lineal, la pendiente es ingual al índice de flujo
del fluido, n. Usando valores de kN y el disco correspondiente, calcular ɣ, donde:
Si no se cumple con lo anterior al graficar las velocidades rotacionales usadas en las medidas
son convertidas a:
Los datos de -ɣ son ahora los puntos de la función viscosidad del fluido en prueba.
7.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
8.3 INTRODUCCIÓN
Los fluidos que se mueven por un canal cerrado de cualquier área de corte transversal, se
pueden presentar en distintos tipos de flujo, estos pueden verse con frecuencia en un río o en
cualquier corriente abierta. Cuando la velocidad del flujo es baja, su desplazamiento es
uniforme y terso, sin embargo, cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente
inestable en la que se forman remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se
mueven en todas direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección
normal del flujo.
A través de diversos estudios se ha podido demostrar que la transición del flujo laminar al
turbulento en tuberías es una función de la velocidad, la densidad, viscosidad del fluido y el
diámetro del tubo. Estas variables se correlacionan en un número adimensional conocido como
número de Reynolds, cuya expresión es:
Donde:
NRe = Numero de Reynolds
D = Diámetro del tubo
ρ = Densidad del Fluido
µ = Viscosidad del Fluido
v = Velocidad promedio del fluido
De 4000 para una tubería circular recta, el flujo es siempre laminar. Cuando el valor es superior
a 10000, el flujo será turbulento. Para valores de números de Reynolds intermedios se tiene una
8.5 RECTIVOS
Agua destilada 30L
Solución indicadora de azul de metileno a 0.01 M
Datos experimentales:
Corrida Flujo Flujo Área Velocidad Diámetro Re Régimen Régimen
(L/h) (ft3/s) (ft2) (ft/s) Interno observado calculado
(ft)
CUESTIONARIO
2.- ¿Qué parámetros son necesarios para determinar el flujo laminar y turbulento? 3.- ¿En qué
tipo de procesos podemos ver reflejado el experimento de Reynolds?
8.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
9.3 INTRODUCCIÓN
Diversos materiales tienen la propiedad de conducir el calor, los que tienen esa propiedad se
llaman conductores; los que no, aislantes. Esta propiedad se puede medir y su medida se llama,
conductividad térmica.
Para que exista conducción de calor es necesario que exista un medio donde se propague pero
que no haya transferencia de masa. Cuando se aumenta la temperatura de algún material la
materia varia el comportamiento de su estado molecular, incrementándose su movimiento, es
decir, las moléculas salen de su estado de inercia o reposo y adquieren un movimiento cinético
provocado por el aumento de temperatura. Si a un elemento o cuerpo se le incrementa la
temperatura por cualquier medio, decimos que la materia se calienta, este calor se desplaza
9.5 RECTIVOS
Barra de mantequilla de cocina de 90g.
VII.- CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál de los materiales analizados es el mejor conductor térmico? Y ¿Cuál es mejor
aislante?
9.8 REFERENCIAS
Geankoplis, C.J., 1998. Procesos de Trasporte y Operaciones Unitarias, CECSA, México,
Welty, J.R., C.E. Wicks & R. E. 1998.Wilson Fundamentos de Transferencia de Momento,
Calor y Masa, LIMUSA S.A., México,
Bird, R. B., Stewart, W. E. and Lightfoot, E. N. Fenómenos de Transporte. Reverte.
9.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
10.3 INTRODUCCIÓN
La ley de Fourier asevera que hay una proporcionalidad (una constante K) entre el flujo de
energía J y el gradiente de temperatura, siendo J la densidad de corriente de energía
(energía por unidad de área y por unidad de tiempo), que se establece en la barra debido a
la diferencia de temperaturas entre dos puntos de la misma.
Esta energía empleada cambia la temperatura del elemento, dado que la cantidad de energía
absorbida o cedida (en la unidad de tiempo) por el elemento es igual al producto de la masa de
dicho elemento por el calor específico y por la variación de temperatura.
Igualando ambas expresiones, y además teniendo en cuenta la ley de Fourier, se obtiene la
ecuación diferencial que describe la conducción térmica.
1 cronometro
Pared Compuesta (vidrio, cartón, aluminio c/u de 10x10cm)
Parrilla eléctrica
Termopar
10.5 RECTIVOS
No aplica
4. Verificar como varía la temperatura en el material a través del tiempo hasta alcanzar el
equilibrio térmico con un termómetro de inmersión total (temperaturas iguales en los
materiales).
5. Hacer una tabulación de los datos obtenidos de temperatura, con las k respectivas para
cada material.
6. Obtener la velocidad del flujo de calor por el uso correcto de la ley de Fourier.
7. Reportar resultados.
CUESTIONARIO
1.- ¿Cómo es el comportamiento de flujo de calor a través de cada pared?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
3.- Registrar las relaciones de distancia y tiempos medidos en la transferencia de calor para
cada varilla.
4.- Calcular el área donde se lleva a cabo la transferencia de calor dependiendo de las
longitudes a las que fueron medidos los tiempos de transferencia de calor.
5.- Determinar la densidad de cada una de las varillas.
