Operaciones unitarias - Proyecto práctico.
Sistema de tubería en el proceso de separado de Biodiesel-Glicerina.
Introducción.
El siguiente
proyecto se hizo en base a lo aprendido en el salón de clases en la materia de Operaciones
Unitarias, donde se va a hallar una bomba que cumpla con las condiciones
ideales de un sistema que transporta una mezcla inmiscible por una red de
tubería diseñada desde un reactor hasta un decantador, donde este va a ser
diseñado acorde a las condiciones del sistema.
Este tipo de
proyecto nos permitirá adquirir conocimientos básicos en cómo se basa el
funcionamiento de sistemas hidráulicos en las industrias, y al mismo tiempo
aplicar los principios teóricos mencionados por el docente durante este periodo
académico.
Justificación.
Las
operaciones unitarias ayudan a simplificar los procesos que existen en las
distintas industrias, dado que muchos de estos procesos aplican los mismos
fundamentos técnicos, sin importar el material que se vaya a tratar como tal,
en nuestro caso, se quiere separar el biodiesel de la glicerina a través de un
decantador continuo por gravedad, por ende la aplicación de las operaciones
unitarias es vital para el desarrollo del proyecto que llevaremos a cabo como
grupo, ya que se hará uso de sus principales conceptos para hallar respuestas a
las interrogantes planteadas en nuestro proyecto.
Objetivos
Objetivo general
-Establecer los
equipos necesarios para el proceso de separado de biodiesel-glicerina en una
planta de elaboración de biocombustible.
Objetivos específicos
-Determinar un
equipo de bombeo adecuado para el proceso, sin que exista riesgo de cavitación.
-Determinar
las dimensiones adecuadas para el decantador continuo por gravedad a utilizar
durante el proceso.
Fundamentos teóricos
Para
la obtención del biodiesel se hará uso de conceptos y fundamentos que se
desarrollaran a continuación:
Aceite
vegetal:
Reactivos:
Metanol:
El metanol es una solución básica de alcohol. Se trata de un líquido
que mientras permanezca a temperatura ambiente, es incoloro, muy ligero y tiene
muy poca densidad, pero a la vez es tóxico e inflamable. Este hecho ha
provocado que en muchas ocasiones su uso haya sido muy cuestionado. Hoy en día
el metanol sirve para ser anticongelante, como combustible y
disolvente
Reactor:
Como ya bien sabemos los reactores son fundamentales en las industrias, dado que en este se producen ciertas reacciones químicas que conllevan a un cambio en la composición de los elementos que se encuentran dentro, por consiguiente, en nuestro proyecto se usará un reactor Biodiesel Inox, cuya finalidad será mezclar los aditivos (metanol y potasa) junto a los aceites vegetales.
Decantador continuo por gravedad:
Perdidas de cargas mayores:
Fenómeno que se da al transportar un fluido
por una tubería, dado que, al paso del fluido como tal, esté pierde energía por
el constante rozamiento con la tubería
Tuberías:
Una tubería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros
fluidos, sirven para transportar materiales que, si bien no son propiamente un
fluido, se adecuan a este sistema: como lo son aceites, gas, vapor etc. En la
industria metálica, en especial en el segmento de la tubería, se podrán encontrar
variaciones respecto a la calidad, el tipo de acero y el uso que se le da a
cada tipo de tubo
Perdidas
de cargas menores:
El
fluido al circular por un sistema de tuberías se encontrará con distintos tipos
de accesorios lo que ocasionara que pierda energía por la fricción que
ocasionan accesorios como válvulas, codos, bridas, etc.
Ecuación de la energía: Esta ecuación deriva de la ecuación de Bernoulli, añadiendo las pérdidas de carga, la energía entregada al fluido por la bomba y la carga extraída que la turbina saca al fluido.
Bomba:
Máquina
que transforma la energía mecánica que absorbe de un motor eléctrico, térmico,
u otros, y la transfiere a un fluido como energía hidráulica, lo cual permite
que el fluido sea transportado de un lugar a otro, a un nivel o a diferentes
niveles
Descripción del caso.
Como observamos en la Ilustración 1,
tenemos un proceso de separación de una mezcla inmiscible de 2 fluidos
(Biodiesel-Glicerina), tal operación pertenece a la elaboración de biodiesel,
que es un combustible a base de aceite de vegetal y ciertos aditivos, dicha
mezcla deberá ser transportada desde el reactor por medio de la succión de una
bomba hasta el decantador.