VII.- CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál de los materiales analizados es el mejor conductor térmico? Y ¿Cuál es mejor
aislante?
2.- ¿Cómo es la conductividad térmica de los materiales obtenida experimentalmente con
respecto a la reportada en la literatura?
10.8 REFERENCIAS
Geankoplis, C.J., 1998. Procesos de Trasporte y Operaciones Unitarias, CECSA, México,
Welty, J.R., C.E. Wicks & R. E. 1998.Wilson Fundamentos de Transferencia de Momento,
Calor y Masa, LIMUSA S.A., México,
Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott “Operaciones unitarias en ingeniería
química”, 7°ed.
10.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
11.3 INTRODUCCIÓN
El análisis de la transferencia de calor por convección es muy importante ya que existen diversos
sistemas en ingeniería en los cuales está involucrado el transporte de energía para retirar o
transferir calor, los cuales necesitan del conocimiento de cómo se lleva a cabo dicho fenómeno
con el propósito de diseñar equipos eficientes o bien mejorar los que están en funcionamiento.
Las aplicaciones en la ingeniería son múltiples y variadas, por ejemplo, en la refrigeración, en
calentadores de agua domésticos, en la combustión, entre otros.
En algunos de ellos es indispensable el uso de equipos para movilizar el fluido (convección
forzada), también aquellos en los cuales no se requiere de fuerzas externas para moverlo
(convección natural).
Un perfil de temperatura es un modelo matemático el cual representa la distribución de flujo en
un cuerpo o sistema dado. La conductividad calorífica k es una propiedad que interviene en la
mayor parte de los problemas de transmisión de calor. Su importancia en el transporte de energía
es análoga a la de la viscosidad en el transporte de cantidad de movimiento.
Manguera de látex
1 Mechero bunsen
Soporte universal
1 anillo metálico
Tela de asbesto
Termómetros de (0-400) º C
11.5 RECTIVOS
Agua Destilada 250 mL
CUESTIONARIO
1.- ¿Cómo es el comportamiento de flujo de calor a través de cada pared?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál de los materiales analizados es el mejor conductor térmico? Y ¿Cuál es mejor
aislante?
2.- ¿Cómo es la conductividad térmica de los materiales obtenida experimentalmente con
respecto a la reportada en la literatura?
11.8 REFERENCIAS
Geankoplis, C.J., 1998. Procesos de Trasporte y Operaciones Unitarias, CECSA, México,
Welty, J.R., C.E. Wicks & R. E. 1998.Wilson Fundamentos de Transferencia de Momento,
Calor y Masa, LIMUSA S.A., México,
Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott “Operaciones unitarias en ingeniería
química”, 7°ed.
11.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar
12.3 INTRODUCCIÓN
La difusión molecular es el desplazamiento de uno o más componentes a través de otros cuando
se ponen en contacto dos fases inmiscibles, que se encuentran estancadas o en régimen laminar,
existe un proceso de difusión siempre que se establezca un gradiente de concentración.
Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de punto a
punto, existe transferencia de masa, que está constituida de una región de alta concentración y
una de concentración baja.
El movimiento de una especie química desde una región de concentración elevada hacia otra de
baja concentración puede observarse a simple vista colocando un pequeño cristal de
permanganato potásico en un vaso de agua. El KMnO4, comienza a disolverse en el agua y en
las inmediaciones del cristal se forma un intenso color violeta correspondiente a la solución
concentrada de permanganato.
Debido al gradiente de concentración que se establece, el KMnO4 se difunde alejándose del
cristal, la marcha de la difusión puede seguirse observando cuando el crecimiento de la región de
color violeta es intenso, la concentración de permanganato es elevada y débil coloración para
bajas concentraciones.
En una mezcla que se difunde, las velocidades de los componentes individuales son distintas,
existen varios métodos adecuados para promediar las velocidades de los componentes con el fin
de obtener la velocidad local de la mezcla. La elección de esta velocidad local es necesaria para
poder definir las velocidades de difusión.
La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla dependerá del gradiente de
concentración existente. Su movimiento está relacionado por medio de la Ley de Fick de difusión
para un sistema isobárico e isotérmico
12.5 RECTIVOS
Agua Destilada 250 mL
Experimento 1:
CUESTIONARIO
1.- ¿Cómo es el comportamiento de flujo de calor a través de cada pared?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
2.- ¿Qué efecto tiene el tipo de material de cada pared sobre la transferencia de calor?
3.- Registrar las relaciones de distancia y tiempos medidos en la transferencia de calor para
cada varilla.
4.- Calcular el área donde se lleva a cabo la transferencia de calor dependiendo de las
longitudes a las que fueron medidos los tiempos de transferencia de calor.
5.- Determinar la densidad de cada una de las varillas.
6.- Obtener la cantidad de calor transferido y la masa de cada una de las secciones de varilla
donde se lleva a cabo la transferencia de calor.
7.- Determinar la conductividad térmica (k) a partir de la ley de Fourier.
CUESTIONARIO
1.- ¿Cuál de los materiales analizados es el mejor conductor térmico? Y ¿Cuál es mejor
aislante?
12.9 ANEXOS
Anexar las HDS por cada uno de los reactivos a utilizar