Por lo tanto, se requiere diseñar una red de
tubería que una al reactor de esterificación con el decantador continuo gravitatorio,
además de proponer la bomba que sea capaz de cumplir con los requerimientos del
sistema.
Como último punto a desarrollar, se determinará
las dimensiones ideales para el funcionamiento del decantador.
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| Ilustración 1 Diseño del proceso. |
Presentación del esquema y datos relevantes.
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| Ilustración 2 Datos correspondiente al sistema. |
Datos:
a) Cálculos previos para las pérdidas de cargas.
Conocido ciertos datos se procede a calcular las velocidades del fluido que tienen dichos tramos, el comportamiento que tiene el fluido (laminar-turbulento) y la fricción que genera dentro de las paredes de la tubería.
En la Tabla 1 se puede apreciar los cálculos de velocidad, numero de Reynolds y fricción en ambos tramos del sistema.
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| Tabla 1 Cálculos relacionados al tipo de fluido. |
b) Cálculo de las pérdidas de carga.
En este punto
al tener calculada la fricción que genera el fluido la dicha tubería procedemos
a determinar las pérdidas que generan los tramos de tuberías y los accesorios que componen el sistema.
En la Tabla 2 se puede apreciar las diferentes perdidas que generan los tramos y los accesorios en el sistema, siendo un total en perdida de 12,3489 metros.
c) Cálculo de pérdida en la bomba.
Aquí utilizamos el Principio de Bernoulli en donde se considera todas las pérdidas que pueda tener el sistema, y como se aprecia en la Tabla 3 la perdida en la bomba será de 13, 8286m, que es un dato importante para la búsqueda de la bomba.
Tabla 3 Cálculo de pérdida en la bomba.
d) Búsqueda de la bomba.
Para la
búsqueda de la bomba adecuada se utilizó una página web en donde colocando
datos específicos nos buscaba una bomba con las características propuestas y la
que más se apegaba a nuestro sistema, es el modelo CR 10-3 A-A-A-E-HQQE, además
este modelo nos ofrece las siguientes especificaciones que se muestran en la Ilustración
4, 5 y 6.
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| Ilustración 3 Bomba adecuada para el sistema. |
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| Ilustración 4 Especificaciones generales de la bomba-1 |
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| Ilustración 5 Especificaciones generales de la bomba-2 |
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| Ilustración 6 Rendimiento de la bomba. |
Cálculo de la curva del sistema.
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Como
observamos en la Ilustración 6 el punto de operación esta entre 3,35 litros
cada segundo y 17 m
e) Cálculo del NSPH de la bomba.
Luego de
buscar la bomba se procede a determinar si es viable su uso en el sistema
debido a que puede llegar a existir cavitación si el NPSH calculado de la bomba
es menor al 110% del NPSH de las especificaciones del modelo CR 10-3
A-A-A-E-HQQE que en este caso sería 2,92 m.
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| Tabla 5 Cálculo de la presión en la línea de succión de la bomba. |
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| Tabla 6 Cálculo del NPSH de la bomba. |
Como observamos obtuvimos un NPSH calculado de 13,0782 metros y este es mayor al 110% del NSPH del modelo de la bomba CR 10-3 A-A-A-E-HQQE, por lo tanto, la bomba es viable para el sistema de transporte de Biodiesel- Glicerina desde el reactor de esterificación al decantador continuo gravitatorio.
f) Cálculo de la potencia de la bomba.
Luego de determinar
la bomba se procede a calcular la potencia en que operará.
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| Tabla 7 Cálculo de la potencia de la bomba. |
g) Cálculo de las dimensiones del decantador.
Se procede a determinar
las dimensiones necesarias para separar 3 litros por cada segundo de
Biodiesel-Glicerina en el decantador continuo gravitatorio.
Tal y como se
observa en la Tabla 8, el decantador para el sistema deberá tener un
diámetro de 1,52 metros con una longitud de 7,6 metros, y con una altura del
brazo de desborde de 1 metro.
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| Tabla 8 Cálculo de las dimensiones del decantador. |
Conclusión.
Bibliografía.
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